Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
As working units of tillage mills, both curved (L-shaped) blade knives and straight blade knives are used. The soil reactions to these working units depend on soil properties, geometric parameters of the working parts, parameters determining the modes of their operation and the angle of rotation of the working units. When constructing a mathematical model for the interaction of working parts with soil, all these factors must be taken into account, while striving to simplify the proposed model. Accounting for the dependence of force characteristics of the working units on the angle of their rotation is not an easy task, and in most cases it is solved with the help of specially set experiments. A mathematical model is proposed for the interaction of a direct lamellar milling knife with soil, which makes it possible to determine the components of the resulting soil reactions to such a knife, the total moment of these reactions, and the power consumed for cutting the soil, depending on the knife rotation angle. This model takes into account the geometry of the working unit through the radii of the hub and cutters, the angle of installation of the milling knife and its length. The operating mode of the knife is set by the kinematic coefficient, equal to the ratio of the circumferential velocity of the knife end to the speed of the translational motion of a mill, and the maximum relative depth of the milling knife in the soil. The constructed model makes it possible to determine the dependence of the maximum values of the considered power characteristics of the knife on the indicated geometric parameters and the parameters of the knife operating mode, which makes it possible to simplify experiments to determine the power characteristics of the cutter and significantly reduce its volume. This model can be used to select the optimal knife parameters. In addition, the proposed model can be used to calculate the power characteristics of the rack of a curved blade knife, which consumes a significant amount of energy during milling.
mathematical model, tiller, milling knife, power characteristics, angle of rotation.
Взаимодействие многих ротационных рабочих органов с почвой до сих пор рассматривается лишь на качественном уровне, и на их совершенствование методом проб и ошибок тратится неоправданно большое количество времени и средств. Поэтому методики теоретического и экспериментального анализа силовых характеристик взаимодействия с почвой важны как для совершенствования традиционных почвообрабатывающих рабочих органов, так и для создания новых, способных при меньшей энергоемкости обработки почвы создавать условия необходимые для роста и развития растений.
Изогнутые (Г-образные) пластинчатые ножи и прямые пластинчатые ножи широко используются в качестве рабочих органов почвообрабатывающих фрез. Реакции почвы на ротационные рабочие органы, в том числе ротационные ножи, зависят не только от свойств почвы, геометрических параметров рабочих органов и параметров, определяющих режимы их работы, но также и от угла поворота рабочих органов. Задача учета зависимости силовых характеристик ротационных рабочих органов от угла их поворота является сложной, и в большинстве случаев она либо решается с помощью специально поставленных экспериментов [1–3], либо ее решение основывается на необоснованных допущениях [4, 5].
В работах [6–9] были построены математическая модель взаимодействия боковой поверхности лопастного ротационного рабочего органа (ЛРРО) с почвой и математическая модель взаимодействия его лезвия с почвой, учитывающие зависимость силовых характеристик ЛРРО от угла его поворота.
Целью данной работы является построение такой математической модели взаимодействия пластинчатого ножа фрезы с почвой, которая учитывает зависимость его силовых характеристик от угла его поворота.
Анализ и обсуждение результатов. Геометрия фрезерного ножа определяется радиусом фрезы r, углом установки ножа γ и длиной ножа L. Удобно ввести безразмерную длину ножа μ=L/r и безразмерное расстояние от точки крепления ножа к ступице фрезы до оси ее вращения ρ=r0/r, которое выражается через параметры μ и γ (рисунок 1):
ρ = (1 – μ2sin2γ)1/2 – μcosγ. (1)
Предположим, что почвообрабатывающая машина движется прямолинейно с постоянной скоростью υ0, фрезерный барабан вращается вокруг оси ступицы с постоянной угловой скоростью w, а его ножи при работе погружаются на максимальную глубину h в однородную почву.
1. Sineokov G.N., Panov I.M. Teoriya i raschet pochvoobrabatyvayuschikh mashin. [Theory and calculation of soil-cultivating machines]. - M.: Mashinostroenie, 1977. - P. 328.
2. Yatsuk E.P. Rotatsionnye pochvoobrabatyvayuschie mashiny: Konstruktsiya, raschet i proektirovanie. [Rotary tillers: Construction, calculation and design]. / E.P. Yatsuk, I.M. Panov, D.N. Efimov and others. - M.: Mashinostroenie, 1971. - P. 255, illstrated.
3. William R. Gill, Glen E. Vanden Berg. Soil dynamics in tillage and traction. - Washington: Agricultural Research Service, U.S. Dept. of Agriculture. 1967. - 511 p. illus.
4. Kanarev F.M. Rotatsionnye pochvoobrabatyvayuschie mashiny i orudiya. [Rotary tillers and tools]. - M.: Mashinostroenie, 1983. - P. 142, illustrated. - (Promyshlennost selu).
5. Korshun V.N. Rotornye rabochie organy lesokhozyaystvennykh mashin: Mekhanika vzaimodeystviya s predmetom truda: Monografiya. [Rotary working units of forestry machines: Mechanics of interaction with the object of labor: Monograph]. - Krasnoyarsk: SibGTU, 2004. - P. 272.
6. Medvedev V.I. Raschet dliny rezhuschey chasti lezviya pochvoobrabatyvayuschego rotatsionnogo rabochego organa. / V.I. Medvedev, Yu.F. Kazakov, Yu.V. Konstantinov // Sb. nauch. tr. Vseros. nauch.-tekhn. konf. (Calculation of the length of the cutting part of the blade of the soil-cultivating rotational working organ Medvedev, Yu.F. Kazakov, Yu.V. Konstantinov / / Collection of scientific articles of All-Russian scientific and technical Conference). - Saransk: Tip. “Kras. Okt.”, 2002. - P. 62-68.
7. Akimov A.P. Method for calculating the resistance and the moment of resistance to cutting soil. [Metodika rascheta soprotivleniya i momenta soprotivleniya rezaniyu pochvy]. / A.P. Akimov, Yu.V. Konstantinov, D.I. Fedorov // Traktory i selskokhozyaystvennye mashiny. - Tractors and agricultural machinery. - 2013, №3. - P. 32-35.
8. Akimov A.P. Mathematical model of the interaction of the rotary blade unit with the soil. [Matematicheskaya model vzaimodeystviya rotatsionnogo lopastnogo rabochego organa s pochvoy]. / A.P. Akimov, YU.V. Konstantinov // Traktory i selskokhozyaystvennye mashiny. - Tractors and agricultural machinery, 2011, № 5. - P. 29-35.
9. Akimov A.P. Calculation of the drive power of the rotary blade operating device of a tiller. [Raschet moschnosti privoda rotatsionnogo lopastnogo rabochego organa pochvoobrabatyvayuschey mashiny]. / A.P. Akimov, Yu.V. Konstantinov, D.I. Fedorov // Traktory i selskokhozyaystvennye mashiny. - Tractors and agricultural machinery. 2012, № 5. - P. 27-32.
