- •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
2.2. Механизмы привода режущих аппаратов и их характеристика
2.2.1. Кривошипно-шатунный механизм
Привод ножа у большинства уборочных машин осуществляется кривошипно-шатунным механизмом. Встречаются различные виды этого механизма: плоский ‑ у зерноуборочных комбайнов, пространственный ‑ у косилок, так как брус косилки может совершать колебания не только в вертикально-поперечной плоскости, но и в горизонтальной (до начала работы носок наружного башмака выносят вперед относительно внутреннего). Кроме того, кривошипно-шатунные механизмы делят на центральные (аксиальные), когда ось кривошипного вала лежит на линии движения ножа, и смещенные (дезаксиальные), у которых ось кривошипного вала располагают выше линии движения ножа.
В последнее время для привода режущих аппаратов начали применять и ряд других механизмов: качающуюся шайбу, качающуюся вилку (рис. 2), планетарный механизм, гидропривод, некруглые зубчатые колеса и др.
Применение новых механизмов чаще всего связано со стремлением уменьшить вибрацию машины, возникающую от возвратно-поступательного движения ножа, за счет уменьшения ускорения движущихся масс.
Для обоснования применимости того или иного механизма привода ножа прежде всего необходимо провести анализ кинематических характеристик, таких, как величины перемещений, скоростей и ускорений режущего аппарата в различные моменты процесса резания.
Наиболее простым механизмом, как с точки зрения устройства, так и метода математического описания работы, является плоский центральный кривошипно-шатунный механизм (рис. 2).
|
Рис. 2. Механизмы привода ножа: а ‑ кривошипно-шатунный аксиальный плоский; б ‑ кривошипно-шатунный дезаксиальный пространственный; в ‑ кривошипно-шатунный дезаксиальный плоский; г ‑ с некруглыми зубчатыми колесами; д ‑ гидравлический; е ‑ качающаяся шайба; ж ‑ качающаяся вилка |
При малом значении отношения радиуса кривошипа r к длине шатуна l движение ножа может быть описано уравнениями гармонического колебания:
;
;
. (2)
Максимальное значение скорости ножа соответствует окружной скорости кривошипа:
,
а ускорение
Рис. 3. Кинематические характеристики ножа |
Как уже было отмечено, скорость ножа имеет большое технологическое значение. Если скорость ножа мала, срез затруднен, а растения затягиваются в зазор между сегментом и вкладышем пальца. Это явление может иметь место в момент разгона и остановки ножа в каждом цикле колебания. Чтобы устранить этот недостаток, пальцы у большей части аппаратов располагают достаточно редко, чтобы нож к моменту начала резания уже прошел определенный путь xi (рис. 4) и успел разогнаться до необходимой скорости.
Для определения скорости начала и конца резания у пальцев режущего аппарата уравнение (2) лучше представить в функции от перемещения ножа х, а не угла поворота кривошипа • t.
Из первого уравнения можно найти величину
.
|
Рис. 4. График скоростей ножа в зависимости от перемещения |
По величине cos t легко определится синус этого угла:
.
Подставляя sin t в выражение для Vx, можно получить
. (3)
Аналогично находят и уравнение для определения ускорения:
. (4)
Графически зависимости (3) и (4) представлены на рис. 3, причем ускорение меняется в этих координатах по линейной зависимости, а скорость ‑ в определенном масштабе по дуге окружности.
В самом деле, если рассмотреть величину
у = Vx/
(часто говорят, что это скорость ножа в масштабе ), то
;
у2 = 2rх‑ х2;
х2 + у2 = 2rх.
Если центр координат графика y = Vx/ перенести на расстояние r вправо от исходного положения ножа (точки А0), т. е.
х' = r ‑ х,
то
(r - х')2 + (у)2 = 2r(r - х');
r2 – 2rх' + (х')2 + (у)2 = 2r2 – 2rх'; (х')2 + (у)2 = r2;
иначе говоря, в новой системе координат получена окружность радиусом r.
Построение такой окружности используют при графическом определении скорости ножа при любом перемещении, заданном величиной х или х' (рис. 4).
Таким образом, скорость ножа в период резания является величиной переменной, изменяющейся в довольно широких пределах. Так как в основном стебли перерезаются сегментом у кромки пальцев, то скорость резания будет зависеть от шага размещения сегментов и пальцев, т. е. от типа анализируемого режущего аппарата.
Известно, что в зависимости от соотношения шага режущей и противорежущей частей аппараты подразделяют на несколько типов (рис. 5). Прежде всего это аппараты нормального резания: однопробежные, где t = t0 = S (рис. 5а), двухпробежные, у которых S = 2t = 2t0, низкого резания, когда S = t = 2t0, и среднего резания, при S = t = 4t0/3.
У аппарата нормального резания (однопробежного) скорость начала резания определится величиной хода ножа хн (рис. 6), когда нижняя рабочая точка лезвия А (перемещающаяся перед упорным отростком пальца) коснется противорежущей пластины в точке А1 На рис. 6а видно, что
|
|
|
|
Рис. 5. Типы режущих аппаратов
Рис. 6. Определение скоростей ножа в моменты начала и конца резания
. (5)
Конец резания наступит тогда, когда вершина лезвия (точка В0) подойдет к кромке пальца и окажется в точке В2:
. (6)
Для двухпробежного аппарата перемещение ножа в момент начала резания у среднего пальца х1н равняется
. (7)
В момент начала резания у крайнего пальца это расстояние увеличится на шаг размещения пальцев, т. е.
. (8)
В момент конца резания у среднего пальца
, (9)
а у крайнего пальца
x2к = 2t0 - (b + b1)/2. (10)
У аппарата низкого резания (рис. 6б) в момент начала резания у среднего пальца, как в предыдущих случаях,
, (11)
а у крайнего пальца
x2н = t - (а + а1)/2. (12)
В момент конца резания у среднего пальца
xlк = t0 - (b + b1)/2, (13)
а у крайнего пальца
x2к = t - (b + b1)/2. (14)
Для аппаратов среднего резания характерными оказываются следующие соотношения:
; (15)
x2н = 2t0 – t – (а + а1)/2 ; (16)
; (17)
x2к = 2t0 – t – (b + b1)/2. (18)
Подставляя найденные значения хн и хк в уравнение (3), можно найти величину скорости начала и конца резания растений аппаратами различных типов.
В контрольном примере произведен расчет скорости начала и конца резания для всех типов режущих аппаратов с возвратно- поступательным движением ножа. Исходные данные учитывают особенности размеров каждого типа аппарата.
Анализ результатов показывает, что у режущих аппаратов, с приводом от кривошипно-шатунного механизма наблюдается значительная разница между скоростью Vmax в середине хода и в граничных точках участка резания. Поэтому требуемую для резания скорость (2,8....3 м/с) не всегда удается обеспечить на протяжении всего процесса резания.
В то же время стремление обеспечить требуемую технологией резания скорость ножа в период среза всех растений приводит к завышению ее в середине хода и особенно к росту ускорений и связанных с ними сил инерции. Изыскание оптимальных кинематических диаграмм скорости и ускорения ножа, соответствующих одному его ходу, сводится к нахождению функции скорости с максимальным значением на участке резания и минимального значения функции ускорения на всем участке движения. Такая задача вариационного типа была решена следующим образом: рациональный привод ножа должен обеспечить кинематический режим, при котором график изменения скорости лезвия имеет вид равнобедренной трапеции (скорость ножа на всем участке резания остается постоянной, а ускорение минимально).
На рис. 7 построены оптимальные кинематические диаграммы перемещений x = f(t), скоростей V = f(t) и ускорений
j = f(t), соответствующие одному обороту ведущего звена.
Наряду с кривошипно-шатуппым механизмом (см. рис. 2), для привода режущего аппарата применяются механизмы качающейся шайбы, качающейся вилки, некруглые зубчатые колеса и т. д. Анализ кинематических характеристик этих механизмов можно провести в сравнении с рассмотренным уже кривошипно-шатунным с точки зрения степени приближения их к оптимальному виду (программа «Резание» (Rezanie)).
|
Рис. 7. Оптимальные кинематические диаграммы ножа |