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 = Vx∙t; (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 = Vа∙δск = 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
-
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.
-
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 %.
- Это позволяет комплектовать широкозахватные скоростные культиваторные агрегаты и более высокое качество технологии обработки почвы.