Николаев Л. А., Союнов А. С. Применение вибрации в обработке почвы // Электронный научно-методический

---

1
 
Николаев Л.А., Союнов А.С. Применение вибрации в обработке почвы // Электронный научно-методический 
журнал Омского ГАУ. - 2017. -№1 (8) январь - март. - URL http://e-journal.omgau.ru/index.php/2017/1/35-statya-
2017-1/775-00302. - ISSN 2413-4066 
 
УДК 631.31 
 
Николаев Леонид Анатольевич
 
Магистрант 
ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск 
 
Союнов Алексей Сергеевич 
Кандидат технических наук, доцент 
ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск 
[e-mail] 
 
Применение вибрации в обработке почвы 
Аннотация.
Большая 
металлоемкость 
и 
энергоемкость 
выпускаемых 
производственными предприятиями почвообрабатывающих орудий требует новых подходов 
к обоснованию принципов воздействия различных рабочих органов на почву при их 
проектировании. Рассматривая научные разработки в этом направлении, следует отметить, 
что в последнее время большое значение придается увеличению подвижности рабочего 
органа в процессе обработки почвы. Одним из способов активизации рабочих органов 
является вибрационное воздействие. 
Ключевые слова: 
вибрация, обработка почвы, дисковые орудия, дисковый рабочий 
орган 
Интенсификация технологических процессов сельскохозяйственного производства 
невозможна без создания новых сельскохозяйственных машин и высокопроизводительных 
орудий. Особое значение при этом уделяется одной из наиболее энергоемких операций – 
механической обработке почвы. В системе мероприятий по сохранению плодородия почв 
широкое распространение получила противоэрозионная обработка почвы с применением 
комплекса противоэрозионных машин. Большая металлоемкость и энергоемкость 
выпускаемых производственными предприятиями почвообрабатывающих орудий требует 
новых подходов к обоснованию принципов воздействия различных рабочих органов на 
почву при их проектировании. Рассматривая научные разработки в этом направлении, 
следует отметить, что в последнее время большое значение придается увеличению 
подвижности рабочего органа в процессе обработки почвы. Одним из способов активизации 
рабочих органов является вибрационное воздействие. Эффект вибрации проявляется 
наиболее полно при использовании устройств, реализующих переменные фазы деформации 
и разрушения почвы, а также неоднородность ее структуры [1]. Применительно к 
рыхлительным рабочим органам, разработаны различные способы подпружинивания, как 
стоек рам, так и долот и лемехов плоскорезных лап. Однако, только одними пружинными 
элементами, в большинстве случаев, невозможно достичь максимального эффекта от 
применения вибрации. Для расширения спектра устойчивых колебаний в системе «рабочий 
орган – почва» необходимо введение дополнительных элементов в виде колеблющихся или 
соударяющихся масс. В этом аспекте рассмотрим различные виды вибрационного 

---

2
взаимодействия рабочих органов с почвой, условия возникновения удара и выбора 
оптимальных параметров системы на основе амплитудно-частотных характеристик 
колебательного движения почвообрабатывающих рабочих органов [2, 3]. 
При 
выполнении 
технологического 
процесса 
на 
рабочие 
органы 
почвообрабатывающих орудий действует переменная сила сопротивления почвы. 
Изменчивость силы вызывается периодическими фазами деформации и разрушения 
почвы. В фазе сжатия происходит возрастание силы, а в фазе разрушения почвы 
действующая сила уменьшается. 
Пассивные 
рабочие 
органы 
почвообрабатывающих 
орудий 
воспринимают 
действующее сопротивление почвы, не реагируя на ее изменчивость. Это приводит к 
дополнительным затратам энергии на уплотнение скалываемых блоков почвы, которые 
имеют большой объем, увеличению глыбистости и не обеспечивает необходимой степени 
крошения почвы. Поэтому плотность почвы в образовавшихся после обработки глыбах и 
комьях значительно превосходит плотность почвы до ее обработки [4]. 
Уменьшить объем скалываемых блоков почвы, а, следовательно, увеличить 
крошащую способность рабочих органов почвообрабатывающих машин и уменьшить 
сопротивление почвы можно путем придания подвижности рабочим звеньям и возбуждения 
колебаний в системе рабочий орган - почва. При этом подвижные рабочие звенья 
почвообрабатывающих орудий должны реализовать периодические фазы деформации и 
разрушения почвы. 
В большинстве конструкций промышленных образцов почвообрабатывающих машин 
придание подвижности рабочим звеньям осуществляется путем подпружинивания рабочих 
органов к раме. Возникающие при работе таких орудий колебания рабочих органов имеют 
неустойчивую характеристику и не всегда способствуют достижению максимального 
снижения сопротивления почвы и повышению качественных показателей обработки почвы. 
Использование принудительного возбуждения колебаний почвообрабатывающих 
рабочих органов от внешнего энергоисточника значительно увеличивает энергозатраты на 
привод и его использование становится практически нецелесообразным. Кроме этого 
принудительный привод не имеет обратной связи, что не позволяет такой системе работать в 
самонастраивающемся режиме. 
Для обеспечения устойчивых колебаний в самонастраивающемся режиме рабочий 
орган с почвой следует рассматривать как единую колебательную систему. Такой единой 
системой может выступать дисковый рабочий орган шестиугольной формы (рис. 1) [5, 6]. 
Рисунок 1 – Дисковый рабочий орган шестиугольной формы: а – плоский; 
б – сферический; в – конический 
Разные формы дисков используются при разных типах почв. Так на почвах 
подверженных ветровой эрозии обработку поверхности поля выполняют плоскими 
шестиугольными дисками (рис. 1, а), на обычных почвах применяются сферические 

---

3
шестиугольные диски (рис. 1, б), а на переуплотненных почвах – шестиугольные конические 
диски (рис. 1, в), которые способны выдерживать большие нагрузки. 
При работе таких дисков будет происходить вибрация с амплитудой колебаний 
относительно средней окружности между вписанной и описанной окружностями 
шестиугольника следующей формулой 
42
,
0
45
,
33
)
6
cos(
у



А
, 
где 
А
у
– амплитуда колебания, м; 
0,42 – диаметр средней окружности, м; 
33,45 – постоянный коэффициент; 
φ
– угол поворота диска, рад. 
Данная формула справедлива для шестиугольного диска с диаметром описанной 
окружности 450 мм. При этом в формуле имеется ряд допущений: 
- не учитывается скорость движения агрегата; 
- не учитывается возможная пробуксовка дисков; 
- угловая скорость диска принята равной одному обороту в секунду. 
При работе таких дисков происходит постоянное изменение рабочей грани, что 
позволяет создать вибрацию на каждом диске с амплитудой 6 мм. А так как диски стоят 
поочерёдно повернутые вокруг своей оси на 30° (рис. 2), то на графике колебания (рис. 3) 
можно будет наблюдать смещение фаз на 30° или π/6 [7]. 
Рисунок 2 – Порядок установки дисков в орудии 
Рисунок 3 – График вибрации режущей грани диска: 
D
– диаметр диска, м; 
φ
– угол поворота диска вокруг своей оси, радианы; 1 – первый (нечетные) диски; 
2 – второй (четные) диски; 3 – граница полного оборота диска; 
4 – средняя линия 

---

4
Когда нечетные диски соприкасаются с почвой углом – максимальный диаметр 
окружности, в это время четные диски соприкасаются серединой грани, где диаметр 
минимальный. Такое смещение дисков при установке на вал позволяет компенсировать 
распространение вибрации по орудию и вывода машинно-тракторного агрегата из 
равновесия. Также установка дисков со смещением относительно оси вращения позволяет 
разрезать почвенно-растительную массу в напряженном состоянии [8], что также снижает 
тяговое сопротивление орудия. 
Применение вибрации в почвообрабатывающих орудиях позволяет снизить тяговое 
сопротивление орудия. Способ осуществления вибрация рабочего органа осуществляется за 
счет его шестиугольной формы, а определенная установка дисков на валу орудия со 
смещением режущих граней позволяет осуществлять резание почвенно-растительной массы 
в напряженном состоянии.