DEVELOPMENT AND CALCULATION OF SEGMENT MOWER PARAMETERS

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ / AGRICULTURAL SCIENCES

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.119.5.001

РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СЕГМЕНТНОЙ КОСИЛКИ

Научная статья

Авдеев А.А.^{1, *}, Салахутдинов И.Р.², Замальдинов М.М.³, Каняева О.М.⁴, Киреева Н.С.⁵, Хохлов А.Л.⁶

^{1, 2, 3, 4, 5, 6} Ульяновский государственный аграрный университет, Ульяновск, Россия

^* Корреспондирующий автор (tosha.avdeev.2000[at]mail.ru)

Аннотация

Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме внедрения в сельскохозяйственном производстве косилки для скашивания трав, отличающейся лучшими эксплуатационно-технологическими параметрами. В данной работе отражена тема «Разработка и расчет параметров сегментной косилки». В нем подробно проанализировано и освещено некоторое усовершенствование данного агрегата, важным преимуществом которого является то, что данная косилка обладает высокой технологичной конструктивностью и достойным уровнем производительности, что играет важную роль в обеспечении качественной и доступной заготовительной деятельности.

В данной работе произведено обоснование конструктивных и технологических параметров разработки, рассчитан выбор рационального соотношения скорости движения агрегата и ширины захвата, произведен расчет прочности узлов и деталей, произведена технико-экономическая оценка разработки.

Ключевые слова: косилка, разработка, условия работы, ротационные косилки, сегменты, сборочные единицы, возвратно поступательное движение.

DEVELOPMENT AND CALCULATION OF SEGMENT MOWER PARAMETERS

Research article

Avdeev A.A.^1,*, Salakhutdinov I.R.², Zamaldinov M.M.³, Kanyaeva O.M.⁴, Kireeva N.S.⁵, Khokhlov A.L.⁶

Ulyanovsk State Agrarian University, Ulyanovsk, Russia

^* Corresponding author (tosha.avdeev.2000[at]mail.ru)

Abstract

The article discusses the current problem of the introduction of a grass mower characterized by the best operational and technological parameters into agricultural production. The current study focuses on the topic "Development and calculation of the parameters of a segment mower". The paper analyzes in detail and highlights some improvement of such unit, an important advantage of which is that the mower has a high technological constructiveness and a decent level of productivity, which plays an important role in ensuring high-quality and affordable procurement activities.

The authors substantiate the design and technological parameters of the development, calculate the choice of a rational ratio of the speed of movement of the unit and the width of the grip as well as calculate the strength of the nodes and parts, and carry out a technical and economic assessment of the development.

Keywords: mower, development, working conditions, rotary mowers, segments, assembly units, reciprocating motion.

Введение

Основная проблема кормопроизводства состоит в том, чтобы минимальными затратами в рабочей силе, производить больше питательных веществ для животноводства в ряду с химизацией и мелиорацией. Решение этой проблемы возможно при внедрении в производство высокопроизводительных уборочных машин, на первом этапе косилок, которые гарантировали бы скашивание кормовых культур при их минимальных затратах. В нашем государстве и за рубежом на кормоуборочных машинах для скашивания сеяных и природных трав в основном применяются скоростные режущие аппараты с возвратно поступательным движением ножей с неподвижными, по сравнению с режущими элементами. Но данный агрегат имеет ряд недостатков, таких как: на высокоурожайном поле часто забивается рабочая поверхность косилки, а также это устройство имеет низкую эксплуатационную надежность, ограниченную работоспособность на сложном микрорельефе местности.

В развитии скоростных косилок главной задачей является замена возвратно-поступательных движущих ножей на вращательные. Уже в настоящее время промышленностью выпускается ротационная косилка КРН-2,1 и ротационная косилка-плющилка КПРH-3. Однако широко используются и навесные косилки КС-2.1, косилки-плющилки КПС-5Г, косилка измельчитель КСК-100.

Отличие ротационных режущих аппаратов с возвратно – поступательным движением ножей, с точки зрения принципа среза, заключается в том, что ротационные аппараты выполняют без подпорного среза стеблей, т.е. срез без использования противорежущих или подпирающих элементов. При этом скорость ножей равна 60-80 м/с, в то время, как в аппаратах с возвратно-поступательным движением ножей, средняя скорость примерно равна 3 м/с. Кроме этого, ротационный режущий аппарат обеспечивает скашивание травостоя независимо от его состояния при большой скорости до 15 км/ч. При этом, скорость движения ограничивается лишь возможной скоростью трактора и условиями работы тракториста, что не характерно для аппаратов с возвратно-поступательным движением ножей.

Для разработки новых косилок нужно досконально знать строение их предшественников, недостатки в их конструкции и работе, и применять разные методы для их устранения.

Именно с целью изучения, облегчения и совершенствования сегментно-пальцевой косилки проводится данная работа, которая включает в себя сведения о способах срезания, обзор конструкций, сегментных аппаратов, их регулировании и агротехнических требованиях к ним, расчет технического обслуживания.

Условия работы сегментних косилок

Косилки предназначены для кошения трав и формирования срезанной массы. Классифицируют их по следующим признакам: способы агрегатирования - прицепные, навесные, полунавесные; количеством режущих аппаратов - одно -, двух -, трех - и более режущих аппаратов; по формированию срезанной массы для скашивания в покосы, косилки подразделяют на: косилки-плющилки и порционные [1], [2].

Косилка скашивает и укладывает массу в полосы с небольшим (40—50 см) расстоянием между ними для прохода колес трактора.

Косилка-плющилка плющит срезанную массу и укладывает ее в покосы или валки.

Порционная косилка измельчает массу и укладывает ее в небольшие стоги, расстояние между которыми зависит от урожайности культуры. Практически все они оборудованы стандартными аппаратами с шириной захвата 1,5 – 2,1 м.

Сегментная навесная косилка, предназначена для скашивания природных и сеяных трав во всех природно-климатических зонах. С устройствами ПБ-2,1 и ПБА-4 ее можно использовать для уборки бобовых культур, а также приспособить для работы с разрыхлителем или плющилкой. Агрегатируют косилку с тракторами класса 0,9 и 1,4.

Агротехнические требования к косилкам [3].

Чтобы обеспечить максимальный сбор урожая трав, сохранить их питательные и вкусовые качества, необходимо скашивать травы в лучшие агротехнические сроки, правильно выбирать высоту срезки и своевременно совершать все уборочные операции.

Решающее значение для успешного выполнения этой задачи имеет правильный выбор способа уборки трав и подбор машин для механизации всех процессов уборки.

Первое скашивание следует проводить в период колошения злаковых культур или в период бутонизации бобовых и заканчивать не позднее начала цветения растений, преобладающих в травостое, поскольку к концу цветения грубеет трава, и количество усваиваемых питательных веществ в ней уменьшается. Поэтому скашивание трав нужно проводить за 5-7 дней [4], [5].

Машины должны обеспечивать низкий, одинаковый по высоте срез: не ниже 6 см. для сеяных трав, для естественных - 8 см., обеспечивать укладку травы в прямолинейные рядки или валки, производить правильное оборачивание валков на пол-оборота.

Разработка и обоснование конструктивной схемы косилки КС-1,5

Основными сборочными единицами косилки являются рама 1 (рисунок 1), режущий аппарат, кривошипно-шатунный механизм, механизм подъема режущего аппарата и тяговая штанга 13.

Применяемый режущий аппарат косилки, с одинарным пробегом и повышенным числом ходов ножа в минуту (до 1100), позволяет скашивать траву с поступательной скоростью агрегата до 3,34 м/с.

Режущий аппарат состоит из пальцевого бруса 2 и ножа 16. Нож состоит из сегментов и противорежущих пластин 6. Сегменты производят из высококачественной стали. Они имеют гладкие лезвия (с углом заточки 19°), закаленные на заводе токами высокой частоты. Сегменты приклепывают к спинке из штамбовой калиброванной стали. Головка также приклепана к спинке ножа, и предназначена для подсоединения шатуна 13.

Пальцевый брус 2, изготовленный из стального бруса переменного сечения с прикрученными к нему пальцами 5, опирается во время работы на два башмака: внутренний 8 и наружный 7. В пальцах приклепаны противорежущие пластины 6. Кромки пластин имеют насечку, что предотвращает выползание травы во время скоса травы. Для обеспечения примыкания сегментов к противорежущим пластинам, на пальцевом брусе закреплены прижимные лапки 14, ограничивающие поднятие ножа при работе косилки [6]. Под прижимной лапкой установлены пластинки трения. Под действием давления массы, нож отходит назад и спинкой упирается в эти пластины, ограничивающие его отклонение назад.

Под внутренним и внешним башмаками 7,8 установлены стальные салазки, которыми во время работы режущий аппарат опирается на землю. С помощью этих салазок можно регулировать высоту среза в пределах 5-7 см. К наружному башмаку шарнирно прикреплена металлическая полевая доска с отводными прутками 15, сдвигающими срезанную массу влево, обеспечивая этим свободный проход для внутреннего башмака при последующих заездах. На внутреннем башмаке закреплены направляющие головки ножа и пруток, отводящий траву от головки ножа несколько вправо. Нож совершает возвратно-поступательное движение в пазах пальцев с помощью шатуна 13.

У режущего аппарата косилки КС-1,5 расстояние между соседними сегментами, пальцами и ход ножа составляют 76,2 мм.

Шатун 13 соединяется с головкой ножа пальцем, смонтированным в нижней головке шатуна на сферическом подшипнике скольжения, и закрепляется в отверстии головки ножа специальной гайкой. Второй конец штока шатуна навинчивается на держатель, через который соединяется с пальцем шкива-эксцентрика. Шкив-эксцентрик установлен на двух шарикоподшипниках на оси, закрепленной на раме косилки 1. Тремя клиновыми ремнями шкив приводится в движение от ведущего шкива, соединенного карданной передачей из ВОМ трактора.

Пальцевый брус соединен с рамой косилки тяговой штангой, которая кронштейном шарнирно крепится к штырю рамы 1. На другой конец штанги надет корпус главного шарнира, закрепленного болтом с помощью рифленой шайбы и сектора через кронштейн, приваренный к штанге.

Рифленый сектор боковыми выступами закреплен на кронштейне, а шайба своими рифлями входит в рифле сектора [7]. Кронштейн и сектор имеют продолговатые отверстия. Благодаря такому соединению можно изменять наклон режущего аппарата.

В отверстие заднего корпуса главного шарнира установлена эксцентриковая втулка, соединенная с корпусом болтом. С помощью ее и шпренгеля можно регулировать положение режущего аппарата. При работе осевые линии ножа и шатуна должны быть параллельными.

Шпренгель входит в отверстие переднего ушка двумя штырями. Один проходит через эксцентриковую втулку, второй – через нижнее отверстие корпуса. Оба штыря находятся на одной продольной линии и образуют главный шарнир режущего аппарата [8].

Для удобства навески косилки на трактор ее рама оборудована передним и задним стояками. Кроме того, задний стояк используют как скобу для прицепки машин, агрегатируемых с косилкой. На раме закреплены пальцы и сварной стояк для соединения косилки с навесной системой трактора.

С помощью гидросистемы трактора косилку приподнимают. Режущий аппарат поднимается быстрее рамы, что обеспечивается системой рычагов косилки, изменением угла между нижними тягами навесной системы трактора и косилочной рамы [9]. Потребность поднимать режущий аппарат с помощью гидросистемы возникает при наталкивании на препятствие, поворотах при небольших переездах с участка на участок.

При переездах на дальние расстояния режущий аппарат сначала приподнимают с помощью гидросистемы, а потом вручную устанавливают вертикально и закрепляют транспортным крюком и прутком со специальной гайкой.

Сенокосилка работает следующим образом. При движении трактора вперед трава попадает между пальцами режущего аппарата; лезвия сегмента прижимают ее к кромкам вкладышей пальцев и срезают. Срезанная трава падает через пальцевой брус и ложится слоем на почву.

Одновременно, пруток, закрепленный на внутреннем башмаке, отводит траву от головки ножа вправо, полевая доска с прутками сдвигает срезанную массу влево, обеспечивая укладки скошенной массы травы в ровный валок.

Особенностью разрабатываемой косилки с сегментно-режущим аппаратом, будет оснащение задним сцепным устройством (фаркопом) 9, который позволит при необходимости осуществлять доставку скошенной травы до хозяйства на том же тракторе, при помощи которого проводилось скашивание травы [10], [11].

Выходные данные предлагаемой сегментной косилки КС-1.5

Параметры режущей пары (рисунок 2) шаг пальцев, шаг сегментов и ход нож t0=г=S=76,2мм; ширина захвата(В=1,5м); скорость движения машины ( =10км/ч).

 

Определение основных параметров предлагаемой косилки КС-1.5

Подача L, то есть путь, который проходит косилка за один ход ножа (за время одного полуоборота кривошипа):

Заключение

Таким образом, в данной работе подробно произведен анализ и расчет агрегата для заготовки трав на сено, обоснование конструктивных и технологических параметров разработки, а также рассчитан выбор рационального соотношения скорости движения агрегата и ширины захвата. Произведен расчет прочности узлов и деталей, выполнено и использовано знание механики материалов. В данной работе произведена технико-экономическая оценка разработки, приведены расчеты. Следовательно, данная работа дает возможность совершенного изучения, процесса работы данного агрегата и определения соответствующих параметров.

Следовательно, данная работа дает возможность тщательного изучения, процесса работы данного агрегата, определения соответствующих параметров и их изменения при некотором усовершенствовании.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Авдеев А. А. Классификация косилок / А. А. Авдеев, Н. П. Занькин // Материалы II Международной студенческой научной конференции «В мире научных открытий», 23-24 мая 2018 г. – Ульяновск: 2018. – С.12-16.
2. Авдеев А. А. Принцип работы сегментной косилки / А. А. Авдеев // Материалы II Международной студенческой научной конференции «В мире научных открытий», 23-24 мая 2018 г. – Ульяновск: 2018.-С.19-22.
3. Стон А. А. Сельскохозяйственные машины: учеб. пособие / А. А. Стон; – М. : изд-во с.-х. и колзоз.-кооп. лит-ры. 1931, – 328 с.
4. Особов, В. И. Сеноуборочные машины и комплексы: учеб. пособие / В. И. Особов, Г. К. Васильев. – М.: Машиностроение, 1983. – 304 с.
5. Босой Е. С. Режущие аппараты уборочных машин: учеб. пособие / Е. C. Босой; – М.: Машиностроение, 1967. – 167 с.
6. Душутин К. А. Обоснование конструктивных параметров электромеханического привода сегментно-пальцевой косилки: дис. канд. технических наук: 05.20.01 / К. А. Душутин; МГУ им. Н.П. Огарёва; науч. рук. А. П. Левцев. – Саранск, 2009. – 142 с.
7. Бидеев, С. И. Разработка и обоснование параметров косилки с бесконечным носителем режущих элементов: дис. канд. технических наук: 05.20.01 / С. И. Бидеев; ГГАУ; науч. рук. Т. Т. Гаппоев – Владикавказ, 2006. – 162 с.
8. Сальников, С. В. Ротационная косилка для технологий залуженного содержания междурядий в многолетних насаждениях: Автореф. дис. канд. с.-х. наук 05.20.01 / С. В. Сальников; РГАЗУ; науч. рук. А. А. Цымбыл. – Москва, 2000. – 21 с.
9. Гундобин Б. В. Приложение средств малой механизации при окашивании каналов осушительных систем в труднодоступных местах: Автореф. дис. На соиск. уч. степ. канд. техн. наук 06.01.02 / Б. В. Гундобин.– Москва, – 242с.
10. Бидеев С. И. Анализ конструкции режущих аппаратов и их приводов / С. И. Бидеев, И. Х. Бидеева, А. Х. Агузов// Материалы I – й Международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов 23-24 декабря 2004 г. – Владикавказ, Изд-во «Горский ГАУ», 2005. – С. 193-195.
11. Грищенко В. В. Окашивание каналов косилками с роторным режущим аппаратом ценного типа: Автореф. дис. на соиск, уч. степ. канд. техн. наук 06.01.02 / В. В. Грищенко; НГАУ; науч. рук. А.А. Коршиков. – Новочеркасск, 1999.– 153 с.
12. Алибеков, С.К. Обоснование работоспособности конструкции и основных параметров рабочих органов высокоскоростной косилки для скашивания грубостебельчатых культур: учебн. пособие. / С. К. Алибеков, Ю. И. Крамов. – Владикавказ, 1999. – 147 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Avdeev A. A. Klassifikatsiya kosilok [Classification of mowers] / A.A. Avdeev, N.P. Zankin // Materialy II Mezhdunarodnoy studencheskoy nauchnoy konferentsii «V mire nauchnykh otkrytiy». 23-24 maya 2018 g [Proceedings of the II International Student Scientific Conference "In the world of scientific discoveries", May 23-24, 2018]. – Ulyanovsk: 2018. – pp.12-16. [in Russian]
2. Avdeev A. A. Klassifikatsiya kosilok [The principle of operation of the segment mower] / A. A. Avdeev // Materialy II Mezhdunarodnoy studencheskoy nauchnoy konferentsii «V mire nauchnykh otkrytiy». 23-24 maya 2018 g [Proceedings of the II International Student Scientific Conference "In the world of scientific discoveries", May 23-24, 2018]. – Ulyanovsk: 2018. – pp.19-22. [in Russian]
3. Ston A. A. Selskokhozyaystvennyye mashiny: ucheb. posobiye [Agricultural machines: textbook. Allowance] / A.A. Ston. – M.: publishing house of agricultural-x. and kolzoz.-koop. liters. 1931, – 328 p. [in Russian]
4. Obsov, V. I. Senouborochnyye mashiny i kompleksy: ucheb. posobiye [Hay harvesters and complexes: textbook. Allowance] / V. I. Osobov, G .K. Vasiliev. – M.: Mashinostroenie, 1983. – 304 p. [in Russian]
5. Bosoy E. S. Rezhushchiye apparaty uborochnykh mashin: ucheb. posobiye [Cutting devices of harvesters: textbook. allowance] / E.I. Barefoot; – M.: Mashinostroenie, 1967. – 167 p. [in Russian]
6. Dushutin K. A. Obosnovaniye konstruktivnykh parametrov elektromekhanicheskogo privoda segmentno-paltsevoy kosilki: dis. kand. tekhnicheskikh nauk: 05.20.01 [Substantiation of the design parameters of the electromechanical drive of the segment-finger mower: dis. cand. Technical Sciences: 05.20.01] / Dushutin Konstantin Aleksandrovich; Moscow State University N.P. Ogaryova; scientific hands A.P. Levtsev. – Saransk, 2009. – 142 p. [in Russian]
7. Bideev S. I. Razrabotka i obosnovaniye parametrov kosilki s beskonechnym nositelem rezhushchikh elementov: dis. kand. tekhnicheskikh nauk: 05.20.01 [Development and substantiation of the parameters of a mower with an endless carrier of cutting elements: dis. cand. technical sciences: 05.20.01] / Bideev Sergey Igorevich; GSAU; scientific hands T.T. Gappoev – Vladikavkaz, 2006. – 162 p. [in Russian]
8. Salnikov, S. V. Rotatsionnaya kosilka dlya tekhnologiy zaluzhennogo soderzhaniya mezhduryadiy v mnogoletnikh nasazhdeniyakh: Avtoref. dis. kand. s.-kh. nauk 05.20.01 [Rotary mower for technologies of tinned maintenance of row spacings in perennial plantations: Abstract of the thesis. dis. cand. s.-x. Sciences 05.20.01] / Salnikov Sergey Viktorovich; RGAZU; scientific hands A.A. Tsymbyl. – Moscow, 2000. – 21 p. [in Russian]
9. Gundobin, B. V. Prilozheniye sredstv maloy mekhanizatsii pri okashivanii kanalov osushitelnykh sistem v trudnodostupnykh mestakh: Avtoref. dis. Na soisk. uch. step. kand. tekhn. nauk 06.01.02 [The application of small-scale mechanization when mowing canals of drainage systems in hard-to-reach places: Abstract of the thesis. dis. To the competition uch. step. cand. tech. Sciences 06.01.02] / Gundobin Boris Vladimirovich; – Moscow, – 242 p. [in Russian]
10. Bideev S. I. Analiz konstruktsii rezhushchikh apparatov i ikh privodov [Analysis of the design of cutting devices and their drives] / S.I. Bideev, I.Kh. Bideeva, A.Kh. Aguzov // Materialy I – y Mezhdunarodnoy konferentsii molodykh uchenykh. aspirantov i studentov 23-24 dekabrya 2004 g. [Proceedings of the I International Conference of Young Scientists, Postgraduates and Students December 23-24, 2004]. – Vladikavkaz: Publishing House "Gorsky GAU", 2005. – pp. 193-195. [in Russian]
11. Grishchenko V. V. Okashivaniye kanalov kosilkami s rotornym rezhushchim apparatom tsennogo tipa: Avtoref. dis. na soisk. uch. step. kand. tekhn. nauk 06.01.02 [Mowing channels with mowers with a rotary cutterbar of a valuable type: Abstract of the thesis. dis. for the application, uch. step. cand. tech. Sciences 06.01.02] / Grishchenko Vladimir Viktorovich; NSAU; scientific hands A.A. Korshikov. – Novocherkassk, 1999. – 153 p. [in Russian]
12. Alibekov S. K. Obosnovaniye rabotosposobnosti konstruktsii i osnovnykh parametrov rabochikh organov vysokoskorostnoy kosilki dlya skashivaniya grubostebelchatykh kultur: uchebn. posobiye. [Substantiation of the performance of the design and main parameters of the working bodies of a high-speed mower for mowing coarse crops: textbook. Allowance]. / S.K. Alibekov, Yu.I. Kramov, – Vladikavkaz, – 1999. – 147 p. [in Russian]