Обоснование криволинейного рабочего органа с минимальным тяговым сопротивлением для разуплотнения загипсованных почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обоснование криволинейного рабочего органа с минимальным тяговым сопротивлением для разуплотнения загипсованных почв

Ф.У. ЖУРАЕВ

(Поступила в редакцию 29.09.11)

В настоящее время разуплотнение загипсованных почв в условиях орошаемого земледелия является актуальной проблемой. Причина этого заключается в том, что существующие рабочие органы почвообрабатывающих машин для разуплотнения загипсованных почв в орошаемом земледелии недостаточно обоснованы с учетом энергетических и агротехнических показателей.

разуплотнение загипсованный почва земледелие

At present gypsum soil decompaction in conditions of irrigation farming is an urgent problem. The reason is that existing working organs of soil cultivating machines for gypsum soil decompaction in irrigation farming are not sufficiently based, and energetic and agro-technical indicators are not taken into account.

Введение

В нашей Республике в последние годы проводится интенсивное освоение гипсовых и гипсоносных почв. Их площадь увеличивается год за годом. Имеются основания полагать, что гипс, несмотря на малую его растворимость, отрицательно влияет на рост хлопчатника и других сельскохозяйственных растений.

Для улучшения мелиоративного состояния почвы, в т. ч. для разуплотнения загипсованных почв в условиях орошаемого земледелия при выполнении соответствующего технологического процесса тяговое сопротивление рабочего органа должно быть минимальным.

В настоящей статье рассмотрены методы нахождения рабочих поверхностей минимального тягового сопротивления в наиболее общей форме постановки.

Анализ источников

Анализ литературных источников по изучению лобового профиля стойки рабочих органов показывает что они относятся к рабочим органам машин и орудий для предпосевной обработки почвы [1, 2, 3]. Поэтому была проведена научно-исследовательская работа по исследованию бокового профиля рабочих органов чизеля-рыхлителя для разуплотнения загипсованных почв в условиях орошаемого земледелия. На производстве имеются агрегаты для предпосевной и глубокой обработки почвы, но агрегатов для разуплотнения загипсованных почв не существует.

Методы исследований

В процессе исследований применялись стандартные методики с внесением необходимых частных дополнений и уточнений. Опыты проводились с применением изготовленной лабораторно-полевой установки, в том числе с тензометрическим устройством. Лабораторные опыты проведены на имитированных фонах в почвенном канале кафедры механики Бухарского технологического института пищевой и легкой промышленности и Гиждуванского сельскохозяйственного профессионального колледжа согласно ОСТ 70.4.1-80 - «Плуги и машины для глубокой обработки почвы. Программа и методы испытаний».

Основная часть

Рассмотрим вопрос оптимизации рабочего органа чизеля-рыхлителя. Форма его стойки должна быть выбрана так, чтобы динамическое давление почвы, воспринимаемое данным рабочим органом во время разуплотнения загипсованных почв в условиях орошаемого земледелия общей плоскостью симметрии было минимальным. Линия пересечения рабочей поверхности и поверхности стойки плавно переходит друг от друга, вследствие чего их можно считать частями одной поверхности, обозначаемой через , называемой профильной кривой [3].

Для решения поставленной задачи сделаем некоторые обозначения: серединная плоскость микрорельефа обрабатываемого загипсованного слоя; время (=0 и начало и конец рабочего процесса.

На основании выше приведенных данных можно принять, сохраняя высокую точность, что в течение всего квазистационарного рабочего процесса:

(1)

где и постоянные средние значения скорости движения агрегата и глубина обработки.

В дальнейшем будем предполагать, что имеют место равенства (1).

Обозначим через главный вектор системы сил сопротивления почвы динамическому напору, исходящему от рабочего органа во время его перемещения.

При выборе кривой, используемой для проектирования стоек рабочих органов почвообрабатывающих машин, принимается во внимание лишь технологичность их изготовления. Следует также отметить, что выбор кривой для существующих конструкций недостаточно обоснован с учетом энергетических показателей. Поэтому они оказывают весьма большое динамическое сопротивление. При воздействии рыхлящего рабочего органа на почву до критической глубины рыхления образуются почвенные стружки, которые скалываются под углом к горизонту.

При этом воспользуемся методикой, изложенной в работе [2].

Введем обозначения:

- произвольный элемент поверхности S; - внутренняя точка элемента ;() - направленный в сторону почвенной массы единичный вектор, восстановленный в точке по нормали к поверхности (там, где неясность исключена, будем писать вместо .

На основании закона сохранения количества движения [3] имеем: 

, (2)

т.е. , (3)

где - плотность почвы, кг/м.

Так как , (4)

то соотношение (3) принимает вид:

. (5)

Приравнивая, получим

(6)

Формула (6) выражает зависимость суммарного нормального давления, испытываемого рабочей поверхностью S в процессе работы.

С учетом (6) и согласно [3] напряжение почвы без учета ее крошения будет:

. (7)

По этой формуле установлена зависимость динамического сопротивления от формы рабочей поверхности и глубины обработки почвы.

С учетом крошения почвы, описываемого с помощью степенной аппроксимации [4], имеем:

, (8)

где - коэффициент, учитывающий изменение сопротивляемости почвы в результате ее крошения.

. (9)

Назовем динамическим тяговым сопротивлением или динамической составляющей тягового сопротивления ту его часть, которая обусловлена динамически давлением почвы на рабочую поверхность. Обозначим через динамическую составляющую тягового сопротивления, а через его элементарную составляющие. Тогда будем иметь:

. (10)

Откуда: . (11)

В правой части (11) имеем поверхностный интеграл первого рода. Его числовое значение зависит от формы поверхности .

Таким образом, динамическое сопротивление представлено в виде функционала, благодаря чему становится возможным применять вариационный метод к вопросу энергоемкости.

Рассмотрим это на примере определения лобового профиля стойки чизеля-рыхлителя для разуплотнения загипсованных почв в условиях орошаемого земледелия.

Введем прямоугольную систему координат ; примем в виде - уравнение направляющей кривой стойки. Если - длина дуги направляющей кривой стойки, то:

. (12)

Обозначим через угол между касательной к образующей в точке и положительным направлением оси абсцисс (рис. 1).

Тогда: (13)

Рис. 1. К обоснованию профильной линии рабочего органа для разуплотнения загипсованных почв

Из рис. 1 видно . (14)

Воспользуемся известной тригонометрической формулой:

(15)

Из (15) находим:

(16)

а из (13), (15) и (16) - 

. (17)

Из изложенного выше вытекает, что применительно к стойке рабочих органов чизеля-рыхлителя и для разуплотнения загипсованной почвы формула (11) примет вид:

(18)

где: толщина стойки; - длина проекции стойки рабочего органа на серединную плоскость микрорельефа.

Откуда . (19)

Наименьшее динамическое тяговое сопротивление возможно в период рабочего процесса, если функция будет решением следующей вариационной задачи [5, 6]:

(20)

(21)

. (22)

Применим к ней изложенную в [9] теорию:

. (23)

Функция не содержит переменной X в явном виде, поэтому дифференциальное уравнение Эйлера для функционала (21) может быть составлено исходя из формулы:

. (24)

Из (23) получим: . (25)

Тем самым выражен через . Нахождение искомой функции сводится к тому, чтобы функции через ; () и притом так, чтобы функции (), вместе взятые, удовлетворяли уравнению. Это следует понимать так: подставляя вместо правую часть, а вместо - его значение, выраженное через по формуле: мы должны получить тождество). Для нахождения требуемой зависимости будем исходить из формулы:

откуда . (26)

Представим теперь равенство в виде:

. (27)

Дифференцируя, находим:

. (28)

В силу (26) и (27):

. (29)

Интегрируя (29), выражаем через :

. (30)

Тогда получим уравнения:

. (31)

. (32)

Найдена общая формула плоской кривой для профильной линии рабочего органа с наименьшим тяговом сопротивлением, при этом учитывались агротехнические возможности показателей деятельности рабочего органа чизеля-рыхлителя для разуплотнения загипсованных почв.

Теоретическую зависимость (; ) вычислили по формуле (31) и (32). На рис. 2 приведены расчеты - результаты при нечетных значениях и в условиях

Рис. 2. Семейство кривых, из которых выбирается профильная линия стойки в зависимости от глубины (Н) обработки и степенной аппроксимации или

Из рис. 2. следует, что при выборе кривой профиля для обработки почвы на глубину 35-40 см можно считать оптимальным вариантом стойки с радиусом R=0,200-0,240 м, что подтверждается в лабораторных и полевых условиях и отвечает по агротехническим и энергетическим показателям.

Заключение

Теоретическому обоснованию лобового профиля стойки и рабочих органов почвообрабатывающих машин посвящены многие работы, но они относятся к предпосевной обработке, в них отсутствует обоснование лобового профиля стойки и рабочих органов для рыхления загипсованных почв на глубину до 40 см в зоне хлопководства. Поэтому мы теоретически и экспериментально обосновали параметры чизеля-рыхлителя.

Таким образом, применение чизеля-рыхлителя с рабочими органами, имеющими оптимальные параметры, позволило снизить прямые эксплуатационные затраты на 18,6% и повысить производительность агрегата на 16,3% [7, 8].

Литература

1. Изыскание рабочих органов минимального тягового сопротивления для почвообрабатывающих машин / М.М. Мурадов [и др.]. - Ташкент, 1991. С. 32.

2. Тимофеев, А.И. Теоретические основы механизации тягового сопротивления почвообрабатывающих машин / А.И. Тимофеев, Н.М. Флайшер. - М., 1981. С. 3-11.

3. Нефедов, Б.А. Изыскание профильной линии почвообрабатывающего рабочего органа минимальное энергозатраты. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Б.А. Нефедов, Н.М. Флайшер. - М., 1989. - С. 56.

4. Мышкис, А.Д. Математика, специальные курсы науки / А.Д. Мышкис. - Ташкент, 1971. - С. 43.

5. Тимофеев, А.И. Теоретические основы минимизации тягового сопротивления почвообрабатывающих машин / А.И. Тимофеев, Н.М. Флайшер. - М.: 1981. - С. 27.

6. Цлаф, Л.Я. Вариационные исчисления и интегральные уравнения / Л.Я. Цлаф. - М., 1986. - С. 40.

7. Жураев, Ф.У. Обоснование формы и параметров рабочих органов чизеля-рыхлителя для разуплотнения загипсированных почв в условиях орошаемого земледелия / Ф.У. Жураев. - Ташкент, 2000. - С. 103.

8. Жураев, Ф.У. Экспериментальное обоснование некоторых мелиоративных машин в условиях орошаемого земледелия / Ф.У. Жураев // Вестник БГСХА. - 2010. - №4. - С. 130-134.

9. Лагуга, Ю.Ф. Динамика взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих машин с почвой / Ю.Ф. Лагуга, В.А. Сакун, А.И. Тимофеев, Н.М. Флайшер. - М., 1982. - С. 20.

Размещено на Allbest.ru