Презентация "Основы расчёта машин и процессов в растениеводстве" по биологии – проект, доклад

Лекция по дисциплине: Основы расчёта машин и процессов в растениеводстве

План История развития сельскохозяйственной техники 2.Общие сведения о проектировании с/х машин 2.1. Особенности проектирования с/х м. 2.2. Содержание и стадии проектирования 3.Основы теории технологического процесса обработки почвы с оборотом пласта

Литература основная

1.Кленин Н.И., Киселев С.Н., Левшин А.Г. Сельскохозяйственные машины.- М.: КолосС , 2008.– 816с. 2.Халанский В.М., И.В.Горбачёв. Сельскохозяйственные машины.- М.: КолосС, 2004.- 324 с. 3.Новая сельскохозяйственная техника за рубежом (По материалам Международной выставки «Аgritechnika-2007», Ганновер): Науч. ан. обзор.- М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. – 132 с.

Дополнительная литература

1.Вайнруб В.И., Мишин П.В., Хузин В.Х. Технология производственных процессов и операций в растениеводстве.- Чебоксары: Изд. «Чувашия», 1999.- 456 с. 2.Федоренко В. Ф., Гольтяпин В.Я. Приборы и оборудование для испытаний сельскохозяйственной техники: Каталог.-М.:ФГНУ "Росинформагротех",2004.-104с. 3.Дроздов В.Н., Кандеев В.Ф., Сердечный А.Н. Настройка и регулировка сельскохозяйственной техники для возделывания зерновых культур. – М.: Росагропромиздат, 1990. – 223 с.

Продолжение списка литературы

4.Аванесов Ю.Б., В . И. Бессарабов, И . И. Русанов. Свеклоуборочные машины. – М.: Колос, 1979. – 351 с. 5.Боршов Т.С., Лисовский И.В. Настройка и регулировка мелиоративных машин: 6. Горячкин В.П.Собрание сочинений в 3-х томах.-М.:Колос,1968 7. Ксеневич И.П., Варламов Г.П., Колчин Н.Н. и др. Сельскохозяйственные машины и оборудование. Том 4-16.- М.: Машиностроение, 1998.

8.Руденко Н.Е., Землянов Л.С. Справочник по индустриальным технологиям производства овощей. М.: Агропромиздат, 1986.- 288с 10.Справочник конструктора с.х.м. под ред. ……Красниченко 2 тома 11.Справочник конструктора Ан…..

11.Ковалёв М.М , Козлов В.П. Плющильные аппараты льноуборочных машин ( конструкция и расчёт).- Тверь: ГУПТО, 2002.-138с. 12.Попов Г.Ф. и др. Тепличное хозяйство. М.: Россельхозиздат, 1986.- 120с. 13.Хвостов В.А. , Рейнгард Э.С. Машины для уборки корнеплодов и лука ( конструкция и расчёт).- М.: Полимат, 1995.-230с.

1.История развития сельскохозяйственной техники

Сельскохозяйственные машины развивались от простого ручного труда до научно обоснованных систем машин, агрегатов и комплексов. В создании и развитие машин большой вклад внесли учёные, мыслители и мастера, так Михаил Григорьевич Павлов – выпускник математического и медицинского факультетов Московского института является создателем плуга с полувинтовой рабочей поверхностью и ножом скользящего резания, которые применяются в зарубежных и отечественных плугах.

История создания науки о сельскохозяйственных машинах

Наука о сельскохозяйственных машинах начала формироваться в конце 19 века. Её основоположником является академик В.П.Горячкин (1868-1935). В своём основном труде «Земледельческая механика» (1919) и других работах он впервые применил законы механики к исследованию технологических процессов работы с/х машин и орудий, классифицировал эти процессы и вскрыл возможности их рационализации. Он разработал общую теорию плуга, молотильного

продолжение истории о с/х м

барабана, методов подобия, уравновешивания сил инерций, теорию масс и скоростей . Благодаря трудам В.П. Горячкина и его последователей - академиков И.И. Артоболевкого, П. М. Василенко, В.А. Желиговского, А. Н. Карпенко, М. В. Сабликова, М.Н. Летошнева и современных учёных Г.Н. Синеокова, Г.Д. Петрова Н.И. Кленина, В.А.Сакуна и многих других в нашей стране сложилась стройная наука о с/х машинах,

послужившая основой подготовки высококвалифицированных инженеров по специальности 110301.65 - «Механизация сельского хозяйства». Значительно возросший интерес исследователей нашей страны к теоретическим основам рабочих процессов с/х машин, развитие методов автоматизированного проектирования свидетельствуют о том , что путь создания техники не соответствует современным требованиям.

2.Содержание и стадии проектирования

В настоящее время используется принцип перехода от системы с/х машин к системам машинных технологий, отвечающих различным природным условиям и организационным формам хозяйств. В современной технике используют электронное управление процессами сгорания топлива, компьютерное регулирование рабочих органов, оптимальные условия труда в кабинах операторов .Поэтому при проектировании , эксплуатации и техобслуживании с .х.м. необходимо учитывать

2.1.Особенности проектирования С/х. м.

следующие особенности:1- рабочие органы с/х машин взаимодействуют с материалами, в которых происходят биологические процессы; 2-почвообрабатывающие, посевные , корнеуборочные и др. машины, работающие в абразивной среде, снизить износ рабочих органов; 3- с/х машины совмещают основной технологический процесс при движении по неровному рельефу поля, на что затрачивается тем больше энергии, чем больше их масса.

2.2.Общие сведения о проектировании с.х.м.

Проектирование – процесс создания машины , установки, узла или детали. Проектирование включает изучение конструкции существующей машины ,патентный поиск прототипа и подачу заявки на изобретение, выполнение технологических и конструкторских расчётов, представление чертежей на машину и узлов в двух проекциях, рабочие чертежи деталей и составление спецификаций. Государственный стандарт устанавливает пять стадий разработки конструкторской документации на проектируемую машину: 1-техническое задание; 2-техническое предложение; 3-эскизный проект; 4- технический проект; 5- рабочая документация.

Стадии проектирования с. х. м.

1.Техническое задание содержит назначение машины, техническую характеристику и показатели качества, агротехничекие требования и технико-экономические показатели. 2.Техническое предложение включает техническое и экономическое обоснование целесообразности проектирование в соответствии с техническим заданием и варианты его реализации. В этом предложении конструктор обосновывает главные особенности проектируемой машины или узла в сравнении с прототипом, компоновку и характеристику

Продолжение стадии проектирования

3.Эскизный проект содержит сведения о назначении машины, устройстве , принципе работы, основных параметрах и её общий вид. 4.Технический проект содержит окончательное технические решения: общие виды машины, общие виды сборочных единиц, спецификации на машину и узел, рабочие чертежи на все детали. 5. Рабочая документация включает: чертежи сборочных единиц и рабочие чертежи всех деталей, кинематическую, гидравлическую, электрическую схему, спецификацию и пояснительную записку . Все стадии проектирования предусматривают сравнения технических решений изделия и выбора лучшего варианта.

Оценка правильности выбора варианта технического решения

Для оценки правильности выбора варианта технического решения методом сравнения его с лучшими отечественными и зарубежными образцами –аналогами составляют карту технического уровня и качества продукции. Её содержание включает определение следующих показателей : назначение; технологичность изготовления; технико- экономические ; эстетические; стандартизация и унификация; надёжности и долговечности.

Продолжение оценки правильности выбора технического решения

Проектирование современных с.х.м. связано с решением качественно новых задач, с внедрением последних достижений науки и техники. Если нет аналогов рабочих органов , методики расчёта и представления об особенностях их работы, то проводят НИР и ОКР. В процессе НИР и ОКР разрабатывается метод решения поставленной задачи , проектируется узел, изготавливается действующий макет и его испытывают.

Принятие решение о постановки новой машины на производство

Для принятия решения о постановки новой машине на производство подсчитывают её экономическую эффективность. Одним из показателей эффективности является себестоимость машины или узла, которая зависит от сложности конструкции ,так же её технологичности, стандартизация и унификация

Технологичность – свойство конструкции , позволяющее изготовить изделие с возможно меньшими затратами труда. Принято считать, чем сложнее конструкция , тем она менее технологична. Оценка этого свойства зависит от типа производства( единичное , серийное или массовое) и наличие оборудование на заводе –изготовителе.

Продолжение Принятие решение о постановки новой машины на производство

Стандартизация играет важную роль в повышении качества машин и эффективности их производства. Она обеспечивает взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц, снижает затраты труда при проектировании и изготовлении машин.

Унификация – это приведение различных видов продукции и средств производства к наименьшему числу типоразмеров, форм , свойств и т.п. В этом ряду одна модель – базовая, а другие её модификации, которые различаются рабочими органами . Унификация повышает серийность и качество продукции и облегчает эксплуатацию машины. Пример .СЗ-3,6А- базовая модель, СЗУ-3,6; СЗТ-3,6

3.Основы теории Технологического процесса обработки почвы с оборотом пласта (Резников

Обработку почвы с оборотом пласта (вспашку) вы­полняют плужным корпусом, рабочая поверхность которого пред­ставляет собой развитый пространственный клин. Пересекая тремя взаимно перпендикулярными плоскостями корпус плуга, получают пространственный клин, например ОАВС, с опреде­ленными значениями углов и β соответственно в плоскостях XOZ,XOY и YOZ (рис. 1).

Рисунок 1.-Схема плужного корпуса в открытой борозде

В процессе работы корпус плуга перемещается в направле­нии оси X и подрезает снизу лезвием лемеха ВС почвенный пласт ши­риной захвата b на глубине а сечением

Основы теории процесса вспашки

, отделяет пласт полевым обрезом АВ от основного массива в верти­кальной плоскости и смещает, раскрашивая и оборачивая впра­во по ходу движения (правооборачивающий корпус). В обра­зованной после прохода плужного корпуса борозде различают вертикальную стенку и горизонтальное дно борозды.

Агротребования к отвальной обработки почвы плугом

К обработке почвы плугом предъявляются следующие основ­ные требования: вырезаемые корпусами пласты должны иметь одинаковую высоту и ширину захвата; при плотном прилегании пластов друг к другу, находящиеся первоначально на поверхно­сти растительные остатки и удобрения должны быть полностью заделаны в почву; поверхность пашни должна иметь слабогреб­нистый вид; стенка и дно борозды должны быть ровными; бо­розда у стенки должна быть свободна от почвенных глыб.

Кинематика пласта при вспашки

На рисунке 2 схематично представлен процесс смещения двух смежных почвенных пластов в поперечном направлении от­носительно вектора движения агрегата, что соответствует рабо­те двухкорпусного плуга. Впереди идущий корпус вырезает пласт DCEF, а последующий — пласт ABCD шириной захвата b и высотой а, равной глубине обработки.

Рисунок 2.- Схема смещения почвенных пластов плужным корпусом в попе­речном направлении

процесс оборота двух смежных почвенных пластов

Считая, что первый пласт ранее занял положение F1D3C2E1 рассмотрим основные фазы перемещения пласта ABCD. Отде­лённый по линии AD лезвием лемеха, а по линии АВ полевым обрезом корпуса почвенный пласт вращается относительно точ­ки D по ходу часовой стрелки до тех пор, пока не достигнет по­ложения DA1B1C1, условно считая, что пласт не деформируется внутри отделяемого от основного массива объема.

Затем пласт под действием корпуса начинает вращаться в том же направле­нии относительно другого временного центра вращения, находя­щегося в точке С1, до соприкосновения с ранее отваленным пла­стом по плоскости F1D3 . В процессе вращения пласта вокруг точки С1 точка А пласта проходит положение А2, когда диаго­наль С1A2 перпендикулярна ко дну борозды. Положение точ­ки А2 характеризует самое высокое положение пласта над дном борозды, которое является неустойчивым (рис.3)

Рисунок 3.- Схема неустойчивого положения пласта

Для того чтобы после прохода корпуса плуга пласт не опрокидывался обратно в открытую борозду, центр тяжести площади поперечного сечения пласта должен лежать правее точки пласта о дно борозды. Предельное положение (неустойчивое ) будет таким , при котором диагонали и , располагаются вертикально(рис.3). Из подобия прямоугольных треугольников и имеем:

Или

Решение биквадратного уравнения

Из выражения(1) получим После деления выражения (2) на получаем биквадратное уравнение Обозначив и решая это биквадратное уравнение определим

Это означает, что если пашут без предплужников, то глубина не должна быть большей, чем ширина пласта, поделен­ная на 1,27, иначе пласты вернутся в промежуточное положение, и вспашка будет признана бракованной. Например, при ширине захвата корпуса 35 см вспашка на глубину более 27 см приводит к нарушению геометрии укладки пластов, и если все-таки надо пахать глубже, то предплужники обязательны.

максимально допустимая глубина вспашки

Чем меньше угол и больше значение k, тем оборачивающее действие эффективнее. Критическим положением, при котором пласт может свалиться в одну или другую сторону, является не­устойчивое положение пласта, когда диагональ С1 А2 перпенди­кулярна ко дну борозды. Устойчивое положения будет k 1,27. По­этому максимально допустимая глубина вспашки аmах = b/1,27 =0,8b, а предельный наклон пласта

Для плугов общего назначения коэффици­ент k равен 1,4...2,0, при этом крошащие корпуса (с культур­ными отвалами) принимают меньшие, а оборачивающие (с по­лувинтовыми и винтовыми отвалами) — большие значения. Спе­циальные плуги, предназначенные для обработки задернелых (луговых, болотных) почв, оборудуются корпусами, обеспечи­вающими k = 2... 3.При необходимости заделки верхнего слоя на максимальную глубину используют предплужник, который устанавливают впе­реди основного корпуса.

Показатели качества оборота почвенного пласта

Угол поворота пласта из первоначального положения .Для полной заделки растительных остатков необходимо вы­держать условие, чтобы точки В3, С2 и т. д. отваленного пласта располагались ниже или на уровне необработанной поверхности почвы. Показателем качества оборота почвенного пласта плужным корпусом принято считать отношение b/a = k или его обратную величину 1/k = sin , где — угол наклона пласта к горизонту.

4.Построение поперечного профиля борозды (очникам не излагать) (листобад с.462 )

Под построением профиля борозды понимается вычерчивание на бумаге последовательных положений поперечного сечения пласта при обороте его плугом. Построенный профиль борозды позволяет вычислить площадь поверхности пашни , ее гребнистость и допустимую глубину пахоты данным плугом. Построение делается в предположении, что пласт почвы во время оборота не деформируется.

Рисунок 1.- Схема оборота пласта

Пусть а — глубина пахоты, b — ширина захвата корпуса плуга. При построении схемы оборота пласта используются следующие гео­метрические соотношения (рис. 1). Ребра пластов D', D" и т. д. будут удалены одно от другого на рас­стояние, равное ширине пласта b. Грань А ‘ В' отваленного пласта, продолженная до пересечения с дном борозды, отсечет на ней линию BD0, длина которой от стенки бо­розды равна глубине пахоты а.

Точки, стыка отваленных пластов С", С" и т. д. лежат на уровне не­паханого поля. Последнее вытекает из подобия треугольников D"C"E и A"D"D', у которых две стороны и угол равны. Учитывая эти соображения, для построения профиля борозды нужно: 1. Отложить на линии дна борозды точку D0 (сделать засечку на дне борозды из точки В радиусом а);

2. Из точки D0, как из центра, сделать засечку радиусом DBC0=b на уровне непаханого поля; З. Той же дугой, равной Ь, сделать засечки D', D", а также С", С" и т. д. соответственно на линии дна борозды и на уровне непаханого поля;

4. Восстановить из этих точек перпендикуляры к соответствующим граням пластов, например, С В', D'A' и т. д. Угол наклона отваленного пласта к горизонту определится из со­отношения:

Из подобия прямоугольных треугольников D'A"D" и D"EC" вы­текает, что C"E=A"D"=a. Из рисунка видно, что высота точек В', В" и т. д. от дна борозды h=a (1+ cos ), откуда теоретическая вспушенность пашни

Длина S линии В'С'В" поверхности пашни, пропорциональная увеличению площади поверхности, будет равна Очевидно S достигнет максимума при =45°. Учитывая, что a=b sin б, будем иметь:

Следовательно, максимальная площадь поверхности пашни будет в том случае, если ширина борозды примерно в 1,5 раза больше ее глубины. При этом выветривание пашни максимальное. Для борьбы с ним необходимо присоединять к плугу борону или устанавливать пред­плужники. В последнем случае пласт обернется полнее.

4.Выбор и обоснование параметров рабочих органов плуга

Всё более важное значение приобретает необходимость надёжного и точного расчёта тягового сопротивления плуга и нахождения путей по его снижению в целях повышения производительности и снижения расхода топлива. Сопротивление перемещению плуга при вспашке зависит от многих факторов , типа почвы, её влажности, плотности и твёрдости.

Но существенное влияние оказывает конструктивные особенности корпусов и других рабочих органов плуга : материал, из которого изготовлены рабочие поверхности; тип и расположение опорных колёс. Расчёт элементов рамы и деталей прицепа или навески , и предохранителей выполняют по максимальному тяговому

Расчёт деталей лемешного плуга

сопротивлению плуга, т.е. где Р – среднее значение тягового сопротивления, которое рассчитывается по формуле В.П. Горячкина - коэффициент запаса прочности , который по рекомендации В.Н.Щучкина, составляет для 3-х корпусного плуга 1,7; 4-х корпусного 1,6; 5 корпусного – 1,5 ; 6 …8- 1,4…..1.3.

Стойку корпуса плуга определяют по сопротивлению аварийно нагруженного корпуса где n- число корпусов; - сопротивление одного корпуса, Н Пространственная сила наклонена к горизонту под углом , а в горизонтальной плоскости – от перпендикуляра к лезвию лемеха на угол трения почвы по стали.

Расчёт стойки корпуса плуга

Действие сил на плужной корпус на виде с боку

1-балка главная; 2- стойка; 3- лемех; 4- отвал; 5 – доска полевая Рисунок 3.- Схема к расчёту стойки корпуса плуга

Действие сил на плужной корпус на виде сверху

Рисунок 4.- Схема к расчёту стойки корпуса в сечении 1-1

Проектирование силы на оси координат

Прикладывая силу к носку лемеха и проектируя на оси координат , получим её проекции , которые принимают в пределах: Учитывая более опасный случай, когда Р направлена вниз (рис.3и 4).Стойка прямоугольного сечения подвергается действию косого изгиба в двух плоскостях, кручения и внецентрового растяжения. Наиболее нагружено сечение 1-1.

Расчёт изгибающего момента стойки корпуса плуга

Начало координат выбирают в центре тяжести опасного поперечного сечения, а оси координат совпадают с главными его осями .В продольно-вертикальной плоскости действует изгибающий момент , (4) где Н- высота стойки , м; -расстояние от носка лемеха до центра сечения стойки .

Расчёт изгибающего момента в поперечно-вертикальной плоскости

В поперечно-вертикальной плоскости Опасное сечение воспринимает крутящий момент Наиболее опасной следует считать точку 1, так как в ней возникают нормальные напряжения растяжения .

В точке 1 с координатами и определяют нормальные напряжения от изгибающего момента в продольно- вертикальной плоскости

Расчёт нормальных напряжений в продольно-вертикальной плоскости

или , где - момент сопротивления стойки относительно оси Y; -момент инерции сечения стойки относительно оси Y. (8)

Расчёт нормальных напряжений в поперечно-вертикальной плоскости

Нормальные напряжения от изгибающего момента в поперечно-вертикальной плоскости определяют из выражений или (9) где - момент сопротивления стойки относительно оси Х; - момент инерции сечения стойки относительно оси Х; (10)

Расчёт напряжения растяжения

Напряжения растяжения вызываемые силой рассчитываются из выражения (11) Суммарное нормальное напряжение в точке 1 от косого изгиба и растяжения составит (12) Касательные напряжения от кручения стойки (13)

Расчёт приведенного напряжения и условия прочности стойки корпуса

Приведённое напряжение в точке 1 определяют по третьей теории прочности Стойка удовлетворяет условиям прочности при , где -допустимое напряжение, Мпа. Для стали 45 =200МПа. При t=210мм; =30мм;

5.Выбор и обоснование параметров рабочих органов плуга(лемеха, доски) Босой

Трапециевидные лемеха (рис. 1, а) устанавливают на корпуса для вспашки легких почв, они проще других при изготовлении, образуют ровное дно борозды, но хуже заглубляются, особенно на плотных почвах, у них быстрее изнашивается носок лемеха. Для восстановления лемехов их оттягивают, используя запас металла (магазин) на их тыльной стороне.

Долотообразные лемеха (рис. 1, б) применяют на плугах, пред­назначенных для вспашки тяжелых почв. Носок 2 таких лемехов выполнен в виде долота, он отогнут в сторону поля на 6 мм и вниз до 10 мм, за счет чего легче заглубляется и устойчивее движется при работе. Зубчатые лемеха (рис. 1, в) находят применение на плугах для вспашки каменистых почв и на мелиорированных землях, зарос­ших кустарником.

: а —трапециевидные; б—доло­тообразные; в — зубчатые; г — с выдвижным долотом; 1 — пят­ка; 2— носок; 3—долото; 4— зуб Рис. 1. - Виды лемехов

Прерывистое лезвие подрезает по длине лезвия лемеха часть пласта, а другую часть отрывает от дна борозды. От­рыв менее энергоемок в сравнении с резанием, за счет чего умень­шается сопротивление корпуса. Лемеха с выдвижным долотом (рис. 1, г) применяют для обра­ботки каменистых и обычных почв. Долото закрепляют на лемехе или стойке плуга. По мере износа его можно менять, выдвигать, или переворачивать другим концом (реверсивные долота). Лемеха с долотом реже обламываются, их легче заменить и заточить.

Плужный лемех работает при поступательном движении пахотного агрегата. При условии, что лезвие лемеха расположено перпендикулярно к направлению вектора скорости резания, геометрию лемеха можно пред­ставить так, как показано на рис. 2. Задний угол предохраняет ниж­нюю грань лемеха от трения о срезаемую поверхность, т. е. о дно борозды, и связан с углом резания и углом заострения i зависимостью Обычно

Рис.3.- Углы лемеха (а) и схема для определения кинематических параметров лемеха (б)

Угол Yi лемеха характеризует крошащую способность корпуса. С его увеличением повышается крошение пласта, но одновременно возрастает и сила сопротивления крошению. Поэтому при выборе угла Yi необходимо учитывать оба эти фактора. В плугах с винтовыми отвалами, подъем рабочей поверхности у которых более пологий, лемех устанавливают под меньшим углом крошения и, наоборот, в плугах с короткими культурными отвалами лемех устанавливают более круто.

установка лемеха к дну борозды

Общий угол установки лемеха к дну борозды принимают равным для культурных и 20—25° для полувинтовых отвалов. Угол i заострения лезвия оказывает большое влияние на процесс реза­ния и качество среза слоя почвы. С потерей лезвием первоначальной формы возрастает сопротивление почвы и резко снижается качество работы. Наибо­лее устойчиво и качественно лемех работает при угле заострения .

При расчете геометрических параметров углы и являются основными, а остальные — как бы производными от них: угол резания ; передний угол ; угол заточки ; угол = 10°. Эти параметры относятся к статической геометрии лемеха и указываются на чертежах в сечении лемеха плоскостью, перпенди­кулярной к лезвию лемеха.

Кинетическое значение параметров лемеха несколько отлично. Лемех при работе в борозде располагается не перпендикулярно к направлению движения, а под некоторым углом

Кинетические параметры лемеха

Из треугольника ОВА имеем Следовательно Из выражения(3) получим По аналогии определяем остальные величины

Значения угла наклона лемеха к стенке борозды

Акад. В. П. Горячкин рекомендовал принимать угол в пределах 35—45°. При выборе конкретного значения угла в рекомендованных пределах руководствуются назначением отвала: чем больше должны быть крошащая способность отвала или сдвиг пласта в сторону пашни, тем ближе к верхнему пределу надо выбирать угол . Кроме того, для рабочих поверхностей, предназначенных для работы на повышенных скоростях (8—9 км/ч), углы и принимают несколько меньшими: — 32….38° и = 23…27°.

Роль лезвия лемеха в работе плуга

На долю лемеха приходится примерно 40% общих затрат энергии на вспашку, что составляет 50—60% сопротивлений рабочей поверх­ности корпуса плуга. Остальные 50—40% сопротивлений приходятся на долю отвала. Значительная часть этой энергии расходуется на уплотнение дна борозды. При этом происходит образование так называемой «плужной подошвы», которая вредно сказывается на водном и воздушном режиме почвы.

В работе лемеха особо важная роль принадлежит лезвию. Работа лезвия отличается от работы остальной части лемеха и отвала главным образом тем, что лезвие лемеха уплотняет (сгруживает) лежащую впе­реди его почву, тогда как для остальной части поверхности корпуса сгруживание почвы недопустимо. В результате сгруживания почвы впереди лемеха образуется уплотненное ядро. Оно не имеет ярко вы­раженных границ перехода к массиву почвы, и его размер быстро из­меняется .

Вначале диаметр ядра по значению близок к ширине фаски лез­вия, затем ядро увеличивается до тех пор, пока окружающая почва не разрушит его силами трения и нормального давления. После этого образуется новое ядро, т. е. процесс циклически повторяется на отрез­ке пути примерно 5—15 мм. Одновременно с разрушением ядра в окружающей его почве обра­зуются мелкие трещины, которые затем увеличиваются при подъеме пласта по поверхности корпуса плуга.

Необходимо, чтобы ядро рас­полагалось выше дна борозды, иначе начальные трещины окажутся на дне борозды, где они не нужны. Следовательно, не лезвие, а идущее впереди него ядро из уплотнен­ной почвы разрушает связи пласта со дном борозды. Лезвие лемеха участвует в образовании ядра — создает для этого предпосылки и за­щищает дно борозды. Поэтому лезвие изнашивается с нижней стороны быстрее, чем с верхней. Лемех оттягивают не для того, чтобы он лучше резал,

а — силы, действующие на лезвие лемеха; б — изменение элементарных сил нормальных давле­ний dN, касательных , горизонтальных dPx и вертикальных при затуплении лезвия лемеха Рис. 4. Схема сил, действующих на лезвие лемеха:

а напротив, делают угол ' между лезвием и дном борозды та­ким, чтобы лежащая впереди лезвия почва сгруживалась. Для этого касательная сила ' (рис. 4, а) должна быть меньше силы трения F=N t g или ‘ 90 — . Известно, что = 14—42°, =30° у обычных и 20—25° у скоростных плугов; угол ' лезвия должен быть в пределах 50—75°. Отсюда угол заточки лемеха для разных почв .

По мере затупления лезвия лемеха (рис. 4, б) возрастает нормаль­ное давление элементарных сил dN, составляющих сил трения dTx, составляющих реакций со стороны дна борозды dRz, выталкивающих плуг из почвы, и составляющих элементарных сил dPx сопротивления плуга. Все это увеличивает сопротивление плуга до 30% и более, ухудшает условия его заглубления в почву и делает ход плуга неустой­чивым.

Материалы для изготовления плужных лемехов

Лемеха изготавливают из двухслойной стали, верхний слой из лемешной стали Л53 повышенной прочности, а нижний — из вы­соколегированной хромистой стали Х6Ф1. Такие лемеха подверга­ют закалке с отпуском на ширину 35...70 мм, большая ширина со­ответствует полевому обрезу лемеха. Твердость в обработанной зоне должна соответствовать HRC 47...59. Затачивают лемеха с верхней поверхности под углом 25...35° и толщине заточенного лезвия не более 1 мм.

способ повышения долговечности работы лемеха

Находит применение способ повышения долговечности работы за счет наплавления с нижней стороны ле­меха слоя из твердых сплавов, а также включения в слой пласти­нок из карбида, а также из керамических материалов. Лемеха выбраковывают после того , как их ширина уменьшится до 90 мм и болты крепления начинают касаться дна борозды.

2.Расчёт параметров полевой доски

Существует две методики расчета длины полевой доски – по В.П. Горячкину и по Г.Н. Синеокову. Прямолинейность движения и равномерность хода по глубине обеспечивается полевыми досками , которые упираясь в стенку и дно борозды, препятствуют смещению плуга как в горизонтальной так и в вертикальной плоскостях (рис.5 ).

7.Расчет длины полевой доски

Рисунок 5.- Схема к расчёту длины полевой доски

Метод расчёта длины по в. п . Горячкину

По В.П.Горячкину, длина полевой доски выбирается такой, что бы её хватило до точки пересечения линии действия силы R xy со стенкой борозды. Из треугольника ADC по теореме синусов можно записать соотношение сторон: (1)

Далее расчёт параметров доски

Где (2) Отсюда (3) Ширина полевой доски должна быть не более2/3а, иначе в верхнем слое она не воспринимает нагрузку. Её площадь должна обеспечивать давление не более 5Н/ , или 0,05МПа.

Расчёт длины полевой доски по г. н. синеокову

По Г.Н. Синеокову, полевая доска не должна мешать работе следом идущего корпуса. Перед лемехом в почве постоянно обра­зуется опережающая трещина, идущая вперёд пол углом пример­но 45° к направлению движения. Она начинается на отставании x1 от носка лемеха и выходит в открытую борозду, продолжаясь на удаление x по ходу плуга. Чтобы эта опережающая трещина не упиралась в полевую доску переднего корпуса и имела свобод­ный выход в открытую борозду, надо размещать корпуса по про­сторнее, то есть

Продолжение расчёта доски по г. н. синеокову

отсюда

угол установки полевой доски

Доска должна быть поставлена под углом к стенке и дну борозды, чтобы она могла воспринимать давление до того, пока корпус развернётся на уменьшение угла , а задняя полевая доска может быть длиннее других, так как она не мешает другим корпусам. В процессе взаимодействия полевой доски с почвой пятка быстро изнашивается . Поэтому на плугах применяют доски со сменными пятками.

Материал полевой доски

Полевые доски изготавливаются из полосовой стали и подвергаются закалке и отпуску, обеспечивая твёрдость в пределах HRC 47…59. Сменные пятки полевых досок отливают из высокосортного белого чугуна. В некоторых плугах задние полевые доски заменяют сферическими дисками или упорными роликами, что снижает на 2..3% сопротивление корпуса и обеспечивает большую прямолинейность хода плуга

Силы, действующие на корпус плуга Босой

Силы сопротивления почвы, преодолеваемые при работе корпусом плуга, представляют собой пространственную систему сил и не могут быть приве­дены к одной равнодействующей. Однако в каждой плоскости проекции, т. е. в горизонтальной хОу (рис. 1) и вертикальной zОх (рис.2)и поперечной zОу (рис.3) , суммар­ное действие элементарных сил сопротивления почвы можно представить одной результирующей силой определенной величины и направления.

Значение этих сил определяют пространственным динамометрированием плужного корпуса . В горизонтальной плоскости проекции (рис. 1) на корпус дей­ствует сила Rxy, образующая с направлением движения (осью х) угол (пределы наиболее часто встречающихся значений).

Рисунок 1.- Схема корпуса плуга в пространственной системе координат (а)и действие сил на корпус в горизонтальной плоскости -б

Точка при­ложения силы определяется расстоянием , где b — ширина захвата корпуса. Проекцию силы R xy на ось х определяют из выражения где — КПД плуга, =0,6….0,8; k — удельное сопротивление почвы: а— глубина пахоты.

Для определения проекции R xy на ось у используют соотношение между силами R y и Rx , т. е. или Приближенно

В вертикальной плоскости ZОХ (рис. 2) на корпус действует сила , образующая с направлением движения (осью х) угол . Значение угла , в основном зависит от свойств почвы, остроты лезвия лемеха и от глубины пахоты и колеблется в пределах от +18° до —23°, причем отрицательное значение угла имеет место при работе корпуса с затупленными лезвиями лемехов и иногда достигает своего максимального

Рисунок 2.- Схема действие сил на корпус в вертикальной плоскости ZOХ

отрицательного значе­ния —23° при работе с затупленными лезвиями на очень тяжелых почвах. В качестве расчетного следует принимать . Для определения проекции на ось z используют соотношение между силами и Rx: или

Расстояние от носка лемеха до вектора силы равно: при положительном значении угла ; при отрицательном значении угла (на рис. 2 штриховое изображение силы Rzx).

Рисунок 3.- Схема корпуса плуга в пространственной системе координат (а)и б-действие сил на корпус в поперечной плоскости ZOУ

В поперечной плоскости проекции zОу (рис. 3) на корпус действует сила R zy , образующая с направлением силы R у угол . Тангенс этого угла Следовательно, угол может иметь как положительное, так и отрица­тельное значение. Значение силы R zy равно геометрической сумме сил и R y:

Расстояние р от носка лезвия лемеха до вектора R zx равно: при положительном значении угла , при отрицательном значении угла .

Значение Rx принимают одинаковое как при работе с предплужниками, так и без них, значения углов , и и размеров и — такими же, как при работе плуга с предплужниками.

Рис.1.- Изменение слагающих Rx , Ry и сопро­тивления плужного корпуса с увеличением глу­бины а вспашки.

8. Силы, действующие на корпус плуга

На каждый участок плужного корпуса действуют нормальные и касательные силы, которые в разных точках криволинейной поверхности корпуса различны по значению и направлению. Они не приводятся к одной равнодействующей. Однако для решения практических задач, таких , как определение давлений на полевые доски, устойчивости движения плуга по глубине и ширине захвата и др., требуется знать силы в трёх плоскостях проекций, их значение, направление и точку приложения.

Эти данные получают путём пространственного динамометрирования плужных корпусов на специальных установках, позволяющих одновременно замерять сопротивление в направлении перемещения корпуса плуга в горизонтальной плоскости -

Продолжение действия сил на корпус плуга

,перпендикулярной перемещению плуга- и в вертикальной - . Эти силы принимаются за проекции главного вектора элементарных площадок сопротивлений почвы Rxy, Ryz, Rxz. Силы , и зависят от свойств почвы, глубины вспашки , скорости движения, вида корпуса, остроты лезвия лемеха, наличия ножа и предплужника (рис.6)

Рисунок 6.- Силы, действующие на корпус плуга

ПРОДОЛЖЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОРПУС ПЛУГА

Главная изначальная сила - это сопротивление Ryz . Точка приложения этой силы с достаточной для расчетов точно­стью может быть принята в середине лезвия лемеха, а ее направ­ление проводится под углом трения почвы по стали относительно перпендикуляра к лезвию, исходящего из этой же точки (рис.6). Если перенести эту силу по линии ее действия к точке опоры, то есть к концу полевой доски, то там ее можно разложить на два вектора - Rx и Ry.

Rx – тяговое сопротивление корпуса. Это основная расчетная величина . Между тяговым сопротивлением корпуса Rx И сопротивлением плуга существует зависимость где -к. п . д. плуга , равный 0,6…0,8; n - число корпусов плуга

Расчёт реакции стенки борозды и

Боковая составляющая (реакция стенки борозды) , равна где - угол, образуемый лезвием лемеха со стенкой борозды; - угол трения почвы Реакция в вертикальной плоскости приложена на груди отвала, ее ве­личину и даже направление определить трудно.

вертикальная Реакция

Среднее её значение принимают Считается, что при острых лемехах положительна, то есть направлена вниз, а при тупых лемехах она отрицательна и препятствует заглублению плуга.

9.Размещение рабочих органов и колес на раме лемешного плуга

Схема размещения корпусов и колес на раме плуга представленана рисунке 276, а. Носки (точки Аи А г, А а) лемехов, установленные под углом у„ к направлению движения, должны лежать на пересечении продольных линий условно изображающих грядили рамы и расположенных один от другого на расстоянии ширины захвата b корпуса) и линии ЛИз,

отклоненной от нормали к лезвию лемеха на угол

Рабочие органы на раме плуга размещают таким образом, чтобы устранить бесполезные потери энергии на трение о стенку борозды рабочих органов, расположенных сзади.

При выборе смещения перед­него рабочего органа в сторону непаханого поля, например ножа и предплужника, учитывается возможность перекоса плуга в работе, поэтому оно берется большим (до 2 см), чем это требуется с учетом только допустимых отклонений на неточность сборки плуга.

Расстояние между носками корпусов по длине плуга должно быть таким, чтобы впереди расположенный корпус не препятствовал ска­лыванию и отваливанию пласта задним корпусом. Из этого условия, согласно рисунку 276, б, где - проекция линии ОС

Установка и расчёт параметров плужных ножей

Плужные ножи предназначены для подрезания почвенного пласта в вертикальной плоскости и выравнивания стенки борозды. Ножи подразделяют на дисковые, черенковые и плоские. Дисковые ножи в плугах общего назначения устанавливают перед последним корпусом, а на задернелых почвах- пере каждым корпусом. Дисковый нож испытывает действие силы сопротивления почвы лезвия ножа R(рис.1)

Схема дискового ножа

1-стойка коленчатая; 2- вилка; 3 – лезвие; 4- диск ножа; 5- фланец диска Рисунок 1.- Действие сил на дисковый нож

Силы , действующие на дисковый нож

Слагающие силы R направлены: - вверх вертикально, - параллельно поверхности, назад по ходу. Равнодействующая этих сил сводится к результирующей R . Сила R приложена в середине рабочей дуги АВ, которой нож режет почву и направлена по радиусу к центру. Сила - сила сопротивления почвы движению в ней ножа, а сила оказывает на нож выталкивающее действие. Чем больше диаметр дискового ножа и чем больше его толщина,

Расчёт параметров дискового ножа

тем больше и значение выталкивающей силы Диаметр диска определяется из выражения где - глубина хода ножа, мм; - запас на микрорельеф почвы, равный 10…20мм; - диаметр фланца диска, равный 100мм

Параметры дискового ножа

При глубине работы ножа 130…150мм диаметр ножа D=450…460мм. Толщина диска принимается равной 0,01D, угол заточки диска , большие значения соответствуют диску с большим диаметром. Дисковые ножи изготавливают из стали 65Г или70Г,закаливают на ширину 70…75мм с последующим отпуском с твёрдостью 320НВ.

Расчёт черенкового ножа

Черенковые ножи применяют при вспашке кустарниково-болотных, лесных, плантажных и каменистых почв. Различают че­ренковые ножи с прямолинейными и криволинейными лезвиями. Ножи с прямолинейными лезвиями наклоняют как против на­правления движения плуга (рис. 2), так и по направлению движения (рис. 3).

Условие скольжения почвы по прямолинейному лезвию ножа

Черенковый нож с прямолинейным лезвием ,представляет собой в сечении клин с углом 10…15 градусов. Они ставятся под определённым углом к вертикали. Рассмотрим работу ножа. На частицу М, находящуюся на лезвии ножа (ри.2), действуют силы нормального давления ножа на почву N и силы трения почвы о металл ножа F. По направлению равнодействующей этих сил R происходит движение частиц.

Схема взаимодействия ножа с почвой

Рисунок 2.- Действие сил на черенковый нож

Продолжение работы черенкового ножа с прямолинейным лезвием

Разложим силу N на две составляющие: , направленную вдоль вектора скорости ножа V и , направленную вдоль лезвие ножа вверх . Движение частицы М по направлению силы R возможно тогда , когда (1) Так как , а Подставим значения сил в выражение(1) Получим (2) или (3) Следовательно неравенство(3) есть условие

Установка угла наклона черенкового ножа

движения частицы М в почве под давлением ножа. При установке черенкового ножа необходимо учитывать условие резания почвы со скольжение. Условие нормальной установки ножа , при котором частицы почвы скользят вверх по лезвию до их разрушения, имеет вид (4) где - передний угол между лезвием ножа и рамой плуга; - угол трения почвы по лезвию .

продолжение Установки угла наклона

При скольжение происходит при угле для цилиндроидных корпусов, а для винтовых - . Затачивают нож под углом при толщине лезвия до 0,5мм. Нож устанавливают правее полевого обреза корпуса плуга до 12мм. Положение ножа можно изменять по высоте. На среднетяжёлых почвах носок ножа выносят вперёд носка лемеха плуга на 30…40 мм. На тяжёлых задернелых почвах носок ножа устанавливают на одинаковой высоте и на одном уровне с лезвием лемеха.

1-рама; 2- нож; 3 – долото носка лемеха с отверстием;4 – раскос; 5 – стойка корпуса; 6 – отвал Рис.Схема черенкового двух опорного ножа с криволинейным лезвием

Установка черенкового опорного ножа с криволинейным лезвием

Черенковые опорные ножи с криволинейным лезвием устанавливают на плугах при обработке почв, засорённых древесными остатками. Криволинейная лезвия форма способствует скольжению корней, мелких стволов деревьев и вынос их на поверхность поля. Угол кривизны лезвия изменяется снизу вверх от 25 до .

Нож крепят в двух опорах: в верхней — к раме, а в нижней час­ти к ножу приварено долото 8 с отверстием, в которое вставляют носок лемеха корпуса. Наряду с этим нож притягивают к корпусу плуга раскосом 9. Носок ножа устанавливают на 40...50 мм ниже опорной поверхности лемеха, поэтому нож работает с перерезом растительных остатков.

Схема плоского черенкового ножа с углом наклона по направлению движения

5- нож черенковый; 6 – лыжа; 7 – щит

Установка плоского ножа с прямолинейным лезвием

Плоские ножи с прямолинейными лезвием (рис. 3.10, в), наклонен­ным вперёд, устанавливают на однокорпусных плугах при запашке зарослей кустарников высотой до 4 м. Угол наклона лезвия =45...50°. С двух сторон ножа закрепля­ют лыжи 6, опорные плоскости которых наклонены к поверхности поля под углом = 5...8°. Ножи с лыжами крепят к брусу плужной рамы, изменением их положения по высоте регулируют глубину хода ножа.

Устранение забивание ножа

Для устранения забивания ножа, отвала и лыж ветвями кустарника устанавливают щит 7, соединяя его с ножом и рамой плуга. При движении лыжи прижимают ветви к поверхности поля, а нож их подрезает. При износе возможна перестановка ножа противоположным лезвием.

Построение схемы прицепного плуга (Резников)

При разработке схемы плуга исходят из следующих началь­ных условий: назначения плуга, почвенных условий его эксплуа­тации, числа плужных корпусов, размера и формы вырезаемого пласта. Допустим, что необходимо построить схему прицепного четырехкорпусного плуга общего назначения для культурной вспашки с предплужниками и корпусами, имеющими ширину захвата Ь и обеспечивающими глубину обработки а (рис. 1).

Удобнее всего начинать построение схемы плуга с горизон­тальной проекции. Проводят n+1 полос шириной b, где n — число корпусов. На второй полосе из произвольно выбранной точки А под известным углом изображают лезвие лемеха пер­вого корпуса. Положение носков лемехов остальных корпусов определяют точки пересечения прямой , проведен­ной под углом (угол трения почвы по стали) относительно нормали к лезвию, с горизонтальными прямыми.

Расчет Расстояния между корпусами

Расстояние между корпусами будет равно Для расчета применяют угол = 22...27°; угол установки лезвия лемеха к стенке борозды = 40...45°. В плугах общего назначения b может быть равна 35, 37, 40 или 42 см, а у плугов с регулируемой шириной захвата — 35... 45 см. При выборе величины учитывают также возможность размещения пред­плужников и ножей.

Расчет Расстояния между осями колес

Расстояние между осями симметрии бороздного и полевого колес L определяется выражением где n — число корпусов; — ширина обода колеса (при равенстве шири­ны обода бороздного и полевого колес); т — расстояние от стенки обода до смежного корпуса (по линиям вырезания пласта).

Рис. 1. Построение схемы прицепного плуга

Высота Н расположения рамы над уровнем опорной поверх­ности корпусов принимается из условия свободного прохода оборачиваемого и отваливаемого почвенного пласта. Она зави­сит от размеров вырезаемого пласта а и Ь , и равна. На вертикальной проекции наносят положение стоек корпу­сов, ножей и предплужников, показывают относительное распо­ложение уровней опоры корпусов, бороздного и заднего колес в рабочем и транспортном положениях,

Взаимное расположение рабочих органов плуга

где h —высота располо­жения основных корпусов над поверхностью почвы при транс­портировке плуга (транспортный просвет). Он прини­мается для прицепных и полунавесных — 20... 25 и для навесных плугов 30... 40 см, считая от носка переднего корпуса. Взаимное расположение рабочих органов плуга представле­но на рисунке 2. Дисковый нож относительно предплужника выносят вперед так, чтобы его нижняя точка лезвия находилась на расстоянии ,а по глубине — ниже уровня носка лемеха предплужника на 20... 30 мм,

Рис. 3.13. Взаимное расположение рабочих органов плуга: а— дискового ножа 1, предплужника 2, основного корпуса 3 и почвоуглубителя 4; б и в — соответственно черенкового ножа 5 и основного корпуса 3.

в полевую" сторону она выносится на 10... 15 мм. Черенковые ножи с прямым лезвием устанавливают под углом 70... 75° ко дну борозды на расстоя­нии = 20... 30 мм впереди основного корпуса и выносят в по­левую сторону от стенки борозды на 5... 10 мм. Глубину хода этих ножей можно регулировать по высоте. Нож с криволинейным лезвием сверху крепят на раме, а вни­зу соединяют с носком лемеха основного корпуса. Такой нож не регулируется по высоте.

Установка ножей на раме плуга

Дисковые ножи устанавливают перед последним корпусом на плугах общего назначения и специальных при распашке почв, не засоренных камнями и трудно перерезаемыми расти­тельными остатками. При вспашке задернелых почв их ставят перед каждым корпусом, что снижает тяговое сопротивление плуга, улучшает качество вспашки, уменьшает износ лемехов и отвалов. Черенковые ножи устанавливают на специальных плугах для обработки каменистых, кустарниково-болотных, лесных, задер­нелых и болотных почв.

Предплужник подрезает пласт почвы шириной захвата = 2b/3, глубиной = 8... 12 см и устанавливается перед основ­ным корпусом на расстоянии =250... 300 мм. Полевой обрез предплужника выносят относительно обреза основного корпуса в сторону необработанного поля на 5 ... 10 мм. Применяемый для рыхления подпахотного горизонта на глу­бину ап = 6...16 см почвоуглубитель располагают по следу ос­новного корпуса с расстоянием оси его симметрии до полевого обреза корпуса

Установка почвоуглубителя

Место установки почвоуглубителя определяется из выражения где b — ширина захвата корпуса плуга; n=15...25 мм. Ширина захвата почвоуглубителя

Равновесие прицепного плуга в горизонтальной плоскости (Лекции)

В качестве примера рассмотрим схему сил, действующих на прицепной трех корпусный плуг. Это сравнительно простая схема, и на ней можно легко освоить метод графического анализа условия равновесия плуга в горизонтальной плоскости.

Рис.19.Схема сил, действующих на прицепной плуг в горизонтальной плоскости.

Исходная сила для анализа - это равнодействующая Rxy всех элементарных сил, действующих на все корпуса в горизонтальной плоскости (рис.1). Ее точка приложения находится в середине лезвия лемеха на первом корпусе, и направлена она под углом трения к нормали N, проведенной к лезвию в этой же точке. Конечно, эта сила рассредоточена по всем корпусам, но поскольку корпуса располагаются по ее линии действия, то для анализа ее можно сложить в один общий вектор и перенести этот вектор по линии действия до пересечения с линией действия си­лы Qx.

Сила Qx тоже суммарная - это сопротивление качению всех опорных колес плуга, приведенное к точке приложения их равнодействующей. Векторы Qx и Rxy можно сложить в точке 1, в результате по­лучится вектор R. Силы, действующие на полевые доски, приведены к полевой доске среднего корпуса и сложены в равнодействующую F. Она направлена под углом трения к нормали по отношению к поле­вой доске.

Складывая силы R и F, сначала находят точку 2, в ко­торой пересекаются их равнодействующие, переносят туда эти силы и проводят построения по правилу параллелограмма. В ре­зультате получается суммарный вектор сопротивления плуга Rc . Точка 2 называется горизонтальным центром сопротивления плуга (ГЦС).

Нормальное положение прицепа

Если вектор силы тяги Рx трактора проходит через ГЦС параллельно направлению движения агрегата, то агрегатирование плуга проведено правильно. На прицепной серьге нет боковой нагрузки. У правильно спроек­тированного плуга ГЦС находится в зоне полевой доски среднего корпуса, и это должно быть ориентиром при выборе точки при­ложения силы тяги трактора при агрегатировании плуга.

Сдвиг прицепа вправо

Сдвиг прицепа вправо соответствует силе тяги P1x, кото­рая все равно пройдет через ГЦС, но уже под некоторым углом. Эту силу можно разложить на продольную и поперечную. Оче­видно, что на серьге появляется боковая нагрузка, а продольные силы (от сопротивления плуга и тяги трактора) образуют крутя­щий момент, который частично разгружает полевые доски. В ре­зультате сила сопротивления несколько уменьшится, так как уменьшается сила трения полевых досок, а плуг может развер­нуться на уменьшение ширины

Сдвиг прицепа влево

захвата, но плуг пойдет менее устойчиво, так как полевые доски теряют опору. Этот вариант присоединения плуга к трактору на практике не применяется. Сдвиг прицепа влево соответствует силе тяги Р2x , которая тоже пройдет через ГЦС и тоже вызовет боковую нагрузку на прицепной серьге. Теперь крутящий момент старается повернуть плуг на увеличение ширины захвата, полевые доски больше при­жаты к стенке борозды, сила сопротивления увеличилась. К та­кому варианту агрегатирования прибегают довольно часто, когда на плуге, мало корпусов, захват невелик, а трактор слишком ши­рок для выбранного плуга.

Такой плуг надо сдвигать вправо по отношению к трактору, чтобы гусеница (или колесо) шла по не­паханому полю, да еще и с дистанцией 15...20 см от борозды. В этом случае применяется компромиссное решение: общее несо­гласование между вектором Rс и осью симметрии трактора делят на три, на эту величину смещают серьгу трактора вправо, а на дне третьих части смещают прицепное устройство плуга влево отно­сительно пахотных корпусов. Сила сопротивления плуга при этом увеличивается.

Влияние центра тяжести плуга

Если центр тяжести плуга (ЦТ) не совпадает по месту расположения с ГЦС, то возни­кают помехи в равновесии (рис.2). Эти помехи возникают толь­ко при неустановившемся движении, когда наблюдаются положительные или отрицательные ускорения движения. Для 5 - корпусного плуга силы инерции доходят до 3000Н, возникает крутящий момент, действующий на плуг то влево, то вправо.

Рис.2.- К расчету влияния сил инерции на равновесие плуга.

Если ликвидировать плечо h , то есть спроектировать плуг так, чтобы у него совпадали центр тяжести и центр сопротивле­ния, то исчезнут моменты инерции относительно ГЦС, и плуг бу­дет устойчив всегда.

Равновесие прицепного плуга в вертикальной плоскости

При правильном проектировании прицепного плуга его сила веса должна распределяться равномерно на все три опорных ко­леса, когда он стоит на месте. Однако во время работы нагрузка па колеса может резко перераспределиться из-за неправильного присоединения тягового дышла на понизителях рамы плуга. Рас­смотрим способ графического анализа действующих сил для определения вектора силы тяги по величине, направлению и точке приложения (рис.3).

Рис.3.- Схема сил, действующих на прицепной плуг в вертикальной плоскости.

Этот вектор должен быть таким, чтобы во время вспашки не нарушилось равномерное распределение силы веса плуга по всем трем его колесам. Исходные силы: G - cила веса плуга; F- сила трения полевых досок; Rxz - реакция пластов в вертикальной плоскости; Rб, Rп, Rз- реакция почвы на бороздное, полевое и заднее колеса (опорная и на качение);

Rк - равнодействующая реакция почвы на все колеса, про­ходящая через центр тяжести плуга; Pxz - сила тяги; Rc - суммарный вектор сопротивления. Для рассматриваемого графического анализа равновесия плуга надо вычертить схему плуга в масштабе и расставить на ней все исходные силы. Эти силы должны быть тоже в определенном масштабе.

Допускается сложение одинаковых сил, действующих на каждый корпус, и перенос суммарных векторов на средний корпус. Чтобы получить суммарный вектор сопротивления плуга, складывают векторно силы Rxz и F, затем добавляют вектор G. Полученный суммарный вектор исходит из точки 1. Его линия действия пересекается с линией действия вектора R, в точке 2, которая является вертикальным центром сопротивления (ВЦС).

Если в этой точке сложить полученный суммарный вектор и рав­нодействующую реакций почвы на колеса, то получим общий вектор сопротивления плуга Rc . Очевидно, что сила тяги трак­тора должна быть такой же по величине и обратной по направле­нию, то есть она тоже проходит через точку 2 и показывает на схеме плуга, на какой высоте должно быть тяговое дышло. Если ошибочно дышло будет поднято выше, то созда­ется момент, перегружающий передние колеса, сопротивление плуга возрастает.

Надо стремиться иметь одинаковые реакции на всех колесах. При изменении угла наклона силы тяги от 0 до 18° сила тяги изменяется на 20%, а отношение нагрузок передних колес к заднему - в 15 раз. На практике почти невозможно опреде­лить силы Rzx и F, поэтому при присоединении к трактору ори­ентируются на след центра тяжести плуга или на его ГЦС. У правильно спроектированных плугов все три характерные точки - ЦТ, ГЦС и ВЦС должны находиться в зоне полевой доски среднего корпуса, и именно туда надо направлять тяговое дышло при составлении пахотного агрегата.

Силы, действующие на полунавесной плуг, и условия равновесия(БОСОЙ)

Полунавесной плуг к прицепному устройству трактора присоединяется шарнирно как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях. Прицеп­ное устройство плуга предусматривает возможность регулирования линии тяги как по высоте, так и в поперечной плоскости. Величина и положение силы G определяется весом плуга и долей веса механизма навески, прихо­дящейся на плуг.

Силы , действующие на плуг в вертик.плоскости

Для нормальной работы полунавесного плуга, для обеспе­чения его равновесия и заглубления необходимо, чтобы сила тяжести плуга превы­шала сумму вертикальных составляющих сил сопротивления корпусов и силы тяги трактора ,способствующих выглублению плуга, особенно при зату­пленных лемехах, т. е. В вертикальной плоскости на плуг действуют следующие силы: - сил тяги трактора (рис,1); -проекция суммы вертикальных составляющих сил сопротивления корпусов ; -результирующая

Рис.1.- Схема сил , действующих на полунавесной плуг в продольно - вертикальной плоскости

сил трения полевых досок о дно борозды; и - реакции опорного и заднего колес с учетом сил сопротивления качению. При построении силового многоугольника сначала складываем извест­ные силы G и , находим их равнодействующую . На схеме плуга параллельно равнодействующей через точку 1, являющуюся точкой пересечения сил G и Rzx, проводим прямую до ее пересечения в точке 2 с линией действия силы Fnx (прямая 1-2).

Затем в силовом многоугольнике силу Rq складываем с силой и находим равнодействующую парал­лельно которой на схеме плуга через точку 2 проводим прямую 2-3 до пере­сечения с направлением действия силы в точке 3 и прямую 2-4 до пересе­чения с направлением действия силы R'3 в точке 4. Прямая, соединяющая точки З и , должна определять направление силы тяги . Если направление -0 силы тяги на схеме плуга пересекает вектор силы вне зоны опоры колес (прямой 3-4), допустим, левее, в точке 5, то плуг, опираясь на опорное колесо,

стремится поворачиваться против часо­вой стрелки, задние корпуса стремятся к выглублению, и устойчивость хода плуга нарушается. В этом случае в конструкции плуга предусматривается понизитель рамы, обеспечивающий перемещение точки присоединения прицепного приспособления О вниз, а следовательно, и перемещение вправо точки 5 пересечения направления действия силы тяги с направлением рав­нодействующей .

Нормальное направление силы тяги, которое должно обеспечить устойчивую работу плуга, определится прямой -6. Положение точки 6 на прямой 3-4 определяется из соотношения сил R'0 и R'3. Соотношение сил R'Q и R3 пропорционально длине отрезков 3-6 и 6-4. Определив положение точки 6 и соединив ее с полюсом , найдем направле­ние линии действия силы тяги трактора и необходимое положение точки на пони­зителе рамы плуга.

Так как величина и направление силы Rxz при работе с острыми и ту­пыми лемехами различны, что имеет большое значение для условий равновесия плуга в вертикальной плоскости, рекомендуется (по данным Г. Н. Синеокова) построение проводить дважды, т. е. для случаев работы с острыми и тупыми лемехами

Силы, действующие на плуг в гор. Плоск.

В горизонтальной плоскости на полунавесной плуг действуют Рху — горизонтальная составляющая силы тяги(рис.2) ; Rxy — результирующая проек­ций на плоскость элементарных сил сопротивления почвы, преодолеваемых корпусами плуга; Fny — результирующая сил трения полевых досок о стенки борозд: и R"3 — силы сопротивления перекатыванию переднего опорного и заднего колес.

Схема сил, действующих на полунавесной плуг в гориз.плоскости

построение силового многоугольника

При построении силового многоугольника сначала складываем извест­ные силы Rxy и , пересекающиеся на схеме плуга в точке 7, находим их равнодействующую R'r . Проводим через точку 7 прямую 7-8, параллельную равнодействующей R'r до пересечения с направлением действия силы в точке 8. Равнодействующую R'r складываем в многоугольнике с силою R"3, приложенной к заднему колесу плуга, и находим равнодействующую R"r.

Проводим через точку 8 прямую 8-9, параллельную равнодействующей R'r, до пересечения с направлением действия силы Fny в точке 9. Соединяем точку 9 с точкой О — точкой прицепа. Далее разложением силы R"r вдоль направления 9-0 и 9-Fay определяем значение- силы Р ху и F ny . Таким образом точка О линии тяги на прицепе должна располагаться на прямой -0-9, при этом плуг находится в равновесии даже при незабло-кированном четырехзвенном механизме

но из-за неоднородности почвы по сопротивлению, колебаний хода плуга по глубине точка 9 линии 9-0 может смещаться, нарушая устойчивость хода плуга — в таких случаях четырехзвенник рекомендуют блокировать (на схеме показано штриховыми линиями).

Рис. 2.69 Схема сил, действующих на полунавесной плуг

Силы, действующие на навесной плуг и условие равновесие (БОСОЙ)

В вертикальной плоскости Z O Х на плуг, навещенный на гусеничный трактор, действуют силы (рис.1), G – сила тяжести плуга, -сила тяги трактора, - проекция результирующей на плоскости ZХ элементарных сил сопротивления почвы , преодолеваемые корпусами ; -результирующая сил трения полевых досок о дно борозды и — реакция на ободе опорного колеса . Заданными силами, являются вес плуга G и результирующая проекций на плоскость ZOХ элементарных сил сопротивления почвы .

Схема сил , действующих на навесной плуг

Необходимо определить силы , и , кроме того, силы S, и , действующие в верхнем и нижних звеньях механизма ABCD навески трактора. Для расчета условий равновесия плугов в вертикальной плоскости задаемся значением коэффициента перекатывания колес, что позволяет определить направление силы . Принимаем при работе плуга на плотных почвах = 0,15, а на рыхлых = 0,2.

Величина силы Fnx зависит от целого ряда факторов: от боковой состав­ляющей сопротивления почвы , коэффициента трения f, расположения на раме опорного колеса, направления в плане линии тяги и верхнего звена А В механизма навески и других факторов, которые трудно рассчи­тать, поэтому величиной силы задаемся исходя из следующего: прини­маем, что Fny = Ry = Rx/3 и f= 0,5. Тогда , где Rx — гори­зонтальная составляющая равнодействующей .

Навесной плуг в вертикальной плоскости находится в равновесии, если равнодействующая всех сил сопротивления и веса плуга проходит через мгновенный центр вращения навесного устройство трактора. Многоугольник сил строим в следующей последовательности. В начале складываем силы G и Rzx и получаем равнодействующую . На схеме плуга через точку 1 пересечения направлений действия сил G и Rzx проводим прямую 1-2 параллельно

равнодействующей до пересечения с направлением силы в точке 2. Далее, в много угольнике сил складываем равнодействующую Rq с силой и находим их равнодействующую RF . Через точку 2 параллельно силе RF проводим прямую 2-3 до пересечения с направлением силы R0 реакции на ободе опорного колеса в точке 3. Соединив точки 3 и , определяем нормальное направление силы тяги , обеспечивающее устойчивое движение плуга в борозде.

Разложением равнодействующей по направлении действия сил и R0, определяем их величины в многоугольнике сил. Если разложим силу по направлениям звеньев навесного устройства трактора, т. е. по направлению верхнего звена АВ и направлению нижних С D, то в много­угольнике найдем значение сил S, действующей в верхнем звене, и — в нижних звеньях. В горизонтальной плоскости ХОУ на плуг действуют силы -горизонтальная составляющая силы тяги трактора;

-результирующая проекция на плоскость элементарных сил сопротивления почвы, преодолеваемых корпусами плуга; - результирующая сил трения полевых досок о стенки борозд и - сила сопротивления перекатывания опорного колеса. При построении силового многоугольника вначале складываем силы Rxy и , получаем равнодействующую параллельно которой на схеме плуга через точку 4 пересечения направлений действия сил и проводим прямую 4-5 до пересечения с линией направления действия силы .

Полученную точку 5 соединяем с полюсом . Прямая 5 - опре­деляет направление горизонтальной составляющей силы тяги Рху. Следо­вательно, нормальный ход плуга в горизонтальной плоскости будет при условии, что точка прицепа трактора располагается на линии продольной оси трактора, совпадающей с линией направления действия силы тяги.

Для определения усилий, возникающих в звеньях АВ, и C2D2 навесного устройства трактора, из силового многоугольника, построенного для вертикальной плоскости, проектируем и наносим на многоугольник сил, построенный для горизонтальной плоскости, усилие S, воспринимае­мое верхним звеном АВ навесного устройства. Затем из схемы плуга в сило­вой многоугольник горизонтальной плоскости переносим направления звеньев и определяем усилия и ,возникающие в этих звеньях.

Колесный трактор при работе с плугом правыми колесами движется по открытой борозде, т. е. в поперечной плоскости имеет наклон в сторону борозды, определяемый глубиною пахоты. Из-за наклона трактора нижние звенья навесного устройства проектируются на продольно-вертикальную плоскость раздельно, каждое звено самостоятельно. В горизонтальной плоскости нижние звенья образуют с осью х различные по величине углы.

Кроме того, из-за наклона трактора направление верхнего звена АВ в гори­зонтальной плоскости проекции не всегда проходят через полюс . Таким образом, при построении силового многоугольника эти особенности следует учитывать. Когда равновесие плуга и колесного трактора рассматривают только в продольно-вертикальной плоскости проекций, то наклон трактора можно не учитывать.

10.Условие равновесия навесного плуга в вертикальной и горизонтальной плоскостях (Кленин новый)

Плуги и другие сельскохозяйственные ма­шины соединяют с тракторами навесными системами, состоящи­ми из гидравлических систем, механизмов навески и управления. Гидравлическая система включает следующие основные узлы: масляный бак, шестеренный насос, распределитель, гидроцилинд­ры, гидроарматуру. Механизм навески и управления служит для подъема, опускания и регулирования положения машины

Различают трехточечные (рис. 1, а, б) к двухточечные (рис. 1, в) механизмы навески. При трехточечной навеске поперечную балку плугов и других ма­шин присоединяют к звену (горизонтальная проекция) четырехзвенного механизма D'C'C'D', а стойку ВС (вертикальная про­екция) — к звеньям АВ и CD механизма навески ABCD. Машины поднимают и опускают механизмом EFGD, ведущее звено EF которого поворачивает шток гидроцилиндра. Трехточечная систе­ма навески обеспечивает устойчивое пря­молинейное движение агрегата

Рис.1.-Схемы механизмов навески

Подпись к рисунку 1

: вертикальная (а), горизонтальная (б) проекции трехточечного механизма навески и горизонтальная проекция (в) двухточечного механизма

. Такую на­веску применяют при агрегатировании с трех- и четырехкорпусными плугами, сеялками, культиваторами и другими машинами. Двухточечная система механизма навески (рис. 1, в) предус­матривает соединение шарниров в одной точке D". По такой схе­ме навешивают многокорпусные полунавесные плуги, свекло­подъемники и другие машины. Двухточечная навеска обеспечива­ет более устойчивое движение агрегата, снижение нагрузок в дета­лях навески и в машинах, что особенно проявляется при повороте продольной оси трактора. Для направления линии тяги и смеще­ния плуга в поперечной плоскости относительно трактора поло­жение оси шарнира изменяют в поперечной плоскости.

Верхняя тяга (звено АВ) и раскосы (звенья FG) выполняют ре­гулируемой длины с целью изменения горизонтального положе­ния рамы машин как в продольной, так и в поперечной плоско­стях. Для ограничения поперечных перемещений машин в транс­портном положении нижние тяги (звенья CD) блокируют цепями или растяжками.

Навесные системы подразделяют на три группы: 1- навесная система не связана с гидросистемой трактора в про­цессе работы (распределитель занимает плавающее положение), глубина пахоты определяется положением опорных колес, колеса трактора не догружаются плугом;

2- в гидроцилиндре механизма навески установлено постоянное по значению избыточное давление, нагрузка на опорные колеса плуга снижается, а ведущие колеса трактора догружаются; 3 - навесное устройство постоянно связано силовой связью с гид­росистемой трактора, плуг не имеет опорных колес, глубина пахо­ты устанавливается силовым регулятором гидросистемы.

Наряду с гидродогружателями ведущих колес трактора возмож­но применение и механических устройств, перераспределяющих усилия на колеса трактора и плуга. Так, возможна догрузка веду­щих колес тракторов наклоном верхней тяги (звено АВ) механизма ABCD навески.

Условия равновесия плуга в вертикальной и горизонтальной плоскостях ( РЕЗНиков)

При проектировании плуга обращают внимание на стабильное выполнение технологического процесса, которое в значительной мере обусловлено его устойчивым ходом в вер­тикальной и горизонтальной плоскостях. Движение будет устой­чивым при суммарном равенстве действующих активных и ре­активных сил, а также равенстве нулю моментов относительно координатных осей.

С некоторым допущением рассматривают статические усло­вия равновесия сил в плугах, т. е. условия прямолинейного и равномерного движения плуга при сохранении заданной глуби­ны обработки. Как активные, так и реактивные силы представ­ляют сосредоточенными и приложенными в определенных точ­ках элементов орудия. К активным относят силу тяги и вес ма­шины; к реактивным — силы сопротивления рабочих органов, си­лы трения на полевых досках, реакции опор колес.

Условия равновесия плуга

Устойчивый ход рабочих органов плуга приравнивают к ус­ловиям статического равновесия, когда выполняются три урав­нения действующих сил и три уравнения моментов В уравнениях ( 1 и 2) представлены суммы проекций сил на соответ­ствующие оси и суммы моментов сил относительно тех же осей.

Их решение сводится к определению реакций в опорах, действующих в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Однако аналитический способ определения опорных реак­ций плуга является трудоемким, в связи с чем предпочтение отдается графическому методу. Рассмотрим действие сил и усло­вия равновесия орудия графичес­ким способом на примере полуна­весного плуга.

Рис.2.- Схема сил , действующие на навесной плуг в вертикальной плоскости

В продольно-вертикальной плоскости XOZ (рис. 2) на плуг действуют сила тяжести G, - проекция силы сопротивления корпусов плуга , результирующая сила трения F x поле­вых досок о стенки борозд, реакция RK почвы на колесо и сила тяги трактора . Силу тяжести G принимают из технической характеристики или рассчитывают по зависимости т0 — относительная масса плуга, т0 = (2,0...3,5)103 кг/м2.

Меньшие значения соответствуют трех- четырехкорпусным навесным, плугам, большие — оборотным и прицепным. Линия действия силы тяжести G проходит посредине корпусов. Значение и направление реакции находят из соотношения где угол между направлением действия силы и осью Х. Величина угла зависит от свойств почвы , остроты лезвия лемеха и глубины обработки. и лежит в пределах от + 18 до - В качестве расчетного принимают

Сила сопротивления корпусов плуга наклонена под углом к оси Х. Силу — из выражения Сила Сила Силу Fx располагают посередине ширины полевой доски, направ­ляя ее вдоль оси X.

Линия реакции проходит через ось опорного колеса под уг­лом к ней, причем , где - коэффициент сопротивле­ния перекатыванию колеса. На плотных почвах fn - 0,08...0,10, на рыхлых— fn = 0,12...0,20. Определив точки приложения и направление линий действия сил G, Rxz и Fx, их наносят в принятом масштабе на проекции схе­мы плуга, отдельно от схемы строят многоугольник сил.

Вначале находят силу складывая известные по значению и направлению векторы G и , затем на схеме плуга из точки 1 пе­ресечения линий действия сил G и проводят прямую, парал­лельную линии действия равнодействующей . Эта прямая пере­сечет силы трения Fx в точке 2. На многоугольнике сил из конца вектора откладывают век­тор силы Fx (отрезок cd). Сложением векторов и Fx получают равнодействующую .

На схеме плуга через точку 2 проводят линию, параллельную силе , до пересечения с направлением силы RK сопротивления качению опорного колеса. Указанные линии действия сил и RK пересекаются в точке 3. В этой точке приложена равнодействую­щая всех сил сопротивления плуга (G, RK и Fx). Навесной плуг в вертикальной плоскости находится в равновесии , если равнодействующая всех сил сопротивления и веса плуга проходит через точку 3 и мгновенный центр вращения навесного устройства трактора.

Рисунок

Значения сил Rxz и Pxz получают по многоугольнику сил, для чего из начала вектора G ( из точки а) проводят прямую, парал­лельную линии 3— , а из конца вектора R2 — линию, параллель­ную реакции Rк опорного колеса. Точка их пересечения даст отре­зок а е и de, равные в принятом масштабе соответственно силам и .

В горизонтальной плоскости на схему плуга наносят следую­щие силы: составляющую реакции почвы, действующую на ра­бочие поверхности корпусов; проекцию Rx реакции Rк ; реакцию F стенок борозд на полевые доски; составляющую силы тяги . Все эти силы наносят на горизонтальную проекцию схемы плуга.

Силу прикладывают под углом 25...35° к оси Х в середину ши­рины захвата плуга. Сила Rx — проекция реакции RK, которую оп­ределяют из многоугольника сил в продольно-вертикальной плос­кости. Реакция F отклонена на угол трения от оси Y.

Как видно из многоугольника сил, сила тяги Pxz имеет мини­мум, когда угол = 90°, т. е. Векторы и / Rк перпендикулярны. С увеличением угла реакция Rк на опорное колесо возрастает. Силы и RK увеличиваются при смещении шарнира А вниз и уд­линении звена ВС плуга. В ряде машин механизмы навески имеют дополнительные отверстия для перестановки шарниров А и В.

Из­менение положения шарниров влияет на догрузку ведущих и раз­грузку ведомых колес трактора и опорного колеса плуга. Такое пе­рераспределение предпочтительно при работе на рыхлых и влажных почвах, так как уменьшается глубина колеи опорного колеса, а догрузка движителей трактора снижает буксование его колес.

При агрегатировании плугов с колесными тракторами тяговых классов 0,9...1,4 их правые колеса движутся в открытой борозде, поэтому трактор наклонен. В этом случае нижние звенья DC ( рис.1) проектируются на продольно-вертикальную плоскость в виде двух линий, поэтому условие равновесия плуга следует рассматривать в трех плоскостях. .

Устойчивость хода пахотного агрегата в горизонтальной плоскости зависит от положения линии относительно следа мгновенной оси поворота. С увеличением наклона линии тяги вправо относительно точки сила и реакция F на полевые доски уменьшаются, а с наклоном влево — увеличиваются. Однако значительное уменьшение реакции F может нарушить устойчивый ход плуга, особенно при неодинаковом по длине гона удельного сопротивлении почвы.

Наклон линии тяги относительно полюса как вправо, так и влево ухудшает управляемость трактора и повышает энергозатраты на его передвижение. Исходя из этого считают, что линия тяги должна проходить через полюс , а линия ее действия — совпадать с осью симметрии трактора. Наряду с этим должно выдерживаться расстояние m = 15...20 см от стенки борозды до наружного края правой гусеницы

или правого заднего колеса тракторов, если колеса (гусеницы) последних движутся не по борозде, полунавесные плуги имеют два опорных колеса. Условие равновесия таких плугов рассматривается так же, как и навесных, при этом реакции двух колес приводятся к одной равнодействующей по правилам сложения параллельных сил.

Наиболее целесообраз­ным считаются одинаковые значения реакции почвы на переднее и задние колеса, а угол наклона линии тяги к горизонтальной плоскости составляет 14... 18°. Прицепные плуги соединяют с трактором так, чтобы линия тяги проходила через след центра тяжести плуга , который прибли­зительно находится на середине линии, соединяющей носки ле­мехов.

На почвах с малым [(1,5...2,0)103 Па] удельным сопротивле­нием линию тяги смещают вправо, чтобы уменьшить действия задней полевой доски на стенку борозды. Такое смещение снижа­ет тяговое сопротивление до 5 % и уменьшает разрушение стенки борозды, особенно последним корпусом.