- •1.0. Обоснование основных параметров и анализ технологических свойств лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга
- •1.1. Способы образования лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга
- •1.3. Обоснование параметров направляющей кривой
- •1.4. Углы γ образующих со стенкой борозды и законы их изменения
- •2. Рабочее сопротивление плугов и определение числовых характеристик тягового сопротивления рабочих органов почвообрабатывающих машин
- •2.1. Сила тяги плуга
- •2.2. Определение коэффициентов формулы в.П. Горячкина на основе опытных данных
- •3. Обеспечение устойчивости хода навесного плуга по глубине и ширине захвата
- •3.1. Силы, действующие на плуг
- •3.2. Равновесие навесного плуга в вертикально-продольной плоскости
- •Основные показатели плугов с изменяемой шириной захвата
- •3.3. Уравновешивание плуга в горизонтальной плоскости
- •4. Основные технологические показатели работы почвенной фрезы
- •4.1. Уравнение движения ножа фрезы
- •4.2. Скорость резания и абсолютная скорость движения рабочего органа
- •4.3. Гребнистость дна борозды
- •4.4. Длина пути резания
- •4.5. Угол установки рабочего агрегата
- •4.6. Мощность, необходимая для работы фрезы
- •5. Изучение свойств зубового поля бороны
- •5.1. Назначение и основные типы борон
- •5.2. Агротехнические требования к размещению зубьев бороны
- •5.3. Обоснование формы зубового поля бороны
- •5.4. Обоснование основных параметров зубового поля бороны
- •5.5. Основные выводы
- •5.6. Компьютерная программа анализа зубового поля бороны
- •5.7. Контрольный пример работы по программе «Борона (Borona)»
- •Контрольные вопросы
- •6. Обоснование основных параметров дисковых рабочих органов почвообрабатывающих машин
- •6.1. Классификация и характеристика основных типов дисковых орудий
- •6.2. Обоснование параметров сферических дисков
- •6.3. Расстановка дисков в батарее
- •6.4. Тяговое сопротивление дисковых рабочих органов
- •6.5. Условия равновесия дисковых машин
- •6.6. Возможности компьютерной программы «Диски» при анализе работы сферических дисков
- •7. Обоснование основных параметров рабочих органов культиваторов
- •7.1. Обоснование формы лапы культиватора
- •7.2. Размещение лап на раме культиватора
- •8. Технологический процесс, осуществляемый центробежными дисковыми рабочими органами машин для внесения удобрений
- •8.1. Уравнение движения удобрений по лопасти диска
- •8.2. Определение дальности полета удобрений, рассеваемых центробежным диском
- •9. Технологический процесс, осуществляемый зерновой сеялкой
- •9.1. Истечение семян через отверстия питающих емкостей
- •9.2. Определение рабочего объема катушки, обеспечивающего заданную норму высева семян
- •9.3. Вынос семян катушечным высевающим аппаратом
- •9.4. Процессы бороздообразования и заделки семян в почву сошником
- •9.5. Устойчивость сошника
- •9.6. Динамическая модель сошника
- •9.7. Характеристика функций внешних возмущений, действующих на механическую систему в условиях нормального функционирования
- •9.8. Возможности компьютерной программы "Сеялка, (Sejlka)" при анализе работы посевных машин
- •1. Определение характеристик технологического процесса работы мотовила уборочных машин
- •1.2. Кинематика мотовила
- •1.3. Условие входа планки в хлебную массу и обоснование параметров мотовила
- •1.4. Совместная работа мотовила с режущим аппаратом
- •Определение величины пучка стеблей, захватываемых планкой
- •2. Анализ технологического процесса кошения растений
- •2.1. Обоснование скорости ножа при резании растений
- •2.2. Механизмы привода режущих аппаратов и их характеристика
- •2.2.1. Кривошипно-шатунный механизм
- •2.3. Диаграмма движения сегмента
- •2.4. Обоснование формы сегментов режущих аппаратов с возвратно-поступательным движением ножа
- •2.5. Анализ работы аппаратов для бесподпорного среза растений
- •2.6. Расчет мощности, необходимой для привода режущего аппарата
- •Литература
- •3. Анализ технологического процесса обмолота зерна
- •3.1. Физико-механические свойства колосовых культур
- •Пропускная способность молотильного аппарата
- •3.2. Динамическое уравнение барабана и его анализ
- •3.3. Скорость хлебной массы в подбарабанье
- •3.3. Модель процессов обмолота и сепарации зерна через решетку подбарабанья
- •4. Анализ технологического процесса выделения зерна на соломотрясе
- •4.1. Основные типы соломотрясов
- •4.2. Кинематические характеристики клавишного соломотряса
- •4.3. Основные уравнения соломотряса
- •4.3.1. Первое основное уравнение соломотряса
- •4.3.2. Второе основное уравнение соломотряса
- •4.4. Обоснование кинематического режима соломотряса
- •4.5. Уравнение сепарации зерна и определение потерь урожая при использовании соломотряса
- •Пример обоснования основных размеров соломотряса, для комбайна с пропускной способностью 5 кг/с.
- •5. Анализ технологических показателей и обоснование режимов работы грохота уборочных машин
- •5.1. Взаимодействие плоского решета с обрабатываемой средой при просеивании компонентов смеси
- •5.2. Уравнение движения рабочей поверхности грохота
- •5.3. Дифференциальные уравнения относительного перемещения вороха по поверхности решета
- •5.3.1. Дифференциальное уравнение относительного перемещения вороха для правого интервала
- •5.3.2. Дифференциальное уравнение относительного перемещения вороха для левого интервала
- •5.4. Анализ дифференциальных уравнений относительного перемещения материала по грохоту
- •5.4.1. Условия сдвигов вверх по решету
- •5.4.2. Условия сдвигов вниз по решету
- •5.4.3. Условия отрыва вороха от решета
- •5.5. Скорость относительного перемещения материала по поверхности грохота
- •5.6. Толщина слоя вороха на решете грохота
- •Литература
- •6. Вентиляторы, их теория и расчет
- •Влияние формы лопастей вентилятора на основные показатели его работы
- •Основные соотношения вентиляторов
- •Механическое подобие вентиляторов
- •Характеристики вентиляторов
- •Универсальные характеристики
- •Пример расчета основных параметров вентилятора методом подобия
- •7. Анализ технологического процесса сушки сельскохозяйственных материалов
- •7.1. Характеристика свежеубранного зерна
- •7.2. Зерно как объект сушки
- •7.2.1. Влажность зерна и формы связи влаги с семенами
- •7.2.2. Теплофизические свойства семян и зерновой массы
- •7.3. Основные свойства воздуха как агента сушки
- •7.3.1. Влажность воздуха
- •7.3.2. Теплофизические характеристики влажного воздуха (теплоносителя)
- •7.4. Взаимодействие воздуха и высушиваемого материала
- •7.4.1. Статика процесса сушки
- •7.4.2. Кинетика процесса сушки
- •7.4.3. Динамика процесса сушки
- •7.5. Определение основных технологических показателей процесса сушки
- •Литература
- •8. Составление схемы очистки семян сельскохозяйственных культур
- •8.1. Требования, предъявляемые к семенному и продовольственному зерну
- •8.2. Основные принципы и приемы очистки и сортирования зерна
- •8.3. Закономерности изменения физико-механических свойств семян
- •8.4. Составление схемы очистки семян
- •8.5. Определение вероятностных характеристик очистки семян
- •9. Анализ технологических свойств цилиндрического триера
- •9.1. Форма ячеек триера
- •9.2. Движение зерна внутри ячеистого цилиндра
- •9.2.1. Определение границ зоны выпадения семян из ячеек
- •9.2.2. Движение частиц после отрыва от ячеистой поверхности
- •9.2.3. Зависимость формы траекторий от показателя кинематического режима работы триера
- •9.3. Обоснование основных размеров триера
- •Пример обоснования размеров цилиндрического триера
Содержание
|
Часть I |
стр. |
1. |
Обоснование основных параметров и анализ технологических свойств лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга |
3 |
2. |
Рабочее сопротивление плугов и определение числовых характеристик тягового сопротивления рабочих органов почвообрабатывающих машин |
29 |
3. |
Обеспечение устойчивости хода навесного плуга по глубине и ширине захвата |
39 |
4. |
Основные технологические показатели работы почвенной фрезы |
57 |
5. |
Изучение свойств зубового поля бороны |
68 |
6. |
Обоснование основных параметров дисковых рабочих органов почвообрабатывающих машин |
80 |
7. |
Обоснование основных параметров рабочих органов культиваторов |
93 |
8. |
Технологический процесс, осуществляемый центробежными дисковыми рабочими органами машин для внесения удобрений |
103 |
9. |
Технологический процесс, осуществляемый зерновой сеялкой |
115 |
|
Часть II |
|
1. |
Определение характеристик технологического процесса работы мотовила уборочных машин |
|
2. |
Анализ работы режущих аппаратов уборочных машин |
|
3. |
Анализ технологического процесса обмолота зерна |
|
4. |
Анализ технологического процесса выделения зерна на соломотрясе |
|
5. |
Анализ технологических показателей и обоснование режимов работы грохота уборочных машин |
|
6. |
Вентиляторы, их теория и расчет |
|
7. |
Анализ технологического процесса сушки сельскохозяйственных материалов |
|
8. |
Составление схемы очистки семян сельскохозяйственных культур |
|
9. |
Анализ технологических свойств цилиндрического триера |
|
1.0. Обоснование основных параметров и анализ технологических свойств лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга
1.1. Способы образования лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга
В фрагменте из рукописи основного положения науки "Земледельческая механика", академика В.П. Горячкина "К истории плуга" просматривается логическая схема исторического развития этого древнейшего орудия (схемы В.П. Горячкина и доктора Рау) [1].
С начала для обработки почвы использовался кривой заостренный кол (рис.1а).
Рис. 1.1. Начальная стадия развития плуга
Изображения такого орудия (рис. 1.2а) найдены при раскопках в Этрурии (Италия) и Сиракузах (Сицилия).
| |
а |
б |
Рис.1.2. Изображение бороздящего почвообрабатывающего орудия и схема его воздействия на почву
В основу работы такого орудия и схема в основу работы такого орудия был положен принцип крошения почвы клином (рис. 1.2 б).
Для повышения устойчивости плуга со временем стали подбирать такой ствол дерева, у которого помимо сука, используемого для крошения, был бы еще сук, направленный вверх для управления ходом орудия (рис.1.1б). Изображения таких орудий найдены на римских и греческих памятниках времен Юлия Цезаря.
Трудности с подбором дерева с необходимой прочностью и нужным расположением сучьев привели к изготовлению плуга из двух элементов (рис.1.1г) представляют собой уже орудия, прошедшие через века - рало (рис.1.3а), коловую соху (цапугу) (рис.1.3б) и великорусскую соху (рис.1.3в).
а - однозубое рало |
б - коловая соха |
в - великорусская соха |
Рис. 1.3. Орудия русских крестьян
Вспашки этими орудиями связаны с большими затратами труда. Пахарь должен прикладывать к рукояткам большие усилия, чтобы удерживать необходимый угол входа и обеспечивать устойчивый ход. Кроме того, при ширине захвата 18...20 см при вспашке 1 га необходимо было пройти за сохой расстояние, превышающее 50 км.
Значительно устойчивей в почве перемещался плуг, у которого к грядилю прикреплен полоз (рис.1д) римский плуг, на котором он скользит по дну борозды. Укрепленный вариант этого орудия (рис.1.1е) применялся в Италии, Греции, Южной Франции до 5 века нашей эры, а улучшенная конструкция использовалась до 17 века.
Римский плуг и его модификации удовлетворительно работал на старопахотных почвах, обеспечивая их рыхление. При вспашке задернелых участков пласт, подрезанный лемехом, необходимо было оборачивать, чтобы заделать растительные остатки. Сначала это делали вручную, а затем плоскую деревянную доску укрепили к полозу под углом к направлению движения и дну борозды. Так появился отвал.
Плоскость, расположенную под углом к направлению движения и дну борозды можно представить как поверхность трехгранного клина. Почва, взаимодействующая с трехгранным клином, будет испытывать деформацию сжатия, как и от простого двухгранного (рис.1.2б) клина с углом α.
Но кроме этого трехгранный клин может осуществить сдвиг пласта в поперечно-вертикальной плоскости за счет угла β (рис.1.3).
Рис.1.3. Трехгранный клин как элемент отвала: α - угол крошения, β - угол оборота пласта, ε - угол постановки поверхности к дну борозды |
в общем случае даже современную сложную поверхность корпуса плуга можно представить как дальнейшее развитие трехгранного клина, у которого углы α,β,γ и ε изменяются по определенными закону.
В то же время, если лемешно-отвальную поверхность разделить на ряды бесконечно малых элементов, то они окажутся элементарными трехгранными клиньями.
Дальнейшее развитие плуга прежде всего шло по линии совершенствования отвала. Рост торговых и ремесленных городов в 16...17 веках вызвал повышение спроса на хлеб. Районом наиболее интенсивного роста было побережье Балтийского моря (Голландия, Бельгия, Роттердам).
Здесь впервые для обработки использовали железный отвал (брабантский плуг), объединили лемех и отвал в одно целое (ротердамский плуг) и придали лемешно-отвальной поверхности, англичанин Бейли в 1795 году по скрученному пласту создал геликоидальный (винтовой) отвал (рис.1.4).
В 1797 г. президентом США Т. Джефферсоном был предложен отвал, построенный на основе гиперболического параболоида (рис.1.5).
Рис.1.4. Геликоидальный отвал |
Рис.1.5. Гиперболический параболоид |
Поверхность гиперболического параболоида получается при перемещении прямой линии АВ параллельно плоскости ZOY по направляющим прямым АС и ВД. От геликоида гиперболический параболоид отличается законом изменения угла β.
Необходимо отметить, что геликоид и гиперболический параболоид в чистом виде не могут быть использованы для лемешно-отвальной поверхности, так как при обороте пласт опирается на почву разными гранями.
В 1832 г. итальянские аббаты Лямбручини и Ридольфи предложили использовать для отвала поверхность, состоящую из двух геликоидов, соответствующих вращению пласта вокруг разных ребер (рис.1.6, 1.7). Отвалы винтового типа не обеспечивают качественного крошения пласта. В 1827 г. братья Ваверки из Богемии предложили использовать цилиндрическую (рухадловую) поверхность (рис.1.8).
Хорошее качество крошения обеспечивается у этой поверхности за счет непрерывного плавного увеличения угла крошения почвы.
Цилиндрическая поверхность образуется за счет перемещения прямолинейной горизонтальной образующей АВ по направляющей кривой СВ с постоянным углом γ наклона образующей к стенке борозды (рис.1.8).
Недостатком цилиндрической поверхности является неудовлетворительный оборот пласта, так как угол оборота пласта β<90° (рис.1.10а). Устранение этого недостатка осуществлено в Германии немецким механиком Рудольфом Сакком. Им была введена цилиндроидальная поверхность, близкая к поверхности современного культурного типа (рис. 1.9).
У цилиндроидальной поверхности угол наклона горизонтальных образующих к стенке борозды γ при перемещении по направляющей кривой ВС непрерывно изменяется. За счет увеличения угла верхних образующих создается подгиб крыла, способствующий улучшению оборачивающей способности корпуса плуга (рис.1.10б).
Цилиндроидальный отвал может иметь различные размеры, закономерности развития углов и пределы их изменения. Поверхность может быть крутой или пологой по отношению к дну борозды.
В зависимости от этого у отвала могут меняться технологические свойства - крошащая или оборачивающая способность.
Рис.1.7. Взаимодействие почвы с совокупностью клиньев | |
Рис.1.6. Комбинированный геликоид |
Рис. 1.8. Цилиндрический отвал |
|
Рис. 1.9. Отвал цилиндроидального типа |
а |
б |
Рис. 1.10. Угол оборота пласта у цилиндрической (а) и цилиндроидальной (б) поверхностей
Цилиндроидальная поверхность может быть получена и другим методом, например, путем перемещения горизонтальной прямолинейной образующей по двум направляющим кривым, одна из которых расположена в плоскости полевого обреза, а другая - в сечении, перпендикулярном к лезвию лемеха (рис.1.11).
Рис.1.11. Способ образования цилиндроидальной поверхности по двум направляющим кривым |
При замене одной из направляющих прямой линией можно получить поверхность, по своей форме являющуюся переходной между цилиндроидальными и винтовыми отвалами, так называемый коноид (рис.1.12).
Рис. 1.12. Коноид как основа лемешно-отвальной поверхности |
Академик В.П. Горячкин, много занимавшийся исследованиями плужных корпусов, пришел к выводу, что цилиндроид в общем виде довольно близко приближается к отвалам существующих плугов, обеспечивающих высокое качество работы. Очень редко среди отвалов встречается цилиндрический и еще реже коноид.
На основе цилиндроидальной поверхности в нашей стране были созданы корпусы культурного и полувинтового типов, получившие широкое распространение в сельскохозяйственном производстве.
Недостатки цилиндроидальных отвалов стали проявляться в связи с переходом пахотных агрегатов на высокие рабочие скорости. Повышение тягового сопротивления и неоправданная дальность отбрасывания почвы в этих условиях вызвала необходимость поиска новых форм лемешно-отвальной поверхности. Прежде всего у скоростных плугов были изменены параметры цилиндроидальной поверхности - уменьшены углы постановки к дну и стенке борозды, использована новая форма закономерности изменения углов γ.
Наряду с этим появились и новые формы отвалов. Прежде всего это, так называемые, развертывающиеся поверхности. Так как такие поверхности получаются перегибом плоского листа около сети прямых линий, расположенных в определенном порядке, то пласт, прилегая к такой поверхности, будет деформироваться без образования разрывов и складок. Примером такого подхода к созданию лемешно-отвальной поверхности является корпус, представляющий собой сочетание плоскости, двух усеченных конусов с вершинами, лежащими по разные стороны от отвала и цилиндра верхней части.
Рис.1.13. Корпус скоростного плуга с развертывающейся поверхностью: S1B1A1 - нижний конус; S1Д1С1 - верхний конус; АВСД - цилиндр верхней части отвала |
Обоснование основных параметров лемешно-отвальной поверхности
Размеры лемешно-отвальной поверхности прежде всего зависят от глубины обработки а и ширины пласта в. Теоретическая профиль борозды определяет контур рабочей поверхности в поперечно-вертикальной плоскости.
Если считать, что при обработке геометрическая форма пласта не изменится, то пласт АВСД (рис. 1.14) после поворота сначала вокруг грани А, а затем Д будет уложен на ранее отваленные пласты под углом δ к горизонту.
Рис. 1.14. Схема оборота пласта
Угол наклона пласта к горизонту δ зависит от соотношения размеров пласта. Из рис.1.14 следует, что
. (1.1)
Если отношение ширины пласта к глубине обозначить коэффициентом
, то (1.2)
. (1.3)
Из уравнения (1.3.) следует, что с изменением глубины вспашки изменится и угол наклона пласта. Предельный наклон пласта находят из условия устойчивости отваленного пласта. Обычно при вспашке центр тяжести отваленного пласта расположен правее точки D (рис.1.15а). В этом случае под воздействием силы тяжести пласт прижат к ранее отваленному пласту и сохраняет устойчивое положение. С увеличением глубины вспашки угол наклона пласта возрастает, и при некотором, предельном значении, . центр тяжести пласта может оказаться на одной вертикали с точкой (рис.1.15б). Это и будет предельно устойчивое положение пласта, т.к. при дальнейшем увеличении глубины пласт опрокинется обратно в борозду.
Рис.1.15. Условие устойчивого положения пласта
Треугольники и(рис.1.15б) подобны, т.к. все стороны одного из них взаимно-перпендикулярны сторонам другого и следовательно, все их углы равны. Из подобия треугольников следует
,
но т.к. ;;;,
то ,
отсюда .
Разделив правую и левую части на а2, будем иметь
. (1.4)
Корнем этого уравнения является Кпред.=1,27. Значение Кпред. используется для определения предельной глубины вспашки
. (1.5)
В случае вспашки почвы плугом с предплужником задача определения угла наклона отвального пласта и предельного значения Кпред. несколько усложняется (рис.1.16).
Рис.1.16. Схема оборота пласта плугом с предплужником.
Как правило, а1=0,5а; b2=2b/3, тогда
. (1.6)
Следовательно, при вспашке с предплужником пласт оборачивается полнее и отвальный пласт сохраняет большую устойчивость. Вычисление предельно-малого значения Кпред. показало, что центр тяжести сечения пласта окажется на вертикали при К=0,94, а рекомендуемое значение Кпред=1,14...1,25.