Обоснование формы рабочего органа и конструкции фрезерного барабана комбинированного рыхлителя

Обоснование формы рабочего органа и конструкции фрезерного барабана комбинированного рыхлителя

М.М. Константинов, д.т.н., Оренбургский ГАУ;

Б.Н. Нуралин, к.т.н., Западно-Казахстанский АТУ

Почвообрабатывающие фрезы хорошо крошат почву, разрезают растительные остатки и лучше их перемешивают. Отдельные фрезы имеют большой вес, обеспечивающий её заглубление и высокую энергоёмкость на фрезерование, небольшую производительность. На фрезах с горизонтальной осью вращения в зависимости от назначения применяют прямые, изогнутые ножи и рыхлящее долото. Для обработки старопахотных почв широко используются изогнутые ножи, хотя имеют слабую заглубляющую способность на твёрдых и задернелых почвах.

Комбинированный [1] рыхлитель для послойной обработки солонцовых почв обеспечивает максимальное сохранение всех горизонтов без перемешивания. Обработка верхнего слоя после прохода рыхлительных лап улучшает устойчивость хода фрезы по глубине, снижает удельные энергозатраты на фрезерование. После прохода рыхлительных лап столбцы солонцового горизонта разрушаются, а головка столбцов остаётся целой и связанной с частично разрушенным надсолонцовым горизонтом.

Для рыхления верхнего слоя почвы без выноса солонцов на поверхность поля, дополнительного разрушения головки солонцов и повышения заглубляющей способности фрезы предлагается комбинированный нож, состоящий из загнутой и прямой частей. Прямая часть должна выступать от загнутой на 0,02—0,03 м. По данным А.Д. Далина, А.Н. Зеленина [2, 3], для почв с растительными остатками нож должен иметь размеры: угол заточки 20—25 град., толщину по аналогии с существующими Г-образными ножами — 0,006—0,008 м, ширину конструктивно — из условия прочности. С точки зрения уменьшения энергетических затрат, следует принимать минимально возможный диаметр фрезерного барабана, обеспечивающий полную

проработку заданной глубины. Ограничение при определении диаметра по гребнистости дна борозды снимается, так как дно фрезерования предварительно разрыхлено пассивными рабочими органами.

Диаметр фрезерного барабана по загнутой части рассчитываем по формуле:

В

: ^д + 2(Ьа + р) ,

где — диаметр диска;

НА — мощность верхнего слоя; р — зазор между поверхностью поля и диском (принимаем р = 0,01 м).

Наружный диаметр фрезерного барабана равен

Апах = Апіп + ЬВ ,

где И1В — высота головки солонцов.

Диаметры фрезерного барабана, с учётом глубины обработки верхнего слоя 0,08—0,12 м, принимаем: /)П1т = 0,380 м, /тах = 0,420 м.

Для обеспечения незначительного изменения крутящего момента и его составляющих ножи на барабане размещаются по винтовой линии с числом заходов, равным числу ножей на диске. Начало первой винтовой линии должно совпадать с концом второй винтовой линии на противоположной части барабана [4].

Общие энергозатраты на фрезерование с комбинированными ножами рассчитываем по формуле:

I эуд. = зАд.+Эд.,

где ЭАд — удельные энергозатраты на фрезерование верхнего слоя;

ЭуВд — удельные энергозатраты на дополнительное рыхление головки столбцов.

Подставляя значения ЭАд , 3В , получим общие удельные энергозатраты на фрезерование с комбинированным ножом в зависимости от параметров и режимов работы фрезы и физикомеханических свойств почвы:

СОБ

уд

6 ИА Х п

[Макср ):

а

3вн ХіІХк2от g ха а

+

ч\ Х§2А

^ і (і + яср ) Х хп ^н 60¥п Х СОБ аА

+-

^(а „ ) ХУІ Хф +Ф2 ХФХ) Х БІП у

g

+ Ф2(УА

[вн +

+0,5.

о в

60УП х соб 0а х уд ( Vі

2 х П

2

Ф1

+1

& х в

Н

)+

+-

а А х V, і ,хл Ь х г х п х Ид '

А а (акср.) Л А

60VП х соб 0^ х Ъхв

<В х8В хі&г , Ув хК2(а 1р.) 22ф

2 Ь

- +

н

&

где Ф1, Ф2, Ф4 — постоянные, характеризующие параметры фрезерного барабана [5];

- соответственно глубина фрезерования надсолонцового и солонцового горизонтов;

п - частота вращения фрезерного барабана; г — кол-во односторонних ножей в диске; ¥П - поступательная скорость агрегата;

ДЬ — длина выступающей прямой части ножа; йА и йА - углы контакта загнутой и выступающей частей ножа с почвой;

Уа( аКср) , К{а^.) - средние значения скоростей резания для загнутой и выступающей частей ножа;

у А , у В — объёмные весы надсолонцового и солонцового горизонтов;

Эуд. = 136,3 + 7,69Х1 -5,4Х2Х3 - 6,63Х2Х4 -

5а, 8в - значения путей смятия почвы над-солонцового слоя и столбцов лезвием;

Яа, Яв — коэффициенты объёмного смятия надсолонцового слоя и головки столбцов;

°В(А) — предел прочности надсолонцового горизонта;

кот — коэффициент отбрасывания.

Теоретическая зависимость удельных энергозатрат на фрезерование от параметров, режимов работы фрезы и физико-механических свойств почвы была проверена экспериментальными исследованиями. Полученное уравнение регрессии подтверждает правильность наших предположений (рис. 1):

18,62X1X4 -

36,75Х2 + 68,07Х3 - 29,99Х4 + 6,52ХіХ2 + 21,73Х1Х3 -

17,68Х3Х4 + 5,24Х12 +3,11Х22 + 12,98Х32 - 5,55Х42, кВт/м3,

где Х1 — количество ножей; Х2 — расстояние между ножами;

Х3 — частота вращения активного рабочего органа; Х4 — поступательная скорость.

Эуд,

кВт/м"

60

120

80

Эуд^рд)

. Эр Те гсперимен горе'тчеср V Зуд-Ґ(1-н) тальные д ;ие данные энные

Эуд,

кВт/иґ

200

150

100

50

> /у /У

1 Эуд^

У/ /> у

- л . э* Те г * гсперимен ;ореттеск Эуд^(У тальные д ие данные Ч энные

0,04 0,05 0,06 0,07 Ы, м

190

I

260 330 400 п, мин"1

2

4

7д]Шт

Рис. 1 - Влияние количества ножей Х1 и расстояния между секциями Х2 (а), частоты вращения фрезерного барабана Х3 и поступательной скорости агрегата Х4 (б) на удельные энергозатраты фрезерования Эуд.

Для окончательного выбора рационального типа фрезерного рабочего органа были проведены сравнительные экспериментальные исследования различных типов ножей, параметры которых приведены в таблице 1.

На основании полученных экспериментальных данных построены зависимости удельных

энергозатрат Эуд., степени крошения К и содержания эрозионно опасных частиц р от скорости движения агрегата при частоте вращения фрезерного барабана 345 мин.-1 (рис. 2).

Степень влияния частоты вращения фрезерного барабана на показатели работы фрезы приведены в таблице 2.

1. Параметры рабочих органов фрезерного барабана

Тип ножей Основные параметры Вид заточки

Я, м І, град. є, град. в, м Ь, м О, м

Комбинированный 0,04 20 5 0,06 0,006 0,380*-0,420** односторонняя

Г-образный 0,04 20 5 0,06 0,006 0,380 односторонняя

Г-образный 0,02 20 5 0,06 0,006 0,380 односторонняя

Прямой пластинчатый - 20 5 0,06 0,006 0,380 односторонняя

Примечание: R — радиус загиба полки ножа; і — угол заточки лезвия ножа; є — задний угол; в — ширина ножа; И — толщина ножа; D — диаметр фрезерного барабана;

* — диаметр фрезерного барабана по загнутой части;

** — диаметр фрезерного барабана по прямой выступающей части

280

Эуд,

кВт/м3

240

200

160

120

80

ч <

N / 4 і

Эуд—Ґ(\, 'П>

100

К.р,%

80

60

40

20

КН^Уп)

А .

Р^Уп) і Х~

1,0

1,2

1,4 1,6 \/п,м/с

1,0

1,2

1,4 1,6 \/п,м/с

Рис. 2 - Зависимости удельной энергоёмкости фрезерования и качественных показателей работы фрезы комбинированного орудия при обработке верхнего слоя от поступательной скорости агрегата:

х - нож Г-образный, Р = 0,020 м; о - нож Г-образный, Р = 0,040 м;  - нож прямой; • - нож комбинированный; крошение солонцового горизонта при установке на фрезе: А - Г-образных ножей; А - комбинированных ножей

2. Результаты сравнительных испытаний различных типов ножей фрезы

Показатели Уп = 1,35 м/с

комбини- рованный Г-образный с Я = 0,04 м Г-образный с Я = 0,02 м прямой

75,67 69,46 67,46

Степень крошения, % 81,16 77,34 76,07 -

17 6 17 71 21 81

Содержание эрозионно опасных частиц, % 27,0 27,9 31,84 -

Удельные энергозатраты, кВт/м3 210.7 263.7 190,0 253,5 221,0 293,9 111,2 147,6

Примечание: в числителе при п = 345 мин.-1, а в знаменателе при п = 460 мин.-1

68

Оценка работы различных типов ножей при обработке верхнего слоя почвы на глубину до 10—12 см позволила нам сделать следующие выводы:

• Увеличение скорости движения агрегата снижает, а частоты вращения фрезерного барабана повышает степень крошения.

• С увеличением частоты вращения фрезерного барабана удельные энергозатраты на фрезерование Г-образными ножами возрастают интенсивнее, чем комбинированными и прямыми ножами. Это объясняется лучшей заглубляющей способностью комбинированного ножа.

• Прямой пластинчатый нож разрезает, но не разрыхляет почву.

• Наилучшие показатели по степени крошения верхнего слоя при одинаковых энергозатратах имеют комбинированный и Г-образный ножи с радиусом загиба Я = 0,04 м. Комбинированный нож производит дополнительное рыхление головки столбцов и увеличивает степень крошения пахотного горизонта на 8—10%, поэтому его использование при послойной обработке является целесообразным.

Таким образом:

1. Теоретическая зависимость удельных энергозатратна фрезерование от параметров, режимов работы фрезы и физико-механических свойств почвы проверена и подтверждена экспериментальными исследованиями.

2. При послойной обработке почвы фрезерование верхнего слоя комбинированными ножами обеспечивает качественное рыхление с наименьшими удельными энергозатратами, дополнительно разрушая головки столбцов и увеличивая степень крошения пахотного горизонта.

Литература

1. Подскребко М.Д., Нуралин Б.Н. Предпосылки к обоснованию схемы комбинированного орудия для обработки целинных солонцов // Почвообрабатывающие машины и динамика агрегатов: тр. ЧИМЭСХ. Челябинск, 1981. Вып. 167. С, 82-94.

2. Далин АД., Павлов П.В. Ротационные землеройные и грунтообрабатывающие машины. М.: Машгиз, 1950. 250 с.

3. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. М., 1968. 372 с.

4. Мелехов В.В. Размещение ножей на валу барабана ротационных почвообрабатывающих машин // Тракторы и сельхозмашины. М., 1974. № 5. С. 17-18.

5. Нуралин Б.Н. Сопротивление ротационного рабочего органа //Деп. во ВНИИТЭИСХ, №281. ВС-80. 18.06.85. РЖ 1985. №9. 10 с.