Влияние принудительного вращения комбинированного рабочего органа лесного дискового плуга на энергетические и качественные показатели

Разработанные модели универсальных лесозаготовительных машин позволят оптимизировать технологию лесозаготовительных работ, а предлагаемая автором методика расчетов и технология лесосечных работ дает возможность установить оптимальные режимы работы универсальных лесозаготовительных машин при выполнении некоторых основных операций и всего комплекса работ на лесосеке.

Литература

1. Пат. № 87069 Российская Федерация, ПМК А01023/00. Универсальная лесозаготовительная машина /

А.Н. Сухих; заявитель и патентообладатель БрГУ. - № 2008152957/22; заявл. 31.12.2008; опубл. 27.09.2009.

2. Пат. № 85796 Российская Федерация, ПМК А0^23/081. Валочно-пакетирующая трелевочная машина / А.Н. Сухих, В.А. Иванов, С.М. Сыромаха [и др.]; заявитель и патентообладатель БрГУ. -№ 2009113311/22; заявл. 09.04.2009; опубл. 20.08.2009.

УДК 630*237.1:631.312.87 В.Н. Коротких, П.И. Попиков, П.И. Титов

ВЛИЯНИЕ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ЛЕСНОГО ДИСКОВОГО ПЛУГА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

При вспашке лесных почв дисковые плуги должны осуществлять оборот пласта и полную заделку дернины, чтобы закрыть сорную растительность и обеспечить быстрое разложение растительных остатков. В статье приведены энергетические и качественные показатели лесного дискового плуга с приводом диска от гидромотора, оборудованного дополнительным отвалом.

Ключевые слова: энергетические и качественные показатели, гидромотор, отвал, диск, борозда.

V.N. Korotkikh, P.I. Popikov, P.I. Titov

INFLUENCE OF FORCED ROTATION OF THE FOREST DISK PLOUGH COMBINED WORKING ELEMENT ON POWER AND QUALITY INDICATORS

At forest soils ploughing, disk ploughs should make a layer turn and full root mat closing in order to cover weed vegetation and provide plant residues fast decomposition. Power and quality indicators of a forest disk plough with a disk drive from the hydromotor equipped with an additional breast are given in the article.

Key words: power and quality indicators, hydromotor, breast, disk, groove.

При вспашке лесных почв дисковые плуги должны осуществлять оборот пласта и полную заделку дернины с тем, чтобы закрыть сорную растительность и обеспечить быстрое разложение растительных остатков [1].

Большое влияние на оборот пласта, качество его укладки, заглубляемость орудия, его тяговое сопротивление, энергетические затраты оказывают углы установки диска а и р и параметров отвала.

С целью изучения влияния угла атаки а на показатели N (мощность, затрачиваемая на поступательное движение плуга), N (мощность, затрачиваемая на вращение диска плуга), г (коэффициент оборачиваемости пласта) и d (поперечное смещение пласта) была проведена серия компьютерных экспериментов с изменением а от 25 до 55о с шагом 5о (рис. 1) [2; 4].

Все зависимости - Ып(а), Ыв(а), г(а) и d(а) - имеют практически линейный вид и возрастающий характер [3]. С увеличением а увеличивается поперечное сечение диска (рис. 2), при этом вырезается пласт большего сечения, и, как следствие, увеличивается затрачиваемая на обработку почвы мощность. Возрастание зависимости г(а) можно объяснить тем, что с увеличением а частицы почвы, увлекаемые диском, проходят больший путь (траектории на рис. 2) как в поперечном, так и в продольном направлении по отношении к борозде, и поэтому пласт эффективнее успевает перевернуться. Увеличение смещения пласта d(a) обусловлено, главным образом, расширением борозды (профили на рис. 2) вследствие увеличения площади проекции Х-1 диска.

М, кВт

4

3

2

1

—•— МП, с отвалом —— МВ, с отвалом —о— МП, без отвала —о... МВ, без отвала

а-

20

30

40

а

50

а, град

г

0,8-

0,6-

0,4-

0,2-

0,0

20

30

—•— МП, с отвалом ...о— МП, без отвала

40

б

50

а, град

1, м 0,50,40,30,2

—•— МП, с отвалом ...о— МП, без отвала

20

30

40

50 а, град

0

в

Рис. 1. Влияние угла атаки а диска на энергетические и качественные показатели: Ып - мощность, затрачиваемая на поступательное движение плуга;

Ыв - мощность, затрачиваемая на вращение диска плуга

а = 25е

а = 55о

Рис. 2. Влияние угла атаки а диска на траектории движения частиц почвы и профиль борозды

Была проведена серия компьютерных экспериментов с изменением угла р наклона диска от -10 до 20о с шагом 5о (рис. 3).

М, кВт 4

3-

2-

1

0

^П, с отвалом -— ЫВ, с отвалом о— ЫП, без отвала а— ЫВ, без отвала

-10

10

г

0,8

0,6-

0,4-

0,2

0,0

МП, с отвалом МП, без отвала

, град

-10

а

0 10 б

з, град

Рис. 3. Влияние угла наклона диска в на энергетические (а) и качественный (б) показатели:

Ып - мощность, затрачиваемая на поступательное движение плуга;

Ыв - мощность, затрачиваемая на вращение диска плуга

Мощность, затрачиваемая на вращение диска Ыв, практически не зависит от угла наклона, так как диск практически не меняет свою геометрию по отношению к продольному направлению. По этой же причине коэффициент оборачиваемости также практически не зависит от р. В то же время поступательная мощность Ып для плуга с отвалом существенно возрастает при уменьшении р. Это связано с тем, что при отрицательных р часть отвала находится ниже уровня почвы и отвал начинает "зацеплять" почву дополнительно к тому, что переворачивает пласт.

Основными параметрами, задающими положение отвала в виде участка плоскости, являются поперечный ао и продольный ро углы установки плоскости и положение Ло точки В стыковки отвала и сферического диска. Соответственно было проведено три серии компьютерных экспериментов для изучения влияния указанных параметров на эффективность обработки почвы.

В данной серии компьютерных экспериментов вертикальное положение отвала Ло изменяли от -0,30 до -0,10 м с шагом 0,05 м (рис. 4).

0

0-1----.---------.--------.----- 0,0-1---------.--------.---------.----

-0,3 -0,2 -0,1 Ио, м -0,3 -0,2 -0,1 йо, м

а б

Рис. 4. Влияние вертикального положения отвала Ь0 на энергетические (а) и качественный (б) показатели: Ып - мощность, затрачиваемая на поступательное движение плуга;

Ыв - мощность, затрачиваемая на вращение диска плуга

На зависимости г(Ло) наблюдается четко выраженный максимум при значении Ло вблизи -0,20 м. При слишком высоком расположении отвала вырезаемый диском пласт, поднимаясь по диску, срывается с него, не доходя до отвала, поэтому при больших Ло оборачиваемость пласта невысока. При слишком низком расположении отвал "прижимает" формирующийся пласт, не дает ему подниматься по диску, поэтому оборачиваемость г при малых Ло также падает.

С уменьшением Ло мощность поступательного движения резко возрастает. Это обусловлено тем, что мощность начинает расходоваться на "прижатие" пласта и на протягивание отвала в почве. Вследствие последнего эффекта деформируется профиль борозды (рис. 5, вверху).

Но = -0,30

ао = 60о

Но = -0,20 ао = 20о

Рис. 5. Слишком низкое расположение отвала Ло (вверху) или слишком малый поперечный угол наклона ао (внизу) приводят к "прижиманию" пласта и нарушению формы борозды

Таким образом, оптимальное положение отвала, обеспечивающее и высокую оборачиваемость пласта и низкие затраты энергии, составляет Ло = -0,20 м.

Влияние поперечного угла ао наклона отвала. Компьютерные эксперименты проводили, изменяя угол ао наклона отвала от 20 до 70о с шагом 10о (рис. 6). В целом ход зависимостей Ып(ао), Ыв(ао) и фо) аналогичен предыдущему случаю, так как изменение угла наклона отвала при фиксированной точке В стыковки его с диском равносильно изменению расстояния от отвала до уровня почвы. При ао = 60о наблюдается максимум коэффициента оборачиваемости г. Кроме того, зависимость d(ао) также имеет максимум при ао = 40о. При увеличении поперечного угла отвала от 40о его плоскость удаляется от почвы, и он оказывает меньшее влияние на смещение пласта. С другой стороны, при уменьшении ао от 40о отвал все сильнее входит в почву, разрушает и перемешивает образовавшийся пласт и эффективность смещения пласта резко снижается (рис. 6, в).

• №т с отвалом ^ —— мП, с отвалом

0-1-----------------------------------.--.--.------ 0,0-1-----------------------------------*--.--.------

20 40 60 ао, град 20 40 60 ао, град

а б

Рис. 6. Влияние угла ао наклона отвала на энергетические (а) и качественные (б, в) показатели: Ып - мощность, затрачиваемая на поступательное движение плуга;

Ыв - мощность, затрачиваемая на вращение диска плуга

Следует отметить, что при малых углах ао достигаются практически нулевые значения коэффициента г (рис. 6, б). Это означает, что пласт в этом случае смещается не переворачиваясь.

Влияние продольного угла во наклона отвала. В данной серии экспериментов изменяли угол ро от -30о до -10о с шагом 5о (рис. 7).

Как видно из графиков, N и г практически не зависят от ро. Отсутствие зависимости по-видимому обусловлено тем, что почвенная масса поступает на отвал снизу, поднимаясь по сферическому диску. Поэтому основной эффект переворота пласта оказывает установка отвала под некоторым поперечным углом ао, а не ро. Угол же ро оказывал бы влияние, если бы почвенная масса поступала преимущественно в продольном направлении.

N кВт 43210

№П, с отвалом №В, с отвалом

-30

-20

а

-10 во, град

г 0,80,60,40,20,0

МП, с отвалом

-30

-20

б

-10 во, град

Рис. 7. Влияние угла во наклона отвала на энергетические (а) и качественный (б) показатели:

Ып - мощность, затрачиваемая на поступательное движение плуга;

Ыв - мощность, затрачиваемая на вращение диска плуга

Некоторый рост Ып при уменьшении ро, как и ранее, можно объяснить тем, что плоскость отвала начинает "задевать" необработанную почву.

Построенные для ао = 60° графики Мп(ро), Мв(ро) и г(ро) демонстрируют практически полное отсутствие функциональной зависимости. Однако при малых значениях ао, например, при ао = 30°, перечисленные зависимости очень сильны.

Таким образом, на эффективность функционирования отвала наибольшее влияние оказывают параметры Ло и ао. Кроме того, при установке отвала необходимо обеспечить некоторый зазор между отвалом и уровнем почвы.

Выводы

1. Оптимальное положение отвала, обеспечивающее и высокую оборачиваемость пласта и низкие затраты энергии, составляет Ло = -0,20 м.

2. На эффективность функционирования отвала наибольшее влияние оказывают параметры Ло и ао. Кроме того, при установке отвала необходимо обеспечить некоторый зазор между отвалом и уровнем почвы.

Литература

1. Нартов П.С. Дисковые почвообрабатывающие орудия из Воронежского университета. - Воронеж, 1972.

2. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / под. ред. Е.Ю. Малиновского. -М.: Машиностроение, 1980. - 216 с.

3. А.с. 2008611948 Р.Ф. Программа для моделирования взаимодействия лесного дискового плуга с почвой /

В.Н. Коротких, П.И. Попиков, В.В. Посметьев. - № 2008610914; заявл. 06.03.08 ; опубл. 18.04.08.

4. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 1998. - 319 с.