Теоретический анализ силовых параметров двухроторного рыхлителя Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

УДК 631.316.022

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХРОТОРНОГО

РЫХЛИТЕЛЯ

Отаханов Бахром Садирдинович НамИСИ, доцент, к.т.н., [email protected], тел. +998903409424

Аннотация: Икки роторли юмшатгичнинг етакчи ва етакланувчи роторлари билан тупрокка ишлов беришдаги жараёнлар куриб чикилган, ишлов берилаётган мух,итлар юмшатувчи ва майдаловчи ишчи органларнинг жойлашишига караб фаркланиши аникланган, бир вактнинг узида тупрок билан таъсирлашаётган юмшатувчи тишлар ва пичоклар сонини аниклаш ифодаси таклиф килинган, зарур булган тортиш кучи ва машина огирлигини аниклайдиган ифодалар келтириб чикарилган.

Аннотация: Рассмотрены протекающие процессы при обработке почвы ведущем и ведомом ротором двухроторного рыхлителя, выявлены различия обрабатываемой среды в зависимости от расположения рабочих органов рыхлящих и измельчающих роторов, предложены выражения определяющие число рыхлящих зубьев и измельчающих ножей, выведены зависимости, определяющие необходимые тяговые усилия и вес машины.

Annotation: The processes occurring during the cultivation of the soil by the driving and driven rotors of a two-rotor ripper are considered, the differences in the cultivated medium depending on the location of the working organs of the loosening and chopping rotors are revealed, expressions are proposed that determine the number of loosening teeth and chopping knives, dependencies are derived that determine the required traction force and weight of the machine.

Калит сузлар: икки роторли юмшатгич, етакчи ротор, етакланувчи ротор, юмшатувчи тиш, юмшатувчи тишлар сони, тупрокнинг солиштирма каршилиги, тортиш кучи, машина вазни.

Ключевые слова: двухроторный рыхлитель, ведущий ротор, ведомый ротор, рыхлительный зуб, число рыхлящих зубъев, удельное сопротивление почвы, тяговые усилия, вес машины.

Keywords: double-rotor ripper, main rotor, driven rotor, ripper tooth, number of ripper teeth, soil resistivity, traction force, machine weight.

Введение

Двухроторный рыхлитель изобретен в середине прошлого столетия в Италии [1]. Позже и в других странах появились двухроторные рыхлители различной конструкции [2,3,4,5].

В 90-годы в институте ВИСХОМ бывшего Советского союза был разработан рыхлитель под названием «Ротационный бесприводный рыхлитель-РБР-4», который прошел испытания на полях многих бывших союзных республик, в том числе на засоленных почвах Узбекистана, получивших промывные поливы в зимнее время [6,7,8,9,10].

Основными рабочими органами двухроторного рыхлителя являются ведущий 1 и ведомый 2 роторы связанных между собой ускоряющей цепной передачей 3.

Рис.1 Конструктивно-кинематическая схема двухроторного рыхлителя

Ведущий ротор состоит из полога вала с дисками для установки рыхлящих зубьев (рис.1). При движении агрегата вперед рыхлящие зубья врезаются в почву и заставляют вращаться ведущего ротора, который передает крутящий момент к ведомому измельчающему ротору. Число рыхлящих зубьев, в первую очередь зависят от необходимого момента для обработки почвы ведомым ротором. Далее, от физико-механических свойств почвы, режимов работы агрегата и в конечном итоге самой конструкции рыхлящих зубьев, который во многом определяет создаваемый крутящий момент ведущего ротора.

Обсуждения

До настоящего момента почти все исследователи ошибочно считают, что все рыхлящие зубья находящихся в контакте с почвой создают крутящий момент на валу, но это не соответствует в действительности.

По мере врезания набегающих рыхлящих зубьев площадь контакта с почвой начинает увеличиваться, и тем самым увеличивая крутящий момент на валу ротора. Увеличение будут расти до поворота зуба на вертикальное положение. Так как, набегающие зубья врезаются на почвенный массив ненарушенной структуры. После прохождения этого рубежа зубья начинают выходить из зацепления с почвой. Площадь контакта постепенно будет уменьшаться. Кроме того, движения зуба проходит по разрыхленной почвенной среде. В дальнейшем движении зуб будет поднимать разрыхленный слой до поверхности поля, за счет создаваемого момента набегающими зубьями. При этом еще необходимо учесть то, что рыхлящий зуб при достижении вертикального положения находится в середине двух сред, с лобовой стороной опирается на необработанный массив, а с обратной стороной на взрыхленную среду. Создается парадокс, рыхлящий зуб достигший вертикальное положение одновременно должен создать наибольший крутящий момент для привода ведущего ротора и наибольший обратный момент для подъема взрыхленного слоя почвы. Поэтому при расчете лобовой площади и создаваемого усилия получается неадекватные выражения, усложняющий процесс определения силовых параметров ведущего и ведомого роторов. Для решения данной проблемы предлагается компромиссное решение, что при расчете силовых

параметров необходимо отнести и учитывать рыхлящего зуба, достигшего вертикальное положение к обоим сторонам обрабатываемых сред.

Расстановка сил и расчеты показывают, что вращающий момент создается ведущим ротором за счет разницы удельного сопротивления набегающей почвы с ненарушенной структурой и разрыхленной почвенной среды.

Для выполнения технологического процесса должна соблюдаться следующие неравенства, то есть тяговое усилие трактора должна быть больше чем суммы, горизонтальных составляющих давление почвы на зубьев, находящихся в контакте с почвой,

Т > 2 * ", (1)

Кроме того, еще обязательно выполнение следующего условия, то есть сумма вертикальных составляющих реакций почвенной среды не должна превышать силы тяжести агрегата, приходящегося на ведущий ротор,

О > 2 * Т, (2)

в противном случае ведущий ротор превращается в каток, вернее колесо со спицами.

Для определения необходимого тягового усилия и веса машины нужно определить количество рыхлящих зубьев, одновременно находящихся в зацеплении с почвой.

В силу своеобразности окружности число устанавливаемых рыхлящих зубьев может быть сколько угодно. Но для ротора должен быть предел, так как при установке рыхлящих зубьев промежутком больше 36° число контактирующих зубьев уменьшается от 3 до нуля. При установке зубьев менее на 30° увеличиться расход материала, т.е. металлоемкость.

Определим число рыхлящих зубьев находящихся в зацеплении с почвой

г, = ^, (3)

где, а - угол начала входа и конец выхода рыхлящего зуба, радиан;

Чтобы произвести расчеты, сначала необходимо определить угол в котором начинается врезания зуба в почву и выхода из него, который зависит от глубины обработки и радиуса рыхлящего зуба.

Угол начала входа и конца выхода рыхлящего зуба определим по общеизвестному выражению

к

а = агс8т(1 - —). (4)

Глубина обработки рыхлящих зубьев обычно назначают по производящему кругу, который равен,

к = Я - г0, (5)

где, г - радиус диска на котором закрепляется рыхлящие зубья.

Вставив (5) на (4) имеем

г

а = агс8т(-^-). (6)

Угол между рыхлящими зубьями определим по следующему соотношению

а2= 2ж/ 2, (7)

где, 7 -общее число рыхлящих зубьев на одном диске ведущего ротора. Вставив (4), (5), (6), (7) на (3) имеем

7г =

ж

Г

- 2а ж- 2' (агс§1пф)

а

2ж

7

Учитывая, что = Я получим

7 =

7 (ж - 2' агс8т(—)) _Я

2ж

(8)

(9)

Таблица 1

Расчеты количество рыхлящих зубьев, находящихся одновременно в зацеплении с почвой при различных количествах общего количества рыхлящих зубьев на диске

I 6 8 9 10 12

2,46 3,23 3,64 4,04 4,85

Полученные результаты необходимо округлить до целого числа в верхнюю или в нижнюю сторону по правилам арифметики.

Для уточнения (рис.2) предположений составим уравнении равновесия действующих сил по координатным осям на роторе с 12 рыхлящими зубъями, расположенных промежутком 30°: по оси X

Я30 ^ ^50 ^ ^90 ^90 Я120 Я150 ТТ 0,

(10)

Рис.2. Схема к расчету действующих сил на ведущий ротор

где Т -необходимое тяговое усилие трактора, кН.

Все силы составляющие равенства, кроме силы тяги трактора зависит от силы давления почвы на лобовую поверхность рыхлящих зубьев и его угла наклона к горизонтальной оси,

= К • • и^Т = К • Б, • (11)

где К - удельное сопротивление почвы ненарушенной структурой к внедрению зуба, МПа;

К, - сопротивление разрыхленной почвы движению зуба, МПа; Бг - площадь одного рыхлящего зуба, м2; т - угол поворота ведущего ротора, градус.

Вставим выражении (11) к (10) и значении тригонометрических функций получим уравнения равновесия необходимого тягового усилия для одной секции ротора,

К • Б • яш30° +,К • Б • ят60° + к2 • Б • ят90° - К • Б • ят90° - ^ • ^ • sin120° - К • Б • ят150° - Т = 0/ После расчетов имеем выражения по которому можно определить необходимого тягового усилия для одной секции ротора

Тт = 2,37 • К, • Б,(К -1). (12)

где 2,37 - коэффициент указывающий количество рыхлящих зубьев на одной стороне обработки находящихся в зацеплении с почвой.

К / К = К - соотношения удельного сопротивления почвы на обработку, соответственно

на стороне набегающих зубъев и на стороне выходящих зубьев. по оси У

Я30 + Яб0 + Я0 - Я120 - Я150 - 0М = 0 (13)

Вертикальные составляющие определяется по следующим выражениям

= К, • Б, •— и Я» = К • Б, • —, (14)

Выставив (14) на (13) и значений тригонометрических функций, получим ^ • (К (соя30° + соя60° + соя90°) - К(соя90° + соя120° + соя150°)) - Ом = 0, (15) где, Ом - вес машины приходящийся на одну секцию ведущего ротора. Решив равенства (10) относительно Ом, получим

Ом = ^ • (К(соя30° + соя60° + соя90°) - К(соя90° + соя120° + соя150°)) = 0. (16) После расчета получим выражения определения необходимого веса приходящийся на одну секцию ведущего ротора имеет вид,

вм = 1,37 • К • Б,(К-1), (17)

где 1,37 - количество рыхлящих зубьев на одной стороне ведущего ротора создающий вертикальную реакцию на внедрения.

Рассмотрим ведомый ротор в вышеприведенном порядке (рис.3). Составим расчетную схему при назначении глубины обработки на уровне производящего круга циклоиды.

Рис. 3. Схема к расчету действующих сил на ведущий ротор

Составим уравнения равновесия для определения необходимого тягового усилия по

оси Х,

-ТТ- Д30 + Д<0 + Д150 = 0

Вставим выражении составляющих и имеем

-Тт-к ' Я соб15° - к ' Я СОБ15° + к ' Я СОБ45° = 0.

(18) (19)

Производив расчеты получим необходимые усилия для привода ведомого ротора,

Т = К 'Я(1,94'к-0,707)

(20)

Составим уравнения равновесия для определения необходимого веса машины

приходящийся на ведомый ротор,

-G = 0

ДЧ30 ДЧ60 Д 150 ОМ

(21)

Вставив выражения составляющих получим

- К ' Я вт15° - К ' Я вт15° + К ' Я соб45° - Ом = 0. (22)

После расчетов получим выражения определяющие необходимый вес машины приходящийся на ведомый ротор,

Ом = Я' (0,52' к + 0,707' к). (23)

Результаты и заключение

Анализ вышеприведенных суждений, расчетов и выведенных зависимостей показывают, что обработка почвы и ведущим и ведомым ротором происходит в двух почвенных средах отличающихся по удельному сопротивлению на обработку. Поиск значений по удельным сопротивлениям вышеприведенных сред не дал никаких результатов, так как все исследователи при определении удельного сопротивления исходили от общего сопротивления на фрезерования или на обработку. По этой причине создается необходимость провести экспериментальные исследования для внесения ясности к данной проблеме.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент Италии № 553987. кл.А01В, заявл.24.03.56, выдан 4.01.57.

2. Патент РФ № 2004109 МКИ 3А01В 33/00

3. Патент США № 766572. кл. 3А01В 33/00

4. Патент ФРГ № 576887. кл. 3А01В 33/00

5. Воробьев В.И. Патент РФ № 2057414. Почвообрабатывающее орудие для тяжелых почв.

6. Ахметов А.А. , Алланазаров М.А. Сравнительные исследования различных форм зубьев ротационного рыхлителя // Механизация хлопководства. 1991. №12-с. 8-9

7. Отаханов Б.С. К определению подталкивающей силы при обработке почвы ротационными машинами. Сборник республиканской научно-практической конференции «Интеграция образования, науки и производства в машиностроительной отрасли». Ташкент, ТГТУ, 2007, с.243-246.

8. Отаханов Б.С. Обоснование параметров ведомого ротора бесприводного ротационного рыхлителя для зоны хлопководства. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. г. Ташкент, 2007 г.

9. Ахметов А.А., Атакулов Х.К. Усовершенствование конструкции ведущего ротора ротационного бесприводного рыхлителя. // Konchilik xabarnomasi. Ilmiy-texnik va ishlab chiqarish jurnali, №2, 2012 г., с.90-91

10. Отаханов Б.С. Кинематический режим двухроторного рыхлителя. // Сборник медународной научно-практической конференции «Zamonaviy mashinasozlikda innovasion texnologiyalarni qo'llashning ilmiy asoslari: tajriba va istiqbollar». г.Наманган, 23-24-сентября 2022 г. Том IV, с. 182-185.