1.4. Углы γ образующих со стенкой борозды и законы их изменения

Абсолютное значение углов между образующими и стенкой борозды определяет крошащую способность отвала и сдвиг пласта в сторону. Чем больше углы γ, тем сильнее отвал крошит пласт и дальше сдвигает его в сторону борозды. Правильный выбор угла γ имеет исключительно важное значение для работы плуга. Целый ряд экспериментальных работ, проведенных во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельхозмашиностроения, показал, что даже небольшое изменение угла γ₀, например с 42°до 40°, приводит к заметному ухудшению крошения почвы. Увеличение угла свыше 45^° также делает поверхность неработоспособной из-за того, что почва, сорняки и другие растительные остатки перестают скользить по лезвию (сила трения больше составляющей от силы сопротивления, направленной вдоль лезвия). Таким образом, можно сделать вывод о том, что для отвалов с хорошей крошащей способностью (т.е. чаще всего культурного типа) угол γ₀ должен быть ограничен пределами 40...45^°, причем крайние пределы даже из этого узкого диапазона используются лишь в исключительных случаях. Полувинтовые плуги имеют меньший угол γ₀, порядка 35...40^°, что приводит к уменьшению крошащей способности, но это и необходимо, чтобы пласт не разрывался по слабым местам и сплошной лентой укладывался на поле. К этому же результату приводит уменьшение величины сдвига пласта в сторону. Немаловажным является и тот факт, что уменьшение угла γ₀ ведет к снижению тягового сопротивления корпуса, так как полувинтовые плуги используют для вспашки задернелых почв.

Дальнейшее снижение угла γ₀ невозможно из-за ослабления носка лемеха. При работе на повышенных (8...9 км/ч) и высоких скоростях (9...12 км/ч) корпусы с высокой крошащей способностью испытывают резкое увеличение тягового сопротивления. В то же время крошащая способность отвалов повышается за счет скоростного воздействия орудия на пласт. Снижения тягового сопротивления достигают либо уменьшением угла γ₀ до 35...40° (у некоторых видов корпусов), либо за счет уменьшения угла постановки лемеха к дну борозды (23...25° по сравнению с 30° у поверхности культурного типа). Таким образом, у скоростных плугов угол γ₀ варьируют в широких пределах (35...45°).

У поверхностей цилиндроидального типа угол γ не остается постоянным для всех образующих, а меняется с ростом высоты расположения образующих по определенному закону (рис.1.21, 1.22, 1.23). Закономерности изменения углов для поверхностей различного типа определены с учетом особенностей условий работы каждого корпуса, но имеют и некоторые общие свойства. Прежде всего это увеличение углов γ_max по сравнению с γ₀ в верхней части отвала. Как уже было отмечено выше (рис.1.11), это сделано для улучшения условий оборота пласта.

Рис.1.21. Закономерность изменения угла γ у лемешно-отвальной поверхности культурного типа

Второй особенностью является уменьшение угла γ от γ₀ до γ_min на высоте Z₁. Необходимость уменьшения угла на начальном участке закономерности γ=f(z) вызвана стремлением способствовать уменьшению опасности задирания на нижней части обрабатываемого пласта почвы.

Закономерности изменения углов γ в зависимости от высоты расположения образующих подобраны эмпирически, на основе анализа лучших отвалов того или иного назначения.

Для поверхности культурного типа, обеспечивающей хорошее крошение старопахотных почв рекомендуется [ ] в качестве закономерности γ = f(z) использовать параболу вида

, (1.17)

где х - абсцисса параболы, измеренная в сантиметрах и определяющая расстояние от z₁ до анализируемой образующей, находящейся на высоте z, т.е.

;

y - величина изменения углов γ, выраженная условно в сантиметрах, т.е.

.

В этом уравнении , а γ - величина масштабного коэффициента, зависящего от пределов изменчивости углов γ.

Поскольку эти пределы для левой (z меняется от 0 до z₁) и право й ветвей параболы

(участок z от z₁ до z_max) отличаются друг от друга, то и масштабы λ₁ и λ₂ окажутся различными, а именно:

, (1.18)

. (1.19)

Значения y₀ и y_max рассчитываются по уравнению (1.17) с учетом значений

;

.

Например, для корпуса К - 35 характерны следующие параметры: γ₀=42°, γ_min=40°, γ_max=47°, z₁=7,5 см, z_max=43,5 см.

Для левой ветви параболы

, см;

, см;

град/см.

Промежуточные значения угла γ₁ для образующей, расположенной на высоте z₁, для левой ветви вычисляют как

;

;

;

. (1.20)

Для правой ветви

, см;

см;

град/см.

Вычисление промежуточных значений углов γ₁ для правой ветви ведется аналогично (1.20), т.е.

, ,

,

. (1.21)

Особенностью данной закономерности является интенсивное развитие угла γ в зоне груди отвала, где осуществляется крошение обрабатываемого пласта.

Закономерности изменения угла γ для полувинтовых отвалов отличаются интенсивным развитием в зоне крыла и верхней части отвала для интенсивного подворота почвы. В зоне груди отвала этот угол нарастает слабо, чтобы исключить возможность разрыва пласта. Изменение угла γ для полувинтовых отвалов составляет 7...12^° (рис.1.22).

Рис.1.22. Закономерность изменения угла γ у лемешно-отвальной поверхности полувинтового типа

Для расчета промежуточных значений углов γ полувинтовых отвалов рекомендуется [2] использовать параболу вида:

, (1.22)

где x = z - z₁, 2Р - параметр параболы.

Параметры Р₁ и Р₂ для левой и правой ветвей выбирают в зависимости от масштаба λ, с тем чтобы парабола описывала изменения углов в заданных пределах. Поскольку в данном случае необходим выбор и параметра Р и масштаба λ, то одной из этих величин можно задаться. Чаще всего величину масштаба принимают равной 1 град/см.

Для правой ветви

,

или

.

Расчетным путем по уравнению (1.22) находят

.

Поскольку левые части двух последних равенств одинаковы, то можно получить

.

Отсюда находится величина параметра параболы:

, (1.23)

где , так как z₀ = 0.

Например, если задана полувинтовая поверхность с параметрами γ₀=38°, γ_min=36°, γ_max=48°, z_max=40,512см, z₁=7,5см, то

; .

Угол наклона любой образующей может быть рассчитан. Так, для z=20см, то

,

.

Закономерности изменения углов γ у скоростных корпусов отличаются большим разнообразием. Так, для работы на скоростях до 9 км/ч могут быть использованы корпусы с культурной лемешно-отвальной поверхностью, у которой угол γ₀=38^°. На скоростях 8...12 км/ч удовлетворительно работает корпус с поверхностью, представляющей собой цилиндроид с закономерностью изменения углов γ, которая изображена на рис. 1.23.

Рис.1.23. Закономерность изменения угла γ лемешно-отвальной поверхности скоростного корпуса плуга

Отличительной особенностью данной поверхности является уменьшение углов между образующими и стенкой борозды, происходящее не только в зоне лемеха, но и в зоне лемеха, но и в зоне груди отвала. Благодаря этому достигается пологая установка крыла, в результате чего уменьшается скорость отбрасывания почвы в борозду. Кроме того, при такой закономерности углов обеспечивается сравнительно небольшое давление пласта на рабочую поверхность, которое уменьшается последовательно от лемеха, но и в зоне груди отвала и его крылу.

При расчете промежуточных значений углов γ для образующих, расположенных на различных высотах, необходимо учесть, кроме правой и левой ветвей параболы, участок, на котором угол меняется по линейному закону (так называемая начальная ветвь закономерности).

Промежуточные значения углов определяют на этом участке по простой зависимости:

, (1.25)

где - изменения углов γ в конце начальной ветви;

- высота расположения начальной ветви.

На участке высоты от - до(левая ветвь параболы) параметр параболы может быть вычислен как:

(1.26)

где - угол γ в конце начальной ветви.

Промежуточные значения углов γ определяют по формуле

. (1.27)

Для правой ветви параболы соответственно:

, (1.28)

. (1.29)

Расчет параметров лемешно-отвальных поверхностпей может быть осуществлен с помощью компьютерной программы "Отвал" (Otwal). Пример использования этой программы приведен в учебном пособии [3].

Проектирование поверхности отвала рассмотрено в учебно-методическом пособии [4].

Контрольные вопросы

1. Рабочая поверхность плуга как развитие косого трехгранного клина. Способы образования лемешно-отвальной поверхности.

2. Условие устойчивости пласта почвы, отваленной плугом.

3. Обоснование радиуса R_min для направляющей кривой.

4. Обоснование величины R_max направляющей кривой.

5. Закономерности изменения углов γ между образующими и стенкой борозды у цилиндроидальных поверхностей корпусов плугов.

Литература

1. Горячкин В.П. Отвал. К графической теории плуга. Собрание сочинений. Т.2. М.: Колос. 1965 - 495 с.

2. Циммерман М.З. Рабочие органы почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1978.

3. Кошурников А.Ф. и др. Анализ технологических процессов, выполняемых сельскохозяйственными машинами, с помощью ЭВМ. Пермь, 1995, 272 с.

4. Кошурников А.Ф. Проектирование рабочей поверхнорсти корпуса плуга цилиндроидального типа с использованием результатов расчета параметров на ЭВМ. Пермь. ГСХА, 2010 - 37с.