УДК 631.316.022.4

к.т.н., доц., Пугач А.Н.,  к.т.н., доц., Колбасин В.О.

Днепропетровский государственный аграрно-економический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА РАБОЧИХ ОРГАНОВ

         Проведено обґрунтування профілю  стрільчастої лапи, з точки зору  підвищення її ріжучої спроможності шляхом формування направленим зносом зубчастої поверхні леза. 

 

INVESTIGATION THE WEAR OUT WORKER ORGAN

In this work the ground for the lancet claw profile is presented, in case of the  increasement of its cutting capacity with  the help of the directed wear out  of the toothed blade surface.

 

         В настоящее время культиватор является одним из наиболее массовых средств безгербицидной борьбы с засоренностью посевов. Используемые в его конструкции стрельчатые лапы способны обеспечить качественное подрезание сорной растительности при постоянной и частой  заточке лезвия. В противном случае, технологический процесс сводится к вычесыванию растительности без подрезания, что не обеспечивает качественных показателей обработки и не выгодно с энергетической точки зрения.

         Традиционно в культиваторах используют стрельчатые лапы с постоянным углом атаки крыльев. Для  поддержания остроты лезвия используют наплавление сормайтом на одну из  поверхностей. Известный недостаток конструкции – лезвие прямолинейного притупленного профиля работает практически исключительно на смятие и поэтому ввиду постоянства скорости резания подрезает  плохо. Неподрезанные растительные остатки нависают на крыльях, чем нарушают стабильность хода.

         Частично этот недостаток устраняется в техническом решении разработки ДГАУ (декларационный патент Украины UA 63754 МПК  А01В35/26), в котором лезвие рабочего органа выполнено в виде кривой линии, кривизна которой увеличивается от начала до конца лезвия и при этом угол  между касательной к лезвию и направлением движения уменьшается. Такая конструкция способствует тому, что корень относительно лезвия перемещается с ускорением и это улучшает режим резания. Последнее подтверждено полевыми испытаниями опытного образца культиватора, оснащенного лапами такой конструкции. В то же время, притупляемость лезвия не позволяет полностью реализовать преимущества конструкции.

Известно, что подрезание любого материала зубчатой поверхностью более эффективно, чем гладкой. Существует ряд технических решений в которых лезвие выполняется зубчатого профиля (авторское свидетельство SU № 1271389, МПК А01В35/28 и др.). Однако, зубцы малого профиля быстро истираются абразивной средой, а зубцы большого профиля не достаточно эффективны.

         Цель исследований – повышение подрезающей способности стрельчатой лапы путем формирования  и поддержания зубчатой поверхности лезвия путем направленного абразивного износа.

         Основной материал исследований. За основу при исследованиях принята стрельчатая лапа, лезвие которой выполнено в виде кривой линии, кривизна которой увеличивается от начала до конца лезвия и при этом угол  между касательной к лезвию и направлением движения уменьшается.  На нижнюю поверхность крыла лапы нанесено сплошной слой износостойкого  материала. На верхнюю поверхность нанесены полосы износостойкого материала под углами, которые обеспечивают направленный износ материала между полосами (рис.1).

         На процесс формирования профиля лезвия влияют: расстояние между полосами; угол их нанесения относительно направления движения; твердость, износостойкость и коэффициент трения износостойкого материала; высота полос. Подрезающую способность профиля определяют: высота, ширина и угол постановки режущей кромки зубца; расстояние между зубцами; толщина лезвия, скорость относительного движения.

 

 

 

 

 

 

 


        

 

 

 

 

Рис.1. Схема разработанной стрельчатой лапы

1 – лапа стрельчатая; 2 – полоса износостойкого материала; 3 – лезвие;

4 – линия износа

 

          Считаем, что износ материала на бесконечно малом участке лезвия пропорционален мгновенному значения силы трения на этом участке. Направление износа совпадает с направлением потока.

Возьмем  в произвольно взятой точке на лезвии бесконечно малый участок dx (рис.2.).

В соответствии с теорией измельчения почв А.Н.Панченко [2]  при переходе к бесконечно малым, на лезвие будет действовать сила резания

                                                dP = CУД∙dF = CУД∙L∙dx,                                        (1)

где CУД – удельное сцепление частиц почвы; F – площадь скалываемой поверхности; L – длина линии скалывания в продольном направлении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Расчетная схема к определению кривой износа

В рассматриваемом случае нас интересует только износ самого лезвия, поэтому силами, действующими на поверхность лапы пренебрегаем.

Из расчетной схемы (рис.3)

                                           L =                                                      (2)

где a – глубина обработки почвы; α – проекция угла наклона крыла лапы на направление движения; φ2 – угол внутреннего трения почвы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3. Расчетная схема к определению длины линии  скалывания

Тогда, величина силы трения

                      dP =  ∙dx,                                       (3)

где φ1 – угол трения почвы по материалу лапы.

         Величина абсолютного износа поверхности dx в направлении перемещения потока

                                                   db1 = ku∙t∙V∙ dP,                                                     (4)

где  ku – коэффициент, определяющий абразивную стойкость материала;          t – текущее время;  V- скорость потока.

         Уравнение лезвия в полярной системе координат [1]

                                                           R = R0∙eφ∙tgθ,                                        (5)

где R – радиус логарифмической спирали; R0 – начальный радиус логарифмической спирали; φ – полярный угол (рад.); θ – угол между касательной в точке и радиус вектором.

         Величина износа в направлении радиуса логарифмической спирали

                            db = = ∙dP =          (6)

Для бесконечно малых  справедливо dx = R∙dφ.

Следовательно, кривая износа определяется зависимостью

                           db = R0 eφ∙tgθ ∙ dφ.                                  (7)

                                    eφ∙tgθ                              (8)

Полученное уравнение есть уравнение спирали с полюсом в точке А на поверхности лезвия.  Ввиду наличия  последующей полосы износостойкого  материала, спираль будет ограничена точкой В, что приведет к образованию зубца.  Одновременно, точка С пересечения последующей полосы с лезвием есть начало следующей спирали. Таким образом, нанесение полос износостойкого материала приведет к образованию зубчатой поверхности лезвия.

Выводы. Нанесение полос износостойкого материала приводит к формированию зубчатого профиля лезвия, что улучшает процесс подрезания корневой системы растений.

Профиль лезвия должен иметь вид логарифмической спирали, т.к. только в этом случае  износ тоже имеет вид спирали, что обеспечивает получение серпообразного зубца. Кроме этого, такой профиль способствует перемещению растительности вдоль лезвия с ускорением, это обеспечивает зубцу ударное резание.

Дальнейшее направление работ видится в аналитическом обосновании геометрии нанесения полос износостойкого материала – угла постановки к направлению движения, расстояния между полосами, соотношения износостойкости материала лапы и полос.

Список литературы

1.     Гаврильченко А.С. Обґрунтування параметрів та розробка конструкції культиваторних лап з криволінійним лезом: Дис…канд. техн.. наук: 05.05.11. – Глеваха, 2005. -160с.

2.     Панченко А.Н. Теория измельчения почв почвообрабатывающими орудиями/ Днепропетр. гос. агр. ун-т. – Днепропетровск, 1999. – 140с.