agroengineeringАгроинженерияAgricultural Engineering (Moscow)2687-11492687-1130РГАУ-МСХА10.26897/2687-1149-2025-1-26-33agroengineering-965Research ArticleТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ АПКFARM MACHINERY AND TECHNOLOGIESИсследование широкозахватной пружинной бороны с параллелограммной подвеской рабочей секцииStudy of a wide-level spring harrow with parallelogram suspension of the working sectionhttps://orcid.org/0000-0003-2578-2005ШепелёвС. Д.ShepelevS. D.

Шепелёв Сергей Дмитриевич, д-р техн. наук; профессор, проректор по научной и инновационной работе

Sergey D. Shepelev, Professor; DSc (Eng); Vice-Rector for Scientific and Innovation Work

shepelev2@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2763-0515ТрояновскаяИ. П.TroyanovskayaI. P.

Трояновская Ирина Павловна, д-р техн. наук; профессор, кафедра тракторов, сельскохозяйственных машин и земледелия

д. 13, ул. им. Ю.А. Гагарина, Троицк, 457100 Челябинская обл.

Irina P. Troyanovskaya, Professor; DSc (Eng); Department of Tractors, Agricultural Machinery and Soil Cultivation

Yu.A. Gagarina ulitsa,Troitsk, 457100, Chelyabinsk oblast

tripav63@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0844-7574ПятаевM. В.PyataevM. V.

Пятаев Максим Вячеславович, канд. техн. наук, доцент; кафедра эксплуатации машинно-тракторного парка, технологии и механизации животноводства

Maxim V. Pyataev, Associate Professor; CSc (Eng); Department of Operation of the Machine and Tractor Fleet, Technology and Mechanization of Anima Husbandry

555maxim@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3654-0653ШалонкинаE. В.ShalonkinaE. V.

Шалонкина Евгения Владимировна, аспирант; кафедра эксплуатации машинно-тракторного парка, технологии и механизации животноводства

Evgenia V. Shalonkina, Postgraduate Student; Department of Operation of the Machine and Tractor Fleet, Technology and Mechanizationof Animal Husbandry

vatolinazhenya@gmail.comЮжно-Уральский государственный аграрный университетРоссияSouth Ural State Agrarian UniversityRussian Federation2025070220252712633Copyright © Шепелёв С.Д., Трояновская И.П., Пятаев M.В., Шалонкина E.В., 20252025Шепелёв С.Д., Трояновская И.П., Пятаев M.В., Шалонкина E.В.Shepelev S.D., Troyanovskaya I.P., Pyataev M.V., Shalonkina E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://agroengineering.timacad.ru/jour/article/view/965

Пружинные бороны получили широкое распространение при поверхностной обработке почвы. Неравномерность глубины рыхления является существенным недостатком широкозахватных борон. Разработанная нами конструкция пружинной бороны с параллелограммной подвеской рабочей секции позволяет копировать микрорельеф поля и обеспечивать равномерную глубину рыхления. Исследования проведены с целью проверки выполнения агротехнических показателей работы пружинной бороны с параллелограммной подвеской рабочей секции. Основные регулируемые технологические параметры влияющие на тяговое сопротивление и глубину обработки почвы, определялись с помощью математической модели движения рабочей секции, составленной на основе уравнений Лагранжа. Получены зависимости тягового сопротивления и глубины рыхления от регулирующих параметров. Для оценки выполнения агротехнических требований был изготовлен опытный образец пружинной бороны, в котором с помощью винтового механизма регулировался угол наклона пружинных зубьев (30°, 60° и 90°) и менялось усилие блока компенсирующих пружин в диапазоне 4…8 кН. Широкозахватная пружинная борона состояла из 7 рабочих секций шириной 3 м и 5 рядами зубьев с шагом 610 мм. Секции крепятся к продольному кронштейну рамы двумя парами тяг в передней и задней их частях. Полевые испытания проводились в лесостепной зоне Южного Урала. Тип почвы – чернозем обыкновенный тяжелый суглинок. В процессе испытаний замерялись глубина обработки почвы, тяговое сопротивление и усилие блока регулировочных пружин. Установлено, что тяговое сопротивление пружинной бороны при ширине захвата 21 м варьируется в диапазоне от 19 до 45 кН. Средняя гребнистость почвы после прохода бороны составляла 3,4 см. Экспериментально доказано, что предлагаемая борона отвечает агротехническим требованиям: обеспечивает хорошее крошение почвы при глубине обработки от 2 до 10 см, стабильность работы и равномерность глубины рыхления.

Spring harrows have become widely used for surface tillage. A significant disadvantage of wide-level harrows is the unevenness of the loosening depth. The new design of the spring harrow with a parallelogram suspension of the working section copies the field microrelief to ensure a uniform loosening depth. The purpose of the study was to check the compliance with agrotechnical requirements of the spring harrow with a parallelogram suspension of the working section. To compile the mathematical model of the working section motion, use was made of the Lagrange equations. As a result, the authors determined the main adjustable technological parameters that affect the traction resistance and the depth of tillage. To verify the agrotechnical indicators, the authors designed a prototype of a spring harrow with the following adjustable parameters: the angle of the spring teeth (30°, 60° and 90°) and the force of the compensation spring unit (4, 6, and 8 kN). The wide-level spring harrow consisted of seven working sections with a width of three m and five rows of teeth with a pitch of 610 mm. The sections are attached to the longitudinal bracket of the frame by two pairs of rods at the front and rear of the frame. Field tests were conducted in the forest-steppe zone of the Southern Urals. Soil type was ordinary chernozem and heavy loam. During the tests, the depth of tillage, traction resistance and force of the adjustment spring block were measured. The traction resistance of a spring harrow with a working width of 21 m ranged from 19 to 45 kN. The average soil ridge after harrowing amounted to 3.4 cm, which meets agrotechnical requirements. Experimental studies have proved that the proposed harrow design satisfies agrotechnical requirements: it provides good soil crumbling at a tillage depth of 2 to 10 cm, stability of operation, and uniformity of loosening depth.

широкозахватная пружинная боронатяговое сопротивлениеглубина обработки почвытяговое сопротивление пружинной бороныгребнистость почвыкопирование микрорельефа почвыwide-level spring harrowtraction resistancetillage depthtraction resistance of spring harrowsoil ridgingsoil microrelief copyingReferencesTarasenko B. et al. Optimization Parameters of Innovative Harrow for Sorgo Production in Burundi. BIO Web of Conference. 2023;71:01051. https://doi.org/10.1051/bioconf/20237101051Tarasenko B. et al. Optimization Parameters of Innovative Harrow for Sorgo Production in Burundi. BIO Web of Conference. 2023;71:01051. https://doi.org/10.1051/bioconf/20237101051Syromyatnikov Yu. et al. Productivity of Tillage Loosening and Separating Machines in an Aggregate with Tractors of Various Capacities. Journal of Terramechanics. 2021;98:1-6. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2021.09.002Syromyatnikov Yu., Troyanovskaya I. et al. Productivity of tillage loosening and separating machines in an aggregate with tractors of various capacities. Journal of Terramechanics. 2021;98:1-6. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2021.09.002Sobkowicz P., Tendziagolska E. The Effect of Timing and Intensity of Weed Harrowing in Triticale-Lupin Mixture on Weeds and Crops. Agricultural and Food Science. 2022;31(1):12-23. https://doi.org/10.23986/afsci.113476Sobkowicz P., Tendziagolska E. The effect of timing and intensity of weed harrowing in triticale-lupin mixture on weeds and crops. Agricultural and Food Science. 2022;31(1):12-23. https://doi.org/10.23986/afsci.113476Ogórek R., Lejman A., Sobkowicz P. Effect of the Intensity of Weed Harrowing with Spike-Tooth Harrow in Barley-Pea Mixture on Yield and Mycobiota of Harvested Grains. Agronomy. 2019;9(2):103. https://doi.org/10.3390/agronomy9020103Ogórek R., Lejman A., Sobkowicz P. Effect of the intensity of weed harrowing with spike-tooth harrow in barley-pea mixture on yield and mycobiota of harvested grains. Agronomy. 2019;9(2):103. https://doi.org/10.3390/agronomy9020103Syromyatnikov Yu., Khramov N., Troyanovskaya I. et al.Work Quality Indicators Tillage Unit with Application Flexible Working Body in Systems “Organic Farming”. E3S Web of Conferences. 2023:463:01001. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202346301001Syromyatnikov Yu., Khramov N., Troyanovskaya I. et al. Work quality indicators tillage unit with application flexible working body in systems “Organic farming”. E3S Web of Conferences. 2023:463:01001. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202346301001Zeng Z. et al. Weeding performance of a spring-tine harrow as affected by timing and operational parameters. Weed Science. 2021;69(2):247-256. doi: https://doi.org/10.1017/wsc.2020.88Zeng Z., Martin A., Chen Y., Ma X. Weeding performance of a spring-tine harrow as affected by timing and operational parameters. Weed Science. 2021;69(2):247-256. https://doi.org/10.1017/wsc.2020.88Bulgakov V. et al. Results of experimental investigations of a flexible active harrow with loosening teeth. Agronomy Research. 2019;17(5):1839-1845. https://doi.org/10.15159/ar.19.185Bulgakov V., Kaletnik H., Goncharuk I. et al. Results of experimental investigations of a flexible active harrow with loosening teeth. Agronomy Research. 2019;17(5):1839-1845. https://doi.org/10.15159/ar.19.185Shepelev S.D. et al. Theoretical and Experimental Stud ies of the Tractive Resistance of the Sowing Complex for the NO-TILL Technology. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2023:341-350. https://doi.org/10.1007/978-3-031-14125-6_34Shepelev S.D., Plaksin A.M., Troyanovskaya I. et al. Theoretical and experimental studies of the tractive resistance of the sowing complex for the no-till technology. Proceedings of the 8th International Conference on Industrial Engineering. ICIE2022. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2023:341-350. https://doi.org/10.1007/978-3-031-14125-6_34Aikins K.A. et al. Performance comparison of residue management units of no-tillage sowing systems: A review. Engineering in Agriculture, Environment and Food. 2019;12(2):181-190. https://doi.org/10.1016/j.eaef.2018.12.006Aikins K.A., Antille D.L., Jensen T.A. et al. Performance com parison of residue management units of no-tillage sowing systems: A review. Engineering in Agriculture, Environment and Food. 2019;12(2):181-190. https://doi.org/10.1016/j.eaef.2018.12.006Celik A., Altikat S. The effect of power harrow on the wheat residue cover and residue incorporation into the tilled soil layer. Soil and Tillage Research. 2022;215:105202. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.105202Celik A., Altikat S. The effect of power harrow on the wheat residue cover and residue incorporation into the tilled soil layer. Soil and Tillage Research. 2022;215:105202. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.105202Saeed A.M., Al-Mistawi K.E., Al-Irhayim M.N. Comparison performance of disc harrow and spring harrow at different pulverization speed. International Journal of Agricultural and Statistical Sciences. 2020;16(1):1539-1543. https://connectjournals.com/03899.2020.16.1539Saeed A.M., Al-Mistawi K.E., Al-Irhayim M.N. Comparison performance of disc harrow and spring harrow at different pulverization speed. International Journal of Agricultural and Sta tistical Sciences. 2020;16(1):1539-1543. https://connectjournals.com/03899.2020.16.1539Крылов О.Н. и др. Анализ конструкций тяжелых стерне вых борон // Научное обеспечение АПК: итоги и перспективы. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА. Том II. ФГБОУ ВПО Ижевская государственная сельскохозяйственная академия. 2013. С. 124-132. EDN: SXPDVTKrylov O.N. et al. Analysis of heavy stubble harrow designs. Scientific support for the agro-industrial complex: results and prospects. 2013:124-132. (in Russ.)Булавинцев Р.А., Полохин А.М., Волженцев А.В. и др. Обзор конструкций и анализ работы борон с зубовыми рабочими органами // Агротехника и энергообеспечение. 2022. № 2(35). С. 30-36. EDN: GVMMULBulavintsev R.A. Polohin A.M., Volzhentsev A.V., Kozlov A.V., Pupavtsev I.E. Overview of designs and analysis of har rows with tooth working bodies. Agrotekhnika i Energoobespechenie. 2022;2(35):30-36. (In Russ.)Пятаев М.В., Шалонкина Е.В. Анализ способов крепления рабочих секций пружинных борон к раме // Стратегии и векторы развития АПК. 2021. С. 173-176. EDN: PPOXBPPyatayev M.V., Shalonkina E.V. Analysis of methods of fastening working sections of spring harrows to the frame. Strategii i Vektory Razvitiya APK = Strategies and Development Trends of the Agro-Industrial Sector. 2021:173-176. (In Russ.)Maslov G., Lavrentiev V., Tsybulevsky V. et al. Optimization of parameters of a multifunctional unit based on a spring harrow. International Journal of Engineering and Advanced Technology. 2019;9(1):1915-1918. https://doi.org/10.35940/ijeat.A1054.109119Maslov G., Lavrentiev V., Tsybulevsky V. et al. Optimization of parameters of a multifunctional unit based on a spring harrow. International Journal of Engineering and Advanced Technology. 2019;9(1):1915-1918. https://doi.org/10.35940/ijeat.A1054.109119Bulgakov V. et al. Experimental investigation of harrow with spring teeth for cultivation of sugar beets. Engineering for Rural Development. 2018;17:215-220. https://doi.org/10.22616/ERDev2018.17.N259Bulgakov V., Ivanovs S., Bandura V. et al. Experimental investigation of harrow with spring teeth for cultivation of sugar beets. Engineering for Rural Development. 2018;17:215-220. https://doi.org/10.22616/ERDev2018.17.N259Шепелёв С.Д., Пятаев М.В., Шалонкина Е.В. Агротехническая и энергетическая оценка широкозахватной пружинной бороны с секциями, обеспечивающими равномерную по глубине обработку почвы // Агропродовольственная политика России. 2023. № 4 (107). С . 44-51. https://doi.org/10.35524/2227-0280_2023_04_44Shepelev S.D., Pyatayev M.V., Shalonkina E.V. Agrotechnical and energy assessment of a wide-reach spring harrow with sections providing uniform depth tillage. Agro-Food Policy in Russia. 2023;4(107):44-51. https://doi.org/10.35524/2227-0280_2023_04_44 (In Russ.)Шепелев С.Д., Кравченко Е.Н. и др. Весенняя Борона. Патент 2779178 Р.Ф. от 05.09.2022.Shepelev S.D., Kravchenko E.N., Telichkina N.A., Pyataev M.V., Shalonkina E.V. Spring Harrow. Patent RU2779178 U1. 2022. (In Russ.)Blednykh V.V. et al. Analytical Model of Soil Pulverization and Tillage Tools. Procedia Engineering. 2015;129:69-74. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.12.010Blednykh V.V., Svechnikov P.G., Troyanovskaya I.P. Analytical model of soil pulverization and tillage tools. International conference on industrial engineering (ICIE-2015). Procedia Engineering. 2015;129:69-74. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.12.010Troyanovskaya I., Grebenshchikova O., Zhitenko I. Process of Soil Destruction: Experimental Results. MATEC Web of Conferences. 2019;298:00041. https://doi.org/10.1051/matecconf/201929800041Troyanovskaya I., Grebenshchikova O., Zhitenko I. Process of Soil Destruction: Experimental Results. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment: Mechanical Engineering and Materials Science (ICMTMTE2019). MATEC Web of Conferences. 2019;298:00041. https://doi.org/10.1051/matecconf/201929800041Чернявский А.Н., Борисенко И.В., Токарев К.Е. Моделирование работы пружинного рабочего органа бороны-лущильника на основе оптимизации зон поперечных колебаний // Известия Нижневолжского аграрного университета. 2021. № . 62. С. 482-489. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2021-02-48Chernyavsky A.N., Borisenko I.B., Tokarev K.E. Simulation of the operation of a spring working part of strigelny harrow based on optimization of transverse vibration zones. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2021;62:482-489. ( In Russ.) https://doi.org/10.32786/2071-9485-2021-02-48Бодалев А.П., Иванов А.Г., Костин А.В. и др. Взаимодействие пружинных рабочих органов тяжелых зубовых борон с почвой // Вестник НГИЭИ. 2020. № 1(104). С. 16-30. EDN: FKELCUBodalev A.P., Ivanov A.G., Kostin A.V., et al. Interaction of spring operating part of heavy tine harrows with soil. Vestnik NGIEI. 2020;1:16-30. (In Russ.)Syromyatnikov Yu., Kuts Y., Troyanovskaya A., et al. Transporting ability calculation of the rotor of soil-cultivating loosening and separating vehicle. Acta Technologica Agriculturae. 2022;25:73-78. https://doi.org/10.2478/ata-2022-0012Syromyatnikov Yu., Kuts Y., Troyanovskaya A., et al. Transporting ability calculation of the rotor of soil-cultivating loosening and separating vehicle. Acta Technologica Agriculturae. 2022;25:73-78. https://doi.org/10.2478/ata-2022-0012Фeдорeнкo И.Я. Численно-аналитическое моделирование колебаний зуба пружинной бороны // Вестник алтайского государственного аграрного университета. 2018. № 1(159). С. 162-167. EDN: TAZNIZFedorenko I.Y. Numerical analytic simulation of tooth fluctuations in a spring-tooth harrow. Bulletin of Altai State Agrarian University = Vestnik Altayskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Universiteta. 2018;1:162-167. (In Russ.)Бодалев А.П., Иванов А.Г., Костин А.В. Обоснование параметров и режимов работы тяжелой стерневой пружинной бороны // АгроЭкоИнфо. 2018. № 1(31). С. 34. EDN: XSUVWXBodalev A.P., Ivanov A.G., Kostin A.V. Justification of the parameters and operating modes of a heavy spring stubble harrow. AgroEcoInfo. 2018;1:34. (In Russ.)Трояновская И.П., Разношинская А.В., Козьминых М.А. и др. Экспериментальные исследования процесса промышленного рыхления грунта // Горный журнал. 2021. № 5. С. 87-90. https://doi.org/10.17580/gzh.2021.05.11Troyanovskaya I.P., Raznoshinskaya A.V., Kozminykh V.A. et al. Experimental tests of industrial-scale ripping of soil. Gornyi Zhurnal. 2021;5:87-90. ( In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2021.05.11

The authors declare that there are no conflicts of interest present.