Обоснование конструктивно-технологических параметров реактивного зубового диска рабочего органа следоразрыхлителя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.431

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕАКТИВНОГО ЗУБОВОГО ДИСКА РАБОЧЕГО ОРГАНА СЛЕДОРАЗРЫХЛИТЕЛЯ

Ю. А. Савельев, канд. техн. наук., доцент

ФГОУ ВПО «Самарская ГСХА», г. Кинель, т. 8-927-001-75-63, E-mail: Juri. Savelev@mail. ru

Выполнено теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров реактивного зубового диска комбинированного рабочего органа следоразрыхлителя тракторов: радиус его окружности, координаты его центра, окружная скорость, число зубьев в зависимости от свойств почвы, глубины обработки и параметров профиля поверхности обрабатываемого слоя.

Ключевые слова: слероразрыхлитель, рабочий орган, реактивный зубовый диск, конструктивно-технологические параметры

При разуплотнении уплотненной почвы по следам сельскохозяйственных машин, особенно тракторов, в период весенне-полевых работ применяются следоразрых-ляющие устройства с комбинированными рабочими органами, состоящими из отдельных элементов. Одним из лучших сочетаний отдельных рабочих органов является применение рыхлителей с реактивными зубовыми дисками.

Для оптимизации их конструктивно-геометрических параметров рассмотрим процесс рыхления уплотненной почвы в следе трактора. При этом над лапкой-рыхлителем образуется профиль поверхности почвы АМК. Данный профиль имеет четко вы-

раженный максимум по высоте. В горизонтальном направлении почва деформирована и разрыхлена впереди и сверху лапки-рыхлителя - чему соответствует выгнутый кверху профиль АМ с максимумом в точке М, а далее образуется менее выпуклая поверхность МК с точкой К пересечения с поверхностью поля (рисунок).

На участке профиля АМ вектор абсолютной скорости частицы почвы направлен вверх под углом по ходу клина (лапки-рыхлителя) до достижения максимума высоты в точке М, где вектор абсолютной скорости направлен горизонтально. На участке МК вектор абсолютной скорости меняет своё направление, где частица почвы

Схема взаимодействия реактивного зубового ротора с пластом почвы

Нива Поволжья № 3(8) август 2008 67

движется к поверхности почвы по ходу движения под углом, величина которого изменяется до точки К.

Установка зубового диска, безусловно, даёт эффект рыхления почвы в сочетании с лапкой-рыхлителем. Наиболее рационально, с этой точки зрения, использовать зубовый диск с минимальным сгруживанием почвы и возможностью использовать энергию движущегося пласта почвы. Поэтому целесообразно применять зубовый диск в интервале профиля поверхности пласта почвы после точки М, используя ту часть его кинетической энергии, вектор действия которой совпадает с направлением вращения реактивного зубового диска.

Предположим, что для работы зубового диска без сгруживания должно выполняться условие, когда время, необходимое на поступательное перемещение зубового диска на расстояние 5д, равно времени движения конца зуба по дуге МК:

'п 'В 0)

где 'П - время, необходимое для перемещения зубового ротора на расстояние 5д;

'В - время, необходимое для поворота зубового диска на угол др, соответствующий дуге окружности МК.

Время 'П и 'В определяем по формулам:

(2)

а с Ь ё

V V

гРО га

V

(3)

ОДР

где ^ДР - окружная скорость диска реактивного, м/с.

Для определения величин 5д и I МЖ проведём следующее аналитическое исследование. Прямая МК имеет относительно координатных осей х у координаты точек: М (а, Ь) и К (с, ф. Параметры а, Ь, с, d определяются экспериментально для выбранного диапазона глубин рыхления уплотненной почвы в следе.

Уравнение прямой МК может быть представлено следующим образом:

х0 а у0 Ь

ё Ь

(4)

Выразим угловой коэффициент прямой МК относительно оси х:

К

ё Ь

с а

(5)

Найдём координаты середины отрезка МК в точке Ц:

1 —;— . (6)

2 2

Составим уравнение прямой, проходящей через точку Ц перпендикулярно прямой МК:

Ь ё

с а ас

Уо Т~ь Хо

Из уравнения (7) выразим у:

а с

уо _ _Х"

ё Ь

2 ё Ь

(7)

(8)

На прямой (8) располагается центр реактивного зубового диска. Максимальная глубина обработки пласта почвы реактивным зубовым диском составляет ЛРЗ=Ц5 (рисунок). Предположим, что траектория конца зуба реактивного диска проходит через точку 5 с координатами (/ к). Для определения координат точки 5 запишем систему уравнений прямой, перпендикулярной МК в точке Ц, и окружности радиусом г кРЗ с центром в точке Ц:

а с

Уо Т1Хо

Ь ё а2 с2

/ Хо 2 к Уо 2 к

2 ё Ь

2

РЗ

(9)

Решая систему (9), определим координаты точки 5:

/

ё Ь к„

2

Ь ё

~ь~2 а с2"

(10)

2

^ ё Ь

2 2 а с

где ИРЗ - глубина обработки почвы зубом реактивного диска, м.

Выразим величину радиуса зубового диска через его конструктивные параметры и глубину рыхления при её максимальной величине:

Я 1зуба ЯСТ кРЗ

Б1П

Б1П

к Яст, (11)

где к - расстояние между ступицей и поверхностью профиля поверхности почвы.

Допустим, что в процессе работы конец зуба диска проходит по траектории МБК , принадлежащей окружности зубового диска с центром О. Для данной окружности с координатами центра х0 и у0 можно записать:

2 Ь уо 2 Я2

с Хо ё Уо Я2

/ Хо 2 к Уо 2 Я

(12)

Решением данной системы определяют координаты центра х0, у0 окружности и

к

I

68

Технические науки

её радиус Я, т. е. координаты характерных точек профиля поверхности пласта почвы при обработке:

2 2 2 а с Ъ ё ас Ъ ё 4ИрЗ

Уо

R

b d

у]~а ~c~2 b d 2 8hP

(13)

ас ас 2 b d 2 4hp3 ■\j~a ~c~2 b d 2 8hP3

ac 2 b d 2 4hp3 8hm

(14)

(15)

Из АМОК найдём МОК. Зная МОК, можно найти МК с координатами М (а; Ь) К (с; d). Длину прямой МК определим по выражению

I

МК J с а 2 d b 2 .

(16)

Из рисунка очевидно: MO OK R . (17)

Поэтому, по теореме косинусов, из АМОК найдём MOK ^:

МК2 МО2 ОК2 2 МО ОК cos ^ , (18)

МО2 ОК2 МК2 2 МО ОК '

cos I

(19)

.д?р arccos-

2R2 , с a d b

(20)

...........2R2

По выражению (20) определяем вели-

чину угла

, которому соответствует

дуга МЭК зубового диска радиуса Я.

Длина дуги МЭК, с учётом (11), определится:

l MSK R др hP3

sin

h R,

СТ др >

(21)

где др - значение угла , рад.

Подставим в выражение (1) формулы (2) и (3) с учётом (21) и [1], определим окружную скорость реактивного зубового диска:

Количество зубьев в секторе МОК можно определить с учётом агротребований. Предположим, что расстояния между соседними зубьями по линии поверхности пласта МК будут не более допустимого диаметра комков почвы dк:

ёк Ь<2. (24)

Из рисунка выразим угол 1.00 из выражения:

г^^ 00 ёк ёк

ьод аг^оъ агс1§о0Ь аг^ —^— ■

(25)

Определим количество зубьев, находящихся одновременно в работе в секторе МОК:

-др-. (26)

LOQ

arctg

R hP

Необходимое количество зубьев зубового диска с учётом (15) и (25) определим по формуле:

360° 360° пзс - -

ьоо , ё к

аг^ -К—

R К

360°

arctg

d К 8hPg

(27)

ас b d 12hp3

Предлагаемые аналитические выражения позволяют определить конструктивно-технологические параметры реактивного зубового диска: радиус его окружности, координаты его центра, окружную скорость, число зубьев в зависимости от свойств почвы, глубины обработки и параметров профиля поверхности обрабатываемого

слоя почвы.

Литература

1. Синеоков, Г. Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Г. Н. Синеоков, И. М. Панов/ - М.: Машиностроение, 1977. -322 с.

V

Vat 1

sin

cos 90 — hP

sin

sin

sin

h RCT

ОДР

Величина просвета (интервала) между ступицей и поверхностью профиля обрабатываемого пласта определится:

И Я Яст ИРЗ, (23)

Данная величина будет определять возможность работы зубового диска без сгруживания почвы.

(22)

x

0

2

2

К

др

с a

Нива Поволжья

№ 3(8) август 2008

69