Содержание к диссертации
Введение
CLASS ГЛАВА I. Состояние вопроса и задачи исследовани CLASS я
1.1. Анализ научно-исследовательских работ по подкапывающим рабочим органам II
1.2. Обоснование рациональной усовершенствованной конструктивной схемы подкапывающих рабочих
органов. 41
1.3. Цель и задачи исследований 51
ГЛАВА II. Теоретические исследования работы комбинированных шдкашващйх рабочих органов 53
2.1. Характер колебательного движения подкапывающего лемеха с шарнирно-упругим креплением, влияние его колебаний на величину тягового сопротивления
2.2. Движение клубненосной массы по рабочей поверхности подкапывающего лемеха под действием шнека 63
2.3. Траектория элементов клубненосной массы по рабочей поверхности шнека. 69
2.4. Определение скорости движения клубненосной массы и производительности шнека 79
CLASS ГЛАВА III. Методика, организация и планирование экспериментальных исследований 8 CLASS 4
3.1. Задачи и программа экспериментальных исследований
3.2. Методика и планирование лабораторных исследований .86
3.2.1. Конструкция экспериментальной лабораторной установки рабочего органа с шарнирно-упругим креплением 88
3.2.2. Конструкция экспериментальной лабораторной установки - комбинированного подкапывающего рабочего органа 95
3.2.3. Конструкция экспериментальной полевой установки и методика полевых исследований и испытаний 107
3.2.4. Методика обработки экспериментальных данных 121
CLASS ГЛАВА ІV. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 12 CLASS 4
4.1. Основные результаты лабораторно-полевых исследований подкапывающего рабочего органа с шарнирно-упругим креплением 124
4.1.1. Результаты исследования качающихся лемехов 124
4.1.2. Определение статических характеристик пружин и их влияния на частоту и амплитуду колебаний лемеха 126
4.1.3. Влияние колебаний рабочего органа с шарнирно-упругим креплением на величину его тягового сопротивления,-зависимость тягового сопротивления подкапывающих рабочих органов от изменения глубины подкапывания и скорости движения 130
4.1.4. Влияние сопротивления почвы на характер колебаний и величину тягового сопротивления картофелеуборочного комбайна с различными подкапывающими рабочими органами 140
4.2. Основные результаты лабораторных исследований комбинированного подкапывающего рабочего органа 150
4.2.1. Планирование экспериментов .150
4.2.2. Влияние основных конструктивных параметров комбинированного подкапывающего рабочего органа на качественные показатели 152
Влияние угла наклона^ лемеха на потери клубней и крошение почвы 152
Влияние отношения шага шнека к его диаметру на повреждение клубней 156
Зависимость потерь клубней от диаметра шнеков 160
Влияние межосевого расстояния шнеков на потери и повреждение клубней 165
4.2.3. Влияние режимов работы комбинированного под капывающего рабочего органа на качественные показатели
Повреждения клубней в зависимости от скорости движения экспериментального подкапывающего устройства 169
Повреждения и потери клубней в зависимости от частоты вращения шнеков 176
4.2.4."Влияние режимов работы и параметров комбини рованного подкапыващего рабочего органа на энергетические показатели 180
Влияние скорости движения и частоты вращения шнеков на тяговое сопротивление 180
Влияние угла наклона лемеха на тяговое сопротивление 186
Энергетические показатели комбинированного подкапывающего рабочего органа 188
4.3. Основные результаты полевых испытаний экспериментальной установки 196
4.3.1. Качественные показатели экспериментального комбинированного подкапывающего рабочего органа.. 196
4.3.2. Влияние режимов работы комбинированного подкапывающего устройства на тяговое сопротивление экспериментального картофелекопателя 209
Глава V. Технико-экономическая эффективность применения комбинированных подкашващих рабочих органов 216
Выводы 222
Литература 224
Приложения 236
- Анализ научно-исследовательских работ по подкапывающим рабочим органам
- Характер колебательного движения подкапывающего лемеха с шарнирно-упругим креплением, влияние его колебаний на величину тягового сопротивления
- Конструкция экспериментальной лабораторной установки рабочего органа с шарнирно-упругим креплением
- Основные результаты лабораторно-полевых исследований подкапывающего рабочего органа с шарнирно-упругим креплением
Введение к работе
В постановлении майского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС, принявшего Продовольственную программу СССР на период до 1990 года, поставлены задачи обеспечить среднегодовой валовый сбор картофеля в одиннадцатой пятилетке в количестве 87...89 млн.тонн и в двенадцатой пятилетке - 90...92 млн.тонн, в том числе раннего картофеля соответственно не менее 7 млн.тонн.
Картофель является одной из важнейших продовольственных и технических культур. Картофель - один из важнейших продуктов питания, основное сырье для спиртовой и крахмало-паточной промышленности, хороший корм для сельскохозяйственных животных. Картофель исстари называют вторым хлебом.
Июльский (1978 г.) Пленум ЦК КПСС поставил задачи по развитию в 1978-85 гг. комплексной механизации в сельскохозяйственном производстве и указал на необходимость дальнейшего повышения уровня механизации уборки картофеля. Намечено в 1985 году поднять уровень механизации уборки картофеля комбайнами от 45 до 85% по сравнению с 1976 годом. Уборка картофеля является наиболее трудоемким и сложным процессом в сельском хозяйстве, на долю которого приходится около 60% общих трудозатрат.
Качество работы картофелеуборочных комбайнов оценивается, прежде всего, повреждениями клубней, потерями их в почве и наличием комков в бункере комбайна. При этом повреждения клубней не должны превышать 12%, а их потери - не более 3%. Однако, по качеству работы современные картофелеуборочные комбайны не отвечают требованиям агротехники и имеют низкую производительность.
Многочисленные литературные источники свидетельствуют о том, что на качественные показатели работы картофелеуборочных комбайнов значительное влияние оказывают: сроки уборки, сорт картофеля, со стояние почвы во время уборки, погодные условия и т.п.
При уборке картофеля картофелеуборочными машинами степень повреждения клубней в значительной мере зависит от сроков уборки. В начальный период уборки картофеля комбайнами ККУ-2 повреждения клубней составили 50,8$, а в период массовой уборки этот показатель снизился до 29,3$ /15/ .
Результаты исследований на МИС за 1970-1977 гг. показывают, что в центральных областях с 8 по 15 сентября при зеленой ботве /118/ , повреждения клубней картофеля составляли 21,9...27$, а в некоторые годы доходили даже до 48,3$. Во второй половине сентября, несмотря на зеленую ботву, повреждения клубней снижаются до 19,5... 21$, а при полусухой ботве -до 14... 19,5$. С 20 по 26 сентября при отмершей ботве повреждения снижаются до 6,5...10$. По результатам испытаний установлено, что минимальные повреждения клубней достигаются в третьей декаде сентября и начале октября.
Однако средняя сезонная выработка картофелеуборочных машин составляет всего 30 га. Поэтому убрать картофель своевременно в оптимальный промежуток времени имеющимся парком картофелеуборочных машин невозможно.
На качественные показатели работы картофелеуборочных комбайнов существенное влияние оказывает также свойство почвы. Существующие картофелеуборочные комбайны удовлетворительно работают на неза-соренных легких супесчаных и суглинистых почвах при оптимальной влажности почвы. Однако надо отметить, что из общей площади, занятой под картофель, только 55,7$ составляют легкие почвы: тяжелые глинистые и суглинистые почвы составляют 27,2$, тяжелые переувлажненные почвы - 3,4$, каменистые - 5,7$ /118 / . Неоднородность свойств почвы приводит к существенным изменениям качественных показателей картофелеуборочных машин.
Известно, что чем тяжелее почва по механическому составу, тем затруднительнее работа картофелеуборочных мапшн особенно в условиях пониженной и повышенной влажности. Пониженная влажность глинистых почв способствует образованию твердых почвенных комков, отделение которых от клубней является до сих пор проблемным вопросом. Повышенная влажность этих поив приводит к сгруживанию клубненосной массы перед лемехом и к снижению сепарации почвы, так как сепарирующие рабочие органы картофелеуборочных машин склонны к залипанню.
В зависимости от почвенно-климатических условий работы, масса прочных комков и камней превышает массу клубней, поступающих в ком-5айн, в 2 раза /25/ . Необходимость отделения этих примесей требует наличия на картофелеуборочном комбайне 4...6 рабочих переборщиков.
Многочисленные способы отделения комков сепарирующими рабочими эрганами, когда основная масса почвы отсеяна, приводят к значительным повреждениям клубней. Очевидно, что эти комки без предварительного разрушения до поступления на сепарирующие рабочие органы невозможно отделить на элеваторе. Необходимость разрушения картофельной рядки в начале технологического процесса объясняется тем, что клубни составляют не более 2...3% от общей массы, поступающей в картофе-іеуборочную машину. Исследованиями установлено, что слой почвы толщиной 10...30 мм полностью предохраняет клубни от сильных механичес-шх повреждений /50, III/ .
Подкапывающие рабочие органы должны забирать клубненосный пласт ез сгруживания и потерь клубней и до подачи массы на сепарирующие забочие органы подкопанный пласт должен быть так разрыхлен, чтобы ючва легко просеивалась через просветы сепарирующих рабочих органов.
Как известно, в процессе работы картофелеуборочных машин часто іаблюдается сгруживание клубненосной массы перед лемехом. Это явле-ше в основном имеет место при работе картофелеуборочных машин на ;очвах повышенной влажности и высоких рабочих скоростях. Сгруживание лубненосной массы перед лемехом приводит к значительным потерям клуб-;ей. Кроме того, сгруживание массы перед лемехом приводит к неравно-[ерной ее подаче на сепарирующие рабочие органы, в результате чего худшается качество работы последних.
По характеру воздействия на клубненосный пласт все подкапываю-[ие рабочие органы картофелеуборочных машин подразделяют на пассивные, жтивные и комбинированные.
Пассивные лемехи, благодаря простоте конструкции, нашли широкое [рименение. Основным недостатком пассивных лемехов является сгружива-іие массы, приводящее к резкому увеличению тягового сопротивления и ютерь клубней.
Активные лемехи, в отличие от пассивных, частично устраняют сгруживание почвы, способствуют снижению тягового сопротивления маши-[ы, но значительно усиливают ее вибрации, что отрицательно влияет на аботу и здоровье обслуживающего персонала, а также надежность детали и узлов машины.
Комбинированные подкапывающие рабочие органы представляют собой ючетание различных пассивных и активных лемехов с дополнительными стройствами, способствующими разрушению почвенного пласта, его подаче без сгруживания на сепарирующие рабочие органы. Чаще всего в :ачестве комбинированного рабочего органа используется пассивный ле-[ех в сочетании с активными боковинами.
Несмотря на разнообразие конструкций существующих подкапывающих іабочих органов, все они при работе на тяжелых почвах и на повышенных ікоростях сгруживают массу, что приводит к частым остановкам картофе-[еуборочных машин и следовательно к снижению их производительности.
В связи с этим улучшение процесса подкапывания картофельной рядки картофелеуборочными машинами, является актуальной задачей.
Разработанный нами подкапывающий рабочий орган, состоящий из лемехов с шарнирно-упругим креплением и транспортирующих шнеков, установленных по обеим сторонам лемеха, наиболее полно удовлетворяет вышеуказанным требованиям.
Применение транспортирующих шнеков в начале технологического процесса способствует разрушению связей клубней с почвой и обеспечивает подачу клубненосной массы равномерным слоем без сгруживания на сепарирующие рабочие органы, в результате чего улучшается качество их работы и увеличивается производительность картофелеуборочных машин.
Применение лемеха с шарнирно-упругим креплением по сранению с активным приводит к упрощению конструкции комбайна, снижению энергоемкости процесса и вибрации остова комбайна, в результате чего улучшаются условия работы обслуживающего персонала.
Теоретическое и экспериментальное обоснование рациональных конструктивных параметров и режимов работы разработанного подкапывающего рабочего органа составляют основное содержание данной работы.
В диссертации аналитически и экспериментально обоснованы параметры разработанных подкапывающих рабочих органов с целью улучшения процесса подкапывания клубненосного пласта. Для интенсификации процесса подкапывания клубненосного пласта и передачи его на сепарирующие рабочие органы без сгруживания предложен лемех с шарнирно-упругим креплением, совершающий колебательные движения за счет неравномерности сопротивления почвы и упругости пружины (а.е.№ I0I4504), а в качестве боковин использованы транспортирующие шнеки (а.с.№105538? В результате теоретических исследований получено аналитическое выражение, объясняющее явление снижения тягового сопротивления лемеха с шарнирно-упругим креплением. Экспериментально исследовано влияние шарнирно-упругого крепления лемеха на его тяговое сопротивление и боснованы рациональные его параметры. Проведены теоретические ис-ледования процесса взаимодействия транспортирующих шнеков с клубне-осной массой, рассмотрена траектория движения почвенных частиц, по интовой поверхности шнека и впервые экспериментально проверена целе-ообразность применения шнеков для подкопа и транспортирования карто-юльной грядки. Проведены сравнительные исследования разработанных •одкапывающих рабочих органов и определены качественные и энергети-:еские показатели их работы. Обоснованы и определены рациональные инструктивные параметры и оптимальные режимы работы разработанного омбинированного подкапывающего рабочего органа. Представлены реко-іендации по улучшению процесса подкапывания картофельной грядки и дна экономическая оценка использования в народном хозяйстве разрабо-анного нового комбинированного подкапывающего рабочего органа. На защиту выносятся:
- результаты теоретического анализа разработанных подкапывающих іабочих органов картофелеуборочных машин;
- результаты экспериментальных исследований и обоснование рацио-:альных параметров этих подкапывающих рабочих органов.
Анализ научно-исследовательских работ по подкапывающим рабочим органам
По характеру воздействия на клубненосный пласт все подкапывающие рабочие органы подразделяются на пассивные, активные и комбинированные /84/ і в зависимости от конструктивной формы - на плоские, секционные и корытообразные.
Простейшим по конструкции является пассивный плоский прямой лемех (рис. I.I, а). При работе на рыхлых и засоренных растительными остатками почвах прямое лезвие лемеха обволакивается растениями, что приводит к сгруживанию почвы перед лемехом. Поэтому для работы на рыхлых и засоренных растительными остатками почвах лемехи выполняются со скошенными режущими кромками (рис. I.I, б). Лемехи современных картофелеуборочных машин представляют собой двугранные клинья. Основными параметрами лемеха являются: угол его наклона и горизонтали , длина рабочей поверхности Ь , ширина В и угол скоса лезвия Т
Односекционный лемех (рис. I.I, в) состоит из лемеха и боковин. В некоторых конструкциях подкапывающих рабочих органов вместо боковин устанавливаются диски (рис. I.I, г).
Плоские лемехи, благодаря простоте конструкции и надежности работы, нашли широкое применение.
Первые отечественные картофелеуборочные машины ККР-2 и КОК-2, ТЭК-2, КТН-2, КТН-2М и КТН-2Б оснащены плоскими трехсекционными лемехами. Плоскими лемехами также оснащены картофелеуборочные машины КСК-4, KGT-1,4, ККСШ-2 и зарубежные комбайны "Гримме", "Ланц" (ФРГ), "Локвуд", "Дальман", "Джон-Вин" (США), "Пакман", "Шот-Болт", "Джонсон" (Англия), "Экенгорд" (Швеция) и др.
Исследованиями плоских лемехов . у нас в стране занимались многие ученые І 20, 35, 47, 63, 96, 127У .
В результате исследований акад. М.Е. Мацепуро установлены основные конструктивные параметры лемехов элеваторных картофелеуборочных машин: ширина 0,4...0,42 м; длина 0,35...0,5 м; угол наклона к горизонту 15...18; угол раствора лезвий 80...100.
Однако плоские лемехи, применяемые в картофелеуборочных машинах, имеют параметры, значительно отличающиеся от рекомендованных /16/ .
Недостатком плоских лемехов является сгруживание клубненосной массы при работе на повышенных скоростях, разваливание пласта по сторонам и неизбежность захвата излишней почвы для предотвращения потерь клубней.
Недостатки плоских лемехов частично устраняются применением корытообразных лемехов.
Корытообразные лемехи одно- и двухсекционные применяются на машинах КВН-2М, ККШ-І (CGCP), "Ланд" (ФРГ), Е-675/0 и E-676/I (ГДР), "Сомро" (Швейцария).
Кроме того, для устранения разваливания клубней в картофелеуборочных комбайнах ряда зарубежных стран по бокам лемехов ставят плоские или вогнутые диски.
Подкапывающий рабочий орган комбайнов Е-668/2 и АМАС-2 (фирма ) состоит из пассивного секционного лемеха с боковыми дисками, которые подрезают клубненосную часть грядки, и предотвращают ее разваливание.
Лемехи комбайнов фирмы Пакман, Уидсед, Шатболт, Jon-SOrt и Root Hazve-$tez{Англия), Амацоне, Люнц, Хассия (ФРГ), Экенгорд (Швеция), трехсекционные, которые с боков ограждены плоскими дисковыми ножами. Лемех комбайна Экенгорд работает качественно на легких и средних почвах оптимальной влажности. Однако при работе на тяжелых суглинках влажностью 22$ и выше наблюдается сгруживание почвы /16/.
В работах /40, 52, 82/ проведены сравнительные исследования корытообразных и плоских пассивных лемехов. Автором /52/ в результате сравнительных испытаний установлено, что различные по форме корытообразные лемехи івыжимные, вилообразные, цельные и разрезные; по сравнению с плоским лемехом заметных преимуществ не имеют. Несмотря на меньший забор почвы, они дают низкую степень крошения и чаще забиваются.
Преимуществом корытообразных лемехов перед плоскими является то, что они забирают и передают на последующие рабочие органы значительно меньше почвы.
По данным испытаний ЦМЙС и опытами /82/ установлено, что на гребневых и безгребневых посадках корытообразный лемех снижает нагрузку на последующие рабочие органы соответственно на 25...30% и 50...60%, по сравнению с плоским лемехом. Оптимальными параметрами корытообразных лемехов на тяжелых глинистых почвах с пониженной влажностью являются: ширина 415 мм; длина 500 мм; угол наклона 12...14.
Недостатком корытообразных лемехов является то, что при работе в местах изгиба происходит их залипание почвой, вследствие чего они чаще забиваются.
В работах /21, 40, 60, 61/ проведены исследования с целью изыскания рациональной формы и параметров подкапывающих рабочих органов. 6 работе /60/ исследованы различные типы подкапывающих рабочих органов для тяжелых почв. Покрытие рабочих поверхностей подкапывающих органов полимерами позволяет снизить тяговое сопротивление на 4...5% и способствует перемещению клубненосной массы без сгружи-вания. Однако надо отметить, что полимерные материалы имеют низкую долговечность.
Как отмечает автор /6Cr/ , подача газовой струи, подводимой под перемещающийся по лемеху пласт, улучшает крошение почвы, но на перемещение клуоненоснои массы по лемеху практически не влияет.
Опытами /бі/ „выявлено, что с целью улучшения транспортирования клубненосного пласта за счет уменьшения коэффициента трения в контакте почва-лемех был использован способ смазки рабочей поверхности лемеха с помощью воды.
Однако эти попытки вызывают дополнительные трудности: увеличение затрат энергии, неооходимой на привод компрессора, дополнительные затраты труда на подвоз значительного количества воды к месту раооты машин.
Среди испытанных подкапывающих рабочих органов лучшее крошение почвы обеспечивал подкапывающий раоочии орган, состоящий из активного сферического диска в сочетании с двухзаходным шнеком.
Из зарубежных работ следует отметить исследования немецких ученых Г.Фишера и А.Энгельберхта. В процессе исследования ими были получены результаты, которые позволили выявить преимущества корытообразных лемехов.
Интересные работы проведены Нидерландским институтом техники и рационализации сельского хозяйства. Сравнительным испытаниям подвергались следующие виды подкапывающих рабочих органов /131/ : - трехсекционный долотообразный лемех с лезвиями одинаковой длины, ооковыми дисковыми ножами; - двухсекционный треугольный лемех с плоской пяткой, боковыми дисковыми ножами; - двухсекционный с желобчатым вырезом лемех, ограниченный боковыми спинками; - лемех с вырезным долотом на роликах, ограниченный спинками; - трехсекционный лемех долотообразный с укороченными боковыми лезвиями;
Характер колебательного движения подкапывающего лемеха с шарнирно-упругим креплением, влияние его колебаний на величину тягового сопротивления
Характер колебательного движения подкапывакщего лемеха с шарнирно-упругим креплением, влияние его колебаний на величину тягового сопротивления Благодаря шарнирно-упругому способу крепления рабочего органа и неравномерному сопротивлению почвы, поступательное движение агрегата сопровождается колебаниями рабочего органа в продольно-вертикальной плоскости. Для изучения влияния этого колебательного движения на тяговое сопротивление введем подвижную прямоугольную систему координат Oxyi. , подчиненную следующим условиям: а) началом координат служит точка задней (упругой) подвески рабочего органа; б) плоскость Охи совпадает с вертикальной продольной плос костью, проходящей через О (т.е. Оху- вертикальная плоскость, проходящая через плоскость симметрии рабочего органа); в) ось Ох в течение всего рабочего процесса остается колли неарной направлению программного движения агрегата (положительные направления координатных осей могут быть выбраны произвольно).
В системе Оху рабочий орган совершает колебания, однозначно определяемые углом Ч7 4у (t/между плоскостью симметрии рабочего органа и осью Оу . Они описываются уравнением а АТ/ + Мг , (2.1) где О - момент инерции рабочего органа относительно оси 0% ; Ч - восстанавливающий момент; М2 - суммарный момент диссипативных сил. Причем /7/ Mi =- C(4Ln% a con-dt; (2.2) М& «-[тч + (P+ J. E)Art Q (2.3) Слагаемые-ГПФ.-ЯЮЛУ,-оУШЩ m pi = can4ty0) соответствуют вязкой, сухой и квадратичной диссипации энергии, а через tfen обозначена функция Кронекера (d"Qnx="( при Х 0 ; 3Qax=i при Полагая A j\ А(-"У; A f А3= Т"1 "Р1550 1 уравнение движения СІ) к виду #+4о 1пчЛ + (Лг+А3ч2) 4 = о С2.4) Ввиду наличия слагаемого Аг Ч3 в левой части дифференциальное уравнение (2.4) нелинеаризуемо.
Действительно, графік суммарного момента сил сухого трения А2 аП (рис. 2.1) - ломаная линия, которую невозможно аппроксимировать прямой линией. Воспользуемся поэтому методом фазовой плоскости.
Понизим порядок уравнения (2.4) на единицу, что возможно, ввиду того, что переменная t не входит явно в уравнение. Положим Фи ЧЛ тогда -dt-Jt- dt-V d4-r Т?
Уравнение 1,2.4) примет поэтому вид:
Введем фазовую плоскость SUfH . Так как f - отклонение рабочего органа от направления программного движения агрегата, at -мгновенная угловая скорость, динамическое состояние рабочего органа в любой момент времени описывается упорядоченной парой чисел ( У ; У )» этой паре соответствует единственная точка фазовой плоскости
Таким образом, динамическому состоянию рабочего органа в любой момент времени соответствует единственная точка фазовой плоскости. Рассматриваемому нами движению рабочего органа (его вращательным колебаниям вокруг оси 0) соответствует одновременное изменение Ч и У , т.е. движение точки ( Ч ; ) в фазовой плоскости по некотррой кривой - фазовой траектории /7, 81/. Найдем фазовую траекторию, описывающую движение рабочего органа. Покажем сначала, что замкнутые фазовые траектории в нашем случае невозможны.
Тогда, как видно из (2.9) ("S fifijrl/ Фазовые траектории, проходя через любую точку, располагаются так, как показано на рис.(2.4, где штриховыми линиями изображены фазовые траектории, соответствующие уравнению (2.8), а сплошной - траектория, соответствующая рассматриваемому движению рабочего органа. Таким образом, каждая фазовая траектория исследуемого движения, пересекая любую из кривых семейства (2.8 ), входит во внутреннюю область, ограниченную последней. Поэтому все фазовые траектории
Конструкция экспериментальной лабораторной установки рабочего органа с шарнирно-упругим креплением
Рассмотрим движение элемента клубненосной массы по рабочей юверхности шнека во время совершаемого машиной рабочего процесса, введем систему отсчета л, . неизменно связанную с рамой машины более подробно: под Сбудем подразумевать подвижную инерциальную .иетему координат, обладающую той же поступательной скоростью, что [ рама машины, и не обладающую вращательным движением).
Будем рассматривать первоначально движение элемента клубненос-[ой массы в системе отсчета jC Пусть о - рабочая поверхность, а "t -время (tsO и t=T= cori-St» _ начало и конец рабочего провеса). В системе отсчета элемент движется инерциально со скоро-тью ЧУ0 от Ь = 0 и до момента соударения с поверхностью 3 . Пусть Дє -5 - точка, в которой имеет место столкновение. Легко видеть, то вектор яг0 может быть разложен, и притом единственным образом, а две составляющие, из которых одна нормальна к поверхности 6 в очке А , а вторая лежит в касательной плоскости к 6 , проведенной точке А . Обозначим эти составляющие соответственно через (т )-
U)= (оГо) +Ы) (2.28) Согласно экспериментальным данным имеющие место во время рабочего процесса соударения элемента клубненосной массы с рабочей поверхностью (или с налипшей на нее почвой) - неупругие, с ничтожно малым коэффициентом восстановления /125/. Будем считать поэтому вышеуказанные удары абсолютно неупругими, из чего следует, что в момент соударения составляющая Ctfofc"скорости (в системе X ) столкнувшегося со шнеком элемента обращается в нуль, а ее дальнейшее движение по рабочей поверхности 0 можно с высокой степенью точности считать совершающимся с постоянной линейной скоростью ( ):г и притом под действием одних лишь сил инерции и реакций поверхности
Введем теперь подвижную, неизменно связанную со шнеком систему отсчета . Совместим ось 0 с осью симметрии шнека, а координатную плоскость 0 ос у - с плоскостью одного из его торцевых сечений. Будем считать систему отсчета Л0 неподвижной относительно шнека. Она обладает, следовательно, той же поступательной скоростью \Г0 , что и машина и той же угловой скоростью, что и шнек (осью вращения служит ось 0 г).
Введем следующие обозначения: т0 - масса рассматриваемого элемента; М0 - центр инерции его;
№ - ортогональная проекция точки М на поверхность 4 ; 1-ОМ- радиус-вектор точки М ; X - траектория точки М во время движения элемента по поверхности і (предполагаем, что линия 5f начинается с точки А ); 7- T(t)- уравнение кривой в системе отсчета Х0; (А - )- контактная площадка поверхности и рассматриваемого элемента; /д &\ - площадь контактной площадки ( Л 3 ); =S(t)- длина дуги АІЛ кривой 3? ; "=N (M}- единичный вектор нормали к рабочей поверхности 6 в точке М ; =. / 1) - единичный вектор касательной к линии э в точке А7 ; J= (/vj) - единичный вектор главной нормали к траектории зС в точке
М ; р - главный вектор системы активных сил, действующих на частицу во время ее движения по поверхности (силы трения и нормальные реакции поверхности 6 в эту систему сил не входят); 1=R(M)- Главный вектор системы нормальных сил, реакций, приложенных к элементу со стороны рабочей поверхности (равнодействующая сил нормальных реакций, с которыми поверхность 6 действует на почвенную частицу); К=/?Я - проекция вектора # на ось, определяемую ортом А/ 4 - коэффициент трения частицы о рабочую поверхность шнека.
Составим дифференциальное уравнение движения частицы по винтовой поверхности шнека. Система сил, действующих на частицу, эквивалентна системе, состоящей из: а) главного вектора F приложенных к элементу активных сил; б) равнодействующей RH N системы сил нормальных реакций, с которыми рабочая поверхность действует на элемент; в) главного вектора //Rtf рГсил трения, приложенных к элемен ту клубненосной массы. Воспользуемся теоремой об освобождении механической системы от наложенных на нее связей. На основании этой теоремы, уравнением движения данной частицы будет ГПЪ-ТЧ- УГ- J\RH\ (2.29) Преобразуем уравнение (2.29) к виду, более удобному для дальнейших рассуждений. Для этого примем во внимание, что положение точки М на ее траектории о однозначно определяется заданием длины цуги А М кривой С .
Основные результаты лабораторно-полевых исследований подкапывающего рабочего органа с шарнирно-упругим креплением
При воздействии на почву подкапывающего рабочего органа с шар-нирно-упругим креплением к раме машины возбуждаются вынужденные колебания его за счет неравномерности сопротивления почвы, в результате чего изменяется процесс деформации почвенного пласта, что, как показали наши опыты, приводит к снижению тягового сопротивления.
Так как колебания рабочего органа в продольно-вертикальной плоскости вызывались действием горизонтальной составляющей сопротивления почвы рабочему органу Rx , то влиянием вертикальной и боковой составляющих можно пренебречь.
В результате лабораторных исследований были получены статические характеристики пружин, имеющих различную жесткость. Эти характеристики показывают перемещение носка лемеха ( х ) в зависимости от величины прикладываемого усилия Rx (рис. 4.2).
Для проведения исследований подкапывающих рабочих органов использовались как витые спиральные, конические и цилиндрические, так и пластинчатые (листовые) пружины (табл. 4.1). Таблица 4.1. Значения жесткости пружин, применявшихся при проведении исследований Тип пружины ! Жесткость К , Н/м Коническая К = 38 Ю4; К = 50 Ю4; К = 70 Ю4 Цилиндрическая К = 20 I04; К = 25 Ю4; К = 12 Ю4 Пластинчатая К =35 10 Длина рабочей части пластинчатой пружины t = 270...300 мм. Радиус кривизны лекала R = 190...200 мм.
Как видно из рис. 4.2, статические характеристики конических пружин в отличие от цилиндрических являются нелинейными /6, 90, 108/, имеющими линейный участок лишь в определенном ограниченном диапазоне усилий. Характер изменения кривых конических пружин свидетельствует о том, что в начальный период небольшим нагрузкам на лемехе соответствуют достаточно большие его перемещения. В дальнейшем эти изменения происходят по линейному закону с некоторым коэффициентом пропорциональности (линейный участок характеристики). Дальнейшее возрастание усилия вызывает незначительное увеличение перемещения.
Применение конических (фасонных) пружин позволяет расширить диапазон работы лемеха на различных по механическому составу почвах, в том числе и на тяжелых. Коническая пружина устанавливается на начальное сжатие и определенную жесткость в зависимости от вида почв. Регулировку необходимо проводить при изменении условий эксплуатации: состава почвы, плотности, влажности, глубины подкапывания, скорости движения и т.п.
При проведении лабораторных опытов получены собственные частоты колебаний лемеха с шарнирно-упругим креплением при различной жесткости пружин и частоте вынужденных колебаний с учетом демпфирующей способности почвы при движении в ней лемеха с различной поту пательной скоростью.
Собственные и вынужденные частоты колебаний лемеха, движущегося со скоростями 0,2; 0,4; 0,59 м/с, были получены соответственно при жесткости пружин К = 38 Ю4; 50 Ю4 и 70 Ю4 Н/м.
На рис. 4.3 показано изменение частоты собственных колебаний лемеха в зависимости от жесткости пружин, а также частоты вынужденных колебаний лемеха, с учетом демпфирующей способности почвы для различных скоростей движения рабочего органа. Анализируя полученные данные, можно заметить, что на частоты колебаний лемеха существенное влияние оказывает сопротивление почвы. Так например, для пружин с жесткостью К - 38" 10 ; К = 50 10 и К = 70 10 Н/м, частота собственных колебаний (без учета демпфирующих свойств почвы) составляла 19,5...26 с , а при движении в почве со скоростью 0,2...0,59 м/с частота вынужденных колебаний находилась в пределах 3...6 с .
На изменение частоты колебаний лемеха оказывает влияние также жесткость пружины. Из графика (рис. 4.3J видно, что чем больше жесткость пружины, тем выше частота собственных колебаний лемеха. Однако, частота вынужденных колебаний лемеха с учетом демпфирующих свойств почвы с ростом жесткости пружины увеличивается незначительно.
На рис. 4.4. приводятся результаты опытов по определению частот и амплитуд колебаний лемеха в зависимости от скорости движения комбайна. Анализируя полученные результаты по частоте и амплитуде колебаний, видим, что с увеличением скорости движения комбайна частота колебаний лемеха увеличивается, а амплитуда колебаний уменьшается. Так, с увеличением скорости движения от 0,3 м/с до 0,66 м/с частота колебаний лемеха увеличилась с 2 до 6 с , амплитуда его колебаний изменялась соответственно в пределах от 12 до 2 мм.
