Передумови інжинірингу біонічних технічних засобів обробітку ґрунту

Abstract

Розвиток систем зберігання та утримання вологи в ґрунті стримується через високе енергоспоживання, низьку економічну ефективність і значні втрати вологи, а також інші недоліки, пов’язані з використанням ґрунтообробного обладнання. Отже, важливо розробляти ефективні та енергоощадні біонічні знаряддя для обробки ґрунту, які відповідатимуть сучасним вимогам аграрного сектору. Тому метою проведеного огляду літературних джерел було здійснення глибокого аналізу існуючих біонічних ґрунтообробних робочих органів і процесів їх взаємодіє із ґрунтом, який дасть змогу розробки методику проєктування біонічних технічних засобів обробітку ґрунту. Приведений аналіз морфологічних властивостей ґрунтової і водної фауни підкреслює актуальність застосування форми їх тіла ї поверхні покрову при проєктуванні робочих органів технічних засобів обробітку ґрунту. Використання таких біонічних робочих органів дозволяють знизити адгезію ґрунту і його опір на обтікання робочого органу, забезпечуючи при цьому ефективне прорізання ґрунтового середовища. Аналіз досліджень біонічних ґрунтообробних робочих органів показав великий спектр застосування морфологічних властивостей ґрунтової і водної фауни для різних видів технічних засобів обробітку ґрунту. Однак, у представлених дослідженнях відсутня узагальнена методика, яка б врахувала сучасні методи моделювання на основі CAD/CAE-систем, використання передових інженерних програм для аналізу результатів експериментальних досліджень, а також біонічних принципів проєктування. Тому спираючись на власному досвіду чисельного моделювання, аналізу локомоції та морфології тварин і обробки результатів експериментальних досліджень доповнено методику проєктування ґрунтообробних знарядь, яка має назву «Інжиніринг біонічних технічних засобів обробітку ґрунту». Представлена методика проєктування ґрунтообробних знарядь містить 5 блоків: технологічні вимоги, біонічні принципи проєктування, чисельне моделювання, експериментальні дослідження, виробничі випробування. Подальші дослідження будуть спрямовані на визначення конкретних закономірностей і взаємозв’язків морфології і локомоції тварин ґрунтової і водної фауни із проєктування робочих органів технічних засобів обробітку ґрунту та їх взаємодії із ґрунтовим середовищем. Rozvytok system zberihannia ta utrymannia volohy v grunti strymuietsia cherez vysoke enerhospozhyvannia, nyzku ekonomichnu efektyvnist i znachni vtraty volohy, a takozh inshi nedoliky, poviazani z vykorystanniam gruntoobrobnoho obladnannia. Otzhe, vazhlyvo rozrobliaty efektyvni ta enerhooshchadni bionichni znariaddia dlia obrobky gruntu, yaki vidpovidatymut suchasnym vymoham ahrarnoho sektoru. Tomu metoiu provedenoho ohliadu literaturnykh dzherel bulo zdiisnennia hlybokoho analizu isnuiuchykh bionichnykh gruntoobrobnykh robochykh orhaniv i protsesiv yikh vzaiemodiie iz gruntom, yakyi dast zmohu rozrobky metodyku proiektuvannia bionichnykh tekhnichnykh zasobiv obrobitku gruntu. Pryvedenyi analiz morfolohichnykh vlastyvostei gruntovoi i vodnoi fauny pidkresliuie aktualnist zastosuvannia formy yikh tila yi poverkhni pokrovu pry proiektuvanni robochykh orhaniv tekhnichnykh zasobiv obrobitku gruntu. Vykorystannia takykh bionichnykh robochykh orhaniv dozvoliaiut znyzyty adheziiu gruntu i yoho opir na obtikannia robochoho orhanu, zabezpechuiuchy pry tsomu efektyvne prorizannia gruntovoho seredovyshcha. Analiz doslidzhen bionichnykh gruntoobrobnykh robochykh orhaniv pokazav velykyi spektr zastosuvannia morfolohichnykh vlastyvostei gruntovoi i vodnoi fauny dlia riznykh vydiv tekhnichnykh zasobiv obrobitku gruntu. Odnak, u predstavlenykh doslidzhenniakh vidsutnia uzahalnena metodyka, yaka b vrakhuvala suchasni metody modeliuvannia na osnovi CAD/CAE-system, vykorystannia peredovykh inzhenernykh prohram dlia analizu rezultativ eksperymentalnykh doslidzhen, a takozh bionichnykh pryntsypiv proiektuvannia. Tomu spyraiuchys na vlasnomu dosvidu chyselnoho modeliuvannia, analizu lokomotsii ta morfolohii tvaryn i obrobky rezultativ eksperymentalnykh doslidzhen dopovneno metodyku proiektuvannia gruntoobrobnykh znariad, yaka maie nazvu «Inzhynirynh bionichnykh tekhnichnykh zasobiv obrobitku gruntu». Predstavlena metodyka proiektuvannia gruntoobrobnykh znariad mistyt 5 blokiv: tekhnolohichni vymohy, bionichni pryntsypy proiektuvannia, chyselne modeliuvannia, eksperymentalni doslidzhennia, vyrobnychi vyprobuvannia. Podalshi doslidzhennia budut spriamovani na vyznachennia konkretnykh zakonomirnostei i vzaiemozviazkiv morfolohii i lokomotsii tvaryn gruntovoi i vodnoi fauny iz proiektuvannia robochykh orhaniv tekhnichnykh zasobiv obrobitku gruntu ta yikh vzaiemodii iz gruntovym seredovyshchem.