К обоснованию расположения оси колец катка-гребнеобразователя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.331.5

К ОБОСНОВАНИЮ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОСИ КОЛЕЦ КАТКА-ГРЕБНЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

В. И. Курдюмов, доктор техн. наук, профессор; И. А. Шаронов, аспирант

ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия», т. (8) 84231-5-11-75, E-mail: vik@ugsha.ru

Изложены основные особенности конструкции разработанного катка-гребнеобра-зователя. Дано описание принципа его работы. Теоретически определена зависимость смещения оси колец в горизонтальной плоскости от угла установки сферических дисков к направлению движения, а также от конструктивных параметров диска.

Ключевые слова: гребневой посев, сеялка-культиватор, каток-гребнеобразователь, гребень, сферические диски, уплотняющие кольца, смещение оси колец в горизонтальной плоскости.

Производство конкурентоспособной продукции, в первую очередь, связано с внедрением ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур, обеспечивающих получение стабильных урожаев при минимальных затратах, сохранением и повышением плодородия почвы и охраной окружающей среды. В этой связи возникает необходимость разработки и внедрения принципиально новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур, основанных на минимизации обработки почвы, внедрении перспективных способов посева, а также средств механизации для их осуществления.

Анализ работ, посвященных технологиям и средствам механизации посева сельскохозяйственных культур, показывает, что существующие машины не в полной

мере отвечают агротехническим требованиям по созданию оптимальных условий для развития растений. Поэтому задача совершенствования средств механизации посева сельскохозяйственных культур является актуальной и имеет важное значение.

Цель исследования - улучшение качества посева пропашных культур на основе применения катка-гребнеобразователя, способного обеспечить выполнение агротехнических требований при посеве пропашных культур и в результате способствовать повышению их урожайности.

Наиболее важной операцией при возделывании сельскохозяйственных культур является посев. Главная задача этого этапа - обеспечение наилучших условий для прорастания семян и дальнейшего разви-

Нива Поволжья № 1 (14) февраль 2010 49

тия растений. В современных условиях неплохо зарекомендовала себя гребневая технология возделывания пропашных культур. Преимущество ее состоит в лучшем прогреве корнеобитаемого верхнего слоя почвы, что обеспечивает более ранний посев, создает лучшие условия для прорастания семян, роста и развития растений.

С посевом сельскохозяйственных культур целесообразно совмещать прикатыва-ние. В процессе прикатывания формируется требуемая плотность почвы для прорастания семян, улучшается контакт семян с почвой, разрушаются крупные почвенные комки, создается уплотненная прослойка, способствующая подъему влаги из нижних слоев почвы к посеянным семенам.

Для удовлетворения вышеперечисленных требований и обеспечения необходимых условий формирования гребня предлагается конструкция катка-гребнеобразо-вателя [1, 2], который при агрегатировании с сеялкой-культиватором (рис. 1) формиру-

ет гребни одновременно с посевом, что улучшает условия прорастания семян и, в конечном итоге, увеличивает урожайность возделываемых культур. Данный агрегат позволяет совместить операции культивации, посева, образования гребней и прика-тывания, что обеспечивает сокращение затрат труда, топливо-смазочных материалов и сроков посева.

Каток-гребнеобразователь (рис. 2) содержит раму, состоящую из продольных балок 1 и 2 и поперечных балок 3 и 4. На боковых балках 1 имеются пластины 5 с прорезями 6 и 7. В прорези 7 вставлены полуоси 8, установленные с возможностями их перемещения в вертикальной плоскости и фиксирования в заданном положении. На полуосях 8 установлены выпуклостью к оси симметрии катка сферические диски 11. На продольных балках 2 в подшипниках 14 установлена ось 15. На оси 15 расположены уплотняющие кольца 16. Конструкцией предусмотрено изменение по-

27 22 25 26

\ \ \ \ \\ \

ттт уЯчТ\тт\\\\гн

12 1 5 П 8 И 15

б

Рис. 2. Каток-гребнеобразователь (патенты РФ № 62765, № 2347338): а - схема катка-гребнеобразователя; б - опытный образец

а

ложения прикатывающих колец вместе с осью в горизонтальной плоскости.

В конструкции катка-гребнеобразовате-ля предусмотрен кронштейн 19, посредством которого каток агрегатируют с требуемой машиной или механизмом. К кронштейну присоединена штанга 21. На штанге установлена пружина 25 для регулировки степени давления катка на почву.

При подготовке катка-гребнеобразова-теля к работе сферические диски 11 устанавливают на требуемый угол к направлению движения (угол атаки). При необходимости изменения высоты гребня сферические диски 11 вместе с полуосями 8 перемещают по прорезям 7 и фиксируют в требуемом положении. Изменение положения сферических дисков 11 в вертикальной плоскости позволяет сформировать канавку с боковых сторон гребня. При этом гребень образуется большей высоты, и на глубине заделки семян почва прогревается быстрее.

Принцип работы катка заключается в следующем. Предварительно для заделки семян с междурядий сдвигают рыхлый слой почвы и образуют почвенный бугорок. При движении катка-гребнеобразователя сферические диски 11, установленные выпуклой стороной к оси симметрии катка, перекатываются и уплотняют почвенный гребень с боковых сторон. Кольца 16 уплотняют вершину гребня, разрушают почвенные комки и окончательно формируют гребень. Вследствие этого на поверхности рядка образуется рыхлый мульчированный слой почвы, уменьшающий испарение почвенной влаги.

Особенность работы катков такого типа состоит в том, что при изменении

угла атаки а сферических дисков 11 плоскость наибольшего давления на почву, создаваемого дисками, смещается от первоначального положения на расстояние А (рис. 3). В этом случае процесс формирования гребня протекает некачественно, то есть происходит частичное разрушение гребня и недостаточное его уплотнение. Для того, чтобы устранить этот недостаток, в предложенной конструкции предусмотрено совмещение плоскостей наибольшего давления на почву сферических дисков 11 и колец 16. Эту регулировку осуществляют смещением оси 15 вместе с кольцами 16 в горизонтальной плоскости на расстояние А.

Смещение оси колец в горизонтальной плоскости А можно определить следующим образом. Рассмотрим случай, когда плоскость А - А проходит через сферический диск диаметром D и радиусом сферической поверхности R горизонтально на высоте h от поверхности почвы (рис. 4, а). Разрез диска в плоскости А - А будет иметь вид кругового сегмента (рис. 4, б).

Радиус кругового сегмента R1 можно определить из прямоугольного треугольника AA1F2:

R = R■cos(arcsin(R)) . (1)

Точка F2 является точкой максимального давления со стороны сферического диска на почву (рис. 4, б). При повороте сферического диска относительно вертикальной оси, то есть при изменении угла атаки диска а, положение точки максимального давления на почву изменяется и смещается (точка F3).

Рис. 3. К определению смещения 2 оси колец катка-гребнеобразователя при изменении угла атаки дисков а: а - угол атаки а равен нулю; б - угол атаки а, отличный от нуля

Нива Поволжья № 1 (14) февраль 2010 51

A-A

a .VI

ш

Ai A, B, >•1

Ail «L Jc

R\ Fi

а б

Рис. 4. Схема сферического диска (вид спереди), когда секущая плоскость проходит горизонтально на высоте h от поверхности почвы: а - сферический диск; б - разрез диска на высоте h

Для того, чтобы определить смещение А, проведем касательную ВР3, перпендикулярную оси у1, к дуге окружности радиусом R1 с центром в точке А2. Положение точки Р3 определяется точкой касания дуги окружности и касательной ВР3.

Смещение точки максимального давления на почву от первоначального положения при установке диска на угол атаки а

А = В^3 - ВС. (2)

Из прямоугольного треугольника А2ВР3 определим катет ВР3:

где в - угол между A2N и А2Оь град.

ON

Угол в = arcsin—— = arcsin

И A2N

01 N

~rT

(8)

Для того, чтобы определить 01М, рассмотрим прямоугольный треугольник 001М (рис. 5): 0N=D/2, а ОО1 = (0/2) - ^

Тогда сторона 01N = D ■ cose,

(9)

• 00i

угол в = arcsin-1 = arcsin

ON

(D/2) - h D/2

BF3 = R1 ■ tga =

= R ■ tga ■ cos I arcsin

= arcsin I 1 -

2h ~D

D - 2h 2R

(3)

Определим ВС из прямоугольного треугольника ОВС:

ВС = О1В ■ sin a .

Гипотенуза этого треугольника

О1В = А2 В - А2О1. Определим длину отрезка А2В:

D - 2h ) 2 R )

R ■ cos I arcsin

А2 В =-

cosa

Так как А2О1 = A-¡0-¡, а A2N = Rb то

А2О1 = А2N ■ cos в = R1 ■ cos в =

R ( . D-2h)

= R ■ cos I arcsin-I ■ cos в ,

l 2R )

(4)

(5)

(6)

Рис. 5. К определению угла в

После соответствующих подстановок и математических преобразований выражение (7) для определения А201 примет вид:

а

n I • D -АО. = R ■ cos I arcsin-

^ 1 1 2R

x cos

(D /2) cos I arcsin 11-

arcsin-

„ . . D - 2h

R ■ cos I arcsin-

1 2R

. (11)

Подставляя в выражение (5) выражения (6) и (11), получим:

O.B =■

и i • D - 2h

R ■ cos I arcsin-

2R

cosa

с i • D - 2h

-R ■ cos I arcsin-

' 2R

x cos

(D/2)cos| arcsin11-

arcsin-

„ . . D - 2h

R ■ cos I arcsin-

1 2R

(12)

Подставив выражение (12) в формулу (4), определим ВС. Тогда смещения А относительно оси у1 будет равно

, „ ( ■ D - 2h

Я = R ■ tga ■ cos I arcsin

R ■ cos I arcsin

D - 2h 2R

2R

- R ■ cos I arcsin

D - 2h

2R

: cos

(D/2)cos| arcsinj 1-^

arcsin-

R ■ cos I arcsin

D - 2h 2R

sin a

(13)

После соответствующих математических преобразований формула (13) окончательно примет следующий вид:

„ 1 ( 4К2 - Б2 + 4Бк - 4к2 Л °'5

1 = - КI-2-I х

2 I К2 )

/ 4R2 - D2 ^0,5 ^ 14R2 - D2 + 4Dh - 4h2 J ^

sin a

(14)

Анализ выражения (14) показывает, что смещение А оси вместе с кольцами в горизонтальной плоскости зависит от конструктивных параметров диска и угла атаки.

После подстановки значений угла атаки а = 0...300 сферического диска диаметром й =0,45 м, радиусом кривизны Я = 0,557 м при высоте гребня Л = 0,09 м в выражение

(14) получены значения смещения А, которые приведены в таблице.

Смещение А оси колец в зависимости от изменения угла атаки диска а

а, град. 0 5 10 15 20 25 30

А, м 0 0,044 0,089 0,132 0,174 0,215 0,255

На рис. 6 приведена зависимость смещения А оси колец в горизонтальной плоскости от изменения угла атаки диска а, которая описывается уравнением (14).

21 24 27 а, град.

Рис. 6. Зависимость смещения А оси колец от угла атаки диска а

Таким образом, разработанная конструкция катка-гребнеобразователя способна обеспечить выполнение агротехнических требований при посеве пропашных культур и в результате обеспечить повышение их урожайности. Для обеспечения лучшего качества работы катка ось прикатывающих колец необходимо при изменении угла атаки а сферических дисков сместить на расстояние 1, которое зависит от конструктивных параметров и угла атаки диска.

Литература

1. Патент РЫ № 62765. Каток-гребнеоб-разователь / В. И. Курдюмов, Е. С. Зыкин, И. А. Шаронов. - Опубл. 10.05.2007 г., Бюл. № 13.

2. Патент РЫ № 2347338. Каток-гребне-образователь / В. И. Курдюмов, И. А. Шаронов. - Опубл. 27.02.2009 г., Бюл. № 6.

Нива Поволжья № 1 (14) февраль 2010 53