Рабочий процесс дискового почвообрабатывающего орудия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рабочий процесс дискового почвообрабатывающего орудия

Союнов А.С.

Демчук Е.В.

Существует множество описаний работы дисковых рабочих органов - дисковый нож, который выполняет разрезание пласта, сферический или конический диск, выполняющий разрезание и перемещение пласта в сторону под определенным углом атаки [2, 3]. Все эти описания основаны на формуле В.П. Горячкина, которая была выведена для рабочего процесса плуга, а не дискового рабочего органа.

Нами предлагается представить рабочий процесс диска почвообрабатывающего орудия следующим образом. При работе дискового почвообрабатывающего орудия (рис. 1) на максимально возможную глубину 120 мм с углом атаки б>0 рабочей поверхностью будет являться не вся заглубленная часть сферического диска ABCD (рис. 1, б), а лишь часть диска BCD (рис. 1, б), т.к. диски идут с некоторым перекрытием (рис. 1, а).

Рис. 1. Секция лущильника: а - в работе; б - рабочая поверхность диска (увеличено); в - вид рабочей поверхности диска в разрезе

Радиус сферы диска составляет 600 мм, однако, сегмент диска BCD (рис. 1, в) настолько мал, что сферу в дальнейших расчетах можно заменить плоскостью проходящей через точки B, C, D. Это позволит выяснить физическую картину взаимодействия рабочих органов с почвой и получения более точных аналитических выражений, устанавливающих зависимость сопротивления работе в параметрической форме (в функции объёма срезаемого пласта почвы).

Горизонтальную составляющую силу сопротивления работе лущильника можно рассматривать как сумму силы сопротивления резанию W_р(h,H) [1], являющуюся функцией толщины срезаемого слоя почвы h, высоты почвенного пласта H перед диском, и силы сопротивления W_пр(H) перемещению почвенного пласта перед диском:

.

Вертикальная составляющая силы сопротивления работе лущильника также может рассматриваться как сумма двух составляющих

,

где W_в.н(h,H) - вертикальная сила на дисковом ноже;

W_в.о(H) - вертикальная сила на сферической поверхности диска.

Для определения силы сопротивления W_р(h,H) срезанию почвы примем расчетную схему (рис. 2, а).

Рис. 2. Расчетные схемы взаимодействия с почвой рабочих органов дисковых почвообрабатывающих машин: а - расчетная схема резания почвы лезвием диска; б - расчетная схема перемещения почвенного пласта сферой диска

Дисковый нож лущильника BC подрезает почвенный пласт на глубину h. Почва перед ножом рассматривается как однородная масса, скалывающаяся под некоторым углом скольжения ш_с к горизонтальной плоскости.

На единицу ширины скалывающегося массива почвы действует вес G почвы, условная пригрузка с интенсивностью q, нормальная реакция N_н ножа, нормальная реакция почвы N, сила трения почвы о дисковый нож F_н, сила трения F_гр почвы о почву и сила сцепления почвы F_сц.

В процессе работы все геометрические размеры рассматриваемой системы являются функцией переменной величины h толщины срезаемого пласта почвы.

На скалывающийся массив почвы действует вертикальная нагрузка Q, эквивалентная равномерно распределенной пригрузке

.

Вес грунта G равен

,

где г_гр - объёмный вес почвы.

Сила сцепления

,

где С - коэффициент сцепления.

Для определения силы N_н нормального давления ножа на почву составим уравнение равновесия

где ц_гр - угол внутреннего трения почвы;

ц_мет - угол трения почвы о металл.

В результате решения полученной системы уравнений находим

(1)

Сопротивление грунта резанию для всей ширины ножа определяется по выражению

.

Вертикальная составляющая силы резания на весь нож равна:

.

Для определения сопротивления почвенного пласта примем расчетную схему (рис. 2, б).

Почва перед диском рассматривается как однородный массив, скользящий под углом ш_с`. Диск условно заменен плоскостью расположенной по хорде к поверхности диска.

На массив почвы действуют силы: вес почвы G', нормальная реакция со стороны отвала N_отв, нормальная реакция почвы N₁, сила почвенного пласта F_пр и сила трения грунта об отвал F_отв.

Геометрические размеры массива почвы рассматриваются как переменные величины, являющиеся функцией высоты почвенного пласта,

Вес почвы Gґ равен

,

где гґ_гр - объёмный вес почвы в пласте.

Вес почвы G₁ґ равен

.

Для определения нормальной реакции отвала N_отв на почву и нормальной реакции почвы N₁составим уравнение равновесия:

Решая систему уравнений, определим

(2)

Сила сопротивления пласта почвы на ширину рабочей части диска:

.

Вертикальная составляющая силы сопротивления пласта на ширину рабочей части диска определяется по выражению:

.

После определения нормальной реакции N₁ становится возможным определить пригрузку q на массив скалывающегося пласта

.

В полученных выражениях величина Н является функцией объёма вырезанной почвы.

.

Таким образом, полученные аналитические выражения позволяют установить зависимость горизонтальной P_01Г и вертикальной Р_01В, составляющих силы сопротивления дискового почвообрабатывающего орудия в функциях объёма вырезанного пласта почвы.

Литература

почвообрабатывающий орудие дисковый пласт

1. Зеленин А.Н. Физические основы теории резания грунтов: научное издание / А.Н. Зеленин. - М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1950. - 354 с.

2. Нестяк В.С. Деформация почвы плужным дисковым ножом / В.С. Нестяк, И.Д. Кобяков, А.С. Союнов // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. - Новосибирск. - Т. 2. - № 23-2. - 2012. - С. 112-115.

3. Нестяк В.С. Тяговое сопротивление дискового лущильника / В.С. Нестяк, И.Д. Кобяков, А.С. Союнов // Тракторы и сельхозмашины. - № 12. - 2012. - С. 32-33.

Размещено на Allbest.ru