Теоретическое определение усилия резания усовершенствованного подкапывающего лемеха картофелекопателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

дя между штифтами измельчителя. Гранулы перги и восковое сырье попадают в аспира-ционный канал 6. Под действием воздушного потока частицы воска и мелкие частицы перги, скорость витания которых меньше скорости воздушного потока, устремляются в циклон 7, а гранулы перги под действием силы тяжести падают в емкость для перги. Воздух, засасываемый вентилятором 8, выходит через пылеуловитель 4, в котором оседают мелкие частицы воска.

В этой технологии ручными операциями остаются подача сотов и воско-перговой массы, отделение воско-перговой массы от рамок. Отделению воско-перговой массы от рамок мешает натянутая в них проволока.

При использовании предлагаемой технологии и средств механизации извлечения перги путем хронометража установлено, что на обработку 100 сотов затрачивается человеко-часов:

- скарификация перги в сотах - 1,3;

- сушка -16,48;

- отделение воско-перговой массы от рамок - 4,17;

- охлаждение воско-перговой массы -

1 2-

- измельчение и разделение массы на пергу и восковое сырье - 4,95;

- перемещение сотов и воскового сырья - 1,4.

Таким образом, общие затраты труда составляют 29,5 чел.-ч на 100 сотов. В среднем, по нашим данным, в одном соте содержится 330 г перги, следовательно, затраты

труда на извлечение 1 кг перги составят около 1 чел.-ч.

При использовании данной технологии извлекается не менее 98% перги, которая содержит менее 5% примесей в виде донышек ячеек перговых сотов. Целых гранул перги в полученном продукте содержится более 90 % от общей массы. Полученная перга полностью соответствует требованиям ТУ 10 РСФСР 505-92.

Экономические расчеты показывают, что в Рязанской области, в которой насчитывается около 60 тысяч пчелиных семей, можно заготовить около 120 тонн перги на сумму приблизительно 200 миллионов рублей.

Технология извлечения перги и комплект оборудования для ее осуществления отмечены на Московском международном салоне инноваций и инвестиций бронзовой (2003 г.) и золотой (2006 г.) медалями, на международном форуме по пчеловодству «Апимодия 2007» в г. Мельбурн (Австралия)

- серебряной медалью, а сам продукт «Перга сушеная» - золотой медалью Российской агропромышленной выставки «Золотая осень» в 2005 году.

Библиографический список

1. Некрашевич В.Ф., Кирьянов Ю.Н. Механизация пчеловодства. - Рязань, 2005.

- 291 с.

2. Туников Г.М., Кривцов Н.И., Лебедев В.И., Кирьянов Ю.Н. Технология производства и переработки продукции пчеловодства. - М.: Колос, 2001. - 176 с.

УДК 631.356.46.02

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ РЕЗАНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ПОДКАПЫВАЮЩЕГО ЛЕМЕХА КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЯ

Угланов Михаил Борисович, доктор технических наук, профессор кафедры « Сельскохозяйственные, дорожные и специальные машины» ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева», 390044, г. Рязань, ул. Ко-стычева, д. 1, тел.: 8(4912) 35-37-22 е-mail: [email protected]

Иванкина Ольга Петровна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Прикладная механика» ФГБОУ ВПО «Московский государственный открытый университет» (фили-ал),390000, г. Рязань, ул. Право-Лыбедская, д.26/53, тел.: 8(4912) 25-41-48РИ (Ф) МГОУ.

Пашуков Сергей Алесандрович, кандидат технических наук, декан факультета «Дневное обучение» ФГБОУ ВПО «Московский государственный открытый университет» (филиал),390000, г. Рязань, ул. Право-Лыбедская, д. 26/53, тел.: 8(4912) 25-41-48РИ (Ф) МГОУ Воронкин Николай Михайлович, аспирант кафедры «Сельскохозяйственные, дорожные и специальные машины» ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева», 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1, тел.: 8(4912) 3537-22

Чхетиани Артем Александрович, соискатель кафедры «Сельскохозяйственные, дорожные и специальные машины» ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева», 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1, тел.: 8(4912) 3537-22

Ключевые слова: картофелекопатель, самоколеблющейся лемех, динамика пласта, параметры лемеха.

В статье дано описание самоколеблющегося лемеха картофелекопателя. Рассмотрена динамика почвенного пласта на лемехе и определена аналитическая зависимость усилия подкопа от состояния почвы и параметров лемеха.

Широко распространенные пассивные лемеха, которые применяют на картофелекопателях, имеют недостатки: часто происходит сгруживание почвенного пласта из-за неудовлетворительного продвижения по поверхности лемеха, наблюдается зависание ботвы. С целью устранения отмеченных недостатков и с учетом циклического характера сопротивления движению клина [1, 2, 3] мы предлагаем улучшенную схему картофелекопателя, имеющего подпружиненный лемех (рис. 1).

На рисунке 2 показан самоколеблю-щийся лемех. Лемех 1 подвешен на раме 4 через кронштейн 2 с цилиндрической пружиной 3. Во время работы лемех совершает колебательные движения, вызываемые циклическим сопротивлением почвы.

Колебательное движение лемеха обе-

1 - подпружиненный лемех; 2 - элеватор; 3 - ведущий вал; 4 - колесо

Рис. 1 - Конструктивно-технологическая схема копателя КТН - 2У

спечивает хороший подкоп пласта, его крошение, стабильное продвижение к элеватору и устраняет сгруживание и зависание ботвы и растительных остатков.

определим общее усилие подрезания пласта и исследуем характер изменения этого усилия.

Общее усилие резания пласта складывается из усилия сдвига РС и усилия режущей кромки лемеха Р, т.е.

Р = Рс + Р„

где РС - усилие сдвига элемента пласта; РВ - усилие вдавливания режущей кромки.

Усилие вдавливания режущей кромки РВ носит стационарный характер и зависит от физико-механических свойств почвы.

Усилие сдвига РС имеет циклический характер. Вначале вдавливания клина в почву это усилие равно нулю, а затем, по мере углубления лемеха, оно начинает постепенно возрастать. Затем сопротивление сдвига возрастает до того предела, которого достаточно для скалывания элемента почвы по некоторому косому направлению (под углом ф к горизонту). После скалывания этот элемент начинает одновременно сходить на плоскость скалывания и двигаться по

1 - л емех; 2 - крон штейн; 3 - пружина; 4 - рама; 5 -стопорный болт; 6 - основной элеватор Рис. 2 - Подпружиненный лемех

найдем: а = 0,04 м.

Обозначим а = 21,

где I - условная величина. Выразим усилие сдвига в виде периодической функцией с периодом Т = 21, т.е. Рс(х) = Рс(х + 21), которая на отрезке [0; 21] оси абсцисс задается уравнением

Я

Рис. 3 - Характер изменения общего усилия

рабочей поверхности лемеха. За это время лемех продвинется на величину а, где а ход лемеха, а усилие РС изменится от 0 до максимума. После этого данный периодический процесс повторяется. Таким образом, усилие сдвига носит пилообразный характер, и при движении клина оно возрастает от нуля до некоторого максимального значения РС (рис. 3).

Максимальное значение усилия сдвига [1]

Рс(х)

21 . (3)

На рисунке 4 показан периодический характер данной функции.

Разложение функции в ряд Фурье имеет следующий вид [4]:

т-, / ч ( 7ШХ

Рс(*)=^г+£ «„еся— +

+ Ь ап

2

тх

I

1 У (4)

Найдем коэффициенты ряда Фурье:

1 Я /. -Л2

7'Ра , 7 Рс 2

с хах =-----^

21

I 41

-•-^-(21 )2 = Рс / 4/ с

с

Коэффициент ап

формуле:

определим по

а

л 21

-\\т

7ШХ 7 1 ^ о

с об---------ах, п = 1,2,3,...

1’г =

_ к2Ъе • зт(а + 2(р) ■ 2[0,5(90°-^,)1

СОБ (р' С08

а +ср + (р

,)]

(1)

где: к2 - напряжение сжатия, к2 = 50 кПа; Ь - ширина лемеха, Ь = 0,6 м; е - толщина пласта, е = 0,15 м; ф - угол трения почвы о лемех, ф = 30°; фг - угол трения почвы о почву, фг = 500; а - угол наклона лемеха, а = 27°.

Подставив в формулу данные, найдем, что Рс = 1070 Н.

Путь а, на котором происходит увеличение усилия сдвига, найдем по формуле [1]:

_ 6 • СОБ (р • БШ 2 [0,5(900 - 0^)1-СОбГО,5(1? + (рх -дг)1

С053[о,5(« +(р + (р)\ (2)'

Подставив необходимые данные,

В нашем случае

а = -" ¡1

1 2/ п

1 г Рг-х тх , с 08---------------------ах

21

/

или

а

=Аг 212 -1

21

тх , х со8-------ах.

Интеграл вычислим по частям:

| исЬ - ну -1 у<3и 9

т.е.

и = Х, (¡и=(}х, ¿/у = С08

ттх

с!х.

Í7m , I . тт _

СОБ—хах---БШ---X + С,

I т I 1

о

/

Рис. 4 - График функции усилия сдвига

ь.

П . (6) Подставляя (5) и (6) в (4) получим разложение функции (3) в ряд Фурье:

или

Рс (x) = -f -

п

. п sin — x + l

Рис. 5 - Разложение усилия сдвига в ряд Фурье

Примем С = 0. Тогда

JJ 11 п

Рс г тгх Рс

а„ = —- х- eos--------ах = —г

"212{ I 21

I . (тт

х-----sin|

т

1 21 1 Ґ \

- Г — siní—x)-dx і ЯП І І )

Рс . І . (т _Л / Рс / (ті

= —V-2/ —sin]---------21 |ч------V-------eos —х

т 21 т І /

2І2 ті І

= —sm{2m)+ —т-Цтсов -21 ~М =

тт V ' 2(мі)2 І І ) 2(ш)2 { І 1

-0 +

--Ü.

2(/р)

Следовательно, а = р, а = 0.

0 с; n

(5)

Коэффициент bn найдем по формуле:

bn = - J/(x) sin ^-dx, n = 0,1,2,3.

/ o /

В нашем случае

21

7 i г rc • х . тх , b =- ——sm dx

" 11 21 l

или

7) 21

7 Pr f . ЛПХ ,

b =—V x*sin------------------dx.

n 21 i l

Вычисляя интеграл по частям, аналогично предыдущему случаю, получим:

1 . 2п 1 . 3п

+—sin—х +—sin—х +...

2 l 3 l

1 . nn Л ... + — sin—X

n l J (7)

Этот ряд определяет заданную функцию во всех точках, кроме точек разрыва (т.е. кроме точек х = 0, 21, 4I ...). В этих точках сумма ряда равна полусумме предельных значений функции РС(х) справа и слева, т.е. в данном случае 0,5 РС.

График полученного разложения для n = 4, РС = 1070 Н, I = 2 см показан на рисунке 5. Общее усилие резания Р Р

Р( х) = Рв + P- - Р

2 п

. п 1 . 2п

sin — x + — sin — x l 2 l

\

1 . 3n 1 . nn

+ — sin—x +... + — sin—x (8)

3 l n l )

Таким образом, использование само-колеблющегося лемеха значительно улучшит работу приемной части копателя и снизит энергозатраты на подкоп клубненосного пласта, а полученное усилие сдвига в виде аналитической зависимости позволит провести исследование динамики пласта на колеблющемся лемехе.

Библиографический список

1. Горячкин В.П. Собрание сочинений в

3 томах. Т 1. - М.: Колос, 1968, с. 547 - 553.

2. Энциклопедия в сорока томах. Том IV. Расчет и конструирование машин. - М.: Машиностроение, 1988, с. 117 - 121.

3. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. -М.: Колос, 1994, с. 29 - 36.

4. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления. Т 2. - М.: Наука, 1978 - 575 с.