Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 4 (84)

УДК 631.313.6

Технологические и энергетические параметры дисковых борон с параллельным расположением рядов

Е.В. Припоров, канд. техн. наук; М.А. Руденко, соискатель; В.А. Савенко, соискатель

ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ

Авторами предложено техническое решение подачи материала на рассеивающий диск, которое существенно снижает отражение и повышает равномерность поверхностного распределения минеральных удобрений [1, 2]. Посев зерновых по ресурсосберегающей технологии целесообразно проводить зерновыми сеялками, оборудованными анкерным сошником, как доказано исследованиями [3, 4].

Дисковые бороны с параллельным расположением дисков на индивидуальной оси обеспечивают ресурсосберегающую технологию подготовки почвы под посев зерновых. В условиях Краснодарского края, когда уборка пропашных затягивается из-за дождей, эти дисковые орудия за один-два прохода обеспечивают подготовку почвы и позволяют своевременно выполнить посев зерновых [5].

Цель работы – обосновать технологические и энергетические параметры дисковой бороны, при которых обеспечивается обработка почвы, отвечающая агротребованиям.

Производством дисковых борон и дисковых мульчировщиков занимаются сравнительно крупные производители, в их числе ОАО «Белагромаш-Сервис имени В.М. Рязанова» (г. Белгород), ООО «Торговый дом БДМ-АГРО» (г. Краснодар), ООО «Торговый дом БДТ-АГРО» (г. Краснодар), ООО «ДИАС» (г. Краснодар) и другие.

Дисковые бороны с параллельным расположением сферических дисков имеют следующие параметры рабочего органа: сферический диск «Ромашка», диаметр 560 мм и толщина 6 мм; масса 10,6 кг; число рядов – от двух до четырёх.

Исследование выполнено по результатам анализа технической характеристики дисковых борон и дисковых мульчировщиков, выпускаемых отечественными производителями.

Материал и методы исследования. Форма индивидуальной стойки для крепления сферического диска – жёсткая и упругая. Упругая стойка имеет две разновидности – S-образную и пружинную. Во время движения агрегата из-за наличия неровностей поля упругая стойка совершает низкочастотные колебания, обеспечивая самоочистку сферического диска от растительных остатков и налипшей почвы на скорости движения 15 – 18 км/ч. Во время колебания стойки сферический диск выполняет измельчение и заделку пожнивных растительных остатков и мульчирование почвы. Эти орудия получили название мульчировщиков. Сферический диск мульчировщика установлен не только под углом атаки, но и наклонён в вертикальной плоскости на угол до 10°. Величина угла наклона обеспечивает подрезание пласта в начальный момент контакта режущей кромки с почвой. Это создаёт предпосылки к работе сферического диска в качестве лемеха и отвала, что повышает качество крошения почвы. Недостатком наклона сферического диска в вертикальной плоскости является ухудшение заглубляющей способности диска, особенно на почвах с высокой плотностью.

Результаты исследования. Важный показатель, от которого зависит энергоёмкость операции, – удельная мощность двигателя трактора на единицу рабочей ширины захвата (кВт/м) и удельная мощность двигателя трактора на сферический диск (кВт/диск). Удельная мощность двигателя трактора на единицу рабочей ширины захвата определяется по выражению:

(1)

где N_B – удельная мощность двигателя трактора на единицу рабочей ширины захвата, кВт/м;

N – мощность двигателя трактора, кВт;

В – рабочая ширина захвата агрегата, м.

Анализ данных технической характеристики выпускаемых двухрядных дисковых борон свидетельствует, что величина этого параметра зависит от числа рядов и находится в интервале от 24,09 до 32,62 кВт/м.

Трёхрядные дисковые бороны имеют величину удельной мощности двигателя трактора для агрегатирования в интервале от 32,01 до 41,29 кВт/м. Удельная мощность двигателя трактора для агрегатирования четырёхрядной дисковой бороны имеет минимальное значение 32,26 кВт/м (ООО «ТД БДТ-АГРО»), а максимальное – 41,29 кВт/м (ООО «ДИАС»). Удельная мощность на единицу рабочей ширины захвата зависит не только от угла атаки, но главным образом от нагрузки на диск. Отечественные дисковые бороны с шириной до 4 м имеют нагрузку на диск до 70 кг, а при большой ширине захвата – до 140 кг [5]. На заглубляющую способность диска влияет нагрузка на диск, что особенно важно на тяжёлых по механическому составу почвах. Увеличение нагрузки на диск приводит к росту потребной мощности двигателя трактора.

Рабочая ширина захвата дисковой бороны, при условии непрерывности обработки по ширине, определяется по выражению:

B = bn_о, (2)

где b – расстояние между следами дисков, м;

n_o – общее число дисков дисковой бороны, шт.

Анализ данных технической характеристики свидетельствует, что у производителей нет общего мнения по поводу величины расстояния между следами дисков, и оно находится в интервале от 0,15 до 0,1 м. Двухрядные дисковые бороны имеют расстояние между следами дисков в интервале от 0,14 до 0,15 м (ООО «ТД БДМ-АГРО»), для трёхрядных и четырёхрядных – в интервале от 0,12 до 0,1 м. Авторами на основе анализа дисковых борон установлено, что ширина захвата двухрядных дисковых борон отечественного производства не обеспечивает непрерывную обработку по рабочей ширине захвата, и по этой причине требуется дополнительная обработка [6, 7].

Общее число дисков дисковой бороны, очевидно, должно составлять:

n_о = n_р n_др, (3)

где n_p – число рядов дисковой бороны;

n_др – число дисков в ряду, шт.

Число дисков в ряду зависит от расстояния между соседними дисками в ряду и рабочей ширины захвата:

(4)

где l_др – расстояние между соседними дисками в ряду, м.

Расстояние между соседними дисками при условии непрерывной обработки по ширине захвата, очевидно, примет вид:

l_др = n_р b, (5)

а общее число дисков из выражения (3) с учётом выражения (4) будет равно:

(6)

По выражению (6) следует, что общее число дисков зависит от рабочей ширины захвата и принятого значения расстояния между их следами.

Ширина полосы обработки одним сферическим диском определяется по известной формуле [5]:

(7)

где α – угол установки диска к направлению движения, угол атаки, град.;

β – угол наклона диска в вертикальной плоскости, град.;

h_n – допустимая высота колебания глубины обработки, м;

е – агротехнически допустимая высота между смежными проходами диска, м, 0,03 м.

Полученное значение ширины захвата не учитывает способность почвы к сжатию и сдвигу, что несколько увеличивает величину этого параметра диска [5].

Зависимость ширины захвата диска от угла атаки сферического диска представлена на рисунке 1.

Исходными данными при построении графика были: h_n  = 0,03 м, e = 0,03 м, β = 0°.

По графику видно, что увеличение угла атаки сопровождается увеличением ширины захвата сферическим диском. Качественная обработка сферическим диском будет обеспечена в том случае, если ширина захвата будет превышать или будет равна расстоянию между следами смежных дисков [8].

Общее число дисков с учётом ширины захвата единичного диска составит:

. (8)

Удельная мощность двигателя трактора, приходящаяся на сферический диск, определяется по выражению:

(9)

где N_n – удельная мощность, приходящаяся на сферический диск, кВт/диск.

Анализ выражения (9) свидетельствует, что увеличение общего числа дисков приводит к резкому увеличению потребной мощности двигателя трактора, что вызвано ростом тягового сопротивления.

После выполнения несложных преобразований с учётом представленных зависимостей, удельная мощность на сферический диск будет равна:

N_n = N_B b. (10)

Анализ данных технической характеристики выпускаемых дисковых борон свидетельствует, что величина удельной мощности на диск находится в интервале от 3,33 до 4,13 кВт/диск.

Увеличение интенсивности измельчения пожнивных растительных остатков рабочим органом дисковой бороны достигается за счёт увеличения числа параллельных рядов, а при их числе, равном четырём, длина резки будет соответствовать агротребованиям.

Важными параметрами, характеризующими расстановку дисков бороны, являются число дисков, приходящихся на единицу ширины захвата, и величина расстояния между их следами. Число дисков на единицу рабочей ширины захвата определяется по выражению:

. (11)

Величина этого параметра характеризует расстановку дисков по ширине захвата и зависит от числа рядов и расстояния между следами дисков. С учётом выражения (6) число дисков на единицу рабочей ширины захвата составит:

. (12)

Расстояние между следами дисков, при условии непрерывности обработки по ширине захвата, из выражения (6) составит:

(13)

Зависимость числа дисков на единицу рабочей ширины захвата от расстояния между следами представлена на рисунке 2.

Рис. 2 – Зависимость числа дисков на единицу рабочей ширины захвата от расстояния между следами

Анализ графика 2 свидетельствует, что для обеспечения расстояния между следами дисков в пределах 0,1 – 0,106 м число дисков на единицу рабочей ширины захвата должно составлять 9 – 10. Величина этого расстояния между следами дисков будет достигнута при угле установки диска к направлению движения в интервале 22 – 21,5°, как следует из рисунка 1.

Алгоритм определения конструктивных и энергетических параметров дисковой бороны сводится к следующему:

– выбирается расстояние между следами дисков от 0,1 до 0,106 м;

– задаётся рабочая ширина захвата дискатора В, м;

– определяется общее число дисков (6) и задаётся число рядов n_p ;

– определяется расстояние между дисками в ряду по выражению (5);

– по рисунку 1 на основе принятого значения расстояния между следами дисков определяется угол атаки сферического диска дисковой бороны;

– задаваясь значением удельной мощности на единицу рабочей ширины захвата N_B в интервале от 32,62 до 41,29 кВт/м определяется потребная мощность двигателя трактора.

Выводы

– технологические и энергетические показатели дисковой бороны зависят от величины расстояния между следами дисков;

– разработан алгоритм определения потребной мощности двигателя трактора, исходя из технологических и энергетических параметров дисковой бороны с рядным расположением сферических дисков;

– интенсивность измельчения пожнивных остатков достигается за счёт увеличения числа рядов и уменьшения расстояния между следами дисков до 0,1 м.

DOI 10.37670/2073-0853-2020-84-4-141-145

Опубликовано Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 4 (84), стр. 142-145

Аннотации