Email this article Technical characteristics and energy indicators of modern chisel plows for soil loosening
- Authors: Priporov I.E.1, Kurasov V.S.1, Skuratov V.I.1
-
Affiliations:
- Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin
- Issue: Vol 11, No 2 (2026)
- Pages: 50-57
- Section: TECHNICAL SCIENCES
- URL: https://bulletin.ssaa.ru/1997-3225/article/view/713894
- DOI: https://doi.org/10.55170/1997-3225-2026-11-2-50-57
- ID: 713894
Cite item
Full Text
Abstract
The main disadvantage of chiseling the soil is the high energy intensity of the process. Tthe feature of chisel working bodies is the loosening of the soil with tools that detach it from the monolith. However, when loosening the soil with chisel working bodies, no "plow sole" is formed. The purpose of the research is to identify the best chisel tools based on the following indicators: engine power, productivity, grip width, weight, specific metal consumption, and their energy intensity. 20 domestic and foreign chisel tools were analyzed according to their technical characteristics, which included engine power, productivity, grip width, weight, specific metal consumption, and energy consumption. The research methodology is based on a comprehensive analysis of statistical indicators of the technical characteristics and energy intensity of chisel tools. The article presents histograms of the distribution of the technical characteristics and energy intensity of the chisel tools by brand, respectively. The results of calculating statistical indicators of the technical characteristics and energy intensity of chisel tools are presented. The SVAROG PCH-6 has the highest tractor engine power, which is necessary for aggregation with chisel tools, productivity, grip width, and weight, while the PCH–1,4 has the lowest. At the same time, the lowest energy consumption is observed in the ASF-2.1, the highest in the deep-well GNK-4 Dobrynya. The lowest specific metal consumption of the chisel plow is 2.5, the maximum is 4.5PACK. An increase in tractor engine power leads to an increase in the productivity of the chisel tool according to a linear relationship, which confirms the correlation coefficient R2 = 0.7761. Chisel tools with a larger grip width and weight also have higher productivity. The dependence of productivity on the grip width is linear (R2 = 0.8248) and logarithmic on mass (R2 = 0.6161). There is a power-law relationship between the specific metal consumption and the mass of chisel tools, which is confirmed by the coefficient R2 = 0.7004. An increase in the mass of chisel tools leads to an increase in specific metal consumption.
Full Text
Введение. Технологический процесс чизелевания почвы (ЧП) является разновидностью основной обработки почвы, направленной на ее глубокое рыхление [1, 2-9] от 20 до 60 см. Обработку производят на «тяжелых» почвах с коэффициентом удельного сопротивления (КУС) – 6,5-11 кг/см2 [1, 10‒14].
Преимущества чизелевания:
- предотвращение развития ветровой и водной эрозии;
- улучшение биомеханических и физико-механических показателей почвы;
- сохранение влаги в почвенных горизонтах;
- повышение плодородия почвы [10-14].
Основной недостаток ЧП – высокая энергоемкость процесса [1].
Особенностью чизельных рабочих органов (ЧРО) является рыхление почвы орудиями, которые отрывают ее от монолита. Однако они не уплотняют подпахотные слои, как другие почвообрабатывающие орудия (плуги, плоскорезы и дисковые) без образования «плужной подошвы». ЧП способствует лучшему поглощению почвой воды, поскольку чизельные орудия (ЧО) обрабатывают почву с недорезом пласта по ширине захвата с образованием гребней, которые препятствуют подпочвенному стоку на склонах.
Конструктивно ЧРО состоят из стойки с долотом и лапой [15].
Совершенствование ЧО путем снижения энергоемкости и повышения их производительности является актуальной задачей.
Цель исследований – выявление лучшего чизельного орудия по следующим показателям: мощность двигателя, производительность, ширина захвата, масса, удельная металлоемкость, энергоемкость их.
Материал и методы исследований. Было проанализировано 20 отечественных и зарубежных ЧО по техническим характеристикам, которым отнесли мощность двигателя (N), л.с.; производительность (W), га/ч; ширину захвата (В), м; массу (m), кг; удельную металлоемкость (Mуд), кг/м, а также энергоемкость (Е), л.с.·ч/га.
Методика исследований основана на комплексном анализе статистических показателей технических характеристик и энергоемкости ЧО.
Результаты исследований. На рисунках 1, 2 приведены гистограммы распределения технических характеристик и энергоемкости ЧО по маркам соответственно.
Рис. 1. Гистограммы технических характеристик ЧО: а – мощность двигателя; б – производительность; в – ширина захвата; г – масса; д – удельная металлоемкость
Рис. 2. Гистограмма распределения энергоемкости ЧО по маркам
Результаты расчета статистических показателей технических характеристик и энергоемкости ЧО представлены в таблице.
Таблица
Результаты расчета статистических показателей
Показатели | min | max | s | СРОТКЛ | Cov | D(X) | |
N, л.с. | 60 | 500 | 239,61 | 531719,08 | 103,03 | 138,40 | 14370,79 |
W, га/ч | 0,7 | 6 | 2,86 | 67,27 | 1,09 | 1,49 | 1,82 |
В, м | 1,4 | 6 | 3,25 | 58,07 | 1,11 | 1515,36 | 1,57 |
m, кг | 620 | 5748 | 2302,84 | 73452083,05 | 1109,23 | 10802,15 | 1985191,43 |
Е, л.с.·ч/га | 48,00 | 189,19 | 85,88 | 24137,60 | 17,55 | 2241,83 | 652,37 |
Mуд, кг/м | 312,00 | 1088,89 | 666,64 | 1619984,51 | 181,55 | 240475,43 | 43783,37 |
*Примечание: – среднее значение; s - среднеквадратическое отклонение; СРОТКЛ - среднее отклонение; Cov - ковариация; D(X) – дисперсия.
Анализ приведенных данных на рисунках 1, 2 и в таблице показывает, что наибольшую мощность двигателя трактора, производительность, ширину захвата, массу имеет SVAROG ПЧ-6, наименьшую – ПЧС-1,4. При этом, наименьшая энергоемкость у ПЧС-2,1, наибольшая ‒ у глубокорыхлителя ГНК-4 «Добрыня». Удельная металлоемкость минимальная у чизельного плуга ПЧ-2,5, максимальная – у ПЧС-4,5УП.
Повышение мощности двигателя трактора приводит к росту производительности ЧО по линейной зависимости, что подтверждает коэффициент корреляции (R2 = 0,7761) (рис. 3, а). Увеличение ширины захвата и массы ЧО сопровождается ростом производительности. Зависимость производительности от ширины захвата имеет линейный характер, что подтверждает R2 = 0,8248 (рис. 3, б), а зависимость от массы – логарифмический с R2 = 0,6161 (рис. 3, в).
Рис. 3. Зависимости производительности от технических характеристик ЧО: а – мощности двигателя; б – ширины захвата; в – массы
Чизельные орудия, которые имеют высокую производительность, обладают большой массой (рис. 3, в).
В свою очередь, между удельной металлоемкостью и массой ЧО имеется степенная зависимость, что подтверждает коэффициент R2 = 0,7004 (рис. 4). Повышение массы ЧО приводит к увеличению удельной металлоемкости.
Рис. 4. Зависимость удельной металлоемкости ЧО от массы
Заключение. Наибольшую мощность двигателя трактора, которая необходима для агрегатирования с чизельными орудиями, имеет максимальную производительность, ширину захвата и массу ‒ SVAROG ПЧ-6, наименьшую мощность требует ПЧС-1,4. При этом, наименьшая энергоемкость наблюдается у ПЧС-2,1, наибольшая ‒ у глубокорыхлителя ГНК-4 «Добрыня». Наименьшая удельная металлоемкость ‒ у чизельного плуга ПЧ-2,5, максимальная – у ПЧС-4,5УП.
Повышение мощности двигателя трактора приводит к росту производительности чизельного орудия по линейной зависимости, что подтверждает коэффициент корреляции (R2 = 0,7761). Чизельные орудия с большей шириной захвата и массой имеют и большую производительность. Зависимость производительности ЧО от ширины захвата имеет линейный характер (R2 = 0,8248) и от массы – логарифмический (R2 = 0,6161).
Между удельной металлоемкостью и массой ЧО имеется степенная зависимость, что подтверждает коэффициент R2 = 0,7004. Повышение массы ЧО приводит к увеличению их удельной металлоемкости.
Совершенствование чизельных орудий должно происходить путем повышения их производительности, ширины захвата при снижении удельной металлоемкости и энергоемкости.
About the authors
Igor E. Priporov
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin
Author for correspondence.
Email: i.priporov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8201-2819
doctor of technical sciences, associate professor of the higher attestation commission, associate professor
Russian Federation, KrasnodarVladimir S. Kurasov
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin
Email: kurasoff@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1733-9436
doctor of technical sciences, associate professor of the higher attestation commission, head of the department
Russian Federation, KrasnodarVladimir I. Skuratov
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin
Email: skuratov.v@kubsau.ru
ORCID iD: 0009-0007-4809-3612
Postgraduate
Russian Federation, KrasnodarReferences
- Akhalaya, B. Kh., Shogenov, Yu. K., Mironova, A. V. & Zolotarev, A. S. (2022). Multioperative tillage unit. Agroengineering. 24. 4. 28-31. doi: 10.26897/2687-1149-2022-4-28-31 EDN: AOBRCG (in Russian).
- Bartenev, I. M. (2018). The choice of the type of deformation and the type of deformator for processing dry solid soils. Forestry Engineering journal. 3. 162-170. doi: 10.12737/article_5b97a15e471834.37136442 EDN: YQVSZN (in Russian).
- Borisenko, I. B., Sidorov, A. N., Meznikova, M. V. & Sytilin, M. N. (2020). The technological process of basic processing as a resource-saving factor in the cultivation of agricultural crops. Optimization of agricultural land use and strengthening the export potential of the agro-industrial complex of the Russian Federation based on convergent technologies: proceedings of the International Scientific and Practical Conference. Volgograd. 112-118. EDN: YCJLXX (in Russian).
- Volkov, A. E. (2007). Improving the efficiency of a chisel plow for soils clogged with stones by substantiating its design parameters and operating modes: abstract. Dissertation of the Candidate of Technical Sciences. Saint Petersburg: SZNYIMESH. 20. EDN: NJBVCN (in Russian).
- Gapich, D. S., Shvabauer, Yu. A., Subbotin, S. I. & Gubaidullin D. S. (2023). Reducing the traction resistance of chisel guns. Izvestia of the Nizhnevolzhsky Agrouniversity Complex: Science and higher professional education. 4(72). 398-409. doi: 10.32786/2071-9485-2023-04-40 EDN: PQJHHD (in Russian).
- Gubaidulin, D. S., Shvabauer, Yu. A., Gapich, D.S. & Fomin S. D. (2024). The results of experimental studies of the power load of the chisel unit. Izvestiya Nizhnevolzhsky agrouniversity complex: Science and higher professional education. 1(73). 357-365. doi: 10.32786/2071-9485-2024-01-40 EDN: FCXRFO (in Russian).
- Peng, Y. Ch., Jin H., J., Liu, J. H. & Li, G. L. (2012). Influence of cooling rate on the microstructure and properties of a new wear resistant carbidic austempered ductile iron (CADI). Materials Characterization. 72. 53-58. doi: 10.1016/j.matchar.2012.07.006
- Szmytka, F., Charkaluk, E., Constantinescu, A. & Osmond, P. (2020). Probabilistic low cycle fatigue criterion for nodular cast-irons. International Journal of Fatigue. 139. 105701. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2020.105701 EDN: HUUFPV
- Pyndak, V. I. & Novikov, A. E. (2016). Tribotechnical and Energy Assessment of Parts of Working Members of Cultivating Machines After Carburizing and Laser Hardening. Metal Science and Heat Treatment. 58. 3-4. 226-230. doi: 10.1007/s11041-016-9994-7 EDN: XNHIKA
- Dobrinov, A. V., Jabborov, N. I. & Chugunov, S. V. (2022). Comparative assessment of the effectiveness of working bodies for tillage and weed eradication. Izvestiya Nizhnevolzhsky agrouniversity complex: Science and Higher professional education. 2(66). 465-480. doi: 10.32786/2071-9485-2022-02-57 EDN: FHBWRL (in Russian).
- Dubenok, N. N., Novikov, A. E., Konstantinova, T. G. & Filimonov, M. I. (2022). Technique and technology of reclamation of reclaimed soils. Izvestiya Nizhnevolzhsky agrouniversity complex: Science and higher professional education. 2(66). 321-328. doi: 10.32786/2071-9485-2022-02-40 EDN: GKZVEM (in Russian).
- Kiseleva, E. A. & Pogorelov, A. V. (2017). On the assessment of soil erosion hazard (according to the data of the Crimean region of the Krasnodar Territory). Izvestia of higher educational institutions. The Volga region. Natural sciences. 2(18). doi: 10.21685/2307-9150-2017-2-9 EDN: ZDDFQR (in Russian).
- Nesmian, A. Yu., Khizhnyak, V. I. & Shchirov, V. V. (2012). Improving the efficiency of deep tillage in the cultivation of row crops. Innovative ways of agro-industrial complex development: tasks and prospects : collection of scientific papers. Zernograd : ACHGAA. 245-249. (In Russian).
- Nesmian, A. Yu., Shchirov, V. V. & Oldyrev, S. M. (2019). Assessment of the influence of non-constructive factors on the resistivity of light clay chernozems during chiseling. Bulletin of Agrarian Science of the Don. 2(46). 11-17. EDN: GYBYEL (in Russian).
- Nisin, D. S. (2007). Improving the efficiency of using a modular chisel plow by developing a device for surface treatment of stony soils : abstract. Dissertation of the Candidate of Technical Sciences. Saint Petersburg: NWNIIMESH Agricultural Academy. 19. EDN: NJKQKL (in Russian).
Supplementary files
