Анализ процесса работы почвообратывающего посевного агрегата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

где д2—параметр кромки лезвия ножа, зависящий Да — контактная длина, мкм;/?—угол обхвата, град; г—

от силы натяжения и физико-механических свойств радиус кромки лезвия ножа, мкм; а — наибольшее

материала (принимает значения от шах до шіп), мкм; нормальное напряжение при растяжении, Па.

Литература.

1. Взаимодействие лезвия ножа с разрезаемым материалом / ИД. Кобяков // Вестник ОмГАУ. — 1997. — М 3. — С. 37—38.

2. Как усовершенствовать плуг, сеялку / И.Д. Кобяков// Земля сиб., дальневост. — 1993. — № 5—6. — С. 30—32.

3. Кобяков ИД. Малая механизация для крестьянских (фермерских) хозяйств в Сибири: монография/ ИЛ- Кобяков; Ом. гос. аграр. ун-т. — Омск: Изд-во ОмГАУ, 2000. — 256с.

4. Кобяков И.Д. Обоснование параметров и режимов работы дискового ножа (на примере плуга): дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01: защищена 23.10.86: утв. 06.05.87/ Кобяков Иван Демидович. — Омск, 1986. — 270с.

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАБОТЫ ПОЧВООБРАТЫВАЮЩЕГО ПОСЕВНОГО АГРЕГАТА

Р. С. РАХИМОВ, доктор технических наук К.И. ЛУКОМСКИЙ, инженер А.Н. ГАЛИМОВ, инженер Челябинский ГАУ

Почвообрабатывающие посевные агрегаты (ППА) должны за один проход качественно подготовить почву и провести посев на заданную глубину с минимальным тяговым сопротивлением и соблюдением агротехнических требований. Выполнение этих условий обеспечивается при правильном обосновании рациональной конструктивной схемы и параметров агрегата, соответствующих определённым условиям работы. Мы провели исследования по обоснованию конструктивной схемы почвообрабатывающего посевного агрегата для распространенных во многих хозяйствах тракторов класса тяги 20 кН (МТЗ-12-21, РТ-М-160). Согласно расчётам, проделанным по их известным характеристикам, рациональная ширина захвата агрегата для условий Урала составляет 5,4 м. Такой ППА включает бункер-прицеп для семян и удобрений и трёхсекционную почвообрабатывающую машину с пневматической системой распределения семян и удобрений.

Равномерность глубины хода рабочих органов, а значит и глубины заделки семян, зависит от конструктивной схемы и параметров почвообрабатывающей машины, к раме которой в различных местах жёстко или шарнирно закреплены рабочие органы. Для расчета перемещений точек их крепления при различном местоположении опорных колёс и шарниров рассмотрим кинематическую модель ППА при допущениях, что опорные колеса агрегата безотрывно копируют профиль поверхности поля, а силы, действующие на рабочие органы, имеют постоянную величину [1,2].

В продольно-вертикальной плоскости (рис. 1), движение агрегата можно охарактеризовать следующими обобщенными координатами: линейные вертикальные перемещения центра оси задних колес трактора (г2Г м) и угловые колебания трактора (<рг град), прицепа-бун-кера (<рг, град) и культиватора (<ру град).

В поперечно-вертикальной плоскости (рис. 2), движение почвообрабатывающей части характеризуется линейными вертикальными перемещениями, одного из опорных колёс центральной секции {гщк> м), угловыми колебаниями центральной (1рц, град), левой (гр^ град) и правой (гр^ град) секций культиватора.

Возмущения от неровностей рельефа поля под левыми и правыми колесами трактора (1,лк, 1ШК, г2ПК), бункера (1ЗЛК, гзпк), центральной и боковых секций (х4ШР г4Ш1, г4В]Р 14Ш1) вызывают вертикальные и угловые перемещения рамы культиватора.

Расстояние (А , м) от любой точки рамы центральной секции ППА до поверхности поля под ней (вертикальные перемещения), учитывая её перемещения в продольно- и поперечно-вертикальной плоскостях определяется, как:

К = К-^■ъ+ук-'гч+ Ь* +К~ V’ 0)

хк — координата опорных колес центральной и боковых секций ППА по оси х, м\ х и ущ — координаты /-ой точки центральной секции ППА соответственно по оси х и оси у, м; Ик — расстояние от нижней части колеса до рамы, м; гщ — высота профиля

Рис. 1. Расчетная схема агрегата для определения перемещений в продольно-вертикальной плоскости. ________________________________ Достижения науки и техники АПК, №9-2007

Рис. 2. Расчетная схема ППАдля определения перемещений в поперечно-вертикальной плоскости.

рельефа поля под точкой рамы центральной секции ППА с координатами (д^;

для левой секции

Ь*=(хш-х1-Ъ + (Уш-У^ ~ V* <2>

для правой

К=(хт~х)-Ь +(УШ-У^ +^-^. (3)

где хш, х.п — координата /-ой точки левой и правой секций ППА по оси х, м; уиТ у.п — координата /-ой точки левой и правой секции ППА по оси у, м; Утл’ У им ~ координаты левого и правого шарниров по оси у, м; к , А — величина

*' ’ ' ШЛ7 ШИ

вертикальных перемещений левых и правых шарниров (определяется из (1)), м;

*««> — высота профиля

рельефа поля под левым и правым шарнирами, м; % ,

1т — высота профиля рельефа поля под точкой рамы левой и правой секции с координатами (хш; у.п).

Из представленных зависимостей следует, что один из основных внешних возмущающих факторов, влияющих на перемещение точек крепления рабочих органов на раме ППА, — величина профиля поверхности поля, которая имеет случайный характер изменения.

Вертикальные перемещения рамы в точках крепления рабочих органов зависят от основных геомет-

Достижения науки и техники АПК, №9-2007 _

рических параметров секций, местоположения опорных колес (продольная и поперечная координаты хЦК> Уцкч хбю Убк> и шарниров боковых секций (продольные х]ш, х2Ш и поперечная уш координаты), а также длины прицепного устройства Ьк

Зная вертикальные перемещения точек крепления и тип рабочих органов, можно определить глубину рыхления почвы, а, следовательно, и силы, действующие на рабочие органы, а также силы реакции почвы под опорными колёсами. Это даёт возможность рассчитать тяговое сопротивление всего орудия (Р, Н). Рассмотрим агрегат, где рабочим органом служит сошник на параллелограммной подвеске с индивидуальным прикатывающим катком.

Тяговое сопротивление всего орудия в этом случае будет равно:

Р = КХЦ + 2<20Щ + 2РХ1 + 2РХ2 + Опхц> (4)

где Яхц — составляющая результирующей тягового

сопротивления рабочих органов центральной секции (определяется по формуле Горячкина), кН; <20Ш — составляющая реакции поверхности поля на опорные колеса центральной секции, кН; бди,—суммарная составляющая реакции поверхности поля на прикатывающие колеса центральной секции, кН; Рхр РХ2—горизонтальная реакции в шарнирах 1 и 2 соответственно, кН.

<20ХЦ определяется из уравнения моментов сил, действующих на центральную раму относительно оси у (рис. 3):

■ хщ Р-хц ' £цц 2@0ХЦ ^ОоЦ @ПХЦ Х

х*0яц ~ 2&огц' Х0оц О-пгц' Х0пи + ^и' хац + 2Рх/' ^р

+ 2Р„ ■ 1Р + 2Р21 ■ х„ - 2РВ ■ д= 0 (5)

Из (5) находим

@охц ~ [Ргц' хи/2 Рхц' ^ш/2 @пхи' ^ап[/2 ~ @пгц' хоп1/2 + ■ ха/2 + 2Рх1 ‘ *-р + 2РХ2' %р + Рг/' ХР1 ~

Р22 ' х№/^о»ц х01,1/1*]' (6)

гдеЛ2Д, Ящ — составляющие силы сопротивления центральной секции, кН; <2от — вертикальная составляющая реакции поверхности поля на опорные

колеса центральной секции, кН; ()пхц — суммарные составляющие реакции поверхности поля на прикатывающие катки центральной секции, кН; £?д — сила тяжести центральной секции, кН; Р2р Р22, Рхр

----------------------------------------- 33

РХ1 =РХ2=(КХ+ Опх + 0 ох)/2’

(10)

где Др Я2 — составляющие результирующей тягового сопротивления рабочих органов боковой секции, кН; <2ПХ> 0П7 — суммарные составляющие результирующей реакции поверхности поля на прикатывающие колеса боковой секции, кН; £?0Л, 002~ горизонтальные составляющие реакции поверхности поля на опорное колесо боковой секции, кН; в—сила тяжести боковой секции, кН; хк, уя, V У о, ^ V у„ У№ х0 - соответ-

ствующие координаты точек приложения сил относительно инерциальной системы отсчета ОХУ!

При этом необходимо учесть, что

@ОХ @ОХЦ ' &07Д< О-ПХ ' @П7> О-ПХЦ 21Р

где /л — коэффициент сопротивления перекатыванию колес по полю (м = 0,1);

" ^ п,

^пг ~ ^‘П2 И Оп2ц = ^ От/ ’

‘=1 ,'=]

где п и т — количество рабочих органов боковой и центральной секций соответственно.

Вертикальная составляющая реакции поверхности поля на прикатывающий каток /-го рабочего органа, кН, определяется по методу Жуковского из суммы моментов сил относительно точки А (рис. 5). тА = 01Пк-Р2.(14-Яа-И-(Сс+Яг>1г2=0, (11)

где Р2— сила сжатия пружины параллелограммного механизма, кН; йс — сила тяжести сошника, кН; кр 1г2, Иу к4—плечи сил 0т, С + Л^и соответственно, м.

Рис. 4. Система сил, действующих на боковую секцию ППА а) — вид сбоку; б) — вид сверху.

Рю— вертикальные и горизонтальные составляющие реакций в шарнирах; хщ, гт г0пЦ, хфШ> хац, хр2, хт, *0оЦ> ~ соответствующие координаты точек при-

ложения сил относительно системы отсчета ОХУ2, м.

Реакции в шарнирах можно определить, если составить систему уравнений равновесия для боковой секции, приравнивая к нулю суммы проекций сил и их моментов относительно координатных осей, начало которых находится в точке крепления культиватора к бункеру (рис. 4).

Из этой системы уравнений находим (>о2=[кг-(Ур-Уя>-0п2-(Ур-Уф) + с(Ур-Ус)]/

/СУр~УдЛ (7)

Рг2~хр) @ох'^оо @пх'^оп

@ог' (ХР1 ' (ХР1 хо>) ^ ' (хс хр)1 /

(ХР2 Х'

(8)

Р2! =^-RZ+QпZ+ &П7 + РУ, - С> (9)

Известно, что = <5 • Ях, Я2Ц = 6 -Я^, где д — ко-

эффициент пропорциональности, который зависит от свойств почвы, а также от состояния лапы рабочего органа, и варьирует от —0,2 до + 0,54 [3];

т т

= 14* и ^хц

1=1 м

Я.х = к. ■ а. ■ Ь, где к я а. — соответственно удельное сопротивление и глубина обработки почвы /-тым рабочим органом (рис. 6).

Геометрические параметры орудия при неизменной ширине захвата и скорости движения оказывают влияние, главным образом, не на тяговое сопротивление, а на его неравномерность. Результаты совместного решения

ента сопротивления почвы при различной глубине обработки. __ Достижения науки и техники АПК, N99-2007

Рис. 7. Зависимость среднеквадратичных отклонений вертикальных перемещений рамы ук и тягового сопротивления уот положения шарниров опорных колёс боковых^ и центральной секций уц (пун-

ктиром обозначены значения показателей за пределами ограничений).

в виде зависимостей среднеквадратических отклонений тягового сопротивления и глубины обработки от различных параметров ППА (рис. 7) показывают, что параметры, обеспечивающие наилучшую устойчивость орудия по глубине обработки, одновременно соответствуют наименьшей неравномерности тягового сопротивления.

На основе проведённых исследований мы установили, что рациональные параметры положения шарниров относительно оси симметрии уш— 1,4 м, положения опорных колёс центральной секцииуц= 1,3 м, опорные колеса боковых секций должны стоять на уровне крайних рабочих органов уг> = 2,7 м. Опорные колёса по оси х необходимо расположить как можно ближе к рабочим органам, а шарниры по оси г — на уровне рамы.

уравнений кинематики и статики силового анализа почвообрабатывающего посевного агрегата, представленные

Литература.

1. Янкелевич В.Г. Обоснование конструктивной схемы и параметров широкозахватного секционного культиватора-плоскореза. Дисс. канд. техн. наук, Челябинск,1985.-194с.

2. Любимов А.И., Рахимов Р.С., Янкелевич В.Г. Элементы системы автоматизированного проектирования широкозахватных почвообрабатывающих машин, ЧИМЭСХ, 1988. — 75 с.

3. Синеокое Г.Н., Панов И.М. Теория и расчёт почвообрабатывающих машин. М., «Машиностроение», 1977. — 328 с.

ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА семян табака

Г.В. ПОПОВ, кандидат технических наук ВНИИ табака, махорки и табачных изделий

Для изыскания средств механизации различных процессов в сельском хозяйстве необходимо знание физико-механических свойств материалов. Наряду с хорошо изученными биометрическими параметрами и основными физико-механическими характеристиками, для механизации посева табака потребовалось изучение упругопластических свойств его семян. До сих пор этот вопрос не нашел своего отражения в литературе.

Цель проведенных исследований — определение уп-ругопласгических свойств и прочностных характеристик семян табака.

Рассматривая семя, как структурированный материал, состоящий из скелета в ввде множества ячеек, заполненных крахмальными зернами, мы определили статические

Рис. 1. Прибор для изучения упругопластических свойств: а — в разобранном состоянии; 6 — готовый к работе; 1 — рама; 2— шомпол; 3— набор тарированных грузов; 4 — индикатор часового типа; 5 — штатив; 6 — столик.

Достижения науки и техники АПК, №9-2007 ___

и динамические характеристики их прочностных свойств.

Диаграммы сжатия в координатах «усилие — деформация» и построенные на их основе диаграммы напряжений в координатах «истинное напряжение — относительная деформация» для зерен фуражных культур получены профессором С.В. Мельниковым.

Для построения диаграммы напряжения мы изготовили специальный прибор (рис. 1), в основу которого положена рама 7. В ее вертикальных направляющих перемешается шомпол 2, на свободном конце которого помещена горизонтальная площадка. Работает прибор следующим образом. На столик бпомещается изучаемый материал, тарированными грузами 3 создается нагрузка, перемещение фиксируется при помощи индикатора часового типа 4.

По полученным результатам построена диаграмма сжатия семени табака (рис. 2). Внешне она напоминают кривую деформации мягких металлов и имеет три характерных этапа вплоть до разрушения зерновки. На начальном этапе происходит крутой подъем кривой с преобладанием упругихдеформаций, навгором (1—2)—внутренние сдвиги и быстрое развитие пластических (структурных) деформаций. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к конечному этапу (2 — 3), который завершается разрушением оболочки с образованием глубокой открытой трещины (чаще всего в поперечном направлении).

Прочность единичных семян оценивают величиной разрушающего напряжения а , равного временному сопротивлению при сжатии. Для зерновки ячменя, обладающей наибольшей прочностью оно при статическом нагружении равно 7,03 мПа. Судя по представленной диаграмме разрушающее напряжение при статическом нагружении семени табака о = 3,20 мПа при относительной деформации 47 %. В случае динамического нагружения предел прочности авг1 семени табака составляет 5,1 мПа. Увеличение разрушающего напряжения в последнем случае объясняется тем, что под действием вне-

----------------------------------------------- 35