Яков Петрович Лобачевский, доктор технических наук, профессор, академик РАН, главный научный сотрудник отдела почвообрабатывающих машин
109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5
Yakov P. Lobachevsky, DSc, Professor, Full Member of the Russian Academy of Sciences, Chief Research Engineer of the Department of Tillage Machines
1st Institutskiy Proezd Str., Moscow, 109428
Старовойтов Сергей Иванович, д-р техн. наук, доцент кафедры технических систем в агробизнесе, природообустройстве и дорожном строительстве
243365, Брянская обл., Выгоничский р-н, с. Кокино, ул. Советская, 2а
Sergei I. Starovoitov, DSc, Associate Professor, the Department of Technical Systems in Agribusiness, Environmental Management and Road Construction
Bryansk Region, Vygonichi district, 243365, Kokino, Sovetskaya Str., 2a
Перспективным видом воздействия на почву является рыхление ее сжатым воздухом. Технология рыхления почвы сжатым воздухом предусматривает два режима: воздействие на поверхностный слой ультразвуковых колебаний и без сверхвысокочастотного воздействия. Исследования проведены с целью определения степени интенсивности воздействия струи сжатого воздуха на поверхностный слой почвы. Интенсивность воздействия сжатого воздуха на почву оценивалась такими показателями, как коэффициент рыхления, форма сечения области рыхления, глубина рыхления, максимальная ширина области рыхления, ширина зоны входа воздушной струи в почву. Для оценки интенсивности воздействия сжатого воздуха на почву применен метод конечных элементов, когда почва как объект обработки представлена модулем упругости первого рода, коэффициентом Пуассона, величиной удельной потенциальной энергии разрушения почвенных частиц. Метод конечных элементов реализован в программе Labview в интервале физической спелости почвы 16…23% при сбросе давления ресивера 0,2…0,5 МПа. Экспериментальными исследованиями установлен факт различия сечений внутренней области рыхления в зависимости от режима обработки. С ростом сброса давления ресивера для всех значений абсолютной влажности суглинистой почвы характерно увеличение коэффициента и глубины рыхления, а также максимальной ширины сечения области рыхления. В диапазоне абсолютной влажности почвы 16…23% и давления сброса ресивера 0,2…0,5 МПа максимальная глубина рыхления суглинистой почвы сжатым воздухом составила 5 см. При этом максимальная ширина сечения области рыхления почвы варьировалась с 2 до 5 см, а ширина зоны входа воздушной струи в почву соответствовала 2…3 см. Максимальное значение коэффициента рыхления 17% достигнуто при абсолютной влажности 16% и давлении сброса ресивера 0,5 МПа. Полученные результаты исследований будут способствовать эффективной расстановке газоструйных излучателей без внедрения деформатора.
Soil loosening with compressed air is a promising technique. This technology offers two modes: surface layer treatment with and without ultrasonic vibration. The study aimed to quantify the impact intensity of compressed air jets on the soil surface. To assess intensity, the author used the following indicators: loosening coefficient, loosening area cross-section shape, loosening depth, maximum loosening area width, and the zone width of an air jet entry. The finite element method (FEM) was employed to model soil response to treatment, using parameters such as Young’s modulus, Poisson’s ratio, and the specific potential energy of soil particle destruction. This FEM analysis was implemented in LabVIEW software, simulating soil at its physical ripeness (16-23% moisture content) under receiver pressure drops of 0.2-0.5 MPa. Experiments revealed that inner loosening area sections varied based on the treatment mode (with or without ultrasonic vibration). Increasing receiver pressure consistently increased the loosening coefficient, loosening depth, and maximum loosening area width across all moisture content levels of the loamy soil tested. Within the specified moisture and pressure ranges (16-23% moisture, 0.2 to 0.5 MPa), the maximum loosening depth achieved was 5 cm, the maximum loosening width ranged from 2 to 5 cm, and the air jet entry zone width was 2 to 3 cm. A maximum loosening coefficient of 17% was observed at 16% moisture content and 0.5 MPa receiver discharge pressure. These findings will help determine the optimal placement of gas jet emitters in future designs, potentially eliminating the need for a deformer.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.