CC BY
39
quality of work of the separator carried at cleaning of covered oat Sapsan with base values: content of seeds of the main crop 97.04%, crushed grain 0.15%, husked grains 0.18%, small and feeble grain 2.47%, seeds of other species 6 pcs./kg, 1000 seeds weight 41.28 g. After pneumo-separation purity and germination of the I-st grade seeds rose to values met category OS, II grade - up to category РСt with acceptable losses in the waste. Isolation of heavy and medium seed fractions with use of pneumatic separators increases yield quality and crop capacity. Application of pneumatic separator SP-2F allows to get the I and II grade seeds in one pass, and reduce the discounted costs.
Key words: pneumatic separator, fractionation, seed quality, productivity
References
1. Batalova G.A. Oves, tekhnologiya vozdelyvaniya i selektsiya. [Oats, cultivation technology and breeding]. Kirov, 2000. 206 p.
2. Stepanov G.S., Fadeev A.P., Romanova I.V., Kozin N.I. Effektivnyy sposob povysheniya urozhaynosti i kachestva semyan. [Effective method of increasing productivity and seed quality]. Nauchnye osnovy proizvodstva sel'skokhozyaystvennoy produktsii: Mat. nauch.-praktich. konf. [Scientific basis of production of agricultural goods: Materials of scientific-practical conference]. Saransk, 2006. pp.265-267.
3. Tarasenko A.P., Sheredekin V.V., Tarasenko R.A. Sovershenstvovanie predvaritel'noy obrabotki semennogo
zerna. [Improvement of preliminary treatment of seed grain], Mekhanizatsiya uborki, posleuborochnoy obrabotki i khraneniya: Nauchnye trudy VIM. [Mechanization of harvesting, afterharvesting processing and storage: Scientific articles of VIM], Vol. 148. Moscow, 2003. pp. 148-154.
4. Vologzhanina E.N. Effektivnye priemy vozde-lyvaniya yarovogo golozernogo ovsa v usloviyakh Volgo-Vyatskogo regiona: diss. ... kand. s.-kh. nauk. [Effective methods of cultivation of spring naked oats in conditions of Volga-Vyatka region: PhD Thesis]. Kirov, 2010. 170 p.
5. Burkov A.I., Konyshev N.L., Roshchin O.P. Mashiny dlya posleubo-rochnoy obrabotki semyan trav. [Machines for afret-harvesting treatment of grass seeds]. Kirov: NIISKh Severo-Vostoka, 2003. pp.129-133.
УДК 631.31
Обоснование параметров виброударных пружин культиваторных лап
Бабицкий Леонид Федорович, доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой, Соболевский Иван Витальевич, кандидат техн. наук, доцент, Куклин Владимир Алексеевич, кандидат техн. наук, доцент
Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского», г. Симферополь, Россия
E-mail: [email protected]
Наиболее энергоемкой операцией при возделывании сельскохозяйственных культур является обработка почвы, на которую затрачивается до 40% энергии. В системе мероприятий по снижению энергоемкости почвообрабатывающих машин особое внимание уделяется использованию вибрации рабочих органов, которую можно осуществлять с использованием принудительного привода. Однако затраты энергии на принудительный привод обычно превышают затраты энергии на работу пассивных рабочих органов. Поэтому более целесообразным является придание вибрации упругим почвообрабатывающим рабочим органам за счет переменного сопротивления почвы в соответствии с фазами ее деформации и разрушения. Наиболее эффективным является виброударное воздействие рабочего органа на почву с использованием виброударных самонастраивающихся механизмов. Объектом теоретического исследования выбрана конструкция культиваторной лапы на упругой C-образной стойке, верхняя часть которой выполнена в виде витой цилиндрической пружины с полусферическими ударниками. При обосновании параметров виброударных пружин силовое воздействие рассматривалось с учетом действующего сопротивления почвы. При обосновании параметров конструкции и режимов работы применялись методы теоретической и земледельческой механики, механики сплошной среды, теории упругости, интегрального и дифференциального исчисления. С учетом известной силы сопротивления движению в почве культиваторной лапы с виброударной пружиной и осадке пружины, с учетом радиуса полушаровых ударников на витках виброударной пружины, получены теоретические зависимости для определения основных параметров виброударной пружины: радиус проволоки, радиус виброударной пружины и количество ее рабочих витков. С учетом максимально допустимой нагрузки для изготовления виброударной пружины следует применять пружинную проволоку. Виброударная пружина будет способствовать возникновению автоколебаний.
Ключевые слова: обработка почвы, вибрация, рабочий орган, виброударное воздействие, тяговое сопротивление, полушаровые ударники, диаметр пружины, диаметр проволоки, амплитуда колебаний
Повышение качества процесса крошения почвы и снижение расхода топлива при выполнении агротехнологических операций являются актуальными проблемами в связи с ростом цен на горюче-смазочные материалы. В системе мероприятий по снижению энергоемкости почвообрабатывающих машин особое
внимание уделяется использованию вибрации рабочих органов без использования принудительного привода [1, 2]. Реализация периодических фаз деформации и разрушения почвы позволила обосновать процесс более эффективного виброударного воздействия на почву. Среди различных конструкций почвообраба-
тывающих виброударных механизмов наиболее простыми являются предложенные нами виброударные пружины [3].
Цель исследований - теоретическое обоснование параметров и режимов работы виброударных пружин культиваторных лап.
Материал и методы. Объектом теоретического исследования является конструкция культиваторной лапы на упругой стойке с виброударной пружиной. Предложенный рабочий орган культиватора [3] включает в себя С-образную упругую стойку 1 с лапой 2. Верхняя часть С-образной стойки выполнена в виде витой цилиндрической пружины 3 с полусферическими выступами 4 на нижней плоскости верхнего витка. На верхней плоскости нижнего витка выполнены полусферические выступы 5, а на среднем витке - полусферические выступы 6 (рис. 1).
Рис. 1. Рабочий орган культиватора
В процессе обработки почвы С-образная упругая стойка 1 (рис. 1) за счет витой цилиндрической пружины 3 выполняет колебательные движения в горизонтальной плоскости вследствие действия на лапу 2 переменной силы сопротивления почвы. При этом обеспечивается высокая надежность технологического процесса работы за счет целостности конструкции стойки и, как следствие, снижение изгибающего момента. При периодическом увеличении сопротивления почвы и отклонения С-образной стойки 1 в направлении, противоположном движению рабочего органа культиватора, за счет полусферических выступов 6 возникает удар между ними и верхним витком. Это обеспечивает создание ударных импульсов от полусферических выступов 6, которые передаются на С-образную стойку 1, а потом на лапу 2. Возникает их интенсивная вибра-
ция, которая уменьшает силу трения почвы и растительных остатков по лапе 2. Когда препятствие пройдено, С-образная стойка 1 возвращается в предыдущее положение. В этот момент полусферические выступы 4 и 5 ударяют по виткам витой цилиндрической пружины 3, создавая ударные импульсы, которые передаются на С-образную стойку 1, а потом на лапу 2 и предотвращают накопление почвы на лапе, обеспечивая ее самоочищение. Возникает автоколебательный процесс, интенсивность которого зависит от физико-механических свойств почвы и переменного тягового сопротивления. Использование предложенного рабочего органа культиватора позволит снизить тяговое сопротивление и одновременно повысит эффективность поверхностного рыхления почвы при культивации.
При обосновании параметров конструкции и режимов работы применялись методы теоретической и земледельческой механики, механики сплошной среды, теории упругости, интегрального и дифференциального исчисления.
Результаты и их обсуждение. При обосновании параметров виброударных пружин силовое воздействие рассматривалось с учетом действующего сопротивления почвы.
В результате с учетом расчетной схемы (рис. 2) получена зависимость для определения действующей осевой силы Р в виде:
(1)
Р =
Р ,• в • Ь
Уд .
Я
где р
удельное сопротивление почвы;
в - ширина захвата лапы; к - плечо действия силы сопротивления почвы; Я - радиус пружины.
Радиус полушаровых выступов на витках пружины принимаем равным радиусу поперечного сечения проволоки.
Под действием силы сопротивления Рс культиваторной лапы на виброударную пружину действует осевая сила Р, и виброударная пружина испытывает сложную деформацию, состоящую из деформации кручения под действием крутящего момента Мкр = Рг, и деформацию среза под действием осевой силы Р. При равномерном распределении напряжений среза по поперечному сечению наибольшее касательное напряжение определяется по выражению:
М
т = -
Р Руд • в • к (2Я+1 .
(2)
Ж О ж-г2 • Я \
р ^
где Жр - полярный момент сопротивления; О - площадь поперечного сечения проволоки пружины, г - радиус сечения проволоки пружины.
Рис. 2. Схема виброударной пружины на культиваторной лапе
У винтовых пружин напряжения кручения в 2С раз больше напряжений среза [4]. При этом индекс пружины С определяется как отношение среднего диаметра пружины к диаметру проволоки [4].
Переходя к радиусам, получим выражение для индекса пружины:
с=R.
r
Так как виброударная пружина на витках проволоки имеет полушаровые ударники радиусом r, то вводим понятие приведенной индекса пружины:
с = R
пр 2r '
(3)
Тогда в формуле для напряжения среза влияние кривизны витков можно учитывать приведенным коэффициентом, определяемым по выражению:
4С + 2
К = . (4)
"р 4С„р - 3
Учитывая полушаровую форму ударников радиусом Я, на проволоке пружины приведенный радиус Япр принимаем равным 4Я. При этих условиях полное касательное напряжение определится по формуле:
т =
2Р . • в • h • R
Уд • КПр <[т],
„3
(5)
где [т] - допускаемые напряжения.
Тогда с учетом приведенного индекса пружины Спр из формулы (5) получим выражение для определения необходимого радиуса проволоки пружины в виде:
r = 1,15 •
Р. • в • h • C • К
уд пр пр
[т]
(6)
При рассмотрении пружины на кручение допускаемые касательные напряжения связаны с допускаемыми напряжениями изгиба следующим соотношением [5]: [т] = 0,8[стц ].
При изготовлении виброударной пружины из стали 65Г максимальную допустимую загрузку можно определить по выражению:
[Р] =
к • r3
[т]
2 • K Пр • R 2
(7)
По найденному радиусу проволоки по уравнению (6) и приведенному индексу пружины радиус виброударной пружины определяется по выражению:
R = 2,3,
PA • в • h • C3 • К
- уд
[т]
(8)
Под действием силы происходит деформация и осадка виброударной пружины и при действии скручивания витков используется теория кручения прямого бруса. При скручивании витков сечение а'Ь' поворачивается по отношению к сечению аЬ, находящемуся от него на расстоянии dm (рис. 2). Тогда угол поворота с одного сечения относительно другого определится по формуле:
Р„Л • в • к • Шт
ас = -уд-, (9)
ОТ
где О1р - жесткость пружины при кручении; О - модуль упругости второго ряда (модуль сдвига); 1Р - полярный момент инерции поперечного сечения витков проволоки виброударной пружины.
При круглом сечении витков пружины радиусом г полярный момент инерции определяется по формуле:
4
IP =
к r
2
(10)
к • r
Нижняя часть виброударной пружины при скручивании элемента витка на угол da поворачивается по отношению к центру О сечения элемента витка также на угол da. Нижний конец виброударной пружины под действием приложенной силы Р сместится вдоль
оси виброударной пружины на расстояние, определяемое с учетом уравнения (9) по выражению:
2Р„Л ■ в ■ h ■ R2dm
dS =
_ ^ Уд
ж • r • G
(11)
Интегрируя уравнение (11), получим полное перемещение конца виброударной пружины в следующем виде:
2РЛ ■ в ■ h ■ Я2 ■ l
S = ■
1 Уд
ж • r • G
(12)
где I - длина виброударной пружины определяется по выражению I = 2пЯп, где п - число витков виброударной пружины.
Для обеспечения заданного перемещения виброударной пружины количество рабочих витков определяется из формулы (12) по выражению:
О ■ г4 ■ 5
n =
• в • h • R3
(13)
Выражение (13) для определения количества рабочих витков виброударной пружины учитывает деформационные свойства почвы и конструктивные параметры.
Выводы. Таким образом, при известной силе сопротивления движению в почве куль-тиваторной лапы с виброударной пружиной и осадке пружины с учетом радиуса полушаровых ударников на витках виброударной пружины по приведенным выше формулам (6), (8) и (13) определяются основные параметры виброударной пружины: радиус проволоки г, радиус виброударной пружины Я и количество ее рабочих витков п. Виброударная пружина будет способствовать возникновению автоколебаний культиваторной лапы в почве.
Список литературы
1. Верняев О.В. Активные рабочие органы культиваторов. М.: Машиностроение, 1983. 79 с.
2. Рябцев Г.А. Технологические основы применения почвообрабатывающих машин с упругой подвеской рабочих органов: автореф. дис. ... докт. техн. наук: спец. 05.20.01. Воронеж, 1973. 57 с.
3. Рабочий орган культиватора: пат. 2605337 Рос. Федерация. №2015125471/13; заявл. 26.06.2015; опубл. 20.12.2016. Бюл. №35. 4 с.
4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. Т. 3. 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. М.: Машиностроение. 2001. 864 с.
5. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. 10-е изд., перераб. и доп. М. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 592 с.
Substantiation of parametres of springs vibro tines Babitsky L.F., DSc in ingeneering, professor, head of cathedra, Sobolevsky I.V., PhD in ingeneering, associate professor, Kuklin V.A., PhD in ingeneering, associate professor
Academy of Life and Environmental Sciences, V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Russia
The most energy-intensive operation in cultivation of agricultural crops is a soil treatment, which spent up to 40% energy. Among the system of measures to reduce the energy intensity of tillers most important is the use of vibration of working bodies. Vibration of working bodies can be carried out using a forced drive. However, the energy costs of a forced drive to work sometimes exceed the energy costs of passive working bodies. Therefore, it is more appropriate to imparting elastic vibration tillage working bodies due to variable soil resistance in accordance with the phases of deformation and destruction of the soil. The most effective is a vibro-impact effects of the working body on the ground with the use of vibro-impact self-adjusting mechanisms. The object of theoretical study is selected construction of cultivators' paws on the resilient C-shaped stand, the upper part of which is designed as a helical coil spring with hemispherical strikers. When making parameters of vibro spring force action it was considered in view of the current soil resistance. In justifying the design parameters and operating conditions it were used theoretical methods and agricultural mechanics, continuum mechanics, elasticity theory, integral and differential calculus. Given the known forces of resistance to movement through the soil of cultivators paws with vibro-impact spring and sediment spring, taking into account the radius of hemispheric drummers on coils of vibro-impact springs theoretical dependences for definition of key parameters of vibro-impact springs were obtained: wire radius, the radius of the vibro-impact spring, and the number of its active coils. Taking into account the maximum permissible load vibro-impact spring should be used for the manufacture of spring wire. Vibro-impact spring will contribute to self-oscillation.
Key words: Soil preparation, vibration, actuator, vibro-impact effects, traction resistance, hemispherical strikers, spring diameter, wire diameter, amplitude of oscillation
References
1. Vernyaev O.V. Aktivnye rabochie organy kul'tivatorov. [The active working bodies of cultivators]. Moscow: Mashinostroenie, 1983. 79 p.
2. Ryabtsev G.A. Tekhnologicheskie osnovy prime-neniya pochvoobrabatyvayushchikh mashin s uprugoy podveskoy rabochikh organov: avtoref. dis. ... dokt. tekhn. nauk. [The technological basis for the use of tillers with an elastic suspension of working bodies: Author's abstract of DSc Thesis]. Voronezh, 1973. 57 p.
3. Babitskiy L.F., Sobolevskiy I.V. Rabochiy organ kul'tivatora. [The working body of the cultivator]. Patent RF no. 2605337, 2016.
4. Anur'ev V.I. Spravochnik konstruktora-mashi-nostroitelya. V. 3 t. [Manual for Machinist-designer. The 3 t]. Vol. 3. 8-e izd., pererab. i dop. Pod red. I.N. Zhestkovoy. Moscow: Mashinostroenie. 2001. 864 p.
5. Feodos'ev V.I. Soprotivlenie materialov: Ucheb. dlya vuzov. [Strength of materials: Textbook for high schools]. 10-e izd., pererab. i dop. Moscow: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 1999. 592 p.
