Апроксимаційна математична модель взаємодії вільнообертового диска з ґрунтом

Автор(и)

  • Aleksandr Akimov Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Chuvash State Agricultural Academy” K. Marx str., 29, Cheboksary, Chuvash Republic, Russia, 428003, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0003-4629-8394
  • Yuriy Konstantinov Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Chuvash State Agricultural Academy” K. Marx str., 29, Cheboksary, Chuvash Republic, Russia, 428003, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0002-2076-0432
  • Vladimir Medvedev Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Chuvash State Agricultural Academy” K. Marx str., 29, Cheboksary, Chuvash Republic, Russia, 428003, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0001-8007-5325
  • Petr Mishin Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Chuvash State Agricultural Academy” K. Marx str., 29, Cheboksary, Chuvash Republic, Russia, 428003, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0002-2728-3579
  • Mikhail Volkhonov Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Kostroma State Agricultural Academy" Training Town, 34, Karavaevo Village, Kostroma Region, Russia, 156530, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0003-0332-8848
  • Petr Lekomtsev Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Izhevsk State Agricultural Academy” Studencheskaya str., 11, Izhevsk, Udmurt Republic, Russia, 426069, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0002-9554-7636
  • Nikolai Obolensky State Budget Educational Institution of Higher Education “Nizhny Novgorod State Engineering and Economics University” Oktyabrskaya str., 22, Knyaginino, Nizhny Novgorod region, Russia, 606340, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0001-6292-7539
  • Gubeydulla Yunusov Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Mari State University” Lenin sq., 1, Yoshkar-Ola, Republic of Mari El, Russia, 424000, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0001-8498-8930

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.148500

Ключові слова:

вільнообертовий диск, взаємодія з ґрунтом, силові характеристики, аналітична апроксимація, явні вирази

Анотація

Узагальнена математична модель взаємодії диска з ґрунтом побудована при загальних припущеннях щодо режиму руху дискового ножа в ґрунті, а саме, диск може рухатися в ґрунті в режимі ковзання, буксування або кочення без ковзання і буксування. Раніше побудовані моделі випливають з неї, як окремі випадки, при певних значеннях параметрів. Однак у зв'язку з обчислювальною складністю цієї моделі для випадку вільного обертового дискового ножа, що складається з необхідності попереднього чисельного рішення трансцендентного рівняння для визначення режиму руху диска, узагальнена математична модель не знайшла широкого застосування. Тому на основі комп'ютерного експерименту за допомогою методу найменших квадратів була побудована аналітична двовимірна апроксимація узагальненої моделі взаємодії диска з ґрунтом, що є новою моделлю апроксимаційного типу.

Отримано явний вираз для кінематичного параметра вільнообертового дискового ножа, що визначає режим його руху. Встановлено, що цей параметр є раціональною функцією відносного заглиблення диска і безрозмірного динамічного коефіцієнта, що характеризує властивості ґрунту. Також отримані явні вирази проекцій рівнодіючої реакцій ґрунту на лезо дискового ножа і його бічні поверхні в залежності від даних безрозмірних параметрів. Встановлено, що горизонтальна складова реакції, яка визначає тяговий опір диска, також є раціональною функцією відносного заглиблення і безрозмірного динамічного коефіцієнта. Встановлено, що величина кінематичного параметра істотно впливає на величину і напрямок рівнодіючої реакцій ґрунту на диск. Отримані вирази дозволяють значно спростити експерименти по визначенню рівнодіючої реакцій ґрунту на вільнообертовий дисковий ніж і скоротити їх необхідну кількість. Ці вирази дозволяють здійснювати розрахунки на міцність ґрунтообробних робочих органів з дисками і визначати їх оптимальні параметри за критеріями міцності і мінімальних питомих енергетичних витрат з точністю, достатньою для інженерної практики. Адекватність отриманих виразів підтверджено порівнянням з експериментальними даними по динамометруванню дискового ножа

Біографії авторів

Aleksandr Akimov, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Chuvash State Agricultural Academy” K. Marx str., 29, Cheboksary, Chuvash Republic, Russia, 428003

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of transport technological machines and complexes

Yuriy Konstantinov, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Chuvash State Agricultural Academy” K. Marx str., 29, Cheboksary, Chuvash Republic, Russia, 428003

PhD, Associate Professor

Department of mathematics, physics and information technologies

Vladimir Medvedev, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Chuvash State Agricultural Academy” K. Marx str., 29, Cheboksary, Chuvash Republic, Russia, 428003

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of transport technological machines and complexes

Petr Mishin, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Chuvash State Agricultural Academy” K. Marx str., 29, Cheboksary, Chuvash Republic, Russia, 428003

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of transport technological machines and complexes

Mikhail Volkhonov, Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Kostroma State Agricultural Academy" Training Town, 34, Karavaevo Village, Kostroma Region, Russia, 156530

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of Technical systems in the agro-industrial complex

Petr Lekomtsev, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Izhevsk State Agricultural Academy” Studencheskaya str., 11, Izhevsk, Udmurt Republic, Russia, 426069

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of Energy and electrotechnologies

Nikolai Obolensky, State Budget Educational Institution of Higher Education “Nizhny Novgorod State Engineering and Economics University” Oktyabrskaya str., 22, Knyaginino, Nizhny Novgorod region, Russia, 606340

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of Labor protection and safety of vital activity

Gubeydulla Yunusov, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Mari State University” Lenin sq., 1, Yoshkar-Ola, Republic of Mari El, Russia, 424000

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of Mechanization of Production and Processing of Agricultural Products

Посилання

  1. Hann, M. J., Giessibl, J. (1998). Force Measurements on Driven Discs. Journal of Agricultural Engineering Research, 69 (2), 149–157. doi: https://doi.org/10.1006/jaer.1997.0241
  2. Singh, S. P., Singh, B., Vatsa, D. K. (1995). Design and development of powered one-way plough. Agricultural mechanization in Asia, Africa and Latin America, 26 (3), 9–12.
  3. Nalavade, P. P., Salokhe, V. M., Niyamapa, T., Soni, P. (2010). Performance of Free Rolling and Powered Tillage Discs. Soil and Tillage Research, 109 (2), 87–93. doi: https://doi.org/10.1016/j.still.2010.05.004
  4. Kumar, S., Singh, T. P. (2015). Assessment of power requirement of a powered disc through soil bin study. International Journal of Basic and Applied Agricultural Research, 13 (1), 105–111.
  5. Nerli, N. (1929–1930). Sul Problema dinamico dell’aratro a disco. Annali delle Università Toscane, 14 (48), 51–78.
  6. Nerli, N. (1940). Sul vantaggio dinamico del coltro rotante. Sobr. soch. Vol. IV. Moscow: Sel'hozgiz, 231.
  7. Nartov, P. S. (1972). Diskovye pochvoobrabatyvayushchie orudiya. Voronezh: izd-vo VGU, 184.
  8. Sineokov, G. N. (1949). Diskovye rabochie organy pochvoobrabatyvayushchih mashin. Moscow: Mashgiz, 86.
  9. Luchinskiy, N. D. (1977). Nekotorye voprosy zemledel'cheskoy mekhaniki. Teoreticheskie osnovy mekhanizacii vazhneyshih processov sel'skohozyaystvennogo proizvodstva: Trudy VIM, 75, 3–77.
  10. Medvedev, V. I., Vedeneev, A. I., Akimov, A. P. (1974). Metodika rascheta dvizhushchey sily na ploskom diske-dvizhitele. Traktory i sel'hozmashiny, 8, 18–20.
  11. Medvedev, V. I., Konstantinov, Yu. V., Akimov, A. P. (2001). Obobshchennaya matematicheskaya model' vzaimodeystviya diskovogo nozha s pochvoy. Traktory i sel'skohozyaystvennye mashiny, 2, 34–37.
  12. Konstantinov, Yu. V. (2000). Vybor optimal'nyh parametrov i rezhimov funkcionirovaniya rotacionnyh rabochih organov. Cheboksary, 176.
  13. Akimov, A. P., Konstantinov, Yu. V. (2005). Skol'zhenie-buksovanie diskovogo nozha v pochve i ego silovye harakteristiki. Traktory i sel'hozmashiny, 4, 30–34.
  14. Nieuwenburg, P. I. J. J., Speelman, L., Wensink, H. E. (1992). An evaluation of some disk coulter designs. Journal of Agricultural Engineering Research, 51, 67–80. doi: https://doi.org/10.1016/0021-8634(92)80026-o
  15. Turovskiy, B. V., Efremova, V. N. (2013). Zavisimost' energoemkosti diskovogo rabochego organa ot rezhimov raboty. Tekhnika i oborudovanie dlya sela, 10, 16–18.
  16. Kobyakov, I. D., Evchenko, A. V. (2016). Issledovanie dvizheniya shestiugol'nogo i kruglogo diskov rabochih organov pochvoobrabatyvayushchih orudiy. Traktory i sel'hozmashiny, 1, 49–51.
  17. Kobyakov, I. D., Evchenko, A. V. (2017). Research of the moments of rotation drcular knives. Aekonomika: ekonomika i sel'skoe hozyaystvo. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovaniya-momentov-vrascheniya-diskovyh-nozhey
  18. Kurilov, E. V., Furmanov, D. V. (2014). Razrabotka dorozhnogo asfal'tobetona diskovym svobodnovrashchayushchimsya instrumentom. Mekhanizaciya stroitel'stva, 8, 4–7.
  19. Furmanov, D. V., Kurilov, E. V. (2013). Teoreticheskoe obosnovanie processa rezaniya asfal'tobetona diskovym nozhom. Ekologiya i nauchno-tekhnicheskiy progress. Urbanistika, 2, 498–505.
  20. Kurilov, E. V. (2013). Vliyanie iznosa rezhushchey kromki diskovogo nozha na energoemkost' kosogo rezaniya grunta. Mekhanizaciya stroitel'stva, 832 (10), 28–31.
  21. Kurilov, E. V., Shcherbakov, A. S. (2010). K voprosu effektivnosti kosogo rezaniya grunta diskovym nozhom. Vestnik Belorussko-Rossiyskogo universiteta, 26 (1), 24–32.
  22. Luchinskiy, N. D. (1979). O buksovanii diskovyh pochvoobrabatyvayushchih orudiy. NTB VIM, 39, 13.
  23. Kanarev, F. M. (1983). Rotacionnye pochvoobrabatyvayushchie mashiny i orudiya. Moscow: Mashinostroenie, 142.
  24. Mamatov, F. M. (1977). Eksperimental'noe issledovanie razlichnyh tipov ploskih diskovyh nozhey. Sel'skohozyaystvennye mashiny, ХIV (1), 5–7.
  25. Akimov, A., Konstantinov, Y., Mazyarov, V. (2018). Mathematical model of interaction of free rolling flat disk with soil. Vestnik of Kazan State Agrarian University, 13 (1), 96–101. doi: https://doi.org/10.12737/article_5afc0cc83773a1.96609313
  26. Ahmad, F., Weimin, D., Qishou, D., Rehim, A., Jabran, K. (2017). Comparative Performance of Various Disc-Type Furrow Openers in No-Till Paddy Field Conditions. Sustainability, 9 (7), 1143. doi: https://doi.org/10.3390/su9071143
  27. Ahmad, F., Weimin, D., Qishuo, D., Hussain, M., Jabran, K. (2015). Forces and Straw Cutting Performance of Double Disc Furrow Opener in No-Till Paddy Soil. PLOS ONE, 10 (3), e0119648. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119648
  28. Bianchini, A., Magalhães, P. S. G. (2008). Evaluation of coulters for cutting sugar cane residue in a soil bin. Biosystems Engineering, 100 (3), 370–375. doi: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2008.04.012
  29. Magalhães, P. S. G., Bianchini, A., Braunbeck, O. A. (2007). Simulated and Experimental Analyses of a Toothed Rolling Coulter for Cutting Crop Residues. Biosystems Engineering, 96 (2), 193–200. doi: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.10.014
  30. Dharamkar, M. S., Galhe, D. S. (2017). Design development of self suspended dispenser. International Journal of Engineering Sciences & Research Technology, 6 (2), 688–690.
  31. Karada, P. R., Gaikwad, A. (2018). Design and Analysis of Disk Furrow Opener. International Journal of Engineering Technology Science and Research, 5 (3), 1777–1780.
  32. Blekhman, I. I., Myshkis, A. D., Panovko, Ya. G. (1976). Prikladnaya matematika: Predmet, logika i osobennosti podhodov. Kyiv: Naukova dumka, 270.
  33. Gulin, A. V., Dmitriev, V. I. (Eds.) (2003). Izbrannye trudy A. A. Samarskogo. Moscow: MAKS Press, 531.
  34. Danilov, A. M., Gar'kina, I. A. (2014). Interpolyaciya, approksimaciya, optimizaciya: analiz i sintez slozhnyh sistem. Penza: PGUAS, 168.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-11-27

Як цитувати

Akimov, A., Konstantinov, Y., Medvedev, V., Mishin, P., Volkhonov, M., Lekomtsev, P., Obolensky, N., & Yunusov, G. (2018). Апроксимаційна математична модель взаємодії вільнообертового диска з ґрунтом. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(1 (96), 17–27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.148500

Номер

Том 6 № 1 (96) (2018): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Aleksandr Akimov, Yuriy Konstantinov, Vladimir Medvedev, Petr Mishin, Mikhail Volkhonov, Petr Lekomtsev, Nikolai Obolensky, Gubeydulla Yunusov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.