ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE
International scientific-online conference
122
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГЛУБОКОРЫХЛИТЕЛЕЙ ДЛЯ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ
ЗАСУШЛИВОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
Калашников Виталий Алексеевич
д.ф.т.н. (PhD)
v.kalashnikov.1991@gmail.com +998 93 428 75 80
Андижанский государственный технический институт
Абдуллажонов Асадбек Шерзодбек ўғли
магистрант
asadbek.abdullajonov1099@gmail.com +998 90 203 10 99
Андижанский государственный технический институт
https://doi.org/10.5281/zenodo.15645264
В статье рассматриваются методики определения параметров
почвообрабатывающих машин для глубокого рыхления, направленные на
снижение
энергозатрат
при
сохранении
качества
обработки.
Анализируются недостатки существующих подходов, в частности,
игнорирование физико-механических свойств почвы, отсутствие учёта
наименее энергоёмких деформаций и взаимосвязи параметров с
качественными показателями процесса.
Ключевые слова:
глубокое рыхление, энергоэффективность,
параметры рабочих органов, засушливое земледелие, деформации почвы,
тяговое сопротивление.
При проектировании машин для глубокого рыхления почвы
ключевой задачей является обоснование их параметров. Однако
существующие методики расчёта параметров глубокорыхлителей
обладают рядом существенных ограничений:
Физико-механические свойства почвы либо не учитываются, либо
учитываются лишь через эмпирические коэффициенты, которые часто
неприменимы в условиях засушливого земледелия. Энергоэффективность
обработки игнорируется – не рассматриваются деформации разрушения
почвенного пласта, требующие минимальных энергозатрат. Отсутствует
связь между параметрами рабочих органов и качественными
показателями процесса глубокой обработки.
Глубокая обработка почвы – один из наиболее энергозатратных
этапов в сельскохозяйственном производстве. Особенно высокие
энергопотери наблюдаются при работе с сухими почвами, отличающимися
повышенной прочностью. Процесс глубокого рыхления характеризуется
сложным пространственным взаимодействием почвенного пласта и
ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE
International scientific-online conference
123
рабочего органа. При внедрении долота в почву образуется прорезь с
трапециевидными боковыми расширениями. Согласно теории грунтов [1],
разрушение пласта происходит за счёт комбинации различных
напряжённых состояний:
- перед лобовой поверхностью долота – сдвиг (скол) при сжатии,
- в боковых расширениях – отрыв при растяжении,
- в зоне режущей кромки – срез при сжатии.
При этом сопротивление разрушению в боковых расширениях (на
единицу площади) значительно ниже, чем перед лобовой поверхностью
долота. Это связано с тем, что разрушающие напряжения при сжатии
требуются в несколько раз выше, чем при растяжении [2].
Следовательно, для снижения энергопотребления необходимо
проектировать рабочие органы таким образом, чтобы большая часть
почвенного пласта разрушалась за счёт растяжения (наименее
энергоёмкой деформации). Это достигается за счёт максимизации
площади боковых расширений прорези по сравнению с площадью лобовой
поверхности долота. В ходе исследований получено соотношение (1),
связывающее площади боковых расширений прорези и лобовой
поверхности долота [3].
(1)
где
a
- глубина рыхления, м;
l
/
- длина долота, м;
β
- угол крошения почвы, град;
φ, ρ
- углы внешнего и внутреннего трения, град;
b
- ширина долота, м.
При S > 2 пласт почвы разрушается преимущественно в боковых
расширениях прорези (рис. 1) деформациями растяжения, т.е. с
наименьшими затратами энергии.
Угол наклона боковых расширений прорези определяется углом скола
почвы, поэтому лапы (при их наличии) целесообразно располагать под тем
же углом, вписав рабочий орган глубокорыхлителя в форму прорези.
Прорезь трапециевидной формы образуется при взаимодействии пласта с
долотом и стойкой глубокорыхлителя, а при наличии лап, расположенных
в поперечно-вертикальной плоскости под углом скола почвы,
выполняется дополнительное крошение и укладка структурных агрегатов
в боковых расширениях прорези.
На долоте глубокорыхлителя преобладают деформации сжатия, при
ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE
International scientific-online conference
124
достижении определённой величины которых происходит сдвиг (скол)
слоя почвы, который поднимаясь по рабочему органу, подвергается
дополнительному крошению. В некоторых случаях подпор пласта может
оказаться недостаточным для подъёма по рабочему органу, при этом
почва сгруживается перед ним, образуя так называемые застойные зоны
(призмы волочения). В результате пласт движется не по рабочему органу,
а по почве застойной зоны, возникает дополнительное сопротивление,
приводящее к увеличению энергозатрат глубокорыхлителя. Чтобы
сгруживания не возникало, подпор пласта должен быть достаточным, т.е.
создавалось давление почвы при движении по рабочему органу большее
сопротивления сжатия (δ).
Ранее мы определили исходя из анализа деформации пласта [4],
условия (2), при соблюдении которого сгруживания почвы не возникает
перед рабочим органом глубокорыхлителя:
(2)
где
v
- скорость движения, м/с;
γ
- плотность почвы, кг/м
3
;
φ, ρ
- углы внешнего и внутреннего трения, град;
l
- длина рабочего органа, м;
g
- ускорение свободного падения, м/с.
а
б
Рис. 1. Параметры глубокорыхлителя:
а -
в продольном направлении;
б -
в поперечном направлении;
1 - долото; 2 - лапа; 3 - стойка
Анализ полученного условия свидетельствует о том, что процесс
возникновения сгруживания перед рабочим органом определяется
величинами его длины и угла крошения при допускаемой скорости
движения и требуемой плотности сложения обрабатываемого слоя;
зависит от физикомеханических свойств почвы, но не зависит от
поперечного сечения пласта.
ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE
International scientific-online conference
125
В
поперечном
сечении
почвенного
пласта,
обработанного
глубокорыхлителем, содержатся неразрушенные гребни над дном
борозды в результате особенностей процесса несплошного резания почвы
чизельным рабочим органом. В агротехнических требованиях не
содержится сведений о том, какую часть пласта в поперечном сечении
допускается оставлять необработанной; в отдельных случаях приводится
наибольшая высота гребня, но соотношение обработанной и
необработанной площадей отсутствует. Болгарским исследователем [5]
установлено, что площадь обработанного глубокорыхлителем пласта
почвы в поперечном сечении должна составлять около 60%. Поэтому мы
ввели степень разрыхленности почвы (ξ), в качестве оценочного
показателя (3) при определении параметров глубокорыхлителя [6]:
(3)
Где
Μ -
расстояние между рабочими органами в поперечном направлении,
м;
n
- количество рабочих органов.
Оценочный показатель определяет соотношение обработанной и
общей площадей поперечного сечения пласта, выраженное в процентах.
При ξ = 60% глубокорыхлитель осуществляет качественную обработку
почвы с допускаемой высотой гребня (гребнистого дна борозды).
Из анализа полученной зависимости следует, что расстояние между
рабочими органами глубокорыхлителя в поперечном направлении
зависит от размеров долота и глубины обработки. Физико-механические
свойства почвы не оказывают существенного влияния на выбор
расстояния между рабочими органами.
При разработке глубокорыхлителей необходимо учитывать, что их
функционирование протекает в условиях изменяющихся внешних
воздействий, обусловленных различными факторами, к которым
относятся физико-механические свойства почвы. Внешние воздействия в
сочетании с выбранными параметрами оказывают влияние на показатели
технологического процесса глубокой обработки почвы, которые для
подобных машин являются определёнными. Такая интерпретация
функционирования глубокорыхлителей позволяет использовать для
выражения связи между их параметрами и физико-механическими
свойствами теорию подобия.
С помощью информационно-статистического моделирования и
ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE
International scientific-online conference
126
теории подобия по результатам испытаний ряда глубокорыхлителей,
рекомендованных к применению в сельском хозяйстве получена
зависимость
(4),
связывающая
параметры
машин
с
физико-
механическими свойствами почвы [7]:
а
б
в
г
Рис. 2. Графики для определения режимов работы и параметров
комбинированных агрегатов
(4)
где
Р
т
-
тяговое сопротивление глубокорыхлителя, H;
B
- рабочая ширина захвата глубокорыхлителя, м;
H
- твёрдость почвы, Па.
По
полученным
графикам
можно
определить
параметры
глубокорыхлителей, осуществляющих качественную обработку почвы в
засушливых условиях с наименьшими затратами энергии, в следующей
последовательности:
- исходя из требуемой глубины (
а
), выбираются размеры стойки,
которую для снижения энергоёмкости обработки почвы целесообразно
устанавливать с наклоном (до 45°) в продольном и поперечном
направлениях [2];
- с помощью полученной графической зависимости
а
(рис. 2)
выбирается угол крошения (
β
) и длина рабочего органа (
l
) из условия
невозникновения сгруживания почвы;
- из конструктивных соображений и с учётом рекомендаций [8]
выбирается схема расположения, количество (
n
) и расстояние между
рабочими органами; определяется ширина захвата глубокорыхлителя (
В
),
исходя из минимального тягового сопротивления (P
m
) и допускаемой по
ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE
International scientific-online conference
127
агротребованиям скорости движения (
v
) с помощью полученной
графической зависимости
б
(рис. 2);
- определяется длина (
l
/
) и ширина (
b
) долота, исходя из условия
преобладания деформаций растяжения при разрушении пласта почвы, с
помощью полученной графической зависимости в (рис. 2);
- проверяется соблюдение требуемой степени разрыхленности почвы
(ξ) с помощью полученной графической зависимости г (рис. 2) при
выбранной ширине долота (
b
) и уточняется расстояние между рабочими
органами в поперечном направлении (
M
).
Параметры глубокорыхлителей для обработки почв в условиях
засушливого земледелия, полученные с использованием предложенной
методики, использованы в конструкциях агрегатов, обеспечивающих
выполнение качественных показателей технологического процесса
глубокой обработки почвы при наименьших затратах энергии.
Использованная Литература:
1. Худойбердиев, Т. С., Болтабоев, Б. Р., Турсунов, Б. А., & Калашников, В. А.
(2019). "Суйри" шаклли эккичларнинг параметрларини асослаш. "
Агросаноат мажмуаси учун фан, таълим ва инновациялар: муаммолар ва
истиқболлар". Халқаро илмий–амалий анжуман материаллари, 1–қисм.
Тошкент, (211), 217.
2. Худойбердиев, Т. С., Болтабоев, Б. Р., & Абдуллаев, Д. А. (2020).
Калашников Selection of the construction of the seed drill for seeding wheat
seeds in the space between rows of cotton plant. International Journal of
Psychosocial Rehabilitation, 24(09), 3708.
3. Khudoyberdiev, T. S., Tursunov, B. A., Temirkulova, N. M., Yuldashev, R. R., &
Kalashnikov, V. A. (2021). Determining The Dosage Parameters Of The Soybean
Seed Drill. EFFLATOUNIA–Multidisciplinary Journal, 5(2).
4. Khudoiberdiev, T., & Kalashnikov, V. (2023). Comparison of the values of the
traction resistance of the drill section determined theoretically and
experimentally. In E3S Web of Conferences (Vol. 402, p. 10038). EDP Sciences.
5. Калашников, В. (2024, October). ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ
ПОСЕВА
ОЗИМОЙ
ПШЕНИЦЫ
В
МЕЖДУРЯДЬЯ
ХЛОПЧАТНИКА. In Uz Conferences (Vol. 1, No. 1).
6. Калашников, В. А. (2024). Краткое сопоставление нового метода посева
озимой пшеницы в междурядья хлопчатника с существующим.
Инновационная техника и технология, 11(4), 36–40.
