1.4. Углы γ образующих со стенкой борозды и законы их изменения
Абсолютное значение углов между образующими и стенкой борозды определяет крошащую способность отвала и сдвиг пласта в сторону. Чем больше углы γ, тем сильнее отвал крошит пласт и дальше сдвигает его в сторону борозды. Правильный выбор угла γ имеет исключительно важное значение для работы плуга. Целый ряд экспериментальных работ, проведенных во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельхозмашиностроения, показал, что даже небольшое изменение угла γ0, например с 42°до 40°, приводит к заметному ухудшению крошения почвы. Увеличение угла свыше 45 ° также делает поверхность неработоспособной из-за того, что почва, сорняки и другие растительные остатки перестают скользить по лезвию (сила трения больше составляющей от силы сопротивления, направленной вдоль лезвия). Таким образом, можно сделать вывод о том, что для отвалов с хорошей крошащей способностью (т.е. чаще всего культурного типа) угол γ0 должен быть ограничен пределами 40. 45 ° , причем крайние пределы даже из этого узкого диапазона используются лишь в исключительных случаях. Полувинтовые плуги имеют меньший угол γ0, порядка 35. 40 ° , что приводит к уменьшению крошащей способности, но это и необходимо, чтобы пласт не разрывался по слабым местам и сплошной лентой укладывался на поле. К этому же результату приводит уменьшение величины сдвига пласта в сторону. Немаловажным является и тот факт, что уменьшение угла γ0 ведет к снижению тягового сопротивления корпуса, так как полувинтовые плуги используют для вспашки задернелых почв.
Дальнейшее снижение угла γ0 невозможно из-за ослабления носка лемеха. При работе на повышенных (8. 9 км/ч) и высоких скоростях (9. 12 км/ч) корпусы с высокой крошащей способностью испытывают резкое увеличение тягового сопротивления. В то же время крошащая способность отвалов повышается за счет скоростного воздействия орудия на пласт. Снижения тягового сопротивления достигают либо уменьшением угла γ0 до 35. 40° (у некоторых видов корпусов), либо за счет уменьшения угла постановки лемеха к дну борозды (23. 25° по сравнению с 30° у поверхности культурного типа). Таким образом, у скоростных плугов угол γ0 варьируют в широких пределах (35. 45°).
У поверхностей цилиндроидального типа угол γ не остается постоянным для всех образующих, а меняется с ростом высоты расположения образующих по определенному закону (рис.1.21, 1.22, 1.23). Закономерности изменения углов для поверхностей различного типа определены с учетом особенностей условий работы каждого корпуса, но имеют и некоторые общие свойства. Прежде всего это увеличение углов γmax по сравнению с γ0 в верхней части отвала. Как уже было отмечено выше (рис.1.11), это сделано для улучшения условий оборота пласта.
Рис.1.21. Закономерность изменения угла γ у лемешно-отвальной поверхности культурного типа
Второй особенностью является уменьшение угла γ от γ0 до γmin на высоте Z1. Необходимость уменьшения угла на начальном участке закономерности γ=f(z) вызвана стремлением способствовать уменьшению опасности задирания на нижней части обрабатываемого пласта почвы.
Закономерности изменения углов γ в зависимости от высоты расположения образующих подобраны эмпирически, на основе анализа лучших отвалов того или иного назначения.
Для поверхности культурного типа, обеспечивающей хорошее крошение старопахотных почв рекомендуется [ ] в качестве закономерности γ = f(z) использовать параболу вида
где х - абсцисса параболы, измеренная в сантиметрах и определяющая расстояние от z1 до анализируемой образующей, находящейся на высоте z, т.е.
y - величина изменения углов γ, выраженная условно в сантиметрах, т.е.
В этом уравнении , а γ - величина масштабного коэффициента, зависящего от пределов изменчивости углов γ.
Поскольку эти пределы для левой (z меняется от 0 до z1) и право й ветвей параболы
(участок z от z1 до zmax) отличаются друг от друга, то и масштабы λ1 и λ2 окажутся различными, а именно:
Значения y0 и ymax рассчитываются по уравнению (1.17) с учетом значений
Например, для корпуса К - 35 характерны следующие параметры: γ0=42°, γmin=40°, γmax=47°, z1=7,5 см, zmax=43,5 см.
Для левой ветви параболы
Промежуточные значения угла γ1 для образующей, расположенной на высоте z1, для левой ветви вычисляют как
Для правой ветви
Вычисление промежуточных значений углов γ1 для правой ветви ведется аналогично (1.20), т.е.
Особенностью данной закономерности является интенсивное развитие угла γ в зоне груди отвала, где осуществляется крошение обрабатываемого пласта.
Закономерности изменения угла γ для полувинтовых отвалов отличаются интенсивным развитием в зоне крыла и верхней части отвала для интенсивного подворота почвы. В зоне груди отвала этот угол нарастает слабо, чтобы исключить возможность разрыва пласта. Изменение угла γ для полувинтовых отвалов составляет 7. 12 ° (рис.1.22).
Рис.1.22. Закономерность изменения угла γ у лемешно-отвальной поверхности полувинтового типа
Для расчета промежуточных значений углов γ полувинтовых отвалов рекомендуется [2] использовать параболу вида:
где x = z - z1, 2Р - параметр параболы.
Параметры Р1 и Р2 для левой и правой ветвей выбирают в зависимости от масштаба λ, с тем чтобы парабола описывала изменения углов в заданных пределах. Поскольку в данном случае необходим выбор и параметра Р и масштаба λ, то одной из этих величин можно задаться. Чаще всего величину масштаба принимают равной 1 град/см.
Для правой ветви
Расчетным путем по уравнению (1.22) находят
Поскольку левые части двух последних равенств одинаковы, то можно получить
Отсюда находится величина параметра параболы:
где , так как z0 = 0.
Например, если задана полувинтовая поверхность с параметрами γ0=38°, γmin=36°, γmax=48°, zmax=40,512см, z1=7,5см, то
Угол наклона любой образующей может быть рассчитан. Так, для z=20см, то
Закономерности изменения углов γ у скоростных корпусов отличаются большим разнообразием. Так, для работы на скоростях до 9 км/ч могут быть использованы корпусы с культурной лемешно-отвальной поверхностью, у которой угол γ0=38 ° . На скоростях 8. 12 км/ч удовлетворительно работает корпус с поверхностью, представляющей собой цилиндроид с закономерностью изменения углов γ, которая изображена на рис. 1.23.
Рис.1.23. Закономерность изменения угла γ лемешно-отвальной поверхности скоростного корпуса плуга
Отличительной особенностью данной поверхности является уменьшение углов между образующими и стенкой борозды, происходящее не только в зоне лемеха, но и в зоне лемеха, но и в зоне груди отвала. Благодаря этому достигается пологая установка крыла, в результате чего уменьшается скорость отбрасывания почвы в борозду. Кроме того, при такой закономерности углов обеспечивается сравнительно небольшое давление пласта на рабочую поверхность, которое уменьшается последовательно от лемеха, но и в зоне груди отвала и его крылу.
При расчете промежуточных значений углов γ для образующих, расположенных на различных высотах, необходимо учесть, кроме правой и левой ветвей параболы, участок, на котором угол меняется по линейному закону (так называемая начальная ветвь закономерности).
Промежуточные значения углов определяют на этом участке по простой зависимости:
где - изменения углов γ в конце начальной ветви;
- высота расположения начальной ветви.
На участке высоты от - до (левая ветвь параболы) параметр параболы может быть вычислен как:
где - угол γ в конце начальной ветви.
Промежуточные значения углов γ определяют по формуле
Для правой ветви параболы соответственно:
Расчет параметров лемешно-отвальных поверхностпей может быть осуществлен с помощью компьютерной программы "Отвал" (Otwal). Пример использования этой программы приведен в учебном пособии [3].
Проектирование поверхности отвала рассмотрено в учебно-методическом пособии [4].
1. Рабочая поверхность плуга как развитие косого трехгранного клина. Способы образования лемешно-отвальной поверхности.
2. Условие устойчивости пласта почвы, отваленной плугом.
3. Обоснование радиуса Rmin для направляющей кривой.
4. Обоснование величины Rmax направляющей кривой.
5. Закономерности изменения углов γ между образующими и стенкой борозды у цилиндроидальных поверхностей корпусов плугов.
1. Горячкин В.П. Отвал. К графической теории плуга. Собрание сочинений. Т.2. М.: Колос. 1965 - 495 с.
2. Циммерман М.З. Рабочие органы почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1978.
3. Кошурников А.Ф. и др. Анализ технологических процессов, выполняемых сельскохозяйственными машинами, с помощью ЭВМ. Пермь, 1995, 272 с.
4. Кошурников А.Ф. Проектирование рабочей поверхнорсти корпуса плуга цилиндроидального типа с использованием результатов расчета параметров на ЭВМ. Пермь. ГСХА, 2010 - 37с.