Substantiation of the Parameters of a Soil Tillage Machine Ripper

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Production of safe food requires the avoidance of using chemical means to bring weeds under control in cultivating crops. Existing tillage loosening and separating machine PRSM-5 Dokuchaevskaya optimizes the physical and mechanical state of the cultivated soil layer, while the weeds are carefully removed from the soil by combing out together with the whole weed root system and laid on the surface, where they dry up under the influence of climatic factors. During the operation of the tillage machine, about 30% of the total energy consumption is spent on the rotor drive. 
Materials and Methods. The soil was considered as an elastic-plastic medium. The generalized Hookeʼs law model and a variant of the plastic flow theory were taken into account. To simplify the calculations, there was used the experimental study information on the position in space of the soil deformation surface. The intensity of stresses of polyplastic deformations of the soil layer was determined. For the numerical solution of the problem, the Ritz method was used.
Results. In connection with the indicated disadvantages, the parameters of the rotor ripper are justified taking into account the reduction in energy consumption for its drive. As a result of solving the problem by the Ritz method, the geometric shape of the rotor ripper was determined. The energy performance of the section of the tillage machine was evaluated by the torque of the rotor drive of the loosening-separating device. The rotor drive torque was determined for rippers with flat, convex, and concave profiles and for the profile substantiated during the study.
Discussion and Conclusion. The profile substantiated during the study provides the best conditions for transporting the soil at the initial moment of the rotor entry into the soil and the minimum energy consumption for its drive.

Full Text

Введение

Механическая обработка почвы сельскохозяйственными машинами и орудиями ориентирована на улучшение условий роста и развития растений [1]. Современные мировые требования получения безвредных для организма человека продуктов питания требуют отказа от химических средств контроля за сорняками при выращивании сельскохозяйственных культур.

Почвообрабатывающая машина стратификатор (рис. 1) оптимизирует физико-механическое состояние обрабатываемого слоя почвы на глубине до 18 см [2–4], является прицепным универсальным агрегатом для выполнения предпосевной и основной поверхностной обработки почвы, при которой сорняки бережно извлекаются вычесыванием вместе с цельной корневой системой и укладываются на поверхность, где они высушиваются под воздействием климатических факторов [5–7].

 

 
Рис. 1. Машина почвообрабатывающая рыхлительно-сепарирующая ПРСМ-5:
1 – шасси; 2 – рычажный механизм; 3 – рама; 4 – стойка; 5 – плоскорежущая лапа
с сепарирующими решетками; 6 – ротор с рыхлителями; 7 – карданная передача;
8 – зубчатая передача; 9 – цепная передача; 10 – механизм регулировки глубины обработки почвы;
11 – механизм регулировки горизонтального положения рамы [7]

Fig. 1. The PRSM-5 tilling and separating machine: 1 – the chassis; 2 – the lever mechanism;
3 – frame; 4 – the rack; 5 – ploughshare with separating gratings; 6 – rotor with rippers; 7 – cardan gear;
8 – a gear transmission; 9 – chain transmission; 10 – mechanism for adjusting the depth of tillage;
11 – mechanism for adjusting the horizontal position of the frame
 
 

Машина (рис. 1) состоит из шасси 1, с которым посредством параллелограммного рычажного механизма 2 с возможностью перемещения по вертикали закреплена рама 3. На ней смонтированы пассивные (стойки 4 с лемехами 5) и активные (ротор с рыхлителями 6) рабочие органы таким образом, что ротор расположен над лемехами и не касается их. Лемеха снабжены сепарирующими решетками [3; 4; 7].

Исходя из условий прорастания и развития растений, конструкция оптимального обрабатываемого слоя (рис. 2) перед посевом должна состоять из четырех подслоев: надсеменного, семенного, подсеменного и подпахотного. Из надсеменного подслоя должны быть полностью исключены глыбистые отдельности почвы размером более 20 мм. В семенном подслое должна быть сосредоточена наиболее ценная в агрономическом отношении структура. Плотность сложения подсеменного подслоя не должна превышать 1,25 г/см3. Подпахотный подслой не должен иметь плотность выше 1,3 г/см3 и твердость в плужной подошве более 3 МПа, что обеспечивается основной обработкой [5; 7].

Создание указанных условий обеспечивает контакт семян с почвой, быстрое прорастание и беспрепятственное развитие корней вглубь почвы [6].

 

 
 
Рис. 2. Структура обрабатываемого слоя: 1 – надсеменной слой; 2 – семенной слой;
3 – подсеменной слой; 4 – подпахотный слой [7]

Fig. 2. Structure of the processed layer: 1 – the above seed layer; 2 – the seed layer;
3 – sub seed layer; 4 – sub-plow layer
 

При движении машины по полю лемеха поднимают слой почвы, далее при перемещении вдоль поверхностей лемеха и прутьев сепарирующей решетки происходит его крошение, при этом мелкокомковатая фракция просыпается сквозь решетку, формируя семенной подслой. Дальнейшее формирование семенного подслоя происходит с помощью рыхлителей ротора, которые крошат и рыхлят почву, перемещая ее вдоль сепарирующей решетки. Крупно-комковатая фракция с отдельностями не более 20 мм движется сходом с решетки, образуя надсеменной подслой. Кроме этого, рыхлители ротора в процессе взаимодействия с почвой вычесывают из нее сорные растения, не нарушая их целостности, и транспортируют их на поверхность надсеменного подслоя [7].

При взаимодействии рыхлителя ротора с почвой происходит формирование почвенного ядра, установившееся движение почвы по лемеху и сбрасывание ее с сепарирующей решетки. Наихудшие условия для движения почвы в технологическом процессе работы машины создаются в момент входа рыхлителя в почву, что является причиной образования перед ним почвенного валка. Он способствует повышению энергоемкости процесса, снижению надежности и качества работы машины [8; 9]. Около 30 % от общих затрат энергии в процессе работы машины расходуется на привод ротора, поэтому она неудовлетворительно работает на плотных почвах, а следовательно, ее использование в таких случаях становится малоэффективным [9].

В связи с указанными недостатками машины параметры рыхлителя ротора должны быть обоснованы с учетом снижения затрат энергии на его привод.

Обзор литературы

Снизить энергоемкость процесса работы ротора почвообрабатывающей машины в нашем случае возможно за счет совершенствования геометрической формы его рабочих органов-рыхлителей [9–12].

Для получения закономерности распределения давлений почвы на поверхности рабочего органа решалась контактная задача с использованием теории сплошных сред [13; 14]. В процессе воздействия рабочего органа на почву ее пластическое движение по некоторой плоскости начинается только тогда, когда касательные напряжения на поверхности скольжения достигают критических величин. Рабочий орган, имеющий главные оси симметрии, представлялся в виде двух плоских сечений. Почва рассматривалась как линейно деформируемая среда. Затем решения двух плоскостных задач объединялись и получались зависимости распределения давлений по поверхности почвообрабатывающего рабочего органа. Общее решение уравнения контактной задачи описывается следующим образом:

  P x = sinπυsinπυ π f x cos π 2 υ π α+x 1 2 +γ P,      (1)

где γ – коэффициент, зависящий от твердости почвы; f'(x) уравнение линии, описывающей профиль деформатора; υ – скорость движения, м/с; P= α α P t dt сжимающая сила, Н.

С помощью решения контактной задачи получены закономерности распределения давления на границе рабочего органа с почвой для плоского, круглого, клиновидного и эллиптического деформаторов.

Решение контактной задачи в земледельческой механике обеспечивает обоснование формы деформатора с требуемым распределением давления. Такой подход, по мнению авторов, позволяет с достаточной для практики точностью конструировать катки и колеса, обеспечивающие равномерное распределение давления в зоне их контакта с почвой.

В исследованиях по изысканию профильной линии почвообрабатывающего рабочего органа минимальной энергоемкости теоретическим путем определялось силовое воздействие почвы на рабочий орган [15; 16]. При этом процесс рассматривался как квазистационарный с постоянными скоростью движения и расстоянием от центра масс рабочего органа до плоскости микронеровностей поверхности почвы. В связи с последним полагалось, что главный вектор системы сил сопротивления динамическому напору в среднем можно считать величиной постоянной, то есть независимой от времени.

Давление почвы на поверхность рабочего органа рассматривалось как результирующее статической и динамической составляющих1. Приведено доказательство изотропности закона внутрипочвенного статического нормального давления, в результате чего установлено, что в каждой точке почвенного горизонта напряжение сил зависит не от ориентации площадки, а только от глубины ее расположения.

В неподвижном состоянии рабочий орган испытывает только силы внутреннего статического давления [17]. С началом движения к ним присоединяются силы динамического напора, или, как их называют авторы работы, силы импульсного давления, которые возникают в результате столкновения рабочего органа с частицами почвы. По утверждению авторов, экспериментальные исследования показали, что соударение частиц почвы с рабочими органами является практически неупругим, так как они имеют очень малый коэффициент восстановления. В таком случае при ударе нормальная составляющая скорости движения частицы почвы относительно рабочего органа равна нулю, а сохраняется только касательная составляющая [18–20]. Поэтому авторы считают, что в системе динамических сил сопротивления при соударении с рабочими органами возникают потери нормального импульса почвенных частиц к рабочей поверхности. Это подтверждает известное положение о нормальном направлении сил динамического давления к рабочей поверхности [21; 22].

Нормальное динамическое давление зависит только от глубины расположения в почве элементарной площадки и ее пространственной ориентации и не зависит от формы остальной части рабочего органа. За промежуток времени dt частицы почвы, со стороны которых элементарный участок испытывает импульс силы, заполняют косой цилиндр. Из этих предпосылок с помощью закона сохранения количества движения получено уравнение для определения напряженных сил суммарного нормального давления почвы на поверхность рабочего органа в точке М:

P M = P 0 M +ρ υ 2 cos 2 α M ,  (2)

где Р(М) – сила внутрипочвенного статического нормального давления, Н; ρ – плотность почвы, кг/м3; α(М) – угол, определяющий пространственную ориентацию элементарной площадки рабочего органа.

Вывод уравнения проводился без предположений о скорости, в связи с чем формула (2) справедлива не только для квазистационарного движения.

На основании уравнения (2) выведена формула для определения динамического сопротивления:

 Q=ρυ2ξ1yMαcos3αds     (3)

где у(М) – координаты точки М (рис. 3).

Предполагается, что формула (3) применима для вычисления динамического сопротивления любого рабочего органа почвообрабатывающего орудия.

Рис. 3. График динамического давления почвы на рабочий орган [13]

Fig. 3. Diagram of dynamic soil pressure on the implement

 

 

Для решения конкретной задачи по обоснованию профильной линии рабочего органа минимальной энергоемкости динамическое давление вычисляется по формуле:

Q=bρυ20xk1yay'31+y'2dx       (4)

где b – ширина рабочего органа, м.

Следовательно, величина нормального давления почвы на элементарную площадку поверхности рабочего органа определяется квадратом скорости его движения, плотностью почвы, глубиной расположения и пространственной ориентацией площадки. Однако полученное уравнение не учитывает физико-механических свойств почвы (за исключением плотности), которые весьма существенно влияют на энергетические показатели рабочих органов почвообрабатывающих орудий. Это связано с тем, что при выводе уравнения (3) учитывалось только взаимодействие частиц почвы с рабочим органом и не было учтено взаимодействие частиц между собой. На них влияют физико-механические свойства почвы. Последнее можно объяснить сложностью процессов, происходящих в почве под воздействием рабочего органа. Их формализация в настоящее время затруднена. Кроме того, необходимо экспериментально проверить, что влияние на величину динамического давления, на элементарную площадку рабочего органа, а также на остальную его форму отсутствует. Также важно тестирование степени адекватности полученной модели в реальных условиях.

Материалы и методы

С использованием векторного и тензорного исчислений процесс нагружения почвы рассматривался как последовательность равновесных состояний и малых деформаций, компоненты тензора которых связаны с проекциями вектора перемещения соотношениями Коши [23–25]. Решение задачи о деформациях и напряжениях в почве, возникающих в результате действия на него клина, осуществлялось с учетом физических законов взаимосвязи компонентов напряжений и деформаций [26]. Почва рассматривалась как упруго-пластическая среда, при работе с которой применялись модель обобщенного закона Гука и один из вариантов теории пластического течения [27; 28]. С целью экономии объема вычислений использовались сведения из ряда исследований [29; 30], а в процессе счета определялась интенсивность напряжений, при которых происходит отрыв, полипластические деформации поверхности, расчленения слоя грунта на глыбы [31–33]. Была построена математическая модель определения напряженно-деформируемого состояния слоя почвы под воздействием клина, обеспечивающая определение полей векторов перемещений, тензоров деформаций и напряжений. Для численного решения задачи использовался метод Ритца [34–36]. Разработан алгоритм решения поставленной задачи, позволяющий определить поля напряжений и деформаций в упругой области слоя почвы и указать границы области начала пластических деформаций.

Энергетические показатели функционирования рабочих органов почвообрабатывающей машины оценивались тяговым сопротивлением и крутящим моментом привода ротора рыхлительно-сепарирующего устройства. Общее тяговое сопротивление почвообрабатывающего рабочего органа состоит из суммы проекций горизонтальных сил (удельных сил сопротивления) на плоскость (по аналогии с составляющей силы сопротивления лемеха, выраженной В. П. Горячкиным через квадрат скорости движения лемеха в почве). Суммарная составляющая сила определялась с помощью тензометрической аппаратуры по общеизвестным методикам с относительно небольшими затратами труда и времени. В связи с этим методом  определения закономерности распределения давления почвы на поверхности рабочего органа являлась аппроксимация результатов экспериментальных исследований по отысканию суммарных сопротивлений его составных частей.

Результаты исследования

Для решения задачи по усовершенствованию геометрической формы рыхлителя полагаем, что ротор вращается с постоянной частотой, а почва представляет собой однородную среду. Элементарная площадка рабочей кромки рыхлителя (рис. 4) подвергается действию сил трения между кромкой и почвой qfdl и боковой поверхности рыхлителя о почву, а также влиянию давления почвы qdl. Величина силы трения боковой поверхности рыхлителя о почву не оказывает существенного влияния на сопротивление движению рыхлителя в почве и поэтому ею можно пренебречь.

 

 
 
Рис. 4. Схема к обоснованию формы рабочей кромки рыхлителя ротора [9; 11]

Fig. 4. The scheme to substantiate the shape of the working edge of the ripper of the rotor
 
 

Элементарный крутящий момент ротора определяется по уравнению:

dM=qρ sinθ+cosθ dl ,       (5)

где ρ – радиус вращения элементарной площадки, м; θ – угол между нормалью к радиусу вращения элементарной площадки и направлением действия нормальной силы [9].

Закономерность изменения давления почвы на рыхлитель, в зависимости от глубины расположения в почве его элементарной площадки, определена экспериментальным путем:

q=k h m ,                         (6)

где h – расстояние от проходящей по поверхности плоскости до элементарной площадки, м; k, m – коэффициенты, зависящие от влажности и твердости почвы.

Процесс работы рыхлителя рассмотрен в подвижных осях системы координат XOZ (рис. 4). В принятой системе координат расстояние от элементарной площадки до поверхности почвы определяется по уравнению:

h= 1 1+ k 1 2 k 1 sin α T + α 1 cos α T + α 1 x sin α T + α 1 + k 1 cos α T + α 1 z+ +R cos α T k 1 sin α T +b , (7)

где R – радиус ротора, м; αТ – угол поворота рыхлителя в текущий момент времени; α1 – угол между радиус-вектором носка рыхлителя и осью координат OX; b – коэффициент, обусловленный высотой слоя почвы на решетке; k1 – коэффициент, обусловленный расстоянием от слоя почвы на решетке до оси вращения ротора.

С учетом того, что dl= 1+ z 1 2 dx  , заменив косинус и синус через тангенс угла θ, на основании соотношения (5) получим уравнение для вычисления крутящего момента рыхлителя ротора:

M= x h x k qρ 1+tgθ 1+ z 1 2 1+ tg 2 θ dx   (8)

Для наиболее весомого снижения усредненного крутящего момента и уменьшения неравномерности вращения ротора необходимо добиться уменьшения максимальных значений указанного крутящего момента.

В связи с изложенным постановка задачи формулируется следующим образом. Из множества кривых, проходящих через точки (xh, zh) и (xk, zk), необходимо найти ту, при которой крутящий момент рыхлителя во время входа его в межпрутковое пространство сепарирующей решетки будет иметь минимальное значение. Для решения поставленной задачи воспользуемся методом Ритца. Уравнение кривой, обеспечивающей экстремальное значение функционала, имеет вид:

 z=xz'0+x2zkxkz'0xk2+xxkC1xC2x2+C3x3 (9)

где z'0 – тангенс угла между осью OX и касательной к кривой в начальной его точке.

Для данного рыхлительно-сепарирующего устройства z'0 выбирается из условий максимально возможного захвата почвы в начальный момент ее взаимодействия с рыхлителем, что позволяет снизить сгруживание почвы перед ротором [23; 25]. Из рисунка 4 видно, что z'0 = tg(α1 + β1), где β – угол между радиус-вектором носка рыхлителя и касательной к кривой в этой же точке.

Подставив выражение (9) в уравнение (8), находим значение коэффициентов С1, С2, С3, с помощью которых определяется форма рыхлителя. Приравняв к нулю частные производные от полученного уравнения по С1, С2, С3, получаем систему уравнений:

  M 0i C i = x 0 x 1 1+ tg 2 θ 1 2 q 1+ z 1 2 tg 2 θ1 ρ C i + +ρ 1+ z 1 2 f tg 2 θ1 q C i + +q z f tg 2 θ1 × × 1+ z 1 2 z C i + + 1+ z 1 2 f tgθ C i dx=0,            (10)

где i= 1,2,3 ¯  .

ρ C i = z z C i Rsin α 1 x C i R 2 2R zsin α 1 +xcos α 1 + z 2 + x 2 ,

 

q C i =k n1 h n2 sin α T + α 1 + k 1 cos α+ α 1 1+ k 2 ρ C i ,

 

 

 

tgθ C i = z Rsin α 1 z +Rcos α 1 x × × Rcos α 1 x z C i + z C i Rzsin α T × × z Rcos α 1 x Rsin α 1 +z × × z C i z z C i × z Rsin α 1 z +Rcos α 1 x 2 ,

 

z = z 0 + 2x x k 2 z k x k z 0 + x x k 2x C 1 +3x C 2 + C 3 + x 2 C 1 + x 3 C 2 +x C 3 ,

где

z C 1 = x 2 x x k ; z C 2 = x 3 x x k ;  

z C 3 =x x x k ; z C 1 =2x x x k + x 2 ;  

z C 2 =3 x 2 x x k + x 3 ; z C 3 = x x k +x.  

Полученную систему уравнений (10) решали численным методом. Расчеты проводились при R = 0,23 м; k = 4 000; n = 1,99 Н/м2; k1 = –4; B = –0,1; αт = 60°; α1 = 12°;  f = 0,5;  z0' = 0,9; Bh = 0,03 м; lp = 0,2 м.

В результате решения системы уравнений получены значения ко­эффициентов С1, С2, С3. С их учетом уравнение получает вид:

z=0,8x32 x 2 +144 x 3 .           (11)

Линия, определяющая геометрическую форму рыхлителя ротора, согласно уравнению (11), показана на рисунке 5.

 

Рис. 5. Форма рыхлителя ротора рыхлительно-сепарирующего устройства

Fig. 5. The shape of the ripper of the rotor of the ripping-separating device

 

Энергетические показатели работы секции почвообрабатывающей машины с рыхлителями ротора обоснованной формы (рис. 6) оценивались крутящим моментом привода ротора рыхлительно-сепарирующего устройства.

 

 
 
Рис. 6. Машина почвообрабатывающая рыхлительно-сепарирующая ПРСМ-5 с рыхлителями
ротора обоснованной формы

Fig. 6. The PRSM-5 tilling and separating machine with rotor rippers of reasonable shape
 
 

Крутящий момент привода ротора определялся для рыхлителей с ровным (базовым), выпуклым, вогнутым и обоснованным с учетом снижения затрат энергии в результате проведения теоретических исследований профилем. Рыхлители с различным профилем режущей кромки приведены на рисунке 7.

 

 
 
Рис. 7. Рыхлители с различной формой рабочей кромки: 1 – ровная; 2 – выпуклая;
3 – вогнутая; 4 – обоснованная с учетом снижения затрат энергии

Fig. 7. The rippers with different cutting edge shapes: 1 – flat; 2 – convex;
3 – concave; 4 – justified considering the reduction of energy costs
 
 

Проведение эксперимента осуществлялось при частоте вращения ротора 2,5 с–1 и влажности почвы 21,5 %. Результаты эксперимента приведены в таблице. Среднеквадратичная ошибка опыта составила 0,44 Н×м, достоверность результатов 99 %.

 

Таблица Крутящий момент привода ротора для различных форм его рыхлителей 

Table Rotor drive torque for different ripper shapes

 

 

Профиль ножа / Knife profile

Крутящий момент, Н×м / Torque, N×m

средний / medium

максимальный / maximum

1

Ровный / Plain

12,26

23,10

2

Выпуклый / Convex

13,02

31,46

3

Вогнутый / Concave

11,56

25,03

4

Обоснованный с учетом снижения затрат энергии / Justified in terms of reduced energy costs

8,39

20,85

 

 

Обсуждение и заключение

Обоснованный с учетом снижения затрат энергии профиль рыхлителя ротора обеспечивает наилучшие условия для транспортирования почвы в начальный момент вхождения в почву и минимальные затраты энергии на привод. Такую форму рыхлителя ротора можно использовать для машины, обеспечивающей оптимизацию агрофизического состояния посевного слоя почвы при посеве семян пропашных культур или перед посевом, когда сорные растения находятся в начальной стадии своего развития.

В одну из задач технологического процесса машины для оптимизации пахотного слоя почвы входит вычесывание корневищ сорных растений и выбрасывание их на поверхность поля. Для такой машины профиль рыхлителя должен быть обоснован с учетом уменьшения возможности забивания ротора пожнивными остатками и сорными растениями. При относительно небольшой частоте вращения ротора машины и достаточной длине рабочей части рыхлителя растительные остатки могут задерживаться, совершать колебательные движения или сходить с него. Для достижения последнего угол наклона наиболее пологой касательной к профилю рыхлителя в самом неблагоприятном его положении должен обеспечить условия сползания растительных остатков.

 

 

1           Петунин А. Ф., Ефремова В. Н. Механика разрушения пласта почвы при многослойном крошении // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: Сборник статей по материалам 71-й научно-практической конференции преподавателей по итогам НИР за 2015 год / Отв. за вып. А. Г. Кощаев. Краснодар: Изд-во ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», 2016. С. 229–230. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26257020&pff=1 (дата обращения:20.01.2021).

 

×

About the authors

Yuriy N. Syromyatnikov

Kharkiv Petro Vasylenko National Technical University of Agriculture

Author for correspondence.
Email: gara176@khntusg.info
ORCID iD: 0000-0001-9502-626X
ResearcherId: AAC-7369-2021

Senior Lecturer in the Shabelnik Chair of Technical Systems and Livestock
Technology, Cand.Sc. (Engineering)

Ukraine, 44 Alchevskikh St., Kharkiv 61002

References

  1. Melnik V., Dovzhik M., Tatyanchenko B., et al. Analytical Method of Examining the Curvilinear Motion of a Four-Wheeled Vehicle. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017;3(7):59-65. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.101335
  2. Syromyatnikov Yu.N. The Results of Field Tests of a Rotary Tillage Ripping-Separating Machine with Experimental Working Parts. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of Altai State Agricultural University. 2018; (5):184-192. Available at: https://clck.ru/U4WZj (accessed 20.01.2021). (In Russ., abstract in Eng.)
  3. Nanka A.V., Syromyatnikov Yu.N. The Influence of the Rotation Frequency of the Rotor of a Tillage Machine on the Quality of Its Work. Agrotekhnika i energoobespechenie = Agronomy and Energy Supply. 2018; (2):101-115. Available at: https://clck.ru/U4WkU (accessed 20.01.2021). (In Russ., abstract in Eng.)
  4. Pashchenko V.F., Syromyatnikov Yu.N., Khramov N.S. Soil-Cultivating Setting a Flexible Working Organ to Control of Weeds Growth. Ovochіvnitstvo і bashtannitstvo = Vegetable and Melon Growing.2018; (64):33-43. (In Ukr., abstract in Eng.) DOI: https://doi.org/10.32717/0131-0062-2018-64-33-43
  5. Syromyatnikov Yu.N. Improvement of Working Bodies for Cutting and Rising the Soil of a Rope-Separation Machine. Іnzhenerіya prirodokoristuvannya = Engineering of Nature Management. 2017;(2):74-77. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Iprk_2017_2_15 (accessed 20.01.2021). (In Ukr., abstract in Eng.)
  6. Khramov N.S. Qualitative Indices of the Operation of Experimental Tillage Implement with a Flexible Working Body. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of Altai State Agricultural University. 2018; (6):177-186. Available at: https://clck.ru/U4Xmn (accessed 20.01.2021). (In Russ., abstract in Eng.)
  7. Syromyatnikov Yu.N. Qualitative Performance Indicators of a Ripping-and-Separating Machine for Soil Cultivation. Agricultural Machinery and Technologies. 2018; 12(3):38-44. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.22314/2073-7599-2018-12-3-38-44
  8. Nikolayev V.A., Troshin D.I. Continuous Action Right Knife Unit with Ground Interaction Analysis.Vestnik SibADI = The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2020; 17(4):452-463. (In Russ.)DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-4-452-463
  9. Pashchenko V.F., Syromyatnikov Yu.N. The Transporting Ability of the Rotor of the Soil-Cultivating Loosening and Separating Vehicle. Traktory i selkhozmashiny = Tractors and Agricultural Machinery. 2019;(2):67-74. Available at: https://old.mospolytech.ru/storage/f033ab37c30201f73f142449d037028d/files/Traktory_i_selhozmashiny_No2_2019_dlya_sajta.pdf (accessed 20.01.2021). (In Russ., abstract in Eng.)
  10. Sheychenko V., Dudnikov I., Kuzmych A., et al. Study of the Process of Grain Pre-Threshing by Working Bodies of a Combine Harvester Header. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies.2017; 6(1):19-27. Available at: http://lib.udau.edu.ua/handle/123456789/7198 (accessed 20.01.2021).(In Eng.)
  11. Sukhanova M.V., Sukhanov A.V., Voinash S.A. Intelligent Control Systems for Dynamic Mixing Processes in Seed Processing Machines with Highly Elastic Working Bodies. Inzhenerernyye tekhnologii i sistemy = Engineering Technologies and Systems. 2020; 30(3):340-354. (In Russ., abstract in Eng.) DOI:https://doi.org/10.15507/2658-4123.030.202003.340-354
  12. Starovoytov S.I., Akhalaya B.Kh., Mironova A.V. Design Features of Working Tools for Soil Surface Compaction and Leveling. Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK = VIESH Institute’ Herald.2019; (4):51-56. Available at: https://vestnik.viesh.ru/wp-content/uploads/2020/01/ВИЭСХ_4_2019.pdf (accessed 20.01.2021). (In Russ., abstract in Eng.)
  13. Kushnarev A.S. [Soil Mechanics: Challenges and Status of Work]. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaystva = Mechanization and Electrification of Agriculture. 1987; (3):9-13. (In Russ.)
  14. Kushnarov A., Shustіk L., Marinіn S. [Theoretical Investigation of the Interaction of the Propulsion Unit with the Ground]. Tekhnіko-tekhnologіchnі aspekti rozvitku ta viprobuvannya novoi tekhnіki і tekhnologіy dlya sіlskogo gospodarstva Ukraini = Тechnical and Technological Aspects of Development and Testing of New Machinery and Technologies for Agriculture of Ukraine. 2014; 18(1):200-207. Availableat: https://clck.ru/U8G4p (accessed 20.01.2021). (In Ukr., abstract in Eng.)
  15. Mudarisov S.G., Rahimov Z.S., Yamaletdinov M.M., Farchutdinov I.M. Assessment of Technological Process of Soil Treatment on the Basis of Continuum Dynamics Equations. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2010; (1):63-65. Available at:https://clck.ru/U7MXP (accessed 20.01.2021). (In Russ., abstract in Eng.)
  16. Kornienko S., Pashenko V., Melnik V., et al. Developing the Method of Constructing Mathematical Models of Soil Condition under the Action of a Wedge. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies.5(7):34-43. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.79912
  17. Radjai F., Wolf D.E. Features of Static Pressure in Dense Granular Media. Granular Matter. 1998;1:3-8. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/PL00010907
  18. Lapshin V.V., Yurin Ye.A. Nonlinear Elastoplastic Model of Collinear Impact. Vestnik MGTU im.N.E. Baumana = Herald of the Bauman Moscow State Technical University. 2016; (1):90-99. (In Eng.)DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2016-1-90-99
  19. Permyakova V.V. Basic Model Representations of Mechanical Impact. Innovatsii v grazhdanskoy aviatsii = Innovations in Civil Aviation. 2018; 3(2):77-86. Available at: http://www.mstuca.ru/upload/Innovatcii_blok_3.2.pdf (accessed 20.01.2021). (In Russ., abstract in Eng.)
  20. Listrova K.S., Manjosov V.K. Modelling of the Longitudinal Impact Springy Rod as Mechanical System with Final Number of the Degree of the Liberty. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Seriya: Matematika. Mekhanika. Informatika = Izvestiya of Saratov University. New Series. Series: Mathematics. Mechanics. Informatics. 2011; 11(2):96-102. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2011-11-2-96-102
  21. Pan J.L., Selby A.R. Simulation of Dynamic Compaction of Loose Granular Soils. Advances in Engineering Software. 2002; 33(7-10):631-640. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/S0965-9978(02)00067-4
  22. Okur D.V., Ansal A. Stiffness Degradation of Natural Fine Grained Soils during Cyclic Loading.Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2007; 27(9):843-854. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2007.01.005
  23. Peth S., Nellesen J., Fischer G., Horna R. Non-Invasive 3D Analysis of Local Soil Deformation under Mechanical and Hydraulic Stresses by μCT and Digital Image Correlation. Soil and Tillage Research.2010; 111(1):3-18. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.still.2010.02.007
  24. Hashiguchi K., Tsutsumi S. Shear Band Formation Analysis in Soils by the Subloading Surface Model with Tangential Stress Rate Effect. International Journal of Plasticity. 2003; 19(10):1651-1677.(In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/S0749-6419(02)00113-4
  25. Sciammarella C.A., Lamberti L., Sciammarella F.M. Verification of Continuum Mechanics Predictions with Experimental Mechanics. Materials. 2020; 13(1):77. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.3390/ma13010077
  26. Li X., Yu H.S., Li X.S. Macro-Micro Relations in Granular Mechanics. International Journal of Solids and Structures. 2009; 46(25-26):4331-4341. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2009.08.018
  27. Bondar V.S., Danshin V.V., Kondratenko А.A. Version of the Theory of Thermoplasticity. Vestnik PNIPU. Mekhanika = PNRPU Mechanics Bulletin. 2015; (2):21-35. (In Russ., abstract in Eng.) DOI:https://doi.org/10.15593/perm.mech/2015.2.02
  28. Ti K.S., Huat B.B.K., Noorzaei J., et al. A Review of Basic Soil Constitutive Models for Geotechnical Application. Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2009; 14:1-18. Available at: https://www.scirp.org/(S(351jmbntvnsjt1aadkposzje))/reference/ReferencesPapers.aspx?ReferenceID=1366069 (accessed 20.01.2021). (In Eng.)
  29. Sheichenko V., Dudnikov I., Shevchuk V., Kuzmych A. Research of Surface-Plane and Space-Deep Interaction of Needle with Soil. Mechanization in Agriculture & Conserving of the Resources.2019; 65(1):13-16. Available at: https://stumejournals.com/journals/am/2019/1/13 (accessed 20.01.2021). (In Eng.)
  30. Mudarisov S.G., Gabitov I.I., Lobachevsky Y.P., et al. Modeling the Technological Process of Tillage.Soil and Tillage Research. 2019; 190:70-77. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.still.2018.12.004
  31. Aulin V., Lyashuk O., Tykhyi A., et al. Influence of Rheological Properties of a Soil Layer Adjacent to the Working Body Cutting Element on the Mechanism of Soil Cultivation. Acta Technologica Agriculturae. 2018; 21(4):153-159. Available at: https://clck.ru/U7SUu (accessed 20.01.2021). (In Eng.)
  32. Babitsky L.F., Sobolevsky I.V., Kuklin V.A. Bionic Modelling of the Working Bodies of Machines for Surface Tillage. IOP Conference Series. 2020; 488(1). 10 p. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/488/1/012041
  33. Kapov S.N., Aduov M.A., Nukusheva S.A. Model of Soil Environment as Object of MechanicalTillage. Life Science Journal. 2014; 11:156-161. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.7537/marslsj1112s14.30
  34. Weinan E., Yu B. The Deep Ritz Method: A Deep Learning-Based Numerical Algorithm for Solving Variational Problems. Communications in Mathematics and Statistics. 2018; 6(1):1-12. (In Eng.)DOI: https://doi.org/10.1007/s40304-018-0127-z
  35. Wang Q., Choe K., Shi D., Sin K. Vibration Analysis of the Coupled Doubly-Curved Revolution Shell Structures by Using Jacobi-Ritz Method. International Journal of Mechanical Sciences. 2018;135:517-531. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2017.12.002
  36. Berthelot J.-M. Damping Analysis of Laminated Beams and Plates Using the Ritz Method. Composite Structures. 2006; 74(2):186-201. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2005.04.031

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. The PRSM-5 tilling and separating machine: 1 – the chassis; 2 – the lever mechanism; 3 – frame; 4 – the rack; 5 – ploughshare with separating gratings; 6 – rotor with rippers; 7 – cardan gear; 8 – a gear transmission; 9 – chain transmission; 10 – mechanism for adjusting the depth of tillage; 11 – mechanism for adjusting the horizontal position of the frame

Download (25KB)
3. Fig. 2. Structure of the processed layer: 1 – the above seed layer; 2 – the seed layer; 3 – sub seed layer; 4 – sub-plow layer

Download (47KB)
4. Fig. 3. Diagram of dynamic soil pressure on the implement

Download (13KB)
5. Fig. 4. The scheme to substantiate the shape of the working edge of the ripper of the rotor

Download (43KB)
6. Fig. 5. The shape of the ripper of the rotor of the ripping-separating device

Download (54KB)
7. Fig. 6. The PRSM-5 tilling and separating machine with rotor rippers of reasonable shape

Download (104KB)
8. Fig. 7. The rippers with different cutting edge shapes: 1 – flat; 2 – convex; 3 – concave; 4 – justified considering the reduction of energy costs

Download (24KB)

Copyright (c) 2025 Syromyatnikov Y.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Founded in 1990
Certificate of registration PI № FS77-74640 of December 24 2018.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».