К.т.н., доц., Пугач А.М., к.т.н., доц., Колбасін О.О., бакалавр, Вовк А.О.

Дніпропетровський державний аграрно-економічний університет

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРИКОЧУЮЧОГО КОТКА ДЛЯ РОБОТИ В МЕЖАХ ЗАХИСНОЇ ЗОНИ РОСЛИН

Постановка проблеми. Сучасні світові тенденції на отримання екологічно чистої продукції потребують хоча б часткової відмови від хімічних засобів боротьби з бур’янами. Як наслідок, підвищується значення культиваторів, як найбільш ефективного механічного засобу боротьби. Останнє не могло не позначитись на зростанні вимог до їх технічного рівня.

Аналіз теоретичних та практичних напрацювань у галузі удосконалення культиваторів вказує на такі основні напрямки їх удосконалення: підвищення зносостійкості робочих органів; підвищення підрізаючої спроможності стрілчастої лапи; покращення стійкості ходу по глибині та за шириною захвату; оптимізація загальної компоновки машини; створення принципово нових робочих органів; розробка комбінованих агрегатів.

Екологічно чиста продукція сьогодні потребує вирішення ряду задач, пов’язаних з доглядом за просапними культурами. Найбільш актуальна з них – боротьба з бур’янами у межах захисної зони. Серед механічних засобів боротьби з бур’янами найбільш ефективним є використання стрілчастих лап, проте вони потребують дотримання широких захисних смуг. Боротьба з бур’янами в захисних смугах можлива тільки без розпушення грунту, бо остання підвищує ймовірність пошкодження кореневої системи рослин.

Аналіз досліджень. Дніпропетровським державним аграрно-економічним університетом протягом ряду років відпрацьовувалась технологія безгербіцидного знищення бур’янів у захисній зоні і робочі органи для реалізації цієї технології. В результаті досліджень однією з перспективних визнано технологію, що передбачає зминання та укладання стебла на поверхню грунту з наступним присипанням. Під наведену технологію виконано модернізацію культиваторів КРН – 4,2 (5,6), КОН-2,8 [1-6].

Культиватор (рис.1) складається з рами 1, опорного колеса 2 з стояками 3, гряділя 4, на якому встановлено стрільчасту лапу 5 та полиці 6. На рамі 1 закріплені кронштейни 7 з можливістю переміщення у поперечному напрямку. До кронштейну 7 кріпиться двоплечій важіль 8, на нижньому обрізі якого встановлено коток 9 з дожимаючою пружиною 10. На ободі котка під кутом до напрямку руху встановлено ріжучі пластини 11.

У процесі руху стрільчасті лапи 5 розпушують грунт та нищать бур’яни у міжряддях, а коток 9, рухаючись у межах захисної зони, укладає їх на поверхню, зминає та підрізає ріжучими пластинами. Наступним етапом полиці 6 присипають укладені бур’яни шаром грунту.

Як показали досліди, така технологія має певні переваги перед відомими, хоча б тому, що 35 – 40 % зменшує кількість бур’янів в захисній зоні. Позитивним також є те, що в межах захисної зони у грунт не занурюються ріжучі елементи, лінії зколу від яких можуть травмувати кореневу систему культурних рослин.

Рис. 1. Принципова схема просапного культиватора

для міжрядного обробітку кукурудзи

Мета досліджень. Обґрунтування кінематичних параметрів пристрою для роботи у захисній зоні, що забезпечить реалізацію переваг наведеної технології.

Результати досліджень. Як показують матеріали випробувань, при статичній дії сили неможливо перерізати стебло у виключно вертикальному положенні без опори. Стебло обов’язково повинно згинатися у сторону різання, так як тільки тоді з’являється реакція стебла N по відношенню до ріжучого елементу, для подолання якої необхідно прикласти в горизонтальному напрямку силу Р (рис.2).

Горизонтальна сила, котра виникає при відхиленні стебла лезом [7]

, (1)

дe

Для консолі ,

де E – модуль пружності; J – модуль опору.

Рис. 2. Сили, що діють на ніж при відхиленні стебла

Формула (1) справедлива для великих прогинів, тоді отримаємо

, (2)

де - кут тертя;

Лезо зріже стебло за умови, якщо R_s < P

де - сила, необхідна для перерізання стебла.

Максимальне значення сили Р знайдемо, взявши першу похідну dР/dθ виразу (2) і прирівнявши її нулю.

(3)

Підставивши замість значення , знайдемо висоту на якій можливе зрізання стебла

(4)

Аналіз формули (4) показує, що різання стоячого стебла лезом котка неможливе.

Якщо різання супроводжується динамічною дією сили, то при цьому виникають сили інерції стебла , котрі в сумі з іншими зусилями забезпечують умову зрізу.

(5)

де - опір стебла згину; - сила інерції стебла; - опір повітря при відхилення стебла; - опір стебла відхиленню зі сторони поряд стоячих.

В подальшому при визначенні швидкості зрізання одиночного стебла не будемо враховувати та .

Якщо стебло під час зрізання має дві опори, то швидкість ножа отримаємо розглянувши згин стебла як згин балки, що вільно лежить на двох опорах (рис 3.)

Тоді ,

де (6)

Рис. 3. Схема перерізання стебла бур’яну

Підставивши значення в нерівність отримаємо

(7)

звідки (8)

Як випливає з нерівності для зменшення технологічної швидкості різання суттевий вплив має зазор між лезами і відстань l між опорами, котрі необхідно робити мінімальними.

Формулу для визначення технологічної швидкості різання отримаємо якщо врахуємо пружно-пластичну місцеву деформацію стебла при дії на нього ріжучого інструменту (рис 4.)

Введемо наступні позначення :

α – пружно-пластична пластична деформація; k – коефіцієнт місцевої жорсткості; x – переміщення маси стебла, приведеної в точку удару; q – коефіцієнт пружності стебла.

З відомим припущенням приймаємо лінійну залежність опору вдавлювання ножа в стебло від деформації

Рис. 4. Схема зрізання стебла з врахуванням пружно – пластичної деформації

Припустимо, що стебло має одну ступінь вільності. Тоді рівняння його руху буде мати вид

(9)

Рівняння руху ножа

(10)

Ці рівняння справедливі для першого періоду удару коли ніж занурюється в стебло. З виразу (9) знайдемо і підставимо в рівняння (8). Отримаємо

(11)

Введемо позначення і підставивши їх в рівняння (10) отримаємо диференційне рівняння розв’язок якого з урахуванням початкових умов матиме вигляд

, (12)

де

З рівняння 9 визначимо і підставимо значення х в рівняння (11).

Знайдемо . Але зріз стебла починається при .

Підставляючи в останнє рівняння замість його максимальне значення, а замість t заданий час початку зрізання, знайдемо швидкість ножа:

(13)

Рівняння (12) визначає оптимальну швидкість, при якій травмування стебел бур’яну буде максимальним.

Висновки

1. Проведені аналітичні дослідження вказують на можливість використання прикочуючого котка для боротьби з бур’янами в межах захисної зони рослин.

2. Проблема отримання екологічно чистої продукції потребує розробки більш досконалих механічних засобів боротьби з бур’янами. Для роботи в межах захисної зони рослин як-то стрілчасті лапи, дискові ножі тощо, використати неможливо у зв’язку з утворенням ними в процесі роботи тріщин у ґрунті, які ушкоджують кореневу систему рослин.

3. Є необхідність у проведенні польових досліджень прикочуючого котка на різних агрофонах, швидкісних режимах, вологості ґрунту.

Список використаних джерел

1. Пат. № 26731, Україна, МПК А01В 39/00. Пристрій для боротьби з бур’янами в межах захисної зони рослин / Кобець А.С., Волик Б.А., Тищенко С.С., Пугач А.М. опубл. 10.10.2007 Бюл. №16.

2. Пат. № 43971, Україна, МПК А01В 39/00. Робочий орган для міжрядного обробітку ґрунту / Кобець А.С., Кобець О.М., Волик Б.А.,Пугач А.М., Слаква С.О. опубл. 10.09.2009 Бюл. №17.

3. Пат. № 48204, Україна, МПК А01В 39/00. Пристрій для знищення бур’янів в рядах рослин / Кобець А.С., Кобець О.М., Волик Б.А., Пугач А.М., Деркач О.Д., Приймак О.П. опубл. 10.03.2010 Бюл. №5.

4. Пат. № 103295, Україна, МПК А01В 39/00, А01В 49/00. Пристрій для обробітку міжрядь / Пугач А.М., Мареніченко В.В., Літвінцева Ю.О. опубл. 10.12.2015 Бюл. №23

5. Волик Б.А. Система автоматичного спрямування робочих органів просапного культиватора для роботи в межах захисної зони рослин / Б.А. Волик, М.І. Ролдугін, А.М. Пугач. // Матеріали ІІ Міжнародної науково – практичної конференції “Сучасні наукові дослідження – ′2006”. Том 19. Сільське господарство. – Дніпропетровськ: Наука і освіта 2006. с. 15 – 19.

6. Головчук А.Ф. Обґрунтування кінематичних параметрів пристрою для боротьби з бур’янами в межах захисної зони / А.Ф. Головчук, Б.А. Волик, А.М. Пугач // Наукові праці Полтавської державної аграрної академії. – Том 6 (25). Механізація та електрифікація сільського господарства. – Полтава.: РВВ ПДАА, 2007. с. 16 – 21.

7. Босой Е.С. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин: Учебник для вузов сельскохозяйственного машиностроения / Е.С. Босой., О.В. Верняев.; под ред. Е.С. Босого – 2 - е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1977 – 568 С.