Шаблон статьи
Скачать статью в pdf.УДК 631.31
DOI: 10.15507/2658-4123.031.202102.257-273
Обоснование параметров рыхлителя почвообрабатывающей машины стратификатора
Сыромятников Юрий Николаевич
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, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9502-626X, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Введение. Получение безвредных для организма человека продуктов питания требует отказа от химических средств контроля сорняков при выращивании сельскохозяйственных культур. 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.
Ключевые слова: обработка почвы, ротор почвообрабатывающей машины, рыхлитель ротора, рыхлительно-сепарирующая машина, сепарирующая решетка, слой почвы, частота вращения, пожнивные остатки, угол наклона, условия движения
Конфликт интересов: автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Сыромятников, Ю. Н. Обоснование параметров рыхлителя почвообрабатывающей машины стратификатора / Ю. Н. Сыромятников. – DOI 10.15507/2658-4123.031.202102.257-273 // Инженерные технологии и системы. – 2021. – Т. 31, № 2. – С. 257–273.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи
Поступила 23.01.2021; одобрена после рецензирования 15.02.2021;
принята к публикации 01.03.2021
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
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. Сыромятников // 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/
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).
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
