К.т.н. Полищук Ю.В., магистры с/х наук Лаптев Н.В., Комаров А.П.

Костанайский филиал «КазНИИМЭСХ», Казахстан

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО РАССТОЯНИЯ ОТ ТОЧКИ СОЕДИНЕНИЯ ОРУДИЯ С ТРАКТОРОМ ДО ОСИ ВРАЩЕНИЯ ОПОРНЫХ КОЛЕС

Рациональные координаты расположения опорных колес и расстояние от рамы орудия до точки соединения со сницей в вертикальной плоскости обосновывались методом математического моделирования на расчетной схеме орудия. Известно, что почвообрабатывающий агрегат представляет собой сложную динамическую систему с множеством наложенных на него внешних и внутренних связей. При составлении математической модели рабочего процесса почвообрабатывающего орудия учесть это множество связей не представляется возможным, поэтому реальное орудие заменяется упрощенной схемой, учитывающей основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на выходные показатели. Пользуясь законами освобождения от связей, заменяют их реакциями. Тогда несвободная материальная система рассматривается как система свободная, движущаяся под действием активных сил и реакций связи.

В зависимости от технологического назначения орудия используют соответствующие критерии оценки оптимизации параметров при математическом моделировании. Для почвообрабатывающих орудий, предназначенных для глубокого рыхления почвы, критериями оптимизации параметров при математическом моделировании принимается минимум тягового сопротивления при достаточной устойчивости хода по глубине обработки [1,2,3].

Для упрощения математической модели примем основные допущения:

– сумма элементарных сил, действующих на рабочий орган со стороны почвы, представлена в виде горизонтальной и вертикальной составляющих;

– при перемещении орудия по полю опорные колеса перемещаются по неровностям без отрыва;

– масса орудия сосредоточена в его центре масс;

– сила сопротивления рабочих органов по ширине захвата орудия меняется незначительно;

– агрегат движется прямолинейно и равномерно.

С учетом принятых допущений можно представить, что орудие под действием активных сил, включающих горизонтальную и вертикальную составляющие силы тяги и силы тяжести орудия, а также реакций связи, представленных горизонтальными и вертикальными составляющими реакций на опорных колесах, прорезных дисках, щелерезах и прикатывающих катках, копирует неровности поверхности поля и поворачивается на некоторый угол относительно точки прицепа А. Примем за начало координат точку А и, спроектировав на координатные оси Х и Z активные силы и силы реакции связи, а также взяв моменты относительно точки А, получим уравнения равновесия орудия.

Уравнения равновесия орудия:

∑F_Х = 0

∑F_Z = 0 (3.1)

∑М_А = 0

Расчетная схема орудия представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Расчетная схема прицепного щелевателя для обоснования

рационального расстояния от точки соединения орудия с трактором

до оси вращения опорных колес

Проекция сил на ось Х позволит получить уравнение равновесия для составляющих тягового сопротивления:

. (3.2)

где Q_х – сопротивление опорных колес перекатыванию, кН;

– горизонтальная составляющая тягового сопротивления орудия для щелевания почвы, кН;

– горизонтальные составляющие реакции почвы, действующие на дисковый нож, щелерез, прикатывающий каток, кН.

Проекция сил на ось Z:

(3.3) где G – вес орудия, кН;

– вертикальная составляющая тягового сопротивления орудия для щелевания почвы, кН;

– вертикальные составляющие реакции почвы, действующие на дисковый нож, опорные колеса, щелерез и прикатывающий каток, кН.

Сумма моментов относительно точки вращения А будет иметь вид:

(3.4)

где X_Д, X_G, X_Q, X_Щ, X_К, Z_Д, Z_Q, Z_Щ, Z_К – координаты расположения рабочих органов, центра тяжести орудия и опорных колес относительно точки вращения А.

Составляющие реакции почвы на опорные колеса Q_x и Q_z, реакции почвы на прикатывающий каток R_x, а также проекции сопротивления почвы на вертикальную ось щелерезов и прорезных дисков представим через их составляющие;

(3.5)

где m_к, m_о – коэффициенты сопротивления перекатыванию прикатывающего катка и опорных колес (0,25; 0,15);

d_Щ d_Д, – коэффициенты пропорциональности соответственно для щелереза и прорезного диска (0,5; 1,2).

Преобразуя выражение 3.4, заменяем неизвестные реакции их составляющими из выражений 3.5 получили выражение 3.6 для определения вертикальной нагрузки на опорное колесо прицепного щелевателя.

(3.6)

Проведены расчеты по выражению 3.6. Изменялось положение опорных колес до точки А соединения орудия с трактором. Расстояние изменялось в пределах от 4,0 до 7,6 м с шагом 1,2 метра. Далее изменялось положение точек соединения рамы орудия со сницей в вертикальной плоскости. Сницу соединяли с рамой орудия в четырех точках (четыре варианта В0; В1; В2; В3) от 0 до 300 мм с шагом 100 мм. Первый вариант, это когда точка соединения сницы и рамы лежит на оси симметрии рамы в горизонтальной плоскости. То есть расстояние равно нулю. Далее сницу опускали вниз на 100, 200 и 300 мм, при этом для каждого положения сницы изменялось положение опорных колес. Определялось влияние положения опорных колес и точка соединения сницы с рамой орудия на вертикальную нагрузку на опорное колесо и изменение тягового сопротивления. Результаты проведенных расчетов представлены на рисунке 3.2 и 3.3.

Установлено, что с увеличением расстояния от точки А соединения орудия с трактором до оси вращения опорных колес, вертикальная нагрузка на опорное колесо и тяговое сопротивление прицепного щелевателя снижаются. При расстоянии от точки соединения орудия с трактором до оси вращения опорных колес равным 4,0 м, а точка соединения сницы с рамой расположена на оси симметрии рамы в горизонтальной плоскости, вертикальная нагрузка на опорное колесо составила 4,3 кН, при этом тяговое сопротивление достигало 76,9 кН. Увеличение расстояния до 7,6 м способствовало снижению вертикальной нагрузки на опорное колесо до 2,1 кН, а тяговое сопротивление уменьшилось до 75,7 кН. Увеличение расстояния от оси симметрии рамы в горизонтальной плоскости до точки соединения сницы с рамой до 300 мм, с шагом 100 мм, способствовало увеличению вертикальной нагрузки на опорное колесо до 6,0 кН, при этом тяговое сопротивление достигало 77,8 кН.

Расстояние от оси симметрии рамы в горизонтальной плоскости до точки

соединения сницы с рамой: 1 – 0 мм; 2 – 100 мм; 3 – 200 мм; 4 – 300 мм.

Рисунок 3.2 – Влияние расстояния от точки соединения орудия с трактором до оси вращения опорных колес и расстояние от оси симметрии рамы в горизонтальной плоскости до точки соединения сницы с рамой на вертикальную нагрузку на опорные колеса

Рисунок 3.3 – Влияние расстояния от точки соединения орудия с трактором до оси вращения опорных колес и расстояние от оси симметрии рамы в горизонтальной плоскости до точки соединения сницы с рамой на тяговое сопротивление щелевателя

Увеличение расстояния до 7,6 м способствовало снижению вертикальной нагрузки на опорное колесо до 3,0 кН, а тяговое сопротивление уменьшилось до 76,1 кН. Устойчивость хода прицепного щелевателя по глубине обработки зависит от усилия, с которым орудие действует на опорные колеса. Исследованиями [6] установлено, что вертикальная нагрузка на одно опорное колесо должно быть не менее 4 кН, при этом обеспечивается устойчивое движение почвообрабатывающих орудий по глубине обработки.

Таким образом, устойчивость хода рабочих органов при выполнении технологического процесса щелевания почвы (твердость почвы не менее 6 МПа) будет обеспечиваться при расстояния от точки А соединения орудия с трактором до оси вращения опорных колес равном 4,3-5,3 м. При этом расстояние от оси симметрии рамы в горизонтальной плоскости до точки соединения сницы с рамой должно находиться в пределах 0 - 300 мм.

Список литературы

1 Кухта В. С. Исследование универсального ширикозахватного почвообрабатывающего орудия // Почвообрабатывающие машины и динамика агрегатов Тр. / ЧИМЭСХ – Челябинск, 1986. – С. 57-73.

2 Галкин В. Г., Любимов А. И., Рахимов Р. С., Шульгин И. Г. Уравнения движения широкозахватных почвообрабатывающих орудий // Почвообрабатывающие машины и динамика сельскохозяйственных агрегатов: Тр. / ЧИМЭСХ. – Челябинск, 1977. – Вып. 128. – С. 96-104.

3 Рахимов Р. С. Обоснование местоположения колес и ширины захвата модуля плоскореза / Р. С. Рахимов, А. С. Буряков, Н. Т. Хлызов, В. Ю. Блау // Почвообрабатывающие машины и динамика агрегатов: Тр. ЧИМЭСХ. – Челябинск, 1979. – С. 18-25.

4 Босой Е. С. и др. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин. / 2- е изд. – М. ; Машиностроение. 1977. С 140-145.

5 Синеоков Г. Н., Панов И. М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. – М.: Машиностроение, 1977. – 328 с

6 Бурченко П. Н. Основные технологические параметры почвообрабатывающих машин нового поколения // Теория и расчет почвообрабатывающих машин: Тр. / ВИМ. – М., 1989. – Т. 120. – С. 12-43.