Теоретические исследования по определению кинематических параметров ложечки дисково-ложечного высевающего аппарата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

***** ЯЗШСЖИ)Г ***** № 2(18) 2010

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК. 631. 331

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛОЖЕЧКИ ДИСКОВО-ЛОЖЕЧНОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА

THEORETICAL RESEARCH ON SPOON KINEMATIC PARAMETERS OF DISK-SPOON SOWING MACHINE DETERMINATION

A.H. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.В. Харлашин, аспирант

ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

A.N. Tseplyaev, A.V. Kharlashin

Volgograd state agricultural academy

Изготовлена конструкция высевающего аппарата ложечного типа, способного вычерпывать проросшие семена из водно-семенной смеси по одному; теоретически определено максимальное значение углового ускорения в момент схода семени с ложечки с учётом вращения державки относительно диска; определена жесткость пружины.

Sowing mechanism of spoon type construction capable to scoop out germinated seeds from water-seed mixture one by one was produced, angular acceleration maximum value in the moment of seeds going out from the spoon taking into account only the holder rotation relatively the disk was theoretically determined, the spring rigidity was defined in the article.

Ключевые слова: высевающий аппарат, державка, ложечка, проросшие семена, момент инерции, угловое ускорение.

Key words: sowing machine, holder, spoon, germinated seeds, inertia moment, angular acceleration.

В лаборатории кафедры «Сельскохозяйственные машины» разработана конструкция секции сеялки для посева проросших семян бахчевых культур. Наши исследования направлены на создание высевающего аппарата, входящего в состав разработанной секции, схема которого показана на (рис.1) [3, 4].

Основными узлами высевающего аппарата являются: корпус 1, семенной ящик 2, диск 3, державка 5, ложечка 6. Рабочими органами аппарата являются ложечки, на каждой из которых имеются захваты высотой 0,7 от толщины семени и отверстия диаметром 3,5 мм. Ложечки находятся на подпружиненных державках. Семенной ящик представляет собой полукруглый желоб, сужающийся к нижней части. Привод осуществляется через цепные передачи от опорных колёс сеялки.

о о|

и

&

Рисунок 1 - Схема высевающего аппарата 1 - корпус; 2 - семенной ящик; 3 - диск; 4 - ось державки;

5 - державка; 6 - ложечка; 7- упор; 8- пружина; 9 - вал;

10 - подшипники; 11 - звёздочка; 12 - планка; 13- уловитель; 14- высевное окно; 15 - ось; 16 - втулка;

17 - регулировочная тяга; Вид А - ложечка (увеличено)

Работа аппарата происходит следующим образом. При вращении диска 3 от привода ложечка, закреплённая на державке, движется по окружности. Она за счёт оригинального конструктивного решения захватывает и удерживает по одному проросшему семени при прохождении через семенной материал и при движении к высевному окну 14. Перед высевным окном движущаяся державка упирается в планку 12, и за счёт вращения диска начинает поворачиваться на угол ср вокруг оси 4, преодолевая усилие пружины 8. При дальнейшем вращении диска державка поворачивается до предельного угла (р, соскальзывает с планки и под действием пружины возвращается в исходное положение, ударяясь об упор 7. При этом за счёт силы

инерции семечка выбрасывается из ложечки в область уловителя 13 и направляется к высевному окну. Далее семя перемещается по семяпроводу в сошник [5, 6].

Для определения угла отклонения ложечки рассмотрим схему её работы в момент схода с планки (рис. 2).

Примем условие, что державка 1 ложечки представляет собой однородный стержень весом причём центр тяжести находится в точке С (рис. 2). Кроме этого семя 3 имеет вес Ос и по форме представляет собой эллипс, где г - большая его полуось и а - малая полуось. Коэффициент упругости пружины 5 примем равным с, а её предварительное сжатие X, тогда сила упругости пружины равна:

Рисунок 2 - Схема сил, действующих на семя в момент схода державки с планки 1 - державка; 2 - ложечка;

3 - семя; 4 - планка; 5 - пружина Дифференциальное уравнение вращения твёрдого тела вокруг оси О в общем виде представляется зависимостью [ 1 ]:

где - момент инерции тела (семечки) относительно оси 01, проходящей через точку О

Т = с • Л = с • — • ьігир.

г

2

(1)

к=1

перпендикулярно плоскости, в которой движется державка, инерции всех сил, действующий относительно оси OZ.

главный момент

Перепишем полученное уравнение с учётом тригонометрических выражений:

/ /2 Jz(p = Gg “Cos<p + Gc -(l + r)-cos(p-c- — -sin^ (3)

Поскольку нами рассматриваются малые колебания, и угол изменяется в небольших пределах, то в соответствии с зависимостями (элементарной математики) приравняем cos (р « 1, a sin ср ~ ср . Отсюда выражение (2) примет вид:

J,ip = Gs.l- + Ge-(t+r)-c-!^V (4)

В качестве державки в конструкции используется тонкостенная короткая трубка, поэтому её моментом инерции как однородного стержня можно пренебречь. Отсюда уравнение в окончательном виде будет записано:

J,ip = Geit + r)-C-^ (5)

Момент инерции эллипса относительно оси OZ равен:

4 g

Так как семена арбуза плоские, т.е их толщина в несколько раз меньше длины, то в нашем случае пренебрегаем размером малой полуоси айв конечном итоге момент инерции семечки вокруг оси OZ будет равен:

G-r2

J =

g' 4

Поскольку размер ложечки напрямую связан с размером державки и семечки, то примем:

I

Г = —

4

Тогда

Полученное значение подставим в выражение (5):

ф+с-64-^ = 80^ (6)

(’ I

Общее решение полученного неоднородного линейного

уравнения (6) равно сумме общего решения срх соответствующего

однородного уравнения и частного решения ср2 данного уравнения т.е.:

(р=(рх+(р2. (7)

Так как правая часть уравнения (7) постоянна, следовательно, и частное решение постоянно, т.е. ф2 = А, соответственно ф2 = О

Если эти значения подставить в уравнение (6) получим:

5-0

(8)

Чтобы определить величину (рх необходимо решить

соответствующее однородное дифференциальное уравнение:

•• 64^C^g

<р + —-----------------------------------<р = 0 (9)

Обозначим:

6А'с'ё = к2

Полученное уравнение (9) перепишем в виде:

ф+к2-<р = 0. (10)

Составим характеристическое уравнение:

(рх = Сх -со^Ш + С2 ■•втШ. (11)

Воспользуемся результатами (8) и (11), представим общее решение в виде:

ср = С1-со$,Ы + С2-$,тЫ + 1,25—-• (12)

с-1

Чтобы определить постоянные интегрирования Сі VIС2, вычислим ф : ф = -Сх -к-8Іпкі + С2-к-со^Ы . (13)

Подставим начальные условия движения ложечки в уравнение (12): / = 0, ср = 0 (ложечка в начальный момент отклонена от горизонтального положения и сходит с планки) и в уравнение (13): 1=0, ф = 0 (ложечка в начальный момент находится в покое). В результате получим:

Сх = -1,25--^, С2= 0. с-1

Следовательно, уравнение движения ложечки (12) окончательно будет выглядеть:

^ = 1,25 •• (1-сое £/), (14)

с-1

где к - круговая частота свободных колебаний ложечки, определяется по формуле:

Полученное выражение (14) вполне соглосуется с зависимостью, представленной в [2].

Её угловая амплитуда колебаний равна:

с-1

Колебания ложечки происходят вокруг положения статического

О „

равновесия, отклоненного от горизонтали на 1,25—-. Следовательно,

с-1

крайние положения ложечки соответствуют углам поворота от

Ф = \25-— Д° <Р = 0 • Исходя из схемы (рис. 2) предельное значение угла

с-1

поворота ложечки не должно превышать значения угла трения поверхности семени о сталь. В противном случае семя может выпасть из наклоненной ложечки.

Тогда, зная предельный угол поворота

<Р = 1,25-% (15)

с-1

можно определить жесткость пружины:

1,25

с = -

ср-1

(16)

В конструкции высевающего аппарата ложечка закреплена на вращающемся диске 3 (рис. 1). Отсюда следует, что вращение диска с одновременным поворотом ложечки приведёт к появлению инерционных сил. Составляющей частью инерционной силы является

ускорение. Для определения ускорения во вращательном движении воспользуемся зависимостью (14). Возьмём первую производную от этого выражения:

ф = 1,25—--k-sinkt. (17)

c-l

Производная зависимости (17) будет представлена выражением:

G

ф = 1,25—--к -cos kt. (18)

c-l

Для полученного выражения (18) примем условие, при котором ложечка поворачивается, оказываясь в горизонтальном положении, т.е. угловое ускорение при этом будет иметь максимальное значение. Тогда cosA;/ = l. Вместо к2 подставим его значение, определенное ранее, в результате получим:

ф = = (19)

c-l Gc I

Таким образом, полученное выражение (19) позволяет с уверенностью отметить, что максимальное значение углового ускорения в момент схода семени с ложечки будет иметь достаточно большое значение.

Библиографический список

1. Воронков, И.М. Курс теоретической механики / И.М. Воронков. - М.: Наука, 1966. - 596 с.

2. Герасун, В.М. Синтез четырехзвенного механизма поворота погрузочного манипулятора / В.М. Герасун, А.Ф. Рогачев, Е.С. Брискин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2001. -№ 10. - С. 16-17.

3. Пат. №2360395 С1 Российская Федерация, А01С 7/14. Высевающий аппарат для посева проросших семян / А.Н. Цепляев, А.В. Харлашин, М.Н. Шапров, В.А. Цепляев // Заявл.: 09.01.2008, Бюл. №19.-9 с.

4. Пат. №2373678 С1 Российская Федерация, А01С 7/16. Дисково-ложечный высевающий аппарат для посева проросших семян пропашных культур / А.Н. Цепляев, А.В. Харлашин, В.Г. Абезин // Заявл.: 23.06.2008, Бюл. №33. - 7с.

5. Цепляев, А.Н. Высевающий аппарат для однозернового посева проросших семян бахчевых культур / А.Н. Цепляев, А.В. Харлашин // Материалы Международной научно-практической конференции, посвящённой 400-летию добровольного вхождения калмыцкого народа в состав Российского государства. - Элиста, 2008. - С. 14-16.

6. Цепляев, А.Н. Дисково-ложечный высевающий аппарат / А.Н. Цепляев, А.В. Харлашин, Е.Т. Русяева // Сельский механизатор. - 2009. - № 4. - С. 10.

E-mail: [email protected].