vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2022-16-1-27-33vimjour-455Research ArticleТЕХНИКА ДЛЯ РАСТЕНИЕВОДСТВАMACHINERY FOR PLANT GROWINGМатематическая модель для определения конструктивной массы почвообрабатывающего орудияA Mathematical Model for Determining the Specific Structural Weight of a Tillage ImplementДерепаскинА. Н.DerepaskınA. I.

Алексей Иванович Дерепаскин, доктор технических наук, главный научный сотрудник

г. Костанай

Aleksey I. Derepaskın, Dr.Sc.(Eng.), chief researcher

Kostanay

celinnii@mail.ruКуваевА. Н.KuvaevА. N.

Антон Николаевич Куваев, докторант

г. Костанай

Anton N. Kuvaev, Ph.D. student (Eng.)

Kostanay

kuvaevanthon@yandex.ruТокаревИ. В.TokarevI. V.

Иван Владимирович Токарев, научный сотрудник

г. Костанай

Ivan V. Tokarev, research associate

Kostanay

Tokarev_Ivan.V@mail.ruКостанайский филиал Научно-производственного центра агроинженерииКазахстанKostanay branch Scientific production center of agricultural engineeringKazakhstanКостанайский региональный университет имени А. БайтурсыноваКазахстанKostanay Regional University named after Ahmet BaitursynovKazakhstan2022180320221612733Copyright © Дерепаскин А.Н., Куваев А.Н., Токарев И.В., 20222022Дерепаскин А.Н., Куваев А.Н., Токарев И.В.Derepaskın A.I., Kuvaev А.N., Tokarev I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/455

Показали, что удельная конструктивная масса почвообрабатывающего орудия влияет на ширину захвата и заглубляющую способность. Отметили, что для улучшения производительности и экономической эффективности предпочтительно минимизировать этот показатель до определенной величины, чтобы обеспечить заглубляющую способность. Приняли во внимание зависимость от фактического количества рабочих органов и рамных элементов, приходящихся на единицу ширины захвата. (Цель исследований) Разработать математическую модель для определения минимально допустимой и фактической удельной конструктивной массы в зависимости от условий эксплуатации почвообрабатывающего орудия и его конструктивно-технологической схемы. (Материалы и методы) Использовали математическое моделирование, абстрагирование, анализ, синтез, положения классической механики. (Результаты и обсуждение) Разработали математическую модель для нахождения минимально допустимой и фактической удельной конструктивной массы, которая учитывает физико-механические характеристики обрабатываемой почвы, количество рабочих органов и рамных элементов, приходящихся на единицу ширины захвата почвообрабатывающего орудия. Установили, что увеличение ширины захвата рабочего органа позволяет уменьшить фактическую удельную конструктивную массу орудия при прочих равных условиях. Предложили использовать математическую модель при проектировании почвообрабатывающих орудий, проведении силовых расчетов и сравнительной оценки металлоемкости в зависимости от установки и расположения рабочих органов различной ширины захвата. (Выводы) Установили, что при пределе прочности почвы сжатию 100 000 паскалей для обеспечения заглубления плоскорежущего орудия на заданную глубину минимально допустимая конструктивная масса орудия должна составлять 334 килограмма на метр. Фактическая удельная конструктивная масса орудия в рассматриваемых условиях будет иметь минимальное значение при ширине захвата рабочего органа 0,7 и 0,8 метра – 375 и 335 килограмма на метр соответственно.

The authors have shown that the tillage specific constructive weight affects the working width and penetration ability. In order to increase the working width of the tillage implement, and therefore its performance and economic efficiency as well as its penetration ability, it is preferable to minimize the value of this indicator. It is taken into account that the implement specific structural weight will depend on the actual number of working tools and frame elements per unit of the working width. (Research purpose) The aim of the work is to develop a mathematical model to determine the minimum allowable and actual specific structural weight depending on the tillage implement operating conditions and its structural design and technological scheme. (Materials and methods) The research methodology is based on mathematical modeling, abstraction, analysis, synthesis, and principles of classical mechanics. (Results and discussion) The proposed mathematical model for determining the minimum allowable and actual specific structural weight was developed. The model takes into account the physical and mechanical characteristics of the cultivated soil, the number of working bodies and frame elements per unit of the tillage implement working width. It was found out that an increase in the working width makes it possible to reduce the implement actual specific structural weight, all other things being equal. It was proposed to use the mathematical model for designing tillage tools, carrying out force calculations and comparative assessment of metal consumption, depending on the installation and location of working bodies with different working widths. (Conclusions) It was found out that with the soil ultimate compressive strength of 100,000 pascal, the implement minimum allowable structural weight should be 334 kilograms per meter to ensure the tillage tool penetration to a given depth. Under the considered conditions, the implement actual specific structural weight will have a minimum value at the working width of 0.7 and 0.8 meters – 375 kilograms per meter and 335 kilograms per meter, respectively.

почвообрабатывающее орудиеудельная конструктивная массаматематическая модельплоскорежущие рабочие органыширина захватазаглубляющая способностьtillage toolspecifi c structural weightmathematical modelfl at-cutting working bodiesworking widthpenetration abilityReferencesХафизов К.А., Хафизов Р.Н. Энергетический метод оптимизации основных параметров трактора // Вестник Казанского аграрного университета. 2015. N1(35). С. 7581.Khafizov K.A., Khafizov R.N. Energeticheskiy metod optimizatsii osnovnykh parametrov traktora [Energy method for the optimization of tractor main parameters]. Vestnik Kazanskogo agrarnogo universiteta. 2015. N1(35). 75-81 (In Russian).Хафизов К.А., Хафизов Р.Н. Результаты многофакторного эксперимента по определению зависимости максимального давления колес трактора на почву от параметров трактора и физико-механических свойств почвы. Анализ уравнений // Вестник Казанского аграрного университета. 2016. N4(42). С. 94-98.Khafizov K.A., Khafizov R.N. Rezul’taty mnogofaktornogo eksperimenta po opredeleniyu zavisimosti maksimal’nogo davleniya koles traktora na pochvu ot parametrov traktora i fiziko-mekhanicheskikh svoystv pochvy. Analiz uravneniy [Results of multivariate experiment to determine the dependence of tractor wheels’ maximum pressure on soil on tractor’s parameters and soil physical and mechanical properties. Equation analysis]. Vestnik Kazanskogo agrarnogo universiteta. 2016. N4(42). 94-98 (In Russian).Cardei P, Matache M.G., Nutescu C. Optimum working conditions for variable width ploughs. ResearchGate. 2017. August.Cardei P, Matache M.G., Nutescu C. Optimum working conditions for variable width ploughs. ResearchGate. 2017. August (In English).Nurmiev A., Khafizov С. Optimization of main parameters of tractor working with soil-processing implement. Engineering for rural development. 2018. 161-167.Nurmiev A., Khafizov С. Optimization of main parameters of tractor working with soil-processing implement. Engineering for rural development. 2018. 161-167 (In English).Kuvaev A., Derepaskin I., Tokarev I. Substantiation of the working width of the tillage implement. Acta universitatis agriculturae et silviculturae mendellianae brunensis. 2021. Vol. 69. 21-31.Kuvaev A., Derepaskin I., Tokarev I. Substantiation of the working width of the tillage implement. Acta universitatis agriculturae et silviculturae mendellianae brunensis. 2021. Vol. 69 (In English).Yezekyan T., Benetti M., Armentano G., Trestini S., Sartori L., Marinello F. Definition of Reference Models for Power, Mass, Working Width, and Price for Tillage Implements. Agriculture. 2021. Vol. 11(3). 197.Yezekyan T., Benetti M., Armentano G., Trestini S., Sartori L., Marinello F. Definition of Reference Models for Power, Mass, Working Width, and Price for Tillage Implements. Agriculture. 2021. Vol. 11 (In English).Синеоков Г.Н. Проектирование почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение. 1965. 310 с.Sineokov G.N. Proektirovanie pochvoobrabatyvayushchikh mashin [Design of the tillage implement]. Moscow: Mashi­nostroenie. 1965. 310 (In Russian).Бледных В.В. Технико-экономический анализ производительности пахотных агрегатов // Труды ЧИМЭСХ. 1973. N72. С. 65-84.Blednykh V.V. Tekhniko-ekonomicheskiy analiz proizvoditel’nosti pakhotnykh agregatov [Technical and economic analysis of the tillage implement efficiency]. Trudy CHIMESKH. 1973. N72. 65-84 (In Russian).Рахимов Р.С., Рахимов И.Р., Касымов Ф.Ф. и др. Определение металлоемкости орудий при их проектировании // АПК России. 2015. N74. С. 110-117.Rakhimov R.S., Rakhimov I.R., Kasymov F.F., et al. Opredelenie metalloemkosti orudiy pri ikh proektirovanii [Determining the specific metal content when designing tools]. APK Rossii. 2015. N74. 110-117 (In Russian).Дерепаскин А.И., Комаров А.П. Обоснование схем расположения рабочих органов почвообрабатывающих орудий по критериям металлоемкости и тяговому сопротивлению // Техника и оборудование для села. 2021. N8. С. 10-13.Derepaskin A.I., Komarov A.P. Obosnovanie skhem raspolozhe­niya rabochikh organov pochvoobrabatyvayushchikh orudiy po kriteriyam metalloemkosti i tyagovomu soprotivleniyu [Justification of schemes of position of the tillage tools of agricultural implements on the criteria of material capacity and traction resistance]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2021. N8. 10-13 (In Russian).Дерепаскин А.И., Полищук Ю.В., Дядюченко А.Ф. Обоснование схемы расположения рабочих органов широкозахватного плоскореза к трактору тягового класса 8 по критериям материалоемкости и тяговому сопротивлению // Сельскохозяйственные технологии. 2019. T. 1. N4. C. 1-9.Derepaskin A.I., Polishchuk Yu.V., Dyadyuchenko A.F. Obosnovanie skhemy raspolozheniya rabochikh organov shirokozakhvatnogo ploskoreza k traktoru tyagovogo klassa 8 po kriteriyam materialoemkosti i tyagovomu soprotivleniyu [The rationale for the layout of working bodies of the wide-reach flat cutter for the tractor of traction class 8 by the criteria of material consumption and rolling resistance]. Sel’sko­khozyaystvennye tekhnologii. 2019 N4 (In Russian).Дерепаскин А.И., Куваев А.Н. Классификация рабочих органов для механической обработки почвы // 3i: intellect, idea, innovation. 2020. N2. С. 73-81.Derepaskin A.I., Kuvaev A.N. Klassifikatsiya rabochikh organov dlya mekhanicheskoy obrabotki pochvy [Classification of working tools for mechanical soil tillage]. 3i: intellect, idea, innovation. 2020. N2. 73-81 (In Russian).Бараев А.И. Почвозащитное земледелие М.: Колос. 1975. 301 с.Baraev A.I. Pochvozashchitnoe zemledelie [Soil protection agriculture]. Moscow: Kolos. 1975. 301 (In Russian).Ершов В.Л., Авдеенко А.И., Калошин А.А. Адаптация почвозащитных агротехнологий в земледелии лесостепных и степных ландшафтов Западной Сибири // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. 2017. N2(9).Ershov V.L., Avdeenko A.I., Kaloshin A.A. Adaptatsiya pochvozashchitnykh agrotekhnologiy v zemledelii lesostepnykh i stepnykh landshaftov Zapadnoy Sibiri [Optimization of Soil Protective Agricultural Technologies in Crop Farming of Forest-Steppe and Steppe Landscapes in Western Siberia]. Elektronnyy nauchno-metodicheskiy zhurnal Omskogo GAU. 2017. N2 (In Russian).Blanco-Canqui H., Ruis J. S. No-tillage and soil physical environment. Geoderma. 2018. Vol. 326. N15. 164-200.Blanco-Canqui H., Ruis J. S. No-tillage and soil physical environment. Geoderma. 2018. Vol. 326 (In English).Peixoto D.S., Moreira de Silvia L., Batista de Melo L., et al. Occasional tillage in no-tillage systems: A global meta-analysis. Science of the total environment. 2020. Vol. 745. 140887.Peixoto D.S., Moreira de Silvia L., Batista de Melo L., et al. Occasional tillage in no-tillage systems: A global meta-analysis. Science of the total environment. 2020. Vol. 745 (In English).Schneider F., Don A., Hennings I., et al. The effect of deep tillage on crop yield – What do we really know? Soil and tillage research. 2017. Vol. 174. 193-204.Schneider F., Don A., Hennings I., et al. The effect of deep tillage on crop yield – What do we really know? Soil and tillage research. 2017. Vol. 174 (In English).Дерепаскин А.И., Полищук Ю.В., Куваев А.Н., Токарев И.В. Обоснование технологической схемы и параметров рабочих органов для основной обработки уплотненных почв // Международная агроинженерия. 2016. N3. С. 29-37.Derepaskin A.I., Polishchuk Yu.V., Kuvaev A.N., Tokarev I.V. Obosnovanie tekhnologicheskoy skhemy i parametrov rabo­chih organov dlya osnovnoy obrabotki uplotnennykh pochv [Rationale technological schemes and parametres of working organs for primary treatment compaction]. Mezhduna­rodnaya agroinzheneriya. 2016. N3. 29-37 (In Russian).Лобачевский Я.П., Бейлис В.М., Ценч Ю.С. Аспекты цифровизации системы технологий и машин // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2019. N3(36). С. 40-45.Lobachevskiy Ya.P., Beylis V.M., Tsench Yu.S. Aspekty tsifrovizatsii sistemy tekhnologiy i mashin [Aspects of digitalization of the system of technologies and machines]. Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK. 2019. N3(36). 40-45 (In Russian).Ахалая Б.Х., Шогенов Ю.Х., Старовойтов С.И., Ценч Ю.С., Шогенов А.Х. Трехсекционный почвообрабатывающий агрегат с универсальными сменными рабочими органами // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2019. Т. 14. N3(54). С. 92-95.Ahalaya B.Kh., Shogenov Yu.Kh., Starovoytov S.I., Tsench Yu.S., Shogenov A.Kh. Trekhsektsionnyy pochvoobrabatyvayushchiy agregat s universal’nymi smennymi rabochimi organami [Three-section tillage unit with universal replaceable working bodies]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019. Vol. 14. N3(54). 92-95 (In Russian).Лобачевский Я.П., Старовойтов С.И., Ахалая Б.Х., Ценч Ю.С. Цифровые технологии в почвообработке // Инновации в сельском хозяйстве. 2019. N1(30). С. 191-197.Lobachevskiy Ya.P., Starovoytov S.I., Akhalaya B.Kh., Tsench Yu.S. Tsifrovye tekhnologii v pochvoobrabotke [Digital technologies in tillage]. Innovatsii v sel’skom khozyaystve. 2019. N1(30). 191-197 (In Russian).

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