Анализ энергоемкости процесса вспашки почвы мотоблоком в агрегате с лемешно-отвальным плугом

Владимир Федорович Купряшкин; Александр Сергевич Уланов; Николай Иванович Наумкин; Анатолий Владимирович Безруков; Михаил Геннадьевич Шляпников

Владимир Федорович Купряшкин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» https://orcid.org/0000-0002-7512-509X
Александр Сергевич Уланов ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» https://orcid.org/0000-0001-6041-6911
Николай Иванович Наумкин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» https://orcid.org/0000-0002-1109-5370
Анатолий Владимирович Безруков ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»
Михаил Геннадьевич Шляпников ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» https://orcid.org/0000-0002-4784-4695

Ключевые слова: почва, мотоблок, лемешно-отвальный плуг, устойчивость движения, мощность, энергоемкость

Аннотация

Введение. Вспашка почвы является одной из главных операций при возделывании сельскохозяйственных культур. Она представляет собой одну из самых трудоемких операцией в растениеводстве, на которую расходуется около 40 % всех энергетических затрат. Основная часть этих издержек приходится на обеспечение мощности, необходимой для эффективного функционирования мотоблока с лемешно-отвальным плугом. Поэтому определение затрачиваемой мощности мотоблока является актуальной задачей.
Материалы и методы. Для решения проблемы определения энергетических характеристик мотоблока при проведении вспашки почвы был проведен теоретический анализ, включающий в себя значение крутящего момента, силу тяги на ходовых колесах, силу сопротивления при их перекатывании, а также силу сопротивления на лемешно-отвальном корпусе плуга с учетом геометрических параметров пахотного агрегата на базе мотоблока. В результате чего были получены искомые зависимости затрачиваемой мощности и удельной энергоемкости, методика нахождения которых изложена в материалах статьи.
Результаты исследования. В результате проведенного анализа баланса были получены зависимости для нахождения потребляемой мощности, а также для удельной энергоемкости вспашки почвы мотоблоком с лемешно-отвальным плугом, позволяющие дать энергетическую оценку функционированию пахотного агрегата.
Обсуждение и заключение. На основании установленных расчетных зависимостей требуемой мощности и удельной энергоемкости с учетом экспериментальных данных взаимодействия плуга с почвой, конструктивных параметров и технологических режимов работы пахотного агрегата, состоящего из мотоблока «Нева» МБ-2С-7,5 Pro и лемешно-отвального плуга П1-20/3, были получены их частные решения, способствующие выбору оптимальных режимов его функционирования.

Биографии авторов

Владимир Федорович Купряшкин, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

заведующий кафедрой мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430904, Россия, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5), кандидат технических наук, доцент, ResearcherID: L-5153-2018

Александр Сергевич Уланов, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

инженер кафедры основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430904, Россия, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5), ResearcherID: L-4662-2018

Николай Иванович Наумкин, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

заведующий кафедрой основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430904, Россия, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5), доктор педагогических наук, кандидат технических наук, доцент, ResearcherID: L-4643-2018

Анатолий Владимирович Безруков, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

доцент кафедры основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва (430904, Россия, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5), кандидат технических наук, ResearcherID: N-5459-2016

Михаил Геннадьевич Шляпников, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

аспирант кафедры основ конструирования механизмов и машин, институт механики и энергетики, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430904, Россия, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5)

Литература

1. Василенко В. В., Коржов С. И., Василенко С. В., Хахулин А. Н. Способы повышения качества отвальной вспашки // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2014. № 3. С. 118–122. DOI: https://doi.org/10.17238/issn2071-2243

2. Integrated Farm Management for Sustainable Agriculture: Lessons for Knowledge Exchange and Policy / D. C. Rose [et al.] // Land use Policy. 2019. Vol. 81. Pp. 834–842. DOI: https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2018.11.001

3. Causarano H. Factors Affecting the Tensile Strength of Soil Aggregates // Soil and Tillage Research. 1993. Vol. 28, Issue 1. Рp. 15–25. URL: http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=NL9306567 (дата обращения: 13.06.2019).

4. Kim J. H., Kim K. U., Wu Y. G. Analysis of Transmission Loads of Agricultural Tractors // Journal of Terramechanics. 2000. Vol. 37, Issue 3. Pp. 113–125. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-4898(99)00022-1

5. Купряшкин В. Ф., Наумкин Н. И., Фирстов А. Ф., Уланов А. С. Анализ динамических нагрузок в приводе машины для обработки почвы в теплицах МПТ-1,2 // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5, ч. 1. С. 94–100. URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33725 (дата обращения: 13.06.2019).

6. Мингалимов Р. Р., Мусин Р. М. Исследования процесса образования и использования дополнительной движущей силы машинно-тракторного агрегата в результате применения движителей-рыхлителей // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 1. С. 126–132. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovaniya-protsessa-obrazovaniya-i-ispolzovaniya- dopolnitelnoy-dvizhuschey-sily-mashinno-traktornogo-agregata-v-rezultate (дата обращения: 13.06.2019).

7. Донцов И. Е., Лысыч М. Н., Шабанов М. Л. Результаты лабораторных исследований силовых параметров почвообрабатывающих рабочих органов // Лесотехнический журнал. 2017. Вып. 7, № 2. С. 166–175. DOI: https://doi.org/10.12737/article_5967eaca8aa488.95157042

8. Безруков А. В., Наумкин Н. И., Купряшкин В. Ф., Еремкин И. В. Анализ баланса мощности, расходуемой самоходной малогабаритной почвообрабатывающей фрезой с автоматическим регулированием режимов работы // Машиноведение. 2015. Вып. 1. С. 37–42. URL: http://imash.kg/ index.php/zhurnal-mashinovedenie-2015-vypusk-1 (дата обращения: 13.06.2019).

9. Гуреев И. И., Климов Н. С. Минимизация энергоемкости фрезероной обработки почвы // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2016. № 1. С. 64–67. DOI: https://doi.org/10.18551/issn1997-0749.2018-01

10. Мясищев Д. Г. Проектирование мотоблоков с учетом требований эргономики // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1996. № 12. С. 15–20. URL: http://www.tismash.ru (дата обраще- ния: 13.06.2019).

11. Mattetti М., Varani М., Molari G., Morelli F. Influence of the Speed on Soil-Pressure over a Plough // Biosystems Engineering. 2017. Vol. 156. Pp. 136–147. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2017.01.009

12. Horn R. F., Taubner H., Wuttke M., Baumgartl T. Soil Physical Properties Related to Soil Structure // Soil and Tillage Research. 1994. Vol. 30, Issue 2. Рp. 187–216. DOI: https://doi.org/10.1016/0167-1987(94)90005-1

13. Шмонин В. А. Теория, конструкция и расчет ротационных почвообрабатывающих машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. № 7. URL: https://rucont.ru/efd/356670 (дата обращения: 13.06.2019).

14. Мударисов С. Г. Моделирование процесса взаимодействия рабочих органов с почвой // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2005. № 7. С. 27–30. URL: http://www.avtomash.ru/ gur/2005/200507.htm (дата обращения: 13.06.2019).

15. Girma G. Dynamic Effects of Speed, Depth and Soil Strength Upon Forces on Plough Components // Journal of Agricultural Engineering Research. 1992. Vol. 51. Pp. 47–66. DOI: https://doi.org/10.1016/0021-8634(92)80025-N

16. Донцов И. Е., Лысыч М. Н. Установка для объемного динамометрирования почвообрабатывающих рабочих органов и результаты ее использования // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2017. № 2. С. 9‒18. URL: https://www.rucont.ru/efd/623597 (дата обращения: 13.06.2019).

17. Мяленко В. И., Маринов Н. А. Пространственное динамометрирование рабочих органов почвообрабатывающих орудий // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2017. № 5. С. 22–26. DOI: https://doi.org/10.22314/2073-7599-2017-5-22-26

18. Овчинников В. А., Чаткин М. Н., Овчинникова А. В. Оптимизация параметров и режимов работы дискового высевающего аппарата по критерию равномерности высева // Вестник Мордовского университета. 2018. Т. 28, № 3. С. 379–388. DOI: https:// doi.org/10.15507/0236-2910.028.201803.379-388

19. Купряшкин В. Ф., Уланов А. С., Наумкин Н. И. Обоснование конструкции динамометрического модуля для исследования лемешно-отвального плуга мотоблока и его практическая апро- бация с использованием технологий реверс-инжиниринга // Вестник Мордовского университета. 2018. Т. 28, № 3. С. 400–415. DOI: https://doi.org/10.15507/0236-2910.028.201803.400-415

20. Смагин В. П., Заздравный А. Н. Агрономическое значение твердости почв // Почвоведение. 1981. № 2. С. 138–141. URL: http://www.pochva.com/index.php?content=5&journal=%CF%EE%F7%E2%E E%E2%E5%E4%E5%ED%E8%E5&year=1981&number=2&number_id=622 (дата обращения: 13.06.2019).

21.Method and System of Plowing Depth Online Sensing for Reversible Plough / Yin Yanxin [et al.] // IFAC-PapersOnLine. 2018. Vol. 51, Issue 17. Рp. 326–331. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ifacol. 2018.08.199