Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Постановка проблемы и задач исследования 14
1.1. Перспективы развития почвообрабатывающих машин с ротационными рабочими органами 14
1.2. Анализ современного уровня исследований почвообрабатывающих машин с ротационными рабочими органами 28
1.3. Способы снижения энергоемкости почвообрабатывающих машин с ротационными рабочими органами 50
1.4. Цель и задачи исследования 59
ГЛАВА 2. Эксжршшггалшо-теоретический анализ технологического процесса обработки почвы ротационными и комбинированными рабочими органами 63
2.1. Взаимодействие ротационного рабочего органа с почвой 63
2.2. Взаимодействие комбинированного плужного корпуса с почвой 89
2.2.1. Подрезание пласта и движение его по отвалу 91
2.2.2. Крошение пласта ротором 93
2.2.3. Отбрасывание комков почвы ротором комбинированного плужного корпуса 103
ГЛАВА 3. Исследование силовых и энергетических параметров мта с ротационными почвообрабатыващимии 109
3.1. Силы сопротивления почвн, действующе на . ротационные рабочие органы 109
3.2. Силовые характеристики ротационных рабочих . органов 132
3.3. Расчет мощности, необходимой для работы почвообрабатывающих машин с ротационными . и комбинированными рабочими органами 150
3.4. Баланс мощности машинно-тракторного агрегата с ротационной почвообрабатывающей машиной... 153
3.5. Анализ КПД почвообрабатывавдих агрегатов с различными способами передачи мощности от двигателя трактора к машине 155
ГМВА 4. Влияние различных факторов на энеететическйе затраты почвообраеатыбащк машин с ротационными и шшнїїровашши рабочими органами 171
4.1. Анализ влияния различных факторов на энергоемкость МТА с ротационными плугами . 171
4-І Л. Влияние поступательной скорости 171
4Л.2. Влияние окружной скорости 177
4Л.З. Влияние глубины обработки 178
4.1.4. Влияние подачи 187
4.1.5. Влияние диаметра барабана ,., . -., 139
4.1.6. Влияние ширины захвата ротационной почвообрабатывающей машины 191
4.1.7» Влияние степени крошения почвы на
энергоемкость обработки почвы 192
4Л.8. Сравнение энергозатрат при работе ротационного, лемешного и дискового плугов . 198
4.2. Анализ энергетических затрат на обработку почвы плугами с комбинированными рабочими органада 201
ГЛАВА 5. Исследование устойчивости двшзджя МТА почвообрабатыващш машинш 217
5.1. Общие предпосылки 217
5.2. Математическая модель движения МТА с ротационной почвообрабатыващей машиной 220
5.3. Анализ устойчивости движения МТА с ротацион ной почвообрабатывающей машиной 234
5.3.1* Устойчивость движения агрегата в плоскости, параллельной поверхности поля 235
5.3.2. Устойчивость движения МТА с ротационным плугом в продольно-вертикальной плоскости 244
5.3.3. Устойчивость движения агрегата в поперечно-вертикальной плоскости 254
5.4. Анализ влияния гироскопического эффекта на работу ротационной почвообрабатывающей машины 255
ГЛАВА 6. Вопросы расчета и проектирования почвообрабатывающих машин с ротационными и комбинированными рабочими органами 270
6.1. Расчет кинематических параметров 270
6.2. Расчет технологических параметров 282
6.3. Рекомендации по выбору основных параметров и режимов работы 305
6.4. Проектирование рабочих органов ротационных почвообрабатыващих машин 314
6.5. Расчет производительности МТА с различными почвообрабатывающими машинами 326
ГЛАВА 7. Агротехническая и техйико-экономическая эффективность применения почвообрабатывающих машин с ротационными и комбинированными рабочими органами 333
7.1. Описание и техническая характеристика разработанных машин 333
7.2. Агротехническая эффективность ротационных и комбинированных почвообрабатыващих машин 341
7.3. Технико-экономическая эффективность разработанных ротационных и комбинированных почвообрабатыващих машин 372
Общие выводы и заключение 382
Приложения
- Перспективы развития почвообрабатывающих машин с ротационными рабочими органами
- Анализ современного уровня исследований почвообрабатывающих машин с ротационными рабочими органами
- Взаимодействие комбинированного плужного корпуса с почвой
- Силы сопротивления почвн, действующе на . ротационные рабочие органы
Введение к работе
Коммунистическая партия Советского Союза и Советское правительство настойчиво и последовательно осуществляют задачу обеспечения высоких темпов разштия сельского хозяйства нашей страны. В Программе КПСС указывается: "Главный путь подъема сельского хозяйства и удовлетворения возрастающих потребностей
страны в сельскохозяйственной продукции - всесторонняя механизация и последовательная интенсификация: достижение на основе науки и передового опыта во всех колхозах и совхозах высокой культуры земледелия и животноводства, резкое повышение уроясай-ности всех культур и увеличение выхода продукции с каядого гектара при наименьших затратах труда и средств" flj*
Х2УІ съезд КПСС указал на необходимость продолжить курс на всемерную интенсификацию сельскохозяйственного производства, дальнейшее перевооружение сельского хозяйства на базе новой техники, перехода к индустриальным методам возделывания сельскохозяйственных культур и развитию агропротлышлешщх комплексов,
Б "Основных направленнях экономического ж социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года" предусматривается увеличить за одиннадцатую пятилетку среднегодовое производство сельскохозяйственной продукции на 12-14$, производительность труда в общественном хозяйстве на 22-24$, поставлены задачи значительного снижения трудозатрат и себестоимости продукции за счет внедрения высокоэффективной техники и прогрессивной технологии /йу.
Одной из главных задач тракторного и сельскохозяйственного машиностроения в одиннадцатой пятилетке является дальнейшее совершенствование сельскохозяйственной техники и прежде всего комплекса машин и орудий для энергонасыщенных тракторов типа
K-700, K-70I, T-I50K, МТЗ-80/82 и универсально-пропашного трактора тягового класса 2.
Принятая на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС "Продовольственная программа СССР на период до 1990 года и меры по ее реализации" разработана в соответствии с решениями ХХП съезда КПСС и является важнейшей составной частью экономической стратегии партии на ближайшее десятилетие.
На Пленутле отмечалосьа что со времени мартовского (1965 г.) Пленума ЦК КПСС в нашей стране проделана огромная работа по укреплению сельского хозяйства. На основе повышения эффективности экономики страны значительно укреплена материально-техническая база агропромышленного комплекса. Существенно улучшилась техническая оснащенность сельского хозяйства. Машинно-тракторный парк колхозов и совхозов почти полностью обновился, улучшен также его качественный состав за счет увеличения в нем удельного веса современных машин большой единичной мощностью»гру-зоподъешостьЕз и производительностью. Энергетические мощности сельского хозяйства возросли с 232 млн. л.с. в 1965 г. до 605 млн. л.с. в 1981 г- Это позволило повысить энерговооруженность сельскохозяйственного труда с 7Т7 до 25,7 л.с. на одного работника» или со 100 до 285 л.с. на 100 га посевной площади.
Однако продовольственная проблема далеко еще не снята с повестки дня, так как не удовлетворяется в полной мере сцрос на мясные и молочные продукты, недостаточно овощей и фруктов.
Одним из основных направлений реализации Продовольственной программы СССР являются высокоэффективное использование земли, укрепление материально-технической баэн/"3/.
Ноябрьский (1982 г.) Пленум ЦК КПСС указал, что большие резервы роста нашей экономики заложены в ускорении научно-технического прогресса, широком и быстром внедрении б производст-
во достижений науки, техники и передового опыта.
Одно из главных мест в технологии возделывания сельскохозяйственных культур занимает обработка почвы, позволяющая создавать наиболее благоприятные тепловой, водный, воздушный, биологический и пищевой режимы для выращивания растений. Как отмечал еще академик Б.П. Горячкин, обработка почвы остается "„самой важной, самой продолжительной, самой дорогой и самой тяжелой работой"/"56 У. Ежегодно в нашей стране обрабатывается более 200 шш. га пашни, на что расходуется около 30-40$ энергозатрат, необходимых для проведения воех полевых работ. Поэтому остается актуальной задача дальнейшего совершенствования почвообрабатывающих машинно-тракторных агрегатов в направлении повышения качества их работы, снижения энергозатрат и увеличения производительности, /~2I8j*
Существующие отвалъно-лемешные плуги не обеспечивают достаточного крошения почвы и выровненности поверхности поля, что удлиняет и удорожает процесс подготовки почвы под посев и посадку сельскохозяйственных культур в связи с необходимостью применения при дополнительной обработке почвы различных орудий, включая культиваторы, бороны, катки и другие орудия.
По данным ряда исследователей^21,22б/я верхняя часть пахотного слоя обладает большей биологической активностью, чем нижняя. Поэтоцу тщательное перемешивание шшних слоев пахотного горизонта с вышележащей почвой повышает биологическую активность всего слоя, что способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Однако пахота отвальными плугами даже с дополнительной обработкой культиваторами, боронами и дру-пши орудиями не обеспечивает перемешивания слоев.
Серьезным недостатком пахотных агрегатов с отвально-лемеш-ншли плугами является передача потребляемой энергии через при-
цепной крюк трактора. При таком способе передачи энергии КПД МТА не превышает 0,5-0,6. Кроме того, повышение производительности агрегата как за счет увеличения рабочих скоростей, так и за счет роста ширины захвата плугов требует значительного улучшения тягово-сцепных свойств и, следовательно, массы трактора. Вследствие этого возрастают непроизводительные энергозатраты на самопередвижение трактора и потери энергии на буксование.
Многократные проходы машинно-тракторных агрегатов по полю неблагоприятно отражаются на таких физических свойствах почвы, как^ разрушение структуры, уплотнение ншших слоев почвы, что приводит к снижению урожая сельскохозяйственных культур /79/.
Особенно важное значение имеют указанные вопросы в условиях поливного земледелия, где наиболее продуктивной зерновой культурой является рис- Площади под посевом риса ежегодно увеличиваются. Так, если в 1972 г. под этой культурой находилось 410 тыс.га, в 1975 г. - 500 тыс.га, то к 1985 г. площади под рисом намечается довести до 1200 тыс. га, а валовой сбор - до 3,0 млн.т f3j.
Для выращивания риса в чеках необходимо поддерживать одинаковый уровень воды, что требует создания почвообрабатывающих машин, обеспечивающих выровненную - без гребней к борозд - поверхность поля. Из-за повышенной влажности применение традиционных орудий в чеках вызывает буксование движителей трактора,
что приводит к дополнительным энергозатратам и ухудшению состояния почвы. Ддя подготовки почвы к посеву в условиях рисового севооборота приходится выполнять 12-14 технологических операций.
Одним из резервов роста объема сельскохозяйственной продукции является освоение новых земель, в частности расположенных
на склонах. Горное земледелие в СССР охватывает более 85 млн,га.
В ближайшую пятилетку подлежит освоить почти 10 млн. га таких
земель. Уровень механизации производственник процессов на скло
нам невелик /В, ]Щ/. В настоящее вреш пахота на склоновых зем
лях производится исключительно отваньно-лемешныш плугами обще
го назначения* Однако работа пахотных агрегатов с лемешнши
плугаш на склонах характеризуется неудовлетворительной устой
чивостью движения и низким качеством. Кроме того, применение
лемешных плугов способствует как механической, так и водной
эрозии почв, В связи с указанным изыскание новых, более эффектив
ных технических средств для обработки почвы на склонах: имеет
важное народнохозяйственное значение. -
Недостатки традиционных методов обработки почвы привели к поискам новых способов - так называемых "минимальных" методов обработки почвы. Основным содержанием "минимальных" методов обработки почвы является сокращение числа проходов МТА по полю за счет совмещения нескольких технологических операций в одном агрегате, а такке за счет применения гербицидов для уничтожения сорной растительности /79 J Однако создание комбинированных агрегатов на базе традиционных почвообрабатывающих машин не всегда рационально ввиду их громоздкости а малой маневренности и низкого качества работы.
Недостатки выпускаемых почвообрабатывающих орудий в значительной степени мошїо устранить путем применения ротационных почвообрабатывающих машин с принудительным приводом рабочих органов от вала отбора мощности трактора.
Попытки перейти к принципиально новому способу обработки почвы с использованием ротационных рабочих органов были сделаны еще в начале прошлого века. Однако в силу недостаточной мощности энергетических средств и несовершенства самих рабочих органов эти попытки не получили дальнейшего развития. Посте-
пенно только почвообрабатывающие с&резы достиглії значительного совершенства. Однако и их применение сдерживалось отсутствием энергонасыщенных тракторов, а такяе ошибочным мнением о чрезмерном распылении шли почвы.
В 50-60-е гг. нашего столетия интерес к ротационным почвообрабатывающим машинам вновь возродится в связи с появлением в сельском хозяйстве энергонасщенных тракторов. Это объясняется существенными агрономическими и техническими преимуществами ротационных почвообрабатывающих машин по сравнению с традиционными орудшши. Так, их использование позволяет в широком диапазоне изменять степень крошения почвы, обеспечивая подготовку почвы к посеву за один проход агрегата и одновременно снижая излишнее уплотнение почвы тракторами и сельскохозяйственными машинами. Фрезерованная почва длительное врегля сохраняет оптимальное слоненке, в ней интенсивно протекают биологические процессы, что способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Используя всю или часть необходимой для обработки почвы мощности через ВОМ трактора, ротационные почвообрабатывающие машины более рационально используют мощность двигателя трактора, обладают более высоким КПД и могут работать (при одинаковой ширине с традиционными орудиями) с тракторами меньшей массы.
Почвообрабатывающие машины с ротационными рабочими органами являются наиболее перспективной базой дая создания комбинированных машин, совмещающих операции предпосевной подготовки почвы и посева различных сельскохозяйственных культур с одновременным внесением удобрений и гербицидов.
Шеренговое расположение рабочих органов, симметричное продольной оси трактора, малый вылет центра масс и, наконец,
укладка обработанной почвы в собственную борозду - все эти обстоятельства предполагают перспективность использования ротационных почвообрабатывающих машин для обработки почвы под рис и склоновых земель.
Вместе с тем для ротационных почвообрабатывающих машин характерны значительная сложность устройства, меньшая надежность, повышенная потребность в энергозатратах и меньшая производительность по сравнению с традиционными почвообрабатывающими маши-наїм, В этой связи необходимо проведение глубоких научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по изучению и совершенствованию различных типов ротационных почвообрабатывающих машин.
На важность и своевременность создания почвообрабатывающих машин с ротационными (активными) рабочими органами указано в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на І98І-І985 гг. и на период до 1990 г.", принятых на ШІ съезде КПСС [2].
Изучению эффективности, разработке основ расчета и проектирования и внедрению в производство почвообрабатывающих машин с ротационными рабочими органами посвящена настоящая работа.
В ВИСХОМе работы по совершенствования почвообрабатывающих фрез и созданию плугов с ротационными и комбинированными рабочими органами были начаты в 1965 г. под руководством автора. Агротехническая оценка созданных нами макетних образцов почвообрабатывающих фрез, плугов с ротационными и комбинированными рабочими органами проводилась рядом научно-исследовательских институтов сельского хозяйства, в том числе Научно-исследовательским агрофизическим институтом (г. Ленинград), ВНИИриса (г* Краснодар), Тимирязевской сельскохозяйственной Академией (ТСХА), СибНШСХОЗом (г, Омск), СоюзНЙХК (г. Ташкент), Тадднк-
свил и Азербайджанским НИИСХ, а также Челябинским институтом механизации и электрификации сельского хозяйства, Одесским и Тюменским С2И. Промышленные образцы и опытные партии ротационных ж комбинированных плугов проходили ведомственные и государственные испытания в КубНИИТиМе, Дальневосточной, Кзыл-Ордин-ской, Среднеазиатской, Западной» Центральной, Юзшо^Украинской И Кировской МИС.
В результате проведенных работ были разработаны с нашим участием, испытаны и поставлены на производство следующие машины: культиватор-глубокорыхлнтелъ фрезерный КФГ-3,6, комбинированный фрезерно-досевной агрегат КА-3,6, ротационный плуг МПТ-1,2, 3-корпусный навесной плуг с комбшшрованными рабочими органами ЇЇВН-3-35. Прошла государственные испытания ж рекомендована в производство фрезерная комбинированная машина MP-3,6, проходит широкие хозяйственные и государственные испытания опытная партия ротационных плугов НР-2,7.
По отдельным разделам данного исследования были защищены диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук Ю.С. Леонтьевым, . в.А, Юзбашевым, A.M. Султановым, В.Е. Рогоза, Б.А. Шмониным, А.Т. Беляевым» М.ЇЇ,, М.И. Чеботаревым, С.А.Инае-кяном и Нгуен Ван Муонг (СЕВ).
Автор выражает глубокую признательность сотрудникам лабораторий почвообрабатывающих машин и машин даія ухода за сельскохозяйственными культурами ВИСХОМа за ценные советы,помощь и поддержку в работе, коллективу вычислительной лаборатории ВИСХОМа за помощь в решении задач по устойчивости МТА с ротационный плугом. Автор благодарит также специалистов ряда организаций, оказавших содействие в широком проведении испы-
тании образцов ротационных почвообрабатывающих машин и в их совершенствовании, в том числе ГСКБ по почвообрабатывающим машинам ПО "Одессапочвошш", ГСКБ по культиваторам ж сцепкам (г- Ростов-на-Дону) ж СКБ по спещіальншл плугам завода "Алтай-сельмаш".
Перспективы развития почвообрабатывающих машин с ротационными рабочими органами
Почвообрабатывавдие машины с принудительным движением рабочих органов появились в первой половине SIX века. Толчком к созданию таких машин послужило применение в сельском хозяйстве парового двигателя. Идея вращающегося рабочего органа, который за один прием мог рыхлить и перемешивать почву, была высказана еще в 1836 г. Боксом, а первый патент на почвообрабатывающую машину с приводом рабочих органов от парового двигателя был выдан в 1845 г. /"ИЗУ- В 1849 г. была запатентована глашина Узера, рабочими органами которой служили корпуса конного плуга, закрепленные на поперечном валу и приводимые во вращение от парового двигателя.
Изобретателями первых приводных машин много внимания уделялось созданию устройств, имитирующих ручные приемы обработки почвы. Поэтому большинство таких машин было оснащено вилами или лопатами, совершающими возвратно-колебательное движекие-На-иболее ранней конструкцией подобного типа машин является машина Дерби, запатентованная в 1865 г. fill _/, В 1875 г, Купер изготовил аналогичную машину с приводом от парового двигателя, рабочие органы которой в виде вил совершали возвратно-колебательное движение.
Появление тракторов с валом отбора мощности привело к интенсивным поискам почвообрабатывающих машин с принудительным вращением рабочих органов При разработке таких машин уделялось особое внимание непосредственному использованию крутящего момента двигателя трактора без преобразования его в тяговое усилие на прицепном крюке трактора.
В последующие годы было предложено много оригинальных конструкций почвообрабатывающих машин с вращающимися рабочими органами с приводом от автономного двигателя или от вала отбора мощности трактора. Наиболее известная из них - машина египетского инженера Богос Нюбар Паши (1900 г. У113 у. Рабочий орган ее состоял из радиально установленных на вертикальном диске ножей, вращающихся вокруг горизонтальной оси, параллельной направлению движения. На аналогичную машину в I9II г. в России была выдана привилегая № 22678. В качестве рабочих органов машина имела три ротора, ступенчато расположенных в горизонтальной плоскости.
Современные почвообрабатывающие машины и орудия в зависимости от вида движения рабочих органов можно подразделить на три основные группы (рис, I.I):
1) с поступательным движением рабочих органов. К этой группе машин относятся отвально-лемешные плуги, лаповые культиваторы» плоскорезы, зубовые бороны и другие орудия с неподвижно закрепленными к раме рабочими органами (в эту группу можно также включить дисковые орудия и ротационные мотыги, так как вращение рабочих органов у них происходит под действием сопротивления почвы);
2) с принудительным вращением рабочих органов от вала отбора мощности трактора. К этой группе машин относятся различного типа почвообрабатывающие фрезы и ротационные плуги;
3) с комбинированными рабочими органами, т.е. часть рабочих органов имеет поступательное, а другая часть - вращательное движение- В данную группу машин входят фрезы или ротационные плуги с культиваторными лапами, лемешные плуги с роторными отвалами или другими принудительно вращающимися рабочими рганами.
Для указанных трех групп почвообрабатывающих машин мощность от двигателя трактора к рабочим органам передается по-разному. Так, для машин первой группы мощность поступает через прицепной кряж трактора, второй - через вал отбора мощности и третьей - смешанным способом: одна часть через прицепной крюк, а другая через BQM трактора.
Ротационные почвообрабатывающие машины с вращательным движением рабочих органов можно подразделить по расположению оси вращения в пространстве (рис. 1.2) на два вида:с горизонтальной и вертикальной осями вращения рабочих органов. В машинах с горизонтальной осью вращения ножевой барабан располагается под углом по направлению движения. Б машинах с вертикальной осью вращения ротор также можно размещать под углом к вертикали с отклонением вперед или назад по ходу движения.
Горизонтальный ножевой барабан имеет прямое или обратное направление вращения, т.е. совпадающее с направлением вращения колес трактора или противоположное.
Группу почвообрабатывающих машин с комбинированными рабочими органами можно подразделить на две подгруппы (рис. 1.3): отвально-лемешные плуги с комбинированными рабочими органами и ротационные машины в комбинации с тяговыми рабочими органами.
В лемешных плугах приводные рабочие органы могут иметь горизонтальную и вертикальную оси вращения. В ротационных машинах тяговые рабочие органы устанавливаются как спереди, так и сзади ножевого барабана или одновременно спереди и сзади.
Почвообрабатывающие машины с принудительным вращением рабочих органов были значительно усовершенствованы в начале нашего столетия К. Мейенбергом / 156/ Он первым предложил ис
Анализ современного уровня исследований почвообрабатывающих машин с ротационными рабочими органами
Некоторые закономерности кинематики ротационных рабочих органов были представлены в учении о резании металлов фрезерованием в работах A.M. Даниэляна /71/ , A.M. Роэенберга /2307 и др. Применительно к почвообрабатывающим фрезам вопросами выбора и обоснования рациональных кинематических, конструктивных и энергетических параметров занимались Д.П. Крамаренко /ЇГ77, АД. Далин /697, П.В. Павлов /Ї74/, Я.М. Жук /В3,84 Н.Ф.Канев /ТОО/, И.С. Полтавцев /2127 , Е.П. Яцук /2667 , П.М.Ваеиленко, П.Т. Бабий /Зб7 , B.C. Сурилов /243/ , Б.Д. Докин /74-7.И.М.Грин-чук, Ю.И. Матяшин /бІ.б Г.Ф. Попов /2157 , Н.Б. Бок /29/t Ф.М. Канарев/54,95 др. Из зарубежных исследователей почвообра батыващих фрез СЛедувТ ОТМеТИТЬ W. Sohne /2947 , A. Eggenmuller /580,2817,H. Bernacki /2737 , W. Adams /27Уи др.
Одной из первых значительных работ, посвященных исследованию почвообрабатывающих фрез, была монография А.Д. Далина и П.В. Павлова fioj . В этом исследовании обобщен накопленный к тому времени материал по резанию грунтов, приведены экспериментальные данные о фрезеровании в основном волокнистых лугово-болотных грунтов, а также рассмотрены основы метода расчета мощности фрез. Приведенные зависимости усилия и мощности от подачи, скорости резания, тина почвы, типа рабочих органов и угла резания не утратили своего значения и до настоящего времени. Недостатком данного исследования является то, что опыты по влиянию различных факторов на усилие и мощность резания были проведены в основном в лабораторных условиях С в почвенном канале).
Определенный вклад в теорию фрез был внесен работами
Н.Ф. Канева и И.О. Полтавцева. Первый изучал динамику фрезерования лесных фрез, а второй - силовое воздействие рабочих органов фрезерных канавокопателей с почвой. Однако закономерности для определения усилия и мощности резания, выведенные И.О. Пол-тавцевым, не были им проверены экспериментально.
Из более поздних исследований фрез следует отметить работы П.М. Васнленко, П.Т. Бабий/357 . А.Д. Лукьянова/132, 1337, О.С. Марченко /Ї50У, Е.А. Лисунова/І287, С.А. Мян Д627 и др, Этими исследователями было установлено, что рабочие органы ротационных почвообрабатывающих машин одновременно участвуют в двух движениях: переносном (вместе с машиноЁ при поступательной скорости v ) и относительном Сво вращении вокруг оси ротора с угловой скоростью w ). Параметрическое уравнение абсолютной траектории рабочего органа имеет вид (рис. 1.4): х= vt + Ecoscp , [ СІЛ) V = -Rslncp, I где R - радиус ротора; q =wt - угол поворота рабочего органа из начального положения; t - время поворота рабочего органа на угол V . По предложению Й.М. ГринчукаД/ уравнение (I.I) было преобразовано путем введения в него кинематического параметра A=Y0/V, характеризующего соотношения поступательной v и окружной v0 скоростей ротора. х= В.(—г- + coscot) , А (1.2)
Из выражения (1.2) видно, что при постоянном радиусе ротора форма абсолютной траектории (циклоиды) движения рабочих органов зависит только от кинематического параметра А . Модуль абсолютной скорости рабочего органа, называемой также ско ростью резания, vQ определяется по уравнению Срис. 1.5): va =V vz-2w0sincot+ v02 . (1.3) За время резания стружки направление и величина скорости резания непрерывно меняются. При равномерном вращении ротора с угловой скоростью w рабочий орган будет испытывать только центростремительное ускорение, направленное к центру ротора: w = co2R= vz/R . (1.4)
Работы Н.Б. Бок /27-29/ посвящены теоретическому обоснованию кинематических, конструктивных и технологических параметров фрез. Он ввел понятие о годографе абсолютной скорости рабочих органов, построенном на относительной траектории ротора.
К основным технологическим параметрам ротационных почвообрабатывающих машин относятся: подача на ноя s, толщина стружки S , высота гребней на дне борозды hr, ширина стружки to и глубина обработки a.
Взаимодействие комбинированного плужного корпуса с почвой
Область определения sinv находим по условию 0 $1пч 1 .
При значениях К = 0,4 м, у = 60, со = 5 и Ф =85ґпол-ка ножа занимает вертикальное положение) tomiri -7 с \ что соответствует частоте вращения ротора около 70 об/мин. При такой ми близкой к ней скорости работает ротационный: плуг на пахотных режимах с подачами 13-25 см. Для того, чтобы пласты почвы не увлекались во вращение и укладывались на поле Б перевернутом виде на дно борозды устанавливают отражатели на ротационном плуге. На конструкцию отражателей наш получено авторское свидетельство (приложение 1.2).
Комбинированный плужной корпус осуществляет принцип двухфазной обработки почвы: предварительное Ерошение почвы поступательно движущимся лемехом и окончательное крошение, включая оборот, приводным ротором.
Большинство схем комбинированных плужных корпусов с вертикальной осью вращения ротора мокло свести к двум основным (рис. 2.II): с укороченными лемехом и отвалом (а) ж с укороченным отвалом (б). В первом случае для обеспечения оборота пласта форма образующих ротора копирует отрезанную часть крыла отвала, а часть пласта, не подрезанная лемехом основного корпуса, отрезается тарельчатым дисковым ножом, расположенным на нижнем конце вала ротора, 112, 182_7. Взаимодействие комбинированного плужного корпуса с почвой условно можно разделить на три основные фазы: - подрезание и подъем пласта плужным корпусом; - крошение пласта ротором; - отбрасывание комков почвы ротором. Рассмотрим каждую фазу отдельно 2.2.1, Подрезание пласта и движение его по отвалу. Поскольку корпус и ротор одновременно участвуют в переносном движении вместе с плугом, нас интересует не абсолютная скорость и траектория движения пласта по отвалу, а относительные их величины. Будем полагать, что отвально-лемешная поверхность корпуса имеет горизонтальные образувдие и принадлежит к развертывающимся поверхностям /"261 ].
Рассмотрим какую-либо точку М пласта, находящуюся на пересечении траектории ее движения с полевнм обрезом корпуса,т.е. в месте схода пласта с отвала. Для определения проекции относительной скорости этой точки уґ проведем координатные оси, при этом ось ОХ направим в сторону движения корпуса, ось 0Y -перпендикулярно стенке борозды, а ось 0Z - перпендикулярно дау борозды (рис. 2.12). Тогда проекции относительной скорости какой-либо точки пласта в момент схода его с отвала можно установить из уравнений: vx=vrV - 5ІП а Sin?Yr ; (2,28) где ос - угол между касательной плоскости к лемешно-отвальной поверхности в точкеЛЇ и дном борозды; у - угол между образующей и стенкой борозды; ъ - угол мевду касательной к траектории точкиЛІ и образующей отвала. Относительная скорость vr движения пласта по отвалу в общем случае не равна переносной скорости движения корпуса v ,так как при перемещении пласта по отвалу происходит его сжатие (усадка). Степень сжатия пласта оценивается отношением v /v , которая зависит от типа отвала и свойств почвы.
Пласт после схода с отвала будет совершать свободное падение до встречи с ротором. Принимая точку схода с отвала за начало новой неподвижной системы координат с осями равнонаправ-ленннми осями OX, 0Y и 0Z , составим дифференциальные уравнения свободного падения частицы: mx=0 t ту =0 и mz =mg . После интегрирования и подстановки значений постоянных (при t = 0, х = 0, У = О, г = 0, x-vxo t y=vyo и z-vz5gt) получим уравнения движения точки М. в параметрической форме:
Силы сопротивления почвн, действующе на . ротационные рабочие органы
Изучением сил резания почвы на рабочих органах фрез, ротационных и. комбинированных плугов занимались А.Д. Далин,Я.М.Жук, П.В. Павлов» ЖС. Полтавцев, Н.Ф. Канев, БД, Докин, B.C. Сури-лов, Г.Ф. Попов, С.С. Яцун, Ф.М. Канарев, Ю.С. Леонтъев,МД.Под-скребко, Б.Е. Рогоза и др. Из зарубежных исследователей следует назвать A.Bggenrauller 5W 3ohne , H.Bemacki И Др.
При изучении основных закономерностей возникновения сил на ротационных рабочих органах перечисленными учеными были выведены зависимости усилий при фрезеровании или при вспашке от отдельных кинематических и конструктивных параметров. Однако до настоящего времени отсутствуют общие закономерности сші резания почвы на рабочих органах, свойственных большинству типов ротационных почвообрабатывающих машин. В прежних исследованиях недостаточно уделялось внимания поискам наиболее эффективных способов снижения энергоемкости ротационных почвообрабатывающих машин.
Анализ работы ротационных органов показывает, что сопротивление почвы складывается из сил сопротивления на = резание и отрыв стружки, крошение и частичный ее отброс. Ввиду значительных трудностей раздельного определения перечисленных составляющих сил сопротивления воспользуемся общим законом сопротивления при технологических процессах, разработанным В.П. Горячкиным. Согласно этому закону сопротивление на ротационном рабочем органе можно ігредставить суммой трех составлявших: где Рто - сопротивление, вызванное трением рабочего органа о почву; Рр - сопротивление отрезанию стружки от монолита почвы и ее крошению; Рм- сопротивление на отброс части стружки. Сопротивление, вызванное трением рабочего органа о почву, имеет место как при резании стружки, так и при ее отбросе. Поэтому условно разделим процесс взаимодействия ротационного рабочего органа с почвой на две фазы: отделение стружки и ее отбрасывание. Для того, чтобы выяснить факторы, от которых зависит сопротивление в каждой фазе, рассмотрим их раздельно, хотя онж практически протекают одновременно.
Отделение стружки, В настоящее время отсутствуют достаточно обоснованные теории прочности, позволяющие рассчитать возникающие в процессе резания почвы сопротивления и предельные разрушающие напряжения. Отсутствует единое мнение по вопросу разрушения почвы путем сдвига или отрыва стружки. В работе /167/ выдвинута гипотеза о том, что в реальных почвах процесс деформирования носит вероятностный характер и разрушение почвы сдвигом или отрывом зависит как от геометрических размеров клина, так ж от варьирования механических свойств почвы.
Сопротивление отрезанию стружки является функцией многих переменных, таких как механические свойства почвы, размеры стружки, скоростные режимы и параметры рабочих органов. Как было указано, процесс ротационной обработки почвы при высоких скоростях резания сопровождается возникновением динамических сопротивлений. Тогда, в общем случае, движению в почве ножа препятствуют следующие силы: сопротивление почвы деформации 12, сопротивление от силы тяжести стружки PG , инерции пласта Pj к силы трения на рабочей и тыльной поверхности лезвия ножа F . Рассмотрим деформацию почвы ротационным ножом, представив его в виде двугранного клина с углом при вершине а , равным углу резания (рис. 3.1). Полагаем, что клин воздействует на пласт толщиной & и шириной Ъ . Сила Р , движущая клин, передается на стружку в виде составляющей и и/cos ,. Сила давления клина Н\ сначала уплотняет почву, а затем скалывает вдоль плоскости АВ, наклоненной к дну борозды (в нашем случае к касательной к циклоиде) под углом %
