Суммарное тяговое сопротивление центрального рабочего органа состоит из сопротивления почвы перемещению долота и стойки.
Rц = Rд + Rс (1)
где: Rд — сопротивление почвы перемещению долота;
Rс — сопротивление почвы перемещению стойки;
Сопротивление почвы перемещению долота (рис. 1) как плоского двухгранного клина в общем виде описывается выражением (2).
Rд = R1+ R2 + R3 + R4 (2).
Рис. 1.
Схема сил, действующих со стороны почвы на долото.
где: R1 — сопротивление внедрению лезвия долота в почву;
R2 — сопротивление почвы деформации (сдвигу);
R3 — сопротивление, обусловленное силой инерции пласта почвы;
R4 — сопротивление перемещению и подъёму пласта почвы по рабочей поверхности долота.
Очевидно, что сопротивления, обусловленные внедрением лезвия долота в почву и ее деформацией, возникают только в подпахотном слое, а сопротивления, обусловленные силой инерции пласта и его подъёмом, как в нижнем подпахотном, так и в верхнем слоях. Лезвие долота производит сжатие почвы впереди себя и затем раздвигает ее вверх и вниз, отделяя пласт от массива. Сопротивление почвы его внедрению можно определить из известного(3) выражения
R1 = K1 ƿ tl bl (3)
Где К1- коэффициент, учитывающий форму лобовой поверхности лезвия;
ƿ -твердость почвы, Па;
tl- толщина лезвия, м;
bl- ширина лезвия;
Второй член уравнения (2) можно определить, спроектировав силу S сдвигa и силу трения, возникающую от этой силы, на горизантальную ось (2), т. е.
R2=Scos ψn + fS1cos{90-(α+ψn)}cos α = S{ cos ψn + fsin(α+ψn)COSα} (4)
Где ψn — угол продольного скалывания почвы;
f- коэффициент трения почвы о метал.
Учтя, что S= £ F, запишем
R2=£ F{cos ψn + fsin(α+ψn)COSα}(5)
где F — площадь плоскости сдвига
Под воздействием долота разрушение почвы в поперечно-вертикальной плоскости происходит и с его боков под углом ψ2. С учетом этого площадь плоскости сдвига равна
F=(bd+hctg ψ2) h/sin ψn (6)
Подставив значение в (5), находим
R2= £h(bd+hctg ψ2) {cos ψn + fsin(α+ψn)COSα}/sin ψn(7)
Согласно исследованием Г. Н. Синеокова, И. М. Панова(1), А. М. Шакирова(3), сопротивление, обусловленное изменением скорости перемещения пласта, можно определить по формуле
R3={(hctg ψ2 +hctg ψ2)hγ +(2 hctg ψ2 + bd +HtgѲ γ1}V2sinαtg(α+γ) (8)
Где γ- плотность подпахотного слоя почвы;
γ1- плотность пахотного разрыхленного слоя почвы;
Ѳ- угол распространения деформации в разрыхленном слое почвы;
V- скорость движения агрегата.
Сопротивление подъёму и перемещению пласта почвы по рабочей поверхности определено по формуле(1)
R4= bd(hγ+Hγ1) hdgtg(α+γ)/sinα(9)
Где h-высота подъёма пласта почвы долотом.
Использовав значения R1 из (1.3), R2 из (1.7), R3 из (1.8) и R4 из (1.9) и (1.2), получаем значение тягового сопротивления долота
Rд = K1 ƿ tl bl+£h(bd+hctg ψ2) {cos ψn + fsin(α+ψn)COSα}/sin ψn +
+{(hctg ψ2 +hctgψ2)hγ +(2 hctg ψ2 + bd +HtgѲ γ1}V2sinαtg(α+γ) + bd(hγ+Hγ1) hdgtg(α+γ)/sinα (10)
Проанализировав это выражение приходим к выводу, что тяговое сопротивление долота зависит от ширины захвата, угла установки к дну борозды, глубины хода, скорости движения агрегата и физико-механических свойств почвы.
Стойка рабочего органа взаимодействует с разрушенной долотом почвой и раздвигает ее в стороны. Силу сопротивления ее определяем, пользуясь схемой, приведенной на рис 2.
Рис 2. Схема сил, действующих на стойку
Rc=2N1sinβ+2T1cosβ + 2T2 (11)
где N1- сила нормального давления почвы на переднюю грань стойки;
Т1= fN1- сила трения, возникающая на передней грани стойки;
T2=fN2- сила трения, возникающая на боковой грани стойки;
Rc = 2N1sinβ+2fN1cosβ + 2fN2 (12)
Выразим N1 ии N2 через удельное давление почвы на переднюю грань стойки и ее геометрические размеры
Rc=qntc(h+H)(1+ftgβ+fqб(h+H)(2bc — tcctgβ) (13)
Где qn — удельное давление почвы на переднюю грань стойки;
qб- удельное давление почвы на боковую грань стойки;
bc — ширина стойки;
tc — толщина стойки;
β — половина угла заострения стойки.
Удельное давление почвы на переднюю грань стойки зависит от физико-механических свойств почвы, глубины хода рабочего органа, скорости его движения и других факторов.
Изменение удельного давления почвы на переднюю грань стойки в зависимости от скорости движения можно выразить следующей эмпирической формулой(1):
qn = qо(1+Kv V) (14)
где qо — удельное сопротивление при скорости движения, близкой 1 м.с;
Kv- коэффициент, учитывающий влияние скорости движения на удельное сопротивление почвы.
Таким образом, тяговое сопротивление центрального рабочего органа равно:
Rc= K1 ƿ tl bl+£h(bd+hctg ψ2) {cos ψn + fsin(α+ψn)COSα}/sin ψn +{(hctg ψ2 +
+hctgψ2)hγ +(2 hctg ψ2 + bd +HtgѲ γ1}V2sinαtg(α+γ) + bd(hγ+Hγ1)hdgtg(α+γ)/sinα+
+ qntc(h+H)(1+ftgβ+fqб(h+H)(2bc — tcctgβ) (15).
Расчеты, проведенные по этой формуле при
K1=1;ƿ=5,0Мпа; bl=0,04м; £=32,5кПА; h=0,2м; bd=0,03…0,06м; ψ2=42о; ψn =45о; f=0,8; αд=20…30о; γ= 1700кг\м3; γ1=1200кг\м3;H=0,3м; V=1,1…1,4м\с; Ѳ=30о; 9,8м\с; qn=1,92 Н\см2; β=45о; qб= 0,164 Н\см2 показали, что тяговое сопротивление центрального рабочего органнаходится в пределах 4832,18…5550,08 Н.
Литература:
- Синеоков Г.Н, Панов И. М., Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение. 1977. 328с.
- Вагин А.Т и др. Механизация защиты почв от водной эрозии в нечерноземной полосе.Л.: Колос, 1977. 272с.
- Шакиров А. М. Обоснование технологии и параметров рабочего органа для нарезки поливных борозд при возделывании бахчевых культур. Автореферат диссертации канд.техн.наук. Янгиюль,1991, 16с.
