Андреев А.А., канд. физ.-мат. наук,

Федирко П.П., канд. техн. наук,

Куровский А.Н., аспирант

Подольский государственный аграрно-технический университет

Теоретические исследования возможности применения гибких элементов для реализации высокочастотных вибрационных технологий в земледелии

Реалии современного мира рельефно демонстрируют острую необходимость разработок и внедрение в народном хозяйстве принципиально новых технологий и поиска устройств и методик для их внедрения. Это с завидной периодичностью проявляется в различного рода глобальных кризисах. Безусловным базисом таких кризисов, независимо от их оттенков, является энергетические проблемы [1] в обществе. Под воздействием этих проблем те или иные отросли народного хозяйства могут изменять свои цели и масштабы (например, космическая отрасль на Украине превратилась в чисто декларативную). В этом плане самой консервативной отраслью является земледелие – цели неизменны, масштабы только увеличиваются. В СМИ замелькали «предсказания» возможности глобального голода в 2040 году. Если это очередной «общественный миф» [2], направленный на демпфирование социальных тревог, вызванных современным мировым финансовым кризисом (интересно, какие аналитические центры будут нести ответственность за психологические последствия функционирования этого «мифа» в обществе). Но гораздо опаснее является ситуация, которая следует из результатов широкомасштабного научного прогнозирования перспектив современных земледельческих технологий (идеология конной тяги). Если такие исследования и проводились (авторам они не известны), то их результаты вполне правдоподобны – возможно, что наступление точки Мальтуса предвидится именно на сороковые года.

Для ученых этот «миф» должен стать четким и недвусмысленным сигналом для активной разработки и внедрение принципиально новых земледельческих технологий, которые бы надежно обеспечивали стабильные урожаи, в несколько раз выше существующих. Научным базисом для радикального отхода от идеологий конной тяги могут стать высоко частотные вибрационные технологии [3, 4].

Элементы почвообрабатывающих устройств реализующие высокочастотные вибрационные технологии (квазиактивные рабочие органы) условно можно разделить на упругие и гибкие [5]. В предлагаемой работе рассмотрены динамические свойства гибких элементов (ГЭ) при их движение в почве.

Рассмотрим ГЭ (струну) длиной , где – расстояния между точками ее крепления и имеющей плотность . Струна движется горизонтально в почве с поступательной скоростью V. Под действием сил лобового сопротивления и трения (параллельные силы):

~; ~ (1)

Струна приобретает форму цепной линии (в системе координат Х0У – рисунок 1).

(2)

Рис. 1. К расчету динамических свойств ГЭ

Параметр γ определяется как решения трансцендентного уравнения (численный способ):

(3)

Фрикционные автоколебания ГЭ в почве возбуждают целый набор других колебаний, наиболее актуальным из которых являются поперечные колебания. Частотный спектр этих колебаний может быть определен методом Релея-Ритца. Задаваясь пробной функцией:

(4)

Вычислим две первые частоты (Т – натяжения)

k=0, 1, 2 (5)

После вычисления интегралов (довольно громоздкая процедура) следует призвести минимизацию ак, что приводит к системы уравнение:

k=0, 1, 2 (6)

Случай приведен в (6):

; (7)

Амплитуды колебаний могут быть определены после решения динамического уравнения для y (x, t) = y₀ (x)+u (x, t):

(8)

Уравнение (8) может быть с достаточною точностью решения методом интеграций.

При рассмотрении проблемы почвы моделируется средой с конечной циркуляцией, что приводит к появлению выхрей Кармана. Эти выхри являются низкочастотными (так при V ~ 4 м/с, d ~ 0,8 мм. их частота ~ 105 Гц) и осуществляются в вертикальной плоскости (перпендикулярно плоскости х0у – рис.1).

Наличие колебаний ГЭ двух видов может быть использовано для реализации целого ряда землеобрабатывающих и уборочных технологий.

Литература:

1. Андреєв О.А., Панцир Ю.І., Герасимчук І.Д. «Фізико-екологічне та соціальне обґрунтування проблеми сучасної енергетики в вузівських лекційних курсах. Українські реалії // Матер. Всеукр. наук.-метод. конфер. «Проблеми підготовки фахівців аграріїв в навчальних закладах вищої та професійної освіти», Кам’янець-Подільський. –.2009. – с.111-113.

2. Андреєв О.А., Єрмаков С.В., Корчак М.М. Активізація процесів сприймання та засвоєння учбового матеріалу з фізики шляхом аналізу фізичних основ суспільних «міфів» // ibidem, с. 111-113.

3. Андреев А.А. Вибрация в технологи и машинах для обработки почвы и уборки корнеплодов и картофеля // Вибрации в техники и технологиях, №1, 1996. – с.85-91.

4. Андреев А.А., Федирко П.П. Ультразвуковые структурообразование при взаимодействии почвы и квазиактивных рабочих органов // Тезисы докладов Межд. Конф. «Ультразвуковая техника и технологии», Минск.–1995.-с.26.

5. Андреев А.А., Федирко П.П. Автоколебания гибких элементов и их применение картофелеуборочных машинах // Матер. II Междун. конф. «Применение колебаний в технологиях», Винница.–1994–с.74-45.

6. Титоменко П.С. Колебания в инженерном деле. М., 1984.–360с.