Розділ 7

під кутом 45° до напрямку руху. При цьому, згрібаючи, колеса зна- ходяться всередині кута, утвореного секціями, і повернуті до трак- тора. На ворушінні секції встановлюють кутом уперед, повернувши їх навколо шарнірів опорних труб на 90°, у цьому разі ліва і права секції можуть працювати незалежно одна від одної. Валки оберта- ються однією секцією машини.

Роторні граблі формують поздовжній валок, зсуваючи траву дво- ма секціями вбік (рис. 7.5). Їхні робочі органи — ротори 8, які обер- таються з кутовою швидкістю ω, містять кілька граблин з пальцями 3. Ротори приводяться в обертання валом відбору потужності трак- тора. Граблини обертаються разом з роторами і повертаються копі- ювальним механізмом відносно своїх осей.

При згрібанні пальці опускаються і, захоплюючи траву (зони c1c2 ), зсовують її до центра. В зонах d1d2 граблини піднімаються і

пальці виходять із контакту з валком. Для зменшення розкидання рослин передбачено щитки 10.

7.2.Обґрунтування параметрів і режимів роботи поперечних граблів

Одним із основних умов зменшення втрат сіна, яке згрібається, є формування валка скручуванням шару сіна, а не звантаженням його попереду зубів. Форма зуба істотно впливає на формоутворення валка.

Скручування сіна із прокосів у валок сприяє кращому збережен- ню листків, які мають найбільшу кормову цінність. Для скручуван- ня сіна потрібно забезпечити його піднімання по грабельному зубу на значну висоту або на великий критичний кут підйому αкр (кут

Рис. 7.6. Сили, які діють на часточку сіна під час згрібання

між дотичною до грабельного зуба в точці максимального під- німання часточки трави і ґрун- том); скручування сіна після йо- го піднімання на кут αкр.

У процесі формування пра- вильного валка вирішальним є початковий момент піднімання сіна по грабельних зубах до яко- мога більшого кута α. Цей мо- мент залежить від геометрії зу- ба, і в подальшому на процес формування валка форма зуба істотно не впливає.

314

Основи теорії та розрахунку робочих органів для згрібання … сіна

Розглянемо сили, які діють на сіно при згрібанні, і проаналізує- мо вплив форми зуба на формування валка. На часточку сіна при згрібанні діють: Q — вага часточки, Н, при цьому Q = mg (m — ма-

са часточки, кг); Р — сила опору сіна згрібанню, Н; Рін — сила інер-

ції, яка притискує часточки сіна під час їх піднімання до зубів граб- лів, Н; N — нормальна реакція зуба, Н; F — сила тертя сіна по зу-

бу, Н (рис. 7.6).

У першому наближенні візьмемо P = const. Закон зміни сили Р потрібно встановити на основі експериментальних даних. Відповід- но сили інерції та тертя становлять

Pін = mρω2 = mv2 /ρ,

де ρ — радіус кривини форми зуба граблів, м; ω — кутова швидкість обертання маси часточки, рад/с; v — колова швидкість маси часточ- ки, м/с;

F = fN = f (Qcosα + P sinα + mv2 /ρ),

де f — коефіцієнт тертя сіна по зубу граблів; α — кут підйому маси часточки, град.

Якщо криву, яка описує форму зуба, задано рівнянням у поляр- них координатах r = f(ϕ), то радіус кривини визначатиметься як

ρ = f 2 (ϕ) + f ′2 (ϕ) 3 / 2 f 2 (ϕ) + 2f ′2 (ϕ) − f(ϕ)f ′′(ϕ) .

Диференціальне рівняння руху часточки сіна по поверхні зубів у натуральній системі координат має вигляд

mdv/dt = P cos α – Q sin α – F,

або

mdv / dt = P cos α −Q sin α − f(Q cosα + P sin α + mv2 / ρ).

Проте в процесі роботи кут α — змінний і дорів-

нює α = ϕ + µ (рис. 7.7). На рисунку наведено такі по- значення: ϕ — початковий кут підйому маси часточ- ки, град; r — відстань від кінця зуба до початкової точки, м; µ — приріст кута підйому, град. Оскільки

sin µ = rdϕ/ds, a	cos µ =
= dr/ds, матимемо	Рис. 7.7. Схема для визначення кута α

315

Розділ 7

sin α = sin(ϕ + µ) = sin ϕcosµ + cosϕsin µ = cos α = cos(ϕ + µ) = cosϕcosµ − sin ϕsin µ =

dr / dssin ϕ + rdϕ/ dscos ϕ; dr / dscosϕ − rdϕ/ dssin ϕ.

Якщо знехтувати силою інерції, тобто взяти mv2 / ρ = 0, то mdv/ dt = (P − fQ)cosα −(Q + fP)sin α.

Введемо позначення: А = Р – fQ і В = Q + fP і, враховуючи, що ds/dt = v, зведемо останнє рівняння до вигляду

m dv ds = ( A cos ϕ − B sin ϕ)dr −( A sin ϕ + B cosϕ)rdϕ,
dt
або
mvdv = ( A cos ϕ − B sin ϕ)dr −( A sin ϕ + B cosϕ)rdϕ.
Тоді
mv2 / 2 = ∫( A cos ϕ − B sin ϕ)dr − ∫( A sin ϕ + B cosϕ)rdϕ.	(7.1)

Змінними величинами рівняння (7.1) є: v, ϕ, r. Розв’язавши рів- няння (7.1) для кількох варіантів форми зуба граблів, порівнюють отримані швидкості піднімання часточки сіна по зубу і вибирають ту форму зуба, яка забезпечує найкраще виконання технологічного процесу — утворення якісного валка сіна.

Наприклад, форму зуба виконано за формою архімедової спіралі, тобто r = aϕ. Тоді dr = adϕ i

mv2 / 2 = ∫( A cos ϕ − B sin ϕ)adϕ −∫( A sin ϕ + B cos ϕ)aϕdϕ.

Якщо форма зуба описується логарифмічною спіраллю, рівняння якої дорівнює r = aenϕ, то dr = anenϕdϕ.

Знаючи сили, які діють на сіно при згрібанні, можна знайти гра- ничний кут підйому сіна по зубу граблів αкр із умови, що нормальна

реакція N з боку зуба на сіно дорівнює нулю. Тоді сіно почне падати вниз або закручуватися. Запишемо цю умову:

N = Q cosαкр + P sin αкр + mv2 / ρ = 0.

Виконавши відповідні перетворення та замінивши Q на mg, отримаємо

cos αкр + mv2 / mgρ = −(P / Q)(1 − cos2 αкр)1/ 2.

При цьому, ввівши позначення A = v2 / gρ і B = P / Q, визначимо

cos αкр + A = −B(1 − cos2 αкр)1 / 2 ,

316

Основи теорії та розрахунку робочих органів для згрібання … сіна

або

		2	−( A	2	− B	2	)(1 + B	2	1 / 2	(1 + B	2
cos αкр = −A ±	A								)			) .

Робоча ділянка стандартного грабельного зуба є комбінацією нижньої прямолінійної ділянки завдовжки близько 100 мм і дуги кола. Кут нахилу прямолінійної ділянки до поверхні ґрунту виби- рають із умови ковзання трави на цій ділянці (рис. 7.8).

Ця умова набере такого ви- гляду:

P cos α0 > Q sin α0 + F,

або

P cos α0 > Q sin α0 +	Рис. 7.8. Схема для визначення кута
	нахилу до горизонту прямолінійної
+ tg ϕ(Q cos α0 + P sin α0 ),	ділянки зуба

де ϕ — кут тертя сіна по матеріалу ділянки, град.

Розділимо обидві частини нерівності на P cos α0 і позначимо від- ношення Q / P через b. Після перетворення отримаємо

tg α0 < (1 −btg ϕ) /(b + tg ϕ),

де tg ϕ = 0,4...0,5 — коефіцієнт тертя пухкої рослинної маси по сталі. Якщо знехтувати вагою трави, тобто взяти Q = 0, то умова набере

вигляду

tg α0 <1/ tg ϕ.

За результатами досліджень І.А. Долгов установив, що критичні кути підйому шару сіна по спіральних зубах незначно відрізняють- ся між собою. Порівняно зі стандартними спіральні зуби забезпечу- ють інтенсивніший приріст кута підйому сіна в початковий момент, що зменшує час контакту шару зі стернею і втрати сіна при згрі- банні, а також сприяє більшому завертанню сіна. Профілі валків цілинно-степового сіна (врожайність 23 ц/га), сформовані попере- чними граблями з різною формою зуба, показали, що форма зуба,

яку виконано за логарифмічною спіраллю r = r0enϕ, забезпечує

кращу форму валка: зменшує його ширину, збільшує висоту і з цієї причини вдвічі збільшує масу одного погонного метра валка. Рів-

няння логарифмічної спіралі для зуба має вигляд r = 30,5e0,364ϕ.

На утворення валка правильної форми істотно впливає не тільки профіль зуба граблів, а й траєкторія кінця зуба при його підніманні та опусканні.

317

Розділ 7

У поперечних граблях існуючих конструкцій грабельний брус піднімається за рахунок сили зчеплення коліс машини з ґрунтом або за допомогою гідравлічних засобів, а опускається — під дією ва- ги грабельного апарата.

Траєкторію піднімання і опускання кінця зуба граблів показано штрихпунктирною лінією на рис. 7.9. Грабельний брус піднімається за половину обертання ходового колеса машини. Якщо граблі не рухаються, тобто стоять на місці, то траєкторією піднімання кінця зуба буде коло. Знаючи розміри ланок механізму піднімання грабе- льного бруса, можна графічно знайти відповідне положення кінця зуба на колі для кожного кута повороту кривошипа. Якщо точки кі- нця зуба на колі змістити по горизонталі на величину переміщення машини за час, який відповідає повороту кривошипа, то отримаємо дійсну траєкторію кінця зуба при підйомі.

Рис. 7.9. Побудова траєкторії піднімання і опускання кінця зуба поперечних граблів

Траєкторію кінця зуба при опусканні отримаємо, розмірковуючи таким чином. Якщо граблі стоять на місці, тобто не рухаються, то траєкторією кінця зуба при падінні є коло. Траєкторією центра тя- жіння грабельного бруса також є коло радіусом r, який у крайніх

положеннях складає з вертикаллю кути ϕ0 і ϕ1. Розділимо дугу ко-

ла центра тяжіння на однакові відрізки, які характеризуватимуться центральними кутами. Знайдемо проміжки часу t1 , t2 , t3 ,..., tn , які

відповідають певним кутам повороту центра тяжіння при падінні. На стільки ж рівних частин розділимо кут повороту кінця зуба і відповідно знайдемо положення кінця зуба, коли граблі стоять на місці. Потім від отриманих точок кінця зуба по горизонталі відкла- демо відрізки шляху, які проходить машина за знайдений час vмt1,

vмt2, vмt3, ..., vмtn. З’єднавши отримані точки штрихпунктирною лі- нією, отримаємо траєкторію кінця зуба при падінні.

318

Основи теорії та розрахунку робочих органів для згрібання … сіна

Щоб визначити час падіння центра тяжіння грабельного бруса, складемо диференціальне рівняння його руху (див. рис. 7.9):

Jdϕ/ dt = ∑M = mgr cos(π/ 2 − ϕ),

де J — момент інерції бруса, кг•м/с; М — момент сили, Н•м; r — ра- діус точки центра тяжіння, м; ϕ — кут повороту точки центра тя- жіння, град; т — маса бруса, кг; ω — кутова швидкість повороту бруса, рад/с.

Оскільки dϕ = ωdt, звідки dt = dϕ/ω, отримаємо

Jωdω = mgrsin ϕdϕ.

Звідси

∫ωdω = (mgr / J )∫sin ϕdϕ.

Зінтегрувавши останній вираз, матимемо

ω2 / 2 = −(mgr / J )cos ϕ +C .

(7.2)

Визначимо довільну сталу С із початкових умов: при ω = 0 маємо ϕ0 = ϕ. Тоді C = (mgr/J cos ϕ0), a рівняння (7.2) набере вигляду

ω2 / 2 = (mgr / J(cos ϕ0 − cos ϕ).

Для того щоб знайти час падіння центра тяжіння грабель-

ного бруса, у		вираз			dt = dϕ/ω			підставимо значення
ω = [(2mgr / J )(cos ϕ0 − cos ϕ)]1 / 2					і зінтегруємо отримане рівняння від
ϕ0 до ϕ. Отримаємо
	ϕ		[						1 / 2
	⌠					0
t =	⌡	dϕ/					− cos ϕ)		]	=
				(2mgr / J)(cos ϕ
	ϕ0
				1 / 2	ϕ	dϕ/(cos ϕ			1/ 2		.
					⌠
= 1 /(2mgr / J )								− cos ϕ)
					⌡		0
					ϕ0

Цей інтеграл є еліптичним і вираховується за спеціальними таб- лицями або з використанням прикладних програм для ПК.

Траєкторія кінця зуба при підніманні та опусканні грабельного бруса має бути такою, при якій сформований валок сіна не порушу- ється і не розтягується. При опусканні кінця зуба його траєкторія не повинна бути дуже пологою і витягнутою, що, як правило, відбува- ється зі збільшенням поступальної швидкості машини. У цьому разі частина сіна залишається в прокосах і не сформується у валок. З цієї причини поперечні граблі не пристосовані для роботи на під- вищених швидкостях машини.

319

Розділ 7

7.3.Обґрунтування параметрів і режимів роботи колісно-пальцьових граблів

Колісно-пальцьові граблі призначені для згрібання пров’яленої трави із прокосів у валки, перевертання трави в прокосах і обертан- ня валків сіна. Розрізняють два типи граблів: із колесами, які штов- хає енергетичний засіб; із колесами, які тягне енергетичний засіб. Граблі першого типу начіплюють спереду, а другого — ззаду енер- гетичного засобу, тобто трактора.

Граблі складаються з однакових за конструкцією правої і лівої секцій, які можуть виконувати технологічний процес незалежно од- на від одної. Ширина захвату двох секцій при згрібанні сіна стано- вить 6 м, а при перевертанні внаслідок перестановки секцій збіль- шується до 7 м. Праву секцію граблів другого типу показано на рис. 7.10. Секція складається з рами 1, опорної труби — штанги 2, опор- них пневматичних коліс 3, робочих пальців коліс 4, кількість яких дорівнює шести, кожне з яких посаджено на підпружинену вісь 5, механізму піднімання колеса з трубою та рукояткою 6, рами зчіпки 7 з двома центральними робочими колесами. Пневматичні колеса розміщені ступінчасто під кутом до напрямку руху граблів. Кожне колесо має вигнуту вісь, яка шарнірно з’єднана зі штангою. Між віс- сю та штангою встановлено пружини, які зменшують тиск пальців на землю і, отже, спрацювання пальців і тягове зусилля.

Пальцьове колесо (рис. 7.11) складається з каркаса 1, роликової втулки 2 і пружинних пальців 3, які відігнуті назад для того, щоб із них краще сходило сіно. Під час руху агрегату пальцьові колеса, які торкаються землі, обертаються і завдяки своєму розміщенню під кутом 45…50°

Рис. 7.10. Схема правої секції колісно-	Рис. 7.11. Пальцьове колесо
пальцьових граблів

320

Основи теорії та розрахунку робочих органів для згрібання … сіна

до напрямку руху переміщу-
ють сіно вбік.
Опір сіна згрібанню, який
діє на колесо, тобто силу Р,
показано на рис. 7.10. Роз-
клавши силу Р на дві скла-
дові P1 і P2 , визначимо, що
сила P1 діє в площині колеса
і створює крутний момент,
який обертає колесо, а сила
P2 діє перпендикулярно до
площини колеса і сприйма-	Рис. 7.12. Розміщення коліс
ється його втулкою та віссю.	під час ворушіння трави

Із трикутника швидкостей випливає, що сіно переміщується до вал- ка коротшим шляхом порівняно з боковими граблями, оскільки аб- солютна швидкість v кінця зуба відхилена від напрямку руху на більший кут γ. Унаслідок цього зменшуються втрати найпоживні- ших складових частин трави. За даними однієї з дослідних станцій США, втрати листків люцерни при згрібання барабанними боковими граблями становили 24…27 %, а колісно-пальцьовими — 13,7 %.

Колісно-пальцьові граблі мають також інші переваги: в результаті незалежної підвіски кожного колеса пальці копіюють поверхню поля,

	забезпечуючи якісну чис-
	тоту згрібання; утворюють
	більш однорідний за роз-
	мірами валок;				можуть
	працювати під час вітру;
	використовуються				для
	ворушіння трави в проко-
	сах (рис. 7.12); можуть
	працювати на швидкостях
	до 20 км/год. Проте вони
	недостатньо			ворушать
	високоврожайні трави.
	Основними			парамет-
	рами колісно-пальцьових
	граблів є траєкторія кін-
	ця	пальця,		абсолютна
	швидкість,		відстань між
	осями і площинами коліс,
	кількість коліс. Щоб ви-
	значити параметри, вве-
Рис. 7.13. Схема для визначення основних	демо	такі		позначення
параметрів колісно-пальцьових граблів	(рис.	7.13):	R —		радіус

321

Розділ 7

обертання кінця пальця, м; ω — кутова швидкість обертання коле- са, рад/с; vм — поступальна швидкість машини, м/с; α — кут між

напрямком переносної швидкості машини vм і площиною обертання

колеса, рад; β — кут між пальцями, рад; h — висота стерні, м; В — ширина захвату граблів, м; n — кількість пальцьових коліс на граб-

лях, шт.; t0 — час повороту колеса на кут β = ϕ/2, с; vмt — шлях,

який проходить машина за час t повороту колеса, м.

У процесі згрібання трави пальці колісно-пальцьових граблів виконують складний рух — вони переміщуються за напрямком пе- реносної швидкості та обертаються навколо осей коліс.

За початок відліку беремо положення радіуса колеса O1′B′. Рів- няння руху кінця пальця в параметричній формі має такий вигляд:

x = Rsin ωt −vмt cos(π − α) = Rsin ωt +vмt cosα; y = vмtsin α; z = R − R cos ωt = R(1 − cosωt).

Проекції абсолютної швидкості кінця пальця на осі координат становлять:

		vx = dx / dt = Rωcosωt +vм cosα;
	vy = dy / dt = vм sin α;		vz = dz / dt = Rωsin ωt.
Абсолютна швидкість кінця пальця
v = (v2	+v2	+v2 )1 / 2 = (R2ω2 cos2	ωt + 2Rωv cosωt cos α +v2		cos2 α +
x	y	z	м	м
+v2 sin2 α + R2ω2 sin2 ωt)1 / 2 = (R2ω2 + 2Rωv				cos ωt cosα +v2 )1 / 2.
м			м		м

Висота гребеня, яку визначаємо як hгр = R – R cos β = R(1 – cos ϕ/2),

не повинна перевищувати висоту стерні h, яка становить 40…60 мм. Радіус коліс по кінцях пальців R = 600…700 мм. Відстань між осями коліс L визначають із умови, що точка виходу C′ пальця

першого колеса має бути точкою входу пальця D′ другого колеса. Тоді

L = B′C′ +C′E′ + E′K ′.

Оскільки B′C′ = E′K ′ = Rsin(ϕ/ 2), a C′E′ = D′E′ = R(ϕ/ 2), отрима-

ємо L = R(ϕ/ 2) + 2Rsin(ϕ/ 2).

Відстань між площинами коліс становитиме

L1 = C′E′tg(π − α) = −[R(ϕ/ 2)]tg α.

Під час розрахунку беремо абсолютне значення відстані між площинами коліс L1 , тобто без знака «мінус».

322

Основи теорії та розрахунку робочих органів для згрібання … сіна

Кількість пальцьових коліс визначимо залежно від ширини за- хвату машини: B = nAC sin(π − α) = n2Rsin(ϕ/ 2)sin α, звідки

n = B /[2R(ϕ/ 2)sin α].

Для існуючих конструкцій машин ϕ = mβ, де m — будь-яке парне число; β = 7…9°.

7.4.Обґрунтування параметрів

ірежимів роботи пресів

Залежно від природно-кліматичних і господарських зон застосо- вують різні способи заготівлі кормів. Вибираючи їх, ураховують умови збирання, урожайність культури, розміри площ, які потрібно зібрати, вид і поголів’я тварин та інші специфічні чинники.

Спосіб заготівлі пресованого сіна прогресивніший порівняно з іншими способами. Траву після скошування, підсушування в проко- сах і згрібання підбирають з одночасним пресуванням. Кипи (тюки) сіна транспортують до місця зберігання і вкладають у штабеля.

Переваги заготівлі сіна підбиранням його із валків з одночасним пресуванням в кипи такі: підвищується якість сіна; зменшуються втрати в процесі заготівлі і зберігання; скорочуються витрати на транспортування і зберігання сіна; полегшується процес дозування сіна при його роздачі тваринам; скорочується тривалість сушіння, оскільки для пресування можна підбирати сіно вологістю до 25 %. Крім того, комплекс машин, до якого входить прес-підбирач, знижує витрати праці в 2,5 – 4,0 рази порівняно з іншими машинами.

Низька щільність пресування сіна і соломи рекомендується для північних, північно-західних районів лісолугової зони і для полив- них ділянок степової зони і допускається при пресуванні маси воло- гістю до 40 %. Спресовану масу в подальшому досушують у спеціа- льних установках. Середня щільність пресування сіна і соломи придатна для центральних районів лісолугової зони, допустима во- логість при пресуванні 25 %. Висока щільність пресування може бути за вологості маси не більше ніж 22 % у степових зонах.

Прес-підбирачі застосовують для підбирання сіна (соломи) із вал- ків, пресування підібраного матеріалу в пресувальній камері і зв’язування утворених тюків.

Ці машини можуть формувати тюки двох видів — прямокутних і циліндричних. Прямокутні тюки утворюються при дії на сіно порш- ня, а циліндричні — закрученням маси в рулони.

У свою чергу, за формою утворення кип прес-підбирачі поділя- ють на поршневі та рулонні; за характером руху поршня — на преси з прямолінійним зворотно-поступальним рухом поршня та зі зворот-

323

Розділ 7

но-коливальним рухом поршня по дузі кола; за напрямком подачі пресувального матеріалу в пресувальну камеру — на преси з боко- вою, верхньою та фронтальною подачами; залежно від ступеня ущі- льнення маси матеріалу — з низькою (до 100 кг/м3), середньою (100…200 кг/м3) та високою (до 300 кг/м3) щільністю пресування.

Крім того, за характером агрегатування прес-підбирачі бувають стаціонарні, причіпні, напівнавісні, навісні і самохідні. Робочі орга- ни можуть приводитися в рух від вала відбору потужності трактора або стаціонарного енергетичного засобу.

Поршневі преси пресують тюки прямокутного перерізу різної до- вжини (0,5…2,5 м). Поршень 4 (рис. 7.14, а), який здійснює зворот- но-поступальний рух, стискує масу в пресувальній камері Е, утво- реній корпусом 2, торцем поршня і попередньо спресованою масою 1 рослин.

Рис. 7.14. Схема поршневих пресів з подачею:

а — боковою; б, в — нижньою; 1 — пресована маса; 2 — корпус; 3 — набивач; 4 — поршень

Залежно від напрямку маси в пресувальну камеру розрізняють преси з боковою, нижньою або верхньою подачею. При боковій по- дачі конструкція преса ускладнюється, потік маси тричі (ліній швидкостей v – u – c) змінює напрямок. Найбільше використовують преси з боковою подачею, які підбирають сіно або солому з валків

завширшки до 1,4 м і формують прямокутні	тюки розміром
0,36 × 0,5 × 1,0 м (об’єм 0,17…0,19 м3), щільність	пресування до

150 кг/м3, маса тюка — 27…30 кг. У пресах з нижньою подачею масу попередньо порційно пресують, стискуючи набивачем 3 у камері, яку утворено стінками каналу D і нижньою стінкою поршня 4, або упорами, встановленими в камері. Сформовані три порції надходять у зону дії поршня, де вони остаточно ущільнюються в камері пресу- вання Е до заданої щільності. Такі преси компактніші порівняно з пресами з боковою подачею, потік маси в них змінюється в напрям- ку швидкостей u і с.

Преси з подвійним ущільненням застосовують для формування тюків великої маси — до 600 кг і розмірами 0,7 × 1,2 м (1,0…2,4 м3).

Рулонні преси, основними робочими органами яких є конвеєр, барабан і пресувальні паси, бувають з постійною і змінними каме-

324