Файл: ответы к госам почвы.doc

10. Условие равновесия навесной почвообрабатывающей машины в вертикальной плоскости.

Силы, действующие на плуги, их равновесие. Устойчивый ход плугов и других машин зависит от силового взаимодействия ма­шины с трактором.

Рассмотрим равновесие при работе плуга, приняв следующие условия: плуг движется равномерно и прямолинейно на заданной глубине; силы, действующие на плуг, приняты сосредото­ченными в заданных точках и не изменяются по значению и направлению; усилия в нижних тягах CD механизма навески на­правлены вдоль тяг, которые не ограничены от большого перемещения цепями; распределитель гидросистемы находится в плавающем положении, глубина пахоты задана положением опорных колес плуга Устойчивое равновесие возможно, если многоугольник дей­ствующих сил замкнут, а их равнодействующая проходит через мгновенный центр вращения плуга.

Навесной плуг, агрегатируемый с трактором, в процессе работы может поворачиваться в двух плоскостях: в продольно-вертикаль­ной и горизонтальной.

В продольно-вертикальной плоскости XOZ (рис. 3.20) на плуг действуют сила тяжести G, суммарная реакция R_xz почвы на рабо­чие поверхности корпусов, результирующая сила F_x трения поле­вых досок о стенки борозд, реакция R_K почвы на колесо и сила P_xz тяги трактора.

Силу тяжести G принимают по справочным материалам или рассчитывают по зависимости G = 9,8lm_oabn,

где m_o - относительная масса плуга, m_o = (2,0...3,5)10³кг/м². Меньшие значения m_o соответствуют трех- четырехкорпусным на­весным плугам, большие — оборотным и прицепным. Линия дей­ствия силы тяжести G проходит посредине корпусов.

Значение и направление реакции R_xz находят из соотношения R_z/R_x = 0,18...0,22, а силу R_y - из выражения R_y= (0,25...0,45)R_х, при этом силу Rx определяют по формуле. Из приведенных

соотношений следует, что реакция R_xz наклонена под углом 10... 12° к оси X. В горизонтальной плоскости реакция R_xz с осью X образует угол 15...25°. Точку приложения силы R_xz располагают на расстоянии 1/2 от дна борозды на линии между средними лемеха­ми при четном числе корпусов или у среднего лемеха при нечет­ном.

Силу F_x трения выражают как произведение коэффициента / (f~ 0,5) и силы R_y, которую определяют из зависимости. Силу F_x располагают посередине ширины полевой доски, направ­ляя ее вдоль оси X.

Линия реакции R_K проходит через ось опорного колеса под уг­лом δ_К к ней, причем tg δ_К = f_П, тд, f_П — коэффициент сопротивле­ния перекатыванию колеса. На плотных почвах f_П = 0,08...0,10, на рыхлых - f_П = 0,12...0,20. Если в машине не одно, а два или три колеса, находят суммарную реакцию на все колеса.

Определив точки приложения и направление линий действия сил G, R_xz и F_x, их наносят в принятом масштабе на проекции схе­мы плуга, отдельно от схемы строят многоугольник сил.

Вначале находят силу R₁ складывая известные по значению и направлению векторы G и R_xz, затем на схеме плуга из точки 1 пе­ресечения линий действия сил G и R_xz проводят прямую, парал­лельную линии действия равнодействующей R₁. Эта прямая пере­сечет силы F_x трения в точке 2.

На многоугольнике сил из конца вектора R₁ откладывают век­тор силы F_x (отрезок cd). Сложением векторов R₁ и F_x получают равнодействующую R₂.

На схеме плуга через точку 2 проводят линию, параллельную силе R₂, до пересечения с направлением силы R_K сопротивления качению опорного колеса. Указанные линии действия сил R₂ и R_K пересекаются в точке 3. В этой точке приложена равнодействую­щая всех сил сопротивления плуга (G, R_xz, R_K и F_x). Если линия действия силы R_xz проходит через точку 3 и мгновенный центр π вращения плуга, то она уравновешивается силой Р_хz тяги трактора, то есть система плуг - трактор будет в силовом равновесии.

Значения сил R_xz и P_xz получают по многоугольнику сил, для чего из начала вектора G ( из точки а) проводят прямую, парал­лельную линии 3-π, а из конца вектора R₂ - линию, параллель­ную реакции R_K опорного колеса. Точка их пересечения даст отре­зок ае и de, равные в принятом масштабе соответственно силам R_x (P_xz) и R_K.

11. Условие равновесия навесного плуга в горизонтальной плоскости.

Вгоризонтальной плоскости на схему плуга наносят следую­щие силы: составляющуюR_xy реакции почвы, действующую на ра­бочие поверхности корпусов; проекцию R_x реакции R_K; реакцию F стенок борозд на полевые доски; составляющую Р_xy силы тяги P_xz. Все эти силы наносят на горизонтальную проекцию схемы плуга. Силу R_xy прикладывают под углом 25...35° к оси Х в середину ши­рины захвата плуга. Сила R_x - проекция реакции R_K, которую оп­ределяют из многоугольника сил в продольно-вертикальной плос­кости. Реакция F отклонена на угол трения от оси Y.

Многоугольник сил в горизонтальной плоскости строят анало­гичным способом. Пример построения приведен над горизонталь­ной проекцией схемы плуга.

Устойчивость хода пахотного агрегата в горизонтальной плос­кости зависит от положения линии R_xy относительно следа π' мгновенной оси поворота. С увеличением наклона линии тяги вправо относительно точки π' сила R_xy 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 удель­ном сопротивлении почвы.

Наклон линии тяги относительно полюса π' 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 π', 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.

12. Рациональная формула в. П. Горячкина для определения тягового сопротивления плуга, значение каждого из ее членов. К.П.Д. Плуга и особенности его определения.

Тяговое сопротивление плуга. Горизонтальную составляющую R_x сопротивления плуга при вспашке В. П. Горячкин назвал тяговым сопротивлением и выразил ее трехчленом:

R_x=f_ПG + k_Пabn+εabnV². (3.9) Первое слагаемое - f_ПG - сопротивление перекатыванию опорных колес плуга и трению о дно и стенку борозды, пропорци­ональное весу G плуга.

Коэффициент пропорциональности f_П назван коэффициентом сопротивления протаскиванию. Силу f_ПG определяют протаскива­нием плуга в открытой борозде. Значение коэффициента f_П, зави­сит от типа почв, их агрофона, конструкции плугов и находится в пределах 0,4... 1,0. Второе слагаемое - k_Пabn - вызвано сопротивлением подреза­нию, разрушению и укладыванию пласта в борозду. Действие этой составляющей общего сопротивления считается полезным.

Коэффициент k_П оценивает удельное сопротивление почвы, определяемое из соотношения

k_П=R_X / abn, где R_X - горизонтальная составляющая силы сопротивления почвы при вспашке плугом; а — глубина вспашки; b — ширина захвата корпуса; n — число корпусов. Силу R_X находят при динамометрировании (осциллографировании) без учета первого и третьего слагаемых формулы (3.9).

Величина k_П зависит от типа почв и степени их освоенности. Так, для глинистых и дерново-подзолистых почв значение k_П в 2,3...2,6 раза больше, чем для легкосуглинистых и супесчаных. При вспашке после уборки зерновых значение k_П на 10...20 % меньше в сравнении с обработкой травяного пласта. Третье слагаемое - εabnV² - скоростное сопротивление, зави­сящее от кинематической энергии, сообщаемой почвенным плас­том. Эта составляющая не оказывает существенного влияния на полезное деформирование почвы. Коэффициент ε скоростного сопротивления зависит от типа почв, геометрических форм рабо­чих поверхностей плужных корпусов. При скоростях вспашки до 5 км/ч коэффициент ε незначительно (2...3 %) изменяет общую силу R_X. С увеличением скорости движения до 12 км/ч сопротивление плугов с традиционными корпусами существенно возрастает. Для пахоты на скоростях 12... 15 км/ч применяют скоростные рабочие поверхности плужных корпусов, в которых уменьшено значение коэффициента ε. Формула (3.9) выражает физическую сущность взаимодействия плуга с почвой, но определение силы R_X и ее составляющих требу­ет многочисленных трудоемких экспериментов, поэтому в прак­тических расчетах широко применяют упрощенное выражение для тягового сопротивления плуга R_x= kabn, где k — удельное сопротивление плуга. Значение k рассчитывают по формуле: k = R_x/abn, замерив среднее тяговое сопротивление R_x, глубину а пахоты и ширину bn захвата плуга. Коэффициент k отражает все три составляющие тягового со­противления плуга, входящие в выражение (3.9). На величину k влияют технологические свойства почвы, конструктивные пара­метры плуга и скорость его движения. В зависимости от коэффи­циента k почвы разделяют на легкие - k < 30 кН/м², средние - 30...50, среднетяжелые - 50...70, тяжелые - 70...120 и очень тяже­лые - k > 120 кН/м²

Коэффициент полезного действия плуга. Исходя из энергетичес­ких соотношений Е"_п (энергоемкость обработки почвы) и Е"_пл (энергия, затраченная плугом на обработку почвы), выразим КПД плуга в следующем виде:

η_п=Е"_п/ Е"_пл, или η_п=k_п/ k, т. е. коэффициент полезного действия плугов равен соотношению удельных сопротивлений почвы и плуга. КПД навесных и полунавесных плугов η_п =0,72...0,78, прицеп­ных - η_п = 0,65...0,70. Оборотные и поворотные плуги имеют η_п = 0,62...0,65.

Затупленные лезвия лемехов уменьшают η_п, КПД плугов с но­выми лемехами достигает 0,8. Отклонение рамы плуга от горизон­тальной плоскости как в поперечном, так и в продольном направ­лениях снижают η_п. При расчетах принимают η_п = 0,7.