Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ РАЗМЕРНЫМИ И РЕЖИМНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ СЕПАРИРУЮЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КУЛЬТИВАТОРОВ

Анутов Р.М. Котельников В.Я. Козявин А.А. Котельников А.В. Тищенко Д.Е.
Установлена аналитическая зависимость размерными и режимными параметрами кинематики сепарирующих рабочих органов культиватора.

При выполнении технологического процесса, концы пальца и радиус сепарирующего пруткового ротора описывает таутохонную циклоидальную траекторию, по которой они движутся в почве. Эта траектория является энергосберегающей. Она обладает тем замечательным свойством, поскольку обеспечивает минимальное время движения почвенных частиц по рабочему контуру лобовой поверхности стойки, а следовательно, достигает миниальных значений затрат мощности на обработку почвы. Это условие определяется уравнением циклоиды:

x = R (α′i - sin α′);

y = R (1 - cos α′),

где α′ - угол поворота пальца от вертикального радиуса; i - передаточное число тормоза; R - радиус диска ротора сепаратора.

Углы поворота α′ пальца в точке перегиба и соответствующие им углы γ max наклона касательных приведены в таблице.

Экстремальные значения углов γmax наклона касательной к траектории движения конца пальца и соответствующие им значения угла α′ поворота пальца в зависимости от передаточного числа тормоза

Передаточное число тормоза, i

1

1,1

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

Угол наклона касательной, νmax

90

65,5

41,7

30,0

23,4

19,5

16,5

14,5

12,5

11,7

10,5

9,6

Угол поворота пальца до точки перегиба, °α′

0

24,5

48,3

60,0

66,6

70,5

73,5

75,5

77,5

78,3

79,5

80,4

Они построены по уравнениям:

и  

При увеличении передаточного числа тормоза от 1 до 6 экстремальный угол γ max наклона касательной уменьшается от  до , а угол α′ поворота вертикального пальца до точки перегиба возрастает пропорционально передаточному числу от 0 до .

 

На рис. 1 приведена зависимость текущих значений γ от α′ для передаточных чисел I тормоза от 1 до 5. Точки экстремальных значений углов γmax соединены пунктирной линией. При i ⟶ ∞ угол наклона касательной γ ⟶ 0. Это условие соблюдается при полностью заторможенном диске, когда траектория движения конца пальца вырождается в прямую линию.

 

Рис. 1. Зависимость угла γ наклона касательной к траектории движения от угла α′ поворота пальца

На рис. 2 приведены два графика: первый из них определяет экстремальные значения углов γmax наклона касательных в точке перегиба в зависимости от передаточного числа i, а второй - значения у глов α′ поворота пальца до точки перегиба в этой же функции i. Чтобы воспользоваться значениями γmax = f(i) и α′ = f(i) при проектировании рабочих органов и технологического процесса, нужно проверить по выбранным параметрам диска, передаточного числа тормоза и заданной глубины обработки почвы предельное значение угла γmax по уравнению:

 и

или

По уравнению:

1 - Экстремальные значения углов γmax наклона касательных в точке перегиба в зависимости от передаточного числа i.

2 - Значения углов α′ поворота пальца до точки перегиба в этой же функции i определяют угол поворота пальца до точки пересечения с поверхностью поля. По таблице или графикам, (рис. 2) , находят угол γ, соответствующий заданному углу поворота α′ и передаточному числу I тормоза. Тогда расчетный угол γmax должен быть меньше табличного или равен ему. Если точка перегиба находится выше или на линии дневной поверхности поля, то передаточное число можно выбирать по условию:

 

Рис. 2. Зависимость экстремальных значений углов γmax

Скорость резания почвы и ее сепарация пальцами диска и прутками ротационной батареи, всегда меньше поступательной скорости Va и α′ от передаточного числа, i тормоза. На рис. 3 приведена схема графо-аналитического исследования режима скорости для двух точек пальца, находящегося на поверхности поля (точка α) и на глубине хода α′. Траектории движения построены для горизонтального пальца (точки b, bb′′).

При анализе движение диска радиусом оα′ со скольжением заменяем качением мнимого диска оα′′ без скольжения. Тогда полюс Р перемещается по линии α′′р ,а точка р является полюсом скоростей для всех точек, принадлежащих кругу радиусом ор.По треугольнику ртк определяем модуль промежуточных скоростей пальца:

V = Va + ωRi.

Начало траекторий b, b′ и b′′ выбрано на точках, принадлежащих действительному и мнимому радиусам, отношение которых равно:

Рис. 3. Исследование режима скоростей рабочих органов ротационного культиватора

Из сопоставления траекторий b, b′, b′′ видно, что с увеличением передаточного числа тормоза кривизна их уменьшается. В соответствии с траекториями, при увеличении передаточного отношения, уменьшаются пределы изменения скоростей. Для точки b′′,где передаточное число равно 1, перепад скоростей Vb′′,V0 больше, чем для точки b, пересечения пальца с поверхностью поля, и точки b′, лежащей на подошве обрабатываемого пласта. Полный спектр промежуточных значений скоростей для точек, лежащих на части пальца, погруженной в почву, можно получить, проецируя векторы 7′′ и 7′ на вертикальный радиус до пересечения с окружностью R. Например, точку 7′′ проецируем на окружность в точку u.

Соединяя эту точку u с полюсом р, получаем радиус-вектор рu. Делая засечку на вертикальный радиус о′р и проводя вектор с′v7, найдем модуль скорости конца пальца в точке 7′′. Перенося скорости фиксированных точек на вертикальный радиус, получаем графики огибающих скоростей Vb Vb. Таким образом, определяем скорости любой точки пальца по обратному методу переноса их на окружность, и затем проецируя на траектории движения. После этого откладываем вертикальные отрезки в масштабе скоростей под соответствующими точками этих траекторий и соединяем плавной кривой. Порядок построения следующий: делим окружность на равные части. Точки деления 1, 2, 3, ......12 соединяем с полюсом р. Радиусами - векторами их точек (например, точки 7) деления окружности проводим дугу до пересечения с линией тр. Из точки с′′ пересечения радиуса - вектора с вертикалью проводим вектор скорости до пересечения с огибающей скоростей рк. Модули промежуточных точек определяем из соотношения сторон ∆pfn и ∆pme. Здесь pf проецируем на линию РТ. По построению отрезки радиусов - векторов равны друг другу.

pm = fp; V = me. (1)

Тогда можно составить равенство:

Откуда

 

или  (2)

где mp - радиус-вектор до произвольной точки окружности (точка 12), катящейся без скольжения, в которой определяется скорость V.

На рис. 3 отрезок mp = fp определяем по уравнению (1), (2).Тогда, заменяя mp его значением, имеем:

 (3)

Что касается определения скоростей точек, лежащих на пальце, то их находим из соотношения:

Или

 

 

С другой стороны, отрезок DP равен разности b′р и od, или:

dр = Ri - Rcosα´ = R(1 - cosα′).

Заменяя V7 произвольным значением V, а up и dp - их правыми частями, получаем:

 (4)

Полагая, что

Получаем расчетное уравнение модуля абсолютной скорости конца пальца:

 (5)

Равенства (4) и (5) являются основными расчетными уравнениями для определения скорости резания и скольжения пальца сепаратора и прутка катка-сепаратора. Проецируя скорость V на оси Z и X, получаем составляющие скорости Vz и Vх:

 

 

Тангенс угла наклона вектора абсолютной скорости V равен:

Этот угол определяет траекторию полета почвенных фракций при их сходе с рабочей поверхности прутка.

Выводы

  1. Исследованы режимные параметры сепарирующих рабочих органов.
  2. Получены рациональные значения передаточных отношений привода в зависимости от физико-механических свойств почвы, которые формируют угол ее скалывания.

Библиографическая ссылка

Анутов Р.М., Котельников В.Я., Козявин А.А., Котельников А.В., Тищенко Д.Е. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ РАЗМЕРНЫМИ И РЕЖИМНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ СЕПАРИРУЮЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КУЛЬТИВАТОРОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2012. – № 9. – С. 16-19;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=30899 (дата обращения: 30.03.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074