Обоснование математического моделирования рабочих процессов малогабаритных почвообрабатывающих машин

Капустин А.Г., Наумкин Н.И., Купряшкин В.Ф.

В настоящее время для обработки почвы в условиях как защищенного, так и открытого грунта широко используются самоходные малогабаритные почвообрабатывающие машины.

Использование почвообрабатывающих машин позволяет утверждать, что в подавляющем большинстве случаев они обеспечивают высокое качество работы по таким технологическим показателям, как измельчение и заделка растительных остатков, рыхление (крошение), выравнивание поверхности почвы, перемешивание ее с минеральными удобрениями. Лучшая приспособляемость почвообрабатывающих машин с фрезерными рабочими органами к различным почвенно-климатическим условиям и более широкая возможность рационального использования мощности двигателей мобильных машин являются основными факторами, определившими создание и достаточно широкое применение указанных машин во многих отраслях сельскохозяйственного производства. Немаловажное значение для них имеют и малое тяговое сопротивление, способствующее снижению их веса, и возможность сокращения числа проходов при подготовке участка.

На сегодняшний день в институте механики и энергетики Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева проводятся исследования по повышению эффективности функционирования таких почвообрабатывающих машин [1, 2], схематично их можно представить на рис. 1.

Все эти исследования были отработаны на физических моделях процессов обработки почвы, что подтверждает объективность полученных результатов, однако для достижения оптимизации режимов работы, повышения энергоэффективности и снижения энергоемкости машин необходимо реализовывать математическое моделирование выполненных исследований, и в дальнейшем на

Исследование курсовой устойчивости МПФ
(Купряшкин В.Ф.)

Исследования режимов обработки почвы МПФ
(Безруков А.В., Купряшкин В.Ф, Наумкин Н.И.)

Исследования различных видов обработки
почвы МПФ
(Сурин Е.В., Купряшкин В.Ф, Наумкин Н.И.)

Исследование возможности Обработки почвы на участках со сложным рельефом
(Тяпкин А.Н., Седашкин А.Н.)

Исследование влияния взаимного расположения основных элементов МПФ на эффективность работы фрез
(Митин А.В., Купряшкин В.Ф, Наумкин Н.И.)

Необходимость выбора рациональных режимов обработки почвы. Разработка конструкции МПФ с изменяемым режимом работы

Установление рациональных режимов обработки почвы. Разработка конструкции адаптивной МПФ с автоматическим выбором режимов работы

Обоснование видов обработки почвы МПФ. Разработка конструкции МПФ с комбинированным рабочим органом

Обоснование конструкции прицепной сельскохозяйственной машины, обеспечивающей обработку почвы на склонах

Обоснование рациональной компоновки МПФ. Разработка конструкции МПФ с рациональной компоновкой

ДОСТИГНУТЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

ИССЛЕДВАНИЯ МПФ

СТРУКТУРА ИЗВЕСТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МПФ

Рис. 1. Исследования, проводимые в ИМЭ ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарева

Таблица 1

Анализ видов обработки почвы

№	Вид обработки почвы	Назначение	Схема и принцип работы	При помощи каких машин	Физическая сущность процесса	Примечание
		Основная обработка почвы
1	Вспашка	Предназначена для вспашки почвы		Плуг навесной ПЛН 3-35, ПНВ-3,35, MULTIMASTER 122 5 T 75/90	Оборачивание и рыхления слоя почвы, подрезания подземной части сорных растений, заделка семян сорняков, удобрений и пожнивных остатков	Наиболее энергоемкий прием обработки почвы. Однако он дает наилучшие результаты по уничтожению сорной растительности и по заделке удобрений в почву
		Поверхностная обработка почвы
2	Культивация	Уничтожает сорняки, предохраняет почву от высыхания		Культиваторы КПК-7,2;КПК-8,0	Культивация проводится для рыхления верхнего слоя почвы (до 12 см — со стрельчатыми лапами и до 18 см — с рыхлительными лапами), подрезания корней сорняков, разрушения комков и выравнивания поверхности поля	Для этого культиваторы снабжены набором рабочих органов (лап) различного назначения
3	Фрезерование	Применяется длярыхления почвы без оборота пласта по фону зяби или весновспашки		Фреза FREZA 210, Навесная фреза HERMES	Рыхление и интенсивное перемешивание почвы. Этот прием применяют для обработки почвы в садах, междурядьях пропашных культур и перед посевом культур в полевых севооборотах, если почвы не засорены камнями	Глубоко фрезеруют чаще всего задернелые и болотные почвы, которые нельзя рыхлить плугами

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5	6	7
4	Боронование	Проводят для рыхления верхнего слоя почвы (до 10 см), выравнивания, разрушения комков, почвенной корки и уничтожения сорняков		Борона дисковая 1ВQX-1.7, Борона дисковая тип V-2 (V2-18)	Боронование чаще всего, как самостоятельную операцию, проводят ранней весной после схода снегов. Интенсивное таяние приводит к образованию почвенной корки, которая имеет множество капилляров	Поверхностная обработка почвы
Специальная обработка почвы
5	Бороздование	Испоьзуют для нарезки борозд на поверхности почвы.		Окучник универсальный ОУ-01	Это образование гряд и гребней на поверхности поля	Полезно применять бороздование слабооторфованных почв с целью создания дополнительных минерализованных почв, где обильно поселяются грибы. На таких участках полноту древостоя нужно поддерживать в пределах 0,4-0,6.
6	Окучивание	Используют для приваливания почвы к основанию стеблей		Гребнеобразователи IMAC	Окучивание является видом рыхления, при котором к основанию стебля пригребается холмик земли	Разновидность междурядной обработки

этих моделях, экономя временные и вещественные ресурсы оптимизировать режимы обработки почвы и синтезировать новые конструкции рабочих органов и машин в целом. С этой целью были проанализированы существующие виды обработки почвы, результаты приведены в табл. 1.

Данные табл.1 свидетельствуют о том, что на малогабаритных почвообрабатывающих машинах можно выполнять практически любую операцию для поверхностной обработки почвы (культивация, фрезерование, боронование, плоскорезная обработка, лущение, дискование, прикатывание, выравнивание, шлейфование).

Таким образом, следующим этапом исследований по повышению эффективности функционирования малогабаритных почвообрабатывающих машин должно стать математическое моделирование вышеперечисленных процессов, т.е. приближенное описание явлений или объектов на языке математики. Основная цель моделирования является исследование объектов и предсказание результатов будущих наблюдений. Моделирование и связанный с ним компьютерный эксперимент незаменимы в тех случаях, когда натурный эксперимент невозможен или затруднен по тем или иным причинам.

Литература

1. Купряшкин В.Ф. Анализ динамических нагрузок в приводе и способов снижения при работе почвообрабатывающих фрез / В.Ф. Купряшкин, Н.И. Наумкин, В.Н. Авдеев, В.Н. Капустин и др. // ХХХIХ Огарёвские чтения: материалы науч. конф.: в 3 ч. Ч. 1 : Технические науки / сост. Л. И. Ватанина ; отв. за вып. П.В. Сенин. – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2011. – С. 41-46.

2. Купряшкин В. Ф. Влияния фрезерных рабочих органов на курсовую устойчивость самоходной малогабаритной почвообрабатывающей фрезы / Купряшкин В. Ф., Наумкин Н. И., Чаткин М. Н., Безруков А. В., Капустин А. Г., Купряшкин М. А. // Энергоэффективность технологий и средств механизации в АПК : материалы Междунар. Науч.-практ.конф. / редкол.: Котин А.В., Чаткин М.Н. [и др.] – Саранск : Тип. «ПРО-Движение», 2011. – С. 15-23.