В статье рассмотрены вопросы алгоритма последовательности подготовки и проведения исследовании разрушаемости почвенных глыб.
Научно-исследовательские работы по обоснованию параметров вновь создаваемой сельскохозяйственной техники зависят от продуманной последовательности проведения экспериментальных работ, выработки алгоритма исследований. Ниже дано описание обоснованного и проверенного такого алгоритма на примере экспериментального исследования ротационного почвообрабатывающего культиватора. Исходным, определяющим фактором алгоритма является влажность W (%) обрабатываемой почвы.
Следующий показатель алгоритма соответствующая этой W, твердость p (МПa) комков, глыб почвы. Ориентиром по определению твердости в данной научно- исследовательской работе являются результаты проведенных исследований по установлению связи между W и p (рисунок)
p= exp (2,828 – 0,111·W), МПa. (1)
Принятое значение p позволяет предположить величину наименьшей скорости удара υmin прутков-ударников, приводящих к разрушению комков, глыб на мелкие кусочки. За υmin можно принять установленную ранее экспериментальную зависимость (1)
υmin = 10,186 · W - 0,414 , м/с. (2)
Следующая составляющая алгоритма скорость протяжки V установки. Это не что иное, как переносная скорость тележки почвенного канала (или скорость перемещения агрегата по полю).
По значениям V и υmin устанавливается наименьшая угловая скорость ωmin вращения барабана. При проходе самой нижней точки вращения барабана у пруток-ударника вектора относительной и переносной скоростей лежать на одной горизонтальной прямой. В этом месте пруток-ударник воздействует самой меньшей скоростью на обрабатываемый почвенный материал точка B):
υmin = ω R – V, м/с.
Отсюда минимальная угловая скорость комкодробящего барабана:
wmin
u + V
³ min ,рад/с. (3)
R
После этого можно приступать к выбору значения передаточного числа i передачи вращения к комкодробящему барабану
i £ nб
nэ
= wmin .
wэ
(4)
Здесь: nэ - частота вращения вала электромотора ( nэ = 1440 об/мин = 24 об/с); ωэ - угловая скорость вращения вала электромотора (ωэ = 2π nэ, рад/с); nб - частота вращения комкодробящего барабана (nmin = ωmin/2π, об/с).
Алгоритм последовательности подготовки, проведения исследований элемента РПК
Рисунок
Установленные показатели i, ω, V позволяют подсчитать подачу Xz, зону воздействия
∆ одного пруток-ударника, степень воздействия Г совокупности рабочих элементов на почвенный материал.
Подача на один пруток-ударник, т.е. проходимый культиватором путь за время входа следующего рабочего элемента в почву
X =
z zn
б
Зона воздействия одного пруток-ударника на почвенный материал:
D = 2éV ( arc.sin R - h - p ) +
R2 - ( R - h )2 ù м,
(6)
êëw R 2 úû
где h – глубина обработки почвы, м;
z - число прутков-ударников на комкодробящем барабане.
Степень воздействия совокупности рабочих элементов ( прутков – ударников комкодробящего барабана) на почвенный материал
zé
- V (p
- arcsin R - h)ù
|
Г = D = ê
X 2
w
.
p V
w
(7)
|
Удар по глыбам начинается с момента входа в почву пруток-ударника на уровне поверхности поля. Активное воздействие на глыбы можно считать завершённым у пруток- ударника в его самом нижнем положении. В дальнейшем пруток-ударник проходит через уже обработанной предыдущим прутком среде. Таким образом, воздействие (удар) данного пруто-ударника происходит при его перемещении, при повороте барабана от угла ωtA до ωtB . Время удара
τ = tB – tA, c,
sin wt A
= R - h ,
R
wtв
= p . (8)
2
Отсюда время удара (работы) одного пруток-ударника при входе в почву:
æ p - ö
t =
- arcsin R h ÷, ñ . (9)
w è 2 R ø
Полная скорость удара по почвенной массе ( в т.ч. по комкам, глыбам) в момент входа в пруток-ударника:
u ПА =
(wR) 2 - 2Vw(R - h) + V 2 , м/с. (10)
За время одно входа пруток-ударник воздействует ( обрабатывает) массу глыб:
mn = hт X z Вт hg п ,
кг/пруток (11)
где
h т -
коэффициент использования площади поверхности поля (hт » 0.5);
Âò - ширина захвата орудия;
3
g ï - объемная масса почвы, кг/м .
Формула (11) после постановки числовых значений множителей упрощается и принимает вид:
mn = 22 × X z , кг/пруток. (12)
Затраты крутящего момента на привод комкодробящего барабана регистрировались динамометром Д, сигналы его датчика записывались на осциллограмму.
Замеры высоты yм вплесков на осциллограмме производились в мм. Ошибка замеров
±0,5 мм. Так как показания динамометра были в кГм/мм, они были переведены на Нм/мм. Масштаб записи в старых единицах измерения при переводе на систему СИ соответствовал:
µy=0,533кгГм/мм=5,33Нм/мм. (13)
Сила удара в момент входа в почвенную среду пруток-ударника:
P = M
R
Ум М у
= , Н. (14)
0,21
Фракционный состав разрушенной под воздействием комкодробящего барабана глыб определялся просеиванием отобранных навесок. После прохода экспериментальной установки каждый раз бралось по три навески. Каждая из них просеивалась через колонку сит. Верхнее сито имело круглые отверстия диаметром 100мм, последующие 50, 20, 10, 1 мм. Сходы c решет взвешивались, подсчитывалось из содержание.
Оценочными показателями фракционного состава были содержание частиц с размером более 20 мм (Ф20), 1 мм (Ф1) и затраты энергии на работу технического средства (величины силы удара).
Алгоритм последовательности исследования работы завершается подсчётом значений:
- импульса удара P τ ;
- количества движения разрушенных частиц глыб mП ×uПА;
- отношения А импульса удара к количеству движения при разрушение глыб с различной влажностью почвы.
- Алшынбай С.М. Возможность применения теории удара к оценке результатов разрушения почвенной глыбы при предпосевной обработке орошаемого поля //Вестник с.х. науки Казахстана”, №1, 2002 г.
2.Алшынбай С.М. Механизация предпосевной обработки почвы орошаемой зоны юга Казахстана (монография). – Алматы, 2002, с. 168.