Определение допустимого усилия давления бороздного колеса плуга на стенку борозды Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Игнатенко И. В. Исследование скоростных характеристик упругих подвесок стрельчатой лапы культиватора. Минвуз.//Сборник "Комплексная механизация сельского хозяйства". - Ростов-на-Дону, 1985. - 196 с.

2. Сергеев А. В. Рабочий процесс и параметры энергосберегающих рабочих органов культиватора для сплошной обработки почв, засоренных камнями: Дис...канд. техн. наук. - СПб. - Пушкин, 1998. -125 с.

3. Стрикунов А. В. Повышение эффективности работы культиватора окучника путем оптимизации параметров упругой подвески комплекта рабочих органов: Дис... канд. техн. наук. - СПб. - Пушкин, 1998. - 130 с.

4. Валге А. М. Повышение эффективности тяговой динамики пахотных агрегатов //Сборник научных трудов. - Вып. 50. - Л., 1987. -С. 8- 18.

5. Бидерман В. Л. Теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1980. С. 302 - 304.

Получено 25.07.2003. УДК 631.312.4

В.Ф. КЛЕИЛ, канд. техн. наук; С В. ИВАНОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОГО УСИЛИЯ ДАВЛЕНИЯ БОРОЗДНОГО КОЛЕСА ПЛУГА НА СТЕНКУ БОРОЗДЫ

Определено допустимое усилие давления бороздного колеса на стенку борозды при различных режимах работы агрегата и параметрах настройки плуга.

Взаимодействие бороздного колеса со стенкой борозды в процессе работы можно рассмотреть как взаимодействие двухгранного клина с почвенным пластом.

При равномерном движении клина в почве давление от рабочей плоскости передается прилегающим к нему частицам почвы, а через них - последующим. Чем дальше от рабочего органа расположены эти частицы, тем меньшая удельная нагрузка приходится на них. Удельная нагрузка, приходящаяся на единицу сечения пласта, и характеризует его напряжение. Величина напряжений в почве зависит не только от величины нагрузки, типа и физико-механических свойств почвы, но и параметров клина и режимов работы. Взаимосвязь между напряжениями, возникающими в почве, приложенными на нее нагрузками, в механике твердых тел устанавливается на основании следующих теорий прочности:

• наибольших нормальных напряжений (гипотеза Ламэ-Рэнкина);

• наибольших деформаций (гипотеза Баре де Сен - Венана);

• наибольших касательных напряжений (гипотеза Треска);

• предельного равновесия при сжатии (гипотеза О. Мора).

В.П. Горячкин считал, что две последние гипотезы могут быть использованы для объяснения закономерностей взаимодействия клина с почвой. На это указывалось и в трудах других авторов [1].

В настоящее время установлены два типа разрушения старопахотных и незадернелых почв - отрыв и сдвиг.

1. При обработке песчаных, супесчаных почв средней влажности, в начале движения клина происходит уплотнение почвы и, когда сопротивление сжатию превосходит некоторый предел, начинается сдвиг пласта под углом у/' (рис. 1) [2].

Рис. 1. Схема разрушения пласта сдвигом: а - угол крошения, град; Н - глубина обработки

2. При обработке твердых и сухих суглинистых почв пласт преимущественно отрывается кусками неправильной формы (рис. 2).

При сжатии частицы почвы перемещаются перпендикулярно к рабочей поверхности. При разрушении в первом случае пласт скалывается под углом у/', во втором случае - под переменным углом цг" .

Современные теории прочности исходят из того представления, что сплошная однородная среда может испытывать либо деформацию изменения объема, либо деформацию изменения формы. В первом случае за счет нормальных напряжений, во втором - касательных. В первом и во втором случае подход к объяснению характера взаимодействия клина с почвой осуществляется по уже известным теориям [3, 4, 5].

Реальный почвенный пласт толщиной до 50 см можно разделить на два основных слоя: верхний - на глубину до 12 см, как правило, имеет меньшую плотность и твердость (что можно видеть на плот-нограммах и твердограммах), так как он чаще подвергается обработкам; нижний - от 12 до 50 см, он имеет большую плотность и твердость. Особенно резкая неоднородность плотности и твердости этих двух слоев наблюдается перед вспашкой поля, которое после уборки подвергалось культивации, лущению или дискованию в условиях пониженной влажности. В этом случае при обработке на глубину более 20-30 см, в верхних, менее твердых слоях, происходит сдвиг, в нижних, более плотных - отрыв. Причем, наблюдается либо одновременное действие этих разрушений, либо сначала происходит сдвиг верхних слоев (на глубину 10-12 см), а затем отрыв нижнего участка пласта. В этих условиях взаимодействие бороздного колеса со стенкой борозды предусматривает три возможных случая.

В первом случае возникают два напряженных участка: верхний, который разрушается сдвигом под действием максимальных касательных напряжений в плоскости сдвига, и нижний, который разрушается под действием нормальных напряжений, равных временному сопротивлению почвы разрыву ор.

Во втором случае расчетная схема предусматривает два «варианта разрушения». Этот случай характерен для легких по механическому составу почв (песчаные и супесчаные почвы). В этом случае отделение пласта от монолита происходит под действием максимальных касательных напряжений (рис. 3).

В третьем случае при разрушении пласта отрывом будет только один напряженный участок, отделяемый от массива отрывом.

Рассмотрим второй случай разрушения, т.к. он характерен для легких почв. Как упоминалось выше, в этом случае возможны два «варианта разрушения».

1. На полях, где до вспашки проводилась поверхностная обработка почвы, разрушение стенки борозды будет происходить по двум плоскостям: AD и Л7<', (см. рис. 3). Верхний, менее плотный слой почвы, разрушается раньше, создавая подпор силой Т3 для нижнего, более плотного слоя, который способен выдержать давление бороздного колеса. В плоскости ЕК между верхним, разрушенным и нижним слоями возникает сила трения fnT3. В силу малости значения, реакцию N3 не будем учитывать. Условие равновесия в этом случае запишется в следующем виде:

ж -[(я' -h + 0,045) -г + h-T']

2 • sin 2 • cos а'

, 2 Аа • cos а'

arccosl 1--

d, ■ tga'

+ H'-tgs\- (1)

- (G, + G3)■ tgщ-Тг x [cosщ ■ (tgrpni -tgy1) + sinц/-3 (l + tgrpni ■ tgщ)] = 0,

a.

где 8i - угол наклона к вертикали плоскости FAD, град (см. рис.3);

т - допустимое напряжение сдвига для нижних слоев почвы, Па;

т' - допустимое напряжение сдвига для верхних слоев почвы, Па;

цг3 - угол наклона к горизонту плоскости сдвига верхнего слоя почвы, при работе бороздного колеса, град, (см. рис.3);

///, - угол наклона к горизонту плоскости сдвига нижнего слоя почвы, при работе бороздного колеса, град, (см. рис.3);

Т3 - сила давления почвы в плоскости Л7<',. Н (см. рис.3);

С! - сила тяжести почвы в фигуре АА^КЕ, Н (см. рис.3);

(}3 - сила тяжести почвы в фигуре Е1<1< ¡К. Н (см. рис.3);

Н - глубина предыдущей поверхностной обработки почвы, м (см. рис.3).

Рис. 3. Схема сил, возникающих при взаимодействии бороздного колеса со стенкой борозды в момент разрушения ее путем сдвига: Т2 - сила давления почвы в плоскости А / ). Н; - допустимое усилие сдвига для нижних слоев почвы, Па; Ж'; - допустимое усилие сдвига для верхних слоев почвы, Па; N1 - усилие нормального давления почвы на плоскость Л/< бороздного колеса; М - усилие нормального давления почвы на плоскость ЕА бороздного колеса

В свою очередь, силы тяжести будут определяться по следующим формулам:

Tl\2

- i (Д'у

G = р ■ g • —х-х

3 tgy/,

( i-;-г

f) -if)

-l.h'-®3'

3 tgy/3

(2)

2 „з tgö3

(3)

3 tgy/ 3

где p - плотность почвы в фигуре AA¡EM, кг/м3 (см. рис.3); Pi - плотность почвы в фигуре AA¡EM, кг/м3 (см. рис.3); р3 - плотность почвы в фигуре EFF¡, кг/м3 (см. рис.3); 83 -угол наклона к вертикали плоскости FEK, град (см. рис.3); g - ускорение свободного падения, м/с2.

Сила давления почвы Т3 в плоскости ЕК может быть определена из следующей зависимости:

Т = 2 Ps-g-h3-tgS3

3 {tg(P„з • sin - cos y/3)-tgy/3'

/

С учетом выражений (2), (3) и (4) допустимое усилие давления бороздного колеса на стенку борозды из выражения (1) будет определяться по формуле:

ях[(я'-й + 0,045)т + йт'] [ d,

2 ■ sin <//,

2 ■ cosa'

. 2- ha- cos a' arccoil--:—| +H -tgSA + g >

2 J { 2

p,-g-tí -tg5, 3 {tg<P„ -sin (//, -cos v,)-tgy,

x P i ■

d2 ■ tga'

А'(л "/?,) +

2

+ —x

3 tgy/,

cosy/, -(tgfn, -tgy/,)+ sin (//, -{l+tg<pnl ■§(//,)]

(5)

X sin

Значения угла наклона к горизонту плоскостей разрушения пласта /// будут определяться из условий экстремума по следующей формуле:

^ = (6)

где <рт - угол внутреннего трения почвы между двумя слоями, град;

а - угол наклона образующих конуса в зоне контакта бороздного колеса со стенкой борозды к горизонту, град.

2. На полях, где до вспашки не проводилась поверхностная обработка почвы, разрушение стенки борозды будет происходить по одной плоскости, т.е. по плоскости А1) (см. рис. 3). В этом случае условие равновесия может быть записано в следующем виде:

М-

л- (#' + 0,045) | с12

-хеш

2-вт ^ 2-сова' х т[ х (сов l|/l+tg^|/l■sш^|/^)-G ■tg ц/= 0,

агссоя 1-

• tga'

(7)

где С - сила тяжести почвы в фигуре АА^^М, Н (см. рис.3);

т'х — допустимое напряжение сдвига почвы в плоскости сдвига, Па.

В свою очередь, О будет определяться по следующей зависи-

мости:

~ 1 (ДУ

G = р - g■ — х-х

3

2 х.

Л

, (8)

где р— плотность почвы в фигуре А А ¡1\М. кг/м (см. рис.3).

С учетом выражения (8) из выражения (7) допустимое усилие давления бороздного колеса на стенку борозды в этом случае будет определяться по формуле:

c = oM045)xU xsm

2 - sin 2-cos а'

arccos 1-

2Aa-cosa' d2 ■ tga'

+H'-tgöAx

, i \ 1 (H'f

< r, x (cosi;/, + tgijjj ■ sin P' S x —x-x

3 feV,

2xJ|f - +H».tgSi

\

(9)

■tgw, = N.

Допустимая глубина вдавливания бороздного колеса в стенку борозды Аапр может быть определена из следующего условия:

Аапр =■

Rt

(10)

где Н-'^у"1 - выражение для определения допустимого бокового усилия на бороздном колесе, Н; площадь смятия, м2.

Из выражения (10), с учетом выражения для определения площади контакта бороздного колеса со стенкой борозды [6], зная Аапр, определяется допустимая глубина вдавливания бороздного колеса в стенку борозды Аа 'пр для конкретного случая. Подставив полученное значение Аа'пр в соответствующее ему выражение ((5) или (9)), определяется численное значение Я '¡¡у.

Выражения (5) и (9) отражают зависимость допустимого бокового усилия на бороздном колесе от глубины вспашки, геометрических параметров бороздного колеса и физико-механических свойств почвы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Голугурский Т. М. Технологические процессы в почве при ее обработке. - Петроград, 1916. - 220 с.

S

2. Бурченко П.Н. Вопросы деформации почвы клином // Механизация обработки почвы, посева и применение удобрений: Научные труды ВИМ. - М., 2000. - С. 4-29.

3. Бородин П.У., Волоцкая В.И., Николаева ИИ. Коэффициент трения скольжения почво-металл основных почв СССР // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1964. - № 6. - С. 31-34.

4. Подскребко М.Д. Теоретические основы выбора начальных параметров лемеха в соответствии с механическими свойствами почвы // Труды ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1970. - № 33. - С. 56-67.

5. Синеокое Г.Н. Сопротивление почвы, возникающее при ее обработке. Дис. ... д-ра техн. наук. - М., 1954. - 292 с.

6. Клейн В.Ф., Иванов C.B. Определение площади контакта бороздного колеса плуга со стенкой борозды. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо - Западной Зоне России: Сб. науч. тр. - С.-Пб.: СЗНИИМЭСХ, 2001. - Вып. 72. - С. 27-32.

Получено 17.10.03.

УДК 631. 33. 024. 4 В. А. ЮНИН

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖДИСКОВОГО РАССТОЯНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ПОЛОСНОГО ПОДСЕВА СЕМЯН ТРАВ В ДЕРНИНУ

Предложен способ определения мсждискового расстояния у активных дисковых рабочих органов, работающих по принципу качающейся шайбы, при обработке дернины с получением оптимального качества крошения почвы.

Для удовлетворительного качества крошения почвы ротационными рабочими органами, работающими по принципу качающейся шайбы, необходимо выбрать оптимальные параметры дисковых рабочих органов, такие, как диаметр дисков, величина междискового расстояния, угол наклона диска к оси вращения, угловая скорость ротора. В данном случае рассмотрим величину междискового расстояния.