Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сельскохозяйственные машины. В 2 частях. Ч. 1. Почвообрабатывающие и посевные машины. Практикум для бакалавров
.pdf
11
розды без изображения начальных фаз оборота пласта (рис. 1 в). Контур поперечного сечения открытой борозды CDBʹAʹDʹ выделить основной линией толщиной 1–1,5 мм. Также воспроизвести поперечное сечение AʹBʹCʹDʹ (сплошной
тонкой линией) неразрыхленного и A1ʹB1ʹC1ʹDʹ1 (пунктирной линией) разрыхленного пласта.
8. Считаем, что носок лемеха находится в точке D. Для нахождения положения на профильной проекции корпуса плуга (на лобовом контуре) пятки
лемеха учтем необходимость гарантирования перекрытия между шириной захвата соседних корпусов. С этой целью увеличим номинальную ширину захвата корпуса b на Δb, величина которой варьируется в пределах 20–40 мм (выбрать согласно индивидуальным исходным данным). В результате получена
прямая DA1, являющаяся фронтальной проекцией лезвия лемеха.
9. Верхняя точка E фронтальной проекции полевого обреза DE корпуса
должна быть отклонена в сторону пашни на величину ΔС = 5–10 мм (выбрать
самостоятельно в рамках указанных пределов). Высота точки E по отношению
к лезвию лемеха находится по формуле:
H = b + Δ, (1)
где Δ = 10–20 мм (выбрать согласно индивидуальному заданию).
Соединить точки D и E прямой (основной) линией.
10. Для формирования бороздового обреза PM находим точку P как середину верхней грани поперечного сечения взрыхленного пласта:
1
D
P = b / 2. (2)
11. Прямую PM провести параллельно поверхности AʹDʹ исходного (не-
взрыхленного) пласта на произвольную длину. Положение точки M определяется последующим построением.
При таком прохождении бороздового обреза гарантируется наличие зазо-
ра между ним и поверхностью уложенного пласта, что обеспечивает качественную вспашку без задиров и волочения почвы.
12. Отложить величину Zb вертикальной проекции ширины лемеха (по
индивидуальным исходным данным) и из полученной вследствие этого на полевом обрезе точки N провести параллельно лезвию лемеха DA1 прямую MN,
являющуюся линией стыковки лемеха и отвала. Точка M является, таким обра-
12
зом, точкой пересечения фронтальных проекций бороздового обреза (PM) и линии стыковки лемеха и отвала (NM).
13. Завершить формирование бороздового обреза, соединив пятку лемеха
(точку A1) с точкой M.
14. Для определения максимальной высоты верхнего обреза отвала (линия PFE) задаемся условием исключения пересыпания через него части почвы
оборачиваемого пласта. При этом наиболее критическим является сечение AF,
в котором диагональ поперечного сечения пласта принимает вертикальное положение. Таким образом, для обеспечения устойчивой работы корпуса плуга
должно выполняться условие
H
max
=
2
+
2
+ ΔH, (3)
где ΔH варьируется в пределах 0–20 мм (принять согласно индивидуальному
заданию).
Таким образом, определено положение всех трех характерных точек
верхнего обреза отвала. В частности, точка F расположена на высоте H
max
от
дна борозды или проекции лезвия лемеха DA1 и на расстоянии b от вертикальной стенки CD открытой борозды.
15. Фронтальную проекцию крыла отвала очертить дугой PF окружности
радиуса O1F (O1P). Для определения положения точки O1 из середины отрезка PF
(точки Q) провести перпендикуляр до пересечения с вертикальной прямой AF.
Полученная точка пересечения является искомым центром окружности (дуги
скругления).
16. Завершить построение лобового контура, соединив точки F и E прямой линией.
17. Нанести все отмеченные на рис. 1 в точки и размеры, обусловленные
исходными данными или полученные построением и расчетом по формулам 1–3.
Содержание отчета
Отчет должен содержать:
наименование, цель, номер варианта и исходные данные работы;
все предусмотренные в работе расчеты;
приведенные на рис. 1 построения, выполненные по исходным данным
варианта;
выводы.
13
Контрольные вопросы
1. При каком соотношении ширины захвата и глубины вспашки отваленный пласт сохраняет устойчивое положение?
2. Какие типы лемешно-отвальных поверхностей используют при конструировании плужных корпусов?
3. Закономерность изменения какого угла определяет тип лемешно-отвальной поверхности и ее способность к оборачиванию и крошению пласта почвы?
4. Почему у кустарниково-болотного плуга типа ПБН-75 только один
корпус, но увеличенной ширины захвата?
5. Каким образом при конструировании лобового контура корпуса плуга
предотвращается возможность задирания пласта почвы, отваленного предыдущим корпусом?
6. Как на устойчивость оборота пласта влияет наличие уклона поверхности поля?
7. Из каких соображений назначается максимальная высота лемешноотвальной поверхности?
8. Из каких соображений принимается высота Н полевого обреза корпуса?
9. Как при проектировании учитывается увеличение объема пласта при
его разрыхлении?
10. Каким образом на устойчивость оборота пласта влияет использование
предплужников?
14
2. РАВНОВЕСИЕ НАВЕСНОГО ПЛУГА
В ПРОДОЛЬНО-ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ
Цель работы: освоить графоаналитический метод исследования про-
странственной системы сил, действующих на плуг и выявить условия равновесия пахотного агрегата в продольно-вертикальной плоскости.
Теоретическая часть
Необходимым и достаточным условием равновесия тела в трехмерном
пространстве является равенство нулю системы из шести уравнений:
ΣFx = 0; ΣFy = 0; ΣFz = 0; Σmx (F) = 0; Σmy (F) = 0; Σmz (F) = 0, (4)
где Fi — проекции всех сил на ось x, y и z соответственно;
mi (F) — момент всех сил относительно оси x, y и z соответственно.
Аналитическими методами исследовать громоздкую систему из шести
уравнений весьма сложно. Кроме того, формально выполняя множество расчетов, обучающийся может затрудняться с четким пониманием пространственной
структуры нагружения агрегата и практической сущности процесса.
В связи с этим более информативным и полезным для процесса обучения
является графоаналитический способ исследования пространственной системы
сил, действующих на плуг и пахотный агрегат. Для его реализации строят в масштабе схему машины в нескольких плоскостях и наносят на нее (также в соответствующем масштабе) векторы действующих сил, величина которых получена
расчетным путем. Условием равновесия системы сил является замкнутость многоугольника, полученного путем векторного сложения всех действующих сил.
Складывать силы можно в любом порядке, однако последними должны
быть нанесены две силы: опорная реакция и равнодействующая всех сил сопротивления, значения которых неизвестны, но известны их направления. При
этом равнодействующая всех сил сопротивления должна проходить через центр
мгновенного вращения машины. Если машина навесная, то мгновенным центром вращения является точка пересечения продолжения тяг навесной системы
трактора. Для прицепной машины такой точкой является точка прицепа.
Первичным источником сил, действующих на плуг, является его корпус
(рис. 2). Совокупность действующих на него пространственных сил может быть
15
приведена к динаме (динамическому или силовому винту), т.е. к силе
R
и паре
с моментом
M
, направленных по одной прямой nn, называемой центральной
осью данной системы сил и проходящей через центр приведения O'.
Рис. 2. Пространственная система сил, действующих на корпус плуга
В результате преобразований чрезмерно сложная пространственная система нагружения может быть сведена к трем более простым плоскостным системам, представленным на рис. 3.
Рис. 3. Система сил, действующих на корпус плуга
в горизонтальной (а), продольно-вертикальной (б)
и поперечно-вертикальной плоскости (в)
16
Значения сил, действующих в соответствующих плоскостях, связаны зависимостями:
;
22
yxxy
RRR
;
22
zxxz
RRR
22
zyyz
RRR
, (5)
где Rx, Ry и Rz — проекция сил, действующих на корпус плуга со стороны обрабатываемого пласта почвы на ось x, y и z соответственно.
Направления векторов сил, спроецированных на соответствующую плоскость, определяются следующими углами:
η
;
x
y
R
R
arctg
ψ
;
x
z
R
R
arctg
ξ
y
z
R
R
arctg
. (6)
Положение линий действия проекций сил на соответствующие плоскости определяется расстояниями (lxy, lxz и lyz) относительно носка лемеха (рис. 3).
По данным пространственного динамометрирования, выполненного в ВИСХОМе,
имеем:
lxy = (0,3 – 0,5)b; lxz = 0,5a (при ψ > 0); lxz = 0,33a (при ψ < 0);
lyz = 0,5b (при ξ > 0); lyz = 0,75b (при ξ < 0); (7)
η = (15 – 25°); ψ = ±12°; ξ = ±45°.
Тогда основные силовые показатели могут быть рассчитаны по формулам:
cos
xyx
RR
× cos η; Ry = (0,25 – 0,45)Rx ≈ 0,35Rx; Rz = ±0,2Rx. (8)
Практическая часть
Исходные данные. К исходным данным, необходимым для силового
расчета плуга в продольно-вертикальной плоскости (табл. 2), относятся:
b — ширина захвата корпуса, м;
a — глубина вспашки, м;
K — удельное сопротивление почвы, кПа;
ψ — угол наклона силы Rxz к горизонту, град.;
η° — угол наклона силы Rxy к направлению перемещения агрегата, град.
17
Таблица 2
Исходные данные для силового расчета плуга
в продольно-вертикальной плоскости
Вариант
b, м
a, м
K, кПа
ψ η
1
0,35
0,25
30
12
20
2
0,36
0,25
35
11
21 3 0,35
0,26
29
10
22 4 0,32
0,22
40
12
20 5 0,32
0,23
41
11
23 6 0,35
0,27
28
10
24 7 037
0,28
31
12
20 8 0,33
0,24
32
11
21 9 0,33
0,24
33
10
22
10
0,32
0,23
36
12
23
11
0,34
0,26
35
11
20
12
0,34
0,26
34
10
21
13
0,35
0,26
30
12
22
14
0,36
0,27
38
11
23
15
0,37
0,28
31
10
20
16
0,33
0,23
40
12
21
17
0,34
0,24
42
11
22
18
0,34
0,25
35
10
23
19
0,35
0,26
34
12
19
20
0,36
0,27
33
11
20
21
0,36
0,28
29
10
21
22
0,35
0,25
30
11
21
23
0,36
0,25
35
10
22
24
0,35
0,26
29
12
23
25
0,32
0,22
40
11
20
26
0,32
0,23
41
10
21
27
0,35
0,27
28
12
22
Предпосылки к расчету:
1. В продольно-вертикальной плоскости на плуг действуют следующие силы:
P — сила тяжести плуга;
ΣRxz — реакция почвы, действующая на рабочие поверхности корпусов;
ΣRбx — сила трения полевых досок о стенки борозды;
Rк — реакция почвы, действующая на опорное колесо;
Fxz — сила тяги трактора.
18
2. Агрегат находится в равновесии, если силовой многоугольник замкнут,
а сила тяги проходит через мгновенный центр вращения навесной системы
трактора π1 (рис. 4). Исходя из этих предпосылок и должен осуществляться
настоящий расчет.
Порядок выполнения работы
1. Построение схемы плуга.
В масштабе 1:10 на координатной бумаге (миллиметровке) изобразить
схему плуга в продольно-вертикальной плоскости, используя данные измерений, полученных при выполнении лабораторной работы «Измерение основных
геометрических параметров плуга» (рис. 4). В верхней части формата зарезервировать место для построения силового многоугольника.
Примечание. В случае недостатка места задний корпус можно не изображать.
Рис. 4. Силовой расчет равновесия навесного плуга
в продольно-вертикальной плоскости
π
R
2
R
1
Fxz
N1+N2
S
S
ΣRбx
ΣRxz
P
F
xz
Rк
2
1
Bп/2
ψ
ΣR
бx
a/2
ΣR
xz
δ
R
к
D
C
π
1
B
A
a
P
O
3
N1+N
2
19
Внимание! При отсутствии исходных данных по размерным параметрам плуга ско-
пировать приведенный выше рисунок, увеличив его в два раза, т.е. построить
в масштабе увеличения 2:1, кроме параметра a (глубина обработки), которая принима-
ется по таблице исходных данных и откладывается в масштабе уменьшения 1:10.
2. Расчет сил, действующих на плуг.
2.1. Вес плуга.
Определяется по сложившимся соотношениям из практики проектирования по формуле:
P = qabng, (9)
где q = 2,2–3 т/м2 — удельная масса, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения пластов почвы, подрезаемых плугом;
a, b — глубина вспашки и ширина захвата одного корпуса соответственно, м;
n — количество корпусов;
g = 9,8 — ускорение свободного падения.
2.2. Реакция почвы, действующая на корпуса плуга (ΣRxz).
22
zxxz
RRnR
, (10)
где Rx = Kab — проекция реакции сил сопротивления почвы, действующих на
корпус плуга, на ось x;
K — удельное сопротивление почвы (взять из таблицы исходных данных);
Rz = Rxtgψ ≈ 0,2Rx — проекция реакции сил сопротивления почвы, дей-
ствующих на корпус плуга, на ось z;
ψ — угол наклона силы реакции почвы, действующей на корпус плуга,
к горизонту (из таблицы исходных данных).
2.3. Сила трения ΣRбx, действующая на полевые доски корпусов плуга:
ΣRбх = nfRxtgη, (11)
где η — угол наклона горизонтальной проекции реакции почвы на поверхность корпуса плуга Rxy по отношению к оси x (из таблицы исходных данных);
20
f — коэффициент трения почвы по стали, принять по результатам выпол-
нения соответствующей лабораторной работы (при отсутствии данных принять
f = 0,5).
3. Нанесение векторов сил на схему плуга (рис. 4).
Вес плуга (P) прикладывается непосредственно за носком лемеха его
второго корпуса (на схеме отступить от носка лемеха на 5–7 мм). Линия действия силы вертикальна.
Суммарная реакция почвы
xz
R
прикладывается ко второму корпусу под
углом ψ к горизонту на высоте, равной половине от глубины вспашки a.
Суммарную силу трения полевых досок (
бx
R
) следует приложить гори-
зонтально по середине ширины полевой доски второго корпуса (Bп). Если сведения о ширине полевой доски отсутствуют, то отложить вектор
бx
R
на высоте
равной a/4 от дна борозды.
Указанные три силы известны как по направлению, так и по величине,
поэтому длину их векторов следует откладывать в масштабе, принятом для построения силового многоугольника.
Для силы реакции почвы на опорное колесо (
к
R
) известно только направ-
ление. При этом линия ее действия проходит через ось вращения O под углом δ.
Величина угла варьируется в пределах от 9 до 12°. Принять среднее значение
угла и нанести на схему линию действия силы
к
R
.
4. Построение силового многоугольника.
4.1. В принятую в качестве полюса построения произвольную точку π
поместить начало вектора силы веса плуга P и отложить его длину в выбранном для построения силового многоугольника масштабе, сохраняя параллельность исходному вектору, нанесенному на схему плуга.
4.2. Сложить векторно силу веса P и
xy
R
, для чего поместить начало век-
тора последней в конец вектора P, обеспечивая параллельность переноса и выбранный масштаб построения.
4.3. Линию действия полученного суммарного вектора
1
R
перенести па-
раллельно и поместить на схеме плуга в точку 1, являющуюся точкой пересечения линий действия исходных векторов P и
xy
R
.
4.4. Начало вектора
бx
R
совместить с концом вектора
1
R
, осуществив его
параллельный перенос со схемы плуга с сохранением масштаба построения.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]