Application of Computer Simulation in Design and Calculation of Apparatus for Industrial Hemp Cutting
Authors: Попов Р.А. , Абрамов И.Л. 
Published: December 2021

В статье рассмотрены некоторые вопросы конструирования и оптимизации режущего аппарата коноплеуборочной машины. Обоснована необходимость применения компьютерного моделирования при разработке рабочих органов коноплеуборочной техники, а именно возможность значительного снижения материальных и временных затрат на проектирование. Кроме того, применение современных CAD/CAM систем позволяет упростить и ускорить изготовление разработанных с их помощью агрегатов и составных частей. В работе проведено компьютерное моделирование с использованием пакета SolidWorks 2020, с помощью которого были созданы твёрдотельные модели режущего диска для коноплеуборочной машины с трапециевидной и параболической формами режущего зуба. Формы зуба в виде трапеции и элемента параболы выбраны на основании произведённых расчётов на прочность и надёжность, для чего были построены эпюры механических напряжений, деформаций и перемещений для обеих моделей. Также с применением моделирования проведён расчёт коэффициента запаса прочности для различных вариантов диска с разной формой режущих зубьев. Выявлено, что в плане надёжности более эффективным является режущий диск с зубьями, имеющими параболическую форму лезвия. Наряду с этим оценена энергоэффективность применения режущих дисков с зубьями различной формы. Теоретический расчёт показал, что основное влияние на энергоэффективность процесса срезания стебля конопли оказывает угол, образуемый формой зуба. Оптимальной является форма зуба с наименьшим углом. Это свидетельствует о том, что зуб с параболической формой лезвия является более эффективным с точки зрения затрачиваемой энергии на срез стебля. Таким образом, в плане надёжности более энергоэффективным является режущий диск с зубьями, имеющими параболическую форму лезвия.

The article approaches some problems of the design and optimization of the hemp harvesting machine cutter bar. The necessity of application of computer simulation in development of working tools of hemp harvesting equipment is justified, namely possibility of significant reduction of material and time costs for design. In addition, the use of modern CAD/CAM systems allows you to simplify and accelerate the production of units and components developed using them. Computer modeling was carried out in the work using the SolidWorks 2020 package, with the help of which solid-state models of a cutting disk for a hemp harvesting machine with a trapezoidal and parabolic shape of a cutting tooth were created. The shapes of the tooth in the form of a trapezoid and a parabola element were chosen on the basis of calculations for strength and reliability, for which epures of mechanical stresses, deformations and movements for both models were built. Also, using modeling, a safety factor was calculated for various versions of a disk with a different shape of cutting teeth. It was revealed that in terms of reliability, a cutting disk with teeth having a parabolic blade shape is more effective. Along with that the energy efficiency of using cutting discs with teeth of various shapes is evaluated. The theoretical calculation showed that the main influence on the energy efficiency of the process of cutting the hemp stem is the angle formed by the shape of the tooth. Optimal is the shape of the tooth with the lowest angle. This indicates that a tooth with a parabolic blade shape is more efficient in terms of energy spent on the stem cut. Thus, in terms of reliability, a cutting disk with teeth having a parabolic blade shape is more energy efficient.