CC BY
74
УДК 631.33.024.2:631.331
УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА С ПАРАЛЛЕЛОГРАММНОЙ НАВЕСКОЙ И ПОЛОЗЬЯМИ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ
А. А. Пяткин, аспирант; Н. П. Ларюшин, доктор технических наук, профессор; А. В. Поликанов, кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВПО «Пензенская» ГСХА, т. (841-2) 62-85-63, е-mail: psaca@penza. com. ru
Рассматривается теоретическое обоснование параллелограммной навески комбинированного сошника и полозьев сеялки-культиватора ССВ-3,5 для посева семян трав, что может способствовать увеличению устойчивости хода килевидных сошников по глубине заделки семян мелкосеменных культур и повышению качества их заделки.
Ключевые слова: комбинированный сошник; сеялка-культиватор; семена трав; па-раллелограммная навеска; полоз.
Мелкосеменные культуры требовательны к глубине их заделки, расхождения по глубине не должны превышать ± 5 мм. Используемые сошники сеялок и агрегатов не отвечают этому требованию, поэтому разработка устойчивого движения комбинированного сошника в вертикальной плоскости является весьма актуальной.
Степень устойчивости хода рабочих органов сеялки зависит от равновесия действующих на рабочий орган сеялки сил и соотношения параметров звеньев механизма крепления рабочего органа к раме сошника, а также самого рабочего органа.
Степень устойчивости хода рабочих органов сеялки в значительной мере зависит также от устойчивости хода агрегата в целом [2, 4, 5].
В силу этого возникает необходимость изучить факторы, обусловливающие устойчивость хода рабочих органов сеялки и на основании этого установить технические приемы, при помощи которых можно было бы повысить устойчивость хода последних и тем самым повысить качество работы сеялки [3].
Рабочий орган сеялки находится под действием (рисунок):
Схема многошарнирного соединения комбинированного сошника с рамой сеялки-культиватора и системы сил, действующих на комбинированный сошник
в процессе его работы
1. Сил сопротивления почвы Ях и Яу;
2. Силы веса рабочего органа в;
3. Силы давления пружины нажимной штанги или добавочного груза О;
4 Реакций в шарнире Х, и У,.
Из указанных сил только силы сопротивления почвы Ях и Яу изменяются во время работы в значительных пределах. Остальные силы или являются постоянными (О), или могут изменяться в незначительных пределах (О) [1, 7].
Поэтому равновесие сил, действующих на рабочий орган, периодически нарушается, в результате чего возникают отклонения рабочего органа от направления его движения [6, 9].
Наблюдения показывают, что в процессе работы сеялки её рабочие органы имеют отклонения как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях [8, 10].
Установим характер влияния изменений величины возмущающего момента на величину отклонений рабочего органа в вертикальной плоскости, а также зависимость величины отклонений от параметров рабочего органа [11].
Рассмотрим сначала устойчивость хода рабочих органов сеялки в вертикальной плоскости. Отнесем для этого рабочий орган культиватора к неподвижной системе координат Ох и Оу с началом в точке О, расположенной так, чтобы ось Ох проходила параллельно поверхности почвы на глубине установленного посева и была направлена в сторону движения рабочего органа, а ось Оу совпадала с геометрической осью стойки и была направлена вертикально вверх (рисунок) [1, 13, 14, 15].
Если координаты центра тяжести рабочего органа сеялки в начальный момент движения обозначить через х0 и у0, то можно записать:
хо = 5 - Ь , Уо = н1 + а ,
(1)
где 5 - расстояние от стрельчатой лапы до оси Оу, мм;
Ь - расстояние центра тяжести комбинированного сошника до оси Оу, мм;
Н1 - высота стойки килевидного сошника, мм;
а - расстояние от вершины стойки килевидного сошника до центра тяжести комбинированного сошника по оси Оу, мм.
При условии равномерного движения сеялки последний переместился в направлении оси Ох на величину, равную Упх . Допустим, что в это время рабочий орган под действием возмущающего момента Ц получит угловое перемещение, равное .
Тогда центр тяжести рабочего органа переместится в положение С1(х1;у1), где
х1 = Уп( + 5 - Ь +1р0 -1 ■ + р);
у1 = Н1 + а+1оо8 р0 -1 ■ соз(р0 + (р), (2)
где Уп - скорость перемещения центра тяжести комбинированного сошника, км/ч; t - время перемещения, с; I - длина многошарнирной навески (звеньев АМ, ВК), мм;
ф0 - угол между стойкой стрельчатой лапы и звеном навески, град;
Ф - угол между начальным и конечным положением звена навески, град.
Проекции скорости перемещения центра тяжести в этом случае будут равны
= к -1 ■ Ф ■ сЦ (о+р) у = I ■ ср ■ Моро + рр), (3)
где Ф - проекция угла между начальным и конечным положением звена навески, град.
Примем за обобщенную координату угловое перемещение поводка ф. При этом условии задача сводится к определению ф как функции времени.
Кинетическая энергия систем будет равна
Т = 2т■ (X2 + у2)+21о ■ Р2, (4)
где т - масса рассматриваемой системы, кг;
10 - момент инерции системы относительно оси, проходящей через центр тяжести перпендикулярно к плоскости чертежа, Нм.
Принимая во внимание выражение (3), уравнение (4) после некоторых преобразований может быть приведено к такому виду:
Т = 1V - 2Уп ■ I ■ р■ со8( р + р) +12 ■ р2 ] + +2/о ■ Р2 . (5)
Найдем частные производные:
дт 1 , , . . . .
-= — т ■ 2 ■Уп ■ I ■ ср ^1п( р0 + р ) =
д р 2
= т ■Уп ■ I ■ ср^1п( р0 + р); дТ 1
—7 = — т ■? ■Уп ■ ■ со8( р0 + р)+2 ■2 ■ р+ др 2
+1/0 ■ 2 ■р=-т ■Уп ■ I ■ со8(р0 +р) + р( ■ 12 + /0);
—■дТ = т■Уп■ I■ 81п( р0 + р)■ ср + р(2■ 12 + /0).
& д ср '
Применяя уравнение Лагранжа 2-го рода, получим
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 57
m •Vn • l • sin(p0 + p) •& + (p{l • l2 +10 )--m Vn • p •l •sin( (po + p) = Q. (6)
После некоторых преобразований получим
ip • (2-12 + Io) = Q<, (7)
где Qp - обобщенная сила, Н.
In • &p = Qp, (8)
где In = m • l2 +10.
В данном случае обобщенная сила Qp
будет равна возмущающему моменту LR.
Возмущающий момент в этом случае будет равен
Lr = Rx [H1 +1 cos( p0 + p)]- Ry [l sin( p0 + p )]- G[b +1 sin( p0 + p)] + 2
+AxH2 - Fp • cosa • — lcosp' +
+Rn •{e +1 • cosp'), (9)
где Lr - суммарный момент приложенных к рабочему органу сил относительно точки его крепления к раме сеялки-культиватора, Нм;
Ах - горизонтальная составляющая реакции верхнего шарнира А крепления параллелограмма к раме сеялки-культиватора, Н;
H2 - высота звена параллелограммной навески (звено МК), мм;
Rx - горизонтальная составляющая сопротивления почвы, Н;
Ry - вертикальная составляющая сопротивления почвы, Н;
G - вес рабочего органа, кг;
Fp - усилие, создаваемое пружиной, кг;
Rn - реакция опоры полозка, Н;
е - расстояние от силы Rn до оси Оу, мм.
Тогда уравнение (8) примет вид
In • ip = Rx [Hl +1cos( p0 + p)]--Ry [ sin( p0 + p )] - G[b +1sin( p0 + p)] + 2
+AxH2 - Fp • cosa • зlcosp ' +
+Rn-{e +1 • cos p') (10)
Реакция Ах может быть выражена через другие известные силы - Rx, Ry и G.
Для этого воспользуемся условиями равновесия [1] и будем иметь
Rn + Ay + By - G -Ry - Fp • cosa = 0 ,
Ax + Bx -Rx - F • sina = 0 ,
(11)
где Ау - вертикальная составляющая реакции верхнего шарнира А крепления параллелограмма к раме сеялки-культиватора, Н;
Ву - вертикальная составляющая реакции верхнего шарнира В крепления параллелограмма к раме сеялки-культиватора, Н;
а1 - угол между вертикалью и пружиной, град.
Если допустить, что Ау = Ву и Ах = Вх, то можно записать:
A =
у
A,
G+Ry + Fp -cosa-Rm
2
Rx + Fp •sinaj
-x 2 . (12)
Принимая во внимание уравнения (12), можно записать:
LR = Rx [HJ +lcos( p0 + p)] - Ry [lsin( p0 + p)] -
г i Rx + Fp sinaj -G[b+lsin( p0 + p)] +-2-H2 -
2
- Fp • cosa • j cos p'+Rn-{e+1 • cos p'). (13)
После некоторых преобразований уравнение (13) перепишется так:
Lr = (Rxl cos p0 - Ryl sinp0 - Gl sinp0)cos p -
-(Ryl cos p0 + Rxl sin p0 + Gl cos p0)sinp+
Rx + Fp sina +(RxH1 +—-p-1H2 - Gb - Fp • cosa x
cosp'+ Rn•{e +1• cosp')).
(14)
Обозначив
a1 = Rxlcos p0 -Rylsin p0 - Glsin p0, (15) a2 = Ry/cos p0 + Rxlsin p0 + G/cos p0, (16)
Rx + Fp sina a3 = RxH1 +—-p-1H2 - Gb - Fp;
<cosa1 • -jl cos p'+ Rn-{e+1 • cos p'),
(17)
уравнение (14) можно записать так:
1П • р = ^008 р-а2ът(р + а3. (18)
После первого интегрирования этого уравнения получим
2 2
(р) =—(а^т р + а2со$,р + а3р + Д), (19)
1П
где Д - произвольная постоянная.
Так как при t = 0, р = 0 и & = 0 Д = -а2, то уравнение (19) примет вид 2 2
(р) =— (а^т р + агсо$> р + а3 р - а2). (20)
1П
Так как угол р обычно мал ( р =р 150), то можно записать, что
sin p ¡» p и cos p ~ 1——.
(21)
Тогда уравнение (19) запишется так:
Литература
(& )2 = f 1 П
или
(&))=Т
1П
a1 р + a2(1 ——) + a3 р - a2)
(ai + аз) P - a2~
(22)
Решая уравнение (22), получим
arccos
a2 ■ р- (a1 - a3)
+ C
(23)
(24)
где C2 - производная постоянная. Так как при t = 0 р = 0, то
C2 =
^ cos(-l) = ^ п.
^ у a2
В связи с этим можно записать:
t =
п-arccos
a2 ■ р- (a1 -a3)
(25)
(26)
Решив это уравнение относительно , получим
р = -
L(1 - cos
(27)
После подстановки значений коэффициентов а1, а2 и а3 в уравнение (27) последнее примет вид:
Rx +F siraj
q=(Rxlcos р0 -Rylsin р0 -Glsin р0 +RxH1 +—1—2-H2 -
-Gb-Fp-oosaO^l cos p+R^e+l-cos р'))/ /(Rylcosр0 +Rxlsinр0 +Glcosр0)x
\Rlcosр0 +Rxlsinр0 +Glcosр0 x(1-cos —-1).
In
(28)
После подстановки данных в формулу (28) получим угол отклонения параллело-граммной навески в вертикальной плоскости ф=3,5°, что соответствует колебанию сошника по глубине высева семян ±3,5 мм, это отвечает агротехническим требованиям (±5 мм) посева мелкосеменных культур [12].
Следовательно, на основании проведенных теоретических исследований устойчивости движения комбинированного сошника с параллелограммной навеской и полозьями в вертикальной плоскости можно сделать вывод, что данная конструкция навески сошника применима к сеялкам для посева мелкосеменных культур.
1. Добронравов, В. В. Курс теоретической механики / В. В. Добронравов, Н. Н. Никитин. - М.: Высшая школа, 1983. - 457 с.
2. 3ахаржевский, А. П. Совершенствование процесса высева многолетних трав под покровную культуру сошником на базе стрельчатой лапы: дис. ... канд. техн. наук /
A. П. Захаржевский. - Воронеж, 2000. - 156 с.: ил.
3. Имамов, И. С. Автоматизированная система расчета, оптимизации параметров и проектирования рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин / И. С. Имамов // Тракторы и сельхозмашины. - 1993. - № 8. - С. 20-23.
4. Карпенко, А. Н. Сельскохозяйственные машины / А. Н. Карпенко, В. М. Халан-ский. - М.: Агропромиздат, 1989. - 527 с.
5. Кленин, Н. И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н. И. Кленин,
B. А. Сакун. - М.: Колос, 1994. - 751 с.
6. Ларюшин, Н. П. Посевные машины. Теория, конструкция, расчет / Н. П. Ларю-шин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев и др. - М.: Росинформагротех, 2010. - 292 с., ил.
7. Листопад,
Г. Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Г. Е. Листопад, Г. К. Демидов, Б. Д. Зонов и др. - М.: Агропромиздат, 1986. - 594с.
8. Лурье, А. Б. Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин / А. Б. Лурье, А. А. Громбчевский. - Л.: Машиностроение, 1977. - 528 с.
9. Ма, С. А. Технологические основы теоретического и технического обоснования принципов различных способов посева и создания рабочих органов посевных машин / С. А. Ма, Я. А. Колчинский // Труды ВИМ. - М., 1997. - Т. 129. - С. 39-47.
10. Малев, М. К. Обоснование параметров рабочих органов сеялок - культиваторов для посева на почвах, подверженных ветровой эрозии / М. К. Малеев.
11. Милюткин, В. А. Эффективность комбинированного почвообрабатывающе-по-севного агрегата АУП - 18 // В. А. Милюткин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1996. - № 3. - С.5-7.
12. Приемочные испытания сеялки-культиватора ССВ-3,5. Протокол № 08-123-2010(4030132) ФГУ «Поволжская государственная зональная машиноиспытательная станция». - Кинель, 2010. - 44 с.
13. Синеоков, Г. Н. Деформации, возникающие в почве под воздействием клина / Г. Н. Синеоков // Сб. науч. трудов ВИСХМ. Вып. 33. - М.: Машгиз, 1962. - С. 3-27.
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 59
14. Синеоков, Г. Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Г. Н. Синеоков, И. М. Панов. - М.: Машиностроение, 1977. - 328 с.
15. Яблонский, А. А. Курс теоретической механики: учеб. пособие для вузов / А. А. Яблонский, В. М. Никифорова. - 13-е изд., исправ. - М.: Интеграл-Пресс, 2006. - 603 с.
