Полуаналитическая модель взаимодействия дисковой секции лущильника с неоднородной по глубине почвой

   Тяговое сопротивление дисковой секции лущильника определяет удельные энергетические затраты на обработку почвы. С целью минимизации затрат по определению тягового сопротивления секции в зависимости от параметров лущильника и свойств почвы произведено математическое моделирование взаимодействия секции лущильника с почвой. Построена полуаналитическая модель с учетом неоднородности почвы по глубине и постоянства заглубления, поступательной скорости и угла атаки секции лущильника. Показано, что в случае неоднородности почвы только по глубине ее свойства можно охарактеризовать с помощью двух эмпирических постоянных и коэффициента трения почвы о поверхность дисков. Кинематический параметр дисковой секции, равный отношению окружной скорости на лезвиях дисков к поступательной скорости лущильника, определяется свойствами почвы, относительным заглублением, равным отношению максимальной глубины обработки к радиусу дисков, и углом атаки секции лущильника. Анализ моментов сил сопротивления почвы резанию и трению показал, что в случае пренебрежимо малых сил трения в подшипниках дисков в неоднородной по глубине почве дисковая секция лущильника вращается с угловой скоростью, при которой минимальна потребная мощность секции для обработки почвы. Получены явные выражения для потребной мощности и тягового сопротивления секции лущильника в зависимости от числа дисков, угла атаки секции лущильника, относительного заглубления, радиуса дисков и свойств почвы. По полученным выражениям можно определять тяговое сопротивление секции лущильника со сферическими дисками. Сравнение с опубликованными полевыми экспериментами показало, что максимальная относительная погрешность определения тягового сопротивления дисковой секции лущильника с плоскими дисками при лущении стерни составила 3,3 %, а для дисковой секции со сферическими дисками в почвенном канале погрешность составила 2,6 %.

1. Лобачевский Я.П., Старовойтов С.И., Гринь А.М. Энергетические и технологические аспекты работы дискового рабочего органа // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2017. № 1. С. 18‑22. EDN: YFTHEZ

2. Malasli M.Z., Celik A. Disc angle and tilt angle eff ects on forces acting on a single‑disc type no‑till seeder opener. Soil and Tillage Research. 2019;194:104304. doi: 10.1016/j.still.2019.104304

3. Murray S.E., Chen Y. Soil bin tests and discrete element modeling of a disc opener. Canadian Biosystems Engineering/Le genie des biosystemes au Canada. 2018;60:2.1‑2.10.

4. Дьяков В.П. О природе сопротивления почвы механической нагрузке // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 8. С. 184‑189. EDN: VQHNXD

5. Смильский В.В. К вопросу о механических свойствах почв // Агропанорама. 2013. № 3. С. 17‑20. EDN: JZIAEQ

6. Goshtasb A.K., Desbiolles J., Fielke J. Circular disc blade considerations in soil force prediction modelling. Journal of Agricultural Science and Technology. 2014;4:371‑383.

7. Khosravani A., Desbiolles J.M.A., Fielke J.M., Ucgul M., Saunders C. Prediction of single disc seeding system forces, using a semi‑analytical and discrete element method (DEM). Agriculture. 2023;13(1):206. doi: 10.3390/agriculture13010206

8. Лысыч М.Н. Компьютерное моделирование процесса обработки почвы рабочими органами почвообрабатывающих машин // Компьютерные исследования и моделирование. 2020. Т. 12, № 3. С. 607‑627. doi: 10.20537/2076-7633-2020-12-3-607-627

9. Акимов А.П., Константинов Ю.В., Аквильянова И.Н. Критерии и оптимальные параметры функционирования дискового ножа // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. № 4. С. 31‑34. EDN: KWPMPF

10. Константинов Ю.В. Полуаналитическая модель взаимодействия с почвой плоского диска лущильника // Вестник НГИЭИ. 2022. № 11 (138). С. 19‑32. doi: 10.24412/2227-9407-2022-11-19-32