Scientific journal

Modern high technologies

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

Технологический процесс обработки пласта пальцем сепаратора выполняется при переменных углах и глубине его хода. В связи с этим важно знать значения углов наклона пальца к горизонту на различных участках траектории движения его в почве. При кинематическом анализе работы пальца установлены три основные фазы рыхления и сепарации почвы.

Первая фаза – вход пальца в почву. Она определяется острым углом начала погружения пальца и движением частиц и сорняков вверх по его рабочей поверхности. Основное назначение этого угла – обеспечивать заглубление диска в почву и сепарацию ее вместе с сорняками.

Вторая фаза характеризует максимальное заглубление пальца в почву. На этом участке определяющим показателем технологии является предельный угол наклона пальца к горизонту, а также направление равнодействующей силы к поверхности поля и траектории линии резания.

Третья фаза соответствует выглублению пальца из почвы. Здесь происходит уменьшение глубины обработки пласта, очистка пальца от почвы и сорняков и завершается его рабочий цикл.

Общий случай движения пальца в почве можно рассматривать как работу клина с переменным углом δ1, δ, δ2 (рис. 1). Угол наклона принимает три положения. В принятой схеме почва характеризуется углом скалывания θ, который по теории предельного равновесия для данного типа почвы изменяется в заданных пределах. Равнодействующая сила R отклонена от нормали к пальцу на угол φ трения. На схеме (а) угол наклона выбран таким, что равнодействующая сила направлена выше линии предельного угла θ скалывания почв 9 пунктирная линия). В этом случае крупные фракции почвы активно перемещаются вверх по пальцу и сепарируются вместе с сорняками на поверхность. По мере увеличения угла δ (рис. 1, б) направление вектора приближается к линии предельного угла скалывания соответствует предельное значение угла наклона, когда сумма проекций сил на вертикальную ось равна нулю:

ΣFy = 0.

Дальнейшее увеличение угла δ2 наклона пальца (рис. 1, в), переводит направление вектора равнодействующей за линию предельного угла и при некотором значении угла δ совмещается с ней. Этому положению угла скалывания почвы соответствует вертикальная составляющая сила, которая выталкивает из почвы диск, а сумма проекций сил – положительная и направлена вверх.

Изменения угла наклона в пределах от δ1 до δ2 существенно влияют на характер возникающих напряжений в зоне разрушения почвы. Так, в положении пальца (а) превалируют напряжения растяжения и сдвига, в то время как положению пальца (в) соответствуют напряжения сжатия и сдвига.

Рис. 1. К определению угла наклона пальца в точке максимального заглубления пальца

Рис. 2. К определению рационального соотношения между углом установки пальца и передаточным числом тормозного ротора

Таким образом, если вектор равнодействующей совпадает с направлением линии скалывания почвы, а конец пальца перемещается по этой линии или несколько выше ее, то он не разрушает слой почвы, лежащий, ниже линии скалывания. В этом случае достигается максимальная глубина хода пальца, устойчивость его работы на участке выхода из почвы, меньше расходуется энергии на разрушение уже сдвинутого пласта. Следовательно, рациональный угол необходимо выбрать с учетом траектории движения конца пальца, определяемой кинематическими параметрами тормоза и дисков. Точка максимального заглубления пальца и рациональный угол его наклона позволяют установить геометрические соотношения между диском и пальцем. В зоне максимальной глубины хода рациональный угол равен:

или

Здесь φ – угол трения почвы о металл; θ – угол сдвига почвы, в пределе он равен:

где f* – угол трения почвы о почву.

Тогда для каждой фазы положения пальца в почве определим углы δ1, δ, δ2

1-ая фаза:

Она характеризует начало заглубления пальца в почву.

2-я фаза:

при которой сумма проекций сил на ординату равна нулю, а палец проходит через точку hmax.

3-я фаза:

Соответствует выходу пальца из почвы и завершению цикла его работы. Одновременно с выходом, происходит очистка пальца от почвы, сорняков и растительных остатков.

Для определения взаимосвязи угла с передаточным числом I тормоза совместим касательную к траектории движения с линией скалывания почвы:

(1)

Левая часть уравнения (1) является касательной к траектории движения конца пальца:

Заменяя α′ через половинные углы, запишем:

Экстремальное значение угла и соответствующее ему передаточное число I определим, приравнивая производную к нулю:

Делая замену:

K(i + 1) = 0;

K(I – 1) = c;

получаем:

αx2 – 2x + c = 0.

Откуда:

Наибольшее значение тангенса угла получаем ,если числитель подкоренного выражения равнее нулю:

или

Тогда

Если

K = tgθ, (2)

то справедливо:

(3)

Из уравнения (2) определим угол θ, получаем:

или

Тогда рациональный угол δ наклона пальца в точке максимального заглубления будет равен:

Для определения углов δ необходимо знать зависимость угла скалывания почвы от передаточного числа и угол трения почвы по рабочей поверхности. В таблице приведены значенияθ = f(i).

Соотношения углов скалывания почвы и передаточного числа тормоза

Аналитическое определение углов скалывания по параметрам кинематического режима ротора, позволяют вытирать рациональные значения углов установки пальца ротора.

Выводы

Установлена зависимость кинематического режима торможения от физико-механических свойств почвы, и выбраны соответствующие передаточные значения рабочего органа привода ротора культиватора.