Исследования косилки с режущим аппаратом подпорного резания на оросительных каналах

УДК 631.652.9

Ф.М. Магомедов, канд. техн. наук

ФГОУ ВПО «Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия»

ИССЛЕДОВАНИЯ КОСИЛКИ С РЕЖУЩИМ АППАРАТОМ ПОДПОРНОГО РЕЗАНИЯ НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛАХ

Исследование процесса резания растительности на каналах проводили с целью выявления потребной мощности привода ротационного рабочего органа и выбора оптимальных режимов работы трактора с косилкой при скашивании растительности на откосах, дне и гребне дамб действующих каналов с крутизной откосов 30, 45 и 60 град.

Так как при работе режущего аппарата роторного типа срезаемая им растительность отбрасывается на некоторое расстояние, требовалось определить:

• зависимость дальности отбрасывания срезанной растительности от скорости резания;

• влияние угловой скорости на качество резания растительности.

Основные задачи исследования:

• определение силы сопротивления перерезанию стебля при изменении диаметра стебля;

• определение зависимости изменения средней силы сопротивления резанию от скорости резания и диаметра стебля.

Исследование проводили по общепринятым

стандартным методикам, а также использовали методические разработки автора [1-3].

В ходе исследования определяли фактическую производительность косилки, густоту растений, среднюю толщину стеблей на исследуемых участках, потери воды в каналах, оценивали качество среза, определяли количество оставшейся растительности на стерне.

Густоту стояния растений определяли выкашиванием серпом трех участков площадью 1 м2 на исследуемых каналах и подсчетом количества стеблей. Диаметры стеблей замеряли штангенциркулем, после чего определяли среднюю приведенную толщину стебля.

При определении степени очистки стерни от растительных остатков учитывались толщина ножа, скорость резания, угол уклона откоса канала, густота стояния растений, скорость движения агрегата (трактора с косилкой).

Количество опытов и наблюдений принималось в 3-5-кратной повторности.

Фактическую производительность косилки для окашивания каналов определяли хронометражом, т. е. замеряли объем скошенной растительности на каналах за единицу чистого времени, используя хронометр (секундомер) и специальные мерные рейки.

48

Для определения расхода воды в начале и в конце исследуемых участков устанавливали водомерные приборы (вертушки).

Частота вращения ротора с ножами косилки составляла от 600 до 2400 мин-1. Густота растительности на 1 м2 поверхности (дне, откосах и гребне дамб) каналов составляла от 200 до 1000 стеблей. Диаметр стебля растительности (в основном камыша) находился в пределах 6.. .14 мм.

Скорость резания растительности ротором с ножами при прямолинейном движении трактора с косилкой колебалась от 6 до 12 м/с.

С целью выявления влияния угловой скорости режущего аппарата на качество резания стеблей проводили замеры дальности отбрасывания срезанных растений, а также подсчитывали количество несрезанных растений при различных скоростях резания. При этом поступательная скорость режущего аппарата оставалась постоянной

Дальность отбрасывания стеблей режущим аппаратом определяли путем замера расстояния при помощи метровой рулетки от кювета до ближайшей точки отброшенного стебля.

Качество резания определяли подсчетом количества оставшихся неперерезанными стеблей из расчета на 1 м2 поверхности дамбы канала. Разделив количество несрезанных стеблей на общее количество стеблей, находили процент оставшихся не срезанными стеблей.

Усилие, затрачиваемое на резание растений, определяли по разнице тяговых сил косилки, возникающих при резании растительности и при движении ее без процесса резания.

Измерение и регистрацию параметров энергетических затрат режущего аппарата проводили специально подготовленными тензометрическими узлами и малогабаритной тензометрической аппаратурой.

Для определения тяговых сил косилки использовались зависимости, учитывающие частоту вращения и крутящий момент коленчатого вала базовой машины косилки. Замеры частоты вращения коленчатого вала базовой машины проводили тензомет-рическими датчиками, установленными на коленчатый вал и маховик.

Установлено, что косилки с одним ротором и диаметром более 0,5 м плохо вписываются в микрорельеф откоса или канала. Ножи задевают дерн,

вырывая целые куски дерна вместе с грунтом. Поэтому необходимо использовать многороторные косилки с меньшими диаметрами.

Для возможности установки разработанного режущего аппарата на выпускаемую производством роторную косилку моделей КР диаметр нового ротора с ножами принят не более 500 мм.

На серийно выпускаемой роторной косилке типа К-24А один из четырех роторов с ножами снимали и вместо него устанавливали новый разработанный ротор с ножами.

Таким образом, условия процесса резания для обоих режущих аппаратов (существующего и нового) будут одинаковы. При таких условиях можно с большей точностью определить разницу в высоте стерни скошенной растительности на каналах этими режущими аппаратами.

После прохождения косилки измеряли высоту стерни скошенной растительности на двух полосах:

• на первой полосе — тремя роторами с ножами старого образца;

• на второй полосе — одним разработанным новым ротором с ножами.

Высота срезанных стеблей (стерня) замерялась через каждые 100 мм при помощи миллиметровой линейки с точностью до ±5 мм. Все опыты проводились в 3-кратной повторности.

Замеры показали, что высота стерни скошенной растительности на полосе, где работал новый ротор с ножами, на 5.. .8 см ниже, чем на полосах, где работали роторы с ножами старого образца.

При определении числовых характеристик высоты стерни скошенной растительности на канале применен математический аппарат теории случайных функций.

Для обработки результатов исследований по высоте стерни скошенной растительности, расхода воды на участках канала использовалась таблица достаточно больших чисел. Требуемое количество измерений высоты стерни скошенной растительности, расхода воды на участках канала принимали из условия веро- К кВт ятности, принимаемой в НИР, 0,95 5,0 "

и допускаемой ошибке X = 0,05, когда измерения проводятся через определенный интервал. Полученные экспериментальные данные обработаны методом математической статистики, по формулам случайных функций определены значения нормированной корреляционной функции и спектральности на ЭВМ.

В полевых условиях методом тензометрирования была определена мощность, затрачиваемая

на срезание и удаление растительности. Определение проведено по методике измерения крутящего момента, потребляемого роторным рабочим органом косилки. В процессе работы возникает нагрузка на ротор, которая вызывает крутящий момент на пальцах муфты. Воспринимаемый тензодатчиками момент в виде электросигнала передается на вход канала электронного блока аппаратуры. Одновременно при помощи датчика на вход канала подаются импульсы, которые суммируются и фиксируются аппаратурой.

Установлено, что с увеличением диаметра ножа дальность выброса сначала увеличивается, а затем уменьшается. Это связано с увеличением сил сопротивления резанию и резким увеличением затрачиваемой мощности.

Изменяя число оборотов ротора п от 600 до 2400 мин-1 для каждого угла а среза растительности, определили потребную мощность N для привода ротационного рабочего органа при скашивании растительности под различным углом среза (рис. 1).

Анализ рис. 1 показал, что потребная мощность для привода роторной косилки значительно больше, когда обороты ротора меньше 1600 мин-1. Когда же обороты ротора становятся выше 2000 мин-1 мощность увеличивается медленно.

Данные по потребной мощности N на приводе ротационного рабочего органа косилки в зависимости от изменения скорости движения V машины с косилкой и угла а приведены на рис. 2.

Как видно из рис. 2, потребная мощность для привода роторной косилки повышается по мере возрастания скорости движения машины с косилкой, а также при скашивании растительности под углом среза а = 0° (прямой срез), чем при угле среза а > 0° (косой срез).

Для определения силы сопротивления перерезания стебля использовали копер.

Для определения зависимости средней силы сопротивления резанию от скорости резания, диамет-

— Л^о

Рис. 1. Зависимость мощности привода ротора от частоты вращения ротора и угла среза растительности

N, кВт

Рис. 2. Зависимость мощности привода ротора от скорости движения машины с косилкой и угла среза растительности

ЛН

Рис. 3. Зависимость усилия резания растений от диаметра стебля при постоянных скоростях резания

ЛН

Рис. 4. Зависимость усилия резания растений от диаметра стебля при постоянных углах заложения откосов

ра стебля и массы ножа использовали метод планирования эксперимента.

С целью сокращения общего числа опытов по установлению связи между исследуемыми факторами был привлечен математический аппарат планирования эксперимента, который позволяет выбрать необходимое число опытов и условия их проведения, обеспечивающие решение поставленной задачи с требуемой точностью.

Исследование, проведенное по определению усилия резания растительности в зависимости от скорости движения агрегата, при числе оборотов ротора с ножами 600 мин-1 показало, что по мере повышения скорости резания, усилие, необходимое для резания, возрастает (рис. 3).

На основании полученных результатов построены кривые (рис. 4) зависимости усилия резания Р растений при косом срезе, когда крутизна откосов составляет 30, 45 и 60 град. (рис. 4).

Анализ данных показал, что роторный режущий аппарат подпорного резания обеспечивает удовлетворительное качество резания растительности на каналах как без воды, так и при минимальной глубине воды

Выводы

Исследование режущих аппаратов мелиоративных косилок проводили по методикам, учитывающим особенности поверхности каналов (с откосами, дном и дамбами ).

Исследование показало, что качество срезания стеблей растительности на каналах находится в прямой зависимости от угловой скорости ножа (скорости резания), а дальность отбрасывания растительности пропорциональна угловой скорости ножа.

Усилие, необходимое для срезания растительности роторным режущим аппаратом, возрастает при увеличении скорости резания (движения агрегата), диаметра стебля растительности и крутизны откосов.

Наиболее эффективно (до 92 %) скашивание растительности под водой осуществляется косилками с режущим роторным аппаратом подпорного резания.

Высота стерни скошенной растительности на каналах новой роторной косилкой значительно ниже (почти в 2 раза), чем при скашивании косилками, эксплуатирующимися в хозяйствах в настоящее время.

Список литературы

1. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. — М.: Колос, 1979.

2. Методы и результаты разработки и внедрения механизированных технологий: сб. науч. трудов ВНИИПТИМЭХ. — Ростов-на-Дону, 1979.

3. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г.В. Веденяпин. — М.: Колос, 1973.