- •1.0. Обоснование основных параметров и анализ технологических свойств лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга
- •1.1. Способы образования лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга
- •1.3. Обоснование параметров направляющей кривой
- •1.4. Углы γ образующих со стенкой борозды и законы их изменения
- •2. Рабочее сопротивление плугов и определение числовых характеристик тягового сопротивления рабочих органов почвообрабатывающих машин
- •2.1. Сила тяги плуга
- •2.2. Определение коэффициентов формулы в.П. Горячкина на основе опытных данных
- •3. Обеспечение устойчивости хода навесного плуга по глубине и ширине захвата
- •3.1. Силы, действующие на плуг
- •3.2. Равновесие навесного плуга в вертикально-продольной плоскости
- •Основные показатели плугов с изменяемой шириной захвата
- •3.3. Уравновешивание плуга в горизонтальной плоскости
- •4. Основные технологические показатели работы почвенной фрезы
- •4.1. Уравнение движения ножа фрезы
- •4.2. Скорость резания и абсолютная скорость движения рабочего органа
- •4.3. Гребнистость дна борозды
- •4.4. Длина пути резания
- •4.5. Угол установки рабочего агрегата
- •4.6. Мощность, необходимая для работы фрезы
- •5. Изучение свойств зубового поля бороны
- •5.1. Назначение и основные типы борон
- •5.2. Агротехнические требования к размещению зубьев бороны
- •5.3. Обоснование формы зубового поля бороны
- •5.4. Обоснование основных параметров зубового поля бороны
- •5.5. Основные выводы
- •5.6. Компьютерная программа анализа зубового поля бороны
- •5.7. Контрольный пример работы по программе «Борона (Borona)»
- •Контрольные вопросы
- •6. Обоснование основных параметров дисковых рабочих органов почвообрабатывающих машин
- •6.1. Классификация и характеристика основных типов дисковых орудий
- •6.2. Обоснование параметров сферических дисков
- •6.3. Расстановка дисков в батарее
- •6.4. Тяговое сопротивление дисковых рабочих органов
- •6.5. Условия равновесия дисковых машин
- •6.6. Возможности компьютерной программы «Диски» при анализе работы сферических дисков
- •7. Обоснование основных параметров рабочих органов культиваторов
- •7.1. Обоснование формы лапы культиватора
- •7.2. Размещение лап на раме культиватора
- •8. Технологический процесс, осуществляемый центробежными дисковыми рабочими органами машин для внесения удобрений
- •8.1. Уравнение движения удобрений по лопасти диска
- •8.2. Определение дальности полета удобрений, рассеваемых центробежным диском
- •9. Технологический процесс, осуществляемый зерновой сеялкой
- •9.1. Истечение семян через отверстия питающих емкостей
- •9.2. Определение рабочего объема катушки, обеспечивающего заданную норму высева семян
- •9.3. Вынос семян катушечным высевающим аппаратом
- •9.4. Процессы бороздообразования и заделки семян в почву сошником
- •9.5. Устойчивость сошника
- •9.6. Динамическая модель сошника
- •9.7. Характеристика функций внешних возмущений, действующих на механическую систему в условиях нормального функционирования
- •9.8. Возможности компьютерной программы "Сеялка, (Sejlka)" при анализе работы посевных машин
- •1. Определение характеристик технологического процесса работы мотовила уборочных машин
- •1.2. Кинематика мотовила
- •1.3. Условие входа планки в хлебную массу и обоснование параметров мотовила
- •1.4. Совместная работа мотовила с режущим аппаратом
- •Определение величины пучка стеблей, захватываемых планкой
- •2. Анализ технологического процесса кошения растений
- •2.1. Обоснование скорости ножа при резании растений
- •2.2. Механизмы привода режущих аппаратов и их характеристика
- •2.2.1. Кривошипно-шатунный механизм
- •2.3. Диаграмма движения сегмента
- •2.4. Обоснование формы сегментов режущих аппаратов с возвратно-поступательным движением ножа
- •2.5. Анализ работы аппаратов для бесподпорного среза растений
- •2.6. Расчет мощности, необходимой для привода режущего аппарата
- •Литература
- •3. Анализ технологического процесса обмолота зерна
- •3.1. Физико-механические свойства колосовых культур
- •Пропускная способность молотильного аппарата
- •3.2. Динамическое уравнение барабана и его анализ
- •3.3. Скорость хлебной массы в подбарабанье
- •3.3. Модель процессов обмолота и сепарации зерна через решетку подбарабанья
- •4. Анализ технологического процесса выделения зерна на соломотрясе
- •4.1. Основные типы соломотрясов
- •4.2. Кинематические характеристики клавишного соломотряса
- •4.3. Основные уравнения соломотряса
- •4.3.1. Первое основное уравнение соломотряса
- •4.3.2. Второе основное уравнение соломотряса
- •4.4. Обоснование кинематического режима соломотряса
- •4.5. Уравнение сепарации зерна и определение потерь урожая при использовании соломотряса
- •Пример обоснования основных размеров соломотряса, для комбайна с пропускной способностью 5 кг/с.
- •5. Анализ технологических показателей и обоснование режимов работы грохота уборочных машин
- •5.1. Взаимодействие плоского решета с обрабатываемой средой при просеивании компонентов смеси
- •5.2. Уравнение движения рабочей поверхности грохота
- •5.3. Дифференциальные уравнения относительного перемещения вороха по поверхности решета
- •5.3.1. Дифференциальное уравнение относительного перемещения вороха для правого интервала
- •5.3.2. Дифференциальное уравнение относительного перемещения вороха для левого интервала
- •5.4. Анализ дифференциальных уравнений относительного перемещения материала по грохоту
- •5.4.1. Условия сдвигов вверх по решету
- •5.4.2. Условия сдвигов вниз по решету
- •5.4.3. Условия отрыва вороха от решета
- •5.5. Скорость относительного перемещения материала по поверхности грохота
- •5.6. Толщина слоя вороха на решете грохота
- •Литература
- •6. Вентиляторы, их теория и расчет
- •Влияние формы лопастей вентилятора на основные показатели его работы
- •Основные соотношения вентиляторов
- •Механическое подобие вентиляторов
- •Характеристики вентиляторов
- •Универсальные характеристики
- •Пример расчета основных параметров вентилятора методом подобия
- •7. Анализ технологического процесса сушки сельскохозяйственных материалов
- •7.1. Характеристика свежеубранного зерна
- •7.2. Зерно как объект сушки
- •7.2.1. Влажность зерна и формы связи влаги с семенами
- •7.2.2. Теплофизические свойства семян и зерновой массы
- •7.3. Основные свойства воздуха как агента сушки
- •7.3.1. Влажность воздуха
- •7.3.2. Теплофизические характеристики влажного воздуха (теплоносителя)
- •7.4. Взаимодействие воздуха и высушиваемого материала
- •7.4.1. Статика процесса сушки
- •7.4.2. Кинетика процесса сушки
- •7.4.3. Динамика процесса сушки
- •7.5. Определение основных технологических показателей процесса сушки
- •Литература
- •8. Составление схемы очистки семян сельскохозяйственных культур
- •8.1. Требования, предъявляемые к семенному и продовольственному зерну
- •8.2. Основные принципы и приемы очистки и сортирования зерна
- •8.3. Закономерности изменения физико-механических свойств семян
- •8.4. Составление схемы очистки семян
- •8.5. Определение вероятностных характеристик очистки семян
- •9. Анализ технологических свойств цилиндрического триера
- •9.1. Форма ячеек триера
- •9.2. Движение зерна внутри ячеистого цилиндра
- •9.2.1. Определение границ зоны выпадения семян из ячеек
- •9.2.2. Движение частиц после отрыва от ячеистой поверхности
- •9.2.3. Зависимость формы траекторий от показателя кинематического режима работы триера
- •9.3. Обоснование основных размеров триера
- •Пример обоснования размеров цилиндрического триера
7.2. Размещение лап на раме культиватора
Культиваторы для сплошной обработки почвы не должны оставлять пропусков, забиваться растительными остатками и грудить почву. Сгруживание почвы часто возникает по той причине, что каждая лапа образует впереди себя зону деформации почвы. Дальность зоны деформации почвы и ширина ее определяют параметры расстановки лап на раме орудия. Так, если дальность распространения зоны деформации окажется больше расстояния между рядами лап, то передний ряд лап будет работать не в тех условиях, что зданий. Это может привести к потере устойчивости хода культиватора и сгруживание почвы.
При движении лапы культиватора на глубине h на почву действует сила R, которая направлена под углом трения к нормали, проведенной к носку лапы (рис. 7.4). Разумеется, что направление деформации почвы может не совпадать с направлением усилия. Если допустить применимость к деформируемому пласту теории наибольших касательных напряжений, то опасные сечения образуют с направлением силы угол , симметричный относительно R. В сравнительно однородных средах разрушение обычно происходит по одному из направлений конуса. В почве же разрушение может происходить по обоим направлениям из-за большой неравномерности механических свойств [3,2]. Это дает некоторые основания считать, что в среднем скалывание почвы не отклоняется существенно от направления силы R, которая является осью симметрии по отношению к возможным и чередующимся направлениям деформации.
Рис. 7.3. Схема к определению угла крошения почвы |
Рис. 7.4. Зона деформации почвы перед лапой культиватора |
Зона распространения деформации в вертикально-продольной плоскости определится линией mn:
.
С учетом вылета носка лапы относительно стойки l0 расстояние между рядами лап должно равняться:
. (7.3)
В поперечном направлении ширина полосы деформации определится так (рис.7.4):
,
причем
,
но
,
тогда
. (7.4)
Угол обычно составляет 40...50°.
Если задаться реальными условиями и определить расстояние между рядами лап по уравнению 7.3, то окажется, что оно составит для наиболее распространенных лап 500...600 мм.
С недостатком данной методики определения параметров расстановки лап прежде всего столкнулись при создании скоростных культиваторов. При скорости 12...15 км/ч резко возрастало тяговое сопротивление культиватора, а в зоне действия лап образовывался сплошной почвенный вал. Наблюдения за работой культиватора показали, что причиной этого является несоответствие схемы расстановки лап новому скоростному режиму. При высокой скорости почва после схода с лапы движется как тело, брошенное под углом к горизонту. Если почва, подброшенная первым рядом лап, не успеет опуститься на место к моменту подхода следующего ряда, то возможен встречный удар и, как следствие, увеличение тягового сопротивления и сгруживание (рис. 7.5) [4].
Рис. 7.5. Схема взаимодействия лап культиватора с почвой при высокой скорости агрегата
Если рассмотреть влияние скорости в первом приближении, т.е. без учета сил трения по металлу и сопротивления воздуха, то движение почвы можно описать уравнениями
.
Наиболее характерными параметрами траектории являются высота h точки 2 и дальность полета l для точки 3 (см. рис. 7.5).
Для точки 2 характерно, что Vy2=0, тогда
;
.
Итак,
. (7.5)
Координата х2 может быть найдена аналогично:
.
Если учесть симметричность параболы, то
,
или
. (7.6)
Начальную скорость почвенных частиц V0 часто отождествляют со скоростью движения агрегата. В действительности она будет несколько ниже скорости агрегата, так как почва при движении по лапе затормозится за счет сил трения. Чтобы учесть влияние трения на скорость движения почвы по лапе, необходимо рассмотреть силы, действующие на элементы массы m, расположенной на наклонной поверхности под углом α к горизонту (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Схема сил, действующих на почву, движущуюся по поверхности лапы культиватора |
Дифференциальное уравнение движения почвы может быть составлено с учетом принципа Д,Аламбера:
;
где f = tgφ - коэффициент трения почвы о лапу;
φ - угол трения почвы о лапу.
Уравнение может быть решено путем разделения переменных и последовательного понижения порядка
;
;
; (7.7)
. (7.8)
Если учесть, что путь S2, пройденный почвой по лапе, зависит от ширины лапы S, то после подстановки этого значения в уравнение (7.8) можно найти время t движения частиц по поверхности лапы:
. (7.9)
Вообще говоря, перед знаком радикала в числителе при решении квадратного уравнения необходимо было поставить знаки "плюс-минус", и тогда могли быть определены два решения квадратного уравнения (7.8). Анализ корней показал, что при знаке "плюс" получится нереальное решение, которое могло бы иметь физический смысл лишь при бесконечной длине наклонной плоскости, когда частица, движущаяся за счет инерции, остановилась бы при подъеме вверх и скатилась вниз до отметки S от начала клина.
Например, для V=2 м/с; α=15°; φ=25°; S=5 см, получено t1=0,026 с, t2=0,55 с, а при движении без учета трения t=0,025 с. В связи с этим в дальнейшем используется только одно решение квадратного уравнения, определяемого по формуле (7.9).
Длина пути скольжения почвы по лапе S2 должна быть измерена вдоль направления движения почвы, так что S2 будет отличаться от ширины лапы S, которая измеряется в направлении, перпендикулярном к лезвию. Если учесть, что движение почвы совпадает с направлением оси х, то S2 может быть определена на основании простых геометрических преобразований (рис. 7.7).
Рис. 7.7. Длина пути скольжения почвы по лапе
По теореме Пифагора
,
где - проекции пути скольжения почвы на горизонталь;
- высота задней кромки крыла.
Из Δ
; .
В свою очередь,
,
тогда
.
Если дополнительно учесть, что
,
то
. (7.10)
После подстановки найденного по формуле (7.9) времени t в уравнение (7.7), можно найти уточненное значение скорости почвы, сошедшей с крыла лапы. Используя эту величину в уравнениях (7.5) и (7.6) вместо V0, можно определить высоту подбрасывания почвы и дальность полета частиц после схода с крыла.
Вычислительный эксперимент, проведенный с использованием компьютерной программой "Лапа", разработанной по модели изложенной выше, показал, что для работы культиватора на скорости до 15 км/ч, необходимо расстояния между рядами лап установить не менее 700 мм, а угол постановки крыла универсальной лапы к горизонту уменьшить до 23...24°.
Контрольные вопросы
1. Какие рабочие органы могут быть использованы на современных культиваторах?
2. Чем обуславливает угол раствора 2γ лезвий стрельчатых лап культиваторах.
3. Как правильно заточить лапы культиваторов.
4. Как определить параметры зоны деформации почвы перед лапой культиватора?
5. Почему у скоростных культиваторов приходится увеличивать расстояния между рядами лап.
6. Почему у скоростных культиваторов приходится увеличивать расстояния между рядами лап.
Литература
1. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроении, 1977.
2. Кленин Н.И. и др. Сельскохозяйственные машины. М.: Колос, 2008 - 816 с.
3. Кошурников А.Ф. и др. Анализ технологических процессов, выполняемых сельскохозяйственными машинами, с помощью ЭВМ. Пермь, 1995, - 272 с.