Розділ 2
теоретичні дослідження обробітку міжстовбурних смуг в садах фрезами з
вертикальною віссю обертання
Матеріали, наведені в першому розділі, свідчать, що міжряддя садів інтенсивного
типу можуть оброблятись існуючими садовими машинами. Внаслідок значно більшої
густоти дерев в інтенсивних садах у порівняні із звичайними обробіток ґрунту в
міжстовбурних смугах істотно ускладнюється. Там же зазначено, що для цієї мети
найбільш придатний фрезерний робочий орган з вертикальною віссю обертання.
Робочий процес включає обробіток ґрунту з одночасним виведенням робочого органа
для обходження стовбура.
В цьому розділі наведено аналіз впливу параметрів клина (спільний для всіх
робочих органів) на опір переміщенню і обробітку ґрунту фрезами з вертикальними
осями обертання та основні закономірності процесу висування робочих органів при
обходженні стовбурів.
2.1. Дослідження процесу обробітку ґрунту
2.1.1. Аналіз опору ґрунту при переміщенні двогранного клина
Роботу клина досліджували В.П.Горячкін [119], В.В. Бородкін [120], Г.Н.Сінеоков
[121, 122], М.О.Демидко [123], Я.С.Гуков [91], В.О.Дубровін [90] І.А.Шевченко
[124] та ін. Нами використані найбільш прийнятні положення цих досліджень.
Загальний опір клина можна визначити як суму опорів, обумовлених деформацією
ґрунту, підніманням скиби та подоланням її сили інерції.
У порівнянні з пасивними робочими органами при застосуванні фрез змінюється
швидкісний режим. Тому складову опору, обумовлену силою інерції ґрунту,
розглянемо більш детально.
Для визначення опору ґрунту, обумовленого подоланням сили інерції скиби ґрунту,
запропоновано декілька підходів [123, 125, 126, 127 та ін].
Як найбільш обґрунтованою нами прийнята схема, наведена в роботі М.О.Демидка
[123]. Основним режимним показником роботи фрези є швидкість різання, яка
впливає на складову опору, обумовлену силою інерції ґрунту. Схема діючих сил,
показана на рис. 2.1.
Сила інерції визначається рівнянням
, (2.1)
де - коефіцієнт, що враховує зменшення швидкості ґрунту із-за відносних
переміщень його частинок;
а - глибина обробітку, м;
Вр - ширина захвату клина, м;
- щільність ґрунту, кг/м3;
Ve - швидкість руху клина, м/с;
- кут встановлення крила ножа до дна борозни, град.;
- кут відхилення руху скиби від нормалі, град.
Опір клину, обумовлений силою інерції, описується рівнянням
, (2.2)
де - кут тертя ґрунту по поверхні клина;
- кут внутрішнього тертя ґрунту.
На рисунку 2.2 наведено графіки зміни опору, обумовленого подоланням сили
інерції, в залежності від основних параметрів процесу. Розрахунки виконані за
умови: Вр=1м; 0,1м; = 1600 кг/м3; =35°.
Із графіків видно, що швидкість істотно впливає на величину опору, також
впливають кути кришення , тертя та кут , який характеризує твердість ґрунту.
При збільшенні твердості ґрунту кут зменшується. З графіків видно, що опір
зростає із збільшенням кутів та , а із збільшенням – зменшується.
Розглядаючи шляхи зменшення опору, можна зробити висновок, що найбільш реальним
є підбір робочих поверхонь з малим коефіцієнтом тертя ґрунту. Істотне зниження
опору можна досягти зменшенням кута кришення . Швидкість різання необхідно
підбирати можливо меншою.
Рис.2.1. Схема дії сил, обумовлених силою інерції ґрунту при роботі клина
Рис.2.2. Залежність опору , обумовленого силою інерції скиби, від основних
параметрів процесу різання
2.1.2. Обґрунтування параметрів робочих органів фрези з вертикальною віссю
обертання
Схема фрези з вертикальною віссю обертання наведена на рис. 2.3. На диску 2, що
обертається з кутовою швидкістю та переміщується паралельно ряду дерев 1 із
швидкістю , закріплені L-подібні ножі, які обробляють ґрунт. При підході до
стовбура дерева на певну відстань за допомогою спеціального щупа (на схемі не
показаний) подається команда на гідросистему. В результаті її спрацьовування
гідроциліндром 4 та важелем 3 фреза висувається в поперечному напрямку на
величину L, забезпечуючи обхід стовбура з заданою віддаллю b1 від стовбура, а
потім повертається у вихідне положення.
Величина b1 відповідає віддалі від стовбура. Але в розрахунках зручніше
користуватись величиною захисної зони, як віддалю від центру дерева
. (2.3)
Кожен ніж (рис. 2.4) має вертикальну 1 та горизонтальну 2 частини. Вертикальна
частина підрізає скибу у вертикальній площині та є стояком горизонтальної
частини, яка підрізає бур'яни.
Основними параметрами робочого органу є верхні кути різання та , нижні кути
різання , , кути загострення та , довжина горизонтальної частини ножа і висота
вертикальної частини. Умови роботи горизонтальної частини близькі до умов
роботи звичайних культиваторних лап, тому величину названих кутів можна
приймати такими ж. Для культиваторних лап рекомендується [86]: кут загострення
; задній кут різання ; верхній кут різання (кут кришення) .
Для вертикальної частини кут загострення можна приймати таким, як для
горизонтальної - . Задній кут різання залежить від положення ножа на траєкторії
його руху, тому потребує обґрунтування. Цього ж потребує також довжина
горизонтальної частини ножа .
Для визначення названих величин розглянемо елементи кінематики фрези з
вертикальною віссю обертання.
У процесі роботи фрези робочі органи (ножі) знаходяться у складному русі. У
відносному русі вони обертаються навколо вісі О (рис. 2.5), а у переносному
переміщуються поступально разом з машиною (агрегатом). Обертовий рух
характеризується радіусом фрези та кутовою швидкістю , а поступальний –
швидкістю .
Рис. 2.3. Схема роботи фрези з вертикальною віссю обертання:
1-стовбур дерева; 2-фреза; 3-висувний важіль; 4-гідроциліндр
Рух робочого органу почнемо розглядати з моменту, коли він знаходиться в точці
А1
- Київ+380960830922