РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДИСКОВОГО ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ

Союнов А.С.¹, Демчук Е.В.²

^{1, 2} кандидат технических наук, доцент кафедры агроинженерии ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДИСКОВОГО ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ

Аннотация

В статье рассмотрен процесс взаимодействия рабочих органов с почвой получены аналитические выражения позволяющие установить зависимость горизонтальной и вертикальной, составляющих силы сопротивления дискового почвообрабатывающего орудия в функциях объёма вырезанного пласта почвы.

Ключевые слова: почвообработка, дисковое орудие, диск.

 Soyunov A.S.¹, Demchuk E.V.²

1, 2 Candidate of Technical Sciences, associate professor of agroengineering

FGBOU VPO "Omsk state agricultural university of P. A. Stolypin"

WORKING PROCESS OF THE DISK SOIL-CULTIVATING TOOL

Abstract

The article describes the interaction of the working bodies of the soil analytical expressions have been found to both horizontal and vertical, components of the force of resistance of disk tillage in the functions of the volume of the cut soil layer.

Keywords: tillage, disk tool, disk.

Существует множество описаний работы дисковых рабочих органов – дисковый нож, который выполняет разрезание пласта, сферический или конический диск, выполняющий разрезание и перемещение пласта в сторону под определенным углом атаки [2, 3]. Все эти описания основаны на формуле В.П. Горячкина, которая была выведена для рабочего процесса плуга, а не дискового рабочего органа.

Нами предлагается  представить рабочий процесс диска почвообрабатывающего орудия следующим образом. При работе дискового почвообрабатывающего орудия (рис. 1) на максимально возможную глубину 120 мм с углом атаки α>0 рабочей поверхностью будет являться не вся заглубленная часть сферического диска ABCD (рис. 1, б), а лишь часть диска BCD (рис. 1, б), т.к. диски идут с некоторым перекрытием (рис. 1, а).

 

Рис. 1 - Секция лущильника: а – в работе; б – рабочая поверхность диска (увеличено); в – вид рабочей поверхности диска в разрезе

Радиус сферы диска составляет 600 мм, однако, сегмент диска BCD (рис. 1, в) настолько мал, что сферу в дальнейших расчетах можно заменить плоскостью проходящей через точки B, C, D. Это позволит выяснить физическую картину взаимодействия рабочих органов с почвой и получения более точных аналитических выражений, устанавливающих зависимость сопротивления работе в параметрической форме (в функции объёма срезаемого пласта почвы).

Горизонтальную составляющую силу сопротивления работе лущильника можно рассматривать как сумму силы сопротивления резанию W_р(h,H) [1], являющуюся функцией толщины срезаемого слоя почвы h, высоты почвенного пласта H перед диском, и силы сопротивления W_пр(H) перемещению почвенного пласта перед диском:

 .

Вертикальная составляющая силы сопротивления работе лущильника также может рассматриваться как сумма двух составляющих

,

где    W_в.н(h,H) – вертикальная сила на дисковом ноже;

W_в.о(H) – вертикальная сила на сферической поверхности диска.

Для определения силы сопротивления W_р(h,H) срезанию почвы примем расчетную схему (рис. 2, а).

Рис. 2 - Расчетные схемы взаимодействия с почвой рабочих органов дисковых почвообрабатывающих машин: а – расчетная схема резания почвы лезвием диска; б – расчетная схема перемещения почвенного пласта сферой диска

Дисковый нож лущильника BC подрезает почвенный пласт на глубину h. Почва перед ножом рассматривается как однородная масса, скалывающаяся под некоторым углом скольжения ψ_с к горизонтальной плоскости.

На единицу ширины скалывающегося массива почвы действует вес G почвы, условная пригрузка с интенсивностью q, нормальная реакция N_н ножа, нормальная реакция почвы N, сила трения почвы о дисковый нож F_н, сила трения F_гр почвы о почву и сила сцепления почвы F_сц.

В процессе работы все геометрические размеры рассматриваемой системы являются функцией переменной величины h толщины срезаемого пласта почвы.

На скалывающийся массив почвы действует вертикальная нагрузка Q, эквивалентная равномерно распределенной пригрузке

.

Вес грунта G равен

,

где  γ_гр – объёмный вес почвы.

Сила сцепления

,

где  С – коэффициент сцепления.

Для определения силы N_н нормального давления ножа на почву составим уравнение равновесия

где  φ_гр – угол внутреннего трения почвы;

φ_мет – угол трения почвы о металл.

В результате решения полученной системы уравнений находим

   (1)

Сопротивление грунта резанию для всей ширины ножа определяется по выражению

.

Вертикальная составляющая силы резания на весь нож равна:

.

Для определения сопротивления почвенного пласта примем расчетную схему (рис. 2, б).

Почва перед диском рассматривается как однородный массив, скользящий под углом ψ_с'. Диск условно заменен плоскостью расположенной по хорде к поверхности диска.

На массив почвы действуют силы: вес почвы G', нормальная реакция со стороны отвала N_отв, нормальная реакция почвы N₁, сила почвенного пласта F_пр и сила трения грунта об отвал F_отв.

Геометрические размеры массива почвы рассматриваются как переменные величины, являющиеся функцией высоты почвенного пласта,

Вес почвы G´ равен

,

где  γ´_гр – объёмный вес почвы в пласте.

Вес почвы G₁´ равен

.

Для определения нормальной реакции отвала N_отв на почву и нормальной реакции почвы N₁ составим уравнение равновесия:

Решая систему уравнений, определим

       (2)

Сила сопротивления пласта почвы на ширину рабочей части диска:

.

Вертикальная составляющая силы сопротивления пласта на ширину рабочей части диска определяется по выражению:

.

После определения нормальной реакции N₁ становится возможным определить пригрузку q на массив скалывающегося пласта

.

В полученных выражениях величина Н является функцией объёма вырезанной почвы.

.

Таким образом, полученные аналитические выражения позволяют установить зависимость горизонтальной P_01Г и вертикальной Р_01В, составляющих силы сопротивления дискового почвообрабатывающего орудия в функциях объёма вырезанного пласта почвы.

 

Литература

 1. Зеленин А.Н. Физические основы теории резания грунтов: научное издание / А. Н. Зеленин. – М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1950. – 354 с. 2. Нестяк В.С. Деформация почвы плужным дисковым ножом / В.С. Нестяк, И.Д. Кобяков, А.С. Союнов // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. – Новосибирск. – Т. 2. – № 23-2. – 2012. – С. 112-115. 3. Нестяк В.С. Тяговое сопротивление дискового лущильника / В.С. Нестяк, И.Д. Кобяков, А.С. Союнов // Тракторы и сельхозмашины. – № 12. – 2012. – С. 32-33.