Обоснование конструктивных параметров бесприводного ротационного рабочего органа

 

Особенностью бесприводных ротационных рабочих органов является то, что зона деформации почвы пальцем зависит от траектории его движения. Так как при перекрытии площадей обработанных участков почвы соседних пальцев одной секции увеличиваются затраты энергии на обработку почвы, появляется опасность излишнего её распыления, а также создаются условия для забивания пальцев почвой и растительными остатками, то в первом приближении необходимо определить количество пальцев, при котором площади обработанных участков почвы соседними пальцами соприкасаются (рис. 3.33).

Длина отрезка АВ равна разности двух координат положения пальца:

(3.58)

где А – точка входа пальца в почву; В – точка выхода пальца из почвы.

Рисунок 3.33 – Расчётная схема для определения количества пальцев одной секции ротационного рабочего органа

(3.59)

(3.60)

где и - соответственно углы входа и выхода пальца из почвы:

(3.61)

(3.62)

Так как , м/с и , с, то зависимость, определяющую длину отрезка АВ (м) можно записать в виде:

(3.63)

С другой стороны, длина участка почвы, обработанного одним пальцем за один оборот секции рабочего органа определяют по зависимости:

(3.64)

где - длина участка почвы, обработанного одним пальцем за один оборот секции рабочего органа, м;

- параметр кинематического режима работы ротационного рабочего органа (для бесприводных рабочих органов данный параметр близок к единице).

 

Рисунок 3.34 – Зависимость угла входа пальца в почву от угла наклона оси вращения секции рабочего органа

 

Приравняв зависимости (3.63) и (3.64), получим зависимость, определяющую количество пальцев одной секции:

(3.65)

Рисунок 3.35 – Зависимость количества пальцев одной секции от глубины

обработки почвы (при R=0,7м): 1 – при α = 0,175 рад; 2 – α = 0,35 рад; 3 – α = 0,525 рад

Таким образом, проведя математическую обработку зависимости (3.65), получим, что при обработке почвы на глубину более 20 см (по агротеребованиям для картофеля) количество пальцев одной секции рабочего органа должно быть не менее 12 шт (рисунки 3.35, 3.36).

Рисунок 3.36 – Зависимость количества пальцев одной секции от угла наклона секции рабочего органа (при R=0,7м): 1 – при а = 0,2 м; 2 – а = 0,25 м; 3 – α = 0,3 м

 

Радиус секции рабочего органа можно определить из условия:

(3.66)

где - высота стерни или неровностей поля (почвенные комки, глыбы, камни, растительные остатки и т.д.), м;

- диаметр ступицы секции, на которой закреплены пальцы, м.

Для исключения огрехов в обработанном слое почвы длина оси вращения секции рабочего органа «с» (см. рисунок 2.2) должна быть не более зоны боковой деформации почвы пальцем (рисунок 3.34).

Величина боковой деформации почвы пальцем [21] определяется из зависимости:

(3.67)

где а - максимальная глубина входа пальца в почву, м; d_п – диаметр пальца, м;

- угол плоскости сдвига почвы (по рекомендациям В.И.Виноградова) (рисунок 3.37); - угол внутреннего трения почвы; - угол трения почвы по металлу.

Рисунок 3.37 – Угол плоскости сдвига почвы

 

Для определения минимального угла α, при котором траектории пальцев смежных секций рабочего органа будут пересекаться, воспользуемся расчётной схемой изображённой на рисунке 3.37.

Приняв с = b^I, получим:

(3.68)

При дальнейшем изменении угла наклона оси вращения секции рабочего органа и при соблюдении требуемой глубины обработки почвы рабочим органом изменяется глубина погружения (длина участка пальца, погружённая в почву) пальца в почву. Зависимость, определяющую текущее значение глубины входа пальца в почву, можно получить, если отнести движение рабочего органа к системе координат ZOX (рисунок 3.38).

К моменту вхождения пальца в почву рабочий орган повернётся на угол (3.61). Момент выхода пальца из почвы совпадает с моментом, когда рабочий орган повернётся на угол (3.62).

Текущая глубина входа пальца в почву определяется из выражения:

(3.69)

 

Рисунок 3.38 – Расчётная схема для определения глубины входа пальца секции рабочего органа

Величина - имеет место (отлична от нуля) только в том случае, если угол поворота рабочего органа находится в пределах (т.е. когда палец находится в почве) (рисунок 3.39).

Рисунок 3.39 – Зависимость глубины входа пальца в почву от угла поворота секции рабочего органа (при R=0,7 м и а=0,25 м):

1 – при α = 0,175 рад (10 град); 2 – α = 0,35 рад (20 град); 3 – α = 0,525 рад (30 град)

 

Очевидно, что при увеличении углов наклона секций рабочего органа, его ширина захвата тоже будет увеличиваться, что наглядно видно на рисунке 3.40.

Ширина захвата секции рабочего органа определяется по зависимости:

(3.70)

Рисунок 3.40 – Зависимость ширины захвата рабочего органа от угла наклона оси вращения секции: 1 – при а = 0,2 м; 2 – а = 0,25 м; 3 – α = 0,3 м

 

Диаметр пальца определялся из условия прочности стального стержня круглого поперечного сечения на изгиб при максимальной изгибающей нагрузке, для чего на основе известных зависимостей и полученных аналитических выражений для определения конструктивных параметров предлагаемого ротационного рабочего органа были получены аналитические зависимости, позволяющие раскрыть взаимосвязь энергетических показателей работы рабочего органа с его конструктивными параметрами и режимами работы. Расчёт диаметра пальца проводился в программной среде SolidWorks (приложение 1).