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

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОДОПУСТИМОЙ МИНИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ КУЛЬТИВАТОРА С СЕПАРИРУЮЩИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ

Анутов Р.М. Котельников В.Я. Козявин А.А. Котельников А.В. Тищенко Д.Е.
Установлена предельно допустимая скорость культиватора, при которой достигается качественное уничтожение сорняков

Поступательная скорость сепарирующих батарей культиваторов выше, чем скорость резания и рыхления почвы. Полученные нами параметры позволяют определить рациональный технологический режим работы орудий На испытаниях было установлено, что при снижении поступательной скорости сепарирующей прутковой батареи поверхность поля становится волнистой, а при ее увеличении эта волнистость пропадает, поверхность обработанного поля становится выровненной и покрытой выброшенными сорняками, их проростками и более крупными частицами почвы. При этом сорняки, потеряв контакт с почвой, на солнце и от сухого ветра быстро засыхают. Теоретический анализ работы прутка позволяет установить рациональный режим обработки почвы и предельно допустимую минимальную поступательную скорость культиватора и окружную скорость сепарирующих рабочих органов , при которой создается выровненная поверхность поля.

Каждый пруток и палец сепаратора движется по циклоидальной кривой. В точке максимального погружения прутка в почву над ним образуется углубление от смятия и сдвига почвы. Если скорость хода низкая, а батарея вращается со скоростью:

 (1)

То это углубление на почве остается не выровненным. Однако, как только скорость хода агрегата и связанная с ней окружная скорость батареи возрастут, происходит заравнивание указанных неровностей. На рисунке приведена схема, поясняющая работу прутка. Выберем систему координат согласно рисунку, на котором оси OZ О и OX О проходят через центр прутка. При этом ось OX совпадает с поверхностью поля. Окружная скорость Vокр направлена по касательной к радиусу R батареи. Поступательная скорость Vα направлена горизонтально. Вектор результирующей скорости V направлен под углом к горизонту внутрь батареи. По построению имеем:

Vx = Vα - Vокрcosα′. (2)

Выражая окружную скорость через поступательную , из уравнения (1), получаем:

 (3)

 

К обоснованию скоростного режима сепарации почвы и сорняков рабочими органами культиваторов

Вертикальная составляющая скорости на ось oz, равна:

Vz = Vокрsinα′. (4)

Заменяя окружную скорость поступательной, получаем:

 (5)

Таким образом, частица почвы О выбрасывается из почвы под углом и перемещается по траектории ор0. Уравнения проекций этой траектории на оси ох и оz имеют вид:

x = Vxt; (6)

 (7)

Это - известное уравнение параболы, находящейся в плоскости хоz - продольно-вертикального сечения пласта. Определяя t из уравнения (6) и подставляя его значение в уравнение (7), получаем траекторию движения в координатах на оси z, x:

 

Время t1, за которое почвенная фракция достигает вершины параболы, определим из условия:

то есть, приравнивая первую производную уравнения(7) к нулю, тогда:

Откуда

Координаты точки перегибы параболы находим, подставляя t в уравнение (6) и (7):

(8)

и

 (9)

Полное время полета частицы до ее падения равно:

(10)

Максимальная дальность полета составляет:

 (11)

Составим отношение скоростей Vz и Vx из уравнений (3) и (5):

Следовательно:

 (12)

Подставляя значение Vz в уравнение (11), запишем:

(13)

Заменяя Vx его значением из уравнения (3), после преобразования получаем длину полета частицы по горизонтали в зависимости от поступательной скорости Vα агрегата, передаточного числа i тормоза, угла поворота рабочего органа и ускорения свободного падения:

 

Из этого равенства определяем предельно допустимую минимальную скорость агрегата, удовлетворяющую условию падения частицы почвы в заданную точку xn:

(14)

Входящая в уравнение дальность полета xn частицы равна отрезку охn, ограниченному точкой пересечения вертикального радиуса о′о″ с траекторией ор. В этой точке под прутками почва имеет максимальную осадку. Если частицы почвы падают в это углубление (точка хn), то они тем самым заполняют его, и поверхность поля становится выровненной.

Поэтому, агрегату нужно сообщить такую скорость, чтобы горизонтальный полет частицы обеспечивал выровненное поле и был равен:

xn = R sin α′. (15)

Заменяя xn в уравнении (14) его значением(15), получаем расчетную формулу для определения предельно допустимой минимальной скорости хода агрегата:

 (16)

Все скорости выше расчетной Vα, будут обеспечивать высокое качество обработки, а скорости ниже ее создают волнистую поверхность поля . поэтому необходимо соблюдать условие:

Vαmin ≥ Vα.

Пример:

Определить предельно допустимую минимальную скорость движения агрегата и высоту полета частиц почвы для получения выровненной поверхности поля, если: радиус катка сепаратора R = 300 мм; передаточное число тормоза i = 2; количество прутков на диске n = 18; глубина обработки почвы 6 см.

1. Угол поворота прутка до пересечения с поверхностью поля:

2. Минимальная скорость хода катка-сепаратора:

3. Окружная скорость батареи:

4. Горизонтальная скорость резания (скольжения) прутка:

5. Вертикальная (начальная) скорость полета частиц почвы:

6. Высота полета:

7. Дальность полета по горизонтали:

Скорость Vx резания почвы меньше почвы меньше поступательной раза и составляет для прутка 4,7 км/ч, в то время как у пассивных рабочих органов (лап культиваторов, зубьев борон и других) она равна поступательной скорости агрегата, а по сравнению с фрезами, при скорости резания 6-8 м/с, она меньше в 4-5 раз. Установлено, что с увеличением скорости движения от 5,5 до 12 км/ч глубина сепарирующих рабочих органов уменьшается на 17-20 %, что требует корректировки глубины хода агрегата, например, увеличением реакций опор на ротационные рабочие органы. Расход мощности равен

N = PVα = Mω

произведению силы сопротивления, преодолеваемой агрегатом на скорость рыхления сепаратором, либо произведению приведенного момента момента силы сопротивления на крюке на угловую скорость ω скольжения роторов.

Влияние скорости хода агрегата на глубину обработки почвы

Передача

3

4

5

6

7

Скорость, км/ч

5,5

6,7

8,1

9,5

12

Глубина обработки почвы, см

8,8

8,2

7,8

7,6

7,5

При движении трактора со скоростью10 км/ч, сепаратор имеет передачу торможения равную i = 3. Скорость скольжения прутов равна

где - коэффициент скольжения сепарирующего ротора культиватора.

Тогда скорость рыхления при i = 3 будет равна скорости скольжения Vск:

а затраты мощности при равном сопротивлении соответственно составят

N = Vа = 10 P и N = Vаδск = 10∙0,66 P = 6,6 Р.

При этом мощность при работе заторможенных роторов существенно уменьшатся

По параметрам торможения роторов, культиваторы являются энергосберегающими почвообрабатывающими машинами.

Выводы

  1. Установлена предельно допустимая минимальная скорость движения ротационных сепарирующих рабочих органов, которая при выполнении технологического процесса должна составлять не менее 8,1 км/ч; верхний предел скорости не ограничен условиями технологического процесса.
  2. Торможением рабочих органов от почвы решаются две задачи. Во-первых, это позволяет снизить скорость сопротивление рыхлению почвы на 30-35 %, а в сумме и потребляемую мощность на обработку почвы на 35-40 %.
  3. Это позволяет комплектовать широкозахватные скоростные культиваторные агрегаты и более высокое качество технологии обработки почвы.

Библиографическая ссылка

Анутов Р.М., Котельников В.Я., Козявин А.А., Котельников А.В., Тищенко Д.Е. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОДОПУСТИМОЙ МИНИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ КУЛЬТИВАТОРА С СЕПАРИРУЮЩИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ // Современные наукоемкие технологии. – 2012. – № 9. – С. 20-23;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=30900 (дата обращения: 10.04.2020).

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