Рис. 10.19. Залежність допустимої швидкості поступального руху v лемішного копача від кута γ

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

За результатами чи- сельного розрахунку по- будовано графіки зміни швидкості v поступаль- ного руху лемішного копача залежно від різ- них значень кута γ (рис. 10.19).

Як видно з поданих графіків, залежності на- ведених параметрів ма- ють характер, подібний до лінійного. При цьому у разі збільшення кута атаки γ лемішного ко- пача значення посту- пальної швидкості v йо- го руху, що забезпечує вилучення коренепло-

дів із ґрунту без їх пошкодження, знижується. Щодо впливу кута розвалу β лемішного копача на поступальну швидкість v його руху, то, як видно з графіків, використання більших значень таких кутів забезпечує вищий рівень поступальної швидкості руху. Якщо враху- вати, що статистичне значення кута γк конуса коренеплоду цукрово-

го буряка становить 20…28°, то використання кута β розвалу леміш- ного копача близько 30° також забезпечує вищий рівень поступаль- ної швидкості руху. Отримані результати розрахунків засвідчують, що найбільш раціональними значеннями кутів γ і β, за яких забез- печується висока швидкість v поступального руху лемішного копача і вилучення коренеплодів цукрових буряків із ґрунту без їх пошко-

дження, є γ = 13…16°, β = 20…30°.

Таким чином, результати чисельних розрахунків на ЕОМ отри- маних аналітичних залежностей підтверджують їх правильність і є підґрунтям для практичного використання при проектуванні та розрахунках нових, більш удосконалених викопувальних робочих органів бурякозбиральних машин.

10.3.2. Дискові викопувальні робочі органи

Дискові викопувальні робочі органи більш складні й металоміст- кі порівняно з лемішними копачами, проте вони ефективніше вико- нують технологічний процес вилучення коренеплодів буряків із ґрунту, інтенсивніше деформують ґрунтовий шар, а також у 2 – 3 рази менше піднімають разом з коренеплодами ґрунт.

413

Рис. 10.20. Схема дискового викопувального робочого органа

Розділ 10

Такі робочі органи є двома спареними клинами, робоча площина яких обертається навколо центра диска і які встановлено під відпо- відними кутами один до одного та до напрямку руху.

Дискові копачі поділяють на пасивні (диски обертаються за ра- хунок взаємодії і зчеплення з ґрунтом при поступальному русі) та активні (тобто мають примусове обертання одного чи двох дисків). У першому випадку швидкість обертання дисків зумовлюється посту- пальною швидкістю коренезбиральної машини, а в другому — швид- кість обертання може бути заданою. Конструктивно диски копачів бувають плоскими або сферичними. Вони складаються з обода, спиць і маточини. Зовнішня поверхня обода може бути гладенькою, як у привідних дисків, або мати виступи (ґрунтозачіплювачі), як у пасивних. Глибина ходу в ґрунті дискових копачів становить

80…100 мм.

Технологічний процес викопування коренеплодів буряків диско- вими копачами відбувається таким чином, що підрізавши шар ґрун- ту разом із коренеплодом буряка, диски руйнують шар, затискують коренеплід у руслі, що звужується. При натисканні на шар ґрунту зруйнована його частина просипається крізь вікна між спицями, а коренеплід при обертанні дисків виривається з ґрунту з його неве- ликою кількістю, піднімається вгору і за допомогою бітера переки- дається на очисник.

Оскільки дискові копачі є спареними тригранними клинами (рис. 10.20), то вони мають такі самі кути, як і для лемішних копа- чів, а саме: α — кут різання; 2γ — кут атаки; 2β — кут розвалу.

Значення цих кутів визначають за виразами (10.46).

Якщо зобразити просторову декарто- ву систему коорди- нат хOyz, де центр О є точкою середини найменшої відстані між дисками, то різ- ні точки дисків пе- реміщуватимуться у просторі (внаслідок обертального руху дисків та поступа- льного руху агрега- ту) за траєкторіями з такими парамет- рами:

414

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

x =	r		(ωt − νsin ωt);
	cos γ
					ε
		− cos(ωt −i) sin					(10.93)
y = ρ 1						;
					2
z = r cosβ(1 − νcosωt),
де r — радіус рухомої полодії диска; ν =				ρ	;	ρ — відстань від дові-
				r

льної точки диска до його центра.

На якість технологічного процесу викопування коренеплодів цу- крових буряків з ґрунту дисковими викопувальними робочими ор- ганами впливає багато чинників, насамперед його конструктивні параметри. Оскільки дискові копачі використовують у багаторядних коренезбиральних машинах, то це значно обмежує їхні конструктив- ні розміри. Так, діаметр дисків має становити 700…750 мм. У разі зменшення цього значення знижується повнота вилучення корене- плодів буряків із ґрунту та ускладнюється конструктивне оформ- лення приведення диска в обертальний рух. Збільшення діаметрів дисків ускладнює компонування викопувальних пристроїв корене- збиральних машин та збільшує їх металомісткість.

Такі самі обмеження мають і кути встановлення дисків, оскільки граничне значення кутів між двома дисками обмежується шириною міжрядь посівів цукрових буряків. Тому кут максимального роз- криття дисків ε визначають за такої умови:

sin	ε	=	Cmax −Cmin	,	(10.94)
	2
			2D

де Cmax — відстань між кромками дисків у зоні максимального роз- криття, мм; Cmin — мінімальна відстань між дисками, мм.

У свою чергу, відстань максимального розкриття дисків Cmax має бути не більшою ніж

	Cmax ≤ S − 2∆b − ∆s,			(10.95)
де S — ширина міжрядь, мм;			∆b — товщина обода диска, мм;
∆s — відстань між дисками сусідніх копачів, мм.
Підставивши значення Cmax у вираз (10.94), матимемо
sin	ε	≤ S − 2∆b − ∆s −Cmin .		(10.96)
2			2D

415

Розділ 10

Якщо конструктивні параметри дискового копача мають значен- ня S = 450 мм; ∆b = 5 мм; ∆s =15 мм; D = 750 мм, то отримаємо

sin 2ε ≤ 0,243, чому відповідає кут ε ≤ 28°.

Співвідношення між кутами 2γ та 2β за сталого значення кута ε визначається кутом і, на який площина максимального розкриття відхилена від вертикалі. Причому, чим більший кут і, тим більший кут 2γ і кращі умови водіння коренезбиральної машини по рядках посівів цукрових буряків. Проте збільшення кута i (або кута різан-

ня α) більше ніж на 45° погіршує транспортування частин ґрунту по внутрішніх поверхнях дисків, що також збільшує втрати та пошко- дження коренеплодів буряків.

У багаторядних коренезбиральних машинах при ширині між- рядь 45 см для збільшення захвату дискових копачів слід брати кут i = 50°. При кутах i = 50° та ε = 28°, якщо використати залежності

(10.46), отримаємо 2β = 18° та 2γ = 22°.

Дослідженнями встановлено, що оптимальні значення цих кутів для дискових копачів, які забезпечують високу якість виконання технологічного процесу викопування коренеплодів з ґрунту і міні- мальні енерговитрати, становитимуть: 2β = 25...30°, 2γ = 20...25° і α = 40...45°.

При однорядному варіанті допускається збільшення значення кута i до i = 45°. Тоді достатня ширина зони захвату дисків забез-

печується збільшенням діаметрів дисків D до 800 мм, а кута ε до

38°.

Оскільки один із дисків може мати привід, то показник кінема- тичного режиму (тобто відношення колової швидкості диска до його поступальної швидкості руху) λ = 2,0...2,5.

За формою диски таких викопувальних робочих органів бувають

	плоскими або			сферичними.
	Вид	диска	визначає		радіус
	сфери диска Rc, який зале-
	жить від особливостей вико-
	нання технологічного процесу.
	Зобразимо			геометричні
	елементи диска,			розглядаючи
	його переріз як площину,
	проведену через вісь обертан-
	ня (рис. 10.21). Щоб диск пра-
	цював нормально, потрібно,
	щоб забезпечувалося додатне
Рис. 10.21. Геометричні елементи диска	значення заднього кута рі-
в перерізі його площиною, проведеною	зання	диска	γ,	тобто	таким
через вісь обертання

416

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

чином унеможливиться взаємодія потиличної частини леза зі стін- кою борозни. Це відбувається за умови

		γ ≥ ϑ + ∆ ,	(10.97)
де ϑ = arcsin	D	— половина кута при вершині сектора, град; Rc —
	2Rc

радіус сфери диска; ∆ — кут загострення леза диска, град. Оскільки значення сумарного кута ϑ+ ∆ не залишається сталим

у різних перерізах диска, а зменшується при віддаленні перерізу від центра диска, знайдемо залежність мінімально допустимого ра- діуса сфери від його параметрів. Обчислимо значення цієї суми ку- тів ϑ+ ∆ для перерізу диска горизонтальною площиною, віддаленою

на відстані h від дна борозни. Для цього перерізу співвідношення між усіма кутами γ, ϑ і ∆ має такий вигляд:

	ϑ + ∆ ≤ arctg	tg γ	,	(10.98)
		2a − a2

де a = D2cosh β; β — кут установлення диска.

Якщо проаналізувати вираз (10.98), то побачимо, що гранично допустимий кут при вершині сектора диска 2ϑ буде тим більший, чим більший кут установлення диска в горизонтальній площині γ і чим менше відношення глибини ходу диска в ґрунті h до його діа-

метра D .

Для дискових копачів коренезбиральних машин кут γ не пови- нен перевищувати 11...13°, а коефіцієнт a має становити 0,2…0,3. Якщо підставити значення цих кутів у вираз (10.98), то отримаємо ϑ + ∆ ≤ 17...20°. За невиконання цієї умови відбувається довільне вилучення дисків під час їх руху в твердому ґрунті. Щоб запобігти цьому потрібно додатково довантажити диски вертикальною силою, іноді досить великого значення.

На якість роботи дискових копачів впливає також форма леза. Так, якщо лезо гладеньке, то коренеплоди буряків найповніше ви- лучаються з ґрунту і не пошкоджуються. Гладеньке лезо діє на ко- ренеплоди буряків через шар ґрунту і зрушує їх, не пошкоджуючи, особливо ті, що виходять за межі рядка. Крім того, гладеньке лезо сприяє тому, що дискові копачі на забиваються рослинними решт- ками, навіть під час роботи на досить засмічених ділянках поля.

Розглянемо силову взаємодію дискового викопувального робочого органа з ґрунтом і коренеплодом буряка. Для цього складемо схему сил, що діють на ґрунт і коренеплід буряка під час руху дискового копача (рис. 10.22).

417

Рис. 10.22. Схема силової взаємодії дискового копача з ґрунтом та коренеплодом буряка

Розділ 10

Покажемо два диски ко- пача, які рухаються у ґрун- ті на глибині h. Через се- редину задньої частини копача (найвужче місце між дисками) — точку O

проведемо декартову прос- торову систему координат xOyz, де вісь х збігається з напрямком руху копача, а вісь z — вертикальна.

На внутрішній поверхні одного з дисків виділимо елементарну площадку dS

(заштрихована), яка обер- тається разом із диском і має власний миттєвий центр обертання Ω. Для

заданого моменту часу по- ложення елементарної площадки dS на диску визначається кутом повороту ξ відносно осі

самого диска. Положення миттєвого центра обертання Ω на диску визначається відстанню Z, тобто відстанню від нього до краю леза диска, і кутом повороту ξ1 (кутом повороту відносно осі самого дис-

ка). Відстань зануреної в ґрунті частини диска позначимо через h1:

	h =	h	.	(10.99)
		cosβ
	1

Зобразимо коренеплід буряка, який знаходиться в ґрунті у про- міжку між дисками копача. Його положення збігається з віссю х. Під час вилучення з ґрунту на коренеплід діятимуть кілька сил:

горизонтальні сили Рσ, які діють у площині, перпендикулярній до напрямку руху копача; сила вилучення коренеплоду з ґрунту Рв,

яка діє вертикально вгору; зсувна сила Рc , яка діє в напрямку руху копача.

Перші дві сили ( Рσ, Рв) виконують корисну роботу, пов’язану з руйнуванням ґрунту і вилученням коренеплодів буряків. Зсувна сила Рc є одним із джерел сильних пошкоджень коренеплодів, яка

спричинює обламування їхніх хвостових частин.

Тепер розглянемо сили, які передаватимуться коренеплоду від диска копача під час його руху відносно ґрунту. На елементарній

418

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

площадці dS виникають елементарні сили нормального тиску dN

і елементарні сили тертя dT. Причому сили dN розміщені перпе- ндикулярно до площини самого диска і спрямовані в бік руху копа-

ча (це відбуватиметься за умови 2γ > 0), а сили dT, які лежать у

площині самого диска, можуть мати два напрямки: або в бік руху копача (для пасивних копачів або тієї частини зануреного в ґрунт диска, яка лежить вище від миттєвого центра обертання), або в бік, протилежний до напрямку руху копача (тобто такий напрямок ма- тимуть елементарні сили тертя всіх частинок площадок диска, що лежать нижче від миттєвого центра обертання Ω ).

Щоб визначити зсувну силу Рc , яка діятиме на коренеплід, dN і

dT спроектуємо на вісь х. Припустимо, що мінімальні пошкоджен- ня коренеплодів буряків будуть за умови

∑ dNx + ∑ dTx = 0,		(10.100)
dS	dS

де dNx — проекція елементарних сил нормального тиску на вісь х; dTx — проекція елементарних сил тертя на вісь х.

Цю умову можна записати також у такому вигляді:

2

sin3 ξ

2

2

π

ξ

1

ln tg

+

1

−2I

2(1−b) sinξ −

3

+(2b−b )sinξ −(a−b)

4

2

tgγ

1

1

=

, (10.101)

f

4

2

a3

cosβ

3

a

2a−a

+

2

4 2a−a

π

ξ (1 −b)2 cos2 ξ + 2b −b2 dξ; b =

z

де

I = (1 −b)⌠ cos2

;

f –

коефіцієнт

R

⌡

ε1

тертя;

R2 − (R − h)2

ξ = arctg

.

1

h1 − z

Для практичного використання виразу (10.101) його потрібно розв’язати відносно коефіцієнта b, враховуючи показник кінематич- ного режиму λ, який у цьому разі дорівнюватиме

λ =	1	=		v0	,	(10.102)
	1 −b		v	cos γ
			м

де v0 — колова швидкість дисків; vм — поступальна швидкість дис- кового копача.

419