0. Плуги с пневмогидравлическими системами защиты корпусов

Современные высокопроизводительные плуги, безаварийно работающие на почвах, засоренных камнями, должны иметь пневмогидравлические устройства для индивидуальной защиты корпусов. Основные узлы такой системы – корпус, грядиль, связанный системой рычагов со штоком, поршень и газогидроаккумулятор.

До встречи корпуса плуга с препятствием за счет энергии запряженного пневмогидроаккумулятора обеспечивается постоянная глубина вспашки. Условие равновесия корпуса плуга;

М= Fh₀ = πd²p₁h₀/4=Rl₀+Ne – Gr₀ – M_тр,

где F – сила на штоке гидроцилиндра; d – диаметр плунжера (поршня) гидроцилиндра; р – давление в полости гидроцилиндра; R – тяговое сопротивление корпуса плуга; G – сила от веса корпуса и находящейся на нем почвы; N – реакция упора Д; l₀, e, r₀, h₀ – плечи приложения сил; М_тр – момент, создаваемый силами трения в шарнирах.

Сила сопротивления корпуса плуга R изменяется в широких пределах вследствие непостоянства физико-механических свойств почвы, а при встрече с препятствием возрастает в два раза и более, в этом случае срабатывает предохранители. Сила R, приложенная к носку корпуса и направленная горизонтально с плечом l₀, выглубляет корпус, который обходит препятствие, вытесняя рабочую жидкость плунжером из гидроцилиндра в пневмогидроаккумулятор, и сжимает газ.

Сжатие газа представляет собой политропный процесс, который может быть описан уравнением;

где s и s_max – текущее и максимальное перемещение плунжера; р₁ и р₂ – текущее и расчетное давление в пневмогидроаккумуляторе; χ = 1…1,4 – показатель политропы сжатия; V₁ – объем газа.

После обхода препятствия корпус плуга заглубляется, так как сопротивление значительно уменьшилось и текущее значение момента, создаваемого гидроцилиндром предохранителя, превышает момент сопротивления. При заглублении корпуса происходит расширение газа, представляющее собой политропный процесс. Пневмогидроаккумулятор используют в качестве накопителя энергии, который периодически необходимо заряжать. При изотермическом процессе зарядки и разрядки давление предварительной зарядки должно соответствовать минимальному рабочему давлению в системе, а камера аккумулятора должна быть полностью освобождена от рабочей жидкости.

Давление предварительной зарядки пневмогидроаккумулятора:

,

где р_зар, р_раз – давление в конце зарядки и в конце разрядки; k= 1,4 – показатель адиабаты. Объем газа в пневмогидроаккумуляторе при рабочем давлении р_2:

V_г = ∆V- (p₂ / p_min)^1/k,

где ∆V – приращение объема жидкости в аккумуляторе; p_min – минимальное давление в процессе работы.

0. Плуг с роторными отвалами

Для обработки тяжелых переувлажненных почв используются комбинированные плуги с роторными отвалами. Плуг, например, на базе серийного ПЛН-3-35 к трактору класса 1,4 целесообразно использовать с гидросистемой отбора мощности трактора. Для привода роторов плуг оборудован гидросистемой, состоящей из гидромоторов, делителя потока и регулятора потока рабочей жидкости. Рабочая жидкость из резервуара поступает от насосов гидросистемы отбора мощности через золотник управления на трехпоточный делитель потока и к гидромоторам. Рабочее давление ограничивается предохранительным клапаном системы. В схеме предусмотрена установка фильтра и охладителя жидкости.

Применение гидропривода на комбинированном плуге позволяет снизить металлоемкость, значительно упростить конструкцию и плавно изменять частоту вращения роторов в зависимости от состояния почвы.

Изучение динамики гидропривода роторов плуга позволяет найти потребную мощность, оценить влияние регулируемого гидропривода на производительность машины и качество выполняемого процесса, определить рабочие параметры элементов и системы управления.

При работе гидропривода активных рабочих роторов в однородной почвенной среде можно записать уравнение механического и гидравлического равновесия;

N_г = Q ∆p + N₀;

N_M = I ω + ∆N_c,

где N_г и N_M – соответственно гидравлическая и механическая мощности; ∆p – перепад давления; Q – расход жидкости; N₀ – мощность на преодоление трения (статического); I – момент инерции; ∆N_c – мощность при номинальной скорости.

Приравнивая правые части уравнений и разделив члены на ∆pq ( здесь q – объемная постоянная гидромотора), получим;

ω + ω₀ = Тdω / dt + ∆ω_с,

где ω и ω₀ – угловые скорости ротора соответственно при установления режима работы и на холостом ходу; Т=Iω / (∆pq) – постоянная времени гидропривода; ∆ω_с = ∆N_с / ∆pq – приращение угловой скорости при нагрузке моментом ∆M_с и расходе мощности ∆N_с.

Значение ω находят по формуле;

ω = Q∆p / (∆pq) = qω∆p / (∆pq).

Угловая скорость ротора на холостом ходу (без нагрузки);

ω₀ = N₀ / (∆pq)

Тогда дифференциальное уравнение гидропривода;

После интегрирования получим;

ω=ω₀ – ∆ω_с + се^-t/T,

где с=ω_н – ω_с.

Частота вращения вала гидромотора;

ω=ω_с + (ω_н – ω₀)е^-t/T,

где ω_с – угловая скорость вала при установившемся значении момента нагрузки.

При включении гидропривода роторов из неподвижного состояния (ω₀= 0)

ω=ω_с (1 – е^-t/T).

При включении гидромотора без нагрузки;

ω=ω₀ (1 – е^-t/T).