авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

из ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ

Ко5елев, Александр Вячеславович

1. Повышение эффективности культиваторного

агрегата с трактором класса О,6 применением

активный колес—рыклumeлей

1.1. Российская государственная Библиотека

diss.rsl.ru

2003

Ко5елев, Александр Вячеславович

Повышение эффективности культиваторного

агрегата с трактором класса О,6 применением

активный колес-рыклителеи [Электронный ресурс]: Дис.... канд. теки. наук

:

05.20.01.-М.: РГБ, 2003 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки) Сельское козяйство — Меканизация и электрификация сельского козяйства — Тракторы, сельскокозяйственные машины и орудия — Почвоо5ра5атываю1цие машины и орудия — Культиваторы — Колесные движители. Текнологии и средства механизации сельского хозяйства Полный текст:

http://diss.rsl.ru/diss/03/1014/031014041.pdf Текст воспроизводится по экземпляру, накодятцемуся в фонде РГБ:

КоБелев, Александр Вячеславович Повышение эффективности культиваторного агрегата с трактором класса О,6 применением активный колес—рыклumeлей Самара Российская государственная Библиотека, год (электронный текст).

Ф1 ОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

На правах рукописи

Кобелсв Александр Вячеславович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КУЛЬТИВАТОРНОГО АГРЕГАТА С ТРАКТОРОМ КЛАССА 0,6 ПРИМЕНЕНИЕМ АКТИВНЫХ КОЛЕС-РЫХЛИТЕЛЕЙ Специальность 05.20.01-технологии и средства механизации сельского хозяйства Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель K.T.H., доцент Мусин P.M.

Самара - СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ т я г о в ы х МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ 1.1. Пути повышения производительности тяговых машинно-тракторных афегатов (МТА) 1.2. Повышение тягово-сцепных качеств тракторов 1.3. Вовлечение прицепных машин в процесс создания силы тяги машинно-тракторного афегата через ВОМ трактора 1.4. Анализ конструкций отечественных и зарубежных машин 1.5. Цель и задачи исследований ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ АКТИВНОГО КОЛЕСА-РЫХЛИТЕЛЯ 2.1. Контактные зоны жесткого колеса с почвой 2.2. Определение геометрических параметров профиля кулачка в активном колесе-рыхлителе 2.

3. Определение параметров дискового ножа 2.4. Анализ движения активного колеса-рыхлителя 2.5. Тяговый баланс культиваторного афегата с активными колесами рыхлителями 2.6. Мощностной баланс культиваторного афегата с активными колесами рыхлителями ГЛАВА 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.3. Планирование эксперимента 3.4. Экспериментальная установка 3.5. Методика обработки экспериментальных данных ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 4.1. Реализация многофакторного эксперимента 4.2. Влияние выбранных факторов на удельные затраты мощности 4.3. Влияние факторов на формирование движущей силы 4.4. Зависимость энергетических показателей и движущей силы от окружной скорости активного колеса-рыхлителя 4.5. Зависимость энергетических и силовых показателей активного колеса рыхлителя от угла установки кулачка 4.6. Зависимость энергетических и силовых показателей активного колеса рыхлителя от тягового сопротивления 4.7. Влияние глубины обработки и режима работы (скорости движения) активных колес-рыхлителей на энергетические параметры экспериментальной установки 4.8. Влияние крюкового усилия на тяговые и топливно-экономические показатели культиваторного афегата 4.9. Сравнительная оценка работы культиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями и навесного культиватора-окучника КОН-2,8Б.. 4.10. Результаты сравнительных испытаний агрегатов 4.11. Сравнительная афотехническая оценка качества работы культиваторов-окучников КОН-2,8К и КОН-2,8Б 4.12. Производственные испытания культиваторного афегата с активными колесами-рыхлителями 4.13. Выводы по результатам экспериментов и их анализу ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ Развитие сельскохозяйственного производства неразрывно связано с увеличением энергонасьиценности производства. Выполнение техноло­ гических процессов сельскохозяйственного производства в основном осу пгествляется перемещением сельскохозяйственных машин по полю по­ средством тягача или движителей, которыми снабжается мобильная маши­ на (комбайны, тракторы, автомобили и т.д.). В основу положен принцип тяги: трактор - сельскохозяйственгюе орудие (плуг, культиватор и т.д.).

Энергия двигателя передается движителям, посредствам которых осущест­ вляется передвижение мобильной машины по почве. Поэтому для выпол­ нения тягового мобильного технологического процесса необходимо нали­ чие определенных соотношений между мощностью двигателя, массой и скоростью движения. Нарушение этих соотношений приводит к значи­ тельному недоиспользованию мощности двигателя при недостаточной массе трактора или излишней его массе при офаниченных возможностях двигателя.

Повышение производительности афегатов при классическом спо­ собе передачи энергии «ведущие колеса трактора - почва» возможно толь­ ко за счет увеличения скорости движения, которая должна обеспечиваться соответствующим ростом мощности двигателя при сохранении массы трактора. Однако при увеличении скорости движения сопротивление почвы почвообрабатывающим орудиям возрастает не пропорционалыю этой скорости, а быстрее. При расчетной номинальной скорости движения сопротивление почвообрабатывающих орудий оказывается больше номи­ нальной силы тяги трактора, вследствие чего увеличивается буксование ведущих колес, снижается рентабельность работ.

Существует множество способов снижения тягового сопротивления орудий, которые можно подразделить на три фуппы:

Первая фуппа - усовершенствование пассивных рабочих органов (покрытие поверхности отвала полимерами, вибрация корпуса, замена крыла отвала роликом или сферическим диском и т.п.).

Вторая фуппа - установка дополнительных активных роторов (вер­ тикальный ротор вместо крыла отвала, фрезерная секция вместо пред­ плужника и т.п.). Другими словами, вторая группа характеризуется созда­ нием комбинированных рабочих органов.

Третья группа характеризуется созданием орудий с активными ра­ бочими органами, а также маншны с рабочими органами - движителями.

Технологическое сопротивление движению рабочих органов движителей способствует снижению суммарного тягового сопротивления почвообрабатывающей машины. Следует отметить, что энергонасыщен­ ный трактор в агрегате с рабочими органами-движителями не будет иметь ограничений по сцепление движителей с почвой. Горизонтальная состав­ лявшая реакции почвы будет направлена на улучшение тяговых скоростей тракторов, особенно колесных. Это создает условия и рационального ис­ пользования мопщости двигателя и способствует увеличение производи­ тельности машинного агрегата. При этом рост производительности может осуществляться за счет повышения рабочих скоростей и увеличения ши­ рины захвата почвообрабатывающих агрегатов.

Анализ различных конструкций орудий с рабочими органами движителями показал, что наиболее эффективным применением органов движителей является использование их вместо опорных колес почвообра­ батывающих агрегатов.

Актуальность темы. Использование активных колес-рыхлителей вместо опорных колес почвообрабатывающих машин, особенно в составе энергонасыщенных тракторов, открывает широкие перспективы по совме­ щению технологических операций по обработке почвы, снижению буксо­ вания колее, повышению производительности, уменьшению погектарного расхода топлива, открывает возможность полной зафузки двигателя и дальнейшего энергонасыщения тракторов. В связи с этим разработка куль тиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями, обоснование его параметров и режимов работы является актуальной задачей. Актушн, ность данной работы подтверждается также тем, что она выполнялась в соответствии с темой НИР Самарской ГСХА «Разработать и внедрить усо верн1енствованные технологические процессы, новые усовершенствован­ ные движители, обеспечивающие допустимое воздействие на почву» на 1998... 2005 г. (ГР № 01.980001758) и сводным планом НИР Самарской ГСХА.

Цель работы. Повышение эффективности культиваторного агрега­ та с трактором класса 0,6 применением активных колес-рыхлителей.

Объект исследования - технологический процесс работы культи­ ваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями.

Предмет исследования - культиваторный афегат в составе трак­ тора Т-25А и культиватора-окучника КОН-2,8Б Научная новизна. Научная новизна работы состоит в разработке аналитических зависимостей и фафических методов определения геомет­ рических и кинематических параметров активного колеса-рыхлителя;

по­ казателей оценки работы культиваторного афегата с активными колесами рыхлителями и эффективности применения активных колес-рыхлителей СХМ;

аналитических зависимостей влияния кинематических, силовых и мощностных параметров культиваторного афегата с активными колесами рыхлителями на его технико-экономические показатели.

Практическая значимость работы. Использование разработанно­ го культиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями вместо серийного культиваторного афегата, за счет повышения качества процесса окучивания и снижения технологического сопротивления, позволило по­ высить его производительность на 0,4 га/ч и уменьшить погектарный рас­ ход топлива на 0,8 кг/ч.

Достоверность результатов. Достоверность результатов подтвер­ ждается с помощью современного оборудования, приборов и контрольно измерительной аппаратурой, планированием многофакторного экспери­ мента с обработкой экспериментальных данных на ПЭВМ, Контрольно измерительные приборы прошли проверку и тарировку, что позволило обеспечить требуемую погрешность измерений изучаемых параметров.

Использование результатов исследований подтверждено актами о внедре­ нии.

Реализация результатов исследований. Разработанный культива торный агрегат с активными колесами-рыхлителями прошел опытно про­ изводственную проверку в условиях сельскохозяйствен1Юго производст­ венного кооператива «Прогресс» и закрытого акционерного общества «Смышляевский» Волжского района Самарской области (см, приложения 17, 18).

Апробация работы и публикации. Основные положения и резуль­ таты работы были доложены, обсуждены и одобрены на Поволжской меж­ вузовской конференции «Актуальные агроинженерные проблемы АПК»

Самарской ГСХА (2001 г.). Межгосударственном научно - техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутрен­ него сгорания в АПК СНГ» Саратовского ГАУ имени И, И. Вавилова ( г,), Поволжской межвузовской конференции «Совершенствование маши ноиспользования и технологических процессов в АПК» Самарской ГСХА (2002 г,), научно - практической конференции, посвященной 50 - летию инженерного факультета Пензенской ГСХА «Проблемы развития ма­ шинных технологий и технических средств производства сельскохозяйст­ венной продукции» (2002 г,), итоговой выставке Самарского областного ежегодного конкурса «ЭкоЛидер - 2002» (2003 г,).

По результатам выполненных исследований опубликовано 12 науч­ ных статей, в том числе 1 научная статья без соавторов, и получено поло­ жительное решение о выдачи патента на изобретение.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- технологическая схема культиваторного агрегата с активными ко­ лесами-рыхлителями;

- теоретическое обоснование конструктивных и рабочих параметров активного колеса-рыхлителя;

- процесс работы культиваторного агрегата с активными колесами рыхлителями;

- результаты экспериментальных исследований по повышению эф­ фективности культиваторного афегата с трактором класса 0,6 применени­ ем активных колес-рыхлителей.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ ч СВОЙСТВ т я г о в ы х МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ 1.1. Пути повышения производительности тяговых машинно тракторных агрегатов (МТА) Важнейшей задачей научно-технического професса в области ис­ пользования сельскохозяйственной техники является повышение произво­ дительности машинно-тракторных агрегатов. Производительность МТА принято выражать величиной обработанной площади в единицу времени:

iV = cB/^T,га/ч (1.1) где с - коэффициент размерности;

В^- рабочая ширина захвата агрегата, м;

V^- рабочая скорость движения агрегата, км/ч;

г- коэффициент исполь­ зования времени, или W = c^^^^, (1.2) К где N^ -эффективная мощность двигателя, кВт;

//А • тяговый КПД тракто­ ра;

к^- коэффициент удельного сопротивления сельхозмашины, кН/м.

Нужно заметить, что влияние коэффициента использования време­ ни велико, зависит от многих факторов, поэтому при его определении воз­ никает ряд трудностей. В связи с этим в дальнейшем будем использовать понятие "технической производительности", то есть производительности в единицу чистого времени [90, 106, 195, 194, 196]. С учетом выше изложен­ ного, часовая техническая производительность МТА может быть выражена как \У,=0,Ъ6В/^, га/ч (1.3) или ^^ОЗбЛ^^ОЗбЛ^^^^ (1.4) где yV^^,.-тяговая мощность трактора, кВт.

Удельная производительность агрегата, техническая производи­ тельность, отнесенная к единице массы тягового средства, определяется —^ = Э ^,га/т-ч (1.5) где т,- масса тягового средства, т;

Э- энергонасыщенность тягового средства.

Энергонасыщенность тягового средства определяется по формуле Э = —^, кВт/т.

Анализ уравнений (1.3) и (1.4) показывает, что для увеличения про­ изводительности МТА необходимо либо увеличить тяговую мощность аг­ регата, либо уменьшить удельное тяговое сопротивление агрегатируемой сельхозмашины, либо делать все это одновременно (см. рис. 1.1). В реаль­ ной эксплуатации машинно-тракторных агрегатов, удельное тяговое со­ противление сельхозмашины изменяется в сравнительно малом диапазоне, поэтому повышение производительности МТА в несколько раз возможно только за счет увеличения тяговой мощности [103]. Численное значение rj, не может быть больше единицы, поэтому за счет его повышения увеличить тяговую мощность МТА в целое число раз невозможно. Увеличение же мощности двигателя трактора теоретически беспредельно, а практически может быть увеличено в несколько раз [103]. Поэтому одной из тенденций развития сельскохозяйственного тракторостроения является непрерывное повышение мощности двигателя, без значительного увеличения массы трактора - повышение энергонасыщенности трактора. При этом расчет де­ лается на то, что соответственно должна повыситься и скорость движения МТА. Однако этого не происходит. Так, увеличение рабочей скорости ма­ шинно-тракторного афегата, путем увеличения энергонасыщенности трак тора, приводит к снижению максимального значения КПД ходовой систе­ мы трактора с одновременным снижением оптимального значения тягово­ го усилия. Например, для трактора типа МТЗ при увеличении мощности двигателя с 27 до 80 кВт, в случае использования ее только через тяговую мощность, максимальное значение КПД ходовой системы уменьшается до 20%, а оптимальное тяговое усилие - до 40% при работе на афофоне стерня. Это является одной из причин снижения темпа увеличения произ­ водительности МТА по отноп1ению к темпу увеличения мощности его двигателя с одновременным увеличением энергозатрат на единицу обрабо­ танной площади поля [103, 105, 107]. При замене тракторов ДТ-54 на трак­ торы ДТ-75 мощность двигателя увеличилась на 36%, а производитель­ ность только на 13%. При обработке почвы плоскорезами в зоне Казахста­ на тракторами Т-150, Т-150М, Т-150К и Т-150КМ, при увеличении мощно­ сти двигателя трактора Т-150М по отношению к трактору Т-150 на 26,5%, производительность возросла на 19%, для тракторов Т-150К и Т-150КМ соответственно - на 27 и 24% [ 103, 152, 161].

У афегатов с тракторами МТЗ-80 в сравнении с тракторами МТЗ- на выполнении большинства работ повышение производительности полу­ чено всего на 4...5%, а с тракторами Т-150К в сравнении с Т-74 - только на 25...35% против ожидаемых 70...80%. Другой пример. Несмотря на то, что мощность тракторов Т-150К и К-701 в сравнении с трактором Т-74 повы­ силась соответственно в 2,2 и 4 раза, их удельная производительность на единицу мощности не возросла, а снизилась соответственно на 15 и 25 % при одновременном увеличении погектарного расхода топлива на 10... %. Это свидетельствует о существенном недоиспользовании потенциаль­ ных возможностей энергонасыщенной техники и возникших объективных противоречиях в согласованности параметров тракторов и афсгатируемых с ними машин обычного типа [147].

Добавим, ухудшение эффективности использования МТА объясня­ ется еще и непрерывными колебаниями тягового сопротивления сель скохозяйственной машины, приводяищми к колебаниям режима зафузки установленного на тракторе двигателя. Колебания зафузки двигателя при­ водят к изменению процессов в системе автоматического регулирования подачи топлива и воздуха, вызывая ухудшение процесса сгорания 149. С ростом поступательной скорости движения афегата происходит увеличе­ ние коэффициента удельного сопротивления сельскохозяйственной маши ны[90, 103], что неизбежно вызывает увеличение колебаний зафузки дви­ гателя. Доказано, что снижение мощности двигателя тем больше, чем больше динамичность изменения момента сопротивления на валу двигате­ ля, при этом снижение может достигать 20...30% от номинальной мощно­ сти двигателя [103, 150].

Кроме того, рост энергонасыщенности тракторов привел к значи­ тельному недоиспользованию мопшости их двигателей. Статистические исследования показателей использования тракторов в сельском хозяйстве свидетельствуют о том, что средняя зафузка по мощности двигателей энергонасьнценных тракторов составляет 50...65% [200]. Недоиспользова­ ние мощности приводит к соответствующему снижению реальной произ­ водительности машинно-тракторного афегата, увеличению удельного рас­ хода топлива и удельной материалоемкости афегатов, ухудшению их эко­ номической эффективности (рис. 1.2, 1.3) [19, 103, 102, 147, 153].

Таким образом, рост энергонасыщенности тракторов сельско­ хозяйственного назначения в значительной мере превосходит рост произ­ водительности составленных на их базе афегатов, вследствие непропор­ ционального роста рабочей скорости и увеличения динамических нафузок.

В то же время тяговые свойства тракторов в каждом тяговом классе при пов11шении энергонасьнценности остается практически неизменными. В результате появляется «избыточная» мощность двигателя, которая не мо­ жет быть использована ни для повышения скорости, ни для увеличения ишрины захвата и грузоподъемности существующих афегатов. Второй ведущей тенденцией научно-технического професса в области Техническая производительность МТА Увеличение рабочей ширины Увеличение скорости захвата сельхозмашины движения МТА Увеличение тяговой Снижение технологического мощности МТА сопротивления СХМ Z Применение рабо­ Увеличение тяговой Использование чих органов СХМ мощности трактора ВОМ трактора с пониженным технологическим сопротивлением Улучшение Увеличение Привод решшзации скорости рабочих движения силы тяги органов трактора СХМ от ВОМ Снижение массы СХМ Улучшение тягово сцепных свойств Применение рабочих движителя трактора органов-движителей Увеличение мощности двигателя Снабжение СХМ ведущими Увеличение массы колесами трактора Рис. 1.1. Пути повышения технической производительности машипно-1ракторных афегатов (принятые сокращения:

МТА - ма1иинно-тракторный агрегат;

СХМ - сельскохозяйственная машина;

ВОМ - вал отбора мощности) Wy 0, 0, 0, 70 90 110 Ne,KBT Рис. 1.2. Зависимость удельной производительности от мощности двигателя колесного трактора 4К4: технологическая операция - посев [153] Лт 0,7 ^ 0, А л \ ^ 0, о 20 40 гм Рис. 1.3. Зависимость тягового КПД от энергонасыщенности колесного трактора 4К4 класса 20Кн:

1- стерня;

2 - поле, подготовленное под посев [19] сельскохозяйственного тракторостроения является освоение новых, более высоких, тяговых классов тракторов, которое сопровождается увеличени­ ем массы трактора наряду с увеличением мощности двигателя.

Однако рост единичрюй массы тракторов влечет за собой усиление вредных воздействий их ходовых систем на почву, приводит к переуплот­ нению и разрушению ее, сопровождается повышением стоимости машин 1ю-тракторных работ. Исследования показывают, что рост массы тракторов опережает увеличение производительности машинно-тракторных агрега­ тов. В результате этого происходит повышение удельных приведенных за­ трат на приобретение и эксплуатацию тракторов, имеющих увеличенную массу и, как правило, большую стоимость, и афегатируемых с ними сель­ хозмашин [200].

Исходя из вышеизложенного, можно сказать, что реализация мощ­ ности двигателя трактора может быть, осуществлена по двум основным направлениям:

- повышение тягово-сцепных качеств трактора;

- вовлечение прицепных машин в процесс создания силы тяги машин­ но-тракторного афегата через ВОМ трактора.

1.2. Повышение тягово-сцепных качеств тракторов Повышению тягово-сцепных качеств колесных машин посвящены работы Чудакова Е.А., Чудакова Д.А., Гуськова В.В., Лефзрова А.Х., Скойбеды А.Т., Харитончика Е.М., Смирнова Г.А., Аксенова П.В., Плато­ нова В.Ф. и многих других [16, 35, 59, 60, 61, 146, 169, 173, 174, 188, 197, 198]. В результате исследований установлено, что наиболее простым спо­ собом увеличения тягово-сцепных качеств тракторов является увеличение их массы. При этом предельная мопшость двигателя, реализуемая по сцеп­ лению движителя с почвой, может быть определена [83]:

^^^G,,(M-/)K,^ (1.6) 7], где G„.- вес трактора, Н;

//- максимальный коэффициент сцепления дви­ жителя с почвой;

Я- коэффициент использования сцепного веса;

/ - коэф­ фициент сопротивления самопередвижению;

У,,- наибольшая рабочая ско­ рость, соответствующая номинальному тяговому усилию, км/ч.

Однако увеличение массы сельскохозяйственных тракторов, как было отмечено ранее, не всегда оправдано, вследствие переуплотнения почвы и снижения урожайрюсти сельскохозяйственных культур [97]. Так в работе [19] определено, что тягово-сцепные качества современных отече­ ственных тракторов позволяют реализовать мощность двигателя через крюк при уровне энергонасыщенности, равной 17,5... 18,7 кВт/т у колесных тракторов и около 19,2 кВт/ту гусеничных тракторов.

Эффективным способом повышения тягово-сцепных качеств трак­ торов является увеличение сцепления движителя с почвой. На практике часто пользуются дополнительными устройствами, устанавливаемыми на тракторные движители, например, полугусеничный ход, съемные цепи противоскольжения и т.п., достаточно широко применяется спаривание колес, изменение давления воздуха в шинах, осуществляется подбор шин с заданными параметрами и характеристиками [17, 3,8].

Так тракторы семейства МТЗ имеют ряд устройств, предназна­ ченных для улучшения их тягово-сцепных качеств: привод переднего мос­ та, устройство блокировки межколесного дифференциала ведущего моста, гидроувеличитель сцепного веса, силовое и позиционное регулирование положения навесного орудия и др.

Опыт использования колесных тракторов показывает, что полно­ приводная схема бывает более предпочтительной при использовании трак­ тора как тягового средства. В частности на Парижской выставке сельско хозяйственьюй техники " SIMA-84" привод переднего моста, колесную формулу 4К4, имели все тракторы мощностью свыше 73,5 кВт. Все шире применяется привод переднего моста и для тракторов мощностью порядка 30 кВт. Предполагается, что на всех перспективных моделях колесных тракторов будет использована колесная формула 4К4 [2, 4, 10].

Трудности реализации мощности двигателя в тяговую мощность трактора приводят к необходимости использования бортовых микро-ЭВМ в процессе управления устройствами, предназначенными улучшать тягово сцепные показатели тракторов [182].

От1Юсительно целесообразности широкого внедрения бортовых микро-ЭВМ в ближайшие годы еще нет единого мнения, так как их стои­ мость составляет до 15% стоимости трактора [6]. Однако, фирмы Renault Франция, Steur Австрия, Massey-Ferguson Канада, Case США, Steiger США и ряд других уже в настоящее время выпускают отдельные модели тракторов с бортовыми микро-ЭВМ, и не вызывает сомнений, что ко­ лесный трактор 2000 года будет иметь бортовую микро-ЭВМ в качестве штатного оборудования [9].

Перспективы широкого внедрения систем автоматизированного управления различными устройствами, предназначенными для улучшения тягово-сцепиых показателей колесных тракторов, представлены на рис. 1. [92]. Под широким внедрением указанных систем подразумевается не серийный выпуск отдельных моделей тракторов с этими системами, а их массовое применение на большинстве находящихся в эксплуатации ма­ шин.

Достаточно простым способом повышения тягово-сцепных качеств тяговых средств является использование сочлененных тракторов [81, 89].

При этом используется несколько наиболее распространенных схем афе гатирования: шарнирное сочленение трактов по типу "тандем" (рис. 1.5 а);

жесткое сочленение тракторов по типу "тандем" (рис. 1.5 б);

шарнирное сочленение тракторов по типу "катамаран" (рис. 1.5 в);

жесткое сочленение тракторов по типу "катамаран" (рис. 1.5 г). Рассмотрим перечисленные схемы афегатирования:

- шарнирное сочленение тракторов по типу "тандем" отличается простотой и позволяет повысить производительность полученного тягово­ го средства почти в 2 раза. Однако наличие гибкой связи между сочленен­ ными тракторами накладывает повышенные требования на управление ими, поэтому такая схема афегатирования находит весьма офаниченное применение;

- жесткое сочленение по типу "тандем" является продолжением рас­ смотренной выше схемы афегатирования, которое было реализовано НПО "Целинсельхозмеханизация" (г. Кустанай) для тракторов ДТ-175С [89].

Повышение производительности трактора-тандема ВТ-400 за час основно­ го времени с трактором ДТ-175С составило на вспашке 84...98 %, на культивации 106...112 %. Кроме того, данная схема афегатирования имеет больншй момент сопротивления неуправляемому повороту, следовательно, обладает большей степенью практической устойчивости прямолинейного движения по сравнению со схемой афегатирования рассмотренной ранее.

Однако увеличение минимального радиуса поворота, вследствие увеличе­ ния продольной базы афегата, делает ее офаниченно применимой на по­ лях со сложной конфигурацией и малой площади;

- шарнирное соединение тракторов по типу "катамаран" приме­ няется крайне редко, причем на операциях, не требующих большой точно­ сти вождения. Например, сволакивание соломы, проведение снегозадержа­ ния и т.п.;

- жесткое соединение тракторов по типу "катамаран" реализовано УНИИМЭСХ совместно с ГСКБ по энергонасыщенным пахотным тракто­ рам (г. Харьков) на базе тракторов Т-150 [89]. Хотя данная схема афегати­ рования и обладает уменьшенным минимальным радиусом поворота, по сравнению со схемой "тандем", но требует достаточно сложной системы сочленения тракторов и управления афегатом.

Нужно отметить, что хотя в сельском хозяйстве и накоплен опыт Внедрение систем контроля буксова­ ния колес Внедрение систем диагностики и предупреждающих систем на основе микро-ЭВМ Автоматизированное управле­ ние трансмиссией: блокировка Переход к автоматизиро­ дифференциалов, привод пе­ ванному сельскохозяйст­ реднего моста и т.п. венному производству, по аналогии с заводом автоматом в промышлен­ Автоматическое регулирова­ ности ние давления воздуха в шинах Электронное силовое и позици­ Применение дистан­ онное регулирование положения ционного управления почвообрабатывающих орудий тракторами-роботами I 1990 2010 год Рис. 1.4. Внедрение систем автоматизированного управления уст­ ройствами, повышающими тягово-сцепные качества тракторов [92] X X О О Н h в) г) а) б) сочлененные t ж) е) Д) 3) многоосные О две Н Н J у^ и) к) п)_^\^ м привод рабочих органов-движителей привод движителей W Рис. 1.5. Схемы агрегатов (описание в тексте) управления сочлененными тракторами одним механизатором, известно, что производительность таких агрегатов на 20...25 % меньше, чем двух аг­ регатов, управляемых двумя трактористами.

Причина в том, что возрастает вероятность отказов и простоя афе гата [81]. Нет нужды говорить о том, что управление такими тяговыми средствами предполагает и1ирокое использование мили- и микро-ЭВМ, что также требует дополнительных капитальных вложений. Поэтому наиболее реальным способом афегатирования остается моноафегат, где работа всех систем и механизмов находится под наблюдением механизатора оператора.

С учетом этих требований в ВИМ создано мобильное энергети­ ческое средство (МЭС) с моншостью двигателя 184 кВт, представляющее собой трехосное тяговое средство, выполненное на базе узлов и афегатов трактора Т-150К, рама которого была жесткой и не имела шарнирного соединения [81, 160]. Управление МЭС осуществлялось поворотом передних и задних колес (рис. 1.5 д). К недостаткам составленного на базе МЭС афегата можно отнести то, что МЭС имеет жесткую конструкцию, что значительно офаничивает его универсальность.

Свободным от названного недостатка можно считать конструк­ ционное исполнение тяговых средств с приставными ведущими мостами (рис. 1.5 е), проходившими испытания как в нашей стране, так и за рубе­ жом [35]. Так трактор-макет МТЗ-52 с приставным ведущим мостом, имеющим привод от синхронного ВОМ трактора, развил на стерне номи­ нальное тяговое усилие до 34 кН, на поле, подготовленном под посев - до 27 кН, в то время как тяговое усилие трактора МТЗ-52, при работе на тех же афофонах, составило соответственно - 21,5 и 16,5 кН [35]. Вместе с тем необходимо отметить, что применение приставных ведущих мостов требу­ ет их большого разнообразия, вследствие уникальности различных марок использующихся тракторов.

Перспективным направлением, в этом отношении, является приме немие приставных технологических модулей с ведущими колесами приво­ димыми от ВОМ трактора. Эти модули могут быть как в прицепном, так и в навесном вариантах (рис. 1.5 ж, з). ВИСХОМом, ВНИИС, УкрНИИС ХОМом и ГСКБ по машинам для овощеводства разработаны и изготовле­ ны экспериментальные образцы универсальных технологических модулей для возделывания сахарной свеклы, уборки капусты и моркови. Практиче­ ское их применение прогнозируется к 1995...2000 гг. [147].

В результате, применение приставных активных технологических модулей позволяет избежать применения тракторов тяжелых тяговых клас­ сов и снизить нормальные и тангенциальные нафузки, передаваемые коле­ сами одного моста. Однако применение активных технологических моду­ лей также не решает проблемы маневренности составленных афсгатов, вследствие увеличения их продольной базы, требует дополнительных ка­ питаловложений на создание и эксплуатацию самого модуля.

Вместе с тем, современные и перспективные сельскохозяйственные машины имеют сложное устройство и, в ряде случаев, большую массу, со­ поставимую с массой трактора, которую также можно использовать в ка­ честве сцепной для создания силы тяги [81, 83].

1.3. Вовлечение прицепных машин в процесс создания силы тяги машинно-тракторного агрегата через ВОМ трактора Анализ схем машинно-тракторных афсгатов (рис. 1.5 и, к, л, м) по­ казывает, что "избыточная" моищость двигателя трактора, снимаемая с его вала отбора мощности, может быть использована [103]:

- во-первых - для уменьшения удельного сопротивления сель­ хозмашины. Из существующих на сегодняшний день способов следует от­ метить применение активных подкапывающих органов, уменьшающих со­ противление или участвующих в создании тягового усилия. Однако это может лишь частично решить проблему, так как значительная доля тягово го сопротивления прицепных машин приходится на сопротивление перека­ тыванию. При весе машин в 50...60 кН и коэффициенте сопротивления ка­ чению колес в условиях повышенной влажности 0,4...0,5 сопротивление перекатыванию достигает 20...30 кН [145]. Поэтому для тяжелых прицеп­ ных маншн наиболее перспективен и реален способ передачи части мощ­ ности двигателя на привод ходовых колес сельхозмашины. Особенно это характерно для комплекса посадочных и уборочных машин применяемых при возделывании картофеля. Так вес картофелепосадочной ман]ины типа КСМ-6, с учетом веса посадочного материала, и вес картофелеуборочного комбайна типа ККУ-2А достигает 55...65 кН [90, 145], которые в условиях эксплуатации могут афегатироваться с тракторами типа МТЗ-80. Однако при посадке и уборке картофеля в условиях повышенной влажности поч­ вы, что характерно для времен года, когда проводятся эти операции, а так­ же при преодолении местных сопротивлений, тягового усилия, развивае­ мого этими тракторами, зачастую не хватает. Причем причина здесь не в недостатке мощности трактора, а в его низких тягово-сцепных качествах.

Применение же более мощных колесных тракторов типа Т-150К, класса кП, офа»шчивается шириной междурядий корнеклубнеплодов и давлением движителей на почву [90, 145].

- во-вторых - для привода рабочих органов комбинированных сель­ скохозяйственных машин. В этом случае выполняется сразу, как минимум, две технологические операции. Например, комбинированная сельхозма­ шина фирмы «Мак-Коннел» Англия с роторными орудиями, приводи­ мыми от ВОМ трактора, для высококачественной подготовки почвы за один проход. Она обеспечивает: глубокое рыхление, разрушение комьев и мульчирование поверхности почвы. Другим прообразом такого афегата может служить созданная итальянской фирмой "Кантоне" модель супер культиватора - сеялки (рис. 1.5 л). Это комбинированная машина с пшри ной захвата 4,35 м и весом около 90 кН совмещает операции по обработке почвы, выравниванию, нарезанию борозд, посеву, внесению удобрений и гербицидов. Она выполнена в виде модуля на двух опорных пнев­ матических колесах и включает раму, двигатель мощностью 231 кВт, поч­ вообрабатывающую фрезу диаметром 780 мм, аппараты для высева зерно­ вых и пропашных культур, пневматические аппараты для внесения грану­ лированных удобрений. Бункеры для семян, удобрений, пестицидов и топ­ лива объединены в едином блоке и имеют емкости: для семян - 500, удоб­ рений - 1430, пестицидов - 1400, для топлива - 370 л. Управление рабочи­ ми органами производится с помощью электрогидравлических сервомеха­ низмов, пульт управления которыми размещен в автоматизированной ка­ бине на тракторе-тягаче с мощностью двигателя 52 кВт. Испытания пока­ зали, что суперкультиватор позволяет сократить затраты рабочего времени в 3...5 раз по сравнении с традиционными методами обработки почвы к по­ сева сельскохозяйственных культур [147]. Однако применение такого типа мап1ин следует ожидать в достаточно отдаленной перспективе.

Нужно заметить, что ни один из перечисленных вариантов рас­ пределения мопщости двигателя трактора не исключает параллельного применения другого варианта, поэтому все они могут присутствовать в одном машинно-тракторном агрегате одновременно, дополняя друг друга.

Итак, комплексная реализация мероприятий по перераспределению мощности двигателя трактора позволит при неизменных классах тракторов существенно повысить тяговые усилия, развиваемые мапшнно тракторными агрегатами, и, следовательно, увеличить их рабочую ширину захвата и фузоподъемность, а при неизменной ишрине захвата или грузо­ подъемности машинно-тракторных агрегатов - понизить тяговый класс тракторов, входящих в их состав. И в том, и в другом случае повысится эффективность использования агрегатов. Кроме того, при понижении тяго­ вого класса трактора уменьшается его масса, в результате чего будут ос­ лаблены вредные воздействия ходовой системы на почву.

МАШИННЫЕ АГРЕГАТЫ С АКТИВНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ-ДВИЖИТЕЛЯМИ По конструкции носителей По типу привода рабочих органов рабочих органов I 3S о о я :^ с о»

3я ю Я" т CS ее я ® 'С о О.

а.

аз С о. н сз 5, S I По конструкции рабочих органов IЛI I ».«L I ( о»

л.с ja я я as я я ми я о 'а о о « о О. о»

О) сс Я VO э о а.

QJ о О.

с о н П О 1 а а Я Mite и а О « г се 3" 3" а.

я Я о О.

а. го оа я § •е о. и •е,о Рис. 1.6. Классификация машинных агрегатов с рабочими органами движителями Создание и разработка машин с рабочими органами-движителями (см. рис. 1.6) считается одним из перспективных направлений почвообра­ батывающей техники [68], является предметом рассмотрения следующего параграфа.

1.4. Анализ конструкций отечественных и зарубежных машин с рабочими органами-движителями В основе разработки орудий с активными рабочими органами движителями лежали пристальные наблюдения перехода человека от одно­ го вида обработки почвы к другому.

Вот так в середине прошлого века писал об этом англичанин Р.

Хоскинс: «Руке человека присуще движение взад и вперед, по этому поле­ вым рабочим инструментом человека стали лопата и кирка, требующие этих движений. Упряжное животное совершает прямолинейное движение, поэтому строгальный плуг с оборачиванием пласта является естественным пахотным орудием. Всякий мехагшческий двигатель имеет вращательное движение, поэтому фреза должна быть единственным рабочим органом при механической обработке почвы. Трактор в качестве упряжного двига­ теля к обыкновенным плугам также странно представить, как лошадь, держащую передними ногами заступ или кирку» [49].

Академик Горячкин В.П. писал: «наиболее совершенным движени­ ем для частей всякой мап1ины считается равномерное вращательное дви­ жение. Такое движение способно сохраняться по инерции само собой как прямолинейное, поэтому основной задачей техники является построение машин с вращательным движением [50].

Вопросам ротационной обработки почвы у нас в стране и за ру­ бежом уделяется большое внима1ше. В работах Василенко ЛЛ.[38], Далина А.Д. [62], Канарёва Ф.М. []79, 80], Медведева В.И. [119, 120, 121], Панова И.М. [137, 138, 139, 140], Синеокова Г.Н. [167], Виноградова В.И. [43, 44, 45], Попова Г.Ф. [151], Лисунова С.А. [111] и других ученых рассмотрены конструктивные особенности, история и перспективы развития, механико технологические основы расчета и проектирования, влияние различных факторов на энергозатраты и агротехнические показатели машин активной почвообработки.

Рассмотрению различных аспектов применения ротационных поч­ вообрабатывающих машин и оптимизации их параметров посвящены ра­ боты Бока Н.Б. [24, 25, 26], Гринчука И.Н. [53], Жука А.Ф. [69], Зволин ского ВЛI. [74], Инаекяна С.А. [76, 77], Канева Н.Ф. [78], Марченко О.С.

[115], Матяншна Ю.И. [116], Яцука Е.П. [209] и других ученых и исследо­ вателей.

Разработка более точных методов расчета рабочих органов с учетом не только статических, но и динамических нафузок были посвяп1ены ра­ боты Жука ЯМ. [70], Докина Б.Д. [66], Попова Г.Ф. [151], Сурилова B.C.

[ 176] и других ученых.

Исследованиями некоторых вопросов ротационной обработки поч­ вы занимались также Эльгурт Я.Б. [207], Прокопенко Д.Д. [154], Павлов В.П. [134], Виноградов В.И. [43, 44, 45], Борисов В.Н. [32], Лещанкин А.И.

[110], Тураев Т.Т. [183] и другие.

Характерным примером рабочих органов-движителей являются почвообрабатывающие фрезы.

Анализ работы почвообрабатывающих фрез в режиме движителей показал, что качественные и эксплуатационные показатели работы, энерго­ затраты и формирование движущей силы в значительной степени опреде­ ляется режимом движения рабочих органов. Механизм привода фрез обес­ печивает технологический процесс при сравнительно большой частоте вращения и незначительной подаче. При таких параметрах режима работы качественная обработка почвы возможна на небольших рабочих скоростях (4-5 км/ч) при значительных затратах энергии (удельная энергоёмкость об­ работки почвы фрезами в 4-8 раз выше, чем плугами) [136, 209]. Надеж ность работы фрез относительно низкая, ножи при работе на минеральных почвах быстро изнашиваются. В связи с этим фрезы не применяются для основной обработки минеральных почв, а используются главным образом для обработки торфяников, коренного улучшения лугов и пастбищ [136].

Ротационные плуги менее интенсивно, чем фрезы крошат и пере­ мешивают почву, расходует значительно меньше энергии на единицу объ­ ема обработанной почвы.

Выполненными исследованиями установлено [1, 24, 36, 37, 65, 79, 137, 166, 209], что орудия с ротационными рабочими органами наиболее полно отвечают агротехническим требованиям по обработке почвы, позво­ ляют сократить количество технологических операций при подготовке по­ ля к посеву. Важным их преимуществом является также то, что они дают возможность регулировать степень рыхления почвы непосредственно в процессе работы и не образует уплотненную подошву на дне борозды, от­ рицательно влияющую на рост и развитие культурных растений. Они наи­ более полно позволяют интенсифицировать процесс обработки почвы.

Особую группу машин составляет ротационные плуги, не имеющие неподвижных рабочих частей, У ротационного плуга Лихта (ГДР) ротор состоит из вертикального диска и трех изогнутых лопастей. Каждая лопасть заточенной передней кромкой отрезает крупные пласты почвы, отбрасывает их в сторону и обо­ рачивает. Всего на плуге может быть установлено несколько таких рабо­ чих органов один за другим, как корпусы лемеишого плуга. Для пахоты на глубину 20-25 см внешний диаметр лопастей должен быть равен 600... мм. Угол наклона оси ротора к дну борозды 15...25°. Поверхность лопастей цилиндрическая. При окружной скорости ротора 1,5...1,7 м/с и поступа­ тельной скорости движения 0,35 м/с - толщина стружки получается равной 15... 18 см. Однако даже при такой низкой скорости перемещения плуг пло­ хо обеспечивает оборот пластов - они беспорядочно укладываются в бо­ розде [137].

Ротационный плуг фирмы Вохпег Kuhnele имеет в качестве рабоче­ го органа одно- или четырехзаходный винтовой шнек. Ось шнека распо­ ложена в направлении движения плуга. Совершая един оборот, стек перед­ ней режущей кромкой отрезает пласт почвы в виде кругового сегмента, оборачивает его и укладывает в предыдущую борозду перпендикулярно к направлению движения.

Шаг винтовой поверхности четырехзаходного шнека равен 1,5 м, диаметр пшека спереди - 694 мм, сзади - 640 мм, длина его равна 600 мм.

Испытания шнекового плуга показали, что он удовлетворительно заделывает навоз и растительные остатки при поступательной скорости 0,6...1,1 м/с и частоте вращения шнека 59-92 мин'\ Потребная мощность на обработку почвы шнековым плугом примерно одинаковая с фрезой.

Недостатком плуга является то, что он имеет малый захват и, сле­ довательно, небольшую производительность, а также гребнистую поверх­ ность дна бороздок.

Большую известность получил голландский ротационный плуг «Ro taspa», который выпускается в Голландии, Франции и Англии. Рабочие ор­ ганы плуга (в виде лопат) закреплены на вращавшемся роторе, привод на который осуществляется от ВОМ трактора через цепную передачу и ре­ дуктор.

Работа плуга заключается в следующем.

Установленные на передней балке плуга черенковые ножи произво­ дят вертикальный разрез почвы на ленты. Нож при вращении разрезает ленту на отдельные пласты и переносит их назад. При выходе из почвы нож поворачивается, производя поворот пласта. Плуг «Rotaspa» предна­ значен для обработки сильно увлажненных почв, особенно там, где нет не­ обходимости в тщательном крошении почвы. Ширина захвата плуга 2,1 м, масса 750 кг, максимальная глубина обработки до 30 см, агрегатируется с трактором моншостью 25... 30 л.с. При поступательной скорости движения 1,5 км/ч и числе оборотов ротора 30...40 в минуту, производительность плуга 0,3 га/ч.

Испытания плуга показали, что он потребляет энергии в 3 раза меньше, чем фреза, но дает недостаточное крошение почвы и имеет слож­ ное устройство для оборачивания пластов [119, 137, 138, 209].

У ротационного плуга РП-190 рабочим органом является ротор с четырьмя сплошными режущими лезвиями, идущими по винтовой линии симметрично от центра ротора для уравновешивания боковых усилий. К задней кромке лезвий прикреплены пластинчатые пружины. Во время движения ротор вращается в направлении движения машины, режущие лезвия отрезают пласт почвы, который ложится на пластины и увлекается ими во вращение за счет силы трения;

при этом пружины принимают фор­ му траектории, описываемую ножом (рис. 1.7 а).

При выходе рабочих органов на поверхность поля пружины расп­ рямляются, а пласт под действием собственного веса сходит с них и укла­ дывается верхней частью на дно борозды. Рабочий захват плуга 190 см, глубина обработки может быть установлена от 15 до 29 см, рабочая ско­ рость движения от 1,1 до 3 км/ч, масса плуга 600 кг.

Исшлтания плуга РП-190 проводились в сравнении с лемешным плугом ПН-3-35 с захватом 105 см. Они показали, что требуемая мощность для обработки почвы одинакова как для лемешного плуга, работавшего на скорости 4,32 км/ч, так и для ротационного, работавшего при числе оборо­ тов 37 в минуту и поступательной скорости 2,18 км/ч. При указанных ре­ жимах оба плуга дают примерно одинаковую производительность и каче­ ство обработки почвы. Увеличение числа оборотов ротационного плуга приводит к повышению потребной мощности, но обеспечивает лучшее ка­ чество обработки почвы. При испытаниях было установлено также, что к.п.д. ротационного плуга составляет от 91,8 до 97,5 %, в то время как к.п.д. лемешного плуга не превышал 48.,.52 % [137, 119, 209].

В настоящее время некоторых странах Западной Европы применя­ ется плуг голландской фирмы "Викон". Аналогичный плуг КР-1,5 исполь­ зуется в СССР для обработки закрытого грунта.

Ротационный копач КР-1,5 представляет собой машину, состоящую из рамы, ротора с рабочими органами и привода ротора. У вращающегося ротора имеется четыре секции с тремя ножами каждая. Ножи имеет Форму широких изогнутых лопаток. Глубина вспашки регулируется опорными лыжами. На плуге установлены также черенковые ножи, которые произво­ дят отделение пластов в вертикальной плоскости.

При вращении ротора ножи входят в почву почти под прямым уг­ лом (при этом отрезанные куски почвы затем поворачивается на 90°), сбрасывают и укладывают почву на дно борозды.

Ротационный копач КР-1,5 рассчитан на работу в специфических условиях на значительно переувлажненных почвах. Диапазон регули­ рования степени крошения у него весьма ограничен, а производительность крайне мала [163].

Работа ротационных плугов в производственных условиях показы­ вает, что они являются наиболее совершенными как в техническом, так и в агротехническом отношении. Однако они еще не могут конкурировать с лемешными плугами по производительности из-за малых поступательных скоростей (2...3 км/ч).

Разработанный "Алтайсельмашем", ротационный плуг КП-200А [1] обеспечивает обработку почвы на скоростях до 7 км/ч. Широкие пределы регулирования степени крошения почвы, возможность удовлет­ ворительной работы в любом диапазоне влажности, отсутствие разъемных борозд и свальных гребней позволяет применить этот плуг в большинстве зон для обработки полей под овощные, технические и зерновые культуры [65].

Интересно по конструкции почвообрабатывающее орудие, содер­ жащее подвижно установленный на полуосях корпус, на котором посред­ ством шарниров установлены почвообрабатывающие рабочие органы, ншрнирно соединенные с кривошипами, которые посредством шатунов со­ единены с кольцом, установленным с возможностью вращения на оси, экс центрич»ю расположенной относительно полуосей корпуса (рис. 1.7 б).

Испытания этой машины показали, что она хорошо крошит почву, так при скорости движения 0,5...2 м/с на почвах твердостью 3,5...5,5 мПа, влажно­ стью 12... 16% - фракции размером менее 0,05 м составляли 50...61 % [11, 21,22].

Почвообрабатывающая машина, предложенная Таджикским НИИ земледелия, включает раму и рабочие органы, выполненные в виде иголь­ чатых дисков, закрепленных на приводном валу. Игольчатые диски смон­ тированы на валу поочередно жестко и свободно, причем свободно смон­ тированные диски связаны с приводным валом через редукторы, соеди­ ненные с рамой посредством стоек. Почвообрабатывающая машина позво­ лит предотвратить распыление почвы, повысить качество её обработки [71, 72].

Представляет интерес конструкция игольчатого ротационного рых­ лителя механика Ж.Ф. Якобина и результаты исследований подобных ору­ дий, проведенные в Воронежском СХИ под руководством профессора Ф.С.

Завалипшна [71, 72]. Рыхлитель создаёт значительную движущую силу, поэтому может агрегатироваться с энергонасыщенными тракторами, кото­ рые имеют небольшую массу. Это позволит, по мнению авторов, сократить грузооборот металла и расход энергии. В особую группу можно выделять небольшое число орудий, у которых рабочие органы совершают движение по деформированной трохоиде, в отличие от машин и орудий ротационно­ го действия, где рабочие органы совершают движения по нормальной тро­ хоиде. В качестве исполнительного механизма в них используют четырёх звенник.

Успешные работы в этом направлении ведутся в Италии, где вы­ пускаются копатели двух марок "Фальк" и "Граменга" [119, 163]. Сравни­ тельные испытания этих копателей с лемешным однокорпусным плугом и плугом "Ротаспа" показали, что плуг "Фальк" оказался наиболее произво дительщ1М. По удельным затратам этот луг почти не отличался от лемеш ного плуга, хотя уступает по этому показателю плугу "Ротаспа". Качест­ венные показатели работы испытуемых плугов не дали преимущества ка­ кому-либо из них. Скорость движения значительно уступает лемешному плугу, что является одним из главных сдерживающих обстоятельств для более широкого распространения почвообрабатывающих агрегатов с кри воншпно-шатунным приводом рабочих органов-движителей [119].


Продолжаются исследования по созданию самоходных почвообра­ батывающих орудий с рабочими органами-движителями.

Советские изобретатели Коломеиц В.М., Зверко Д.Н. и Зверко Б.Д.

создали и испытали макетный образец СРПА (самоходного реактивного пахотного агрегата), который имеет две симметричные рабочие секции, каждая из которых соединена с рамой niaccH. По направляющим секций на бесконечных тяговых цепях (гусеницах), расположенных под углом друг к другу, движутся право- и левоотваливающие плужные корпуса.

Конструкция СРПА позволяет не только снизить расход энергий на пахоту, но и совместить функции рабочих органов и движителей. Масса таких афегатов обуславливается лишь требованиями к конструктивной надежности деталей [162]. На этом же принципе создан и самоходный ро­ тационный рыхлитель СРР системы А.И. Тимофеева [119, 180]. Рабочими органами этой машины является два многозаходовых шнека. Они рыхлят верхний слой почвы и под действием реакций почвы на его поверхностях осуществляется поступательное движение афегата.

В МИИСП разработан другой вариант самоходной машины с рабо­ чими органами-движителями. Он представляет собой два независимых друг от друга барабана с прикрепленными к ним (в зависимости от вида выполняемой почвообрабатывающей операции) рабочими органами стрельчатыми лапами, небольшими рыхлителями и т.п. Оси барабанов ус­ танавливается как параллельно, так и под прямым углом друг к другу. В первом случае барабаны вращаются с различными скоростями, за счет чего в основном и происходит спиралевидное пересечение машины по полю.

а) б) Рис. 1.7. Почвообрабатывающие машины с рабочими органами-движителями:

а) Схема работы ротационного плуга «РП-190»;

б) по а.с. № Во втором случае афегат движется вперед.

В силу непрерывного изменения свойств почвы обеспечить создан­ ный режим работы подобных афегатов, плавкость их хода без авто­ матического регулирования процесса взаимодействия рабочих органов с почвой невозможно, т.к. реактивная отдача земли под каждым из рабочих органов будет своя. Есть и другие замечания по самоходным машинам с рабочими органами-движителями. Но и выгоды неоспоримые, так как они по сравнение с обычными пахотными афегатами повышают производи­ тельность втрое - вчетверо, потребление металла снижают вполовину, а за­ траты энергии уменьшают на 70% [49].

В Самарской ГСХА разработан культиваторный афегат с активны­ ми колесами-рыхлителями, приводимые в движение от ВОМ через меха­ нический привод. Культиваторный афегат с активными колесами рыхлителями создан на базе трактора Т-25А и культиватора-окучника КОН-2,8Б. Принципиальная схема культиваторного афегата с активными колесами-рыхлителями представлена на рис. 1.8.

В отличие от серийного культиватора-окучника КОИ-2,8Б, культи­ ватор-окучник с активными колесами рыхлителями вместо колес секций имеет активные колеса-рыхлители 1, которые через цепную передачу 2, редуктор 3 и карданную передачу 4 приводятся во вращение от ВОМ трактора. Экспериментальный культиватор-окучник навешивается с по­ мощью навески 6 трактора.

Культиватор работает следующим образом. При движении агрегата производится культивация почвы с помощью пассивных рабочих органов 7. Снижение тягового сопротивления происходит вследствие получения дополнительной движущей силы от активных колес-рыхлителей 1. При вращении активных колес-рыхлителей 1 от вала отбора мощности 5 трак­ тора, через цепную передачу 2, редуктор 3 и карданную передачу рыхлители 8 взаимодействуя с почвой, разрыхляют ее и создают силы сопротивления, препятствующие буксованию активных Рис. 1.8. Принципиальная схема культиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями:

1- активные колеса-рыхлители;

2- цепная передача;

3- редуктор;

4 карданная передача;

5- вал отбора мощности трактора;

6- навеска трактора;

7- пассивные рабочие органы;

8- рыхлители;

9- дисковый нож.

колес-рыхлителей, а также способствуют снижению сопротивления дви­ жению пассивных рабочих органов 7 в почве. Снижению сопротивления движению пассивных рабочих органов 7 в почве также способствует дис­ ковый нож 9, установленный по середине жесткого обода активного коле­ са-рыхлителя I, который нарезает опережающую трещину перед пассив­ ными рабочими органами.

1.5. Цель и задачи исследований Анализ литературных источников позволяет сделать следующие обобщения:

1. Современное направление в тракторостроении характеризуется непрерывным ростом мощности двигателей при одновременном снижении металлоемкости мащин.

2. В настоящее время колесный энергонасыщенный трактор при классическом способе передаче энергии «движители трактора - почва» не может выполнять мобильные технологические операции с полной зафуз кой двигателя.

3. В условиях пов11шения энергонасыщенности тракторов наблюда­ ется расширение применения комбинированных машин и орудий с актив­ ными рабочими органами и органами-движителями, позволяющими пол­ нее использовать мощность двигателя трактора.

4. С целью уменьшения буксования и улучшения тягово-сцепных свойств афегата, повышения производительности труда и увеличения за фузки двигателя трактора, выяснилось желательность функционирования рабочих органов-движителей, приводимых от ВОМ трактора.

Таким образом, возникла необходимость в проведении теоретиче­ ских и экспериментальных исследований культиваторного афегата с ак­ тивными колесами-рыхлителями, которые явились бы основанием для вы­ бора его конструктивных параметров и режимов работы, способных повы сить его эффективность.

Исходя из выше изложенного, целью настоящей работы является пов1.нцсние эффективности культиваторного агрегата с трактором класса 0,6 применением активных колес-рыхлителей.

В соответствии с целью исследования ставятся следующие задачи:

1. Определить технологическую схему культиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями.

2. Обосновать конструктивные параметры активного колеса рыхлителя имеющего механический привод от ВОМ трактора.

3. Выявить рациональный режим работы культиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями по минимальным энергозатратам, максимальной скорости движения и тяговому к.п.д.

4. Провести сравнительные испытания серийного и предлагаемого культиватора с активными колесами-рыхлителями в производственных ус­ ловиях и оценить технико-экономическую эффективность использования культиваторного афегата с активными колесами-рыхлителями.

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ АКТИВНОГО КОЛЕСА-РЫХЛИТЕЛЯ Активное колесо-рыхлитель состоит из диска 1 (см. рис. 2.1), кото­ рый с помощью болтового соединения (болтов 12 и гаек 13) крепится к ва­ лу 8, приводимого от вала отбора мощности трактора, жесткого обода 2, по периметру которого с внешней стороны, по середине, жестко закреплен дисковый нож 3, а с внутренней попарно установленные и подпружинен­ ные пружинами сжатия 6 во втулках 4 рыхлители 10, в направляющей час­ ти 5 которых расположено колесико 9 на своей оси 15 и фиксатор 14, удерживаюнщй рыхлители во втулках, кулачков 7, расположенные под осью колеса и установленные шарнирно на валу 8 одним концом, и закре­ пленные жестко на корпусе сельскохозяйственной мащины с помощью отверстий 11 - другим.

Активное колесо-рыхлитель работает следующим образом. При враи1ении активгюго колеса-рыхлителя от вала отбора мощности трактора, рыхлители 10 колесиками 9 входят в контакт с поверхностями кулачков и начинают взаимодействовать с почвой в осевом направлении в начале зоны буксования, другим концом, сжимая пружины 6. Как только рыхли­ тели 10 войдут в контакт с почвой, то в зоне их контакта начнут создавать­ ся силы сопротивления, препятствуюнще буксованию активного колеса рыхлителя, и одновременно будет производиться рыхление по его следу.

Такие условия создадут возможность снижения буксования актив1ЮГо ко­ леса-рыхлителя с одновременным рыхлением почвы по его следу. Так как активное колесо-рыхлитель вращается, то после выхода колесиков 9 с по­ верхностей копиров 7, под действием пружин 6 рыхлители 10 возвратятся в исход1юе положение. Такое возвратно-поступательное движение проис­ ходит периодически, по мере их контакта с поверхностями кулачков 7.

2 4 — ЛтЛ Рис. 2.1. Принципиальная схема активного колеса-рыхлителя:

1- диск колеса;

2- жесткий обод колеса;

3- дисковый нож колеса;

4 вгулка;

5- направляющая часть рыхлителя;

6- пружина;

7- кулачок;

8- вал колеса;

9- колесико рыхлителя;

10- рыхлитель;

11- отверстия для крепле­ ния;

12- болт;

13- гайка;

14- фиксатор рыхлителя;

15- ось колесика рыхли­ теля ГС ' гссг Далее определим конструктивные и рабочие параметры активного колеса-рыхлителя, обеспечивающие оптимальный режим его работы в культиваторном афегате.

2.1. Контактные зоны жесткого колеса с почвой Известно [61, 148], что поверхность контакта жесткого колеса с деформируемой поверхностью основания (рис. 2.2) можно разбить на две части.

Точки контакта расположенные на участке дуги АВ, будут иметь горизонтальные перемещения, направленные в сторону движения колеса.

Возникаюпще на этом участке реакции основания направлены в сторону, противоположную направлению движения оси колеса. Точка приложения равнодействующей этих реакций расположена в пределах участка АВ.

Точки поверхьюсти контакта, находящиеся на дуге ОА, будут иметь горизонтальные перемещения, направленные в сторону, противоположную направлению движения оси колеса, и, следовательно, реакции и их равно­ действующую направленными в сторону движения оси колеса. Точка при­ ложения равнодействующей горизонтальных составляющих реакции осно­ вания на этом участке должна находиться в пределах дуги ОА.


Таким образом, при качении жесткого колеса по упругому основа­ нию, поверхность контакта колеса с основанием можно разделить на зону буксования (ОА), когда поверхность контакта колеса проскальзывает отно­ сительно поверхности основания в противоположную сторону, и на зону сцепления (АВ), когда на некоторой части поверхности контакта колеса нет относительных перемещений поверхностных элементов контактируе мыхтел.

При анализе качения жесткого колеса по деформируемому основа­ нию примем, что:

1) основание, по которому происходит качение колеса, является од породным и имеет только пластические деформации;

2) скорость качения постоянна и мала, и, следовательно, можно пренебречь силами инерции, возникающими при прессовании поверхности качения;

3) поверхность, ограничивающая основание, является горизонталь­ ной.

Определим длину поверхности контакта колеса с основанием L (рис. 2.2), зоны буксования /,, зоны сцепления 7^, а также координаты точ­ ки разделения зон (т. А) с учетом величины буксования 5 и глубины колеи Н.

При качении жесткого колеса, радиусом г и шириной обода /?, с постоянным буксованием д по деформируемому основанию, в каждый момент времени будет происходить их взаимодействие в зоне равной L.

Тогда длина поверхности контакта колеса с основанием L определится как L=m, (2.1) где г- радиус колеса, м\ а- угол взаимодействия колеса с основанием, рад.

Определим длины зоны буксования /, и зоны сцепления 7^, а также координаты точки разделения зон (т. А). Условной границей разделения зон, может быть линия ОзА [148]. Тогда величина зоны буксования опре­ делиться как 7, = ra^, (2.2) где a^ - угол, при котором действует буксование, рад.

Длина зоны сцепления равна 1,=га, (2.3) или h=L-h. (2.4) где а^ - угол, при котором происходит сцепление, рад.

I/ /////// X Рис. 2.2. Схема к определению контактных зон жесткого колеса с почвой Найдем углы or, зг,, or^.

Угол а определим по теореме косинусов из равностороннего треугольника OOiB, предварительно определив основание ВО = л/2г// из прямоугольного треугольника ООзВ, с учетом, что 00^=О^В = г, ООу - И, после преобразований получим:

Г-Н (2.4) cosa = откуда (г-н а = arccos \ г f,-ii (2.5) а = arccos V г, где Я-глубина колеи [181], м:

( \ 1+ J (2.6) arcth к 1-^ 1-^ V 1) где (Jo - предел прочности на одноосное сжатие, МПа;

к - коэффициент объемного смятия, Н/м"';

р - давление движителя, МПа.

Угол б)г, определим из прямоугольного треугольника O1O2A, учиты­ вая, что 00^ = О^В = г, OfOj = г^ получим:

а, = arccos— (2.7) г где t\ - радиус качения, м:

г, =r(\-S), где S - коэффициент буксования:

п.... - W,...

'КТ "AT (2.8) S= П нт где п^,. - среднее значение суммарной частоты вращения ведущих колес за опыт под нагрузкой, об/мин;

п^,. - среднее значение суммарной частоты вращения ведущих колес за опыт на холостом ходу (на том же пути), об/мин.

Преобразуем уравнение (2.7), подставив значение /;

:

a^ = arccos(l - S). (2.9) Угол «2 определиться как «2 = « - «,. (2.10) За начало координат примем точку О. Параметрическое уравнение окружности в системе координат { x = r-s\na у = г{\ -cosor)' тогда для точки А (см. рис. 2.2), с учетом уравнения (2.9) координаты л: и у равны " = '••''""•. (2.11) y = rS Анализируя полученные зависимости можно сказать следующее. С увеличением радиуса колеса происходит уменьшение значения углов кон­ такта колеса с почвой, как при разных значениях глубины колеи И и од­ ном и том же буксовании S = const (см. рис. 2.3), так и при разных значе­ ниях буксования S и одной и той же глубине колеи // = const (см. рис.

2.4). Угол a^ растет с увеличением буксования (рис. 2.4) и не зависит от нафузки на колесо (рис. 2.3). Величина угла а в значительной степени зависит от нагрузки на колесо и с увеличением нафузки угол а уменьша­ ется (рис. 2.4). Угол «2 изменяется как от изменения нафузки, так и от из­ менения режима движения, т.е. от буксования (см. рис. 2.3 и 2.4). Отрица­ тельное значение угла «^ говорит о том, что колесо будет работать в ре­ жиме полного буксования. Поэтому, для повышения угла а^ необходимо либо повышать нафузку на колесо, либо уменьшать буксование колеса, применением в его конструкции рыхлителей, которые будут выходить в конце зоны сцепления, тем самым, увеличивая условный угол сцепления а..

Уменьшение углов контакта колеса с почвой, при увеличении ра­ диуса колеса г, однако, приводит к увеличению величины зоны контакта колеса с повой L и зоны буксования /, (см. рис. 2.5 и 2.6). Увеличение на­ грузки на колесо /?, либо уменьшение буксования 5, приводит к умень­ шению зоны буксования /,, однако, каждому колесу с радиусом г соответ­ ствует свое конкретное значение р и свой режим работы {5), обеспечи­ вающие наилучшие тягово-сцепные качества. Поэтому, на рис. 2.5 и 2.6, появляются отрицательные значения зоны сцепления 1^.

Координаты точки А (см. рис. 2.2) меняются в зависимости от усло­ вий работы и конструктивных параметров колеса. С увеличением буксова­ ния 5 при постоянном радиусе колеса г, х меняется не по прямолинейной зависимости, а изменение у имеет прямолинейный характер (см. рис. 2.7).

С увеличением радиуса колеса г при постоянном буксовании 8, измене­ ния координат точки А - происходит по прямолинейной зависимости (см.

рис. 2.8). Поэтому, при проектировании колеса с выдвижными рыхлителя­ ми, необходимо знать в каких условиях будет работать данное колесо. Так, для различного значения г и увеличения буксования д, происходит сме­ щение значений координат точки А в большую сторону, как и для различ­ ного значения буксования д и увеличения радиуса колеса г (см. рис. 2.7 и 2.8).

Исходя из конструктивных особенностей культиватора-окучника КОН-2,8Б и режима его работы оптимальным радиусом колеса-рыхлителя будет значение радиуса г = 16см, коэффициент буксование 5 = 0Л, тогда or = 32.46°, «1=25.84°, «2=^-62°, координаты т. А равны: х = 6.91 см, J = 1.6 см.

Углы контакта колеса с почвой, град S5 J5 R -т:

S р К) U) •ч •5 я •^ я в II "а л S ;

^ X S -ц :а II ^:

ю S о о ^ 2 ^• * II О 4:^ X о я н •а S ?:

D н ^ II II о i Ui о О О 2 U) \.-у о я о JS о --- Радиус колеса, см Рис. 2.4. Значения углов контакта колеса с почвой при г = f{5) и /У = const (Н = 2 см):

1- при S = 5%;

2- при 6 = 10% Нг -10-^ Радиус колеса, см Рис. 2.5. Значения зон контакта колеса с почвой при г = / ( Я ), 5 = const {S = \0%):

1- при // = 2см;

2- при Н = 5см) - Радиус колеса, см Рис. 2.6. Значения зон контакта колеса с почвой при г = f{5) Н = const (Я = 2 см):

1- при S = 5%;

2- при S = 10% у 16 / ф ф ф ф ^ v--;

12 X и:

т о н ф ** g X ^ S / ^ ^ ct ^' // /^.^^ ' '^ D, ^ 4/ О О ^ // '' / ' '' 1/ ' ^ о 0.2 0.4 0.6 0.8 1О Коэффициент буксования Рис. 2.7. Координаты точки А в зависимости от коэффициента буксования:

1- при г = 10см;

2- при г = 20см у s о s и:

3" о н и а X S о о о 20 40 о Радиус колеса, см Рис. 2.8. Координаты точки А в зависимости от радиуса колеса:

1-при ^ = 0,10;

2-при ^ = 0, Для выдвижение рыхлителей в точке А (см. рис. 2.2) в конструк­ ции активного колеса-рыхлителя использовали кулачок. Геометрические параметры профиля такого кулачка рассмотрим в следующем разделе.

2.2. Определение геометрических параметров профиля кулачка в активном колесе-рыхлителе Повышение тягово-сцепных свойств колеса можно добиться уменьшением буксования. Для этого необходимо повысить сцепление ко­ леса с почвой с помощью рыхлителей, которые будут взаимодействовать с почвой в зоне буксования a^ (см. рис. 2.2), создавая силы препятствующие пробуксовке колеса. Для выполнения данного процесса взаимодействия рыхлителя с почвой наиболее рациональным будет использование в конст­ рукции колеса - кулачка, с помощью которого можно обеспечить переме­ щение рыхлителя по необходимому закону движения. Наибольшее приме­ нение напши кулачки, обеспечивающие плавную и безразрывную кривую ускорения. Воспользуемся известным законом движения рыхлителя (рис.

2.9), описанный полиномами [179] К=К.ЛЩ-Щ+Щ)^ (2.12) где h^ - перемещение рыхлителя, м (см. рис. 2.9);

Л ^ " максимальный вы­ ^х ход рыхлителя, м;

к^. - безразмерный параметр, значения которого для фа­ зы удаления находятся в пределах 0 к^ 1.

Рабочий угол (р^ (см. рис. 2.10), при котором происходит взаимо­ действие рыхлителя с почвой, определится как (Рг=(Ру+'Р„+(Рс^ (2.13) где (р^. - угол, при котором происходит перемещение рыхлителя в почву;

Рис. 2.9. График зависимости перемещения h^ рыхлителя от угла (р Рис. 2.10. Схема для расчета кулачка ^„ - угол, при котором рыхлитель взаимодействует с почвой высотой h^^^;

(р^. - угол, при котором происходит перемен1ение рыхлителя из почвы.

Для обеспечения сцепных свойств колеса необходимо, чтобы рых­ лители начинали взаимодействовать с почвой в т. А (см. рис. 2.10), поэто­ му принимаем (2.14) тогда рабочий угол определится как а. а. а., _ (2.15) ^ '' 222' С помощью установочного угла кулачка (р^^^ (см. рис. 2.10), произ­ водится настройка кулачка относительно вертикальной плоскости колеса, его значение определяется из уравнения (2.16) Функция /jj перемещения рыхлителя, в зависимости от (р^ выглядит следующим образом Kik^,) (2.17) К.. - к., (l 0(^р)' -15(А:р f + 6(А:р )^)при к^ У ^^^-^^ ^р где / р - безразмерный параметр, значения которого определяется по сле­ Г дующей формуле т..

к -^ (2.18) где ^1, - некоторое значение рабочего угла при повороте колеса.

График перемещения при h^^^ = 6 см предоставлен на рис. 2.11.

с помощью уравнений (2.13), (2.14), (2.15) и (2.16) для колеса с ра­ диусом г = 16см, «,=30,7°, определяем, что ^^=^^=^^=15,35°, (^„ =46,05°, а ^ _ = 7,67°.

Координаты профиля кулачка определяются с использованием ЭВМ, используя функцию h^ перемещения рыхлителя от (р ^ (2.17), анали­ тически, по известным методикам [179]. Программа расчета профиля ку­ лачка, написанная с использованием программы Mathcad 2001 Pro, предос­ тавлена в приложении 6.

и 20 30 Рис. 2.11. График зависимости /г^ перемещения рыхлителя от к^ Для уменьщения бокового усилия F,^, сдвигающие колесный ход в сторону и нарезки опережающей трещины перед окучником, в конструк­ ции активного колеса-рыхлителя использовали дисковый нож, геометриче­ ские параметры которого рассмотрим в следующей главе.

2.3. Определение параметров дискового ножа Боковые усилия F,,, сдвигающие колесный ход в сторону, переда­ ются почве боковыми площадками дискового ножа, пофуженными в поч­ ву. Эти площадки, если дисковый нож погружается в почву на полную свою высоту /т^, представляются в виде сегментов аЬс (рис. 2.12) и долж­ ны по своему размеру быть достаточными, чтобы реакция почвы целиком урав1ювесила сдвигающую силу/\,,. Это возможно в том случае, когда на­ пряжение смятия почвы не превьппает допустимого. Пусть допускаемое напряжение смятия - к^^кг/см^, а площадь опорного сегмента S.

В таком случае сдвигающее усилие F„ будет уравновещено сопро­ тивлением почвы смятию А^,„/^,„и силой трения, возникающей между опор­ ной частью поверхности дискового ножа и почвой. Эта сила пропорцио­ нальна вертикальной нагрузке G, приходящейся на колесо, т.е. равна /G;

таким образом K.,=fG + k^J. (2.19) Площадь Топорного сегмента дискового ножа с достаточной точ­ ностью можно определить как площадь треугольника с основанием ac = h hh h И высотой h, (рис. 2.12), т.е. S = —-, где —, как полухорда, является сред ним геометрическим между отрезками вертикального диаметра D = 2(г + И,) окружности, которые отсекает хорда ah, т.е.

Ь^' = 2(r + h,)h„ и, следовательно.

| = V2//^r + /;

J= 12гл/1 + ^ 1, (2.20) пренебрегая небольшой дробью -^, приближенно получим для — более г простое выражение:

2 ^ и, следовательно, (2.21) 2 ^ Подставляя значение 5 в формулу (2.19), получим F„=fG + k^^h,42rh:, (2.22) отсюда высота дискового ножа для одного колесо радиусом г будет:

(2.23) h= Рис. 2.12. Схема для расчета дискового ножа Для сельхозмашины с п колесами одного размера опорная площадь составляется из п сегментов и будет равна nS\ следователыю, nk^,^h42rh = F^.^,-fG, отсюда \(F...-fGr (2.24) /?,. = 2../. In'rk см где G- нафузка на все колеса.

Величина допускаемого напряжения смятия почвы к^^ =2,5...5,0кг/см^ / = 0,5 [108]. Для культиватора КОН-2,8 с пятью ак­ тивными колесами-рыхлителями, радиусом г = 16 см, высота дискового ножа И, = 5 см.

Работу активного колеса-рыхлителя культиваторного афегата рас­ смотрим в следующем разделе.

2.4. Анализ движения активного колеса-рыхлителя Рассмотрим работу активного колеса-рыхлителя с жестким ободом 1, выдвижными рыхлителями 2 и плоским дисковым ножом 3 движущего­ ся по почве (см. рис. 2.13).

При движении колеса на него действуют следующие силы и мо­ менты: ведущий момент М^ приложенный к его оси;

реактивная сила F^, представляющая собой сопротивление, оказываемое остовом маншны тол­ кающему се колесу;

вертикальная нафузка на колесо G;

реактивные силы, действующие со стороны почвы на колесо, представлены равнодействую­ щей R\, которая приложена в точке А опорной поверхности колеса;

силы сопротивления, действуюпще со стороны почвы на плоский дисковый нож, представлены равнодействующей/?2, которая приложена примерно в се­ редине рабочей дуги лезвия ножа [87];

касательная сила тяги колеса, не­ обходимая для преодоления сдвига почвы F^^^;

касательная сила тяги ко­ леса, возникающая при срезе почвенных кирпичей боковыми сторонами рыхлителей F^^.

Определим касательную силу тяги активного колеса-рыхлителя (рис. 2.13 и 2.14).

При установивпюмся режиме касательная сила F^. тяги колеса рыхлителя равна сумме тангенциальных реакций почвы, направленных в сторону движения (рис. 2.13).

В этом случае процесс взаимодействия такого колеса с почвой от­ личается от качения ведущего жесткого колеса. При взаимодействии ве­ дущего колеса с почвой действуют силы трения между опорной поверхно­ стью обода, дискового ножа и почвой;

силы, возникающие при упоре рых­ лителей в почву;

силы, возникающие при срезе почвенного кирпича боко­ выми сторонами рыхлителей и дисковым ножом.

При движении активного колеса-рыхлителя, его рыхлители начнут постепенно выдвигаться, достигнув угла a^ (см. рис. 2.13), а также сдвигать и срезать почву в направлении, обратном движению. В свою очередь дисковый нож будет резать пласт почвы в вертикальном направ­ лении, также сдвигая почву в обратном направлении движению. Упор дис­ кового ножа и рыхлителей в почву, сдвиг и срез почвенных кирпичей, за­ жатых между рыхлителями, возможны только при полном использовании сил трения, т. е. когда имеется пробуксовка колеса.

Теоретически передача ведущего момента обязательно должна со­ провождаться буксованием, в результате чего ось колеса как бы перемен1а ется на соответствующее расстояние назад. В этом главным образом за­ ключается физическая сущность буксования ведуншх колес на деформи­ руемой поверхности и причина снижения их поступательной скорости [181, 148].

Из сказанного выше следует, что сцепление опорной поверхности активного колеса-рыхлителя с почвой происходит за счет сил трения, воз­ никающих между ободом, дисковым ножом и почвой, и силы сдвига дис­ ковым ножом, а также сдвига и среза рыхлителями почвенных кирпичей.

При установивщемся движении колеса {V = const) сдвиг и срез почвен[1ых кирпичей происходит в основном в периоды выхода последне­ го рыхлителя опорной поверхности колеса из почвы (см. рис. 2.13). В этот момент нагрузка от вьннедщего из зацепления рыхлителя перераспределя­ ется на остальные, находящиеся в зацеплении. Все рыхлители сдвигаются 0U и срезают почву на одинаковую величину А,, причем первый сдвигает почву на А,, второй на А, + А, =2А,, третий на А, + А, + А, =ЗА, и т. д.

Поскольку первый рыхлитель пройдет все стадии зацепления от входа в почву до выхода из него, наибольший сдвиг и срез почвы при выходе его из зацепления равен А^^, = пд.,;

(здесь п - число рыхлителей в зацеплении опорной поверхности колеса с почвой).

С другой стороны, наибольи1ий сдвиг и срез почвы можно предста­ вить как произведение коэффициента буксования 6 на длину /, (см. рис.

2.13),т.е. А„,, = ^ /,.

Исследования [59] показали, что распределение деформации сдвига и среза почвенных кирпичей в контакте опорной поверхности колеса с почвой можно представить в виде треугольника (см. рис. 2.13).

Напряжения сдвига г^,, возникающие в почве при воздействии на него рыхлителями, возрастают и при А^ достигают максимума Г^ (см. рис.

2.15) [181], после чего они убывают и при полном срезе почвенного кир­ пича достигают постоянного значения г^^. В то же время напряжение г^,,, возникающее при срезе почвенного кирпича боковыми сторонами рыхлителей высотой h^, можно в первом приближении считать не завися­ щим от деформации.

Напряжения сдвига Г^,, возникающие в почве при воздействии на него рыхлителями, возрастают и при А,, достигают максимума Т^ (см. рис.

2.15) [181], после чего они убывают и при полном срезе почвенного кир­ пича достигают постоянного значения Г.^.. В то же время напряжение г,,, возникающее при срезе почвенного кирпича боковыми сторонами рыхли­ телей высотой /?,, можно в первом приближении считать не зависящим от деформации.

Как отмечалось выще, плоский диск, расположенный по середине ншрины обода колеса, используется в качестве дискового ножа для отре­ зания пласта в вертикальной плоскости, а также как реборда, способст­ вующая уравновешиванию сдвигающей силы /^,, (см. рис. 2.13). На нож действуют силы сопротивления почвы смятию лезвием и силы трения поч­ вы о его боковые поверхности. Опыты, проведены канд. техн. наук Ф.Л.

Маматовым [87], показали, что влияние сил трения относительно невели­ ко. Так как дисковый нож - симметричный рабочий орган, то действие элементарных сил сопротивления почвы может быть сведено к одной рав нодсйствуюп1ей R], приложенной примерно в середине рабочей дуги лез­ вия ножа (рис. 2.13) и проходящей через ось его вращения. Составляющая R2.X этой силы представляет собой тяговое сопротивление ножа. Другая со­ ставляющая Riy стремится вытолкнуть нож из почвы. Опыты показали, что установка дисковых ножей перед каждым корпусом плуга не только сни­ жает его тяговое сопротивление на 3,8... 6,5%, но и значительно улучптет оборот пласта, заделку растительной массы и устойчивость хода, поэтому некоторые зарубежные фирмы снабжают дисковым ножом каждый корпус плуга [87J.

Таким образом, касательная сила тяги активного колеса-рыхлителя, оборудованного рыхлителями и дисковым ножом, равна сумме сил трения и реакций сдвига и среза на каждом рыхлителе, а также на дисковом ноже.

Зависимость напряжения сдвига от деформации хороию объясняет формула, предложенная В. В. Кацыгиным [181]:

f (2.25) -^ = f..P1 + •J lip ch •r J где y^p- приведенный коэффициент трения:

/ \ 0. / -/ (2.26) /. = 2,55 */ п J ск \ ск / Рис. 2.13. Схема вывода касательной силы тяги активного колеса-рыхлителя t Рис. 2.14. Расположение рыхлителей на беговой дорожке обода активного колеса-рыхлителя где /, - коэффициент трения покоя;

f^^ - коэффициент трения скольже­ ния;

к^- коэффициент деформации, м:

Ал А: = (2.27) i+Vi+C arcch 2f.

tip где До - критическая деформация, м.

Для минеральных грунтов нормальной влажности [181] /:^=0,4г, (2.28) где / - расстояние между рыхлителями колеса, м.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.