Определение конструктивно-геометрических параметров стабилизатора плуга Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства.

УДК 631.312.4

B.Ф. КЛЕЙН, канд. техн. наук;

C.B. ИВАНОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТАБИЛИЗАТОРА ПЛУГА

Определены конструктивно-геометрические параметры стабилизатора, позволяющие повысить устойчивость плуга с изменяемыми параметрами на вспашке легких почв.

На плуге с изменяемыми параметрами (рис. 1) стабилизатор, как и бороздное колесо, предназначен для восприятия боковых и вертикальных сил, возникающих в процессе вспашки почвы [1, 2], и представляет собой дисковый нож с ребордой, которые не имеют возможности вращения вокруг вертикальной оси. В процессе работы стабилизатор под действием вертикальных сил заглубляется в почву на глубину /7'. Боковую силу, возникающую от действия почвы на плуг, стабилизатор воспринимает заглубленной в почву частью дискового ножа площадью SCt- Форма этой площади представляет собой сектор.

Рис. 1. Схема плуга с изменяемыми параметрами: 1 - передний брус; 2 - несущий брус; 3 - телескопический брус; 4 - стабилизатор; 5 - корпус плуга; 6 - бороздное колесо; 7, 10 -механизмы перемещения бороздного колеса; 8 - замок автосцепки; 9 -гидроцилиндр; 11 - механизм поворота корпусов; 12 - механизм изменения ширины захвата

Во время вспашки легких почв, разрушение почвы происходит сдвигом пластов относительно друг друга. В этом случае для стабилизатора, как и для бороздного колеса возможны два случая работы.

1. Когда до вспашки произведена поверхностная обработка почвы. В этом случае разрушение почвы происходит по плоскостям VО и МЬ (рис. 2). На рабочей поверхности стабилизатора возникают элементарные силы, пропорциональные величине сжатия, полная реакция которых будет:

где Л^ - сила нормального давления почвы на участок стабилизатора .10. Н (см. рис.2);

А>, - сила нормального давления почвы на участок стабилизатора ОЬ, Н (см. рис.2).

Рис. 2. Расчетная схема для определения геометрических параметров стабилизатора

Т5 - сила давления почвы в плоскости КО; Тб - сила давления почвы в плоскости МЬ; Н - глубина вспашки; И -глубина предыдущей обработки почвы

В плоскости сдвига 1.7. и 7М возникают силы сопротивления сдвигу почвы Ж6 и Ж'б, которые определяются по следующим зависимостям:

(1) (2)

где Л',;/ - площадь сдвига почвы на участке 1.7,. м (см. рис.2); Л'/! / - площадь сдвига почвы на участке 7М, м2 (см. рис.2); т - допустимое напряжение сдвига для нижних слоев почвы, Па;

т' - допустимое напряжение сдвига для верхних слоев почвы, Па.

Площади плоскостей сдвига почвы 1.7. и 7М будут определяться соответственно:

=7ГХ-

- + И - А/г +

- + 2 • А/г

%¥6

2 2

-/г + А/г

2-5И11//6

(3)

X

2

-лх-

\ ЫЛ1 (<1 V ( ё4+ё5+ 2-МЛ 2

2- — - -А/г +

и ) { ЪУь )

-7ГХ-

\ ЫЛ ( <1л -<15 + 2-А/г^ 2

2- — - —+ /г-А/г +

[и) и ) \ )

^Жд/г

2 • вт у/6

, А /

— —--/г + А/г

(4)

2 2 • вт у/6

где А/г - глубина вдавливания реборды стабилизатора в почву,

м;

с14 - диаметр диска стабилизатора, м; й5 - диаметр реборды стабилизатора, м;

¥6 - угол наклона к горизонту плоскости сдвига нижнего слоя

почвы при работе стабилизатора, град.

X

X

С учетом выражений (3) и (4) выражения (2) и (3) примут вид соответственно:

W6 = к х -

- + h-Ah \ +

2 fd4-d,+2-Ah^

tgw6

d, d5

-- — -h + Nh 2 2

2-sini//6

•;(5)

W'6=irx

2-

2

2 2 , 2 • sin y/6

tgw6

.(6)

2

, д ,

— —--h + Ah

2 2

X —-—-X T

2-siny/6

В плоскостях сдвига МЬ и УО возникают силы нормального давления почвы Тб и Т5. В плоскости УО возникает также сила трения ЛзТ5.

В этом случае условие равновесия системы запишется в следующем виде:

=0^-008^-N6 +Т6-шц/6 +fn}T5 -cosi//5 +Т5-шц/5 + W[ • eos у/6 = 0; ^ ^

[2Х = •sin W6 + Т6 ■ eos у/6 - G6 - fj.; • sin 1//5 + Г5 • eos y/2 - G5 - W[ • sin y/6 = 0;

где (¡5 - сила тяжести верхнего разрушенного под действием стабилизатора, слоя почвы, Н; G6 - сила тяжести почвы в фигуре MJ"J'VJ'¡J"¡L, Н (см. рис.2);

Т5 - сила давления почвы в плоскости УО. Н (см. рис.2); Т6 - сила давления почвы в плоскостиML, Н (см. рис.2).

X

2

X

2

d

4

2

-7ГХ

В свою очередь, силы тяжести С5 и С6 будут определяться по формулам:

С5 5

й, X 1

—+/г-А/г +-х

3 1

А/г -.

-+/г-А/г

(8)

/1

I -л-3

У - ^-А/г

+ 2- А/г)2

(9)

-

где - угол наклона к горизонту плоскости сдвига верхнего слоя почвы при работе стабилизатора, град;

Р5

плотность, верхнего разрушенного под действием

стабилизатора, слоя почвы, кг/м ; рб - плотность почвы в фигуре МЛ, кг/м3 (см. рис.2); Н - глубина предыдущей обработки почвы, м; g - ускорение свободного падения м/с2.

Силу нормального давления почвы Т5 можно определить по следующей зависимости:

Т 5 =

(10)

где /пз - коэффициент внутреннего трения почвы.

С учетом выражений (1), (2), (8), (9) и (10) и окончательных преобразований уравнение равновесия примет вид:

X

i - f+„-»i .i

d4+d5+2-(Ah-h)

t&Vf,

di 4 7 Л 7

——--h+Ah ,

2 2 T~T

x—---x--h

2-sin if6 eosif6

v2j U J [ így/6

,22 ^

2

2-sin<¿/6 cos¿/6

+így/6 X

(И)

d, Y К Y U-4+2-А/г ,

- —-Лй x^1—5-'-If-tgmx

2 J v 2 J m

Ps-g-h2-tgy5x<

!H!4v

I ] #4

fí-íf-4-Ifl-ífH

I) -íf MI -

1ШЧ'

cos¿/5 -tgpa -úm//5 ( feV5'{Щ<Рп'sin V5 ~ cosy/5)+ íg?>„ • cosy/, + sin i//5 ] = 0.

2

2

+ 7ГХ

2

2

X

X

2. Второй случай работы предусматривает взаимодействие стабилизатора и почвы, когда не произведена поверхностная обработка почвы. В этом случае образуется только одна плоскость разрушения почвы, плоскость ML (см. рис. 2), в которой возникают сила сопротивления почвы сдвигу W7 и сила нормального давления почвы 74 На рабочей поверхности стабилизатора возникает сила N7, пропорциональная величине сжатия почвы. Условие равновесия системы запишется:

= 0;W7 ■cosy/6 -Nj +T7 -siny/6 =0; = 0 -W7 ■ sin y/6+T7- eos y/6 - G7 = 0;

Сила тяжести G7 и сила сопротивления почвы сдвигу W7 определяются из следующих выражений:

G1

\(d. V id.

-Ah x

(б/4 -d3+ 2Ah)2 tgVв

, (13)

где: p7 - плотность почвы, заключенной в фигуре MJL, кг/м3 (см. рис.2).

2-

W1 =71-

- Ah +2

( d, -d, + 2- Ahi\

4 "3

tgVe

-- — + Ah

2•sin y/6

■.(14)

С учетом выражений (13) и (14) условие равновесия системы можно записать:

Mf

- Ah +2-

' d4-d3+2-Ah tg¥6

2 • sin %

.(15)

Х7ГХТ,

■l+тг x(d4-d3+2-Ah)2-N7=0

Выражения (11) и (15) описывают зависимость между боковым усилием на стабилизаторе, его геометрическими параметрами, физико-механическими свойствами почвы и глубиной вдавливания реборды стабилизатора в почву, используя которые можно определить геометрические параметры стабилизатора для конкретных условий работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Теорогое В.А. Повышение эффективности работы лемешного плуга для отвальной вспашки путем совершенствования его конструктивно-технологической схемы: Дисс. ... канд. техн. наук: 05.20.01. - С.-Пб-Пушкин, 1995. - 178 с.

2. Щербаков Н.В. Повышение эффективности работы плуга новой конструкции путем адаптации к различным условиям работы: Дисс. ... канд. техн. наук: 05.20.01. - С.-Пб-Пушкин, 1999. -146 с.

Получено 17.10.03.

2

V

2

2

d

3

X

2

2

2

d

3

х