Зависимости реакций почвы от конструктивно-технологических параметров однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Зависимости реакций почвы от конструктивно-технологических параметров однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком

В.Р. ПЕТРОВЕЦ

В.И.Ильин

В статье приведены теоретические исследования по определению реакций почвы при работе однодискового сошника на его конструктивно-технологические параметры. Получены выражения вертикальной и горизонтальной составляющих реакций на бороздообразующий рабочий орган однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком.

The article presents theoretical research into the determination of reactions of soil during the work of one-disc ploughshare and their dependence on constructive-technological parameters. We have obtained equations of vertical and horizontal components of reactions on furrow-forming working ogan of one-disc ploughshare with support-packer roller.

сошник каток однодисковый

Введение

Опыт показывает, что при подборе оптимальных параметров сошника, у которого бороздообразующий диск имеет тупой угол вхождения в почву, следует стремиться к минимально-возможным значениям реакции (степень воздействия сошника на почву) и к минимальному значению угла наклона к горизонту суммарной реакции (степень перемешивания нижних и верхних слоев почвы в борозде).

Анализ источников

Исследования ряда ученых показали, что улучшение условий прорастания семян, роста и развития растений в начальный период вегетации может быть обеспечен за счет:

- повышения равномерности хода сошников по глубине и обеспечения тем самым высокой вероятности заделки семян в почвенные горизонты, содержащие достаточное количество влаги и питательных веществ[1, 4, 5];

-уплотнения почвы в посевных слоях и достижения притока влаги из нижележащих слоев [7, 9].

Методы исследования

Теоретические исследования по определению реакции почвы при работе однодискового сошника на его конструктивно-технологические параметры проводились на основании исследований академика В.П. Горячкина и полученной им зависимости между реакцией почвы на элементы обода катка Rkz и деформацией почвы h [2], а также уравнения равновесия однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком [8].

Основная часть

Согласно исследованиям академика В.П. Горячкина, между реакцией почвы на элементы обода катка Rkz и деформацией почвы h существует зависимость:

, (1)

где qпр - приведенный коэффициент объемного сжатия почвы, Н/см3; Д - диаметр катка, см; b - ширина обода катка, см.

Задаваясь значением глубины колеи hк, обеспечивающей наиболее эффективное подтягивание влаги из нижних слоев почвы, можно записать выражение для определения требуемой нагрузки на опорно-прикатывающий каток:

. (2)

Подстановка правой части (2) в уравнение равновесия [8]:

(3)

приводит к выражению:

(4)

Уравнение (4) связывает параметры сошниковой системы с показателями работы сошника. Составляющие реакции Rдx и Rдz почвы, действующие на диск сошника, можно определить по выражениям:

; (5)

, (6)

где S - взаимодействующая с почвой часть поверхности диска; Р(z) - зависимость удельного фронтального сопротивления почвы от глубины; л, в - характеристические углы поверхности сошника, являющиеся функциями текущих координат; ц - угол внешнего трения почвы.

Поскольку речь идет о плоском диске, то л(z,y)= л=const; в(z,y)= в =const.

Поэтому правые части (5) и (6) можно записать:

; (7)

. (8)

Если обозначить

, а ,

то ; (9)

. (10)

С учетом уравнений линий контуров диска Y1(z) (линия ДС) и Y2(z) (линия FC) (рис.1), уравнения (9) и (10) приводятся к виду:

; (11)

. (12)

Глубина хода диска Н определяется глубиной колеи опорно-прикатывающего катка и значением регулируемого параметра сошника дh. (H=hк+дh), а сопротивление почвы пропорционально глубине [6, 9, 10]:

Р(z)=k•z, (13)

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от типа состояния почвы и скорости перемещения рабочего органа Н/см3. Тогда:

; (14)

. (15)

Расположим систему координат ZAY таким образом, чтобы положительное направление оси ОZ обозначало возрастание глубины хода сошника, а ось ОY располагалась перпендикулярно направлению его движения. Начало еще одной системы координат Z1OY1 свяжем с центром диска (рис. 1).

Уравнение линии контура диска в системе координат Z1O,Y1, как известно, имеет вид:

, (16)

где ад и bд - полуоси эллипса (линия контура диска).

В формуле [10] показано, что переход от подвижной системы координат Y1OZ1, связанной с сошником, к неподвижной относительно почвы системе координат YAZ приводит к выражению:

, (17)

где ? =ОА (рис. 1); в - угол наклона диска в поперечно-вертикальной плоскости.

Значение в определяется значениями углов схода и и стыка з дисков. Поскольку для однодискового сошника нельзя говорить об углах схода и стыка дисков, то ориентация плоскости диска производится по отношению к продольно-вертикальной плоскости (рис. 2).

При этом в определяется [5]:

. (18)

В результате многолетних исследований А.С. Арзуманяна, С.М. Донца, В.П. Николайчука [1,4,7] установлено, что для обеспечения высокого качества бороздообразования необходимо, чтобы выполнялось условие и=6-80, з=35-400.

При данных значениях и и з значение в находится в пределах 86-870. Иными словами cosв=0,050-0,070, а sinв=0,998-0,999. Поэтому с достаточной для практических целей точностью можно принять sin в=1, cosв=0. Тогда (17) преобразуется к виду:

, (19)

отсюда:

. (20)

Таким образом, линии контуров диска (рис. 1) определяются:

; (21)

, (22)

а правые части уравнений (21), (22) преобразуются к виду:

; (23)

. (24)

Величины ад и bд, входящие в равенства (23) и (24), определяются радиусом Rддиска сошника и углом его установки б.

При этом ад=Rд, bд=Rдsinб,

Где .

С учетом того, что , можно определить составляющие реакции почвы, действующие на диск сошника как функции его конструктивных (радиуса диска), установочных (углов наклона диска в разных плоскостях), технологических (глубиной колеи опорно-прикатывающего катка) параметров и взаиморасположением диска и катка (значением величины дh (рис.1)).

Для проведения анализа влияния различных факторов на значение составляющих реакции почвы на диск сошника введем обозначения:

(25)

Очевидно, что в правую часть выражения (25) вошли только величины, характеризующие конструктивные (Rд,?) и технологические (k, Н) параметры дисков сошника. Поэтому величину W целесообразно назвать конструктивно-технологической характеристикой дисковой части сошника.

С другой стороны, значения составляющих реакций почвы на диск сошника определяется, кроме конструктивно-технологической характеристики, аналитическим выражением, содержащим только тригонометрические функции углов ориентации диска в пространстве. Отсюда следует, что для сошника, включающего диск с плоской рабочей поверхностью (плоский диск), на значение реакций почвы установочные параметры сошника влияют независимо от конструктивно-технологических, а суммарное влияние определяется произведением установочных и конструктивно-технологических параметров.

Как следует из рис. 2, угол з определяется в продольно-вертикальной плоскости и является дополнительным к б, т.е. з+б=р/2.

Поэтому при определении б [9] как

л=arctg(tgб•cosв) (26)

следует учитывать, что tgб=ctgз, а .

Тогда:

. (27)

С учетом последнего и выражения (25) можно записать:

(28)

(29)

Равенства (26) и (27) позволяют проанализировать влияние углов «схода» и «стыка» диска сошника на его силовые характеристики в долях величины W. Поскольку, как уже было отмечено, влияние ориентации диска в пространстве на составляющие реакции почвы не зависит от W, то аналогичным образом, фиксируя установочную характеристику сошника на определенных уровнях (при этом W представляется в развернутом аналитическом виде), можно проанализировать влияние конструктивно-технологических параметров диска.

Таким образом, величины Rдx и Rдz, входящие в выражение (4), для оценки параметров сошника и механизма его навески, аналитически определены. Однако при фиксированном режимном параметре W равенства (26) и (27) позволяют определить средние значения реакций почвы на диск. Поэтому расчет параметров сошниковой системы по выражению (4) следует учитывать не только математическое ожидание k, а и числовые характеристики закона распределения этой величины.

Кроме Rдx и Rдz в (4) входит еще одна случайная величина Fин. Как показано в работе [9], динамические нагрузки на сошник определяются неровностями рельефа поля. При этом мелкие неровности (до 20 мм), согласно исследованиям Д.В. Пологих [9], образующие высокочастотную часть спектра, сглаживаются сошником, низкочастотные возмущения с шагом более 3-х метров также не оказывают существенного влияния на динамические показатели сошниковой системы. При этом было установлено, что основные динамические нагрузки определяются высотой неровностей 40-50 мм и шагом 1,4-3,0 м.

Рис. 3. Реакции почвы, действующие на однодисковый сошник с опорно-прикатывающим катком, при фиксированных конструктивно-технологических характеристиках

В качестве параметров возмущающего воздействия для подстановки в уравнение (4) принимаем синусоидальное возмущение с экспериментально определенной амплитудой и частотой.

Как уже было отмечено, приведенные аналитические зависимости, в частности выражения (26) и (27), определяют влияние установочных углов диска на характеристики однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком.

Существенно при этом то, что значения силовых характеристик сошника при тех или иных установочных параметрах диска являются косвенным критерием качества бороздообразований. Именно значение и направления реакции на бороздообразующий диск определяет перемещение почвенных слоев, перемешивание влажной и сухой почвы и др.

На основе (26) и (27) построены графики зависимости вертикальной Rz и горизонтальной Rx реакций на бороздо-образующий диск от углов схода и стыка дисков (по отношению к продольно-вертикальной плоскости) при фиксированной конструктивно-технологической характеристике.

Графики (рис.3) показывают, что с увеличением угла стыка, а следовательно, угла атаки возрастает как горизонтальная, так и вертикальная составляющие реакции. При этом в диапазоне значений угла стыка от 10 до 5-60 отношение модулей реакций близко к единице. Причем последнее имеет место во всей рассматриваемой области изменения угла схода (30-500). Можно утверждать, что при данных значениях угла стыка нормальное протекание технологического процесса невозможно по двум причинам: для обеспечения «тени» воронке необходимо при малых значениях угла стыка значительно увеличивать диаметр диска, а примерное равенство Rz и Rx свидетельствует о перемещении почвенных частиц под углом 40-450 к горизонту. Последнее является причиной выноса влажной нижней почвы на поверхность.

Рассмотрение значений Rxи Rz в другой части области изменения и (9-100) позволяет отметить, что при этом имеет место резкое возрастание модулей обеих составляющих реакций.

Заключение

Проведенный теоретический анализ позволяет:

- определить значения усилий предварительных деформаций пружины, обеспечивающих регулировку глубины колеи на соответствующих почвенных фонах;

- проверить влияние установочных и конструктивно-технологических параметров сошниковой системы на величину и вариацию реакции почвы;

- оценить изменчивость сопротивления почвыво время характеристик;

- определить числовые характеристики закона распределения глубины хода сошника при установленной ширине опорно-прикатывающего катка;

- область оптимальных значений угла стыка бороздообразующего диска однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком лежит в пределах 5-90. Угол схода при этом следует принимать, исходя из конструктивных возможностей, в диапазоне 30-500.

Такой подход работы сошника обеспечивает качественный посев при минимуме энергозатрат.

Литература

1. Арзуманян, А.С. Исследование работы сошников зерновых сеялок на повышенных скоростях: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / А.С. Арзуманян. - Л.-Пушкин, 1963. - 18 с.

2. Горячкин, В.П. Собрание сочинений: в 3-х томах / В.П. Горячкин. - М.: Колос, 1965. - Т. 1. - 720 с.

3. Двайт, Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы / Г.Б. Двайт. - М.: Наука, 1978. - 224 с.

4. Донная, С.М. Исследования технологического процесса заделки семян дисковыми сошниками при работе сеялки на повышенных скоростях: дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / С.М. Донная. - Киев, 1963. - 191 с.

5. Набатян, М.П. Экспериментально-теоретическое обоснование параметров дисковых сошников зерновой сеялки для работы на повышенных скоростях: дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / М.П. Набатян. -М., 1972. - 166с.

6. Навалихин, А.В. Контроль глубины хода сошников (зерновых) сеялок / А.В. Навалихин // Техника в сельском хозяйстве. - 1981. - №2. - С.63.

7. Николайчук, В.П. Исследование основных параметров зерновых сеялок: дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / В.П. Николайчук. - Минск, 1971. - 171 с.

8. Петровец, В.Р. Обоснование технологических параметров однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком / В.Р. Петровец, В.И. Ильин // Вестник БГСХА. -2011. - №2. - С. 138-142.

9. Пологих, Д.В. Обоснование типа и параметров механизма навески и заглубления сошников зерновых сеялок: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01 / Д.В. Пологих. - М., 1978. - 157 с.

10. Штыльфус, Г.Я. Повышение равномерность глубины заделки в почву семян и удобрений сошниками зернотуковых сеялок: дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / Г.Я. Штыльфус. -Горки, 1985. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru