Исследование движения стебля по лопасти, установленной на ноже ротационной косилки для скашивания травостоя в междурядьях многолетних насаждений Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК. 631.352:634

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ СТЕБЛЯ ПО ЛОПАСТИ, УСТАНОВЛЕННОЙ НА НОЖЕ РОТАЦИОННОЙ КОСИЛКИ ДЛЯ СКАШИВАНИЯ ТРАВОСТОЯ В МЕЖДУРЯДЬЯХ МНОГОЛЕТНИХ НАСАЖДЕНИЙ

Догода П. А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор; Красовский В. В., ассистент; Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»

Теоретическое обоснование конструктивных параметров рабочего органа косилки является необходимым этапом при создании новой машины, отвечающей требованиям интенсивной технологии по уходу за насаждениями.

Ключевые слова: агропромышленный комплекс, виноградные насаждения, косилка, экономия, машина, теория, силы.

RESEARCH IN MOTION STEM BLADES MOUNTED ON THE BLADE OF ROTARY MOWERS FOR MOWING HERBAGE BETWEEN ROWS OF PERENNIAL CROPS

Dogoda P. A., Doctor of Agricultural Science, Professor; Krasovskiy V. V., Assistant; Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University»

The theoretical justification of design parameters mowers' working organ is a necessary step in creating a new machine that meets the requirements of intensive technologies for the care of plantings.

Key words: agriculture, vineyards, mower, savings, machine, theory, force.

Введение. Уборка травостоя в междурядьях многолетних насаждений является одной из наиболее трудоемких и энергоемких операций в комплексе по уходу за садами и виноградниками. Современные технологии возделывания многолетних предусматривают содержание междурядий под залужением многолетних трав, которые необходимо регулярно скашивать в течении вегетации (5-6 раз за сезон). Скошенную и измельченную массу целесообразно оставлять в виде мульчи в приствольной полосе. Предлагается конструкция машины, позволяющая одновременно скашивать, измельчать и перемещать в приствольную полосу травостой.

Материал и методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием основных положений, законов и методов классической механики. В работе исследовались силы, действующие на тело, движущееся по лопасти, установленной на ноже при работе ротационной косилки.

Результаты и обсуждение. Предлагаемая конструкция косилки-измельчителя (рис. 1) состоит из рамы, присоединяемой к навесному устройству 1 на опорных колесах. На раме установлен кожух 3 с двумя роторами 5, каждый ротор помещен в кожух в форме улитки 4. Привод рабочих органов механический от ВОМ трактора через карданный вал и систему конических редукторов 2. Рабочие ножи 6 установлены шарнирно и способны отклоняться при встрече с посторонними предметами. Роторы с ножами вращаются в противоположных направлениях, что снижает вибрацию машины и ее занос во время работы. Ножи снабжены лопастями 7. Боковые противорезы исключают забивание рабочих органов скошенными растениями. В кожухе имеются выходные отверстия 8. Навешивание, эксплуатацию, обслуживание и текущий ремонт машины осуществляет один человек (тракторист-машинист). Регулируемая система навески машины позволяет проводить скашивание как по оси движения трактора, так и со смещением в любую сторону до 500 мм. Технологический процесс происходит следующим образом: при движении агрегата по междурядью зеленый травостой скашивается, благодаря боковым противорезам и неод-накратному перерезанию скошенная масса измельчается. При вращении ножей с установленными на них лопатками возбуждается воздушный поток, который поднимает примятый травостой, способствуя улучшенному качеству кошения, геометрия кожуха направляет воздушный поток в выходное отверстие, выбрасывая измельченную массу в приствольную полосу. Выходные отверстия кожухов роторов направлены в противоположные стороны и позволяют выбра-

и мульчирования смежных полос

После среза ножом стебель входит в соприкосновение с пластиной и движется вдоль неё. Стебель разгоняется под действием центробежной силы и сходит с пластины.

На частицу, которая перемещается по поверхности лопасти, действуют следующие силы (рис. 2): сила сопротивления воздуха F (ветровая нагрузка), действующая в плоскости вращения и направленная перпендикулярно радиусу ротора; центробежная сила инерции ^ , действующая по радиальному от оси вращения направлению; сила тяжести О, направленная вертикально вниз; реакция опоры N перпендикулярная пластине; сила трения Етр , действующая в плоскости пластины и направленная противоположно относительной скорости частицы; сила Кориолиса , перпендикулярная вектору относительной скорости (пластине).

Уравнение движения стебля по пластине в векторной форме имеет вид [1] (рис. 2):

Рис. 2. Схема сил, действующих на стебель, движущийся по пластине

ma=Fц+Fmp+Fв+Fк+G+N.

(1)

где т - масса стебля, кг;

а - ускорение стебля, м/с2; ^ - центробежная сила инерции, Н:

1:ц = т-со'

г +

х, • сое ср

СО^ф-ф^ „-1.

(2)

где ю - угловая скорость вращения ножа, с г - радиус установки лопасти, м; х1 - перемещение частицы по лопасти вдоль оси х м; ф1- переменный угол между направлением центробежной силы и осью х рад. угол ф1 будет изменяться от а1 до а2 и отображает кривизну пластины;

^ - сила трения стебля об лопасть, Н:

тр

где /- коэффициент цтрения; N - сила реакции опоры, Н; ¥е - ветровая нагрузка, Н:

Г =к- — -$-сог - {г ё

где k - коэффициент сопротивления воздуха; у - удельный вес воздуха, Н/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2;

- миделево сечение стебля, м2; /■',. - сила Кориолиса, Н:

Г. = 2 • со ■ т -К„,

'(р)1

(4)

(5)

где Уотн - относительная скорость движения частицы по пластине, м/с; О - сила тяжести, Н.

Рассмотрим движение стебля под действием сил по каждой из осей х у z Для этого определим проекции приложенных сил на рассматриваемые оси. Проекции силы тяжести О на оси:

<Л, =-Свт ¡3.

Проекции ветровой нагрузки ^': Проекции центробежной силы инерции ^ :

Рву1 = (р-^/1.

рцп =РЦ5Ш/3-5Ш(Р1,

(6)

(7)

(8)

где ф1 - переменный угол между направлением центробежной силы и осью х рад. Проекции силы Кориолиса ^ .

Р* VI = -рп ™ 3 •

(9)

где 5 - угол между проекциями относительной скорости на оси Ух1 и V (угол схода стебля с пластины), рад.

Проекции силы трения Етр:

трх 1

= -Рщр-С0*3>

(10)

Проекции силы реакции опоры:

N х1 = о;

N у1 = 0 ;

(11)

N zl = N.

С учетом выражений (3-10) векторное уравнение (1) можно представить

в виде:

mayl = -G sin ¡3 + Fe sin <р ■ cos ¡3 + ¥ц sin <pl ■ cos ¡3 - !'', sin S - Fmp sin S таЛ = -G cos ¡3 - Fg sin ¡3 ■ cos q> + F sin (3 ■ sin ^ - FK cos S + N.

Учитывая, что kn = ky-Slmg - коэффициент парусности [2], относительная скорость движения стебля по пластине:

+ V,

VI

(12)

V V Л

и

■Jv:, + к,2,

после ряда преобразований получим си-

у1 \'1Г ' VI

стему дифференциальных уравнений движения стебля по пластине в координатах х1, у1:

г л

х" = кп ■ ю1 ■ (г + X, cos(» f

sin(f) — / ■ cos(p) • sill(/j ) ■

Л", cos(^)

eos {(p-<px)

f g cosifi)-

V(-o2 +002

y¡ = K G>2 ■{r + xl eos(<p) )J

соз(^!> + / sillfe )■ sill(/í) •

-2 f ta-

Mf+Ы)2

M)1 + 002

/

5in(í?)- COS(/?) - / sin fe ) ■ sin(/?) ■ ' =

M) +002

(13)

JC, COS(9?)

eos (<p-<p,)

sinfe)-

У1

g

sm(/3) + f-cos(/3)-

Ух

М)2 + (у1У

.

Выводы. В результате проведенного теоретического исследования движения стебля по лопасти, установленной на ноже косилки, была получена система дифференциальных уравнений. Полученная математическая модель позволит проводить численные исследования, направленные на изучение зависимости изменения кинематических параметров стебля, движущегося по пластине и в момент схода с неё от конструктивных параметров лопасти, что дает возможность проследить изменения траектории движения частицы, скорости по осям и абсолютной скорости движения во время схода с лопасти.

Список использованных источников:

1. Бать М. И. Теоретическая механика в примерах и задачах, т. 2 (динамика). [Текст] / Бать М. И., Джанелидзе Г. Ю., Кельзон А. С. - М.: Наука, 1972. - 624 с.

2. Турбин Б. Г. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологический расчет / Б. Г. Турбин [и др.]. // -Л.: Машиностроение, 1987.

Сведения об авторах:

Догода Петр Ануфриевич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, профессор Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: petr.dogoda@mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».

Красовский Виталий Викторович -ассистент кафедры сельскохозяйственной техники Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: vitaliy -krasovskiy@mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».

References:

1. Bat M. I. Theoretical Mechanics in the examples and problems, Volume 2 (dynamics). [Text] / Bat M. I., Dzhane-lidze G. Y, Kelzon A. S. - M.: Nauka, 1972. - 624 p.

2. Turbin B. G. Agricultural machines. Theory and Technology calculation / B. G. Turbin [and others.]. // - Leningrad: Mechanical Engineering 1987.

Information about the authors:

Dogoda Peter Anufrievich - Doctor of Agricultural Sciences, Professor, of the Academy of Life and Environmental Science for scientific work of Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: petr.dogoda @mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Ver-nadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.

Krasovskiy Vitaliy Viktorovich -assistant of the department of agricultural machinery Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal Uni-versity» e-mail: vitaliy-krasovskiy@mail.ru, Academy of Life and Environ-mental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.