РОЗДІЛ 2
Теоретичні дослідження впливу спрацювання культиваторних лап на їх
роботоздатність
Від величини затуплення лез культиваторних лап залежать експлуатаційні та
якісні показники їх роботи. Найбільш суттєвими показниками є тяговий опір,
якість підрізання коренів бур’янів та рівномірність глибини обробітку ґрунту.
У розділі теоретично визначено вплив ступеня спрацювання кромки лез лап на
тяговий опір та процес підрізання коренів бур’янів. Виконано аналіз сумарних
витрат коштів на відновлення лап та подолання опору переміщенню.
2.1. Дослідження зміни зусиль на лезі від ступеня його спрацювання
Основні складові тягового опору переміщенню культиваторної лапи у ґрунті є
зусилля обумовлені деформацією й підйомом ґрунту, а також силами інерції при
русі відокремленої частини ґрунту. Оскільки, найбільш суттєво спрацьовується
кромка леза культиваторних лап слід очікувати, що, насамперед, зміни його форми
відповідно призводять до зростання тягового опору.
Поширені два підходи при визначенні опору ґрунту спрацьованому лезу:
Профіль спрацьованого леза лапи умовно замінюється верхньою та нижньою фасками
[79, 117 та ін.].
Профіль спрацьованого леза лапи приймається у вигляді кола, вписаного у профіль
леза лапи [10, 46, 96, 105, 112]. Тоді величина опору, спричиненого лезу,
залежить від радіуса кола.
Кожен із зазначених вище підходів має як свої переваги, так і недоліки. Тому, у
даній роботі при вивченні впливу спрацювання кромки лез лап на енергетичні
показники при взаємодії лапи з ґрунтом розглядаються два підходи.
2.1.1. Опір ґрунту спрацьованому лезу, профіль якого приведений до двох
двогранних клинів
При роботі культиваторної лапи на її робочі поверхні діють сили опору грунту,
обумовлені дією ріжучої кромки леза та верхньої й нижньої (затильної) фасок.
Процес деформації ґрунту клином залежить від типу, стану, механічного складу
ґрунту та інших властивостей. У роботах [9, 113, 146] виділяються наступні три
види руйнування ґрунту:
1. В’язка та задерніла скиба відривається суцільною стрічкою без істотної
деформації. У цьому випадку, швидкість скиби відносно робочої поверхні клина за
величиною дорівнює його швидкості переміщення, а напрямок абсолютної швидкості
частинок ґрунту відхилений від нормалі до поверхні клина у бік переміщення на
кут , де b ? кут між робочою поверхнею клина та напрямком руху.
2. У випадку, коли ґрунтова маса має середні значення вологості й в’язкості,
клин спочатку зминає її до певної величини, а потім відбувається відрив та зсув
під певним кутом.
3. Коли ґрунт, сухий і твердий, скиба розколюється на брили неправильної форми.
Вважається [9, 48, 79, 113, 115, 146 та ін.], що при обробітку ґрунту
сільськогосподарськими машинами найбільш поширений другий вид деформації
грунту. У розвиток досліджень, приведених у роботі [114], на рисунку 2.1 і 2.2
представлені схеми дії сил на фаски, якими замінена закруглена форма ріжучої
кромки леза лапи.
Розглянемо дію верхньої фаски (верхньої площини клина). При русі клина з точки
А у точку В, нормальна сила N1 на шляху lзм зростає, досягаючи у точці В свого
максимального значення. Починаючи з точки В на незначному шляху, довжину якого
можна не враховувати, відбувається безпосередній відрив скиби, опір різко
зменшується до величини, необхідної для зачищення дна борозни та підйому
скиби.
Рис. 2.1. Схема сил, що діють на верхню фаску двогранного клина
Рис. 2.2. Схема сил, що діють на затильну фаску двогранного клина
Підйом скиби відбувається на шляху Lв.с., який дорівнює її довжині. Згідно
представленої схеми процесу можна вважати, що основна частина роботи, яка
витрачається на деформацію при відриві скиби на шляху lзм+Lв.с., може бути
прирівняна до роботи, яка витрачається на зминання ґрунту на шляху lзм.
Таким чином, середній опір ґрунту дорівнює:
. (2.1)
Для визначення роботи розглянемо сили, обумовлені деформацією зминання.
Нормальну силу N1 знайдемо через об’єм зім’ятого ґрунту та коефіцієнт об’ємного
зминання [46]:
;
де qзм – коефіцієнт об’ємного зминання ґрунту, Н/см3;
Vзм – об’єм зім’ятого ґрунту, см3.
З урахуванням тертя ґрунту по робочій поверхні, сила опору дорівнює:
; (2.2)
де j – кут тертя ґрунту по поверхні клина.
Об’єм зім’ятого ґрунту визначиться :
;
де - кут між площиною верхньої фаски та напрямком руху, град.
- ширина захвату клина, см.
Тоді
. (2.3)
Елементарна робота зминання ґрунту визначається за формулою:
, (2.4)
враховуючи, що сила дії Px (зусилля з яким діє лезо лапи на ґрунт) дорівнює
силі протидії Rx (сила опору ґрунту, що виникає у результаті дії сили Px):
; (2.5)
тоді
. (2.6)
Повна робота зминання визначається у результаті інтегрування останнього виразу:
. (2.7)
Значення горизонтальної складової опору, що діє на верхню фаску, знаходиться
підстановкою величини Азм у рівняння 2.1:
. (2.8)
Відповідно, середнє значення сили R1 дорівнює:
; (2.9)
а середнє значення нормальної сили:
. (2.10)
Вертикальна складова опору деформації дорівнює:
. (2.11)
Таким чином, складові рівняння встановлені.
За аналогією попередніх розрахунків, розглянемо опір, обумовлений дією нижньої
(затильної) фаски.
При переміщенні лапи затильна фаска зминає ґрунт, вдавлюючи його до низу, що
породжує дію нормальної сили N2 (рис. 2.2), яка дорівнює:
;
де Vзм.н - зім’ятого нижньою фаскою.
Згідно рисунку 2.2, величину об’єму зім’ятого ґрунту Vзм.н можна визначити за
формулою:
.
Величина затильної фаски характеризується висотою ущільненого шару ґрунту на
дні борозни h=AA1 [114].
Оскільки, , тоді нормальна сила N2 дорівнює:
. (2.12)
Унаслідок тертя ґрунту по поверхні тертя, сила опору R2, на затильній фасці,
відхиляється від нормальної сили на кут тертя j у напрямку руху. Тоді вели
- Київ+380960830922