Обоснование конструктивно-режимных параметров режущего аппарата двойного среза стеблей с бесконечно несущим приводом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

дерновым покровом и др.), целесообразно компенсировать наличие шин повышенной проходимости специальными техническими устройствами для повышения тягово-сцепных качеств автотракторной техники [11].

Литература

1. Горшков Ю.Г. Повышение эффективности функционирования системы «дифференциал-пневматический колёсный движитель — несущая поверхность» мобильных машин сельскохозяйственного назначения: дисс. ... докт. техн. наук. Челябинск, 1999. 311 с.

2. Бойков В.П., Белковский В.Н. Шины для тракторов и сельскохозяйственной техники. М.: Агропромиздат, 1988.

3. Бидерман В.Л. и др. Автомобильные шины (конструкция, расчёт, испытание, эксплуатация). М.: Госхимиздат, 1963. 384 с.

4. Новопольский В.И. Экспериментальное исследование потерь на качение автомобильного колеса // Автомобильная и тракторная промышленность. 1954. № 1.

5. Агейкин А.С. Исследование работы шин переменного давления на деформируемом грунте // Проблемы повы-

шения проходимости колёсных машин: сб. ст. АН СССР. М., 1959.

6. Горшков Ю.Г., Калугин А.А. Обоснование и разработка электронного прибора для исследования энергетических потерь в пневматических шинах // Научное обозрение. 2015. № 7. С. 262-271.

7. Ларин А.А., Арефин Ю.В. Исследование деформирования шины при её стационарном прямолинейном качении по дороге // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2011. Вып. 55.

8. Балакина Е.В., Зотов Н.М., Доютов В.А. Общая методика исследования деформаций автомобильной шины с применением фотограмметрии // Молодой учёный. 2015. № 6. С. 120-123.

9. Датчик давления «Метран-100». Руководство по эксплуатации СПГК.5070.000.00 РЭ. Челябинск, 2012.

10. Белковский В.Н. и др. Шины для сельскохозяйственной техники: справочное издание. М.: Химия, 1986.

11. Лимарев А.С. Повышение эффективности производства на основе внедрения инновационной стратегии предприятия / А.С. Лимарев, А.Б. Моллер, Е.Г. Касаткина, С.В. Зотов,

М.М. Константинов, И.Н. Глушков // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 4 (54). С. 69-72.

Обоснование конструктивно-режимных параметров режущего аппарата двойного среза стеблей с бесконечно несущим приводом

А.П.Ловчиков, д.т.н, профессор, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ

Для повышения эффективности процесса прямого комбайнирования зерновых культур целесообразно осуществлять двойной срез стеблестоя с образованием промежуточного продукта соломины за счёт использования в комбайновой жатке режущего аппарата, в котором режущие элементы в процессе среза стеблей совершают прямолинейное поступательное движение [1—3].

Цель исследования — установить взаимосвязь между конструктивными и режимными параметрами режущего аппарата. В процессе исследования решали следующие задачи: выявление закономерностей и зависимостей, характеризующих взаимосвязь между конструктивно-режимными параметрами режущего аппарата; определение влияния основных конструктивных параметров на режимы работы режущего аппарата с бесконечно несущим приводом.

Материал и методы исследования. Исследование базируется на общепринятых методических положениях математического анализа.

Результаты исследования. В режущем аппарате с прямолинейным поступательным движением режущих элементов (рис. 1) обеспечивается постоянная скорость резания на всей площади среза и постоянный угол наклона режущих кромок элементов в течение всей фазы резания, что оказывает положительное влияние на качество среза [4]. Кроме того, режущая кромка нагружена одинаково в течение фазы резания, что создаёт благоприятные условия для работы режущего аппарата.

Относительную скорость (¥Р, м) режущего элемента можно определить из выражения [4, 5]:

Vp >/vKp -VM,

(1)

где Укр — критическая скорость резания пшеницы, м/с;

УМ — рабочая скорость зерноуборочного комбайна, м/с.

Режущие элементы

Рис. 1 - Схема режущего аппарата с двойным срезом стеблей

78

При этом оптимальный кинематический режим работы режущих элементов такого типа режущего аппарата определяется из условия, что отсутствует отгиб растений тяговыми ветвями, несущими режущие элементы.

Исходя из этого условия, расстояние между режущими элементами (Я), или шаг режущей части (?, м), можно найти из зависимости:

К

г - Ь ■ (^а + у-),

У м

(2)

Я - V ■ —

°м _ у м ' ю

(3)

^ - 2п г ■ Ь + Ь ■ Ям ■ tg а',

(5)

Тогда

2л ■ г ■ Ям -Ь ■ Ям ■ tgа' - 2л ■ г ■ Ь; Ям ■ (2п г - Ь ■ tgа ) - 2п г ■ Ь.

2п ■ г ■ Ь

Ям -

(2пг-Ь ■tgа')

(6)

30

Ранее было получено, что Ям ---Ум . Исходя

п

из этого выражение (6) можно записать как:

где к — высота режущей кромки, м;

а — угол наклона режущей кромки элемента, град. Для скользящего среза а = 60—70° [4, 5].

Во время скашивания зерновых культур жаткой комбайна осуществляется подача режущего аппарата (£М), т.е. перемещение машины за один оборот вала привода режущего аппарата. При этом точка несущей ветви режущих элементов переместится на величину 2пг, где г — радиус звёздочки привода тяговых ветвей режущего аппарата, м.

Подача режущего аппарата (£М, м) может быть найдена из выражения:

V ■ 30 -

г М

2п ■г■Ь

или

Ум -

п (2п ■г - Ь ■ tg а')

2к ■г■Ь■п 30 ■ (2п ■ г - Ь ■ tgа 'У

(7)

где — подача режущего аппарата, м;

ю — угловая скорость привода режущих элементов, рад/с.

я- п 30

При этом ю--, тогда Ям ---Ум,

30 п

где п — частота вращения звёздочки привода, с-1.

Ход (Бр, м), или перемещение режущего элемента за один оборот звёздочки привода, равен

= 2- п - г,

где г — радиус звёздочки, м.

При этом скорость режущих элементов за один оборот звёздочки привода режущих элементов равна:

ЯР -п тг 2■ я■ г ■п УР - — или УР --. (4)

Р 30 Р 30

Площадь подачи стеблей в этом случае можно выразить как ¥п = 2п • г • Бм.

Тогда площадь пробега режущего элемента режущего аппарата равна:

где п — частота вращения звёздочки привода режущего аппарата, с-1.

Из выражения (7) видно, что на рабочую скорость (КМ) комбайна в большей степени влияет такой конструктивный параметр режущего аппарата, как высота режущей кромки элемента и кинематический режим его работы. Радиус звёздочки привода режущего аппарата практически не оказывает существенного влияния на рабочую скорость движения комбайна.

Тогда шаг (?, м) режущей кромки режущих элементов можно записать как:

t - Ь

^а + -

V

2п ■ г ■ Ь ■ п

(8)

где г — радиус звёздочки привода тяговых ветвей режущего аппарата, м;

а — угол заточки режущей кромки режущего элемента, град; а' = 20°.

Согласно ранее опубликованным работам во время выполнения процесса среза стеблей должно выполняться условие ¥= Епр [4, 5], т.е.:

2п ■ г ■ ЯМ - 2п ■ г ■ Ь + Ь ■ ЯМtgа'.

Произведём преобразование данного равенства в следующий вид:

(2п ■ г-Ь tg а) 30 где УР — поступательная скорость режущих элементов, м/с.

Результаты расчётов по выражению (8) показали, что шаг (?) режущей кромки элементов практически не зависит от конструктивных параметров (г и к).

Графические зависимости (рис. 2), полученные на основе выражения (8), свидетельствуют, что с увеличением рабочей скорости движения (¥М) комбайна шаг (?) между режущими кромками должен быть уменьшен независимо от кинематического режима работы режущего аппарата.

Так, с увеличением рабочей скорости комбайна с 1,4 до 2,8 м/с необходимо шаг между режущими элементами уменьшать с 29,4 до 16,3 мм при частоте вращения привода 640 с-1 и с 36,0 до 19,5 мм при частоте вращения привода до 800 с-1. Кроме того, шаг между режущими элементами может быть увеличен при повышении их поступательной скорости после значения свыше 8,0 м/с.

В выражении (6) показатель (п) согласно выражению (3) можно выразить:

п -

-30 2я^ г

Тогда

Ум -

V 30

2п ■ г ■ Ь -

_2п ■ г

30 ■(2^ г - Ь ■tgа )

(9)

I ММ

50 40 30 20 ю

ш

1.9

гв

Ун, м/с

1 - при г =0,05 м, УР=6,7 м/с, к = 0,055 м;

2 - при г =0,05 м, Ур = 8,3 м/с, к = 0,055 м

Рис. 2 - Изменение шага ({) режущей кромки в зависимости от рабочей скорости комбайна (Ум)

Рис. 3 - Взаимосвязь между рабочей скоростью комбайна (УМ) и поступательной скоростью режущего элемента (Ур)

Произведём преобразование выражения (9) в следующий вид:

V •30

30 • (2пг - к • tgа ) •¥М = 2пгк -.

2пг

Произведя сокращение правой части по (2л • г), получим:

30 • (2п • г - к • tg а') •УМ = 30 • к •Ур. В окончательном виде получим:

= Ум ■ (2п г -к^а■)

Ур = к •

(10)

У =■

у м

УР •к

комбайна. После точки их пересечения на первый план выходит фактор поступательной скорости (УР) режущего элемента в области повышения часовой производительности комбайнов.

Известно, что часовая производительность комбайна равна:

К = 0,36 • НУ, • т„

(12)

Величину (Ум) в выражении (12) можно выразить через уравнение (11), тогда:

т. = 0,36 • я

Ур •к

(2пг - к•tgа')

•Тс

(13)

Из уравнения (10) следует, что поступательная скорость (УР) режущего элемента прямо пропорциональна рабочей скорости (Ум) комбайна, радиусу (г) звёздочки привода режущих элементов и обратно пропорциональна высоте режущей кромки (к) режущих элементов.

Исходя из выражения (10), установим взаимосвязь между рабочей скоростью (Ум) комбайна и поступательной скоростью режущих элементов (УР). При этом величина рабочей скорости (Ум) комбайна может быть найдена из выражения:

(11)

(2п г - к • tgа') Результаты расчётов по выражениям (10) и (11) с одновременным изменением конструктивных параметров (г и к) режущего аппарата отражены на рисунке 3.

Из рисунка 3 следует, что с увеличением значений параметров (г и к) режущего аппарата при постоянном кинематическом режиме п = 640 с-1 (УР =6,7 м/с) следует снижать рабочую скорость (Ум) комбайна. Одновременное увеличение значений параметров (г и к) режущего аппарата характеризует увеличение поступательной скорости (УР) режущего элемента. Зависимости рисунка 3 свидетельствуют, что при малых значениях параметров (г и к) более значим фактор рабочей скорости движения (Ум)

Из выражения (13) следует, что часовая производительность комбайна прямо пропорциональна поступательной скорости режущего элемента (УР) режущего аппарата.

Выводы. Установлена взаимосвязь между рабочей скоростью движения комбайна и поступательной скоростью режущих элементов через конструктивно-режимные параметры режущего аппарата. Так, с увеличением рабочей скорости комбайна с 1,4 до 2,8 м/с необходимо шаг между режущими элементами уменьшать с 29,4 до 16,3 мм при частоте вращения привода 640 с-1 и с 36,0 до 19,5 мм при частоте вращения привода до 800 с-1. Кроме того, что шаг между режущими элементами может быть увеличен при повышении их поступательной скорости после значения свыше 8,0 м/с.

Теоретические изыскания показывают, что режущий аппарат двойного среза стеблей должен иметь два режима работы по частоте вращения привода, это 640 и 800 с-1. В этом случае шаг расстановки режущих элементов целесообразно выбирать исходя из максимальной рабочей скорости движения комбайна и минимальной частоты вращения привода рабочих элементов, т.е. Ум=2,8 м/с и п = 640,0 с-1.

Выявлено, что наиболее существенно изменяются скорости как рабочая комбайна, так и

поступательная режущих элементов при варьировании значениями конструктивных параметров (г и к) в диапазоне г е (0,05—0,075) м и к е (55—60) мм, что практически обеспечивает образование промежуточного продукта соломины стебля с технологическим параметром по длине в диапазоне 0,10—0,15 м.

Из вышеизложенного вытекает следствие, что в перспективе целесообразно разрабатывать жатку как адаптер комбайна в виде технологического модуля, в котором обеспечивается изменение технологических свойств зерновых культур по такому показателю, как соотношение соломы и зерна по массе перед подачей в молотильный аппарат.

Литература

1. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Иксанов Ш.С. Методический подход к разработке процесса прямого комбайнирования зерновых культур с двойным срезом стеблей // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 2 (52). С. 87-90.

2. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Иксанов Ш.С. Теоретический аспект технологического процесса прямого комбайнирова-ния зерновых культур с двойным срезом стеблей // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 3 (53). С. 92-95.

3. Ловчиков А.П., Минин П.С. К обоснованию конструктивных параметров режущего аппарата бесподпорного резания для комбайновых жаток с поступательным движением режущих элементов // Вестник Красноярского агроуниверситета. 2013. Вып. 8. С. 161-167.

4. Долгов И.А. Уборочные сельскохозяйственные машины (конструкция, теория и расчёт). Красноярск: Изд-во Крас-ГАУ, 2005. 724 с.

5. Босой Е.С. Режущие аппараты уборочных машин. М.: Машиностроение, 1967. 167 с.

Энергетическая и агротехническая оценка работы плугов с ромбовидными и серийными рабочими органами

Б.Н. Нуралин, д.т.н., профессор, С.В. Олейников, к.т.н., НАО Западно-Казахстанский АТУ; АЖ Мурзагалиев, к.т.н, РГП Актюбинский ГРУ; М.М. Константинов, д.т.н., профессор, И.В. Трофимов, аспирант, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Для объективной оценки энергетических и агротехнических показателей работы плугов с ромбовидными и серийными рабочими органами были проведены испытания пахотных агрегатов, состоящих из трактора Т-150К, оборудованного измерительной аппаратурой, и плуга ПЛП-6-35, на котором менялись рабочие органы. В обоих вариантах плуг работал без предплужников. При испытаниях измеряли общее тяговое сопротивление плуга, скорость движения агрегата, время опыта, частоту вращения вала двигателя, расход топлива [1-3].

Условия испытаний показаны в таблице 1. Результаты сравнительных испытаний по энергозатратам представлены в таблице 2.

Анализ полученных данных свидетельствует, что тяговое сопротивление плуга с ромбовидными корпусами меньше, чем у серийного, почти на 10% [4]. За счёт снижения тягового сопротивления снизилось буксование трактора и повысилась рабочая скорость с 2,13 до 2,25 м/с. Увеличение скорости движения агрегата обеспечило прирост его производительности на 5,4%. Затраты мощности на перемещение плуга с опытными рабочими органами уменьшились по сравнению с серийными на 4,92%. Сокращение затрат мощности на пахоту и рост производительности обусловили снижение погектарного расхода топлива для опытного агрегата на 11,09%.

Одновременно с оценкой опытного плуга по энергозатратам проводили и агротехническую оценку, результаты которой сведены в таблицу 3.

1. Условия проведения испытаний

Показатель Значение показателя

Вид работы вспашка зяби

Тип почвы и название её чернозём, выщелоченный,

по механическому составу среднесуглинистыи

Рельеф ровный

Микрорельеф слегка волнистый

Влажность почвы, %

в слоях х10-2 м

0-10 20,4

10-20 18,2

20-30 18,0

среднее значение 18,9

Твёрдость почвы, МПа

в слоях х10-2 м

0-10 1,45

10-20 2,47

20-30 3,00

среднее значение 2,30

Плотность почвы, кг/м3

в слоях х10-2 м

0-10 1,40

10-20 1,45

20-30 1,54

среднее значение 1,46

Количество пожнивных

остатков на 1 м2

штук 475

х10-3 кг 585

Высота пожнивных 0,20-0,25

остатков, м

Количество сорняков на 1 м2

штук 35

х10-3 кг 47

Высота сорняков, м 0,20-0,25

Ботанический состав овсюг

сорняков

Агрофон стерня пшеницы

Предшествующая вспашка зяби (глубина 0,25-

обработка 0,27 м), ранневесеннее за-

крытие влаги, посев, уборка