Лобачевский Яков Петрович - доктор технических наук, профессор, академик РАН.
Москва
Yakov P. Lobachevsky - Dr.Sc.(Eng.), professor, member of the Russian Academy of Sciences.
Moscow
Шаров Владимир Васильевич - кандидат технических наук,
Москва
Vladimir V. Sharov - Ph.D.(Eng.).
Moscow
Алдошин Николай Васильевич - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник.
Москва
Nikolay V. Aldoshin - Dr.Sc.(Eng.), professor, chief researcher.
Moscow
Ценч Юлия Сергеевна - доктор технических наук, главный научный сотрудник.
Москва
Yuliya S. Tsench - Dr.Sc.(Eng.), chief researcher.
Moscow
Золотарев Андрей Сергеевич - научный сотрудник,
Москва
Andrey S. Zolotarev – researcher.
Moscow
Оборот пласта остается наиболее распространенным приемом основной обработки почвы. Высокой культуре земледелия в наибольшей степени удовлетворяет так называемая гладкая вспашка без образования свальных гребней и развальных борозд, которая выполняется оборотными плугами. (Цель исследования) Обосновать кинематику пласта при его обороте в собственную борозду без поперечного смещения. (Материалы и методы) При рассмотрении кинематики пласта принимается допущение, что он состоит из связной упругой среды, в процессе оборота в габаритах собственной борозды претерпевает деформации, но не разрушается. Такое допущение вполне корректно, так как известно, что задерненный и влажный пласт вырезается из почвенного массива сплошной неразрывной лентой и, практически сохраняя свои геометрические размеры, оборачивается на 180°. При обосновании траектории пласта применяются классические методы теоретической механики. (Результаты и обсуждения) Рассмотрены уравнения движения точек пласта при его обороте в габаритах собственной борозды. Все точки поперечного сечения пласта в процессе оборота изменяют свое положение в пространстве. Процессы изменений перемещения, скорости и ускорения i-ой точки теоретического пласта происходят по плавным зависимостям, описываемым тригонометрическими функциями. Однако при значении угла поворота ωt = π/2 происходит резкая смена направлений графиков перемещения, скорости и ускорения, что указывает на резко переменные нагрузки, которым подвергается пласт в области этой точки. Объясняется это сменой опорного ребра, относительно которого осуществляется вращение поперечного сечения пласта. Центр тяжести поперечного сечения движется с переменными скоростью и ускорением, что говорит о наличии инерционных сил, на преодоление которых потребуется определенная энергия. (Выводы) Величина затрачиваемой работы во многом будет зависеть от геометрических параметров пласта a, b и режимов его оборота ω. При обороте поперечного сечения пласта на угол ωt = π/2 – γ вертикальное ускорение центральной точки О принимает максимальное значение. В этом положении при определенных условиях возможен отрыв пласта от дна борозды. Исследование кинематики оборота почвенного пласта в собственную борозду позволило обнаружить новые явления, возникающие в процессе его движения и установить закономерности влияния геометрических параметров почвенного пласта на динамические характеристики.
The paper highlights that soil layer turnover remains the most widely used method of primary tillage. Among the existing techniques, smooth plowing without producing back ridges or furrows, which is achieved using reversible plows, best meets the high standards of modern agricultural practices. (Research purpose) The study aims to substantiate the kinematics of soil layer turnover within the boundaries of its own furrow without lateral displacement. (Materials and methods) In analyzing the kinematics, the soil layer is assumed to behave as a cohesive elastic substance undergoing deformation during turnover within its own furrow, without disintegration. This assumption is quite reasonable, as it is well-established that a sodded and moist layer can be extracted as a continuous, intact strip that retains its geometric dimensions when turned 180°. The trajectory of the layer is derived using classical methods of theoretical mechanics. (Results and discussions) The equations governing the motion of the soil layer points during turnover within its own furrow are analyzed. During this process, all points in the cross-section of the layer undergo spatial displacement. Changes in displacement, velocity, and acceleration of the i-th point of the hypothetical layer exhibit smooth dependencies described by trigonometric functions. However, at a rotation angle of ωt = π/2, an abrupt change occurs in the trajectories of displacement, velocity and acceleration graphs, indicating sharply variable loads acting on the soil layer at this point. The abrupt change is attributed to a shift in the support rib which serves as the axis for the rotation of the soil layer's crosssection. The center of gravity of the cross-section moves with variable velocity and acceleration, which indicates the presence of inertial forces. Overcoming these forces requires a certain amount of energy. (Conclusions) The energy required largely depends on the geometric parameters of the layer a, b and its rotation modes (ω). When the layer cross-section rotates by an angle When the layer cross-section rotates by an angle ωt = π/2 – γ, the vertical acceleration of the central point (О) reaches its maximum value. Under certain conditions, the soil layer may detach from the furrow bottom in this position. The kinematics analysis of a soil layer turnover within the boundaries of its own furrow reveals new phenomena occurring during its motion to identifies the patterns of influence that the soil layer's geometric parameters exert on its dynamic characteristics.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.