Россия
Россия
Россия
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
В качестве рабочих органов почвообрабатывающих фрез используются как изогнутые (Г-образные) пластинчатые ножи, так и прямые пластинчатые ножи. Реакции почвы на эти рабочие органы зависят от свойств почвы, геометрических параметров рабочих органов, параметров, определяющих режимы их работы и угла поворота рабочих органов. При построении математической модели взаимодействия рабочих органов с почвой необходимо учитывать все эти факторы, одновременно стремясь к простоте предлагаемой модели. Учет зависимости силовых характеристик рабочих органов от угла их поворота является не простой задачей, и в большинстве случаев она решается с помощью специально поставленных экспериментов. Предложена математическая модель взаимодействия прямого пластинчатого фрезерного ножа с почвой, позволяющая определять составляющие результирующей реакций почвы на такой нож, суммарный момент этих реакций и мощность, расходуемую на резание почвы, в зависимости от угла поворота ножа. Эта модель учитывает геометрию рабочего органа через радиусы ступицы и фрезы, угла установки фрезерного ножа и его длину. Режим работы ножа задается кинематическим коэффициентом, равным отношению окружной скорости конца ножа к скорости поступательного движения фрезы, и максимальным относительным заглублением фрезерного ножа в почве. Построенная модель дает возможность определять зависимость максимальных значений рассматриваемых силовых характеристик ножа от указанных геометрических параметров и параметров режима работы ножа, что позволяет существенно упростить эксперименты по определению силовых характеристик фрезы и значительно уменьшить их объем. Эта модель может быть использована для выбора оптимальных значений параметров ножа. Кроме того, предложенную модель можно применять для расчета силовых характеристик стойки изогнутого пластинчатого ножа, которая потребляет значительную часть энергии при фрезеровании.
математическая модель, почвообрабатывающая фреза, фрезерный нож, силовые характеристики, угол поворота.
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. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. - М.: Машиностроение, 1977. - 328 с.
2. Яцук. Е.П. Ротационные почвообрабатывающие машины: Конструкция, расчет и проектирование / Е.П. Яцук, И.М. Панов, Д.Н. Ефимов и др. - М.: Машиностроение, 1971. - 255 с.: ил.
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. Канарев Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. - М.: Машиностроение, 1983.- 142 с., ил. - (Промышленность селу).
5. Коршун В.Н. Роторные рабочие органы лесохозяйственных машин: Механика взаимодействия с предметом труда: Монография. - Красноярск: СибГТУ, 2004. - 272 с.
6. Медведев В.И. Расчет длины режущей части лезвия почвообрабатывающего ротационного рабочего органа / В.И. Медведев, Ю.Ф. Казаков, Ю.В. Константинов // Сб. науч. тр. Всерос. науч.-техн. конф. - Саранск: Тип. «Крас. Окт.», 2002. - C. 62-68.
7. Акимов А.П. Методика расчета сопротивления и момента сопротивления резанию почвы / А.П. Акимов, Ю.В.Константинов, Д.И. Федоров // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2013, № 3. - С. 32-35.
8. Акимов А.П. Математическая модель взаимодействия ротационного лопастного рабочего органа с почвой / А.П. Акимов, Ю.В. Константинов // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - № 5. - С. 29-35.
9. Акимов А.П. Расчет мощности привода ротационного лопастного рабочего органа почвообрабатывающей машины/ А.П. Акимов, Ю.В.Константинов, Д.И. Федоров // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. - № 5. - С. 27-32.
