Анализ работы дискового орудия

Диски плугов и лущильников имеют сплошное лезвие, диски борон изготовляют со сплошным и вырезным лезвием.

 

3.1 Современные аналоги лущильника.

Лущильники дисковые тяжелые ЛДВ–2.4, ЛДВ–4, ЛДВ–6.

Рисунок 1 – Лущильник дисковый тяжёлый ЛДВ–2,4.

 

Предназначен для вспушивание необработанной уплотненной почвы разного механического состава, дробление послежатвенных остатков длинностебельчатых культур, подрезание сорняков и другой растительности на необработанных полях после сбора сельскохозяйственных культур. Лущильник работает при влажности до 30%

Отличительные особенности: каждый диск расположен на индивидуальной стойке и отклонен от вертикальной плоскости. Отсутствие в конструкции дисковых батарей на общей оси, что позволяет работать во влажную погоду, на землях с большым количеством сорной растительности, при этом исключается наматывание на ось диска и забивание дисков. Отпадает необходимость применения в конструкции чистиков, так как в процессе работы происходит самоочищение диска. Рама выполнена из квадратной цельнотянутой трубы.

Технические характеристики:

–марка ЛДВ – 2,4.

–агрегатируется с тракторами тягового класса 1,4.

–тип: навесной.

–производительность, до 1,4 га/час.

–рабочая ширина захвата 2,4 м.

–глубина обработки за один проход, до 15 см.

 

–рабочая скорость, до 15 км/ч.

–габаритные размеры в рабочем положении:

–длина 2220 мм;

–ширина 2500 мм;

–высота 1400 мм.

–габаритные размеры в транспортном положении:

–длина 2220 мм.

–ширина 2500 мм.

–высота 1400 мм.

–общая масса 890 кг.

Данный вид лущильника почти идентичный разрабатываемому, однко ЛДТ-3,5 имеет 2 ряда дисков а ЛДВ-2,4 3 ряда, что в итоге даёт ему преимущества в лучшем лущении и обработке почвы. Также ЛДВ-2,4 может агрегатироваться с тракторами тягового класса 1,4.

 

 

 

 

4. ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕДЛОГАЕМОЙ КОНСТРКЦИИ.

 

Предпосевная обработка почвы является наиболее ответственным технологическим приемом при возделывании сельскохозяйственных культур. Чтобы получить дружные и равномерные всходы, необходимо разрушить до мелко–комкового состояния на глубину посева верхний слой почвы, подрезать и измельчить растительные остатки и перемешать их с почвой, выровнять семенное ложе, частичным оборотом верхнего слоя почвы заделать внесенные на поверхность минеральные удобрения. Поверхность поля должна быть выровнена и не иметь высоких гребней. Перечисленные операции могут быть выполнены различными рабочими органами: фрезами, лемехами, лапами, зубьями и дисками или их комбинациями. Требованиям по производительности, энергоемкости, ширине захвата и качеству обработки наиболее полно удовлетворяют орудия с комбинацией дисковых рабочих органов различных параметров. Как показывают исследования, дисковые почвообрабатывающие орудия имеют ряд преимуществ по сравнению с лемешно–лапчатами. Рабочие органы дисковых орудий совершают не только поступательное движение вместе с машиной, но и вращаются вокруг своей оси. Поэтому они не забиваются растительными остатками, не залипают, медленнее изнашиваются и легко перекатываются через различного рода препятствия.

Поступательно–вращательное движение дисков обеспечивает резание почвы со скольжением, что позволяет снизить энергоемкость технологического процесса обработки почвы.

Дисковые рабочие органы в зависимости от их параметров имеют различное технологическое назначение и могут выполнять все операции пред-

 

посевной обработки почвы с наименьшими энергетическими затратами.

В связи с этим исследования по разработке и обоснованию параметров дискового комбинированного орудия, обеспечивающего высокое качество предпосевной обработки почвы при повышении производительности, снижение энергоемкости, затрат труда и денежных средств, являются актуальными.

 

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЁТЫ.

 

Исходные данные.

Тип почвообрабатывающей машины: лущильник.

Коэффициент пропорциональности k = 3,5

Половинный угол при вершине сектора φ = 300

Рабочая скорость 6 км/час

Угол атаки для построения профиля борозды α = 150

Интервал угла атаки α = 15–30 (для построения зависимости высоты гребней и равномерности обработки почвы)

Глубина обработки почвы а=16 см=160 мм.

Ширина захвата 3,5 м.

 

5.1 Анализ работы дискового орудия.

Основными геометрическими параметрами сферических дисков, характеризующими действие дисков на почву, являются диаметр диска D: радиус кривизны R; угол атаки α (угол установки диска к направлению движения агрегата); угол β наклона плоскости вращения лезвия к вертикали; центральный угол 2φ дуги окружности, образуемой в результате сечения диска экваториальной плоскостью; задний <ε; <ω резания; <i заострения режущей кромки диска. Кроме этого, важным параметром является расстояние "в" между дисками по горизонтальной оси (рис. 2).

Рисунок 2. Параметры дисковых рабочих органов: а – сплошных: б – вырезных

 

 Рассчитываем диаметр диска  исходя из заданной глубины  обработки и коэффициента пропорциональности.

; мм.

где k коэффициент равный для лущильников 3 – 3,5; для плугов 4– 6; для борон 5–6.

Большие значения коэффициента k принимают при обработке твердых почв при малых углах атаки и больших скоростях работы орудия.

 

Диаметр диска D = 560 мм.

Рассчитываем радиус сферы диска.

Диаметр диска и радиус сферы связаны соотношением

 из этой формулы следует  что:

мм.

Вычисляем теоретическую высоту гребней cT, расстояния между гребнями s и степень неравномерности глубины обработки почвы, %. Данные расчетов заносим в таблицу.

По агротребованиям для дисковых плугов допускается для лущильников для борон

В нашем случае для лущильников

a – глубина обработки из условия равна 150 мм.

 

Принимаем c = 80 мм.

Расстояние между дисками по оси батареи (рис. 2) зависит от диаметра диска D, угла атаки α и высоты гребней c.

Из ΔADC (рис. 31)  и ΔВКЛ

Рисунок 3. Выбор расстояния между дисками.

 

Находим расстояние между дисками исходя из следующего условия:

;

Находим теоретическую высоту следующим образом:

 

;

Рассчитываем ст для различных диапазонов угла атаки:

 α = 15–30 (α = 15; 20; 25; 30.)

Принимаем общее число дисков для 3,5 м ширины захвата. Число дисков 22.

Качество работы дисковых орудий оценивают по равномерности обработки почвы по глубине:

.

Рассчитываем значение ηт для каждого из значений ст.

;

;

.

Подсчитываем расстояние между вершинами гребней

Заносим все полученные данные в таблицу:

Основные параметры работы дисковых орудий

 

 

 

Таблица 1. Параметры проектируемого лущильника.

Показатель	Расчетное значение параметров
Угол атаки, град.	15
Диаметр диска, мм	560
Высота гребней, мм:
теоретическая	80
действительная	80
Растояние между гребнями, мм	94,2
Равномерность обработки по глубине:
теоретическая	0,74
действительная	0,95

 

Из расчётов видно что чем больше угол атаки α, тем меньше глубина обработки почвы, и тем больше коэффициент равномерности обработки почвы.

 

5.2 Расчет геометрических параметров дискового рабочего органа.

Проведенные ранее расчеты позволили получить значения диаметра диска D и радиуса кривизны сферической поверхности R.

Радиус кривизны рабочей поверхности диска является одним из важнейших параметров, определяющих качество обработки почвы. Чем меньше радиус кривизны, тем диск интенсивнее воздействует на почвенный пласт, лучше его оборачивает и сильнее разрушает.

Угол ε находим из выражения:

Толщина сферических дисков (в мм) определяется эмпирической зависимостью:

принимаем

 

5.3 Тяговое сопротивление и силовые характеристики дисковых рабочих органов.

Удельное тяговое сопротивление дисковых почвообрабатывающих агрегатов, работающих на глубину а = 8–15 см, отнесенное к 1 м ширины захвата, в зависимости от влажности, твердости и механического состава почвы, может составлять q = 1,4 – 8 кН/м.

Рисунок 4. Схема сил действующих на диск.

 

Элементарные сопротивления почвы, возникающие на рабочей поверхности и лезвии вертикально установленного сферического диска, не имеют одной равнодействующей силы, они могут быть приведены к динамике, а также к двум перекрещивающимся силам R' и R" (рис.7). Сила R' лежит в вертикальной плоскости и проходит на расстоянии р от оси вращения диска. По малости плеча р, являющегося радиусом круга трения подшипников, можно считать, что сила R проходит через ось вращения диска.

Сила R" параллельна оси вращения дисков, она находится на расстоянии h от дна борозды, равном примерно половине глубины хода дисков а, и на расстоянии впереди вертикальной плоскости, проведенной через ось вращения дисков. Отрезок мал и его можно приравнять к нулю.

Представить сопротивление почвы, возникающее при работе диска, перекрещивающимися силами R' и R" удобно как для силового расчета, так и для стендовых нагружений батареи дисков.

Давление почвы на диск можно представить тремя составляющими Rx, Ry и Rz.

Значения коэффициентов m и n, необходимых для определения величины слагающих Ry и Rz борон и лущильников по известному усилию Rx выбираем по таблице. Усилие Rx и угол наклона силы R' выбираем из таблицы .

Выбираем данные исходя из задания:

Диаметр диска D = 560 мм; угол установки (атаки) α = 150; Глубина обработки а = 15 см; m = 0,58; n = 1,13; Rx = 370 Н, угол v приложения силы   R,= 420

Находим значение Ry и Rz:

 

5.4 Тяговое усилие лущильника.

Усилие, необходимое для перемещения лущильника при вспашке, называют тяговым сопротивлением. Оно зависит от формы, размеров и технического состояния рабочих органов, ширины захвата и глубины обработки, состояния и типа почвы, скорости движения агрегата, а также от массы лущильника. Усилие, необходимое для выполнения непосредственно процесса лущения, называют полезным сопротивлением, а усилие необходимое для перекатывания лущильника, и преодоления сил трения дисков о пласт почвы называют вредным сопротивлением P1.

 Н

где f–коэффициент пропорциональности, зависящий от типа почв и агрофона (f~0,5).

Полезное сопротивление можно представит в виде двух составляющих: сопротивления P2, возникающее при деформации пласта, и сопротивления P3  возникающей при отбрасывании пласта и приданию ему кинетической энергии.

 H

где К1–коэффициент характеризующий сопротивление пласта, равен 20000…50000 Н/м2; a– глубина вспашки, м; b– ширина захвата одного корпуса, м; n– количество корпусов.

Сопротивление P3 прапорционнально площади поперечного сечения отбрасываемых пластов и квадрату скорости движения агрегата:

 H

Где ε– коэффициент характеризующий форму рабочей поверхности корпуса диска и свойства почвы, Н*с2/м4; υ – скорость движения агрегата.

Общее , тяговое сопротивление лущильника:

5880+11200+20160=37240 Н

Анализируя выражение, можно сказать, что сила Р пропорциональна значению поперечного сечения пласта. С повышением скорости тяговое сопротивление возрастает по параболической кривой.

Первый член формулы представляет часть сопротивления, которая не выполняет полезной работы, поэтому КПД лущильника η находят из выражения

По данным Г. Н. Синеокова, КПД зависит от остроты лезвий: с острыми – η=0,75...0,80;с тупыми – η=0,56...0,60.