LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 18
(всего 28)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

ботка почвы. В южных зерносеящих районах страны около 50% площадей озимых ко-
лосовых культур возделываются по пропашным предшественникам – кукурузе на зерно
и силос, подсолнечнику и др. В зависимости от природно-климатических условий и со-
стояния почвы после пропашных предшественников: отвальная вспашка лемешными
плугами с последующей разделкой дисковыми орудиями с катками (технология I) и
мелкая безотвальная обработка дисковыми орудиями или плоскорезами (технология II)
[3, с. 164].
Применение фрезоагрегатов предполагает использование в первой технологии
ротационного плуга-движителя при глубине обработки 25 см. Возможен также вариант
совмещения операций вспашки ротационным плугом, дискования и прикатывания.
Во второй технологии может быть использована почвенная фреза-движитель
при глубине обработки 10 см и номинальной подаче на нож 0,1м. При этом основная и
предпосевная обработки почвы выполняется за один проход с интенсивным крошением
верхнего 10-ти сантиметрового слоя почвы и её рыхлением на глубину 16…18 см
стрельчатыми лапами.
Проведём анализ параметров ротационных машин-движителей мобильного
агрегата для выполнения операций по приведённым выше технологиям.
Номинальные значения подачи на нож ротационного плуга и почвофрезы при-
нимаются равными, соответственно 0,25м и 0,1м. Глубина обработки для плуга и фре-
зы устанавливается, соответственно 25см и 10см. Радиус ротора плуга зададим рав-
ным 0,375 м, а фрезы 0,15 м. В дальнейшем приведено обоснование принятых значе-
ний.
Для обеспечения заданного значения номинальной подачи на нож количество
ножей (на одном диске ротора) ротационного плуга может быть равным двум или трём
(рис. 1, а). Вместе с тем безусловное предпочтение должно быть отдано варианту n = 3,
т.к. при n = 2 допустимая подача на нож всё-таки «не дотягивает» до заданного значе-
ния (0,25м), из-за превышения предельной скорости резания (6 м/с). Решающим пре-
имуществом варианта с тремя ножами является уменьшение энергоёмкости фрезерова-
ния почвы. Например, при поступательной скорости агрегата v п = 1,5 м/с, снижение
энергоёмкости составляет свыше 30% (рис. 2, а)
Выбор количества ножей на диске ротора почвофрезы проводится аналогично
приведенному выше. Из рисунков (1, б) и (2, б) видно, что количество ножей фрезы
следует принять, так же как для плуга, равным трём. Выигрыш в снижении энергоём-
кости фрезерования при увеличении n с двух до трёх ещё более существенен, чем для
плуга и составляет при скорости v п = 1,5 м/с, более 35% (рис. 2, б).
Вернёмся к вопросу выбора радиуса ротора ротационных машин. На основании
упомянутого выше алгоритма проведены расчёты по определению влияния относи-
тельного радиуса r = R / аф на удельную энергоёмкость фрезерования почвы ротацион-
ного плуга и почвофрезы при глубине обработки соответственно 25 см и 10 см. Как
видно из рисунка 3 при значениях относительного радиуса r = 0,70…0,72 имеется чёт-
ко выраженный минимум удельной энергоёмкости фрезерования. На первый взгляд,
это позволяет определить оптимальные значения величины R :
для плуга R°=0,70?0,25=0,175 м
для почвофрезы R°=0,72?0,10=0,072 м. (7)
145
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.




а)




б)
Рис. 1 Зависимость скорости резания почвы от величины подачи на нож ( S ) и
количества ножей ( n ) при поступательной скорости агрегата v = 1,5 м/с:
а) Ротационный плуг ( R = 0,375 м, aф = 25 см); б) Фреза ( R = 0,15 м, aф = 10 см)
?- 0-
минимальная подача (по допустимой скорости резания почвы); допус-
?-
тимая подача на нож (по высоте гребней на дне борозды); предельная подача на
нож (по условию непрерывности обработки)


146
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.




а)




б)

Рис.2. Влияние поступательной скорости агрегата ( v п ) и количества ножей ( n )
на удельную энергоемкость фрезерования почвы:
а) Ротационный плуг ( S = 0, 25 м, аф = 10 см); б) Фреза ( R = 0,15 м, aф = 10 см)
при рыхлении почвы культиваторными лапами, расположенными впереди
ротора; без рыхления почвы впереди ротора


147
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.


В энциклопедии «Машиностроение» [4, с. 147] и «Справочнике конструктора
сельхозмашин» [5, с.127] соотношение между радиусом ротора и глубиной обработки
рекомендуется брать в пределах
r = R / аф = 0,56...0,67 < 1, (8)
что несколько меньше, полученных выше значений (7).
Парадоксальность ситуации заключается в том, что характеристики всех без ис-
ключения машин, приведённых как в «Энциклопедии» [4, с. 144], изданной в 1998 году,
так и в «Справочнике…» [5, с. 111], изданном в 1967 году, не удовлетворяют приве-
дённым там же рекомендуемым значениям радиусов ротора. Более того, опять же для
всех машин, имеет место обратное соотношение R / аф > 1 .
Имеющееся противоречие объясняется тем, что безусловный оптимум, опреде-
ляемый соотношением (7) и тем более (8), не удовлетворяет задаваемым значениям ве-
личины подачи на нож. Так, для ротационного плуга при «оптимальном» радиусе рото-
ра R=0,175м, допустимая подача на нож, даже при минимальном количестве ножей
п = 2 , равна всего 0,16м (рис. 4, а), вместо заданного(требуемого) – 0,25м. Аналогично,
почвофреза при «оптимальном» радиусе ротора 0,072 м и минимальном количестве
ножей п = 2 , может работать с допустимой подачей на нож не более 0,075м, в то время
как заданное значение составляет 0,1 м (рис. 4, б).


Еуд.ф, 250
кДж/м3
200

150


100
2
50

1
0
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 r

Рис. 3. Зависимость удельной энергоёмкости фрезерования почвы ( Е уд . ф ) от ве-
личины относительного радиуса ( r = R / aф ):
1 – ротационный плуг ( a = 25см, S = 0,25м); 2 - Фреза ( a = 10см, S = 0,10м).




148
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.


Таким образом, параметры рабочих машин- движителей следует принять сле-
дующими:
ротационный плуг – R = 0,375 м и n = 3;
фреза – R = 0,15 м и n = 3 . (9)
Толкающее усилие ротора Fx расходуется на преодоление силы сопротивления
качению (самоперекатыванию) агрегата F f и сил сопротивления пассивных (п) рабо-
чих органов, расположенных впереди (пп) и (или) сзади (пз) ротора:
Fx = Ff + Fxn = Ff + Fx.nn + Fх.пз = Fc (10)
где Fc – сумма пассивных сил.
Как правило, Fx > Ff . Поэтому наличие пассивных рабочих органов обязательно
для соблюдения баланса движущей силы Fx и сил сопротивления Fc .
Сила сопротивления качению агрегата F f определяется по формуле:
F f = f cn k v (v п ) (G аг ? Fz ) , (11)
где Gаг – вес агрегата; f cn – коэффициент качения; Fz – выталкивающая (вы-
глубляющая) сила ротора – вертикальная составляющая реакции почвы; k v (v п ) – по-
правочный коэффициент влияния скорости движения на сопротивление качению.
На рисунке 5 приведены зависимости удельных (отнесённых к 1 м захвата рото-
ра) величин движущих сил Fx и сил сопротивления Fc в функции скорости агрегата
vп .
Каждому значению величины v п , при заданной величине подачи S , соответст-
вует определённое значение номинальной мощности двигателя Pн , причём значению
v н = 1,5м/с соответствует мощность Рн = 95,6 кВт (130 л.с.), которую имеет двигатель
трактора «Беларус-1221» в номинальном режиме ( вес трактора - Gтр = 52 кН).

Как видно из рисунка 5, а, в случае расположения пассивных рабочих органов
сзади ротора плуга (пунктирные линии), мощность двигателя агрегата на базе трактора
«Беларус-1221» оказывается недостаточной для осуществления технологического про-
цесса – равновесная скорость агрегата достигается при значении большем 1,5 м/с, кото-
рое соответствует номинальной мощности этого трактора.
Если пассивные рабочие органы, например, культиваторные лапы, установить
впереди ротора плуга, то энергоёмкость фрезерования, а, следовательно, и его движу-
щая сила уменьшатся (рисунок 5, а). Равновесное значение скорости, равной номиналь-
ной, достигается при заглублении лап на глубину 12 см, при их удельном сопротивле-
нии 4,45 кН/м и ширине захвата ротора (определённой по выражению (3)) равной bф =
2,16 м.
Рассмотрим ещё один вариант построения фрезоагрегата с ротационным плугом-
движителем. Допустим, по агротехническим условиям величина максимальной подачи
на нож задана равной 0,2 м. Тогда, количество ножей, как видно из рисунка 1б, может
быть принято равным пяти.




149
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.



Еуд.ф, 7
кДж/м3 При п ножей:
При n, ножей:
6
2
5

Sтреб
4

3
3
4
5
2
8
1
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
S, м
а)
Еуд.ф, 7
кДж/м3 При п, ножей:
При п ножей:
6
2
5
Sтреб
4

3
3
4
5
2
8
1
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 S, м
б)

Рис. 4. Допустимое и требуемое значения подач на нож (при радиусах рото-
ров R = R o , соответствующих безусловному оптимуму (7)):
а) Ротационный плуг ( R = 0,175 м; аф = 25см); б) Фреза ( R = 0,072 м;
аф = 10см)




150
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.



Принятие новых конструктивных и установочных параметров плуга с одной
стороны (за счёт большего числа ножей) уменьшает энергоёмкость фрезерования, а с
другой (из-за снижения подачи на нож) – её увеличивает (рис. 2, 3). Однако, превали-
рующее влияние оказывает изменение подачи, что, в конечном итоге, приводит к уве-
личению движущей силы (рисунок 5б). Возрастание величины Fx позволяет создать
комбинированный агрегат, выполняющий вспашку, дискование и прикатывание почвы
одновременно.
На основании данных энергооценки [8] и справочных материалов примем
удельное сопротивление дисковых рабочих органов равным 5 кН/м, а прикатывающих
катков – 1,3 кН/м. В отличие от предыдущего варианта, толкающее усилие ротора плу-
га превосходит суммарную силу сопротивления (включая силу сопротивления каче-
нию) во всём диапазоне возможных рабочих скоростей агрегата (рисунок 5, б, штрихо-
вые линии).
Для уменьшения энергоёмкости фрезерования почвы и соблюдения силового ба-
ланса (10) при номинальной скорости v н = 1,5 м/с, впереди ротора необходимо устано-
вить рыхлящие лапы на глубину 5,5 см. Требуемая ширина захвата ротора в агрегате на
базе трактора «Беларус-1221» составляет bф = 1,74 м.
Несмотря на то, что чистая производительность первого агрегата на 20% выше
второго (вследствие большей ширины захвата), выводы об их эффективности могут
быть сделаны только с учётом совмещения операций, выполняемых вторым агрегатом.
Следует отметить также возможное улучшение качества обработки вторым агрегатом,
вследствие более интенсивного крошения почвы при уменьшении подачи на нож.
Ранее были определены количество ножей и радиус ротора почвенной фрезы
при обработке почвы на глубину 10см ( n = 3, R = 0,15 м). Технология обработки почвы
с использованием фрезерования предусматривает её одновременное рыхление на глу-
бину 16…18 см с прикатыванием.
Если пассивные рабочие органы (стрельчатые лапы) поместить впереди ротора, то
его движущая сила оказывается недостаточной для преодоления сил сопротивления – на
почве, предварительно взрыхленной лапами, фреза «не тянет» (рисунок 6, пунктирные
линии).
При расположении пассивных рабочих органов сзади ротора, номинальное зна-
чение скорости агрегата 1,5м/с достигается при ширине его захвата bф = м
2,16
(рисунок 6, сплошные линии). При такой схеме следы, оставляемые стойками культи-
ваторных лап, заравниваются следующими сзади катками. Качество обработки почвы
повышается также за счёт разрушения лапами гребней на дне борозды. Отметим, что
при расчёте тягового сопротивления лап, расположенных сзади ротора, следует учиты-
вать, что оно определяется не глубиной их установки аз , а величиной разности
? = аз ? аф .




151
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.



Fx,16
Fx,12
Fc,
Fc,
кН
кН
10 14


8 12


6 10


4 80.5
v, м/с
0.5 1 1.5 2 2.5
v, м/с
1 1.5 2 2.5

а) б)

Рис 5. Соотношение движущих сил и сил сопротивления ротационных плугов-
движителей при различных величинах подачи на нож и числа ножей ( R = 0,375 м;
аф = 25см
а) S = 0, 25 и n = 3 ; б) S = 0, 25 и n = 5



Fx,12
Fc,
кН 10


8


6


4


2
v, м/с
0.5 1 1.5 2 2.5


Рис. 6. Соотношение движущих сил и сил сопротивления в агрегате с фрезой –
движителем ( R = 0,15 м:
аф = 10 см; а л = 18 см; S = 0,10 м)




152
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.


Результаты проведённого анализа могут быть сведены в таблицу:

Техноло- Операция Тип рабо- Распо- Параметры рабочей машины-
гия обра- чей маши- ложение движителя
ботки ны- пассив- глубина количе- по- ши-
почвы движителя ных ра- обра- ство дача рина
бочих ботки ножей на захва-
органов ротора, на дис- нож, та ро-
см ке м тора,
м
Вспашка Впереди
I 25 3 0,25 2,16
Ротацион-
ный плуг
Вспашка, дис- Впереди 25 5 0,20 1,74
кование и при- и сзади
катывание
Фрезерование, Почвенная Сзади
II 10 3 0,10 2,16
рыхление и фреза
прикатывание
Предлагаемая методика выбора основных параметров ротационных машин-
движителей может быть использована в различных вариантах технологий возделыва-
ния сельскохозяйственных культур.

ЛИТЕРАТУРА
1. Ксеневич И.П., Соловейчик А.А., Орлов Н.М., Шевцов В.Г. Экологические и
ресурсоосберегающие аспекты создания машинно-тракторных агрегатов с совмещени-
ем функций рабочей машины и движителей. -–Приводная техника, № 2. – 2005. -
С. 14-26.
2. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория м расчет почвообрабатывающих машин. -
М.: Машиностроение, 1977. - 328 с.
3. Сохт К.А. Машинные технологии возделывания зерновых культур. – РАСХН,
Краснодарский НИИ сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко. Краснодар, 2001.- 271с.
4. Машиностроение. Энциклопедия. Том IV-16. Сельскохозяйственные машины
и оборудование /Под ред. И.П.Ксеневича, 1998. - 720с.
5. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. Том 2. М.: Машино-
строение, 1967. – 830с.
6. Далин А.Д., Павлов П.В. Ротационные грунтообрабатывающие и землеройные
машины. – М.: Машгиз, 1950. - 258с.
7. Матяшин Ю.И., Гринчук Н.И., Егоров Г.М. Расчет и проектирование ротаци-
онных почвообрабатывающих машин. – М.: Агропромиздат, 1988. - 176с.
8. Протокол №33-28-81 о результатах испытаний опытного образца ротационно-
го плуга ПР-2,7. Южно-Украинская МИС, Херсон, 1981.

Получено 25.05.2005.




153
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.


A.A. Solovejchick
All-Russia Research Institute for Mechanization of Agriculture (VIM), Moscow, Russia

<< Пред. стр.

страница 18
(всего 28)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign