Теория и расчет рабочих органов сельскохозяйственных машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений

Сельскохозяйственные машины

Теория и расчет рабочих органов сельскохозяйственных машин

Допущено Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по агроинженерным специальностям



Введение

Комплексная механизация сельскохозяйственного производства является главной задачей сельскохозяйственного машиностроения.

Земледелие, и в частности выращивание зерновых культур, - древнейшее занятие человека, а его орудия труда имеют многовековую историю развития и совершенствования. Однако наука о сельскохозяйственных машинах и орудиях зародилась сравнительно недавно. Возникновение этой новой прикладной дисциплины связано с именем выдающегося русского ученого, академика В.П. Горячкина (1868-1935).

В своем основном труде «Земледельческая механика» (1919) и в других работах ученый впервые применил законы механики к исследованию технологических процессов работы сельскохозяйственных машин и орудий, классифицировал эти процессы и вскрыл возможности их рационализации; разработал общую теорию плуга, молотильного барабана, методов подобия, уравновешивания сил инерции, теорию масс и скоростей применительно к сельскохозяйственным машинам и орудиям.

Значительно возрос интерес конструкторов и исследователей к теоретическим основам рабочих процессов сельскохозяйственных машин.

Для правильного и рационального функционирования инженерно-технической службы в сельскохозяйственном производстве специалисту нужны знания конструкции и теории рабочих процессов сельскохозяйственных машин, умение оптимизировать режимы работы в зависимости от технологических свойств объекта обработки.

В данном учебном пособии даны элементы теории и расчета рабочих органов сельскохозяйственных машин, а также основы их проектирования.



1. Определение твердости и коэффициента объемного смятия почвы

1. Общие сведения. Твердость почвы - это ее способность сопротивляться проникновению какого-либо тела под действием усилия. Это свойство почвы характеризует суммарное сопротивление, которое преодолевают взаимодействующие с ней рабочие органы сельскохозяйственных машин.

При вдавливании в почву твердого тела, например, круглого плоского штампа, сопротивление почвы вдавливанию изменяется с изменением глубины погружения этого штампа. Если по оси ОХ откладывать глубину погружения штампа, а по оси ОУ сопротивление вдавливанию, то мы получим график, показанный на рис.1. Из графика видно, что на участке ОА, соответствующем глубине погружения штампа ha, сопротивление, равное усилию вдавливания штампа, изменяется пропорционально глубине погружения h. В зависимости от типа и состояния почвы P = f (h) на участке ОА может изменяться по линейной, квадратичной, степенной, параболической, синусоидальной, тангенциальной или другой зависимости.

Начиная с точки А штамп продолжает погружаться в почву при постоянной нагрузке, соответствующей пределу пропорциональности (пределу несущей способности почвы).

Обычно определяют среднюю твердость почвы, как среднее удельное усилие, необходимое для вдавливания в почву штампа, то есть

,

где Р - твердость почвы, МПа;

Рср - среднее усилие при погружении штампа на глубину hА;

S- площадь штампа, м2.



Рис. 1. Зависимость твердости почвы от глубины погружения штампа в почву

Рис. 2. Схема твердомера Ю.Ю. Ревякина

Отношение усилия РА, требующегося для вдавливания наконечника на глубину hА, соответствующую пределу пропорциональности к произведению hАS, называется коэффициентом объемного смятия почвы.

МПа/м

График зависимости Р = f (h) (твердомерные диаграммы) можно записать при помощи специального прибора, называемого твердомером. Обрабатывая эти диаграммы, можно определить твердость и коэффициент объемного смятия почвы. На рис. 1 примерные реальные диаграммы показаны тонкими линиями, а идеальная диаграмма при линейной зависимости Р = f (h) на участке ОА - жирной линией. С определенной степенью приближения последнюю диаграмму иногда принимают как средний результат нескольких диаграмм.

2. Содержание работы. Записать при помощи твердомера несколько диаграмм твердости почвы (пять-шесть), обработать полученные диаграммы и дать доверительную оценку результатов опыта.

3. Оборудование, приборы, инструменты и материалы. Твердомер, штангенциркуль, испытываемая почва (в полевых условиях или в почвенном канале), бумага миллиметровая.

Для записи диаграмм твердости почвы используются твердомеры различных типов. Одним из наиболее широко используемых является твердомер Ю.Ю. Ревякина (рис. 2), состоящий из двух направляющих штанг 1, телескопической штанги 2 со сменным наконечником 3, пружины 4, планки 5 для крепления бумаги, записывающего устройства 6 и нажимных рукояток 7. Записывающее устройство связано с пружиной 4. Звенья этого устройства рассчитаны таким образом, что карандаш перемещается в направлении оси ОХ на величину погружения штампа и оси ОУ на величину сжатия пружины. Таким образом, на получаемых при помощи твердомера диаграммах по оси ОХ откладывается глубина погружения штампа, а на оси ОУ деформация пружины, пропорциональная величине прилагаемого усилия.

- разбить участок hА каждой i-той диаграммы на k частей, измерить промежуточные значения ординат Уj этих диаграмм, записав промежуточные значения и суммы этих ординат в таблицу;

- подсчитать средние значения ординат каждой диаграммы по формуле



, мм;

- определить среднее значение усилия взаимодействия штампа на глубину hА

Picp = Уj С, Н,

где С - жесткость (калибр) пружины Н/мм;

- определить твердость почвы по каждой диаграмме

, МПа;

- определить значения усилий Ра соответствующие пределу несущей способности почвы как

Paj = Уaj С, Н;

Таблица 1 Результат обработки диаграммы твердости

№ диа-грам-мы

Уj, мм

УУj, мм

k

Уi, мм

Picp, Н

Pi, МПа

P?, МПа

Sp, МПа

Sp?, МПа

Дp, МПа

p?±Дp, МПа

Раi, Н

hаi,мм

qi, МПа/мм

q?, МПа/мм

Sq, МПа/ мм

Sq?, МПа/ мм

Дq, МПа/мм

q?± Дq, МПа/ мм

- подсчитать коэффициенты объемного смятия почвы по каждой диаграмме

, МПа/м;

- дать доверительную оценку значений твердости и коэффициента объемного смятия почвы по результатам обработки диаграмм, используя выражения (1)…(5) (с. 5…6), в которые вместо значений хi подставляются значения твердости и коэффициентов объемного смятия рi, qi.

2. Определение коэффициентов трения, скольжения и покоя сельскохозяйственных материалов по различным поверхностям

1. Общие сведения. Без знания значений коэффициентов трения почвы или любого сельскохозяйственного материала на различных поверхностях невозможно проектировать ни одну сельскохозяйственную машину. От величины этих коэффициентов зависят и регулировочные параметры машин. Значение коэффициентов трения в основном зависит от свойств трущихся поверхностей. Этот коэффициент является показателем пропорциональности между максимальным значением силы трения и силой нормального давления, то есть:

Fmax = fN

где Fmax- максимальное значение силы трения;

f - коэффициент трения; N - сила нормального давления.

Силы Fmax и N можно определить экспериментально, тогда коэффициент трения:



Однако, определить коэффициент f можно и не прибегая к измерению сил Fmax и N. Угол между направлениями сил N и Fmax всегда равен .

Если из начала координат отложить векторы сил Fmax иN соответственно по осям ОХ и ОУ (рис.3), то направление результирующей силы R отклонится от направления вектора N на некоторый угол ц. Из схемы следует, что Fmax= Ntgц, следовательно, f = tgц.

Рис. 3. К определению коэффициента трения

Учитывая изложенное, коэффициент трения можно определить, зная направление равнодействующее R и нормальной силы N.

Направление силы R легко определить при взаимном движении двух трущихся тел, что можно использовать при определении коэффициентов трения скольжения (динамического коэффициента трения).

Коэффициент трения покоя (статический коэффициент трения) можно определить из условия, что тело переходит из состояния покоя в состояние движения, если движущая сила достигает максимального значения силы трения Fmax. Например, тело, помещенное на наклонную плоскость (рис. 4), стремится удержаться на ней за счет силы трения, которая уравновешивает составляющую силы веса Psinв. В момент скольжения тела по плоскости



Psinв = Fnmax

но

Fnmax = tgцn P cosв,

где Fn и цn - соответственно максимальная сила трения и угол трения покоя.

Следовательно,

Psinв = tgцn · Pcosв,

откуда

цn = в, fn = tgв

Рис. 4. Схема действующих сил

2. Содержание работы. Определить коэффициент трения скольжения и трения покоя почвы или другого материала по различным материалам (сталь, дерево, резина и др.), дать доверительную оценку полученных результатов, сравнить значения статических и динамических коэффициентов трения для одинаковых трущихся пар.

3. Оборудование, приборы, материалы. Приборы для определения статического и динамического коэффициента трения, пластины из различных материалов, применяемых в сельхозмашиностроении, чертежная доска, треугольник, бумага, кнопки; почва, удобрения или другие сельхозматериалы.

Коэффициенты трения скольжения определяются на приборах различной конструкции. Одним из простейших приборов для этой цели может служить прибор системы акад. В.А. Желиговского (рис. 5). Он состоит из чертежной доски, линейки и каретки. Колодка 1 линейки 2 скользит по обрезу чертежной доски, а свободный конец линейки 2 опирается на полозок 3, поддерживающий этот конец линейки на некоторой высоте над поверхностью чертежной доски.

Рис. 5. Схема прибора В.А. Желиговского:

1 - направляющая; 2 - линейка; 3 - шарнир; 4 - коробочка с почвой;

5 - ограничитель.

До начала опыта один из исследуемых материалов прикрепляют струбцинами 5 к линейке 2, а другой материал зажимают в каретке 4. Линейку фиксируют под некоторым произвольным углом к колодке 1. Каретка 4 имеет карандаш для записи траектории ее движения. При движении колодки вдоль края чертежной доски линейка 1 приводит в движение каретку 4. Если , то при движении линейки возникает скольжение одного испытуемого материала по другому, в результате между ними возникает сила трения скольжения Fmax. При этом, карандаш прибора прочеркивает направление равнодействующей силы . Сняв каретку с прибора, проводим направление линейки и восстанавливаем перпендикуляр к этому направлению из точки пересечения с траекторией движения каретки (рис. 6). На проведенном перпендикуляре или на линии траектории каретки откладываем отрезок длиною 100 мм и в его конце восстанавливаем перпендикуляр МК. Угол МСК равен углу трения ·ц, следовательно,

.

Рис. 6. Схема для определения угла трения

Для определения коэффициента трения покоя можно использовать простейший прибор (рис. 7), состоящий из горизонтальной плиты 1, наклонной плоскости 2, на которой укрепляется испытываемая поверхность и винт 3, вращением которого изменяется угол наклона плоскости 3. На закрепленную струбцинами поверхность ложится почва, удобрения или другой исследуемый материал. Если плавным движением винта 3 увеличивать угол наклона плоскости 2, то моменту начала скольжения трущихся тел будет соответствовать условие в = цn, следовательно,

fn = tg цn = tg в

4. Порядок выполнения работы. При определении коэффициента трения скольжения:

- закрепить при помощи струбцин к линейке пластину из исследуемого материала;

- закрепить на чертежной доске лист бумаги;

Рис. 7. Схема прибора Желиговского

1 - горизонтальное плато; 2 - наклонная плоскость; 3 - винт.

- взять прибор В.А. Желиговского, установить линейку под углом и закрепить ее на колодке;

- установить прибор на чертежную доску, совместив колодку с обрезом чертежной доски;

- заполнить каретку прибора исследуемым материалом и подвести ее к закрепленной на линейке пластине;

- плавным движением переместить колодку прибора вдоль обреза чертежной доски. При этом карандаш каретки запишет траекторию ее перемещения;

- снять каретку с прибора и провести направление линейки и восстановить к этому направлению перпендикуляр в точке пересечения с траекторией движения каретки (рис. 6). На проведенном перпендикуляре или траектории каретки отложить отрезок МС = 100 мм и в его конце восстановить перпендикуляр МК. Угол между нормалью и траекторией каретки будет углом трения скольжения цс;

- измерить длину противолежащего катета, МК;

- подсчитать значение коэффициента трения скольжения по формуле:

Опыт провести в пятикратной повторности;

- дать доверительную оценку результатов измерений коэффициента трения скольжения fc;

- определить значение угла трения скольжения, как

цс = arctgfc

- результаты замеров и вычислений записать в таблицу 2.

При определении коэффициента трения покоя:

- закрепить струбциной на наклонной плоскости 2 пластину из исследуемого материала и, вращая рукоятку винта 3, установить плоскость 2 в положение близкое к горизонтальному;

- положить на исследуемую пластину испытываемый материал;

- плавно вращая рукоятку винта, увеличивать наклон плоскости 2 до момента начала скольжения исследуемого материала;

- замерить длину h противоположного катета прямоугольника АВС и длину L прилежащего катета;

- подсчитать коэффициент трения покоя по формуле

Опыт повторить в пятикратной повторности для каждой трущейся пары:

- дать доверительную оценку значений коэффициента трения покоя fn;

- определить угол трения покоя по зависимости

Таблица 2 Результаты замеров и вычислений

Трущиеся пары

Номер опыта

в

(МК)i, мм

fci

fc

Sfc

Дfc

цc

1

2

3

4

5

У

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Таблица 3 Результаты замеров и вычислений

Трущиеся пары

Номер опыта

L, мм

Hi; мм

fni

fn

Sfn

Дfn

цn

1

2

3

4

5

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 3.

При обработке результатов измерений необходимо использовать известные методы математической обработки.

3. Определение усилия навесного плуга

1. Общие сведения. Размеры звеньев механизма навески и их положение оказывают существенное влияние на процессы заглубления и перевода плуга в транспортное положение, а также усилия в звеньях. Определение усилий в звеньях механизмов навески удобно производить графоаналитическим способом. Для этого необходимо вычертить в масштабе схему механизма с действующими на него силами и построить повернутый на 90о план скоростей точек, в которых приложены эти силы. Затем, составив условие равновесия плана скоростей под действием внешних сил относительно его полюса (УМр =0) определить неизвестные силы.

2. Содержание работы. Определить графоаналитическим методом усилие в штоке гидроцилиндра навески при подъеме навесного плуга. Проверить результаты расчетов определением давления масла в гидросистеме при подъеме плуга.

3. Оборудование и инструмент. Лабораторная установка с однокорпусным навесным плугом, оборудованная гидравлическим механизмом подъема и манометром; рулетка, линейка, угольник, угломер.

4. Порядок выполнения работы. Поднять плуг в заданное преподавателем положение и установить под носок лемеха деревянный брусок соответствующего размера.

Рис. 8 Расчетная схема для определения усилия подъема навесного плуга

Определить размеры звеньев и их положение согласно рис. 8. Результаты замеров занести в таблицу 4.

На листе миллиметровой бумаги (формат II) в масштабе 1:5 построить схему навесного плуга.

Построить наложенный на схему плуга план скоростей, повернутый на 90о. За полюс плана скоростей принять точку А.

Таблица 4 Результаты замеров

Измеряемая величина	AB	AB1	BC	CD	DE	EF	B1C1	C1D1	б1
Ее значение, мм
Измеряемая величина	XD	УD	XD1	УD1	XF	УF	XE1	УE1	G1H
Ее значение, мм

Если принять масштаб плана скоростей равным щ, то скорости В и В1 будут представлены отрезками АВ и АВ1. Скорость точки С можно определить, решая графически следующие уравнения:

Так как и , то для определения скорости точки С на повернутом на 90о плане следует из точки А провести прямую, параллельную CD до пересечения с ВС. Отрезок АС будет представлять скорость точки С. Для нахождения скорости точки Е на отрезке АС построить треугольник, подобный ДCDE.

Скорость точки С1 определяется аналогично скорости точки С. Для определения скорости точки Е1 соединить ее с точками В1 и С1 и на стороне В1С1 построить треугольник подобный ДВ1С1Е1. перенести с точки е и е1 силы Q и G. Пользуясь правилом рычага Н.Е. Жуковского, определить Q.



,

где HG и HQ - плечи сил G и Q относительно полюса плана скоростей. Масса плуга равна 160 кг.

Опустить плуг, убрать брусок. Поднять плуг в заданное положение и записать показания манометра. По давлению в гидросистеме рассчитать усилие Q', развиваемое гидроцилиндром.

Q' = pF,

где F - площадь гидроцилиндра.

Сравнить полученное значение с расчетным

,

Результаты расчетов занести в таблицу 5.

Таблица 5 Результаты экспериментального определения усилия, развиваемого гидроцилиндром в сравнении с расчетным

Определяемые величины	Р, МПа	D, мм	F, см2	Q', H	еQ %
Их значения

4. Проектирование звена зубовой бороны

1. Общие сведения. Жесткие зубовые бороны применяют преимущественно для рыхления верхних слоев почвы после вспашки или культивации, разрушения глыб и корки, уничтожения сорняков, а также заделывания семян и удобрений при разбросном посеве. Бороны бывают легкие, средние и тяжелые. Это деление определяется нагрузкой на зуб от веса бороны. Основные параметры зубовых борон приведены в табл. 6.

При расстановке зубьев на раме бороны необходимо учитывать следующие требования:

1. Каждый зуб должен проводить самостоятельную борозду.

2. Борозды по всей ширине захвата должны находиться на равных одна от другой расстояниях.

3. Для обеспечения устойчивого хода бороны сила тяги должна проходить через след центра тяжести.

2. Содержание работы. Спроектировать звено зубовой бороны типа зиг-заг, определить форму рамы и конструктивные размеры бороны.

3. Исходные данные: а - ширина междурядья, М - число поперечных планок, N - число продольных планок, k - число ходов основного винта, h - расстояние между поперечными планками, q - нагрузка на 1 зуб, Ро - тяговое сопротивление 1 зуба, l - длина зуба.

Варианты исходных данных приведены в таблице 7.

4. Порядок выполнения работы. Приведенные выше требования к размещению зубьев могут быть выполнены при размещении их на развертке многоходового винта (основного и дополнительного) в точках пересечения винтовых линий с образующими цилиндра, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга. Для построения зубового поля необходимо.

4.1 На листе миллиметровой бумаги (формат II) нанести образующие 1-1, 2-2 и т.д. в количестве (М+1), расположив их на расстоянии h друг от друга (рис. 9).

4.2 Определить шаг винта в = М а

4.3 Определить ход основного винта t = в k

4.4 Определить число ходов дополнительного винта k1 = M - k

4.5 Определить ход дополнительного винта

t1 = в k1

4.6 на образующей 1-1 отложить отрезки АВ = t и ВС = t1, разделив их на соответствующее число частей, равных в.

Таблица 6 Основные параметры зубовых борон

Типы борон	Междурядье, а, мм	Глубина хода, а1, мм	Нагрузки на 1 зуб, q, H	Тяговоесопротив-ление на 1 зуб, Ро, Н	Расстояние между рядами зубьев, мм	Длина зуба, l, мм	Сечение зуба
					h	h1
Тяжелые	50…75	75…125	16…20	40…50	300…450	150…300	150…300	квадратное
Средние	40…55	40…75	12…15	20…25	250…350	150…250	100…200	квадратное
Легкие	25…35	20…40	6…10	10…15	200…300	100…200	100…150	круглое

Таблица 7 Варианты исходных данных

№ вар.	Тип бороны	k	M	N	h, мм	а, мм	q, Н/зуб	Р, Н/зуб	l, мм
1.	Легкая	3	5	4	200	25	9	12	120
2.	Легкая	2	5	5	300	35	8	10	100
3.	Тяжелая	3	5	5	325	50	16	45	150
4.	Тяжелая	2	5	4	375	60	20	50	200
5.	Средняя	3	5	5	250	40	12	22	140
6.	Средняя	2	5	4	275	45	15	25	175
7.	Легкая	3	2	6	300	25	7	12	125
8.	Легкая	2	5	6	275	30	8	15	150
9.	Средняя	3	5	5	275	40	14	24	175
10.	Средняя	2	5	4	300	50	13	25	200
11.	Тяжелая	3	5	4	450	75	20	45	250
12.	Тяжелая	2	5	5	400	70	18	47	275
13.	Легкая	3	5	6	300	30	9	15	125
14.	Легкая	2	5	5	250	25	10	15	100
15.	Средняя	3	5	5	350	45	13	21	125
16.	Тяжелая	2	5	5	400	55	20	45	300
17.	Тяжелая	3	5	4	450	70	17	48	250
18.	Легкая	2	5	6	275	25	8	12	120
19.	Легкая	3	5	5	225	30	10	14	125
20.	Тяжелая	2	5	4	425	60	16	45	250
21.	Тяжелая	3	5	5	400	55	18	49	225
22.	Средняя	2	5	6	325	50	15	24	175
23.	Средняя	3	5	5	300	40	14	23	200
24.	Легкая	2	5	6	300	25	6	11	130
25.	Легкая	3	5	5	250	30	7	14	140
26.	Тяжелая	3	7	5	400	50	20	50	200
27.	Тяжелая	5	7	4	350	60	18	45	225
28.	Легкая	4	7	6	250	25	7	12	125
29.	Легкая	2	7	5	275	30	9	15	150
30.	Средняя	3	7	6	250	40	12	20	150

Из точки В восстановить перпендикуляр BD и точку D пересечения его с образующее 1-1 соединить с точками А и С. Прямые AD и CD представляют развертку винтовых линий основного и дополнительного винта. Вправо и влево от точки D провести ряд наклонных прямых, параллельных AD и CD и удаленных друг от друга на расстоянии в. Общая ширина зубового поля, при этом, должна быть не менее (N + 1). Зубовое поле, построенное на М + 1 образующих, представляет полную развертку винта, в которой верхняя образующая 1-1 повторяет 1? - 1?. Поэтому М планок должны быть расположены на М образующих.

Построить контур звена бороны, располагая среднюю часть продольных зигзагообразных планок между 2-й и 4-й образующими вдоль развертки винта с меньшим ходом. Крайние части продольных планок должны быть расположены вдоль развертки винта с большим ходом. Для проверки правильности выбора формы звена необходимо спроектировать на образующую 1-1 все точки пересечения поперечных планок с одной из продольных, т.е. точки, в которых должны быть укреплены зубья бороны. Если по одному следу проходит только один зуб и все бороздки удалены друг от друга на одинаковые расстояния, равные междурядью а, то форма звена соответствует поставленным требованиям. Зубья на крайних поперечных планках меньше склонны к забиванию растительными остатками. Поэтому для уменьшения габаритов бороны они могут быть приближены к средним до расстояния h1 (см. табл.6). Для этого необходимо провести дополнительные образующие 1-1 и 5-5 на расстоянии h1 (рис. 9) и спроектировать на них точки расположения зубьев с 1-й и 5-й образующих. Таким образом, зубья, расположенные на крайних планках, оказываются смещенными с развертки винтовой линии.

Определить конструктивный размеры звена. Ширину захвата можно определить по зависимости

Во= (Z - 1) a,

где Z = MN- число зубьев.

Ширина захвата В бороны будет В = Во + а.

Длина L звена бороны

.

Для устойчивого хода необходимо, чтобы линия тяги проходила через след центра тяжести бороны (рис. 10).

Это условие обеспечивается при

б = arctg (2l/L).

Тогда требуемая нагрузка на зуб будет обеспечена при весе звена бороны

G = qZ + PoZtgб



Рис. 9 Проектирование звена зубовой бороны

Рис. 10 Определение направления силы тяги

5. Построение схемы парового культиватора

1. Общие сведения. Паровые культиваторы предназначены для сплошной обработки почвы и могут быть укомплектованы рыхлительными или стрельчатыми универсальными ламами. Как рыхлительные, так и стрельчатые лапы расстанавливаются на брусе с перекрытием лап на ширине захвата. За ширину захвата рыхлительных лап принимается ширина зоны деформации почвы в параллельном поперечному брусу направлении. Ширина этой зоны зависит от конструкции лапы, глубины ее хода и свойств почвы, и может быть определена согласно схеме (рис. 11) по формуле



,

где d - конструктивная ширина лапы, мм;

а - глубина обработки, м;

и - угол между плоскостями, ограничивающими область деформации в зависимости от типа и состояния почвы;

б - угол вхождения лапы в почву.

Ширину захвата рыхлительной лапы можно определить и графически. Ширина захвата стрельчатой лапы равна ее конструктивной ширине. Перекрытие Дв стрельчатых лап исключает появление огрехов при обработке почвы за счет возможных отклонений культиватора в горизонтальной плоскости (рис. 12). Следовательно,

,

где Lг - длина грядиля, м; (Lг= 0,4…0,8 м),

д - возможный угол отклонения грядиля в горизонтальной плоскости, град. (д = 7…10о).

Рис. 11 Схема для определения ширины зоны деформации почвы



Обычно величина перекрытия составляет 31…80 мм в зависимости от типа крепления лап на раме. Так как в одних и тех же точках на брусе могут быть установлены грядили как с рыхлительными, так и со стрельчатыми лапами, то необходимо соблюдать условие вр? вс.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12 Схема определения ширины захвата стрельчатой лапы

Если вр>вс, то последние будут иметь недостаточное перекрытие. Если условие трудно выполнить, то рыхлительные лапы устанавливают в 3 ряда.

Пространство между лапами не должно забиваться растительными остатками. С этой целью лапы на раме культиватора чаще всего располагают в 2 или 3 ряда в шахматном порядке. Расстояние между рядами рыхлительных лап можно определить из условия максимального использования зоны деформации по формуле.

L = lo + a tg(б + ц),

где lo - вылет носка лапы относительно стойки.

Обычно L принимается в пределах 400…500 мм. Стрельчатые лапы для предотвращения забивания устанавливаются с таким расчетом, чтобы расстояние между кромками соседних лап было не менее 30…50 мм.

При одинаковой ширине захвата лап в обоих рядах их количество можно подсчитать как



,

где В - ширина захвата культиватора;

t - расстояние между следами лап.

Тяговое сопротивление второго ряда лап значительно меньше, чем первого, поэтому при установке стрельчатых лап, часто во втором ряду устанавливают лапы с большой шириной захвата, чем в первом.

В этом случае ширина захвата культиватора

При установке лап в 2 ряда их общее число должно быть нечетным и во втором ряду должно быть на одну лапу больше, чем в первом.

2. Содержание работы. Определить ширину захвата рыхлительных лап культиватора и допустимое минимальное расстояние между рядами лап при их расположении в 2 ряда. Построить схемы расстановки рабочих органов на раме культиватора при комплектовании рыхлительными и стрельчатыми универсальными лапами.

3. Исходные данные. Варианты исходных данных для выполнения работы приведены в таблице 13, где заданы: В - ширина захвата культиватора; а - глубина обработки; d - конструктивная ширина лапы; б - угол вхождения лапы в почву; и - угол между плоскостями, ограничивающими область деформации почвы; lо - вылет носка лапы относительно стойки; f - коэффициент трения почвы о лапу; д - возможный угол отклонения грядиля.

- в масштабе построить контуры рыхлительной лапы, заглубленной в почву на глубину а;

- провести прямые ОА, ОВ, ОС;

- перпендикулярноОС провести прямые СС2 и ОО2;

- отложить на прямой ОО2 отрезок О1О2 равный ширине d рыхлительной лапы;

- провести под углом и/2 прямые О1С1 и О2С2 и замерить ширину захвата рыхлительной лапы.

Определить минимальное расстояние между рядами лап (по формуле или из чертежа) и округлить его до минимальных рекомендуемых значений.

Таблица 8 Варианты исходных данных для построения схемы парового культиватора

Задаваемые параметры	Номера вариантов
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
В, м	3	4	3	4	3	4	3	4	3	4	3	4	3	4
а, см	10	11	12	13	14	15	16	10	12	13	14	15	16	18
d, мм	20	45	50	60	63	20	45	50	60	63	20	45	50	60
б, град.	35	30	25	25	30	45	40	25	30	30	40	40	35	35
и, град.	40	45	50	50	45	42	40	50	44	46	48	50	48	46
lo; мм	155	125	155	140	155	140	205	140	125	125	250	160	145	150
f	0,60	0,51	0,55	0,60	0,40	0,37	0,38	0,51	0,53	0,57	0,47	0,40	0,49	0,53
д, град.	7	8	9	10	10	9	8	7	7	8	9	10	10	9
	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28
В, м	3	4	3	4	3	4	3	4	3	4	3	4	3	4
а, см	14	18	12	10	10	12	14	12	10	16	14	12	10	14
d, мм	63	20	45	50	60	20	45	50	60	20	45	50	60	63
б, град.	40	30	25	40	25	30	40	25	30	40	25	30	40	30
и, град.	44	42	45	40	50	50	48	46	44	42	40	40	45	50
lo; мм	205	155	125	150	125	145	150	140	140	145	155	125	150	155
f	0,60	0,61	0,54	0,43	0,61	0,57	0,57	0,60	0,53	0,47	0,55	0,59	0,60	0,53
д, град.	8	7	7	8	8	9	9	10	8	7	7	8	9	7

Выбрать подходящие типоразмеры универсальных стрельчатых лап с таким расчетом, чтобы их грядили можно было закрепить в тех же точках, что и грядили рыхлительных лап. Стрельчатые универсальные лапы выпускаются с шириной захвата 220, 270 и 330 мм при 2г = 60о. Для этого из предлагаемого ряда размеров стрельчатых лап можно подобрать такие размеры, которые равны или несколько больше ширины зоны деформации рыхлительной лапы и установить однотипные лапы с обоих рядах: или чтобы сумма размеров двух стрельчатых лап различной ширины захвата не должна выходить за пределы возможной величины перекрытия.

6. Определение рабочего объема катушечного высевающего аппарата

1. Общие сведения. Для высева зерновых культур, льна и трав применяются катушечные высевающие аппараты, рабочим органом которого являются вращающаяся желобчатая катушка. Объем семян, высеянных за один ее оборот, называется рабочим объемом катушки.

Если определить объемную массу г семян, а также массу М семян, высеянных за k оборотов катушки, рабочий ее объем будет

,

Катушка перемещает к выходу из высевающего аппарата не только семена, попавшие в желобки, но и семена прилегающего к ним слоя, который называется активным. Тогда

,

где Vж - объем желобков;

Vак - объем активного слоя.

Объем желобков

Vж = fжZlp,

где fж - площадь желобка;

Z - количество желобков;

lp - длина рабочей части катушки.

Скорость Ux семян в активном слое неодинакова и изменяется по следующей зависимости (рис.13).

,

где Uк - линейная скорость выступов катушки;

Со - толщина активного слоя;

m - показатель, характеризующий затухание скорости семян в слое (m = 2,6 для ячменя и пшеницы, m = 2,5 для овса, m = 1,7 для льна, m = 1,4 для проса).

Рис. 13 Скорость семян в активном слое

Если принять скорость семян по толщине активного слоя одинаковой и равной Uк, то условная его толщина Су будет

,

где d - наружный диаметр катушки

Vак = V - V,

Толщина активного слоя

Со = Су (m + 1).

Содержание работы. Установить зависимость толщины активного слоя и рабочего объема катушки от ее длины.

Оборудование, приборы и инструмент. Лабораторная установка, весы циферблатные, штангенциркуль, ключ гаечный для регулирования длины рабочей части катушки.

Лабораторная установка (рис.14) состоит из семенного ящика, на котором установлены три высевающих аппарата. Катушки на валу высевающих аппаратов установлены так, что в каждом аппарате они имеют различную длину рабочей части. Вал приводится в движение электродвигателем через червячный редуктор и цепную передачу. Для сбора и определения массы высеянных семян под высевающими аппаратами установлены лотки, позволяющие направлять поворотом рукоятки семена в общий приемник или отдельные емкости. Для определения количества оборотов вала высевающих аппаратов при контрольном замере служит счетчик импульсов, который получаем сигнал от трансформатора Тр через выпрямитель В и прерыватель К1, установленный на валу.



Рис. 14 Схема лабораторной установки

Рис. 15 Счетчик импульсов для определения числа оборотов вала высевающих аппаратов

Для синхронизации включения счетчика с установкой лотков в положение замера на оси их помещен конечный выключатель К2, замыкающий (размыкающий) цепь счетчика в начале (конце) замера.

Литровая пурка имеет следующие основные части: мерник, нож, падающий груз, наполнитель, насыпной цилиндр с воронкой и задвижкой, весовой аппарат со стойкой, коромыслом и чашкой для гирь, разновес. Все части пурки помещаются в ящике, являющемся основанием для весового аппарата и наполнителя.

Определить объем желобков рабочей части катушки. Для этого необходимо сделать отпечаток поперечного контура катушки на миллиметровой бумаге и провести окружность по диаметру выступов катушки. Определить площадь сечения нескольких желобков и подсчитать среднее значение ее fж для одного желобка. Тогда объем желобков рабочей части катушки будет

Vж = fжZlp,

где Z - количество желобков.

Определить с помощью с помощью литровой пурки объемную массу семян.

Работа с пуркой начинается с выверки весового аппарата: мерник с грузом, подвешенный к коромыслу весов, должен уравновешиваться чашкой. Добившись равновесия, его снимают и, вынув груз, устанавливают в кольцевую обойму на ящике. В щель мерника устанавливают наполнитель, а на него - цилиндр, который предварительно заполняют зерном до уровня, отмеченного чертой (на 1 см ниже края). После этого легким нажимом на рычажок замка открывают заслонку насыпного цилиндра. Когда все зерно пересыплется в наполнитель, быстрым движением вынимают нож из щели мерника. Груз, падая вместе с зерном, вытесняет через отверстие в дне из мерника воздух. Вдвинув нож обратно в щель, снимают сначала насыпной цилиндр, затем мерник с наполнителем и высыпают излишки зерна. Вынув нож из щели, мерник с зерном взвешивают с точностью до 0,5 г. После этого операции определения объемной массы повторяют еще два раза. За объемную массу принимают среднее из трех показаний. Результаты взвешиваний записывают в таблицу 9.

Таблица 9 Результаты взвешиваний

№ взвешивания	Масса зерна в мерниках, г	Средняя объемная масса, г/см3
1
2
3

Определить рабочий объем катушки при различной ее длине. Для этого засыпать семена в ящик, установить рычаг регулирования нормы высева в такое положение, при котором длина рабочей части катушки первого высевающего аппарата будет максимальной. Измерить рабочую длину катушек каждого аппарата с точностью до 0,5 мм и результаты занести в таблицу 10. Рукоятку 7 оси направляющих лотков поставить в положение «подготовка» и записать показания k1 счетчика.

Таблица 10 Результаты опытов

№ опыта	№ высе-вающего аппарата	Рабочая длина катушки, lp, мм	Показа-ния счетчика	Кол-во оборотов катушки	Масса вы-сеянных семян, Мi, г	Рабочий объем катушки, Vi, см	Средний рабочий объем,V, см
			k1	k2
1 2 3	1
1 2 3	2
1 2 3	3



Таблица 10 (продолжение)

4 5 6	1
4 5 6	2
4 5 6	3

Включить электродвигатель, через 5…10 с повернуть рукоятку 7 в положение «контрольный замер» и оставить ее в таком положении пока показания счетчика не увеличатся на 200…300, после чего рукоятку возвратить в исходное положение. Записать показания счетчика после замера (k2). Определить массу высеянных в опыте семян в каждом приемнике. Уменьшить рабочую длину катушек на 5-6 мм и провести опыты в указанной выше последовательности. Результаты занести в табл. 10 и произвести необходимые расчеты.

Определить объем желобков, объем активного слоя и его толщину и результаты занести в табл. 11.

Таблица 11 Результаты обработки опытных данных

№ п/п	lp, мм	V, см3	Vж, см3	Vак, см3	Су, мм	Со, мм
1 2 3 4 5 6

Построить графики изменения рабочего объема катушки и толщины активного слоя в зависимости от длины ее рабочей части.



7. Определение основных параметров мотовила

1.Общие сведения. Основная функция мотовила подводить стебли к режущему аппарату в момент их среза. Качество работы мотовила зависит в основном от следующих его параметров: окружной скорости конца планки, радиуса, установки центра мотовила по высоте, шага и выноса оси мотовила вперед относительно режущего аппарата. Выбор этих параметров определяется свойствами и состоянием стеблестоя.

Основным показателем оценки качества работы мотовила считают коэффициент воздействия мотовила на стебли (коэффициент полезного действия мотовила).

Окружная скорость мотовила должна быть выше поступательной скорости машины и определяется по выражению:

U = лV,

где: U - окружная скорость планки, м/с;

V - скорость машины, м/с;

л - показатель кинематического режима мотовила.

Величина л наиболее часто принимается в пределах 1,4…1,7 и зависит от состояния стеблестоя и скорости машины. При увеличении скорости л уменьшают. Чтобы срезанные стебли не переваливались через планки мотовила вперед, последние должны в момент среза находиться выше центра тяжести срезанной части стебля. Из этого условия радиус мотовила определяется по выражению

,



где l - длина срезаемой части стебля, м.

С целью обеспечения нормальной работы мотовила на стеблестое различной длины высота установки центра мотовила относительно режущего аппарата должна регулировать в пределах от Hmin до Hmax, величина которых определяется по выражениям:

,

,

где: hmin и hmax - минимальная и максимальная высота среза, м.

Величина перемещения оси мотовила по вертикали, которую должен обеспечивать регулировочный механизм определиться, как

Hp = Hmax - Hmin

Шагом планки мотовила называют путь машины за время поворота мотовила на угол между двумя соседними планками и определяют его по формуле:

,

где: Z - число планок мотовила.

Степенью воздействия на стебли или коэффициентом полезного действия мотовила принято называть величину отношения количества стеблей, срезаемых при воздействии планок, к общему количеству стеблей, срезаемых ножом за то же время. Легко доказать, что этот коэффициент равен отношению ширины вд полосы стеблей, которые срезает нож при воздействии одной планки к шагу мотовила, т.е.

На редком прямостоящем стеблестое вд равно теоретической ширине полосы стеблей, захватываемой одной планкой. При густом и длинном хлебостое вд>в за счет взаимодействия стеблей, поэтому

вд= е в,

где: е - коэффициент, учитывающий взаимодействие стеблей

(е = 1,0…1,7).

Коэффициент воздействия мотовила на стебли повышается с увеличением выноса С мотовила вперед относительно режущего аппарата,...