Определение параметров сошниковой группы при разработке почвообрабатывающе-посевного агрегата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

scarifining unit at seed extraction from clover wad].

Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2013. no. 3. pp. 59-64.

4. Burkov A.I., Simonov M.V., Mokiev V.Yu.

Vliyanie konstruktivno-tekhnologicheskikh parametrov vytirayushche-skarifitsiruyushchego ustroystva na kachestvo skarifikatsii. [Influence of gesign-constructive parameters of extracted-scarifining unit on quality of scarification]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2014. no. 2. pp. 63-68.

5. Protokol № 06-74-2015 (1070022) ot 21 dekabrya 2015g. priemochnykh ispytaniy kleveroterki-skarifikatora KS-0,2. [Protocol № 06-74-2015

(1070022) from 21 december 2015 of acceptance tests of clover extractor-scarificator KC-0.2]. Orichi: FGBU "Kirovskaya gosudarstvennaya zonal'naya mashino-ispytatel'naya stantsiya", 2015. 50 p.

6. Burkov A.I., Simonov M.V., Mashkovcev M.F. Sposob opredeleniya pokazateley kachestva raboty kleveroterok. [Method of estimation of quality traits of clover-extractor action]. Patent RF, no. 2425483, 2011.

7. Burkov A.I., Simonov M.V., Mokiev V.Ju.

Sposob opredeleniya pokazateley kachestva raboty skarifikatorov. [Method of estimation of quality traits of scarificator action]. Patent RF, no. 2564874, 2015.

УДК 631.331

Определение параметров сошниковой группы

при разработке почвообрабатывающе-посевного агрегата

Черемисинов Дмитрий Анатольевич, кандидат техн. наук, ст. науч. сотрудник, Дёмшин Сергей Леонидович, кандидат техн. наук, зав. лабораторией ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока», г. Киров, Россия

E-mail: cheremisinov86@mail.ru;

Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур предъявляют повышенные требования к посеву семян, качество которого во многом зависит от конструкции сошниковых групп. Разработана конструкция сошниковой группы для почвообрабатывающе-посевного агрегата АППН-2,1, качественно подготавливающего почву к посеву за счёт культивации и фрезерования с последующим выравниванием поверхности. Применение килевидных сошников позволило использовать их однорядную установку, что в совокупности с объединением функций крепления, защиты от повреждения и копирования рельефа в одном конструктивном элементе -пружине кручения с прицепами в виде поводков снизило металлоёмкость сошниковой группы по сравнению с классической компоновкой и повысило её компактность. При определении параметров сошниковой группы результаты расчёта согласно условиям устойчивости её движения необходимо соотнести по силовой нагрузке на брус крепления сошников для сохранения оптимальной металлоёмкости и компактности конструкции агрегата. Для этого проведён расчёт тягового сопротивления килевидного сошника и суммарной реакции сил, действующих на него, в точке крепления к раме. Для предложенной конструкции сошниковой группы, размещённой на брусе крепления из уголка 50х50х5 с длиной пролёта 1,2 м, на котором установлено семь килевидных сошников с междурядьем 0,15 м, оптимальными параметрами сошниковой группы согласно проведённым расчетам для диапазона скорости движения 2,05...7,60 км/ч и при глубине хода сошника 40...60 мм являются: жёсткость пружины кручения 220...230 Н/рад, длина поводка 0,22. 0,25 м, угол наклона поводков сошника 50.55°.

Ключевые слова: почва, комбинированный агрегат, сошниковая группа, суммарная реакция, условия работы сошника, расчёт оптимальных конструктивных параметров

Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур предъявляют повышенные требования к посеву семян, качество которого во многом зависит от конструкции сошниковых групп, предназначенных для образования в почве бороздок и высева на их дно семян с последующей заделкой почвой. В большинстве случаев сошниковые группы различных агрегатов состоят из сошника для высева туков и семян с механизмом подвеса (крепления), загортачей для укрытия высеянных семян слоем почвы, прикатывающих катков для обеспечения требуемого контакта семян с нижними более влажными слоями почвы [1]. При качественной предпосевной обработ-

ке почвы наиболее приемлем сошник киле-видного типа, как наиболее простой по конструкции и надежный в работе, для крепления которого лучше использовать радиальный механизм подвеса, обладающий высокой точностью копирования рельефа.

Цель исследований - теоретическое определение оптимальных параметров и режимов работы сошниковой группы почвообраба-тывающе-посевного агрегата, адаптированного к почвенно-климатическим условиям Северо-Востока европейской части России.

Материал и методы. Разработана конструкция сошниковой группы почвообрабаты-вающе-посевного агрегата АППН-2,1 (рис. 1),

который качественно подготавливает почву к посеву за счёт культивации и фрезерования с последующим выравниванием поверхности [2]. В этом случае для копирования рельефа достаточно амплитуды хода прицепа пружины кручения, в виде которых выполнены поводки сошников. Работа килевидного сошника сопровождается вдавливанием почвы вниз, что благоприятно сказывается на привлечении влаги к семенам через сеть капилляров, образованных в уплотненном слое борозды.

Применение килевидных сошников позволило установить их в один ряд, что в совокупности с объединением функций крепления, защиты от повреждения и копирования по-

верхности в одном конструктивном элементе -пружине кручения с прицепами в виде поводков, значительно снизило металлоёмкость сошниковой группы по сравнению с классической компоновкой и обеспечило её максимальную компактность [3].

Для определения оптимальных параметров сошниковой группы, таких как жёсткость пружины с, Н/рад, длина поводка I, м и угол установки сошника ак, град - рассмотрена устойчивость движения сошниковой группы [4]. В результате исследований составлена система уравнений, первое уравнение которого представляет условие предельно апериодического движения, второе - уравнение движения сошника в установившемся положении:

С =

Я2 • г4

4¥2 • I • I I I

Яг

+ 1 — со8(ак + /)-mg8так Iсо8^0 +1 mgсовак +—8т(ак + /) I;

Яг .

I

Яг ] ( Яг

Сф0 = | — 8т(ак + /)-mgсовак Iсовр0 -I mg8так +—сов(ак +/) 1

(1)

б

а

Рис. 1. Сошниковая группа с килевидными сошниками (а) и схема сил, действующих на сошник (б): 1 - выравниватель; 2 - механизм регулировки глубины хода сошника; 3 - пружина кручения; 4 - сошник; 5 - брус крепления

Система уравнений (1) позволяет определить жёсткость пружины с и угол отклонения поводка ф0 при достижении системой динамического равновесия для заданных значений длины поводка I, массы сошника т, углов в и ак, а также при известном сопротивлении почвы Я = /(V; И).

Для соблюдения баланса между минимизацией времени движения сошников вне допустимых агротребованиями пределов от-

клонения глубины хода и минимальной металлоёмкостью деталей крепления сошниковой группы необходимо найти суммарную реакцию Р^ от сил, действующих на сошник, в точке крепления сошниковой группы к раме. Она во многом определяется величиной тягового сопротивления сошника РХ, Н, на которое непосредственно влияют скорость движения сошника V, км/ч, глубина его погружения в почву И, м и наклон сошника

в продольно-вертикальнои плоскости, характеризуемый углом наклона е, град, касательной к лобовой поверхности наральника.

Результаты и их обсуждение. Для определения тягового сопротивления сошника рассматривались силы, действующие в продольно-вертикальной Р1Х и продольно-горизонтальной плоскостях Р2Х. Равнодействующую этих сил можно представить следующей зависимостью:

Рх = pix + р2х. (2)

При поступательном движении (рис. 1, б, 2) на сошник действуют силы: G - вес сошника, включающий в себя усилие Рпр от пружины кручения механизма подвеса, тяговое усилие РХ и сопротивления почвы Rn. При работе в однородной по составу и состоянию почве указанные силы можно считать сводящимися к одной равнодействующей, расположенной в плоскости симметрии сошника [5].

а б

Рис. 2. Схема сил, действующих на сошник в продольно-вертикальной (а) и продольно-горизонтальной плоскостях (б)

При поступательном перемещении сошника в почве на него действуют силы в продольно-вертикальной Р\Х и продольно-горизонтальной Р плоскостях. В продольно-вертикальной плоскости (рис. 2, а) действуют следующие силы: От8 - усилие от веса сошника, Рпр - усилие от действия пружины кручения, составляющая тягового усилия Р1Х и сопротивление Я\ почвы, разложенное на составляющие: нормальную N и касательную Етр, которые при работе в однородной по составу почве можно свести к одной равнодействующей в продольно-вертикальной плоскости [6].

В проекции на ось ОХ при Рпр =с ф0, N = к к а; Етр = N\ •/, сила Р1х равна:

Р1х = са08т(ак - р0 ) + как^т (е — р0 ) +

+ /соф — Ро), (3)

где к - сопротивление почвы, Н/м2; а - толщина груди наральника сошника, м; / - коэффициент трения почвы.

В продольно-горизонтальной плоскости на сошник действуют (рис. 2, б): Q - реакция почвы, находящейся перед наральником сошника; FUH - сила динамического давления, вызванная инерцией почвы, сдвигаемой в стороны боковой гранью сошника; N2 - усилие со стороны почвы на боковую грань наральника сошника; R2 - результирующая элементарных нормальных давлений и сил трения на рабочей поверхности клина.

Сделаны допущения, что сила Q параллельна оси Х; сила FUH направлена противоположно абсолютной скорости V движения частиц почвы, отбрасываемых боковой гранью клина, образуя угол А/2 с осью Y; реакция R2 отклонена от нормали к поверхности клина на угол трения фтр.

Проекции этих сил на оси координат запишутся как:

Z Х = -Q - FUH sin +^2sm(A + q>TP) -N2 sin Д = 0, (4)

2 Y = R2 cos(A + рТР ) - N2cos A - FUHcos ^ =

0.

(5)

Решая уравнение (5) относительно R2, получим:

R = N2COSA

F„cosA

(6)

cos (A + pTP ) cos (A + рТР )

Проекции силы R2 на оси координат имеют вид:

r2, = p2x = Fuhcos a2 tg(A + <Ртр) + + N2cosA • tg (A + pTP);

r2y = N2c^a + Fuhcos a2 •

(7)

Боковое давление почвы на клин на-ральника N2 определяется как:

N 2 =

a • h • S •Роб

4 •

(8)

где а/2, - ширина и длина боковой поверхности клина, м;

роб- объёмный вес почвы, Н/м3; у - угол укладки частиц почвы, град [7].

Величина динамического давления ¥ин почвы на боковую грань наральника сошника

находится:

FUH = -j • mn

(9)

где ] - среднее ускорение, придаваемое клином почве, м/с2;

тп - масса почвы, сдвигаемая боковой гранью наральника сошника, кг.

Боковая грань наральника сошника сообщает каждой точке пласта скорость, которая меняется от 0 до Va, поэтому средняя величина ускорения, придаваемого частицам почвы боковой поверхностью наральника, составляет:

j = уа - К h - h

к,

h - f1

(10)

где - ^ - время, затрачиваемое частицей почвы, двигающейся со скоростью Vг по поверхности клина, на прохождение пути 5, с.

Так как 11 - ^/(8/Уг), Vr ~ V0 и в соответствии с уравнением, приведенным в [4]: Va = 2 ^8т(Д/2), ускорение, придаваемое почве, определится:

- oV) . A j = 2—0—sin — •

l 2

(11)

Масса почвы, сдвигаемая клином, находится по уравнению:

а^Н^8р г

m =-ро6. (12)

п g

При подстановке в выражение (9) получим:

Р =

2• a'JhhJp0Lу 2sln (13)

g

2

Тогда уравнение (7) для определения Р2Х примет вид:

a • h • S • рп6 ... ч

Р2х =-cosA • tg(Д + рТР) +

2Х ItgW (14)

1

+ • a • • р°б у2 • sinA • tg(A + ^ ) g

Первый член правой части этого равенства характеризует усилие, необходимое для преодоления статического давления почвы на боковые грани сошника, обусловленное силой N2, второй - усилие, необходимое для преодоления сил инерции FUH сдвигаемой почвы.

Для определения тягового сопротивления килевидного сошника и реакции РЕ в месте крепления сошниковой группы к брусу составлена система из трех уравнений, в которую входят уравнение моментов сил относительно т.О и уравнения суммы проекций сил на оси ОХ и OZ.

c • l • p0 + m • g • b • cos(£-p0) -k • a • h • r • [cos(aK -p0 + fí-e) + f sin(e -aK + (p0 -fí)]-a • h • S • р a 2 • a • h • p ^ 1 л

-cos A-tg (A + рТР ) +-V0 sin A-tg (A + рТР ) J-r • cos(aK-e-p0 + fí) = 0;

2tgW g

a h S

PX = k • a • h •[sin(e-p0) + f cos(e-p0)J + --pol cos A^ tg(A + pTP ) +

2tgW

+ 2 •a •h •poL V02sin A^ tg (A + (тр );

g 0 тр

PZ = m • g + k • a • h •[f sin(e-p0) - cos(e-p0)J. где S, b - координаты центра масс системы.

Выразив из первого уравнения системы (15) переменную фк можно определить тяговое сопротивление килевидного сошника РХ и вертикальную составляющую Рг.

Величина нагрузки в точке крепления сошниковой группы равна:

Ръ=4РХ + р22 . (16)

Графическое решение системы уравнений (15) выполнено при следующих параметрах к2нструкции (рис. 3): с = 220 Н/рад; I = 0,24 м; т = 1,5 кг; Ь = 0,2 м; 3 = 50°; а = 0,024 м; г = 0,34 м; ак = 55°; фтр = 20°; роб = 12 кН/м3; у = 30°; у = 20°; в = 10°. Наиболее влияет на величину реакции в опоре Р2 глубина хода Н и скорость движения V сошника, наименее - наклон лобовой поверхности сошника.

а б

Рис. 3. Влияние скорости движения У0 и угла наклона е на величину реакции РЕ в точке крепления сошниковой группы при: а - к = 0,04 м, б - к = 0,06 м

Выводы. Таким образом, первона-чал4ь0но определяются основные параметры сошниковой группы согласно условиям устойчивости её движения, далее результаты расчёта необходимо соотнести по силовой нагрузке на брус крепления сошников для опт3и0мальной металлоёмкости и компак5тн4ости конструкции агрегата. Для предложенной конструкции сошниковой группы, размещённой на брусе крепления из уголка 50х50х5 с длиной пролёта 1,2 м, на котором установлено семь килевидных сошников с междурядьем 0,15 м, оптимальными параметрами сошниковой группы согласно проведённым расчетам для диапазона скорости движения 2,05...7,60 км/ч и при глубине хода сошника 40...60 мм являются: жёсткость пружины кру5ч5ения с = 220.230 Н/рад, длина поводка I = 0,22.0,25 м, угол наклона поводков сошника ак = 50.55°.

Список литературы

1. Саитов В.Е., Гатауллин Р.Г. Прицепной широкозахватный комбинированный посевной

комплекс "AGRAER-850H" // Тракторы и сельхозмашины. 2015. №1. С. 12-14.

2. Дёмшин С.Л., Владимиров Е.А., Чере-мисинов Д.А. Комбинированный агрегат для предпосевной обработки почвы и посева // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2012. №6. С. 42-44.

3. Черемисинов Д.А, Носкова Е.Н., Дёмшин С.Л. и др. Оценка эффективности использо-ва4н0ия комбинированного агрегата для предпосевной обработки почвы и посева // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №1 (32). С. 60-64.

4. Дёмшин С.Л, Черемисинов Д.А. Обоснование оптимальных параметров сошниковой группы комбинированного агрегата для обработки почвы и посева // Аграрная наука Евро -Северо-Востока. 2012. №4 (29). С. 67-71.

5. Синеоков Г.Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1965. 314 с.

6. Сабликов М.В. Сельскохозяйственные машины. Ч.2. Основы теории и технологического расчета. М.: Колос, 1968. 296 с.

7. Бузенков Г.М., Ма С.А. Машины для посева сельскохозяйственных культур. М.: Машиностроение, 1976. 284 с.

Determination of parameters of the opener group in the development of unit for pre-sowing soil cultivation and sowing Cheremisinov D.A., PhD in engineering, senior researcher Dyomshin S.L., PhD in engineering, head of laboratory

North-East Agricultural Research Institute, Kirov, Russia

Modern technologies of cultivation of agricultural crops have high requirements for planting of seeds, the quality of which is largely depended on the design of opener groups. The design of opener group is developed for unit for cultivation and sowing APPN-2.1 which efficiently prepares soil for sowing through cultivation and milling followed by surface flattening. The application of shoe openers allowed to use their single-row installation which together with the consolidation of functions of attachment, protection from damage and the irregularities of the relief in one constructive element - the torsion spring with trailers in the form of opener levers, reduced metal consumption of opener group compared with the classical layout and increased compactness. To determine parameters of the shoe opener group the results of the calculation according to the conditions of stability of its movement it is necessary to match the power load on a bar mount shoe openers for maintaining the optimum metal consumption and compact design of the unit. For this purpose a calculation is done of traction resistance of shoe opener and the total reaction forces acting on it at the point of attachment to the frame. For the proposed design of the opener group, placed on the rail fastening from the corner 50x50x5 with a span of 1.2 m, which has seven shoe openers with a row spacing of 0.15 m, the optimal parameters of the opener group, in accordance with the carried out calculations for a range of speed of 2.05-7,60 km/h at the depth of stroke of the opener of 40-60 mm are: a torsional spring constant c = 220-230 N/rad., length of levers opener l = 0,22-0,25 m, the angle of inclination levers opener ак = 50-55°.

Key words: soil, combined unit, opener group, sum reaction, working conditions, calculation of parameters of the opener group

References

1. Saitov V.E., Gataullin R.G. Pritsepnoy shiro-kozakhvatnyy kombinirovannyy posevnoy kompleks "AGRAER-850H". [Trailered wide-range combined sowing unit "AGRAER-85OH"]. Traktory i sel'khozmashiny. 2015. no.1. pp. 12-14.

2. Demshin S.L., Vladimirov E.A., Cheremisinov D.A. Kombinirovannyy agregat dlya predposevnoy obrabotki pochvy i poseva. [The combined implement for cultivation and sowing]. Sel'skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2012. no.6. pp.42-44.

3. Cheremisinov D.A, Noskova E.N., Demshin S.L. e.a. Otsenka effektivnosti ispol'zovaniya kombinirovannogo agregata dlya predposevnoy obrabotki pochvy i poseva. [The estimation of efficiency of use of the combined unit for pre-sowing soil cultivation and crop]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2013. no.1 (32). pp.60-64.

4. Demshin S.L, Cheremisinov D.A. Obos-novanie optimal'nykh paramet-rov soshnikovoy gruppy kombinirovannogo agregata dlya obrabotki pochvy i poseva. [Definition of optimum parametres of ploughshares of the unit for cultivation and sowing]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2012. no. 4 (29). pp.67-71.

5. Sineokov G.N. Teoriya i raschet pochvo-obrabatyvayushchikh mashin. [Theory and calculation of soil-cultivating machines]. Moscow: Mashino-stroenie, 1965. 314 p.

6. Sablikov M.V. Sel'skokhozyaystvennye ma-shiny. Ch.2. Osnovy teorii i tekhnologicheskogo rascheta. [Agricultural machines]. Moscow: Kolos, 1968. 296 p.

7. Buzenkov G.M., Ma S.A. Mashiny dlya poseva sel'skokhozyaystvennykh kul'tur. [Machines for sowing of crops]. Moscow: Mashinostroenie, 1976. 284 p.