Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
С.Г Машини / Метод_СГМ_МС / Войтюк_Теория сг машин.pdf
Скачиваний:
445
Добавлен:
07.02.2016
Размер:
5.42 Mб
Скачать

Розділ 10

..

GJк

Θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

2

x

2

y

2 .&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mx =

 

 

 

sin ωt r

fт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×

lb

 

.2

 

 

 

.2

 

 

2

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

.

. 2

&&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x + y

 

)(r x y

 

)+ (xx + yy)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

&

 

 

 

 

 

GJк

Θ

 

 

 

 

 

 

 

3EJy(l)

 

 

 

 

GJкΘ

 

 

 

 

 

 

 

 

.2

.

2

 

 

 

 

 

 

x sin ωt +

 

 

 

 

cos ωt

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

y + mx

 

 

+ my

 

+

 

 

 

 

lb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l3

 

 

 

 

 

 

 

 

lb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.&

 

&.

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

m(xx + yy)

 

+ mω2R(x cos ωt

ysin ωt)mg

r2 x2 y2

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2 x2 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Rcos ωt;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×r

+ mω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

..

 

 

3EJy(l)

 

 

 

GJкΘ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos ωt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

my

=

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&&

 

 

l3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

f

 

 

 

 

r

 

x

y

 

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

.2

.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

.

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

)(r

2

 

 

x

2

 

y

2

)

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

 

+ y

 

 

 

 

 

 

 

+ (xx + yy)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GJк

Θ

 

 

 

 

 

 

 

3EJy(l)

 

 

 

 

GJкΘ

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

x sin ωt +

 

 

 

 

cos ωt

 

 

2

2

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

y + mx

 

 

+ my

 

+

 

 

 

 

lb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l3

 

 

 

 

 

 

 

 

lb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&.

 

&.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

m(xx + yy)

 

+ mω2R(x cos ωt

ysin ωt)mg

r2 x2 y2

 

×

(10.42)

r2 x2 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Rsin ωt,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×r

mω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де m маса очисної лопаті; fт коефіцієнт тертя лопаті по поверх-

ні головки коренеплоду; ω кутова швидкість обертання привідно- го вала очисника; R радіус точки контакту C відносно осі обер- тання.

10.3.Типи та основні параметри викопувальних робочих органів

Викопувальні робочі органи для коренеплодів цукрових буряків здійснюють викопування вирізуванням (руйнуванням) шару ґрунту разом із коренеплодами (навколо коренеплодів), їх захопленням і передаванням на очисні та транспортувальні робочі органи.

400

Рис. 10.16. Схема сил, які діють на коренеплід буряка при вилученні його з ґрунту

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

Отже, робочий процес викопування коренеплодів передбачає, як мінімум, дві послідовні операції руйнування ґрунту і створення для коренеплодів потрібного зусилля вилучення.

Основні розрахунки викопувальних робочих органів зводяться до визначення геометричних параметрів елементів для руйнування ґрунту і (або одночасно) елементів, які створюють для різних за роз- мірами та формою коренеплодів зусилля вилучення.

У загальному випадку вилучення коре- неплодів буряків із ґрунту забезпечувати- меться за таких умов. Покажемо, які сили діятимуть на коренеплід буряка при його вилученні з ґрунту. Складемо схему знахо- дження коренеплоду буряка в ґрунті (рис. 10.16). Віднесемо тіло коренеплоду до сис- теми координат xOz і позначимо сили, що

діють на нього в процесі вилучення: Рв

сила вилучення; P сила опору, яку мож- на розкласти на Pz силу опору верти-

кальному переміщенню і Px силу опору

горизонтальному переміщенню. Оскільки вилучення коренеплоду відбудеться при поступальному переміщенні викопуваль-

ного робочого органа в напрямку осі х (при поступальному русі ко- ренезбиральної машини), то сила вилучення Рв відхилиться від

вертикалі на кут δ.

У проекціях на осі x, y система диференціальних рівнянь руху коренеплоду при вилученні з ґрунту матиме такий вигляд:

..

= Pв sin δ − Px ;

 

 

mx

 

&&

 

 

(10.43)

..

= Pв cos δ −mg

mz

Pz .

 

&&

 

 

 

Якщо проаналізувати друге рівняння системи (10.43), то вилу- чення коренеплоду буряка з ґрунту відбудеться за такої умови:

 

Pz

..

 

 

 

&&

 

 

P

+

m(g + z)

.

(10.44)

cos δ

 

в

 

cos δ

 

Якщо в перше рівняння замість сили опору горизонтальному пе- реміщенню Px підставити його допустиме значення [Px ], то отри-

маємо значення сили вилучення коренеплоду буряка з ґрунту за умови його непошкодження:

401

Рис. 10.17. Схема лемішного викопувального робочого органа

Розділ 10

 

[

P

 

..

 

 

 

 

&&

 

 

P

x ]

+

mx

.

(10.45)

sin δ

 

в

 

sin δ

 

Отже, вирази (10.44) і (10.45) у загальному випадку є аналітич- ними умовами вилучення коренеплоду буряка з ґрунту без пошко- дження.

10.3.1. Лемішні викопувальні робочі органи

Лемішними викопувальними робочими органами є два симетрич- но розміщені лемеші, встановлені під певними кутами один до од- ного та до напрямку руху.

Розглянемо схему лемішного викопувального робочого органа (копача) у вигляді двох спарених тригранних клинів (рис. 10.17).

Під час руху по рядку ко- ренеплодів буряків клини руйнують шар ґрунту, який разом із коренеплодами про- ходить крізь звужене русло копача, утворене внутрішніми поверхнями клинів. Оскільки клини встановлені під певни- ми кутами, то взаємодія шару ґрунту разом із коренеплодом буряка з боковими поверхня- ми клинів при їх поступаль- ному русі відбувається таким чином, що шар ґрунту стиска- ється з боків і деформується. Для коренеплодів буряків у разі подальшого їх руху між

робочими поверхнями, що звужуються, створюються відповідні зу- силля вилучення з ґрунту.

Позначимо точками A, B, C і A1 , B1 , C1 вершини кутів, що

утворюють внутрішні площини клинів, або робочі русла лемішного копача. Робочу поверхню тригранного клина віднесемо до просторо- вої системи координат xOyz таким чином, щоб вісь х збігалася з на- прямком переміщення клина, а вісь z спрямовувалася вертикально вгору. Лінії перетину площин клина з координатними площинами АВ, ВС і AC утворюють відповідні кути α, β і γ.

Якщо здійснити переріз клинів горизонтальною площиною, то кут 2γ кут атаки; поперечно-вертикальною площиною, то 2β кут розхилу; поздовжньо-вертикальною площиною, то α кут рі- зання. У цілому значення цих кутів визначають якість виконання

402

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

технологічного процесу викопування коренеплодів буряків з ґрунту. Двогранний кут ε між площинами ABC і A1B1C1 це кут макси-

мального розкриття робочої поверхні копача, а i кут відхилення

від вертикалі площини максимального розкриття. Між цими кутами існують певні співвідношення:

tg β = tg

ε

cosi;

 

 

 

 

2

 

 

 

ε

 

 

 

(10.46)

tg γ = tg

 

 

cosi;

 

2

tg α = tg i

=

tg γ

.

 

 

 

 

 

 

 

 

tg β

 

Дослідженнями встановлено, що оптимальні значення цих кутів становлять: β = 50…55°, γ = 14…15° і α = 10…15°.

Процес взаємодії робочих поверхонь лемішного копача з ґрунтом подібний до роботи двогранного клина, який було розглянуто рані- ше. Маючи кут різання α, часточки ґрунту рухаються по прямих, паралельних прямим AB і A1B1 . Якщо коефіцієнт тертя ґрунту по

робочій поверхні двогранного клина дорівнює f, то для лемішного копача це буде його зведене значення:

 

 

f

 

 

 

f

=

sin

ε .

(10.47)

 

 

 

 

2

 

 

Задня частина лемішного копача містить зазор CC1 , величина

якого має враховувати мінімальні діаметри коренеплодів буряків (особливо їхніх хвостових частин, які мають проходити крізь цей зазор без пошкодження) і становить 30…40 мм. Довжина робочого русла копача має бути не меншою за l, де

l (CC1) ctg γ.

(10.48)

Відстань між носками лемешів AA1 беруть якомога меншою,

оскільки вона визначає ширину ґрунту, яка підкопується, а тому фактично визначає кількість ґрунту, що подаватиметься в машину разом із коренеплодами буряків. Проте ця відстань зумовлює ймо- вірність пошкоджень коренеплодів у разі їх відхилення від осьової лінії рядка, ускладнює водіння коренезбиральної машини по ряд- ках буряків тощо.

Розрахункова відстань між носками лемешів має становити

AA1 = dк + 20 + 2т,

(10.49)

403

Розділ 10

де dк максимальний діаметр коренеплоду цукрового буряка; 0 = 60 мм допустиме зміщення коренеплоду від осі рядка; m

ймовірне відхилення копача від осі рядка, зумовлене точністю во- діння.

Максимальне розкриття лемешів, тобто відстань AA1, має бути

180…220 мм.

Характер деформації ґрунту під час роботи лемішних копачів ви- значається такими чинниками, як значення кута різання α, влас- тивості ґрунту тощо. Причому цілком очевидно, що при збільшенні цього кута збільшується деформація ґрунту. Проте збільшення ку- та α призводить також до зростання горизонтальних переміщень ґрунтових частин, які можуть спричинити зламування коренеплодів буряків під час їх викопування. Тому граничне значення кута різан- ня для лемішних копачів визначають за таким співвідношенням:

αmax

= 45° −

1 arctg

f

 

.

(10.50)

 

ε

 

 

2

sin

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

У разі збільшення кута різання α понад це значення зменшуєть- ся вертикальний рух частин ґрунту і різко збільшуються горизон- тальні переміщення, що призводить до втрат і пошкоджень корене- плодів буряків під час збирання.

Глибина ходу лемішних копачів у ґрунті має становити

110…120 мм.

Розглянемо взаємодію коренеплоду з поверхнями лемешів у зву- женому руслі копача і складемо диференціальні рівняння руху ко-

 

ренеплоду

при

безпо-

 

середньому

вилученні

 

з ґрунту. При цьому

 

сили взаємодії корене-

 

плоду з робочими по-

 

верхнями

клинів бу-

 

дуть подібними до сил

 

взаємодії

шару

ґрунту

 

з робочими

поверхня-

 

ми клинів. Тому вва-

 

жатимемо ці сили од-

 

наковими, а отже, ви-

 

лучення

коренеплодів

 

із ґрунту здійснювати-

 

меться під дією сил,

Рис. 10.18. Силова взаємодія коренеплоду

зображених

на

рис.

з клинами лемішного копача

10.18.

 

 

 

404

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

Складемо диференціальне рівняння руху коренеплоду. У вектор- ній формі воно має такий вигляд:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ma = N

G + NG + NI + NI

2

+Q + Rx + Rz + F1 + F2 +Gк, (10.51)

1

 

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де m маса коренеплоду;

a

 

прискорення вилучення корене-

 

 

x ,

 

 

 

відповідно горизонтальна і вертикальна

плоду з ґрунту; R

Rz

складові сили опору R зчеплення коренеплоду з ґрунтом; F1 , F2

сумарні сили тертя, які виникають під час руху коренеплоду по ро- бочій поверхні відповідно клинів A1B1C1 і A2B2C2 ; Gк вага коре-

неплоду. Очевидно, що

F1 = f1 (NG1 + NI1 ); (10.52)

F2 = f1 (NG2 + NI2 ),

де f1 коефіцієнт тертя бокової поверхні коренеплоду по поверхні

клинів.

Запишемо диференціальне рівняння (10.51) у декартовій системі координат xOyz. Оскільки складові нормальних реакцій робочих

поверхонь клинів A1B1C1 і A2B2C2 на вісь Oy однакові за значен-

ням і протилежні за напрямком, то вилучення коренеплоду з ґрунту відбувається фактично в площині xOz , а тому диференціальне рів-

няння руху коренеплоду (10.51) у векторній формі зводиться до сис- теми двох диференціальних рівнянь такого вигляду:

mx = N + N + N + N Q R + F + F ;

 

&&

G1x

G2x

I1x

I2x

x 1x 2x

(10.53)

&&

= NG

+ NG

+ NI

+ NI

 

 

mz

2z

Rz F1z F2z Gк.

 

 

1z

2z

1z

 

 

 

Визначимо проекції сил, що входять у цю систему диференціа- льних рівнянь, насамперед проекції нормальних реакцій поверхонь

клинів A1B1C1

і

A2B2C2 на осі x і z. Спочатку знайдемо проекції

 

 

 

 

 

 

 

 

 

статичних частин нормальних реакцій N

G

і NG :

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

NG tg γ

 

,

 

(10.54)

 

 

NG

= NG

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1x

2x

 

tg2γ +1 + tg2β

 

 

 

 

 

 

 

 

або

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NG

=

NG

=

 

 

G tg γ

 

 

 

 

 

;

(10.55)

2(cos θ − f sin θsin γ)

tg2

 

1x

 

2x

 

γ +1 + tg2β

 

405

Розділ 10

 

 

 

 

 

NG tg β

 

 

,

 

 

NG

= NG

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1z

2z

 

tg2γ +1 + tg2β

 

 

 

 

 

або

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NG

= NG

=

 

 

Gtg β

 

 

 

. (10.56)

2(cos θ − f sin θsin γ)

tg2

 

1z

2z

 

γ +1 + tg2β

Аналогічно знайдемо проекції на осі x і z нормальних складо- вих від сил інерції NI1 і NI2 рухомого шару ґрунту:

NI

= NI

2x

=

 

abγоб

v2

sin θsin γtg γ

 

 

;

(10.57)

 

 

 

 

 

1x

 

 

 

g

(cos θ − f sin θsin γ) tg2γ +1 + tg2β

 

 

 

 

 

 

 

NI

= NI

 

=

abγоб

v2

sin θsin γtg β

 

.

(10.58)

 

 

(cos θ − f sin θsin γ) tg2

 

1z

 

2z

 

 

g

γ +1 + tg2β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оскільки сили тертя напрямлені у протилежному напрямку до траєкторій відносного руху шару ґрунту та коренеплоду по поверх-

нях клинів A1B1C1 і A2B2C2 (паралельно прямим A1O1′ їхні проекції на осі координат x, y, z дорівнюватимуть

F1x

= F1 (cos2 γ + sin2 γcosθ);

F

= −F cos γsin γ(1 cos θ);

1y

1

 

F1z

= −F1 sin γsin θ;

 

F2x

 

 

= F2 (cos2 γ + sin2 γcos θ);

F2y = F2 cos γsin γ(1 cos θ);

 

 

F

= −F sin γsin θ.

 

 

2z

2

 

Зробимо такі позначення:

і A2O2), то

(10.59)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

N

1

= NG

+ NI

N2

= NG

+ NI

 

 

 

1

1

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

G

 

 

I ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

F1

= F

+ F

 

F2

= FG

+ FI

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

2

2

 

 

Тоді

406

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

N1x = NG

 

+ NI

 

;

N2x = NG

 

+ NI

2x

;

1x

1x

 

2x

 

 

 

 

 

F1x = FG

+ FI

;

 

F2x = FG

 

+ FI

2x

;

 

 

1x

 

1x

 

;

2x

 

 

 

 

;

N1z = NG

 

+ NI

 

N2z = NG

 

+ NI

2z

1z

1z

 

2z

 

 

 

 

 

 

F1z = FG

+ FI

;

 

F2z = F

+ FI

2z

 

.

 

 

1z

 

1z

 

 

G2z

 

 

 

 

 

 

Отже, система диференціальних рівнянь (10.53) після підстанов- ки всіх знайдених величин набирає такого вигляду:

mx = N1x + N2x Rx + F1x + F2x Q;

 

&&

 

(10.60)

&&

mz

= N1z + N2z Rz F1z F2z Gк.

 

Очевидно, що вилучити коренеплід з ґрунту можна за умови

 

 

 

 

N1z + N2z F1z F2z Gк > Rz ,

 

 

 

(10.61)

або, врахувавши (10.56), (10.58) і (10.59), отримаємо

 

 

 

 

 

tg β

 

 

 

 

G

 

 

 

 

2abγ v2 sin θsin γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

об

 

 

 

2

 

2

 

cos θ − f sin θsin γ

g (cos θ − f sin θsin γ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg γ +1 + tg β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gf sin θsin γ

 

2abγ

об

v2 sin2 θsin2 γf

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

G

> R .

(10.62)

 

cos θ − f sin θsin γ

g

(cos θ − f sin θsin γ)

 

 

 

к

z

 

За виконання умови (10.62) відбудеться вилучення коренеплоду з ґрунту. Ліва частина виразу (10.62) є виразом для сили вилучення коренеплоду в напрямку осі Oz за умови безпосереднього контакту

коренеплоду з лемешами.

Якщо двічі зінтегрувати систему диференціальних рівнянь (10.60), то отримаємо значення проекцій швидкості на осі x та z і

переміщення коренеплоду в напрямку цих осей як функцій від часу t. Перші інтеграли дорівнюватимуть

 

.&

 

1

(N1x

 

+ N2x Rx + F1x + F2x Q)t +C1

;

 

= m

 

 

x

 

 

.&

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10.63)

 

(N1z

 

+ N2z Rz F1z F2z Gк )t + L1 ,

 

= m

 

а другі

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

x =

1

(N

 

+ N

2x

R + F

+ F

Q)

+C t +C ;

m

 

2

 

 

1x

 

 

x

1x

2x

 

1

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

(10.64)

z =

(N

 

+ N

2z

R F

F

G )

+ L t + L ,

m

 

2

 

 

1z

 

z

1z

2z

к

1

2

де C1 , C2 , L1 , L2 довільні сталі.

 

 

 

 

 

407

Розділ 10

Щоб визначити довільні сталі, потрібно задати початкові та гра-

ничні умови:

 

 

 

при t0 = 0

.&

&.

 

 

= 0;

при t = t1

x = x0 ; z = −h; x =

0; z

.&

= v1 ,

 

x = x1; z = 0; x1

де t0 момент початку вилучення коренеплоду; t1 кінцевий момент вилучення коренеплоду; x0 відстань вертикальної осі коренеплоду від початку координат у момент часу t0 ; x1 відстань

вертикальної осі коренеплоду від початку координат у кінцевий момент вилучення t1; h глибина знаходження коренеплоду в

ґрунті; v1 швидкість коренеплоду в кінцевий момент вилучення.

Урахувавши початкові умови, отримаємо значення довільних сталих:

C1 = 0; L1 = 0; C2 = x0 ; L2 = −h.

(10.65)

Після підстановки (10.65) у (10.63) і (10.64) отримаємо

 

.&

 

1

 

(N1x + N2x Rx + F1x + F2x Q)t;

 

(10.66)

x = m

 

.&

 

 

1

 

(N1z + N2z Rz F1z F2z Gк )t;

 

(10.67)

z

= m

 

x =

1

(N

+ N

2x

R + F

+ F

Q)t2

+ x

;

(10.68)

m

 

 

 

 

 

1x

 

x

1x

2x

 

2

0

 

 

z =

1

(N

+ N

2z

R F

F

G

)t2

h.

(10.69)

m

 

 

 

 

 

1z

 

z

1z

2z

к

2

 

 

 

У вирази (10.66) – (10.69) підставимо отримані значення для сил (10.55) – (10.59). Виконавши необхідні перетворення, матимемо

. = 1

x& m

+

 

 

tg γ

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

2abγобv

2

sin θsin γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

g

(cos θ − f sin θsin γ)

 

 

 

 

 

 

cos θ − f sin θsin γ

 

 

 

tg γ +1 + tg

 

β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

Gf1 (cos2 γ + sin2 γcos θ)

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos θ − f sin θsin γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2f1abγобv

2

sin θsin γ(cos

2

γ + sin

2

γcosθ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2abk

 

R t;

(10.70)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g (cos θ − f sin θsin γ)

 

 

 

 

 

 

 

уд

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

408

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

 

.

 

1

 

 

 

 

tg β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

2abγ

об v

 

2

sin

θsin

γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

m

 

 

 

2

 

 

2

 

 

cos θ − f sin θsin γ

 

 

g (cos

θ − f sin θsin γ)

 

 

 

 

 

 

 

tg γ +1 + tg

 

 

 

β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gf1 sin θsin γ

 

 

 

2f1abγобv

2

sin

2

θsin

2

γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

R t;

 

(10.71)

 

 

 

 

 

cos θ − f sin θsin γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g (cos θ − f sin θsin γ)

 

 

к

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

tg γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

2abγ

 

v

2

sin

θsin

γ

 

 

 

x

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

об

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g (cos

θ − f sin θsin γ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos θ − f sin θsin γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg γ +1 + tg

 

 

 

β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

Gf1 (cos2 γ + sin2 γcos θ)

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos θ − f sin θsin γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2f1abγобv

2

sin θsin γ

(cos

2

γ + sin

2

γcos θ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

2abk

 

 

R

 

t2

+ x

 

; (10.72)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

g (cos θ − f sin θsin γ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уд

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

tg β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

2abγ

 

 

2

sin

θsin

γ

 

 

 

 

z

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

об

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g (cos

θ − f sin θsin γ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos θ − f sin θsin γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg γ +1 + tg

 

 

 

β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gf1 sin θsin γ

 

 

 

2f1abγобv

2

sin

2

θsin

2

γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

R

 

t

 

h.

 

 

(10.73)

 

cos θ − f sin θsin γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g (cos θ − f sin θsin γ)

 

 

к

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Із рівняння (10.69) можна визначити час t1

вилучення корене-

плоду з ґрунту:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2mh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10.74)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N1z + N2z F1z F2z Rz Gк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Підставимо у вираз (10.74) отримані вище значення сил, що до нього входять. Після ряду перетворень отримаємо таке значення

часу t1 :

t1 =

 

 

2mgh(cos θ − f sin θsin γ)

tg2γ +1 + tg2β

 

 

(Gg + 2abγобv2 sin θsin γ)(tg β − sin γsin θf1 tg2γ +1 + tg2β)

 

 

 

 

 

 

.

(10.75)

 

 

(R

+G )q(cosθ − f sin θsin γ)

tg2γ +1 + tg2β

 

 

z

к

 

 

 

 

409

Розділ 10

Оскільки t1 є часом вилучення коренеплоду з ґрунту лемішним

копачем, то вираз (10.75) можна використати для визначення про- дуктивності агрегату для викопування коренеплодів.

Якщо умова (10.62) не виконується, тобто є протилежна нерів- ність, то коренеплід залишається звязаним з ґрунтом і його руху вздовж осі Oz не відбувається. Проте під дією сил, що входять у пер- ше рівняння системи (10.60), а саме сили

Px = N1x + N2x + F1x + F2x Q,

(10.76)

які долають силу опору Rx , що звязує коренеплід з ґрунтом, коре-

неплід згинається як консольна балка, оскільки верхня частина ко- ренеплоду зміщуватиметься у бік дії сили Px на деяку критичну

величину, після чого коренеплід може зламатися.

Отже, існує допустима сила [Px ], при якій коренеплоди не по- шкоджуються (не зламуються). У рівняння (10.76) замість сили Px підставимо її допустиме значення [Px ] :

 

[Px ]

= N1x + N2x + F1x + F2x Q,

 

 

(10.77)

або, беручи до уваги введені вище позначення, отримаємо

[Px ]=NG

+NG

+NI

 

+NI

2x

+FG

+FG

+FI

+FI

2x

Q. (10.78)

1x

 

 

2x

1x

 

1x

 

2x

 

1x

 

 

Отже, враховуючи симетричне розміщення клинів, матимемо

[Px ]

= 2NG

+ 2NI

 

 

+ 2FG

 

+ 2FI

Q.

 

(10.79)

 

 

 

 

1x

 

1x

 

1x

 

1x

 

 

 

 

Перепишемо вираз (10.79) таким чином:

 

 

 

 

 

2NI

 

+ 2FI

= [Px ]

2NG

 

2FG

+Q.

 

(10.80)

 

1x

 

1x

 

 

 

 

1x

 

1x

 

 

 

 

Замінивши сили, що входять у вираз (10.80), їхніми значеннями, матимемо

2abγоб

v2 sin θsin γtg γ

+

g

 

(cos θ − f sin θsin γ) tg2γ +1 + tg2β

+2f

abγобv2 sin θsin γ(cos2 γ + sin2 γcos θ)

 

=

1

 

g (cos θ − f sin θsin γ)

 

 

 

 

410

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

= [Px ]

 

G tg γ

 

 

 

(cos θ − f sin θsin γ) tg2γ +1 + tg2β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f1G (cos2 γ + sin2 γcos θ)

+ 2abk

 

.

(10.81)

 

 

 

 

 

(cos θ − f sin θsin γ)

уд

 

 

 

 

 

 

 

 

Із виразу (10.81) визначаємо швидкість v поступального руху ле- мішного копача, при якій не пошкоджуватимуться (не обламувати- муться) коренеплоди:

v =

g ([Px ]+ 2abkуд )(cos θ − f sin θsin γ)

tg2γ +1 + tg2β − gG tg γ −

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

2abγоб sin θsin γ tg γ + f1 (cos2 γ + sin2 γcos θ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f1 gG (cos2 γ + sin2 γcosθ)

tg2γ +1 + tg2β

.

(10.82)

 

 

× tg2γ +1 + tg2β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отже, остаточно визначено кінематичні параметри вилучення коренеплодів із ґрунту лемішним копачем, які виражені через його геометричні параметри і враховують умови якісного виконання цьо- го технологічного процесу.

Для практичного використання виразу (10.82) потрібно визначи- ти звязок між двогранним кутом θ і кутами β та γ, які фактично ви- значають усі кутові параметри клинів, оскільки третій кут α можна

визначити через кути β і γ. Як бачимо з рис. 10.18,

tg α =

O1B1

,

(10.83)

O A

або

1

1

 

 

 

tg γ

 

 

 

tg α =

.

 

(10.84)

 

 

 

 

tg β

 

 

Таким чином, кут θ повинен бути визначений через кути β і γ. Згідно з рис. 10.18 можна отримати такі співвідношення:

tg θ =

O1B1

(10.85)

O M

1

 

та

1

 

 

 

 

 

 

O1M1 = O1 A1 sin γ .

(10.86)

411

Розділ 10

Отже,

tg θ =

 

 

O1B1

,

O A sin γ

 

1

1

 

 

або

 

 

 

 

 

 

tg θ =

 

1

 

 

cos γtg β

 

 

і

 

 

 

cosβ

 

tg θ =

 

 

 

,

 

sinβcos γ

 

 

 

звідки остаточно отримаємо значення кута θ:

θ = arctg

cosβ

.

sinβcos γ

 

 

(10.87)

(10.88)

(10.89)

(10.90)

Таким чином, змінюючи геометричні параметри клинів леміш- ного копача, а саме кути β і γ, на підставі отриманих вище аналіти- чних залежностей, можна знаходити потрібні кінематичні парамет- ри лемішного викопувального робочого органа без пошкодження коренеплодів. Так, використовуючи вираз (10.62), можна знайти залежність допустимої швидкості v поступального руху копача від зміни його кутів β і γ при незмінних усіх інших заданих його конс- труктивних параметрах, що входять у вираз (10.62).

Згідно з програмою для ЕОМ виконано розрахунки допустимої швидкості v руху лемішного копача за умови непошкодження коре- неплодів цукрових буряків, при різних значеннях кутів γ та кількох фіксованих значеннях кутів β.

Вихідні дані для розрахунків такі:

Параметр

α

[Px]

γоб

f

f1

g

Значення

0,12 м

200 Н

11 000 Н/м3

0,6

0,5

9,81 м/с2

При цьому деякі конструктивні параметри лемішного копача та технологічного процесу, який він виконує, повязані між собою та- кими залежностями:

y ширина деформованого шару ґрунту

b = a tg β = 0,12tg β;

 

 

(10.91)

y вага шару ґрунту

 

 

 

 

 

 

G = γ

об

a2 (2a tg β + 0,05)

 

tg β

.

(10.92)

 

 

 

 

sin γ

 

412

Соседние файлы в папке Метод_СГМ_МС