Обоснование параметров рыхлителя почвообрабатывающей машины стратификатора

Юрий Николаевич Сыромятников

Юрий Николаевич Сыромятников Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко https://orcid.org/0000-0001-9502-626X

Ключевые слова: обработка почвы, ротор почвообрабатывающей машины, рыхлитель ротора, рыхлительно-сепарирующая машина, сепарирующая решетка, слой почвы, частота вращения, пожнивные остатки, угол наклона, условия движения

Аннотация

Введение. Почвообрабатывающая машина стратификатор оптимизирует физико-механическое состояние обрабатываемого слоя почвы, при этом сорняки вычесыванием извлекаются из почвы вместе с цельной корневой системой и укладываются на поверхность, где они высушиваются под воздействием климатических факторов. Порядка 30 % от общих затрат энергии в процессе работы машины расходуется на привод ротора, поэтому она неудовлетворительно работает на плотных почвах.
Материалы и методы. Почва рассматривалась как упруго-пластическая среда. Принималась во внимание модель обобщенного закона Гука и один из вариантов теории пластического течения. Для упрощения вычислений использовались сведения из экспериментальных исследований о положении в пространстве поверхности разрушения почвы. Определялась интенсивность напряжений полипластических деформаций слоя почвы. Для численного решения задачи использовался метод Ритца.
Результаты исследования. В связи с указанными недостатками параметры рыхлителя обоснованы с учетом уменьшения крутящего момента привода ротора. В результате решения задачи методом вариационного исчисления определена геометрическая форма рыхлителя ротора. Энергетические показатели работы секции почвообрабатывающей машины оценивались крутящим моментом привода ротора рыхлительно-сепарирующего устройства. Крутящий момент привода ротора определялся для рыхлителей с ровным, выпуклым, вогнутым и обоснованным в результате проведения теоретических исследований профилем.
Обсуждение и заключение. Обоснованный профиль обеспечивает наилучшие условия для транспортирования почвы в начальный момент вхождения рыхлителя в землю и минимальные затраты энергии на его привод.

Биография автора

Юрий Николаевич Сыромятников, Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко

старший преподаватель кафедры технических систем и технологий животноводства имени Б. П. Шабельника Харьковского национального технического университета сельского хозяйства имени Петра Василенко (61002, Украина, г. Харьков, ул. Алчевских, д. 44), кандидат технических наук, Researcher ID: AAC-7369-2021

Литература

1. Analytical Method of Examining the Curvilinear Motion of a Four-Wheeled Vehicle / V. Melnik, M. Dovzhik, B. Tatyanchenko [et al.]. – DOI 10.15587/1729-4061.2017.101335 // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2017. – Vol. 3, Issue 7. – Pp. 59–65. – URL: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/101335 (дата обращения: 20.01.2021).

2. Сыромятников, Ю. Н. Результаты полевых исследований роторной почвообрабатывающей рыхлительно-сепарирующей машины с экспериментальными рабочими органами / Ю. Н. Сы- ромятников // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2018. – № 5. – С. 184–192. – URL: https://clck.ru/U4WZj (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

3. Нанка, А. В. Влияние частоты вращения ротора почвообрабатывающей машины на качественные показатели ее работы / А. В. Нанка, Ю. Н. Сыромятников // Агротехника и энергообеспечение. – 2018. – № 2. – С. 101–115. – URL: https://clck.ru/U4WkU (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

4. Пащенко, В. Ф. Грунтообробна установка з використанням гнучкого робочого органу для контролю росту бур’янів / В. Ф. Пащенко, Ю. М. Сиромятников, Н. С. Храмов. – DOI 10.32717/0131-0062-2018-64-33-43 // Овочівництво і баштанництво. – 2018. – № 64. – С. 33–43. – URL: https://vegetables-journal.com/index.php/journal/article/view/23 (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

5. Сиромятников, Ю. М. Вдосконалення робочих органів для підрізання та підйому ґрунту розрихлювально-сепаруючою машиною / Ю. М. Сиромятников // Інженерія природокористування. – 2017. – № 2. – С. 74–77. – URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Iprk_2017_2_15 (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

6. Храмов, Н. С. Качественные показатели работы экспериментальной почвообрабатывающей установки с применением гибкого рабочего органа // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2018. – № 6. – С. 177–186. – URL: https://clck.ru/U4Xmn (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

7. Syromyatnikov, Yu. N. Qualitative Performance Indicators of a Ripping-and-Separating Machine for Soil Cultivation / Yu. N. Syromyatnikov. – DOI 10.22314/2073-7599-2018-12-3-38-44 // Agricultural Machinery and Technologies. – 2018. – Vol. 12, Issue 3. – Pp. 38–44. – URL: https://www.vimsmit.com/jour/article/view/250 (дата обращения: 20.01.2021).

8. Николаев, В. А. Анализ взаимодействия правого ножа агрегата непрерывного действия с грунтом / В. А. Николаев, Д. И. Трошин. – DOI 10.26518/2071-7296-2020-17-4-452-463 // Вестник СибАДИ. – 2020. – Т. 17, № 4. – С. 452–463. – URL: https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1116 (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

9. Пащенко, В. Ф. Транспортирующая способность ротора почвообрабатывающей рыхлительно-сепарирующей машины / В. Ф. Пащенко, Ю. Н. Сыромятников // Тракторы и сельхозмашины. – 2019. – № 2. – С. 67–74. – URL: https://old.mospolytech.ru/storage/f033ab37c30201f73f142449d037028d/files/Traktory_i_selhozmashiny_No2_2019_dlya_sajta.pdf (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

10. Study of the Process of Grain Pre-Threshing by Working Bodies of a Combine Harvester Header / V. Sheychenko, I. Dudnikov, A. Kuzmych [et al.]. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2017. – Vol. 6, no. 1. – Pp. 19–27. – URL: http://lib.udau.edu.ua/handle/123456789/7198 (дата обращения: 20.01.2021).

11. Суханова, М. В. Интеллектуальная система управления динамическими процессами смешивания в машинах для обработки семян с высокоэластичными рабочими органами / М. В. Суханова, А. В. Суханов, С. А. Войнаш. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202003.340-354 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 3. – С. 340–354. – URL: http://vestnik.mrsu.ru/index.php/en/articles2-en/92-20-3/788-10-15507-0236-2910-030-202002-1 (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

12. Старовойтов, С. И. Конструктивные особенности рабочих органов для уплотнения и выравнивания поверхности почвы / С. И. Старовойтов, Б. Х. Ахалая, А. В. Миронова // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. – 2019. – № 4. – С. 51–56. – URL: https://vestnik.viesh.ru/wp-content/uploads/2020/01/ВИЭСХ_4_2019.pdf (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

13. Кушнарев, А. С. Механика почв: задачи и состояние работ / А. С. Кушнарев. – Текст : непосредственный // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1987. – № 3. – С. 9–13.

14. Кушнарьов, А. Теоретичні дослідження взаємодії викопувального робочого органу з грунтом / А. Кушнарьов, Л. Шустік, С. Маринін // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України. – 2014. – Вип. 18, № 1. – С. 200–207. – URL: https://clck.ru/U8G4p (дата обращения: 20.01.2021).

15. Оценка технологического процесса обработки почвы на основе уравнений динамики сплошных сред / С. Г. Мударисов, З. С. Рахимов, М. М. Ямалетдинов, И. М. Фархутдинов // Достижения науки и техники АПК. – 2010. – № 1. – С. 63–65. – URL: https://clck.ru/U7MXP (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

16. Developing the Method of Constructing Mathematical Models of Soil Condition under the Action of a Wedge / S. Kornienko, V. Pashenko, V. Melnik [et al.]. – DOI 10.15587/1729-4061.2016.79912 // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – Vol. 5, Issue 7. – Pp. 34–43. – URL: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/79912 (дата обращения: 20.01.2021).

17. Radjai, F. Features of Static Pressure in Dense Granular Media / F. Radjai, D. E. Wolf. – DOI 10.1007/PL00010907 // Granular Matter. – 1998. – Vol. 1. – Pp. 3–8. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007%2FPL00010907#citeas (дата обращения: 20.01.2021).

18. Лапшин, В. В. Нелинейная упругопластическая модель коллинеарного удара / В. В. Лапшин, Е. А. Юрин. – DOI 10.18698/1812-3368-2016-1-90-99 // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. – 2016. – № 1. – С. 90–99. – URL: http://vestniken.ru/catalog/it/mathmod/676.html (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

19. Пермякова, В. В. Основные модельные представления механического удара / В. В. Пермякова // Инновации в гражданской авиации. – 2018. – Т. 3, № 2. – С. 77–86. – URL: http://www.mstuca.ru/upload/Innovatcii_blok_3.2.pdf (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

20. Листрова, К. С. Моделирование продольного удара упругого стержня как механической системы с конечным числом степеней свободы / К. С. Листрова, В. К. Манжосов – DOI 10.18500/1816-9791-2011-11-2-96-102 // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. – 2011. – Т. 11, № 2. – С. 96–102. – URL: https://mmi.sgu.ru/sites/mmi.sgu.ru/files/text-pdf/2020/04/listrova-manzhosov96-102.pdf (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

21. Pan, J. L. Simulation of Dynamic Compaction of Loose Granular Soils / J. L. Pan, A. R. Selby. – DOI 10.1016/S0965-9978(02)00067-4 // Advances in Engineering Software. – 2002. – Vol. 33, Issue 7–10. – Pp. 631–640. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0965997802000674?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2021).

22. Okur, D. V. Stiffness Degradation of Natural Fine Grained Soils during Cyclic Loading / D. V. Okur, A. Ansal. – DOI 10.1016/j.soildyn.2007.01.005 // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. – 2007. – Vol. 27, Issue 9. – Pp. 843–854. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026772610700022X?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2021).

23. Non-Invasive 3D Analysis of Local Soil Deformation under Mechanical and Hydraulic Stresses by μCT and Digital Image Correlation / S. Peth, J. Nellesen, G. Fischer, R. Horna. – DOI 10.1016/j. still.2010.02.007 // Soil and Tillage Research. – 2010. – Vol. 111, Issue 1. – Pp. 3–18. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198710000280?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2021).

24. Hashiguchi, K. Shear Band Formation Analysis in Soils by the Subloading Surface Model with Tangential Stress Rate Effect / K. Hashiguchi, S. Tsutsumi. – DOI 10.1016/S0749-6419(02)00113-4 // International Journal of Plasticity. – 2003. – Vol. 19, Issue 10. – Pp. 1651–1677. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0749641902001134 (дата обращения: 20.01.2021).

25. Sciammarella, C. A. Verification of Continuum Mechanics Predictions with Experimental Mechanics / C. A. Sciammarella, L. Lamberti, F. M. Sciammarella. – DOI 10.3390/ma13010077 // Materials. – 2020. – Vol. 13, Issue 1. – Pp. 77. – URL: https://www.mdpi.com/1996-1944/13/1/77 ( дата обращения: 20.01.2021).

26. Li, X. Macro-Micro Relations in Granular Mechanics / X. Li, H. S. Yu, X. S. Li. – DOI 10.1016/j.ijsolstr.2009.08.018 // International Journal of Solids and Structures. – 2009. – Vol. 46, Issue 25–26. – Pp. 4331–4341. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020768309003291?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2021).

27. Бондарь, В. С. Вариант теории термопластичности / В. С. Бондарь, В. В. Даншин, А. А. Кондратенко. – DOI 10.15593/perm.mech/2015.2.02 // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2015. – № 2. – С. 21–35. – URL: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2015.2.02 (дата обращения: 20.01.2021). – Рез. англ.

28. A Review of Basic Soil Constitutive Models for Geotechnical Application / K. S. Ti, B. B. K. Huat, J. Noorzaei [et al.] // Electronic Journal of Geotechnical Engineering. – 2009. – Vol. 14. – Pp. 1–18. – URL: https://www.scirp.org/(S(351jmbntvnsjt1aadkposzje))/reference/ReferencesPapers.aspx?ReferenceID=1366069 (дата обращения: 20.01.2021).

29. Research of Surface-Plane and Space-Deep Interaction of Needle with Soil / V. Sheichenko, I. Dudnikov, V. Shevchuk, A. Kuzmych // Mechanization in Agriculture & Conserving of the Resources. – 2019. – Vol. 65, Issue 1. – Pp. 13–16. – URL: https://stumejournals.com/journals/am/2019/1/13 ( дата обращения: 20.01.2021).

30. Modeling the Technological Process of Tillage / S. G. Mudarisov, I. I. Gabitov, Y. P. Lobachevsky [et al.]. – DOI 10.1016/j.still.2018.12.004 // Soil and Tillage Research. – 2019. – Vol. 190. – Pp. 70–77. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198718311760?via%3Dihub ( дата обращения: 20.01.2021).

31. Influence of Rheological Properties of a Soil Layer Adjacent to the Working Body Cutting Element on the Mechanism of Soil Cultivation / V. Aulin, O. Lyashuk, A. Tykhyi [et al.] // Acta Technologica Agriculturae. – 2018. – Vol. 21, Issue 4. – Pp. 153–159. – URL: https://clck.ru/U7SUu (дата обращения: 20.01.2021).

32. Babitsky, L. F. Bionic Modelling of the Working Bodies of Machines For Surface Tillage / L. F. Babitsky, I. V. Sobolevsky, V. A. Kuklin. – DOI 10.1088/1755-1315/488/1/012041 // IOP Conference Series. – 2020. – Vol. 488, Issue 1. – 10 p. – URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/488/1/012041/meta (дата обращения: 20.01.2021).

33. Kapov, S. N. Model of Soil Environment as Object of Mechanical Tillage / S. N. Kapov, M. A. Aduov, S. A. Nukusheva. – DOI 10.7537/marslsj1112s14.30 // Life Science Journal. – 2014. – Vol. 11. – Pp. 156–161. – URL: http://www.lifesciencesite.com/lsj/life1112s/030_26240life1112s14_156_161.pdf (дата обращения: 20.01.2021).

34. Weinan, E. The Deep Ritz Method: A Deep Learning-Based Numerical Algorithm for Solving Variational Problems / E. Weinan, B. Yu. – DOI 10.1007/s40304-018-0127-z // Communications in Mathematics and Statistics. – 2018. – Vol. 6, Issue 1. – Pp. 1–12. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs40304-018-0127-z (дата обращения: 20.01.2021).

35. Vibration Analysis of the Coupled Doubly-Curved Revolution Shell Structures by Using Jacobi-Ritz Method / Q. Wang, K. Choe, D. Shi, K. Sin. – DOI 10.1016/j.ijmecsci.2017.12.002 // International Journal of Mechanical Sciences. – 2018. – Vol. 135. – Pp. 517–531. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002074031731055X?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2021).

36. Berthelot, J.-M. Damping Analysis of Laminated Beams and Plates Using the Ritz Method / J.-M. Berthelot. – DOI 10.1016/j.compstruct.2005.04.031 // Composite Structures. – 2006. – Vol. 74, Issue 2. – Pp. 186–201. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822305001005?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2021).