CC BY
45
2. Патент 2226760 Российская Федерация, 7А01С7/12. Сеялка / Присяжная С.П., Присяжный М.М., Личман
О.М., Шабуня С.А., Желудева Г.В.; заявитель и патентообладатель Дальневост. гос. аграр. ун-т. -№2002112277/12; заявл. 06.05.02; опубл. 20.04.04, Бюл. №11 - 4 с.
3. Присяжная, С.П. Совершенствование технологического процесса устойчивости работы сеялки на посеве сои / С.П. Присяжная, С.А. Шабуня // Технология производства и переработка сельскохозяйственной продукции: сб. науч. тр. ДальГАУ. - Благовещенск, 2003. - С. 8-12.
4. Протокол № 02-19-00 (1030042) приемочных испытаний высевающих аппаратов катушечного типа к зерновой сеялке с диагональным расположением ребер для посева сои (комплект) / Амурская гос. зональная МИС. - п. Зеленый Бор, 2000. - 27 с.
----------♦------------
УДК 631.356 С.Н. Борычев
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРУГЛОГО ДИСКА С ПОЧВОЗАЦЕПАМИ КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЕЙ
В статье приведены основные положения и результаты механикоматематического моделирования технологического процесса подкопа клубненосного пласта в картофелекопателе. Обоснованы основные параметры нового пассивного рабочего органа, состоящего из лемеха и вертикальных круглых дисков с почвоза-цепами. При диаметре диска 0,5 м и глубине хода лемеха 0,2 м длина почвозацепов в форме равнобедренного треугольника равна 30 мм, высота 10 мм.
По результатам анализа нерешенных проблем механизированной уборки картофеля, связанных с подкопом клубненосного пласта, нами разработан рабочий орган, состоящий из лемеха 1 и круглых дисков 2 с внешними почвозацепами 3 (рис. 1).
Почвозацепы 3 выполнены в форме плоского равнобедренного треугольника, каждый из которых своим основанием закреплен на периферии диска под углом 900 к его поверхности и ориентирован на поверхности диска радиально. При поступательном движении копателя обеспечивается постоянная угловая скорость вращения дисков 2 за счет внешних почвозацепов 3. Наличие в дисках сквозных отверстий 4 снижает тяговое сопротивление от сил трения почвенного пласта о боковую поверхность дисков 2. Постоянная угловая скорость вращения дисков 2 предотвращает сгруживание почвы между лемехом 1 и сепарирующим транспортером 5.
Механико-математическое моделирование технологического процесса подкапывания клубненосного пласта (рис. 2) проводилось с целью определения общего тягового сопротивления рабочего органа ^, обоснования его рациональных параметров - длины и высоты почвозацепов, соответственно, 1поч и Нпоч, а
также радиуса отверстий на диске готв при следующих основных допущениях: уборочный агрегат движется
по полю с постоянной скоростью, диски с почвозацепами вращаются равномерно, давление почвы на диски с почвозацепами одинаково во всех точках, на каждом диске в почве находятся три почвозацепа, сгружива-ния клубненосной массы на лемехах не происходит, минимальный размер (толщина) клубней, не учитывающихся как потери, не превышает 20 мм и др.
Определим тяговое сопротивление пассивного комбинированного подкапывающего рабочего органа с учетом силы трения и прилипания. Для этого рассмотрим процесс взаимодействия почвенного пласта отдельно с поверхностью лемеха 1, диска 2 и почвозацепов 3 (см. рис. 2).
4
2
2
Поле с картофелем
1 5
Рис. 1. Усовершенствованный пассивный подкапывающий рабочий орган:
1 - лемех; 2 - диск; 3 - почвозацепы; 4 - отверстия в диске; 5 - сепарирующий транспортер; 1 - клубни картофеля; 2 - мелкие почвенные примеси; 3 - почвенные комки;
4 - растительные примеси (стебли, корни ботвы и сорняков)
На лемех 1 действуют сила веса почвенного пласта вл, находящегося на лемехе, и сила сопротивления лемеха перемещению Ял (сила подпора со стороны почвы) [1]. Разложим данные силы на две составляющие - нормальные к поверхности лемеха, соответственно Мл и Мл, и действующие вдоль него, соответственно Т1л и Т2л (см. рис. 2). Нормальные составляющие сил вл и Ял, соответственно, Мл и Ы2л, вызывают силы трения и прилипания между почвенным пластом и лемехом, соответственно, F1л и F2л (см. рис. 2).
Спроектируем действующие силы на плоскость лемеха:
Т л - ^ л - ^ л - Т, л = 0 , (1)
где Т1л - составляющая силы веса почвенного пласта вл, действующая вдоль лемеха, Н (см. рис. 2); Т2л - составляющая силы сопротивления лемеха перемещению Ял, действующая вдоль лемеха, Н (см. рис. 2); F1л - сила трения и прилипания между почвенным пластом и лемехом, вызванная нормальной составляющими Мл силы веса почвенного пласта вл, Н; F2л - сила трения и прилипания между почвенным пластом и лемехом, вызванная нормальной составляющей Ы2л силы сопротивления лемеха перемещению Ял, Н (см. рис. 2).
Рис. 2. Схема к расчету общего тягового сопротивления нового пассивного подкапывающего рабочего органа:
1 - лемех; 2 - диск; 3 - почвозацеп; 4 - отверстие диска
Силы трения и прилипания между почвенным пластом и лемехом Fin и F^, а также составляющие силы веса почвенного пласта Gn и силы сопротивления лемеха перемещению Rn равны
Т2л = Rл C0s ал , (2)
где ал - угол наклона (установки) лемеха, рад (см. рис. 2).
Учитывая адгезионную и деформационную составляющие коэффициента трения почвенного пласта о лемех (см. рис. 2), получаем следующее выражение:
Fu = ■ (fag + fg ), (3)
где fad и fd - соответственно адгезионная и деформационная составляющие коэффициента трения.
Имеем (см. рис. 2)
F2 л = N 2 л ■ (fag + fg ). (4)
Деформационная составляющая га, обусловленная потерями повторного передеформирования тонких почвенных слоев, имеет очень малые значения, поэтому при расчетах ей пренебрегаем [2].
Имеем (см. рис. 2)
т1л = Сл sin а л, (5)
N2л = Rл Sin ал . (6)
Нормальную составляющую Nin силы веса почвенного пласта Gn выразим через давление пласта на
лемех:
NU = Сл C0s ал = Ркп ■ Sл , (7)
где ркп - давление почвенного пласта на поверхность лемеха, Н/м2; Sл - общая рабочая площадь лемехов
копателя, м2.
Выразим из (7) силу веса почвенного пласта Gn и подставим в (5):
Т1л = Ркп ■ Sл ■ tgал . (8)
Подставив в (1) выражения (2)-(8), преобразовав, получим
r =т ■ s____________________fad +tga-''_ (9)
л п л fag (COS ал - f ■ Sinал ) ,
где тп - прочность прилипания почвы к поверхности рабочего органа, Н/м2.
Прочность прилипания почвы к поверхности рабочего органа [2]
Тп = fag ■ Рп, (10)
где Рп - давление почвенного пласта на поверхность подкапывающего рабочего органа, Н/м2.
Определим тяговое сопротивление пассивного диска 2 (см. рис. 2) с учетом силы трения и прилипания.
При поступательном перемещении и вращении диска на каждую точку Ап его боковой поверхности со стороны почвы действует бесконечно малая сила трения и прилипания dFdcl, направленная против скорости поступательного движения, и бесконечно малая сила трения и прилипания dFgc2, направленная против окружной скорости вращения диска (см. рис. 2). Равнодействующая этих сил есть бесконечно малая сила dFgc. Скорость точки Ап - Уап (см. рис. 2) складывается из скорости поступательного движения машины
Умаш и окружной скорости ogcрАп вращения диска относительно его центра.
Используя подобие треугольника сил трения и прилипания dFgc1dFgc2dFgc и треугольника скоростей
ОРапУАпУмош (см. рис. 2) выразим dFgc1 и dFgc2 [1]:
F, = dF Умош •
gci gc у ’
Ап (ii)
dFgc2 = dFgc
0gcPАп
УАп
где ЛГдс - элементарная равнодействующая сил трения и прилипания, Н; Улп - скорость точки Ап (см. рис. 2) диска, м/с; одс - угловая скорость вращения диска, рад/с; ЛГдс1- элементарная сила трения и прилипания, направленная против скорости поступательного движения, Н; ЛГдс2 - элементарная сила трения и прилипания, направленная против окружной скорости вращения диска, Н; рАп - радиус-вектор точки Ап (см. рис. 2) на диске, м; аАп - угол, координирующий точку Ап (см. рис. 2) на диске, рад.
Скорость точки Ап диска определяется уравнением [1]
У Ап = ^\ОдсРАп )2 + Умаш ' — 2ОдсРАпУмаш ^ аАп , (12)
где УМеш - поступательная скорость движения агрегата, м/с.
Равнодействующую сил трения и прилипания ЛГдс выразим через площадь диска в почве и прочность прилипания почвы к диску:
Г = тп ■ ЛБсд, (13)
где йБсд - элементарная площадь сплошного диска, находящаяся в почве, м2.
Элементарная площадь сплошного диска в почве
ж сд =Рап ■ лрАп ■ а. (14)
Выражение (14) принимает следующий вид:
ЛГдс = Тп ■Рап ■ ^РАп ■ ЛаАп . (15)
Величина элементарного тягового сопротивления от сил трения и прилипания ЛЯдс равна горизонтальной проекции этой силы в точке Ап, имеем [1]:
ЛЯдс = 2 ■ Л¥дс ■ , _ Умашп ~ОдсрАп =. (16)
^{ОдсРАп )2 + Умаш 2 - 2ОдсРАпУмаш С°8 аАп
Учитывая изменение длины радиуса-вектора сап и его угла поворота 6ап, получим выражение для определения тягового сопротивления от силы трения и прилипания, возникающего при движении пассивного сплошного диска Ra:
аАпл рАпл Т7 _____ ^
Кс = 2Тп | ] , м“ ■ ЛРап■ а (17)
аАп0 рАпсУ] \ОдсрАп) +Умаш - 2ОдсрАУмашС°аАп
Определим тяговое сопротивление почвозацепов 3 (рис. 2) с учетом силы трения и прилипания.
При равномерном движении машины на почвозацеп действуют сила веса почвенного пласта Gпоч, сила сопротивления почвозацепа перемещению Rпоч, а также силы трения и прилипания Fпоч1 и Fпоч2, вызванные нормальными составляющими сил Gпоч и Rпоч (см. рис. 2).
Спроектируем силы, действующие на боковую поверхность почвозацепа (см. рис. 2), на его плоскость:
гтт поч поч ~ш "т поч лр поч к /лп\
Т 2 — Г1 — ^2 — Т1 _ 0 , (18)
Тт поч /-Ч
1 - составляющая силы веса почвенного пласта Gпоч, действующая вдоль поверхности почвозацепа,
Н (см. рис. 2); Т2пон - составляющая силы сопротивления почвозацепа перемещению Rпоч, действующая вдоль поверхности почвозацепа, Н (см. рис. 2); Г"04 - сила трения и прилипания между почвенным пластом и почвозацепом, вызванная нормальной составляющей Ы1"°ч силы веса почвенного пласта Gпоч (см. рис. 2);
поч
Г2 - сила трения и прилипания между почвенным пластом и почвозацепом, вызванная нормальной со-
ставляющей Ы2"оч силы сопротивления почвозацепа перемещению Rпо^, Н (см. рис. 2).
Выражение для составляющей силы сопротивления почвозацепа перемещению Rпоч, действующей вдоль поверхности почвозацепа (см. рис. 2), запишем в следующем виде:
Т2 "оч = Коч с°в а поч, (19)
где Rпоч - сила сопротивления почвозацепа перемещению, Н; апоч - угол наклона почвозацепа относитель-
но горизонта (см. рис. 2), рад.
Сила трения и прилипания между почвенным пластом и почвозацепом, вызванная нормальной составляющими N ™ч силы веса пласта Gnm (см. рис. 2), равна
К°Ч = NT- fad. (20)
Сила трения и прилипания между почвенным пластом и почвозацепом, вызванная нормальной составляющей N2п°ч силы сопротивления почвозацепа перемещению Rnm (см. рис. 2), равна
F ”°ч = Rn°4 - fad - sin «п°ч. (21)
Составляющая силы веса почвенного пласта Gnm, действующая вдоль поверхности почвозацепа, равна (см. рис. 2)
ТГ = Опоч sin ^. (22)
Нормальную составляющую N1noH силы веса почвенного пласта G выразим через давление пласта
на почвозацеп (см. рис. 2), в результате получим следующее выражение:
Ninm = Gno4 cos апоч = рПпоч- Sп°ч, (23)
где рпп°ч - давление пласта на поверхность почвозацепа, Н/м2; Snm - площадь почвозацепа, м2.
Площадь почвозацепа найдем из выражения (см. рис. 2):
S п°ч = "2 hп°ч - 1поч , (24)
где lп°ч и Нпоч - высота и длина почвозацепа, м.
Выразим из (23) силу веса почвенного пласта Gnm и подставим ее в выражение (22), с учетом (24) получим
rj^ п°ч рппочhпоч 1 поч 18апоч /ОС\
T =----------------2-----------■ (25)
Подставляем в уравнение (18) выражения (19-25), получим выражение для силы сопротивления почвозацепа перемещению Rno4.
R = т -h -l---------------fad +tgап°ч-----------------------------------------. (26)
поч п поч поч л г\ Г / /»• \
2 fad (C0S апоч - f- sin апоч )
При нахождении общего тягового сопротивления пассивного подкапывающего рабочего органа, согласно принятым допущениям, рассматриваем наихудший случай по энергозатратам, когда в почве находится на каждом диске по три почвозацепа (см. рис. 2), из них один вертикально (апоч = 0,5 рад) и два под углом
(ап°ч = 0,25 рад).
Для учета снижения тягового сопротивления диска за счет отверстий введем коэффициент, учитывающий эту конструктивную особенность:
S
Д =^L, (27)
отв С
S сдп
где Дотв - коэффициент, учитывающий наличие в диске отверстий; S°me - площадь дисков с отверстиями, находящаяся в почве, м2; Scdn - площадь сплошных дисков с почвозацепами, находящаяся в почве, м2. Площадь двух сплошных дисков с почвозацепами, находящаяся в почве:
S сдп = 2-
2- j j РАп -dpAn -daAn + Э'
-h_„.. -l„
2 поч поч
J
V аАп0 рАп0 4 J
(28)
Площадь двух дисков с отверстиями и с почвозацепами, находящаяся в почве при наиболее неблагоприятном случае (максимальное тяговое сопротивление) равна
^аАпл рАпл ^ \
| | рАп ’ АрАп ’ АаАп + 3 ’ ^ ^оч ’ 1поч
S отв = 2 '
Эпг
2
отв
(29)
\аАи0 рАп0 J
где готе - радиус отверстии пассивного диска, м.
Выражение для общего тягового сопротивления комбинированного подкапывающего рабочего органа с пассивными дисками, снабженными почвозацепами и имеющими отверстия Яп, примет вид
=тп -эл----------------к±М—+XV ^поч-1почл---------------------^ + ^а°ч-----------
п л п д т л _ Г. Шпал) £3 п п°ч п°чл 2Цсоапоч _ Г-зтап°ч)
аАпл рАпл (\/ _ р ) р (30)
+2-Т-4.,] ] ( ““ ^рАпр -ЛрАп-ЧаАп.
1 '\\Щ)сРАп ) + Каш _2Щ)сРАпКашСОа
ам>Рм>^\<ЦсНАп) +/маш ~2ШдсрАпумаш^^Ап
Для снижения тягового сопротивления подкапывающего рабочего органа, за счет сил трения почвенного пласта о боковую поверхность диска с почвозацепами, последний снабжен отверстиями, радиус которых равен 10 мм (диаметр 20 мм). Так как в результате полевых исследований установлено, что минимальный размер (толщина) клубней, не учитывающихся как потери (масса не более 20 г), не превышает 20 мм.
С помощью выражения (30) находим рациональную длину почвозацепов 1поч, с учетом того, что тяговое сопротивление почвозацепов было бы компенсированно отверстиями диска. Высоту почвозацепа кпоч
по конструктивным соображениям принимаем равной 10 мм.
Выражение (30) аналитически не интегрируется, но его можно решить численными методами на ЭВМ в программе «MathCAD» для следующих значений [1-3]: /маш=1 м/с; рАп =0,05-0,25 м; Ндс=0,2 м;
(Одс =4 рад/с; аАп = -1,116-1,116 рад; тп =0,8 Н/см2; 4д=0,7; Бл = 0,56 м2; кпоч = 0,01 м.
В результате расчетов находим, что при высоте почвозацепов кпоч, равной 10 мм, и диаметре отверстий йотв = 20 мм оптимальная длина почвозацепа 1поч, при которой тяговое сопротивление усовершенствованного подкапывающего рабочего органа не превысит показателя серийного диска, равна 30 мм.
Литература
1. Принципы и методы расчета и проектирования рабочих органов картофелеуборочных машин (решение УМО вузов РФ № 07-8а/58 от 15.09.2004) для студентов инженерного факультета / Н.В. Бышов [и др.]; М-во образования РФ, РГСХА. - Рязань, 2005. - 284 с.
2. ГОСТ 20794-75. Машины сельскохозяйственные. Правила технического обслуживания. - М.: Изд-во стандартов. 1975. - 60 с.
3. Успенский, И.А. Основы совершенствования технологического процесса и снижения энергозатрат картофелеуборочных машин: дис. ... д-ра техн. наук / И.А. Успенский. - Рязань, 1997. - 396 с.
УДК 621.67.001.57 Ю.П. Ильин, Н.Ю. Кузьмина
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ФЕКАЛЬНЫХ СИСТЕМ КРАСНОГОРСКОГО СВИНОКОМПЛЕКСА
Приводятся результаты оценки эффективности работы систем перекачки фекальных стоков и барботажной системы на примере Красногорского свинокомплекса. В качестве показателей эффективности приняты коэффициенты Кг и Кэс, а также количество перекачиваемых стоков в час.
Челябинская область характеризуется высоким уровнем потребления топливно-энергетических ресурсов на единицу валовой продукции, обусловленным большим удельным весом энергоемкости и низкой энергетической эффективностью производства и потребления энергии. Первоочередной задачей на современном этапе является проведение политики энергосбережения и повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов во всех сферах хозяйства области [1]. Затраты по энергосбережению
