Ю.Ф. Казаков, В.И. Медведев, В.С. Павлов, А.Ю. Петров

Чувашская государственная сельскохозяйственная академия

подпокровное рыхление почвы; подпружиненный кротователь; параболоидная форма пружинного кротователя; автоколебания рабочего органа

Статья посвящена выявлению методов управления вибрационным воздействием почвообрабатывающего рабочего органа на почву при подпокровном рыхлении и факторов, влияющих на эффективность его работы. В результате кинематического и динамического анализа взаимодействия рабочего органа и почвы были решены следующие научные задачи: получено уравнение движения кротователя и произведен его анализ; рассмотрен энергетический баланс возмущающей и демпфирующей сил; определены условия формирования  устойчивых автоколебаний. Было установлено, что подпружиненный кротователь в виде конической пружины минимизирует размеры области уплотнения прилежащего почвенного пласта, неизбежного в результате его взаимодействия с рабочим органом. Разрушение связей в почвенном массиве достигается по линиям и плоскостям, характеризующимся наименьшей прочностью. Рабочий орган обладает высокой степенью адаптации к непрерывно изменяющимся условиям функционирования. Была разработана математическая модель функционирования кротователя. Колебательная система «пружинный кротователь - почва» представлена как гармоническое возмущение демпфированного нелинейного осциллятора при действии жесткой восстанавливающей силы. С помощью метода энергетического баланса была доказана вероятность формирования и поддержания  устойчивых автоколебаний. Были установлены конструкционные и технологические факторы, влияющие на характер движения подпокровного рыхлителя. К конструкционным факторам относятся нелинейность упругой характеристики пружины в тяговой опоре, вид упругой характеристики пружинного кротователя параболоидной формы, амплитуда и частота упругой (восстанавливающей) силы, частота собственных колебаний, относительная частота вынужденных и собственных колебаний

К технологическим факторам относятся изменчивость продольной твердости пахотного слоя, демпфирующие свойства обрабатываемого почвенного пласта, амплитуда и частота демпфирующей силы, неравномерность поступательной скорости трактора и мгновенной скорости характерных точек механизма навески, неравномерность опорной поверхности движителей трактора.

The article is devoted to the identification of methods for controlling the vibrational effect of a soil cultivating working body on the soil under subsoil loosening and factors affecting the efficiency of its work. As a result of a kinematic and dynamic analysis of the interaction of the working body and the soil, the following scientific tasks were solved: the equation of movement of the tiller was obtained and its analysis was made; the energy balance of the disturbing and damping forces is considered; the conditions for the formation of stable self-oscillations are determined. It was found that a spring-loaded tiller in the form of a conical spring minimizes the size of the area of ​​compaction of the adjacent soil formation, inevitable as a result of its interaction with the working body. The destruction of bonds in the soil massif is achieved along lines and planes characterized by the least strength. The working body has a high degree of adaptation to continuously changing operating conditions. A mathematical model was developed for the functioning of the tiller. Oscillating system "spring tiller - soil" is presented as a harmonic disturbance of a damped nonlinear oscillator under the action of a hard restoring force. Using the energy balance method, the probability of the formation and maintenance of stable self-oscillations was proved. Design and technological factors have been identified that affect the nature of the movement of the sub-skin cultivator. Design factors include the non-linearity of the elastic characteristics of the spring in the traction support, the type of elastic characteristics of the spring plunger of the paraboloid shape, the amplitude and frequency of the elastic (restoring) force, the frequency of natural oscillations, the relative frequency of forced and natural oscillations.

Technological factors include the variability of the longitudinal hardness of the arable layer, the damping properties of the treated soil formation, the amplitude and frequency of the damping force, the unevenness of the translational speed of the tractor and the instantaneous speed of the characteristic points of the linkage mechanism, the unevenness of the supporting surface of the tractor movers.

1. Войтюк, Д. Г. Возникновение параметрических колебаний и резонанса культиваторов с пружинной подвеской рабочих органов / Д. Г. Войтюк, Ю. В. Човнюк, М. Г. Диктерук // Механизация и электрификация сельского хозяйства: межведомственный научный сборник. – Глеваха: Национальный научный центр «Институт механизации и электрификации сельского хозяйства» Национальной академии аграрных наук Украины, 2013. –Вып. 98. –Т. 1. – С.376 – 384.


2. Гринченко, А. С. Теоретические модели функционирования и обеспечения механической надежности культиваторов с подпружиненными рабочими органами / А. С. Гринченко, А. И. Алферов // Конструкция, производство и эксплуатация сельскохозяйственных машин. – Тест: электронный ресурс URL: http://nbuv.gov.ua/UIRN/Zmntz_2015_45%281%29_31 ( дата бращения: 07.02.2020).


3. Казаков, Ю. Ф. К вопросу разработки самоприспосабливающихся кротователей / Ю. Ф. Казаков, В. М. Иванов, В. И. Медведев [и др.] // Вестник НГИЭИ. – 2018. – № 4 (83). – С. 16-28.


4. Казаков, Ю. Ф. К разработке почвообрабатывающих рабочих органов на основе твердограмм полей / Ю. Ф. Казаков, В. И. Медведев, А. Г. Терентьев // Вестник Казанского ГАУ .– 2018. – № 2 (49). – С.100-106.


5. Медведев, В. И. Выбор оптимальных параметров почвообрабатывающей техники с использованием методов виброреологии и многокритериальной оптимизации / В.И. Медведев. – Чебоксары: ФГОУ ВПО ЧГСХА, 2000. – 98 с.


6. Мониторинг плотности почвы пахотного горизонта в системе точного (управляемого) земледелия / А. Кушнарев, В. Кравчук, С. Кушнарев, В. Дюжаев // Техника и технологии в АПК. – 2010. – № 9 (12). – С. 12-16.


7. Пановко, Я. Г. Устойчивость и колебания упругих систем. Современные концепции, парадоксы и ошибки / Я. Г. Пановко, И. И. Губанова. – Москва: Наука, 1967. – 420 с.


8. Magnus, K. Schwingungen: Eine Einfuhrung in die theoretische Behandlung von Schwingungsproblemen / K. Magnus. – Stuttgart: B.G. Eibner,1976. – 303 p.


9. On-the-go measurements of soil penetration resistance on a Swedish Eutric Cambisol / E. Bolenius, G. Rogstrand, J. Arvidsson [et al.] // International Soil Tillage Research Organization: 17- th Triennal Conference. – Kiel, 2006. – P. 867-870.


10. Reducing tillage in cultivated fields increases earthworm functional diversity / C. Pelosi, B. Pey, M. Hedde [et al.] // Applied Soil Ecology. –2014. – № 83. – P.79-86.