CC BY
52
Аграрный вестник Урала № 3 (95), 2012
Инженерия А/
пути снижения тягового сопротивления лемешного плуга
З600З0, г. Нальчик, пр. Ленина, д. 1в;
e-mail: [email protected]
А. К. АПАжЕВ,
кандидат технических наук, доцент,
З. Ш. аппаев,
аспирант, Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия
Положительная рецензия представлена Х. Х. Сабанчиевым, доктором технических наук, профессором, заведующим кафедрой машиноведения Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х. М. Бербекова.
Ключевые слова: тяговое сопротивление, почва, лемешный плуг, вспашка, угол установки лемеха, узел соединения, жесткость, прочность, конструкция.
Keywords: tractive resistance, soil, ploughshare plough, plowing, angle installation of lemech, joining angel, harshness, strength, construction.
Качество обработки любой почвы зависит от типа и параметров рабочих органов, режима их работы (скорость, глубина обработки), технического состояния (острота лезвия, сборка и т. д.). Однако высокого качества пахоты из-за разнообразия и изменчивости свойств почвы и несовершенства почвообрабатывающих машин и орудий достичь не удается.
Существенное влияние на качество обработки почвы и тяговое сопротивление оказывает сохранение требуемого расположения и параметров рабочих органов лемешных плугов.
Расположение рабочей поверхности корпуса лемешного плуга относительно дна и стенки борозды имеет не менее большое значение, чем ее геометрическая форма. Это расположение характеризуется начальными величинами углов а0, в0, и Y0. Начальная величина углов а0, в0, и Y0 влияет на деформацию пласта почвы при поступлении его на рабочую поверхность: чем они больше, тем значительнее деформации, т. к. пласт изгибается вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной к направлению движения, и вокруг вертикальной оси.
Сохранение параметров рабочего органа лемешного плуга во многом зависит от жесткости деталей корпуса и узлов их соединений, а также условий эксплуатаций. При вспашке засоренных камнями и корневыми остатками полей появляются перегрузок корпуса плуга, что приводит к смещению рабочей поверхности. Вследствие этого снижается качество пахоты из-за «всплытия» плуга и повышения неравномерности хода. Причем, как подтверждают результаты экспериментальных исследований, из-за смещения рабочей поверхности корпуса плуга происходит повышение нагрузок в 2...2,7 раза от нормы, что приводит к увеличению тягового сопротивления и расходу горюче-смазочных материалов [1].
Целью настоящей работы является определение влияния углов установки лемеха ко дну и стенке борозды а0, р0, Y0 на тяговое сопротивление корпуса лемешного плуга при вспашке средней по механическому составу почвы.
Для проведения испытаний был использован лабораторный стенд навесного плуга, смонтированный на железобетонной раме неподвижно. Для создания нагрузок на детали корпуса плуга применяли гидравлический пресс, шток которого был жестко скреплен с силоизмерительным устройством, состоящим из динамометрического кольца и индикатора часового типа с ценой деления шкалы 0,001 мм.
Испытания проводились для узлов соединения корпуса плуга: лемех-башмак, стойка-рама, башмак-стойка. При этом прикладывались усилия, равные действительным нагрузкам, возникающим при пахоте средней по механическому составу почвы. Испытания всех узлов проводились при напряжениях начального затяга болтов, равных 25, 50, 100, 150 и 200 МПа, которые контролировались по углу поворота гайки и с помощью динамометрического ключа.
При определении равнодействующих нормальных и касательных сил (сил трения) на рабочей поверхности лемеха использованы экспериментальные данные,
24
полученные профессором М. М. Северневым при вспашке средней по механическому составу почвы со скоростью движения агрегата, равной 3,2 м/с [2]. Коэффициент трения скольжения на поверхности лемеха f = 0,5. Геометрические параметры лемеха стандартные.
Равнодействующую элементарных нормальных сил от удельных давлений почвы определяют как векторную сумму сил, приложенных на по верхности лемеха в 13 точках, т. е.
N = Х N =Х Р,а,Ъ, (1),
где а: и Ь — размеры площадок' соответствующих удельных давлений.
Равнодействующая элементарных касательных сил определяется по выражению:
Т = N (2>.
Координаты точки С — центра приложения равнодействующих сил N и Т относительно осей х и z (рис. 1) определяются по формулам:
(3),
IN,
X,
IN,
z.
N N
Известно, что максимальные удельные давления в носовой части лемеха могут достигать величин, превышающих средние удельные давления в 5-6 раз.
На лемехе нагрузку прикладывали параллельно плоскости стыка в точке, лежащей на линии направления равнодействующей элементарных касательных сил (сил трения) от удельных давлений почвы (рис. 2). Измерения смещений лемеха относительно башмака произведены в двух точках, расположенных на расстоянии £ = 360 мм друг от друга. При таком смещении происходит изменение начальной величины угла Y0, образуемого лезвием лемеха со стенкой борозды. При испытании узла стойка-рама поперечную силу прикладывали по центру стыка башмак-стойка. Измерение смещения стойки относительно рамы производили в двух точках:
1) на продолжении точки приложения нагрузки;
2) на продолжение горизонтальных осей болтов крепления стойки к раме.
По найденным значениям смещения определяется угол поворота стойки относительно рамы в вертикальной плоскости.
При испытании узла соединения башмак-стойка нагрузку прикладывали к башмаку параллельно плоскости стыка в точке, расположенной на расстоянии 0,33а от дна борозды.
Результаты испытаний приведены в таблице. Из таблицы видно, что из-за недостаточной жесткости узлов соединения корпуса плуга происходит увеличение значений начальных углов постановки лемеха ко дну и стенке борозды даже при высоких значениях напряжения начального затяга болтов.
Для определения влияния изменения величины начальных углов постановки лемеха ко дну и стенке борозды а0, в0, и Y0 на тяговое сопротивление корпуса плуга произведены численные расчеты по формуле профессора Г Н. Синеокова [1]: (4)
Р = и(0 + Я - Р - Я3) + /(Я + Я3)+ Я + Я3
х • \ 2 2 23) \ у уэ/ х хэ
'М'М'М. т-эуи. пэгоб. ги
555^»^ Аграрный вестник Урала № 3 (95), 2012 г. —
Инженерия
°о' " з \іД
Рисунок 1
Схема расчетов центра приложения равнодействующих сил
Рисунок 2
Установка для испытания узла соединения лемех-башмак
Таблица 1
Увеличение начальных углов установки лемеха ко дну и стенке борозды а0, в0 и Y0
№ п. п. Наименование Увеличение значений начальных углов (град.)
Л ао Л во Л Yо
1 Узел соединения лемех-башмак 0,895 - 3,732 0 - 2,837 3 О •I- 7 00
2 Узел соединения башмак-стойка 0,041 - 0,436 0, 041 - 0,436 0 - 0,08
3 Узел соединения стойка-рама 5 СО ■I- со 7 со о 5 СО ■I- 3, 7 со о 14 ■I- 4 ,2 0,
4 Для всего корпуса плуга 2,089 - 7,898 1,194 - 7,003 СП I- СО О
где Рх и Р2 — горизонтальная и вертикальная проекции движущей плуг силы Р;
^ — коэффициент сопротивления перекатыванию колес плуга;
G — вес плуга;
f — коэффициент трения почвы по стали;
Rx, Ry, Rz — равнодействующие проекций на оси координат элементарных сопротивлений почвы, возникающих на рабочих поверхностях корпусов и предплужников, включая сопротивление острого лезвия лемеха;
Rx3, Ry3, Rz3 — равнодействующие проекций на оси координат элементарных сопротивлений почвы, возникающих на затылках затупленных лезвий лемехов.
В расчетах приняты увеличения значений начальных углов а0, р0, и Yo для всего корпуса плуга, приведенные в таблице. Результаты расчетов показывают, что даже при напряжении начального затяга крепежных деталей узлов соединения корпуса плуга, равном 200 МПа, из-за их недостаточной жесткости происходит увеличение тягового сопротивления на 10,51 %. Кроме этого, в процессе работы может произойти полное снятие напряжения начального затяга крепежных деталей, что приведет к увеличению тягового сопротивления до 42,17 %.
Из вышеизложенного следует, что для сохранения начального расположения рабочей поверхности корпуса плуга относительно дна и стенки борозды и снижения тягового сопротивления жесткость узлов соединения должна быть повышена.
Результаты исследований показали, что узлы соединения корпуса лемешного плуга обладают невысокой несущей способностью из-за небольшой изгибной жесткости болтов, установленных по всей суммарной толщине соединяемых деталей с зазором. При некотором смещении соединяемых деталей от сдвигающего усилия болты, плотно прижатые к соединяемым деталям, изгибаются как стержни, защемленные в сечении, совпадающем с первым витком резьбы гайки, являющимся наиболее опасным, и в сечении, совпадающим с опорной поверхностью головки болтов.
Вышеперечисленные недостатки конструкции узлов соединения исключает разработанная новая конструкция узла соединения, на изобретение которой имеется патент (рис. 3) [3].
На чертеже показан продольный разрез узла соединения.
Узел соединения содержит установленные в отверстиях деталей 1 и 2 цилиндрические втулки 3 и расположенные
Рисунок 3
Новый узел соединения деталей корпуса лемешного плуга в них болты 4 с гайками 5. Цилиндрические втулки 3 установлены в отверстиях соединяемой детали 1 с большим зазором в 1...2 мм, а в пределах детали 2 с малым зазором, получающимся по допуску посадки (например, Н7Л7; Н8/е8). Наружный конический поясок 6 болта 4 сопрягается плотной посадкой с внутренним коническим выступом 7 цилиндрических втулок 3. В пределах внутреннего конического выступа 7 цилиндрических втулок 3 выполнены радиальные односторонние прорези 8 вдоль оси, заканчивающиеся отверстиями 9.
При сборке узла соединения затяжкой гаек 5 обеспечивается плотная посадка наружных конических поясков 6 болтов 4 во внутренних конических выступах 7 цилиндрических втулок 3, а также разжатие цилиндрических втулок 3 до достижения плотной посадки их в отверстиях детали 2. Плотное прижатие цилиндрических втулок 3 к отверстиям соединяемых деталей обеспечивается за счет значительной радиальной податливости втулок с односторонними проре-зьями 8. Отверстия 9 на концах радиальных односторонних прорезей 8 служат для снижения концентрации напряжений при разжатии цилиндрических втулок 3.
При работе узла соединения внешняя нагрузка будет передаваться равномерно на все цилиндрические втулки 3, установленные плотной посадкой в отверстиях соединяемой детали 2, и болта 4 за счет их жесткого защемления по сопрягаемым коническим поверхностям.
Таким образом, в предлагаемом узле повышается надежность работы соединения за счет равномерного распределения внешних нагрузок между всеми втулками и болтами.
Литература
1. Синеоков Г. Н., Панов И. М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М. : Машиностроение, 1977. 328 с.
2. Севернев М. М., Каплун Г. П., Короткевич В. А. Износ деталей сельскохозяйственных машин. Л. : Колос, 1972. 288 с.
3. Патент 2266441. Узел фланцевого соединения / Х. У. Бугов, А. К. Апажев, В. А. Демьянов [и др.]. 20.12.2005.
www.m-avu.narod.ru 25
