Обоснование параметров и режимов работы самоходной почвообрабатывающей фрезы с комбинированным вращением активных рабочих органов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва»

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ САМОХОДНОЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ФРЕЗЫ С КОМБИНИРОВАННЫМ ВРАЩЕНИЕМ АКТИВНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

Купряшкин Владимир Федорович

кандидат технических наук, доцент

Гусев Александр Юрьевич аспирант

г. Саранск

Аннотация

Обоснованы параметры и режимы работы самоходной почвообрабатывающей фрезы с комбинированным вращением активных рабочих органов. Представлены результаты исследований.

Основная часть

Воздействие фрезерными активными рабочими органами (АРО) на почву и корни растений носит ударный характер, при котором из-за инерции обрабатываемого материала на них возникает резкая концентрация напряжений. Картина обрабатываемой массы почвы меняется существенным образом по сравнению с тем, что происходит медленном приложении на нее внешней нагрузки. Ножи АРО способны измельчить твердые глыбы, находящиеся на поверхности и, не забиваясь, обрабатывать сильнозадернелые торфяники и минеральные почвы.

Варьирование значений окружной и поступательной скоростей, а также числа и формы АРО позволяет изменять в широких пределах размеры отделяемых стружек почвы, а также степень их измельчения и дальность отбрасывания. Поэтому при правильном выборе параметров АРО может быть получена степень деформации почвы, соответствующая агрономическому заданию. Конструкция АРО представляет собой рабочие органы (ножи), жестко присоединенные к валам (роторам), принудительно вращаемого двигателем через редуктор (рисунок 1) [1]. Ось вращения роторов расположена параллельно поверхности поля и перпендикулярно направлению движения почвообрабатывающей фрезы.

Рис. 1 Кинематическая схема самоходной почвообрабатывающей фрезы с комбинированным вращением АРО

Ножи представляют собой острые Г-образные пластины. Максимальная глубина обработки, разрабатываемой АРО за один проход должна составлять 20 см. Расчет проводим для максимальной глубины обработки h = 20 см (0,2 м). Начинаем с выбора диаметра барабанов. Конструктивно принимаем, что ось АРО и цепной редуктор заглублены на некоторую глубину и совершают работу в заглубленном состоянии.

При ориентировочном расчете принимаем:

r = 0,77h = 0,77·0,2 = 0,155 м. (1)

Принимаем r = 0,16 м.

Тогда диаметр фрезбарабанов будет равен:

D = 2r = 2·0,16 = 0,32 м. (2)

Определим кинематический параметр л.

Для этого предварительно определим допустимую высоту гребней на дне борозды:

h_гр ? 0,2h = 0,2·0,2 = 0,04 м. (3)

Далее воспользуемся результатами экспериментальных исследований. Согласно рисунку 175 [2] при условии, что количество ножей, вращающихся на одной плоскости - z = 4, и при h_гр/r = 0,04/0,16 = 0,25 получим:

- для АРО имеющих вращение «сверху-вниз» (индекс - 1): л = 4,5;

- для АРО имеющих вращение «снизу-верх» (индекс - 2): л = 3.

Величина подачи на нож при обработке почвы определяет размеры клиньев после прохода ФМК.

Для определения подачи воспользуемся формулой:

После подстановки значений в (2.4) получим:

Далее определим окружную скорость на АРО v_оi (м/с) по формуле:

v_оi = v_п л_i, (5)

где v_п - поступательная скорость мотокультиватора, м/с;
с учетом работы на первой передаче - v_п = 0,63 м/с.

После подстановки значений в (5) получим:

v_о1 = 0,63·4,5 = 2,8 м/с;

v_о2 = 0,63·3 = 1,9 м/с.

Определим частоты вращения приводных валов АРО n_фi (мин-¹) по формуле:

Важным моментом проектирования АРО является выбор значений переднего и заднего углов резания лезвия ножа. Из опытов по резанию почвы клином и динамометрирования известно, что минимальный расход энергии на отделение стружки бывает при угле резания в = 20…25^о. Величина заднего угла резания должна быть равна 10^о, а угол заострения, обеспечивающий прочность лезвия, должен быть i ? 10^о. Величина углов резания в и е лезвия ножа в процессе отрезания стружки непрерывно изменяется, что обусловлено траекторией движения лезвия, представлена на рисунке 2.

Рис. 2 Схема траектории движения ножа

Из рисунка 2 следует, что:

в = i + е, (10)

где в и е - передние и задние углы резания лезвия ножа, оборудуемые передней и задней гранями лезвия с касательными к окружности радиуса;

i - угол заострения лезвия.

Кроме того,

в_о = с_о - ? е, (11)

е = е _о - ? е, (12)

где ? е - угол, образуемый касательными к окружности и трохоиде.
Установление связи углов с_о и е _о с углами с и е необходимо для проверки правильности изготовления ножей.

Для приближенного расчета величины угла ? е могут быть использованы графики.

Для разрабатываемой фрезы, у которой h = 0,2 м; D = 0,32 м; л = 6; i = 10^o; е = 10^о.

В рассматриваемом случае: h / r = 0,2 / 0,16 = 1,25,

чему соответствует б = 15^о.

По найденному значению Де = 10^о и ранее принятым значением углов i и е, согласно зависимостей (9), (7) и (8), получим:

е_о = 10 + 10 = 20^о;

в = 10 + 10 = 20^о;

в_о = 20 + 10 = 30^о.

Наибольшее значение истинного резания, соответствующее углу б = 90° и Де = 0 по формуле (10) в_max = в_о.

Угол скоса ножа (по А. Д. Далину - угол в плане) должен быть равен 50-60^о, а радиус скругления угла, образуемого стойкой и крылом ножа, r_кр ? 30 мм, так как уменьшение вызывает заметное увеличение приводного момента.

Очертание стойки Г-образного ножа должно обеспечивать постепенное внедрение в почву сначала лезвия стойки, затем лезвия крыла, т. к. при этом происходит плавное нарастание величины крутящего момента, который бывает меньше, чем при внедрении ножа.

Угол Ш, образуемый лезвием стойки с радиусом, А. Д. Далин рекомендует брать в 30^о. Заточка стойки Г-образного ножа должна производиться с внутренней, а крыла - с наружной стороны крыла. Для обеспечения самозатачиваемости лезвия крыла твердый слой необходимо наносить на наружную сторону лезвия.

Для полного подрезания сорняков суммарная ширина захвата левого и правого ножей, установленных на соседних дисках, должна превышать на 15-20 мм расстояние между дисками t (м):

t = 2 b - l, (13)

где: b - ширина захвата одного ножа, b = 0,06 м;

l - перекрытие ножей, м;

принимаем l = 0,02 м;

t = 2 • 0,06 - 0,02 = 0,1 м.

Радиус трохоиды R_i (м) определяем по формуле:

После подстановки значений в (2.5) получим:

Основные параметры, рассчитанные выше, сводим в таблицу 1.

фреза самоходный почвообрабатывающий нож

Таблица 1

Основные параметры ротационной фрезы

Таким образом, проведенные расчеты позволяют обосновать основные параметры и режимы работы отдельных роторов с активных рабочих органов самоходной почвообрабатывающей фрезы с их комбинированным вращением, а также основные параметры функционирования в целом почвообрабатывающей машины, а именно ее скорости движения.

Список использованных источников

1. Обоснование кинематической схемы почвообрабатывающей фрезы с комбинированным вращением активных рабочих органов / А. Ю. Гусев, В. Ф. Купряшкин, С. Н. Звонов, С. С. Лоскутов // E-SCIO. 2019. № 12. С. 1-10. URL: https://e-scio.ru/?p=9169 (дата обращения: )

2. Синеоков Г. Н., Панов И. М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1977. 328 с.

Размещено на Allbest.ru