CC BY
20
УДК 635.21
А. И. Дерепаскин
КИНЕМАТИКА ДВИЖЕНИЯ ДВОЙНОГО ПРУТКОВОГО КАТКА РАЗНОГО ДИАМЕТРА ПО ДЕФОРМИРУЕМОМУ ОСНОВАНИЮ
КОСТАНАЙСКИЙ ФИЛИАЛ ТОО «КАЗАХСКИЙ НИИ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА»
Derepaskin A. I.
KINEMATICS OF MOVEMENT OF DOUBLE BAR RUNNIG ROLLER OF DIFFERENT
DIAMETER ON THE DEFORMABLE BASIS KOSTANAY AFFILIATE OF LLP "KAZAKH RESEARCH INSTITUTE OF MECHANIZATION AND ELECTRIFICATION IN AGRICULTURE"
Показано, что при качении катков разных диаметров по деформируемому основанию без скольжения и буксования качество крошения определяется соотношением радиусов барабанов, диаметров прутков и шагом между ними. Следовательно, при выборе соответствующих параметров барабанов можно получать необходимое крошение поверхностного слоя.
Использование полученных зависимостей с учетом требуемого качества рыхления и уплотнения поверхностного слоя и режима движения прутковых катков разного диаметра, имеющих жесткую кинематическую связь, позволяет определить необходимые параметры катков.
Ключевые слова: рыхление почвы, кинематика, катки, диаметр, режим движения.
Алексей Иванович Дерепаскин
Alexey Ivanovich Derepaskin доктор технических наук, заведующий лабораторией Казахстан, 110011, г. Костанай, пр. Абая, 34
E-mail: [email protected]
Введение. Определяющим фактором повышения урожайности зернофуражных и кормовых культур в засушливых степных и лесостепных зонах является продуктивная влага в корнеобитаемом слое. Создание условий для накопления и сохранения почвенной влаги возможно за счет создания мелкой комковатой структуры поверхностного слоя при максимальной сохранности стерни или других пожнивных остатков [1, 2].
Большинство современных почвообрабатывающих орудий комплектуются устройствами для дополнительного крошения, уплотнения и выравнивания поверхностного слоя. Среди предложенных устройств наибольшее применение получили прутковые или решетчатые спаренные катки разного диаметра, установленные на общей раме [3]. Взаимодействие прутка переднего катка с почвой состоит из
It is shown that when running rollers of different diameters make rolling motion on the deformable basis without sliding and slipping quality of dyeing is determined by a ratio of radiuses of drums, diameters of bars and by a step between them. Therefore, at a choice of the corresponding parameters of drums it is possible to receive necessary dyeing of a blanket.
Use of the received dependences taking into account demanded quality of loosening and consolidation of a blanket and the mode of movement of bar runnig rollers of the different diameter having rigid kinematical communication, allows to determine necessary parameters of runnig rollers.
Keywords: soil loosening, kinematics, runnig rollers, diameter, movement mode.
трех фаз: дробление крупных комков на поверхности, уплотнение и рыхление обрабатываемого слоя. Фаза дробления крупных комков почвы на поверхности начинается с момента соприкосновения его с прутком и продолжается до момента разрушения. Фаза уплотнения начинается с момента вхождения прутка в обрабатываемый слой и продолжается до перемещения его в крайнее нижнее положение. Третья фаза, т. е. фаза рыхления, начинается после фазы уплотнения и продолжается до момента выхода прутка из обрабатываемого слоя. Характер взаимодействия прутков второго катка меньшего диаметра с почвой аналогичный, с тем отличием, что прутки второго катка обрабатывают поверхностный слой на меньшую глубину, чем прутки первого катка большего диаметра.
Методика. Качество выполнения технологического процесса на всех фазах взаимодействия прутков с почвой определяется режимом движения катков. Сделаем допущение, что катки движутся по деформируемому основанию с постоянной скоростью, равной поступательной скорости агрегата. Тогда движения двойного катка разных диаметров может быть представлено в виде двух расчетных схем, характеризующихся условиями взаимодействия с обрабатываемым слоем.
Первая расчетная схема рассматривает движение катков по деформируемой поверхности без скольжения
Инженерно-техническое обеспечение
Вестник Курганской ГСХА № 1, 2013 сельского хозяйства
и буксования барабанов, что является характерным режимом работы в составе орудий для основной обработки стерневых фонов и пласта многолетних трав.
Вторая расчетная схема рассматривает движение катков по деформируемому основанию при скольжении (юзе) прутков катка меньшего диаметра. Такой режим движения является характерным при работе в составе орудий для предпосевной и основной обработки на рыхлых, легких по механическому составу, нормальной влажности, почвах.
Результаты. Рассмотрим кинематику движения катка по первой расчетной схеме. При повороте катка большего диаметра на угол фб его ось переместится из положения I в положение II, а точка А, характеризующая положение прутка на ободе, займет положение, отмеченное точкой А в соответствии с рисунком 1. Примем за начало координат точку С - точку мгновенного центра вращения катка, а ось направим в сторону движения. Тогда координата Хб точки А может быть представлена как разность расстояний СА1 и СД. Так как каток большего диаметра катится без скольжения и буксования, то расстояние СА1 равно дуге СА, следовательно, равно гб • фб Расстояние СД равно r6 • sin фб
ТогдаХб будет равно:
Хб = гб • (Фб - sin4
(1)
Гб • (1 - cosq
(2)
в следующем виде:
Хм = r *(т - sinrn )
м ' ' м ' м
Ym = гм •(! - cospм) ,
(3)
(4)
где гб - радиус катка большего диаметра.
Координату Уб точки А можно представить в виде разности ОС и ОГ. Расстояние ОС = гб, а ОГ = г6 • cosфб. Тогда, подставляя значения ОС и ОГ в уравнение, получим:
где гм - радиус катка меньшего диаметра;
Фм - угол поворота катка меньшего диаметра.
Как видно из выражений (3) и (4), пруток катка меньшего диаметра описывает укороченную циклоиду. Максимальный размер почвенных фракций на поверхности поля будет равен расстоянию между бороздками, образуемыми прутками катков меньшего диаметра. При качении катков разных диаметров по деформируемому основанию без скольжения и буксования качество крошения определяется соотношением радиусов барабанов, диаметров прутков и шагом между ними. Следовательно, при выборе соответствующих параметров барабанов можно получать необходимое крошение поверхностного слоя.
Кинематика движения катков по деформируемому основанию с некоторым скольжением прутков отличается от рассмотренной выше наличием смещения прутков по ходу за счет деформации смятия почвы.
Как известно, качение жесткого колеса по деформируемой поверхности с некоторым скольжением можно представить в виде качения без скольжения колеса условного радиуса г , под которым понимается кинематический радиус, т. е. радиус условной окружности, которая катится по основанию без скольжения [4].
При повороте катка большего диаметра условного радиуса гкб на угол фб его ось переместится из положения I в положение II, а точка Б, характеризующая положение прутка на ободе колеса условного радиуса, займет положение БПри этом кривая ББ1 будет траекторией точки Б, в соответствии с рисунком 2. А так как каток перекатывается по деформируемому основанию с некоторым скольжением, то мгновенный центр поворота сместится из точки С в точку С1.
Рисунок 1 - Траектория прутков катков при качении по деформируемому основанию без скольжения и буксования
Таким образом, уравнение движения прутка катка большего диаметра (точка А) в параметрической форме описывается выражениями (1) и (2), представляющими собой обыкновенную циклоиду. Аналогично, уравнения движения прутка катка меньшего диаметра в параметрической форме можно представить
Рисунок 2 - Траектории прутков катков при качении по деформируемому основанию со скольжением
б
Тогда точка А, характеризующая положение прутка на ободе катка большего диаметра, займет положение точки А а расстояние А]А2 будет определять величину деформации обрабатываемого слоя прутками катка большего диаметра.
Примем за начало координат точку С, заменим радиус условной окружности на радиус катка большего диаметра и скольжение его прутков, тогда координаты Хби Уб точки А определятся по выражениям:
Хв = гв '(Ф^в + sin4
Гб '(1
cos>
Фб)
(5)
(6)
где £б - скольжение (юз) прутков катка большего диаметра.
Как видно из уравнения (6), пруток катка большего диаметра при движении его по деформируемому основанию со скольжением описывает удлиненную циклоиду.
Аналогично, координаты прутка катка меньшего диаметра определяются по выражениям:
Х = r '(ф s + siПф )
м м 1 ' м м ' м
Y = r '(1 - еоиф )
м м м
(7)
(8)
где £м - скольжение (юз) прутков катка меньшего диаметра.
Как видно из уравнения (8), пруток катка меньшего диаметра при движении его по деформируемому основанию со скольжением описывает также удлиненную циклоиду.
Так как катки вращаются на своих осях, которые жестко связаны между собой, а поворот каждого из них происходит относительно своего мгновенного центра, то скольжение прутков катка меньшего диаметра может быть определено по выражению:
*м = К (1+sJ - 1
(9)
Расчеты, выполненные по уравнениям (7-9) показывают, что с увеличением скольжения прутков наружного барабана пропорционально возрастают скольжение прутков внутреннего барабана и продольные координаты прутков. По абсолютной величине продольная координата прутков наружного барабана меньше, чем внутреннего при равном расстоянии между ними. Максимальный размер почвенных фракций в обрабатываемом слое определяется расстояниями между бороздками на поверхности поля. Чем больше соотношение радиусов катков и шаг между прутками, тем длиннее расстояние между бороздками на поверхности поля.
Выводы. Таким образом, используя полученные зависимости с учетом требуемого качества рыхления и уплотнения поверхностного слоя и режима движения прутковых катков разного диаметра, имеющих жесткую кинематическую связь, можно определить необходимые его параметры.
Список литературы
1 Возделывание кормовых культур на солонцах / В. И. Михайличенко, Н. К. Асанбаев, Л. Ф. Кис-ляков [и др.]. - Алма-Ата: Кайнар, 1984. - 91 с.
2 Власенко А. Н. Ресурсосберегающая технология производства зерна в условиях Сибири // Достижения науки и техники АПК. - 2004. - № 5.
- С. 35-37.
3 Мульчирующий культиватор Centaur Super фирмы AMAZONE, AMAZONE WERKE H. Рекламный проспект. Postfach.51. - 33 с.
4 Горячкин В. П. Теория колеса. Собр. соч. - М.: Колос, 1965. - Т. 2. - С. 214-242.
5 Полетаев А. Ф. Основы теории сопротивления качению и тяги жесткого колеса по деформируемому основанию.- М.: Машиностроение, 1971.
- 67 с.
где К = г6 / гм - коэффициент, равный отношению радиуса катка большего диаметра к радиусу катка меньшего диаметра.
в
