Обоснование рациональных параметров дисковых элементов подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обоснование рациональных параметров дисковых элементов подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин

В настоящее время картофель в нашей стране и во всем мире является одной из самых важных среди возделываемых культур. Его производят более чем в 140 странах мира, на большинстве континентов нашей планеты. Не смотря на это, наиболее предпочтительными участками для возделывания картофеля считаются: восточная Европа, северо-западные и нечерноземные районы России [1].

Производство картофеля весьма трудоемко. В частности это связано с недостаточным уровнем механизации при уборке урожая. Помимо этого подавляющее количество современной картофелеуборочной техники не отвечает предъявляемым к ней требованиям. В связи с этим существует необходимость совершенствования качества работы средств механизации, для уборки картофеля [1, 2]. Одним из наиболее трудоемких и важных процессов при уборке корне- и клубнеплодов является подкапывание пласта. Качество работы подкапывающих рабочих органов (ПРО) определяет качество работы остальных механизмов копателей и комбайнов. Именно поэтому мы считаем работу в направлении улучшения показателей ПРО наиболее важной и перспективной [1, 3].

Совершенствование подкапывающих рабочих органов может идти по пути определения рациональных параметров и кинематических режимов работы элементов их конструкций, поиска новых технических решений, обеспечивающих снижение общих энергозатрат на подкапывание пласта, и повышение рабочих скоростей [1, 4].

В связи с этим создание, совершенствование и обоснование рабочих параметров подкапывающих органов, применяемых в картофелеуборочных машинах, и улучшение их энергетических характеристик является весьма актуальной народнохозяйственной задачей» [1, 3].

На современных картофелеуборочных машинах наибольшее распространение получили комбинированные подкапывающие рабочие органы, причем наиболее прогрессивным направлением развития считается использование активных боковин, то есть отрезных дисков с приводом и без него. Наличие привода имеет не только преимущества, но и недостатки. Такие как усложнение конструкции подкапывающей части, увеличение стоимости картофелеуборочной машины, а так же увеличение веса всего агрегата в целом. На легких почвах принудительный привод отрезных дисков необязателен, а для лучшего крошения клубненосного пласта и его транспортировки по лемеху, а также предотвращения проскальзывания дисков в почве имеется усовершенствованный рабочий орган, содержащий диски с внешними и внутренними отгибами - почвозацепами (рис.1) [5].

Рисунок 1. - Зубчатый диск с отгибами - почвозацепами треугольной формы (1- лемех, 2 - диск, 3 - почвозацеп). ( Патент на полезную модель № 134735)

Выкапывающий рабочий орган картофелеуборочного комбайна содержит лемех 1, по обе стороны которого вертикально установлены зубчатые диски 2. В центре каждого зуба выполнены почвозацепы 3 в виде равносторонних треугольников, площадь которых не превышает 1/3 площади зуба. При этом одна сторона треугольника параллельна нерабочей поверхности зуба, а две другие насквозь прорезаны в теле диска 2 и отогнуты на угол 45°-90° относительно его торца в обе стороны попеременно.

Выкапывающий рабочий орган картофелеуборочного комбайна работает следующим образом. При движении картофелеуборочного комбайна по полю в рабочем режиме выкапывающий рабочий орган внедряется в клубненосный пласт, при этом происходит подрезание пласта снизу лемехом 1. При поступательном движении картофелеуборочного комбайна осуществляется непосредственный контакт почвы с почвозацепами 3, выполненными в центре зубьев дисков 2 в виде треугольников, отогнутых относительно торцов дисков 2 на угол 45°-90° попеременно в обе стороны, и происходит проворачивание дисков 2 на осях. Площадь почвозацепов 3 с одной стороны достаточна для того, чтобы обеспечивать их постоянный контакт с почвой, что позволяет поддерживать постоянную угловую скорость вращения дисков 2 без их проскальзывания относительно почвы, а с другой стороны существенно не снижает жесткость дисков 2. Если проскальзывание все же имеет место, то угол наклона почвозацепов 3 может быть увеличен до максимального значения. При вращении дисков 2 происходит перерезание растительных остатков и отрезание клубненосного пласта по бокам. При движении картофелеуборочного комбайна подрезанный пласт защемляется между дисками 2 и перемещается по лемеху 1 на сепарирующий элеватор.

Для повышения качества и надежности работы представленного выше устройства необходимо провести исследование параметров данного диска с почвозацепами и определить их рациональные значения [3].

Одним из наиболее важных параметров приемной части картофелеуборочных машин является тяговое сопротивление, создаваемое элементами агрегата [2, 3, 6].

Тяговое сопротивление, создаваемое диском с почвозацепами, для снижения трудоемкости вычисления разобьем на тяговое сопротивление самого зубчатого диска и тяговое сопротивление, создаваемое почвозацепами.

Для определения тягового сопротивления необходимо учесть длину режущей кромки, которая определится как

 , м (1)

где - число зубьев, находящихся на отрезке диска погруженного в почву;

- длина боковой стороны зуба, м;

- высота зуба, м.

Тяговое сопротивление, создаваемое силами трения на поверхности почвозацепов определим по схеме, расположенной на рисунке 2.

Рисунок 2. - Схема к определению момента и тягового сопротивления, создаваемого силой трения на поверхности почвозацепов.

При движении в почве на поверхность почвозацепа действуют силы трения. Результат интегрирования выражения (6) на ЭВМ при значениях =2,3Н/см ², 0,5, =0,2 м показал, что наличие почвозацепов незначительно влияет на тяговое сопротивление, создаваемое силами трения на поверхности зубчатого диска. Разница составляет около 3 Н.

Выражения (2) и (6) в сумме дают общее тяговое сопротивление зубчатого диска с почвозацепами, работающего в почве. В результате расчётов можно сделать вывод, что общее тяговое сопротивление зубчатого диска не должно превышать величину =760 Н [3, 7].

При работе картофелеуборочного агрегата [2] на зубчатый диск с почвозацепами может наматываться ботва картофеля и другие растительные остатки, что приводит к технологическим простоям. Для решения данной проблемы необходимо выбрать такой отгиб почвозацепа, чтобы он обеспечивал эффективное перерезание растительных остатков, попадающих в плоскость продольного движения зубчатых дисков или самоочищение почвозацепа.

Рассмотрим воздействие рабочей плоскости почвозацепа на растительные остатки и ботву. Воспользуемся схемой, представленной на рисунке 3.

Пусть на элемент растения действуют силы и , нормальные к рабочей поверхности почвозацепа и поверхности почвы. Если он будет выталкиваться из раствора рабочей кромки и поверхности почвы, то на него действуют силы трения и , значения которых найдем из выражений [7]:

,Н, (7)

, Н, (8)

где и - коэффициенты трения элемента растения соответственно по стали и о почве.

Примем направление оси по линии поверхности поля, а оси - по линии действия силы . Чтобы растительные остатки не выталкивались из вышеуказанного раствора, сила должна быть больше или равна сумме проекций всех сил, действующих на стебель по оси , т. е. должно соблюдаться условие:

,Н (9)

Заменяя силы и из (7) и (8), получаем

(10)

Из условия равенства нулю суммы проекций всех сил на ось имеем:

, Н (11)

1 - почвозацеп диска; 2 - элемент растения; 3 - поверхность поля.

и - нормальные реакции на элемент растения со стороны почвозацепа и клубненосного пласта, Н; - сила трения между почвозацепом и элементом растения, Н; - сила трения между почвой и элементом растения, Н; - угол наклона рабочей кромки почвозацепа к высоте трапеции, град; - угол защемления, град.

Рисунок 3. - Схема воздействия рабочей кромки почвозацепа на элемент растения.

Подставляя (11) в (10), получаем:

(12)

Решая неравенство (12), имеем

, (13)

но , получаем

,

Откуда

. (14)

Так как , где - угол наклона поверхности поля к горизонтали, , то . Тогда условие защемления элементов растений рабочей кромкой почвозацепа будет иметь вид:

(15)

Углы и известны, и, следовательно, угол наклона рабочей кромки почвозацепа, определяющий перерезание элементов растений и ботвы, должен быть меньше или равен 63 [7], то есть

(16)

Анализируя выражение (16), можно сделать вывод, что почвозацеп выполненный в форме прямоугольной трапеции [4] является рациональным решением для перерезания растительных остатков. Так, как почвозацеп, имеющий форму прямоугольного треугольника, для обеспечения условия защемления должен иметь ширину не менее 50 мм, что отрицательно скажется на металлоемкости и тяговом сопротивлении. А прямоугольная форма почвозацепа подразумевает перерезание растительных остатков резанием без скольжения (т.е. ), которое является более энергозатратным, чем резание со скольжением [8].

В итоге проведенных исследований можно сделать вывод, что применение пассивных дисковых боковин с почвозацепами в подкапывающем рабочем органе картофелеуборочных машин при незначительном увеличении тягового сопротивления повышает стабильность вращения диска, и тем самым повышает эффективность его работы.

Список литературы

картофелеуборочный комбайн дисковый

1. Анализ создания, совершенствования и эксплуатации конструкций картофелеуборочных машин / А.С. Колотов, И.Н. Кирюшин, И.А. Успенский // Сельский механизатор - 2013. - №5. - С. 4-5.

2. Успенский, И.А. Проблемы при уборке корнеклубнеплодов./ Успенский И.А., Борычев С.Н., Рогов С.С.// Энергосберегающие технологии использования и ремонта машинно-тракторного парка. Сборник трудов научно-практической конференции, посвященной 50 - летию кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и « Технология материалов и ремонт машин» инженерного факультета. - Рязань, 2004. - 25 с.

3. Успенский, И.А. Критерии оценки подкапывающих рабочих органов/ И.А. Успенский, В.М. Переведенцев, С.А. Коноплев // Современные энерго и ресурсосберегающие, экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства. Сборник трудов выпуск 4, часть 2. - Рязань, 2000. - С. 24-26

4. Прямоугольная трапеция и круглая картошка / И.А. Успенский, И.Н. Кирюшин, С.Н. Борычев // Сельский механизатор - 2007- №7. - 45с.

5. Пат 37905 РФ, МПК51. A01D25/04. Выкапывающий рабочий орган картофелеуборочного комбайна [Текст] / Кирюшин И. Н., Борычев С.Н., Успенский И. А., Переведенцев В.М. и др. (RU); заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Рязанская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. П.А.Костычева - №2004100365/20; заявл. 05.01.2004; опубл. 20.05.2004, бюл. № 14.

6. Сорокин, А.А. Анализ силового взаимодействия отгиба почвозацепа с клубненосным пластом / А.А. Сорокин, И.А. Успенский, В.М. Переведенцев, В.С. Дубасов // Сборник трудов аспирантов, соискателей и сотрудников рязанской ГСХА им. Профессора П.А. Костычева. - Рязань, 2001. - С. 37-42

7. Успенский, И.А. Основы совершенствования тенологического процесса и снижения энергозатрат картофелеуборочных машин.: дисс … доктора техн. наук. 05.20.01 / И.А. Успенский - Рязань: 1997. - 396 с.

8. Кирюшин, И.Н. Исследования надёжности картофелеуборочных машин с подкапывающим рабочим органом, имеющим вертикальные отрезные диски с почвозацепами / И.Н. Кирюшин, С.Н. Борычев, В.М. Переведенцев // Сборник материалов Международной конференции - М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2007. - С. 204-206.

Размещено на Allbest.ru