CC BY
37
КубГАУ, 2011. № 69. С. 96-106. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/05/pdf/25. pdf.
4. Сидоров А.А., Бухтояров Л.Д., Попиков П.И., Посметьев В.В. Теоретическое исследование динамики гидропривода лесного манипулятора с дополнительным демпфером. Воронеж: ВГЛТА, 2008. 34 с. Деп. в ВИНИТИ. 30.10.08, № 844-В2008.
5. Программа для моделирования процесса поворота гидроманипулятора с демпферным устройством / П.И. Попиков, В.И. Посметьев, С.В. Долженко. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009611294. Заявитель и патентообладатель ВГЛТА ; зарег. 03.03.09.
УДК 630*: 65.011.54
НОВЫЙ КОРПУС ПЛУГА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА ВЫРУБКАХ
С. В. Зимарин, Н. А. Сердюкова
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Основная обработка почвы является ответственной технологической операцией. Качество ее выполнения в значительной мере определяет величину материальных и трудовых затрат на все последующие лесохозяйственные операции по созданию лесных культур на вырубках.
В настоящее время на лесных площадях выполняют частичную обработку почвы в виде нарезки плужных борозд или создания микроповышений в зонах избыточного увлажнения. Бороздную подготовку почвы на нераскорчеванных вырубках производят лемешными (ПКЛ-70, ПЛП-135 и др.) и дисковыми (ПЛД-1,2, ПДП-1,2 и др) плугами.
Лемешные плуги мало эффективны на нераскарчеванных вырубках, так как плохо преодолевают препятствия в виде пней, корней порубочных остатков, при встрече с ними испытывают большие ударные нагрузки - заякориваются, что
приводит к выходу их из строя.
В свою очередь дисковые плуги имеют высокую проходимость и надежность работы на лесных площадях. Это связано с тем, что рабочим органом дискового плуга является свободно установленный сферический диск, который вращаясь вокруг своей оси способен преодолевать встречающиеся препятствия путем перекатывания через них. Однако при этом подрезанный вращающимся сферическим диском почвенный пласт высоко поднимается по его рабочей поверхности, затем разрушается на отдельные куски и хаотически падает вниз. Так на сильно и средне-связанных почвах 15-25 % пластов заваливается в борозду, а около 10 % пластов оказывается недообернуто. Проведенные П.С. Нартовым исследования показали, что невращающийся (заторможенный) сферический диск обеспечивает лучшую сохранность почвенного пласта [1]. Иссле-
дования также показали, что вращающиеся и заторможенные сферические диски ни при каких своих конструктивно-технологических параметрах (диаметр и радиус кривизны диска, угол атаки и наклона к вертикали и т.д.) не обеспечивают требуемого оборота и сохранности пласта. Для полного оборота пласта на диски необходимо устанавливать отвалы лемешного типа. При этом технически невозможно реализовать плотное прижатие отвала к поверхности вращающегося диска, что приводит к забиванию щели между отвалом и диском сорной растительностью и снижению качества обработки почвы.
Разработанный нами дисковой корпус плуга (патент №2152701) содержит свободно установленный на оси посредством спиц вращающийся сферический диск, к поверхности которого плотно прижат отвал лемешного типа. Данная конструкция дискового корпуса плуга сочетает в себе достоинства вращающегося диска по преодолению встречных препятствий и заторможенного диска с жестко прикрепленным к нему отвалом в плане обеспечения требуемого оборота пласта, но и она имеет недостатки, так при работе на вырубках порубочные остатки и сорная растительность попадают между спицами и заторможенным диском, а также в щель между вращающимся и заторможенным диском, что приводит к остановке агрегата и чистке рабочих органов, а, следовательно, к снижению эффективности работы. Кроме того, одновременное движение пласта по поверхностям вращающегося и заторможенного диска приводит к его деформации и разрушению, что снижает со-
хранность пласта.
Проведенные аналитические исследования позволили предложить новую конструкцию дискового корпуса плуга (патент №2253206), позволяющую обеспечить требуемое качество оборота и укладки пласта, а также высокую проходимость орудия на нераскарчеванных вырубках.
Такой дисковый корпус плуга (рис. 1) содержит стойку 1, в ступице которой на подшипниках 2 на оси 3 установлен сферический диск 4. К сферическому диску 4 жестко прикреплен состоящий из груди и крыла отвал 5. При этом сферический диск 4 заторможен посредством фиксирующего механизма.
Дисковый корпус плуга работает следующим образом. При движении дискового плуга заторможенный сферический диск 4 подрезает почвенный пласт, который плавно поднимается сначала по поверхности сферического диска, далее по поверхности отвала 5, при этом почвенный пласт полностью оборачивается и качественно укладывается рядом с бороздой в виде сплошной ленты. При встрече сферического диска 4 с препятствием возникающий на оси 3 момент вращения преодолевает силу сжатия пружины. Шарик-фиксатор выходит из зацепления с диском 6, а сферический диск 4 начинает свободно вращаться вместе с осью 3 на подшипниках 2 в ступице стойки 1 и преодолевает встретившееся препятствие путем перекатывания через него. Перекатившись, сферический диск 4 тормозится шариком-фиксатором.
«з '2
Рис. 1. Конструкция дискового корпуса
При движении в почве на диск действует тяговая составляющая Rxcos а (а -угол атаки), лежащая в плоскости враще-
ния диска, пытающаяся прокрутить его (рис. 2).
Рис. 2. Схема сил, действующих на диск
Конструкция фиксирующего механизма (рис. 3) может состоять из диска 1, который имеет срез под углом подъема а1,
и подпружиненного шарика-фиксатора 2, установленного в стакане 3.
Необходимое усилие пружины (Рпр) для предотвращения вращения диска, исходя из схемы сил (рис. 4), действующих на шарик-фиксатор (N - нормальная реакция шарика-фиксатора), определяется по формуле
Р
Рпр = -Т-Ч , (1)
tg («1-Ф1)
где P - сила, действующая на шарик-фиксатор, Н;
а1=35° - рекомендованный угол подъема для кулачковых (храповых) предохранительных муфт; ф1 - угол трения (для стали о сталь Ф1=10°).
фиксатор
По усилию Рпр рассчитывают пружину. Ход пружины при срабатывании фиксирующего механизма определяется ее параметрами. Также возможна регулировка предварительного натяжения пружины.
При этом закрепленный на сферическом диске отвал должен иметь возможность регулировки своего положения по высоте для обеспечения качественной обработки почвы при различных технологических режимах работы (глубина обработки, тип почвы и т.д.) дискового корпуса плуга. Для этого предлагается (рис. 5) закрепить отвал 1 на консольных стойках 2, которые установлены в направляющей 3. Направляющая 3 жестко крепится на сферическом диске 4. Во время регулировки положения отвала по высоте консольные стойки 2 перемещают в пазах 5 с последующей фиксацией гайками 6.
С целью обоснования параметров отвала проведем аналитические исследования, рассмотрев рис. 2. Исходя из геометрических параметров диска, найдем высоту установки отвала (Н) и длину его нижней кромки (L):
Н = rtgy — -1, V a
(2)
где у - угол наползания пласта на диск, то есть угол между линией поверхности
поля и линией движения пласта (с небольшой погрешностью эту линию можно считать прямой),
D -диаметр диска, м; a - глубина обработки почвы, м Угол наползания увеличивается с ростом глубины обработки, угла атаки, кривизны рабочей поверхности диска и скорости движения агрегата [1].
Г
Л
L = a 1 + tgy. — -1
І Vа у
Таким образом, полученные выражения (1), (2), (3) позволяют определять конструктивные параметры дискового корпуса плуга, обеспечивающего требуемое качество обработки почвы на нераскорчеван-ных вырубках при различных технологических режимах работы.
1-
—
(
а 1 + tgrJD -1 І Vа у
V
(3)
Библиографический список
1. Нартов П.С. Дисковые почвообрабатывающие орудия. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1972. 181 с.
