РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ
РОТАЦІЙНОГО РОЗПУШУВАЧА
2.1. Обґрунтування конструкції ротаційного розпушувача ґрунту
Проведений аналіз конструкцій ротаційних ґрунтообробних знарядь дає змогу стверджувати, що існуючі на сьогоднішній день ротаційні розпушувачі грунту потребують радикального вдосконалення. Використання в роботі нераціональних способів дії елементів робочих органів на ґрунтовий моноліт, недостатнє забезпечення відповідного ступеня подрібнення і розмірів структурних агрегатів грунту, призводять до нераціонального використання потужності агрегата і до низької якості підготовки грунту в різних грунтово-кліматичних зонах вирощування сільськогосподарських культур.
Для зменшення енергомісткості процесу і підвищення якості обробітку на основі знання про фізико-механічні властивості грунту необхідно застосовувати такі способи його деформації, щоб опір різанню був якнайменший, а робочі органи створювали різнонаправлені деформації за рахунок декількох способів руйнування ґрунтового моноліту [13,14,19]. Важливо, щоб структурні агрегати грунту рухались по поверхні робочого органа, як суцільна скиба і одночасно переміщувались один відносно одного, причому значно швидше, ніж по робочому органові. Це в першу чергу залежатиме від форми і геометрії робочих органів та кінематики їх руху.
Таким чином, проблема створення нового ротаційного розпушувача є важливою і актуальною.
Для забезпечення раціональної роботи нового ротаційного розпушувача слід всебічно дослідити і визначити раціональні параметри та режими роботи ротаційного розпушувача.
Отже, основною метою досліджень є підвищення якісних показників процесу розпушування грунту шляхом розробки конструкції ротаційного розпушувача із частотою обертання робочих органів не більше 180 хв-1.
Для досягнення поставленої мети в програмі теоретичних досліджень слід передбачити вирішення наступних задач:
- розробити нову конструктивно-технологічну схему ротаційного розпушувача ґрунту та ідентифікувати головні його параметри і режими роботи;
- ідентифікувати головні параметри процесу переміщення структурних агрегатів ґрунту по поверхні ножів та визначити їх взаємозв'язок із параметрами та режимами роботи розпушувача;
- на основі фізико-механічних властивостей грунту і досліджень явищ різання ґрунту, стискування і перетирання структурних агрегатів розробити математичну модель деформації грунту;
- оптимізувати головні параметри та режими роботи ротаційного розпушувача ґрунту.
Зроблений аналіз конструкцій ротаційних грунтобробних знарядь показав, що вони мають багато недоліків, серед яких складність конструкції багатьох машин, низька якість подрібнення грунту і його сепарації, знищення бурянів, подрібнення і заробки пожнивних решток та мінеральних і органічних добрив, обороти вала відбору потужності більше 540 хв-1 і великі енергетичні затрати.
Проведений аналіз конструкційно-технологічних схем ротаційних розпушувачів грунту і процесу їх роботи показав, що найбільший вплив на технологічний процес розпушування мають такі параметри: ширина захвату, робоча швидкість, частота обертання вала ротора, кількість робочих ножів, крок витка розміщення ножів, ширина ножа та інші його геометричні характеристики. Саме від цих параметрів в першу чергу залежить деформація грунту і зменшення опору різанню.
Конструкційно-технологічна схема розпушувача наведена на рис. 2.1
Рис. 2.1. Конструкційно-технологічна схема ротаційного розпушувача
Ротаційний розпушувач складається з рами 1, на якій розміщені барабан 2, що містить основні робочі ножі 5 і додаткові ножі 4. Основні і додаткові ножі мають трикутну форму. Основні ножі 5 розташовані під кутом до осі барабана 3 і закріплені на барабані по гвинтовій лінії з правою навивкою до основи лінії машини, і навпаки, друга сторона розпушувача від осьової лінії машини містить основні ножі 5, розташовані під кутом до барабана по гвинтовій лінії з правою навивкою, таким чином, на другій стороні барабана вони розташовані дзеркально.
Привод робочих органів здійснюється через ланцюгову передачу 6, конічний редуктор 7, карданний вал 8 від валу відбору потужності трактора.
Ротаційний розпушувач грунту працює таким чином. При переміщенні машини вздовж поля основні ножі 5 розпушують нижні шари грунту, а додаткові ножі 4 - верхні шари грунту з одночасним подрібненням рослинних решток, перемішуючи верхні і нижні шари грунту вздовж осі барабана назустріч один одному, що полегшує деформацію грунту і покращує якість розпушування.
Головні параметри та режими роботи зведені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
Головні параметри та режими роботи ротаційного розпушувача
Назва параметру чи режимуПозначенняОдиниці вимірюванняПараметри: ширина захвату
Кількість ножів по кругу
Крок витка ножів
Ширина ножа
Кут зсуву ножа в плані Вм
lН
шт
градРежими роботи: Швидкість руху
Кінематичний режимVм
?м/сКритерії оцінки: Ступінь подрібнення
Потужність на обробітокii
кВт
2.2. Обґрунтування математичної моделі процесу розпушування ґрунту
Подрібнення грунту ґрунтообробними знаряддями виконується в основному механічним способом. У цьому випадку матеріал розпушується під дією робочого органа. Існує декілька різновидів механічного способу подрібнення грунту: різання, сепарація, стискування, роздавлювання, гравітаційне падіння, розколювання, перетирання, злом і удар. Найбільш якісні показники забезпечуються при застосуванні одночасно декількох способів. Так в першому розділі було зроблено аналіз конструктивно-технологіних схем існуючих ґрунтообробних знарядь і було виявлено, що найчастіше використовуються такі комбіновані різновиди способів подрібнення грунту: різання з перетиранням, різання з ударом, удар з перетиранням. У нашому випадку процес обробітку грунту складається із трьох одночасно протікаючи процесів: різання , стискування і перетирання. Одночасно із подрібненням грунту відбувається знищення і заробка п