8.4. Энергетика дискового ножа, работающего на плуге

Дисковые ножи разрезают почву в продольно-вертикальной плоскости, образуя ровную вертикальную стенку борозды для беспрепятственной укладки в последнюю пластов первых корпусов плугов при смежных их проходах. Без н

Рис. 8.5

ожей такой процесс не выполняется: стенка борозды оказывается «рваной», а борозда – с засыпанной в нее почвой. В стыке смежных проходов плугов образуются неровности (гребни). Их требуется выравнивать дополнительными обработками с вытекающими из этого негативными последствиями. К тому же в учебной литературе работа дискового ножа неправомерно уподобляется работе колеса, имеющего обод в виде лезвия. В итоге силы, действующие на нож, сводятся лишь к одной результирующей F_r и ее составляющим F_x и F_y (рис. 8.5). По этим силам ведется расчет деталей и подшипников ножей, которые оказываются ненадежными в работе. При использовании на твердых почвах у них переламываются диски и отрываются от ступиц, быстро выходят из строя подшипники. Дело в том, что, по данным Е.П. и В.Е. Огрызковых, врезанный в почву диск ножа стремится сохранить прямолинейное движение, а жестко закрепленная стойка на грядиле плуга отклоняется от прямолинейного движения вправо и влево из-за неравномерного хода плуга по ширине захвата. При указанных отклонениях стойки на величину S = 0,15 м (целина, залежь) в сопряжениях и деталях ножа возникают горизонтальные силы и моменты сил, которые и приводят к указанным недостаткам.

Иначе говоря, энергетика дискового ножа, врезанного в почву на величину h при отклонении стойки на величину S, кроме сил F_x, F_y, F_r, включает: F₁ и F₂ – результирующие реактивные силы; P₁ – активную силу, возникающую при отклонении стойки; P₂ – реактивную силу, действующую от торца ступицы на пыльник ножа; M₁ и M₂ – активные силы, действующие на трущиеся поверхности. Зная это, без учета вертикальных сил F_x, F_y, F_r и момента горизонтальной силы, приложенной в точке О₁ на расстоянии Е от оси О (как не главных), имеем:

∑X = M₁ – M₂ = 0; M₁ = M₂;

∑Y = P₂ + F₁ – P₁ –F₂ = 0; P₂ = P₁, т.к. F₂ = F₁.

Момент сил M_{1 и} M₂ относительно оси 1–1

M_м = M₁C = P₁δ,

а от реактивных сил F₁ и F₂

M_F = F₁ (b–a).

Для ликвидации указанных выше прочностных недостатков и для оптимального выбора подшипников необходимо учитывать силы P₂ и условие, при котором M_F < M_м.

Связь M_F с твердостью почвы и параметрами ножа можно записать так:

M_F = 0,5 [LR – d (R – h)] (b – a) T < M_м = P₁δ, (8.5)

где L – длина дуги хорды; R – радиус диска; d – длина хорды; h – глубина резания; а и b – расстояние от стойки до центров приложения сил F₁ и F₂ в полухордах; T – предел прочности почвы; δ – расстояние от стойки до центра диска.

Для восприятия сил P₂ необходимы конические, а не радиальные подшипники. На основе этого можно разработать и иметь надежный в работе подшипниковый узел дискового ножа. Дисковые ножи с такими подшипниками и диском шестиугольной формы разработаны на кафедре сельхозмашин ОмГАУ. Они прошли проверку в хозяйственных условиях, на их конструктивные новшества получено ряд авторских свидетельств, подтверждающих их новизну и приоритетность.

Вопросы для самоконтроля:

1. Приведите схему сил, действующих на зуб бороны.

2. Приведите схему уравновешивания дискового орудия.

3. Запишите формулу коэффициента перекатывания.

4. Укажите различия деформации почвы при работе гладкого водоналивного и пневматического катков.

5. Перечислите силы, действующие на дисковый нож.

ЛЕКЦИЯ 9

ЭНЕРГЕТИКА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ

ОРУДИЙ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМИ ТЕХПРОЦЕССОВ

9.1. Рациональная формула силы сопротивления плугов, предложенная В.П. Горячкиным.

9.2. Косвенный метод определения силы сопротивления плугов.

9.3. Энергетика орудий и сеялок, глубина хода рабочих органов которых находится в пределах 0,4–0,12 м.

9.4. Энергетика техпроцесса почвенных фрез.

9.5. Агроэкологическое усовершенствование рациональной формулы силы сопротивления плугов.

9.1. Рациональная формула силы сопротивления плугов, предложенная В.П. Горячкиным

Анализируя работу плугов, академик В.П. Горячкин предложил формулу, по которой определяется сила сопротивления плугов F_пл. Назвал он её рациональной, поскольку она действительно является таковой с точки зрения теоретической механики и описывает затраты энергии при работе не только плугов. В общем виде она представляется так:

F_пл = F₁ + F₂ + F₃ = fmg + кabn + EρabV²n, (9.1)

где F₁ – мертвое сопротивление плуга (на перемещение его);

F₂ – сила, расходуемая на деформацию пласта;

F₃ – сила, расходуемая на отбрасывание пласта корпусом плуга;

f – коэффициент протаскивания плуга в заранее открытой борозде (перекатывания);

m – масса плуга, кг;

g – сила гравитации (тяжести), м/с²;

к – удельное сопротивление почвы, Па;

а – глубина обработки, м;

b – ширина захвата корпуса, м;

E – коэффициент, учитывающий скорость отбрасывания пласта по сравнению с поступательной скорость плуга;

ρ – плотность почвы, кг/м³;

V – скорость плуга, м/с;

n – число корпусов.

При вычислениях по этой формуле необходимо иметь значения параметров f, к, E, ρ, которые часто принимаются условно, определяются расчетным или опытным путем по недостаточно надежным или некорректным методикам. Поэтому сам В.П. Горячкин решил этот вопрос для инженерной практики расчетов с наименьшими ошибками так:

F_пл. = Kabn, (9.2)

здесь K > к, т.е. K – не удельное сопротивление почвы, а удельное сопротивление плуга. Оно нивелирует ошибки, которые возможны при расчетах по полной (рациональной) формуле. Вышесказанное, а также простота формулы (9.2) определили её широкое использование в инженерной практике. Здесь K определяется так: находят F_пл динамометрированием плуга, замеряют а, В (рабочий захват плуга) и рассчитывают:

K = F_пл / (аВ). (9.3)

По K можно сравнивать энергоемкость разных плугов и рационально агрегатировать их с тракторами разных классов. Если в формуле числитель и знаменатель умножить на V, то:

K = F_плV / (аВV), (9.4)

т.е. удельное сопротивление K можно рассматривать как расход энергии на обработку единицы объема почвы, что не противоречит фундаментальным принципам технической механики. Важно при этом иметь в виду, что в учебной литературе некорректно считают K = F_пл / (аbn), поскольку bn  В, который из-за бочения плуга оказывается больше теоретической величины bn.