Theoretical backgrounds for the bionic substantiation of the parameters of the ring-cutting soil-cultivating roller working bodies

Abstract

Поверхностная обработка с прикатыванием почвы является важнейшей технологической операцией, оказывающей непосредственное влияние на условия роста и развития корневой системы растений, и, в конечном итоге, на урожайность возделываемых полевых культур. Для повышения эффективности этого процесса при разработке новых форм и обосновании параметров и режимов работы почвообрабатывающих устройств следует использовать механико-бионический подход, хорошо зарекомендовавший себя при разработке конструктивных схем и обосновании параметров различных сельскохозяйственных машин. Конечным результатом является адаптация рабочего органа, приведение его к подобию живого организма и придания ему определённых геометрических форм, динамики движения и свойств живого прототипа. При этом используются методы общей теории систем, земледельческой механики, механики сплошной среды, интегрального и дифференциального исчисления. Исходными данными для обоснования параметров являются физико-механические свойства почвы: деформационный показатель почвы, модуль сдвига, коэффициент бокового расширения, коэффициент трения. В статье обоснована оптимальная форма рабочей поверхности рыхлительных элементов кольчато-режущего катка. Получены теоретические зависимости по обоснованию основных конструктивных параметров катка. Для почвенных условий Республики Крым их рациональные значения равны: шаг расстановки рыхлительных элементов S = 160 мм, ширина контакта рыхлительного элемента катка с почвой b = 45…50 мм, количество рыхлительных элементов Z = 12 шт., диаметр рыхлительного элемента катка D р.э. = 48…54 мм, высота рыхлительного элемента катка h = 42…46 мм. Рассмотрена кинематика процесса взаимодействия рыхлительных элементов с почвой и получена зависимость для определения полного тягового сопротивления почвообрабатывающего кольчато-режущего катка.

Substantiation of the arrangement and parameters of the loosening compacting discs of tillage rollers with a bionic approach

“…New types of maximally zoned soil-cultivating rollers are needed, which will provide a significant increase in labor productivity by performing several operations in one pass and will save fuel and energy resources. The creation of such tillage rollers should be based on scientific research, considering a special biological system "soil environment -rollers" taking into account direct and feedback [1][2][3][4].…”

“…1 (b), consists of a certain number of studs located around its circumference with a certain pitch S depending on the number of studs of width b. Since the loosening discs of soil tillage rollers contain teeth and toothed plates located with a certain pitch S, then for the analytical substantiation of the pitch of the arrangement, digging spikes at the tails can be used as their bionic prototype [1,6].…”

“…To increase yields with resource-saving technologies for cultivating grain crops, it is important to improve the quality of soil preparation. Its purpose is to form the structure of the soil and the density of the sowing layer that meet the agrotechnical requirements, where the working bodies of tillage rollers are applicable [1].…”

“…Approximation of burrowing thorns at girdle tails (Cordylidae): аgeneral view of the girdle (Cordylidae); b -cross-sectional projection of wide girdle tail rings.Based on the principle of the multi-contact action of the teeth and toothed plates of the roller discs on the soil layer, the interaction of the roller with the soil, shown infig. 2, can be described by the basic equation of the multi-contact problem[1,4]: Layout of loosening compacting discs with toothed plates on the roller axis.…”