Перспективы развития агромелиоративных машин в условиях Туркменистана



Ключевые слова: подпахотная подошва грунта, механическое рыхление,условия послойного резания,определение усилий, обработка почвы.

Староорошаемые земли Туркменистана находятся в условиях близкого залегания грунтовых вод и относятся к тяжелым почвам, которые имеют большую потенциальную опасность вторичного засоления. Рассоление таких почв обычными промывными поливами не дают положительного эффекта, т. к. подпахотная подошва грунта, образовавщаяся в результате многократной вспашки на губине 30–35 см препятсятвует вымыву вредних солей в нижние грунты. Трудные в мелиоративном отношении грунтовые условия, характеризующиеся низкой естественной дренированностью и аэрацией, не позволяют получать стабильные урожаи сельскохозяйственной продукции [1].

Создание агромелиоративных машин и орудий нового поколения, ресурсосберегающих, высокопроизводительных, высокоэкономичных, менее энергоемких и металлоемких-глобальная задача современной науки. В Туркменистане разуплотнение и углубление пахотного горизонта необходимо проводить на 1,3–1,5 млн. га сельхозугодий, а годовая потребность в орудиях для рыхления почвы составляет 6–6,5 тыс. шт.-233 усл.эт.га, соответсвенно глубокорыхлители для внесения органических удобрений 6,5–8,2 тыс. шт.–185 усл.эт.га; культиваторы-растениепитатели 4,0–5,0 тыс. шт.–695 усл.эт.га [4].

Технический результат заключается в разработке комплексного способа предпосевной обработки тяжёлой малопроницаемой почвы под культуру рядкового посева в условиях орошения. Этот способ позволит увеличить урожайность растительных культур, возделываемых на тяжелых слабопроницаемых грунтах, снизить расход топлива за счёт уменьшения объёмов рыхления путём между рядковой обработки почвы, ограниченной корнеобитаемым слоем возделываемого растения [3].

Глубокое рыхление тяжёлых почв всегда сопровождается большим расходом топлива из-за высокого сопротивления почвы разрушению. После прохода такого двухъярусного рыхлителя уплотнение грунта не происходит, а образовавшаяся траншея в поперечном сечении представляет собой трапецеидальную, расходящуюся к верху форму, заполненную комьями разрыхлённой почвы [2].

Глубина рыхления для хлопчатника равна 60 см и соответствует средней длине стержневого корня в области основного корнеобитаемого слоя хлопчатника. Улучшение водопроницаемости и водного режима при глубоком рыхлении почвы связано с улучшением воздухопроницаемости аэрации [5].

Основным недостатком ножевых рабочих органов, применяемых в кротодренажных машинах, является большая энергоемкостиь из-за большой сплошной линии скола. Снижение энергоемкости для данного типа рабочего органа возможно достичь за счеть послойного резания [6].

При проведении постановочных опытов исследовались два типа ножевых рабочих органов: ступенчатый нож (зубья установлены с опережением один относительно другого); сплошной нож.

Угол подъема (резания) для ступенчатого ножа принимали в диапазоне от 20 до 35 ⁰ . Аналогично изменяли угол подъема сплошного ножа.

Было установлено, что резание грунта сплошным рабочим органом по сравнению со ступенчатым на 15–20 % больше. При этом наблюдается значительно больший износ лезвия сплошной ножей.

Для обеспечения условий послойного резания необходимо чтобы линии скола, происходящие впереди режущей кромки нижнего ножа-клина, выходили на свободную поверхность, создаваемую первым ножом, для чего зубья ножа должны быть расположены с опережением друг-друга в вертикальной плоскости на величину–a. Величину а находим из схемы взаимодействия ступенчатого рабочего органа с грунтом (рисунок):

a = hctg ϴ (1)

где: h-глубина резания, см; ϴ-угол скола, град.

Рис.1. Использование процесса послойного резания грунта ножевым органом рыхлителя

Линия скола грунта приданной схеме резания проходит параллельно линии действия результирующей силы резания, которая образует угол трения- µ с нормалью N _k к передней грани ножа.

Угол скола- ϴ определяем по следующей зависимости:

ϴ = — (α+µ) (2)

где: α-угол резания, град; µ-угол трения, град.

Тогда:

a = hctg (3)

при установке режущих зубьем с опережением на величину общее усилие равно сумме усилий каждой из ступеней:

P _об = P ₁ + P ₂ (4)

Предполагаем, что толщина разрабатываемых слоев одинакова, тогда:

P _об = 2P (5)

По зависимости А. Н. Зеленина [6] определим тяговое усилие резания сплошного и ступенчатого рабочих органов, сопоставляя их величины:

P _пр = C _уд (1+ 0,1δ _н )(1- ) k _Υ ; (6)

где: h–глубина резания, см; δ _н –толщина ножа, см; α–угол резания, град;

k _{Υ —} коэффициент, учитывающий влияние угла заострения ножа.

(7)

Рассмотрим отношение:

(8)

Таким образом, зависимость позволяет определить тяговые усилие резания при изменении положения зубьем на ноже кротователя-рыхлителя при послойном резании грунта. Известно, что усилие резания грунта на докритической глубине на 20–25 % менее чем при закритической, т. е. используя данный эффект в конструкции ножа можем снизить тяговое усилие по сравнению со сплошным ножом [1]. Хорошая сходимость результатов вычислений с фактическими значениями усилий резания объясняется тем, что величины развалов, а также соотношение глубин и , имевшие место в действительных и различных условиях резания, учитываются множителем:

(9)

Этот множитель, установленный экспериментально, косвенно отражает закономерность влияния угла резания на площади и , на глубину резания и и интегрально на величину , хотя и приведен к условному поперечному сечению стружки . [6]. Формула:

(10)

рекомендуется для ширины элементарных профилей 5 от 1 до 20 см, т. е. в пределах, обычно встречающихся на практике.

Формула:

(11)

исходит из раздельного определения усилий, затрачиваемых на отрыв воронкообразной боковой поверхности «развала» от массива и на резание по контуру в нижней зоне площади поперечного сечения стружки. В этих формулах вместо угла подставлено Это сделано исходя из того, что в механике сплошных сред, когда объект двигается под углом создается наименьшее сопротивление. Интересно отметить, что коэффициент золотого сечения делит прямой угол на углы и

Как видно, когда

при остальных одинаковых параметрах нужно тяговое усилие на меньше, чем при [6]. В формуле:

при одинаковых расстояниях между резцами рыхлителя, т. е. при

это отношение принимает наименьшее значение.

При

указанное отношение равно 0,68.

Сравнительный анализ показывает, что предлагаемая форма рыхлителя в указанных параметрах является наиболее оптимальной по отношению к тяговому усилию.

Литература:

1. Данатаров A. Технология нарезки аэрационного дренажа и эффективность его работы в условиях аридной зоны. Дис. канд. тех. наук. -Киев, 1994. -217с.
2. Данатаров А., Османов Б., Илгелдиев Д., Асдангулыев М., Мухамметмырадов К. Aгромелиоративные мероприятия в условиях аридной зоны. «Технические науки: традиции и инновации» -СПб., 2020. — с.19–20.
3. Данатаров А., Сапармурадов А., Курбанов А., Бабаев А. Ресурсосберегающая технология и система машин для возделывания хлопчатника в условиях Туркменистана. Исследования молодых ученых. -2021, -Казань, -с.5–7.
4. Данатаров А., Сапармурадов А., Рустамов С. Применение математического моделирования в инновационных агромелиоративных машинах в условиях аридной зоны. -Казань, -2021. -с.79–82.
5. Данатаров А., Османов Б., Курбанов А., Бабаев А. Устройство для нарезки кротовин в условиях аридной зоны. Исследования молодых ученых. -2021, -Казань,-с.1–4.
6. Зеленин А. Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. 2-е изд. перераб. и доп. –М.: Машиностроение, 1968. -375с.