Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

При гострих (30…45 мкм) різальних кромках сегмента потужнос- ті на приведення ножа в рух витрачається на 25…50 % менше, ніж при тупих (100…130 мкм).

Потужність, яка потрібна для роботи косарки, у 2 – 3 рази більша від потужності на приведення в дію різального апарата і становить 1,4…2,1 кВт на 1 м ширини захвату.

Потужність на переміщення пальцьового бруса косарки

Nп = Fпvм,

(5.67)

де Fп — зусилля опору переміщенню пальцьового бруса по стерні; vм — швидкість машини.

При цьому

Fп = f(Q1 +Q2 ) + ВTп,

(5.68)

де f = 0,3…0,5 — коефіцієнт тертя пальцьового бруса по ґрунту; Q1 = 250…350 i Q2 = 80…150 — зусилля тиску на ґрунт відповідно

внутрішнього і зовнішнього башмака, Н; B — ширина захвату ко- сарки, м; Тп = 80…100 — питомий опір проникненню різального

апарата у смугу стеблостою, Н/м.

5.3.4.Ротаційні різальні апарати з вертикальною віссю обертання. Типи. Основи теорії та розрахунку

Ротаційні різальні апарати безпідпірного різання з вертикаль- ною віссю обертання (див. рис. 5.19, г, ж) відомі з 1799 р. У цьому році англійський фермер Бойс запропонував конструкцію косарки- жатки, яка мала вигляд горизонтального диска із шістьма серпами. Диск закріплювався на вертикальному валу, який обертався від хо- дового колеса жатки через дві пари конічних шестерень. Подаль- ший розвиток таких апаратів здійснили Глаустон (1805 р.), Лєвшин і Сміт (1811 р.), брати Хитрові (1845 р.) та інші винахідники. Впер- ше у колишньому СРСР ротаційну косарку почали виготовляти ли-

ше в 1974 р.

Істотною відмінністю ротаційних різальних апаратів косарок від апаратів зі зворотно-поступальним рухом ножів, згідно з принципом зрізу, є те, що ротаційні апарати здійснюють безпідпірний зріз, тобто без застосування протирізальних або підпірних елементів. При цьому швидкість ножів становить 60…80 м/с, тоді як в апаратах зі зворотно- поступальним рухом ножів середня швидкість може дорівнювати приблизно 3 м/с. Крім цього, ротаційний різальний апарат забезпе- чує скошування травостою незалежно від його стану (полеглий, висо- коврожайний) при великій швидкості косарки (до 15 км/год), причому її швидкість обмежується швидкістю трактора і умовами роботи трак- ториста, що не характерно для апаратів зі зворотно-поступальним рухом ножів.

237

Розділ 5

	Схема	Ознака	Схема	Ознака
			а	За кількістю
				роторів:
		За розміщенням		а — одноро-
				торні;
	а	апарата:	б	б — дворо-
		а — фронталь-		торні;
		но; б — збоку		в — триро-
				торні;
			в	г — багаторо-
				торні
	б		г
			а	За способом
				копіювання:
	а	За розміщенням		а — нерухо-
			б	мим диском;
		приводу:		б — повер-
		а — зверху;		тальною та-
		б — знизу		рілкою; в —
				сферичним
			в	шарніром;
				г — колесами
	б
			г
	а	За типом при-	а	За способом
				регулювання
		воду:		висоти зрізу:
		а — зубчастою		а — змінною
		передачею; б —		тарілкою;
	б	клинопасовою;	б	б — колеса-
		в — гідромото-		ми; в —
		ром		центральною
				тягою
	в		в

238

Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

Схема	Ознака	Схема	Ознака
а
	За формою ро-	а	За розмі-
б	тора:		щенням ро-
	а — дискові;		тора відносно
	б — конічні;		горизонту:
	в — циліндрич-		а — парале-
	ні; г — цилінд-		льно; б — під
в	рично-конічні		кутом
		б
г
а	За розміщенням
	лінії центрів		За напрям-
	ротора:	а	ком обертан-
	а — перпенди-		ня роторів:
б	кулярно до vм;		а — із зустрі-
	б — під кутом		чним; б — в
	до vм; в — ком-		один бік
	біновано до vм	б

в

Рис. 5.37. Класифікаційні ознаки ротаційних різальних апаратів з вертикальною віссю обертання

Типи. Ротаційні різальні апарати з вертикальною віссю обертан- ня застосовують у косарках для скошування природних і сіяних трав, обкошування обочин доріг, схилів і берм меліоративних каналів то- що. Класифікаційні ознаки таких апаратів наведено на рис. 5.37.

Основи теорії та розрахунку. Траєкторія абсолютного руху ножа. Маємо ротор у вигляді круглого диска з чотирма ножа- ми. Позначимо: R — радіус ротора по кінцевих точках ножа (рис.

5.38), r — радіус елемента, що несе ножі (диска), α — кут між суміж- ними ножами, а ножі — у вигляді прямих ліній ab і cd відповідно першого 1 і другого 2 ножів.

Беремо прямокутну систему координат. Машина зі швидкістю vм

рухається в напрямку осі х, а ротор обертається з кутовою швидкіс- тю ω за ходом годинникової стрілки.

Тоді при повороті ножа 1 на кут ωt рівняння руху для точок а і b становитимуть

239

Розділ 5

		хa = Rsin ωt +vмt;							(5.69)
		х	b	= rsin ωt +v t;
							м
				ya = R cos ωt;					(5.70)
				y	= r cos ωt.
				b
		Рівняння				руху		крайніх
		точок ножа 2 матимуть ви-
		гляд
		xc = Rsin(ωt1 −α) +vмt1;							(5.71)
		x = rsin(ωt				−α) +v t ;
		d			1		м 1
		yc		= Rcos(ωt1 − α);					(5.72)
		y		= r cos(ωt			− α).
			d			1
	Рис. 5.38. Схема до розрахунку парамет-	Задавши				значення			кута
		повороту			ωt		через		певні
	рів ротаційного різального апарата
	з вертикальною віссю обертання	проміжки і визначивши при
		цьому час t				повороту ротора

на певний кут, за відомих параметрів vм, ω і α згідно із залежностя-

ми (5.69), (5,70), (5.71) і (5.72) отримаємо траєкторії абсолютного ру- ху крайніх точок ножів 1 і 2, які мають вигляд видовжених циклоїд.

Заштриховані ділянки, обмежені циклоїдами крайніх точок обох ножів (див. рис. 5.38), визначають ділянки, на яких рослини будуть зрізані, а заштриховані хрестоподібно — холостого пробігу ножа 2 (повторного перерізання зрізаних рослин). На ділянці, обмеженій циклоїдою точки d ножа 2 і циклоїдою точки a ножа 1, рослини не будуть зрізані.

Кількість ножів. Потрібну кількість ножів на диску визнача- ють із умови уникнення огріху, тобто, коли KМ = 0 (див. рис. 5.38).

Це можливо за умови

x1a = x2d (xa = xd ),

(5.73)

тобто коли траєкторії точки a

ножа 1 і точки d ножа 2 перетнуть

вісь Ох через певний час, відповідно

π

π

t =

із

ωt =

2

;

2ω

(5.74)

= π 2 + α із ωt

= π

t

+ α

.

1

ω

1

2

240

Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

Підставивши xa і xd із залежностей (5.69), (5.71) і t та t1 із залеж- ностей (5.74) у залежність (5.73), отримаємо

Rsin π +v		π	= r sin	π + α − α			+v π 2 + α		,
2	м	2ω					м	ω
				2
звідки R − r = vм α.
ω		це	довжина l			робочої частини ножа, а
Оскільки R − r —
α = 2π/m, де m — кількість ножів, остаточно отримаємо
			m =	2πvм	.				(5.75)
				ωl

Довжина робочої частини ножа у косарках становить 40…60 мм, а кількість ножів на одному роторі — 1, 2 і 3.

Розраховуючи потрібну кількість ножів, спочатку визначають кутову швидкість ротора із умов безпідпірного зрізу рослин.

Кутова швидкість ротора. Вихідними передумовами для ви- значення кутової швидкості ротора є перші рівняння залежностей

(5.69) і (5.70), тобто

xa = Rsin ωt +vмt; ya = R cos ωt.

Оскільки швидкість ножа в напрямку осей Ох і Оу відповідно

u

=

dx

.

= Rωcosωt +v ;

a

= x

a

x

dt

м

dy .

u

y

=

a

= y

= −Rωsin ωt,

dt

a

то абсолютна швидкість ножа

. .

u

=

x2

+ y2 , або

a

a

a

u

= (Rωcos ωt +v

)2 + (−Rωsin ωt)2 , або

a

м

u =

R2ω2

+ 2v Rωcos ωt +v 2 =

(Rω±v )2 .

a

м

м

м

(5.76)

(5.77)

Із залежності (5.77) видно, що максимальне значення абсолютної швидкості ножа буде при ωt = 0, а мінімальне — при ωt = π, тобто

241

Розділ 5

ua max = Rω+vм;			(5.78)
u	= Rω−v .
a min	м

Щоб перерізати стебло без опори, абсолютна мінімальна швид- кість ножа має бути більшою або дорівнювати потрібній швидкості безпідпірного різання vp, тобто

ua min ≥ vp.

Тоді із другого рівняння залежності (5.78) випливає, що

Rω−vм ≥ vp ,
звідки кутова швидкість ротора
ω ≥	vp +vм	.	(5.79)
	R

У ротаційних косарках кутова швидкість ротора становить

150…300 с–1.

Щоб визначити ω слід знати vp і R. Швидкість машини, як пра-

вило, задають, виходячи із потрібної продуктивності машини і умов роботи.

Швидкість безпідпірного різання можна визначити для будь-якої конкретної рослини за залежністю

	vp ≥	P		,	(5.80)
		3∆tEJ	+ m
		h3	∆t

де P — зусилля, потрібне для перерізання стебла (визначають екс- периментально); EJ — жорсткість стебла; h — встановлювальна висота зрізу; m — зведена маса стебла в точку удару; ∆t — час удару.

При цьому зусилля P залежить від кута загострення ножа, гост- роти різальної кромки, кута ковзання, властивостей стебла тощо. Тому і швидкість vp для певного виду рослин і при відповідних гео-

метричних параметрах ножа буде різною. Ось чому vp, як правило,

визначають експериментально.

Так, під час різання без опори звичайним сегментом швидкість різання для люпину становить 11…15 м/с, тимофіївки — 30…35, конопель і кукурудзи — 3…10, різнотрав’я на луках — 65 м/с.

Радіус ротора. В ротаційних косарках для заготівлі кормів за- стосовують переважно 2, 4 і 6 роторів. Результати досліджень щодо вибору кількості роторів (і їх діаметра) за однакової ширини захвату

242

Рис. 5.39. До визначення відстані між ножами ротаційного різального апарата з прямолінійним поступаль- ним рухом

Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

косарки засвідчують, що за енергетичними і якісними показниками роботи ефективнішими є косарки з меншими діаметрами роторів

(0,4…0,6 м), ніж з більшими (0,7…0,8 м).

Потужність на валу відбору потужності трактора для приведення роторів косарки в рух складається із потужностей на

холостий хід Nx.x, потужності на відкидання зрізаної маси Nв та

зрізування трав’яної маси Nзр.

Для косарки КРН-2,1, яка має ширину захвату 2,1 м, з нижнім приводом чотирьох роторів за швидкості агрегату 4 м/с потужність на ВВП становить близько 17 кВт, а потужність двигуна трактора — близько 35 кВт.

5.3.5.Ротаційні різальні апарати з прямолінійним поступальним рухом ножів.

Основи теорії та розрахунку

Ротаційні різальні апарати з прямолінійним поступальним ру- хом ножів (див. рис. 5.19, д) мають вигляд нескінченної стрічки (па- са, ланцюга) із закріпленими на ній ножами. Такі апарати запро- поновані для косарок і жаток для скошування рослинної маси без підпірних елементів. Нині їх не застосовують у збиральних маши- нах, оскільки елементи, на яких закріплено ножі, провисають під дією власної ваги, внаслідок чого висота стерні буде нерівномірною. Проте винахідники продовжують удосконалювати такий апарат, адже він зарекомендував себе з позитивного боку, наприклад у бен- зопилах.

Основи теорії та розра-

хунку. Маємо сегменти, закрі- плені на стрічці на відстані S (рис. 5.39). Параметри h і α

сегментів відомі. Вибираємо систему координат хОу. Під час роботи сегменти у віднос- ному русі переміщуються в на- прямку осі х зі швидкістю ин, а

у переносному — в напрямку осі у зі швидкістю машини vм.

В абсолютному русі иа робочі

кромки сегментів зрізувати- муть рослинну масу на за- штрихованих ділянках.

Для випадку, коли траєкторія верхньої точки другого сегмента не накладається на траєкторію нижньої точки першого сегмента, буде ділянка незрізуваного стеблостою (огріх) завширшки ∆x. З ме-

243