CC BY
79
УДК 631.316
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ТЯГОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СТРЕЛЬЧАТОЙ ЛАПЫ С ПЕРЕМЕННЫМ УГЛОМ КРОШЕНИЯ И С ТРАНСФОРМИРОВАННЫМ ЛЕЗВИЕМ
Horizontal Component of Draft Resistance of Center Hoe with Variable Angle of Crumbling
and Transformed Edge
Старовойтов С.И., к.т.н., доцент starovoitov.siamail.ru Starovoytov S.I.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» 243345 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а Bryansk State Agricultural University
Реферат. Установили, что к подрезающим рабочим органам культиватора для сплошной и междурядной обработки почвы относят плоскорежущие и универсальные стрельчатые лапы, у которых реализована возможность снижения энергоемкости за счет переменного угла крошения. Предложено дальнейшую модернизацию стрельчатой лапы связать с трансформацией лезвия, что позволит режущей кромке крыла лапы работать в режиме смятия и растяжения пласта, что приведет к снижению энергоемкости обработки. Представили взаимодействие крыла стрельчатой лапы и обрабатываемый почвенный пласт в виде силового и моментного нагружения консольно защемленной балки со сплошным прямоугольным сечением. Допускаемое напряжение выражено через удельную потенциальную энергию разрушения почвенных частиц, зависящую от высоты разрушения комков при ударе о металлическую поверхность и значения абсолютной влажности суглинистой почвы. Динамичность воздействия, почва как объект обработки, ее деформационность представлена в модели в виде модулей упругости первого и второго рода, коэффициента Пуассона и динамической вязкости, углов внешнего и внутреннего трения, упругой составляющей относительной деформации сжатия, плотности. Получено, что при абсолютной влажности суглинистой почвы ш = 20,73%, скорости движения 1,94 м/с, глубине обработки 0,1 м тяговое усилие составит 401 Н. При увеличении скорости движения в интервале 1,38-2,22 м/с наблюдается прямо пропорциональное увеличение горизонтальной составляющей тягового сопротивления. При постоянной скорости движения с изменением абсолютной влажности суглинистой почвы наблюдается параболическая зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления, которая принимает максимальное значение при ш = 22%.
Summary. It was established that flat-cutting and universal center hoes having the reduced energy content due to the variable crumbling angle belong to the cutting working parts of a cultivator for general cultivation and intertillage. It was offered to connect the further modernization of the center hoe with transformation of an edge that will allow the cutting edge of the center hoe to work in the mode of crumpling and spreading of the soil layer, resulting in decreasing the energy content of tillage. The interaction of the wing of the center hoe and the cultivated soil layer in the form of force and moment loading of the cantilevered restrained beam with solid rectangular cross-section was presented. The allowed tension is expressed through the specific potential energy of destruction of soil particles depending on the height of destruction of lumps at the blow about the metal surface and values of absolute humidity of the loamy soil. Dynamism of influence, the soil as an object of cultivation, and its deformation are presented in the model in the form of elongation and shear moduli, Poisson's coefficient and dynamic viscosity, angels of external and internal frictions, the elastic component of the relative deformation of compression, density. It was found that the draft effort will make 401H at the absolute humidity of the loamy soil rn = 20.73%, the speed of the movement of 1.94 m/s, cultivation depth of 0.1 m. Di-
rectly proportional increase in a horizontal component of draft resistance is observed when increasing speed of the movement in the range of 1.38-2.22 m/s. The parabolic dependence of the horizontal component of draft resistance with the maximum œ = 22% is observed at the constant speed of the movement with the change of absolute humidity of the loamy soil.
Ключевые слова: модуль упругости первого рода, модуль упругости второго рода, коэффициент Пуассона, коэффициент динамической вязкости, угол внешнего трения, переменный угол крошения, трансформация лезвия.
Keywords: modulus of elongation, shear modulus, Poisson's ratio, dynamic viscosity coefficient, external friction angle, variable crumbling angle, transformation of the blade.
Состояние вопроса. Обработка почвы остается самой востребованной и энергоемкой операцией в производстве с/х культур. Предпосевную и междурядную обработку выполняют культиваторами, рабочие органы которых подразделяются на вычесывающие, подрезающие, присыпающие и органы специального назначения. К подрезающим рабочим органам относят лапы стрельчатые. К основным геометрическим параметрам стрельчатых лап относят угол раствора, ширину лапы в начале и конце крыла, угол крошения. По величине угла лапы стрельчатые подразделяются на плоскорежущие с углом крошения а = 16° и универсальные с углом крошения а = 28°.
Известны разработки Свечникова П.Г.[1], где энергоемкость резания связана с изменением угла крошения лапы по длине крыла. В тоже время, если плоскорежущая лапа работает в режиме скалывания и излома, то снижение энергоемкости возможно за счет отклонения лезвия режущей кромки от дна борозды на угол, при котором преобладают упругие деформации обрабатываемого пласта.
Описание процесса взаимодействия стрельчатой лапы будет полным, если почва будет представлена углами внешнего и внутреннего трения, плотностью. Динамичность воздействия будет отражена модулем упругости первого и второго рода, коэффициентом динамической вязкости, скоростью движения, а деформационность почвы выражена через удельную потенциальную энергию разрушения почвенных частиц и их геометрические размеры.
Цель и задачи исследования. Разработать методику определения горизонтальной составляющей тягового сопротивления стрельчатой лапы с учетом основных физических свойств суглинистой почвы, деформационности и динамичности воздействия рабочего органа, позволяющую учитывать возможность работы крыла лапы в режиме скалывания и излома пласта.
Материалы и методы исследования. Горизонтальная составляющая тягового сопротивления стрельчатой лапы с переменным углом крошения и с трансформированным лезвием
Дх = 2хЯх(Рлсл+Рпкл), (1)
где Рлсл - тяговое усилие лезвия стрельчатой лапы, Н;
Рпкл - тяговое усилие поверхности крыла стрельчатой лапы, Н;
Я - коэффициент взаимовлияния лезвия режущей кромки и поверхности крыла стрельчатой лапы [2].
Определим тяговое усилие поверхности крыла стрельчатой лапы при условии деформации почвенного пласта со сплошным прямоугольным сечением за счет вертикальной силовой составляющей угла крошения Р^, боковой силовой составляющей угла сдвига крыла лапы Pyz, крутящего момента M (рис. 1).
Условие прочности для данного вида сложного нагружения по теории Мора следующее
<в < М, (2)
где [а] - допускаемая величина нормальных напряжений, Па;
°экв - эквивалентная величина нормальных напряжений, Па.
Рисунок 1. Силовая составляющая почвенного пласта при движении по крылу лапы с переменным углом крошения
Допускаемая величина нормальных напряжений:
[а] = х рх дхкхЕ, (3)
где р - плотность деформируемой почвы, кг/м3; д - ускорение свободного падения, м/с2;
Л - высота, соответствующая высоте разрушения почвенных частиц, м; Е - модуль упругости почвы первого рода, Па [3].
Эквивалентная величина нормальных напряжений:
<в = ^ГЗЛ (4)
где о - величина нормальных напряжений, Па;
т - величина касательных напряжений от действия крутящего момента, Па.
Величина касательных напряжений определится следующим образом. Запишем выражение для определения угла закручивания:
Мкрх^п
*=— (5)
где Мкр - величина внутреннего крутящего момента, Нхм; С - модуль упругости почвы второго рода, Па;
Т " 4
уп - осевой момент инерции сечения, м ; гп- длина деформируемой частицы, м. Осевой момент инерции прямоугольного сечения, которое подвергается кручению
/п=«пХ Я4, (6)
где Н - толщина деформируемого почвенного пласта, м;
ап - коэффициент для определения осевого момента инерции деформируемого кручением прямоугольного пласта [4].
Толщина деформируемого почвенного пласта соответствует глубине хода стрельчатых лап. Плоскорежущую лапу заглубляют на глубину до 6 см, стрельчатую универсальную - до 10-14 см [5].
Момент сопротивления сечения:
Щ1 = рпх н3,
(7)
где Рп - коэффициент для определения момента сопротивления сплошного прямоугольного сечения при кручении.
Значения ап, в зависимости от соотношения сторон представлены в таблице 1. При ширине стрельчатой лапы 30 см, ширине крыла лапы 15 см, глубине хода 10 см соотношение — = 1,5. Таким образом ап = 0,294, = 0,346. Угол закручивания почвенно-н
го пласта:
^ = аг - а2, (8)
где а1 - угол крошения в начале крыла стрельчатой лапы, град.; а2 - угол крошения в конце крыла стрельчатой лапы, град.
Таблица 1 - Коэффициенты для определения геометрических характеристик сплошного
прямоугольного сечения при кручении
ъ н «п Рп
1,0 0,14 0,208
1,5 0,294 0,346
2,0 0,457 0,493
3,0 0,79 0,801
4,0 1,123 1,15
6,0 1,789 1,789
8,0 2,456 2,456
10,0 3,123 3,123
Таким образом, величина внутреннего крутящего момента:
м =срхсх]п
С учетом подстановок:
^ = («1-«г)хСхапх^4 (9)
Р 2ч
Максимальная величина касательных напряжений:
= Мкр
^тах ^ .
Таким образом,
_ (а1-а2)хСхапхН ^
Ттах = ¡ЧХзЛ . (10)
Максимальная величина нормальных напряжений [6] в наиболее нагруженной
точке:
раХгч
а = ——4 х
где к - коэффициент превышения боковая силовая составляющая угла сдвига крыла лапы над вертикальной силовой составляющей угла крошения.
Таким образом, с учетом выражение (3), (10), (11), условие (4) имеет вид:
Рп х
х
(Н кхЬ'
+ 3 х
(а1 - а2) х С х ап х Н
гч х^п
= 2рдкЕ.
Вертикальная силовая составляющая угла крошения:
Ру =
' а
У _
N
Г (Н кх Ь\Г
Тогда боковая силовая составляющая угла сдвига крыла лапы:
Ру = к х Р^.
Горизонтальная составляющая поверхности крыла стрельчатой лапы:
Рпкл = Р1 х 1даСр + Р/ х 1ду, (13)
где аср - среднее значение угла крошения крыла стрельчатой лапы, град. Исходные данные к расчету горизонтальной составляющей крыла лапы представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Исходные данные к расчету горизонтальной составляющей крыла лапы
Параметр, размерность Наименование Числовое значение
У, рад. Угол между режущей кромкой и направлением движения 0,52
м Длина частицы 0,11
Ъ, м Ширина захвата крыла лапы 0,15
Н, м Глубина хода стрельчатой лапы 0,1
«1, рад Угол крошения в начале крыла стрельчатой лапы 0,418
«2, град Угол крошения в конце крыла стрельчатой лапы 0,279
р, кг/м3 Плотность почвы 1554
Е, Па Модуль упругости почвы первого рода 3167531
С, Па Модуль упругости почвы второго рода 1181915
Л, м Высота падения, соответствующая высоте разрушения почвенных частиц 0,51
к Коэффициент превышения боковая силовая составляющая угла сдвига крыла лапы над вертикальной силовой составляющей угла крошения 1,32
Тяговое усилие трансформированного лезвия стрельчатой лапы
Е х V + цу 'Е лН
ЬхН' хКдх^ха з 2хДа ,
(14)
где Аа - угол между лезвием режущей кромки и дном борозды, рад.;
о"3 - минимальное главное напряжение, соответствующее пределу прочности обрабатываемой почвы на растяжение, Па; д - коэффициент Пуассона; Л'- ширина режущей кромки лапы, м; Кд - коэффициент динамичности нагружения;
Р - коэффициент, учитывающий внешний и внутренний углы трения почвы. Угол между лезвием режущей кромки и дном борозды [7]
Да =
£у X Н
I х 100%'
где £у - упругая составляющая относительной деформации сжатии, %. Коэффициент, учитывающий внешний и внутренний углы трения почвы
п _ ^ _ Увнеш
2 2
^внут
где ^внеш - угол внешнего трения почвы, рад.; ^внут - угол внутреннего трения почвы, рад.
Исходные данные к расчету тягового усилия режущей кромки крыла лапы отображены в таблице 3.
Таблица 3 - Исходные данные к расчету тягового усилия режущей кромки крыла лапы
Параметр, размерность Наименование Числовое значение
«Рвнеш, рад- Угол внешнего трения почвы 0,539
«Рвнут' рад- Угол внутреннего трения почвы 0,506
£у,% Упругая составляющая относительной деформации сжатия 3,998
Кд Коэффициент динамичности нагружения 2
К', м Ширина режущей кромки лапы 0,01
Коэффициент Пуассона 0,34
Па Минимальное главное напряжение, соответствующее пределу прочности обрабатываемой почвы на растяжение 4813
Результаты и их обсуждение. При абсолютной влажности суглинистой почвы 20,73%, скорости движения 1,94 м/с, глубине обработки 0,1 м горизонтальная составляющая тягового сопротивления плоскорежущей лапы составит 401 Н.
Из рисунка 2 видно, что с повышением скорости движения горизонтальная составляющая тягового сопротивления возрастает прямо пропорционально. Максимальное значение 726 Н данная величина принимает при скорости стрельчатой лапы 2,78 м/с. Минимальное 184 Н - 1,38 м/с.
Рисунок 2. Зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления
от скорости движения
В диапазоне абсолютной влажности суглинистой почвы 20-25% (рис. 3) горизонтальная составляющая тягового сопротивления изменяется по параболе, принимая максимум при 22%. Последующее увеличение значений абсолютной влажности приводит к уменьшению исследуемой величины.
Рисунок 3. Зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления от абсолютной влажности суглинистой почвы
Выводы
1. Получено выражение для определения горизонтальной составляющей тягового сопротивления стрельчатой лапы с переменным углом крошения и с трансформированным лезвием. При абсолютной влажности суглинистой почвы ш = 20,73%, скорости движения 1,94 м/с, глубине обработки 0,1 м тяговое усилие составит 401 Н.
2. При увеличении скорости движения в интервале 1,38-2,22 м/с наблюдается прямо пропорциональное увеличение горизонтальной составляющей тягового сопротивления.
3. При постоянной скорости движения с изменением абсолютной влажности суглинистой почвы наблюдается параболическая зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления, которая принимает максимальное значение при ш = 22%.
Библиографический список
1. Свечников, П.Г. Обоснование параметров плоскорежущей лапы с переменным углом резания для глубокого рыхления / П.Г. Свечников // Диссертация ... кандидата технических наук: 05.20.01. - Челябинск, 1984, 225 с.
2. Старовойтов, С.И. Горизонтальная составляющая тягового сопротивления плужного корпуса / ЯП. Лобачевский, С.И. Старовойтов // Сборник научных докладов Международной научно-практической конференции «Интеллектуальные машинные технологии и техника для реализации государственной программы развития сельского хозяйства» (15-16 сентября 2015г., Москва). Часть I. -М.:ФГБНУ ВИМ, 2015.- C.189-194.
3. Старовойтов, С.И. К определению модуля упругости первого рода / С.И.Старовойтов, Н.Н.Чемисов // Вестник МГАУ имени В.П. Горячкина. - 2011.- №1 -C.39 - 40.
4. Дарков, А.В. Сопротивление материалов / А.В. Дарков, Г.С. Шпиро.-М.: Издательство «Высшая школа», 1969 - C. 208.
5. Листопад, Г.Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Г.Е. Листопад, Г.К. Демидов, Б.Д. Зонов и др. - М.:Агропромиздат,1986. - 47 с.
6. Старовойтов, С.И. Горизонтальная составляющая тягового сопротивления лемеха / С.И.Старовойтов, Н.П. Старовойтова, Н.Н. Чемисов // Вестник ФГОУ ВПО «Брянская ГСХА» по материалам XXVII-й международной научно-технической конференции «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначе-ния».-Брянск: Издательство Брянской ГСХА, 2014.-№3. - С.6-8.
7. Старовойтов, С.И. Revisiting tne Pitch Angle of the Cutting Edge of the PloughShare to the Furrow Bottom / С.И.Старовойтов, Н.П.Старовойтова, Н.Н.Чемисов // Сельскохозяйственные машины и технологии, 2015.- №1.- С.28-31.
References
1. Svechnikov, P.G. Obosnovanie parametrov ploskorezhuschey lapyi s peremennyim uglom rezaniya dlya glubokogo ryihleniya / P.G. Svechnikov // Dissertatsiya ... kandidata tehnicheskih nauk: 05.20.01. - Chelyabinsk, 1984, 225 s.
2. Starovoytov, S.I. Gorizontalnaya sostavlyayuschaya tyagovogo soprotivleniya pluzhnogo korpusa / Ya.P. Lobachevskiy, S.I. Starovoytov // Sbornik nauchnyih dokladov Mezhdunarodnoy nauchno - prakticheskoy konferentsii «Intellektualnyie mashinnyie tehnologii i tehnika dlya realizatsii gosudarstvennoy programmyi razvitiya selskogo hozyaystva» (15-16 sentyabrya 2015 g, Moskva). Chast I. -M.:FGBNU VIM, 2015.- S.189-194.
3. Starovoytov, S.I. K opredeleniyu modulya uprugosti pervogo roda / S.I.Starovoytov, N.N.Chemisov // VestnikMGAUimeni V.P. Goryachkina. - 2011.-№1 - S.39-40.
4. Darkov, A.V. Soprotivlenie materialov / A.V. Darkov, G.S. Shpiro.-M.: Izdatelstvo «Vyisshaya shkola», 1969 - S. 208.
5. Listopad, G.E. Selskohozyaystvennyie i meliorativnyie mashinyi / G.E. Listopad, G.K. Demidov, B.D. Zonov i dr. - M.: Agropromizdat,1986. - 47 s.
6. Starovoytov, S.I. Gorizontalnaya sostavlyayuschaya tyagovogo soprotivleniya lemeha / S.I.Starovoytov, N.P. Starovoytova, N.N. Chemisov // Vestnik FGOU VPO «Bryanskaya GSHA» po materialam XXVII mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy konferentsii «Kon-struirovanie, ispolzovanie i nadezhnost mashin selskohozyaystvennogo naznacheniya».-Bryansk: Izdatelstvo Bryanskoy GSHA, 2014.-№3.- S. 6-8.
7. Starovoytov, S.I. Revisiting tne Pitch Angle of the Cutting Edge of the Plough-Share to the Furrow Bottom / S.I.Starovoytov, N.P.Starovoytova, N.N.Chemisov // Selskohozyaystvennyie mashinyi i tehnologii, 2015. - №1. - S. 28-31.
УДК 378.147
ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЛИЧНОСТИ
БУДУЩЕГО ПРОФЕССИОНАЛА
Psychological and Pedagogical Outlines of Forming an Individual as a Future Professional Worker
Семышева В.М., кандидат педагогических наук, vsemyshevaamail.ru Семышев М.В., кандидат педагогических наук Куцебо Г.И., кандидат педагогических наук Андрющенок Е.В.
Semysheva V.M., Semyshev M. V., Kuzebo G.I., Andryushchenok E. V.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет»
243345 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а
Bryansk State Agrarian University
Реферат. Статья посвящена осмыслению психолого-педагогических аспектов, влияющих на становление социально-профессиональной идентичности, целостности и высокого профессионализма личности. В статье рассмотрены понятия: самореализация, самоактуализация, личностная идентичность, конгруэнтность преподавателя. Авторами сделана попытка рассмотрения одной из важнейших проблем современного образования - подготовка высококвалифицированных творческих, духовно и нравственно обогащенных профессионалов. При реализации содержания образования на компетентностной основе предполагается не только развивать когнитивные и творческие способности студента, но и формировать такие личностные качества, как ответственность, самостоятельность, целеустремленность, профессиональную мобильность, конкурентоспособность, стрессоустойчивость, психологическую уравновешенность и др. Грамотно осуществляемая педагогическая деятельность в образовательных организациях, в том числе и системе профессионального образования, влияет на формирование целостного самосознания, самодостаточность, достоинство. Педагогические ошибки могут деформировать Я-
