177

3. Обоснование параметров и режимов работы рабочих органов для предпосадочной обработки почвы и внесения удобрений.

3.1 Обоснование параметров и режимов работы рабочего органа фрезерного почвообрабатывающего орудия.

Рабочий орган фрезерного типа, в процессе работы, должен выворачивать нижние слои почвы на поверхность. Особенностью исследований применительно к фрезам, является малая подача на нож и сравнительно небольшая глубина обработки. Максимальная подача на нож должна ограничиваться максимально допустимой неравномерностью обработки по глубине, а минимальная – недопущением чрезмерного распыления почвы. Обоснованию параметров и режимов работы рабочих органов почвообрабатывающих машин фрезерного типа посвящены исследования множества авторов Н.Б.Бок [17], Г.Н.Синеокова и И.М.Панова [221], В.А.Заворы [92,93], В.Е.Рогозы [212] и др..

Обоснование выбора типа рабочего органа почвообрабатывающей фрезы с учетом механического состава почв, изменения энергоемкости и качества обработки тяжелых почв представлено в первой главе. Предпочтительным для обработки таких почв являются прямые ножи. Кинематику рабочих органов ротационных почвообрабатывающих машин рассмотрим на примере машины, с горизонтальной осью вращения (рис.3.1).

При работе фрезы режущие кромки ее рабочих органов совершают сложное движение: вращательное с угловой скоростью ω ^рад/с относительно оси барабана и поступательное со скоростью движения остова машины V, м/с.

Работа фрезы возможна только в том случае, если

(3.1)

где  - кинематический показатель, определяющий подачу на рабочий орган; - линейная скорость, ; - поступательная скорость движения орудия; м/с; R- радиус ротора, м.

Рисунок 3.1. – Экспериментальный рабочий орган фрезерного типа

Если кинематический показатель <1, то рабочий орган фрезы при погружении в почву будет взаимодействовать с ней не лезвием, а тыльной стороной. Анализ исследований [17,92,93,151,212,221], посвящённых изучению влияния конструктивных параметров рабочих органов, а также режимов и условий их работы на агротехнические и энергетические показатели МТА подтверждает, что к числу определяющих факторов относятся отношение между линейной скоростью ножа - и поступательной скоростью движения орудия - , глубиной обработки - а, радиусом ротора - R, числом ножей по направляющей ротора - Z. Изменение кинематического показателя  определяет количество актов воздействия рабочего органа на обрабатываемый материал. Так как поступательная скорость агрегата при обработке почвы должна быть постоянной, изменение кинематического параметра возможно изменением частоты вращения ротора фрезы. Минимальная линейная скорость, обеспечивающая качественное перемешивание, зависит от коэффициента трения почвы по поверхности ножа и угла ее наклона к плоскости вращения.

3.1.2. Кинематика рабочего органа фрезерного барабана

Уравнение движения рабочего органа фрезерного барабана принято в неподвижной системе координат (рис. 3.2). Начало координат расположено на дне борозды с центром в точке О. За положительное направление оси х принято направление поступательного перемещения машины, ось У направлена вверх.

Рисунок 3.2 - Схема к выбору уравнения движения рабочего органа фрезерного барабана

Для того, чтобы определить абсолютную траекторию движения рабочего органа фрезерного барабана необходимо рассмотреть отдельно ее движение без проскальзывания и движение обусловленное только вращением. Движение ротора фрезерного барабана без проскальзывания определяется зависимостью:

В проекциях на координатные оси движение ротора выражается уравнениями:

(3.2)

где , , - параметры движения, обусловленные поступательной скоростью .

(3.3)

(3.4)

Движение ротора фрезерного барабана, обусловленное только вращением

(3.5)

Суммарное движение

(3.6)

Уравнения (3.6) определяет абсолютную траекторию движения рабочих органов фрезерного барабана с горизонтальной осью вращения без проскальзывания в параметрической форме. Эта траектория геометрически представляет собой циклоиду. При траектория представляет собой укороченную циклоиду, не имеющую петли. Для рабочих органов фрезерного барабана почвообрабатывающей машины кинематический показатель должен быть , в этом случае абсолютная траектория движения рабочего органа фрезерного барабана будет представлять удлиненную циклоиду. Из уравнения (3.6) видно, что абсолютная скорость торца рабочего органа фрезерного барабана величина переменная и изменяется в зависимости от угла поворота при относительном движении.

При одновременном увеличении или уменьшении линейной и поступательной скоростей абсолютная скорость увеличивается или уменьшается в такой же степени, вызывая соответствующее увеличение или уменьшение энергозатрат. Определение абсолютной скорости ротационных машин важно также для анализа процесса отбрасывания и перемещения почвы.

Абсолютная скорость торца рабочего органа фрезерного барабана:

(3.7)

В общем случае ускорение рабочего органа фрезерного барабана определяется зависимостью

(3.8)

При работе рабочих органов фрезы на дне борозды образуются гребни. Однако при возделывании картофеля на предпосадочной подготовке почвы, глубина обработки изменяется незначительно и образование почвенной подошвы исключается при следующих обработках. В связи с этим этот показатель нами не рассматривается и сделано допущение, что высота гребней задана агротребованиями.

Подача на рабочий орган показатель, учитываемый при выборе режима работы фрезерного барабана, определяемый агротехническими требованиями. От этого показателя существенно зависят энергетические и агротехнические показатели работы ротационных машин. Значение подачи, в свою очередь, зависит от многих конструктивных и технологических особенностей, а также от показателей работы этих машин. Для определения подачи на нож необходимо рассмотреть процесс резания почвы между смежными рабочими органами, вращающимися в одной вертикальной плоскости (рис. 3.7). Траектория движения ножа 1 смещена относительно соседнего с ним ножа 2 по горизонтали на некоторую величину подачи S = v ^. t, где t - время, в течение которого нож поворачивается на угол, равный углу между соседними ножами.

Рисунок 3.3 - Зависимость относительной величины подачи S/D от и z.

При числе ножей z в одной плоскости диска фрезерного барабана угол между соседними ножами равен . Тогда время , а подача

или (3.9)

В некоторых случаях целесообразно иметь не абсолютные, а относительные значения параметров. Чаще всего пользуются отношением величины подачи к диаметру фрезерного барабана, которые определяются кинематическим параметром и количеством зубьев.

Рисунок 3.4 - Зависимость подачи от кинематического параметра и диаметра барабана D.

Если формулу (3.9) представить в виде

(3.10)

то она пригодна для анализа и обоснования фрезерного барабана различных диаметров.

В процессе обработки почвы рабочий орган фрезерного барабана срезает определенный объем почвы, называемой стружкой. Толщина стружки уменьшается от максимальной величины до нуля. Толщина стружки при расчетах нужна для определения усилия резания ножами. Толщина отрезаемой стружки определяется расстоянием между соседними траекториями ножей, измеренное в радиальном направлении от центра барабана и зависит от угла поворота между рабочими органами и времени поворота между этими рабочими органами. Угол поворота между рабочими органами фрезерного барабана определяется зависимостью:

(3.11)

Время одного поворота рабочих органов фрезерного барабана выраженная через угол поворота определяется зависимостью

(3.12)

Значения толщины стружки, полученные по уравнениям (3.9), выражается зависимостью и после подстановки получим зависимость

(3.14)

Рисунок 3.5 – Зависимость толщины стружки от подачи и угла поворота рабочего органа фрезерного барабана, при D =400мм

Из выражения (3.10) и (рис.3.30 и рис.3.31) можно определить ориентировочное значение диаметра барабана. При кинематическом режиме  в пределах от 2 до 4 изменение подачи S составляет от 5 до 20. При подстановке значений из рисунка 3.4 в выражение (3.10) получим диаметр барабана D=400-500мм.

Если сравнить полученные значения подсчитанные по уравнениям (3.14) и со значениями полученными Синеоковым Г.Н., то значения толщины стружки рис 3.5. и табл.3.1 довольно близко совпадают друг с другом.

Таблица 3.1 - Изменение толщины стружки (S = 23 см, R = 42,5 см и = 2,9) [221]

	Толщина стружки, рассчитанная по формулам, см				Толщина стружки, рассчитанная по формулам, см
	194	195	197		194	195	197
30	19,92	21,5	22,64	75	5,95	12.22	8,85
45	16,26	19,49	20.50	90	0,00	6,76	0,00
60	11,5	16,46	15,92

В результате теоретических исследований, установлено, что фреза может работать с подачами 5-20 см, толщинв стружки в пределах. При работе с кинематическим параметром и размеры диаметра барабана ротационной машины должен быть в пределах 400-500 мм. Количество ножей при укзанных параметрах соответствует 3-5 в одной плоскости диска фрезерного барабана. Причем, определенной величине кинематического параметра соответствует вполне определенное значение подачи: малым значениям кинематического параметра соответствуют большие подачи и наоборот.