Сельское хозяйство/2. Механизация сельского хозяйства

Аспирант Юнусов Р. Г., к.т.н. Булгариев Г. Г., к.т.н. Пикмуллин Г. В.

Казанский государственный аграрный университет, Россия

Обоснование формы и параметров рабочей поверхности спирально-пластинчатых рабочих органов

Для обоснования формы и геометрических параметров рабочей поверхности ротационных рабочих органов, первоначально, необходимо выбрать вид (форму) её образующей, одновременно плавно связующей (без отрыва) с зубчатой режущей кромкой, а также её расположение относительно оси вращения, которые определяют технологические свойства поверхности данного почвообрабатывающего орудия. Поэтому при выборе формы образующей рабочей поверхности мы задались целью получить необходимое по агротребованиям крошение (рыхление) почвенного пласта при достаточно хорошем его мульчировании (перемешивании верхнего слоя почвы с пожнивными остатками, навозом и другими органическими веществами) и выравнивании поверхности поля с наименьшим сопротивлением.

Как известно, к поставленной цели можно добиться выполнением рабочей поверхности по различным кривым. Однако при этом сжатие пласта, за счет потенциальной энергии защемленного, сжатого почвенного воздуха (по В.А. Желиговскому), способствующей крошению почвы, каждой рабочей поверхностью будет происходить по-разному. Поэтому и степень крошения почвы данными органами будет различная.

В связи с этим основываясь на графоаналитических исследованиях, для использования в качестве образующей рабочей поверхности ротационных органов, П.И. Макаровым были указаны на наиболее пригодные кривые (левая эвольвента окружности, левая логарифмическая спираль, дуга окружности, дуга эллипса ) [2].

Среди них выделяют эвольвенту окружности, обладающую несомненными преимуществами, когда центр окружности находится на плоскости основания в области глубины обработки почвы (( 0,66…..0,7) а).

Дальнейшее развитие по обоснованию формы и параметров рабочего органа геликоидального типа отражено в работе Е.В. Ермолко [1] . Данный рабочий орган ротационного рыхлителя почвы в виде спирально-пластинчатой пружины геликоидальной формы представляет собой винтовую поверхность, образованную винтовыми линиями с постоянным шагом при винтовом движении прямой.

Обычно винтовая поверхность образуется винтовым перемещением линии (образующей). Поверхность можно назвать начальным положением образующей и направляющей – цилиндрической винтовой линией, которая называется гелисом.

Кроме того, необходимо отметить одно важное свойство винтовых поверхностей, состоящее в том, что они могут сдвигаться, т.е. совершая винтовое перемещение поверхность скользит вдоль самой себя. Это свойство обеспечивает винтовым поверхностям широкое применение: шнеки, пружины, поверхности лопаток турбин и вентиляторов, рабочие органы судовых двигателей, винты, сверла, конструкции винтовых линий и др.

Анализ вышеуказанных работ показывает, что для достижения поставленной цели, авторами использованы важные свойства выбранных кривых. Однако во всех случаях, включая и сферические диски, в качестве рабочей поверхности участвует только их вогнутый участок (площадь), что применимо для подрезания пласта почвы и сорняков, его оборота, перемещения, а крошащая способность у них очень низкая.

Как известно, крошение (рыхление) почвенного пласта представляет собой процессы разрушения связей между почвенными частицами и отделением одной от другой. Поэтому для полного разрушения пласта почвы, т .е. качественного его крошения недостаточно только его отрыв от дна борозды и изогнуть вперед путем сжатия, а требуется его скалывание путем излома (изгиба) в обратном направлении [4].

Этому условию удовлетворяет выпуклая поверхность.

Кроме того, в следующей работе [3] отмечено, что поскольку прочность связей между почвенными частицами в горизонтальном и вертикальном направлениях различна, то эффективным для разрушения является воздействия поверхности с изменяющимися по высоте направлением элементарных сил давления. Автор обосновал, что это дает поверхность кривизны из двух сопряженных участков логарифмических спиралей: отрицательная кривизна меняется на положительную.

Такое положение использовано для получения формы рабочей поверхности турбодисков, как гибрид дискатора и культиватора, т.е. разновидность дисковой бороны (дискатора) , на котором вместо сферических дисков, установленных под углом, применяются волнистые диски (колтеры или турбодиски), установленные вертикально. Однако они взрыхляют почву и разрезают (измельчают) растительные остатки без смешивания их с почвой. Также из-за их строго вертикального расположения о крошении почвы и речи не может быть. Поэтому их используют только для вертикальной обработки почвы, что принципиально важно при нулевой или минимальной технологиях обработки почвы (MIN – TILL или NO - TILL).

Принимая во внимание вышеуказанные предпосылки и недостатки существующих ротационных рабочих органов нами разработано почвообрабатывающее орудие [5], где рабочая поверхность спирально-пластинчатого рабочего органа выполнена рифлёной (волнистой) в виде поверхности турбодисков. При этом рабочая поверхность в зоне её вершины – ближе к валу рыхлителя имеет образующую, расположенную в вертикальной плоскости к продольной оси вала и копирующую волнистый контур режущей кромки. Кроме того, форма рабочей поверхности пластинчатого органа образована движением прямой по волнистым кривым: с одним концом прямой по контуру режущей кромки, а с другим концом – по образующей, расположенной в зоне её вершины.

Как видно по описанию, для выполнения формы рабочей поверхности спирально-пластинчатой пружины были использованы положительные свойства винтовой поверхности геликоидной формы (её способность перемещения (транспортировки) обрабатываемых материалов способствует достаточно хорошему мульчированию почвенного пласта и выравниванию поверхности поля) и волнистая форма рабочей поверхности турбодисков (при правильном их расположении такая поверхность способна воздействовать на пласт почвы с изменяющимся по высоте направлением элементарных сил давления, что является эффективным для его разрушения (крошения)).

Такое непрерывное исполнение рабочей поверхности пластинчатого органа с зубчатой режущей кромкой позволяет разбивать крупные кромья почвы и перемешивать её верхний слой, равномерно распределяя его по ширине захвата с минимальной энергоёмкостью процесса рыхления. Далее частично разрыхлённая почва, поднимаясь по рабочей поверхности, вступает на рифленую (волнистую ) часть, которая имеет более максимальное значение угла крошения. Такое переменное по направлению воздействие рабочей поверхности спирально- пластинчатого рабочего органа приводит к интенсивному крошению почвы без увеличения тягового сопротивления почвообрабатывающего орудия.

Использование описываемого спирально - пластинчатого рабочего органа почвообрабатывающего орудия в значительной степени уменьшает указанные недостатки существующих органов, позволяет повысить качество обработки почвы и снизить энергоёмкость процесса рыхления.

Литература:

1. Ермолко Е.В. Разработка и обоснование параметров рабочего органа геликоидального типа для поверхностной обработки почв. Автореф. дис.к.т.н. : Е.В. Ермолко.- Рязань, 1989. - 24с.

2. Макаров П.И. Разработка и исследование комбинированного рабочего органа ротационного плуга. Автореф. дис. к.т.н.: П.И. Макаров. – Казань,1982. – 24с.

3. Пикмуллин Г.В. Обоснование формы рабочей поверхности лапы культиватора / Г.В. Пикмуллин, Г.Г. Булгариев // Современные технические вопросы АПК : Материалы Всероссийской научно- практической конференции.-Казань, 2008.- с. 90-93

4. Синеоков Г.Н. Проектирование почвообрабатывающих машин / Г.Н Синеоков // - М. :Машиностроение , 1965.

5. Юнусов Р.Г. Почвообрабатывающее орудие / Р.Г. Юнусов, Г.В. Пикмуллин, Г.Г. Булгариев // Патент РФ на изобретение № 2395183.- Опубл. в Б.И., 2010.-№21.