close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Теоретическое обоснование рабочей поверхности почвообрабатывающего органа на основании минимизации энергоемкости технологического процесса..pdf

код для вставкиСкачать
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Теоретическое обоснование рабочей поверхности
почвообрабатывающего органа на основании
минимизации энергоемкости технологического
процесса
И. Т. Ковриков, д.т.н., профессор, Д. П. Юхин, ас
пирант, Оренбургский ГАУ
Для объективной оценки эффективности тех
нологического процесса основной обработки по
чвы используется рациональная формула, пред
ложенная В. П. Горячкиным:
РР= GG⋅ f f+ k k⋅ a a⋅ b b+ ε ⋅ a a⋅ b b⋅ v 2v 2 ,
(1)
где P – тяговое сопротивление плуга, Н;
G – вес плуга, Н;
f – коэффициент пропорциональности (сопро
тивления протаскиванию плуга в открытой
борозде);
k – коэффициент, характеризующий сопро
тивление пласта различных почв деформации
(удельное сопротивление почвы), Н/м2;
a – глубина пахоты, м;
b – ширина захвата плуга, м;
Рис. 1 – Схема развивающегося косого трехгранного клина
ε – коэффициент скоростного сопротивления,
зависящий от параметров (геометрической
формы) рабочего органа почвообрабатываю
щего орудия и свойств почвы, Н·с2/м4 [1].
Из выражения (1) следует, что энергетические
показатели технологического процесса основной
обработки почвы конкретно физикомеханичес
кого состава определяются постоянным состав
ляющим G · f и переменными составляющими
(2)
kk⋅ aa⋅ bb+ ε ⋅ aa⋅ bb⋅ vv2 2 .
Преобразовав выражение (1), получим:
2 2
(3)
Р =Р m ⋅mg ⋅gf +f a ⋅ab ⋅ b(k (+k ε ⋅ v 2 v) 2 ) ,
2
где m – масса плуга, кг; g = 9,81 м/с .
Из этого следует, что переменные составляю
щие тягового сопротивления в первую очередь за
висят от выбора размеров сечения пласта, вовто
рых, от характеристик самой почвы, втретьих, от
геометрических параметров почвообрабатываю
щего органа скоростного режима технологичес
кого процесса [1, 3].
Для того, чтобы определить, каким же образом
влияют геометрические параметры рабочего органа
на тяговое сопротивление орудия, рассмотрим ле
мешноотвальную поверхность джойнтера как раз
вивающийся косой трехгранный клин (рис. 1) [8].
Косой трехгранный клин (рис. 2) характери
зуется тремя основными углами: α – угол кроше
ния, β – угол оборота, γ – угол сдвига.
Эти углы связаны между собой тригонометри
ческой зависимостью:
tg
(4)
tgα = tg
tgβ ⋅ tg
tgγ .
74
Рис. 2 – К определению формы направляющей кривой
Кроме трех вышеперечисленных углов, часто
приводят еще один угол – , определяющий на
клон рабочей грани клина к горизонтальной плос
кости (наклон ко дну борозды) [7]. Угол также
связан тригонометрическими зависимостями с уг
лами α, β, γ:
tgtg
α = tgtg
ε ⋅ sin
sinγ ,
(5)
tgtg
β = tgtg
ε ⋅ cos
cosγ .
(6)
Конструктивные параметры отвального рабо
чего органа таковы, что основное крошение осу
ществляется лемехом и грудью отвала, за обора
чивающие свойства отвечает крыло отвала. Так
как джойнтер предназначен для оборота пласта на
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
угол βmax = 160° и при этом должен качественно
разрыхлить пласт почвы, то предлагаемая рабо
чая поверхность джойнтера должна сочетать па
раметры культурного и полувинтового типов по
верхностей. Таким образом, целесообразно было
бы предложить построение рабочей поверхности
джойнтера выполнить по двум сопряженным на
правляющим кривым. Характер кривых соответ
ственно отвечает за крошащие и оборачивающие
свойства поверхности [5].
Интерпретировав рациональную формулу
В. П. Горячкина, мы составили формулу сопро
тивления протаскиванию джойнтера:
tgtgβ
cos(arctg
arctg
cos(
))
cosγ
cos
mg
sin
RRxдж
=
mg
⋅ sin
xдж
∫∫
cosϕ
cos
( P( P
))
,
ным случаем циклоиды, которая описывается па
раметрическими уравнениями:
ϕ) )
 x =xr ⋅ (rϕ (− sinsin

(9)
ϕ) ) ,
 y =yr ⋅ (r1 −(1coscos
где r – радиус производящего круга;
φ – угол поворота производящего круга.
Радиус кривизны R для обыкновенной цикло
иды определяется уравнением:
ϕ
R =R 2 ⋅ 2r r2 ⋅2 1 −1coscos
ϕ = 4 ⋅ 4r sin
r sin ,
(10)
2
2
причем радиус производящего круга примем рав
ным половине максимальной глубины обработки
a
r =
2 .
Длину рабочей части циклоиды определяем из
условия, что она должна быть больше длины от
резка АС, но меньше длины клина, при котором
возникает сгруживание почвы впереди клина (см.
выражение 11):
(7)
00
(90 − arctg
arctg(tg
(tgβ ⋅ tgtgγ ) )+ ϕ) )⋅ dP
dP
(90
00 ≤ β ≤45
4500
P
где P 
 γ00 ≤ γ ≤ γ11 и
0
45
45 ≤ β ≤ 160
160 0

 γ11 ≤ γ ≤ γ 22 [1, 9]
(α + ϕ)⋅
 ≤ ctg
ctg
После соответствующих преобразований по
2
σ
2υ 2 α 
α 
α
лучили формулу в ином виде:
⋅ tgtg(α + ϕ) − sin
⋅  в −в 2 ⋅ sinsin ⋅ cos
 [2] (11)
cos
sin
22
22
22  
 γ об об g g
2 ⋅ {(sin α 2 − sin α1 ) ⋅ (sin ε 2 − sin ε1 )}+ 
Rx = mg ⋅  2 (sin 2 sin 1 ) (sin 2 sin 1 ) 
Rx mg + tgϕ ⋅ {sin α 2 − sin α1 ) ⋅ (cos ε1 − cos ε 2 } .
Движение почвенной частицы по отвалу для
tg sin 2 sin 1 ) (cos 1 cos 2
снижения энергоемкости выполняется по кривой
[(cos
α − cos α ) ⋅ {2 ⋅ (sin ε − sin ε ) +
– брахистохроне, которая записывается в пара
(cos2 2 cos1 1 ) {2 (sin2 2 sin1 1 )
метрической форме, где определяющим углом яв
+ tgϕtg⋅ (cos
ε
−
cos
ε
)}
+
(sin
α
−
sin
α
).
(cos1 1 cos2 2 )} (sin2 2 sin1 1 ).
ляется угол ε . Для того, чтобы выразить уравнение
] (8) направляющей кривой, необходимо уравнение
⋅ (cos2ε 2 −cos
cos1ε)1 ) −tgtgϕ(sin
⋅ (sin 2ε 2 −sin
sin 1ε)1 )}[9]
2{2(cos
брахистохроны переписать с учетом угла (выра
Как видно из формулы (8), определяющими
жение 12):
углами являются углы α и ε. Для того, чтобы про
1
цесс обработки почвы был мене энергоемким, не
π 1
1

1

X = 1 (c + fc ) λ + 1 sin 2λ −  + 1 f (c1 + fc2 )1 sin22 λ − 1 +
1
X  2 c11 fc22 
обходимо оптимизировать законы изменения уг
2sin 2
2  2 f c1 fc2  2sin
2
2
2
2
2
лов α и ε (рис. 1) от координаты Z (от высоты рас
1 2
1
1
π

4
+ 1 f (c1 + 2 fc2 )cos4 λ + 1 f 2 (2c1 − fc2 ) − λ +1 sin 4λ  +
положения образующей).
4 f 2c1 fc2  2
4sin 4 
2 f c1 2 fc2 cos
2
4
2
4
Будем считать, что кривая, характеризующая
c2  3λ
1 3
1
3π 
4
+ 1 f 3 c1 (1 − sin4 λ )+ f c2 3 + sin 2λ +1 sin 4λ −3  a
изменение угла α от Z (или функция α = f(Z)),
2 f c1 1 sin
2
2
8
4 a
sin 2
f
sin 4

является оптимальной, если для движения тела по
2
2 2
8
4
данной кривой потребуются наименьшие затра
 1
π
1
1

Y = a − (c1 + fc2 )cos 2 λ + f (c1 + fc2 ) λ − sin 2λ −  +
ты энергии [10]. Для наглядности представим кри
1
1
1
2
2
2
4
Y a  c1 fc2 cos 2
f c1 fc2 
sin 2
вую α = f(Z) как траекторию движения «mc» эле
2
2
2
4
1
1
1
π


ментарной почвенной частицы массой m по раз
+ f (c1 − 2 fc2 ) − λ − sin λ  + f (2c1 + fc2 )(1 − sin 4 λ )+
14
14
2
 1 2f 2c fc 1 sin 4
вивающемуся двугранному клину под действием
f c1 2 fc2 
sin
1
2
4 1 3  3π 32λ
4
результирующей от всех сил.
1 2  1

+ f c1  −
− sin 2λ − sin 4λ − fc2 cos 4 λ  , (12)
Было целесообразно предположить, что траек
1 2 3 3 4 3 2
18
1
2
f c1
sin 2
sin 4  fc2 cos 4 ,(12)
тория подъема почвенной частицы, обеспечиваю
2
4
2
8
2
щей ее на высоту H=
H = 2aa 2 b
+2b 2 , требовала наи где λ – развивающийся угол кривой к горизонту;
f – коэффициент трения;
меньших затрат энергии. Таким свойством обла
дает кривая «брахистохрона» [4].
f 2 f+21 1
f 2 f+21 1
u 02 u 02
a
=
,
c
=
,
c
=
f
Тем не менее, при разности углов крошения
a
f
1, c1
2, c 2
g g
2u 02u 0
2u 02u 0 – посто
= 2– 1==18°–13°
18°–13° целесообразнее выполнять
∆α = α2–α1
траекторию движения по обыкновенной циклои
янные интегрирования;
де, радиус R которой является радиусом кривиз
υ 0 – скорость движения почвенной частицы;
ны циклоиды, т.к. брахистохрона является част
g = 9,8 м/с2.
75
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рассмотрев поверхность джойнтера как сово
купность элементарных трехгранных клиньев,
определили, что направляющая кривая и траек
тория движения почвенной частицы отличны по
направлению на угол трения φ.
В связи с этим можно описать форму направ
ляющей кривой, используя формулу брахисто
хроны, где λ определяется:
1
sin
(
cos 2 (tg 2
sin cos
sin
sin 2
tg 2 ) sin 2
sin 2 (1 ctg 2
Рис. 3 – Закон изменения угла горизонтальной образующей
к плоскости стенки борозды
tg 2
Литература
sin sin
sin
где
1
cos
1 ctg
cos
.
2
tg
2
sin
1
sin
1 ctg 2
tg 2
Горячкин, В. П. Сборник сочинений. Т.т. 1,2,3. М.: Стрйиз
дат, 1989. 304 с.
2
Гячев, Л. А. Динамика машиннотракторных агрегатов. Рос
товнаДону: Издво Ростовского университета, 1986. 191 с.
3
Иванов, Г. В. Разработка метода расчета и построения рабо
чей поверхности скоростного корпуса плуга: автореф. дисс...
канд. техн. наук. Волгоград, 1971.
4
Ковриков, И. Т. Основы проектирования широкозахватных
машин почвозащитного комплекса с учетом мезорельефа
полей: автореф. дисс. ... докт. техн. наук. Новосибирск, 1982.
5
Козырев, В. Г. Исследование по обоснованию методики мо
делирования технологических показателей почвообрабатыва
ющих машин: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 1982.
6
Летошнев, М. Н. Сельскохозяйственные машины. М.: Сель
хозгиз, 1955.
7
Синеоков, Г. Н. Проектирование почвообрабатывающ их
машин. М.: Машиностроение, 1965.
8
Щучкин, Н. В. Лемешные плуги и лущильники. М.: Машгиз,
1952.
9
Эльсгольц, Л. Э. Обыкновенные дифференциальные урав
нения. М.: ГИТТЛ, 1954.
10
Яблонский, А. А. Курс теоретической механики. М.: Выс
шая школа, 1977.
),
(13)
Таким образом, получив законы изменения
углов α и ε, путем тригонометрических преобра
зований несложно получить закон изменения угла
сдвига γ, представленного на рисунке 3.
Таким образом, получили основные законы
изменения основных углов, характеризующих ле
мешноотвальную поверхность джойнтера, обус
лавливающую минимальную энергоемкость от
вальной обработки верхнего корнеобитаемого слоя
пахотного горизонта.
Стенд для испытания доильных аппаратов
С. А. Соловьев, д.т.н., профессор, В. А. Шахов,
к.т.н., доцент, И. В. Герасименко, инженермеха
ник, Оренбургский ГАУ
стаканы 16, искусственные соски 17, коллектор
18, молочный шланг 19, вакуумные шланги 20,21,
доильное ведро 22, весы 23, компьютер 24, кабели
25,26,27,28, манометр 29, кран перекрытия 30, ва
куумпровод 31.
Стенд работает следующим образом. Перед
проведением испытаний через горловину 3 зали
вают имитатор молока в емкость 2, затем на ис
кусственные соски 17 надевают доильные стака
ны 16 испытываемого доильного аппарата. От
крывая кран 30, соединяют вакуумпровод 31 с ва
куумными шлангами 21 и 20. Величина вакуум
метрического давления при этом отслеживается по
манометру 29.
Кран 30 открывают после создания необходи
мого внутривыменного давления, т.е. после под
ключения насоса 4. Нажатием кнопки управле
ния 7, находящейся на реле времени 6, включают
электродвигатель 5 для привода в работу насоса
малой производительности 4, который перекачи
вает имитатор молока из емкости 2 по трубопро
воду подачи 8, количество проходящей жидкости
Для проведения испытаний по определению
адекватности доильного аппарата физиологичес
ким данным животного нами предлагается стенд
для испытания доильных аппаратов (рис. 1). В ка
честве исходной информации для обеспечения ра
боты имитационных блоков стенда были приме
нены математически обработанные эксперимен
тальные данные о физиологии молокоотдачи ко
ров и данные теоретических расчетов, а также ана
лиз существующих конструкций стендов [1, 2].
Предлагаемый стенд содержит раму 1, емкость
с имитатором молока 2, заливную горловину 3,
насос малой производительности 4, электродви
гатель 5, реле времени 6, кнопку управления 7, тру
бопровод подачи 8, датчик расхода имитатора мо
лока 9,10, имитатор вымени 11, обратный трубо
провод 12, ручной регулировочный клапан 13,
электрический манометр 14, датчик 15, доильные
76
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа