РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СТАЛОСТІ РУХУ
ПРИЧІПНОГО ШИРОКОЗАХВАТНОГО КУЛЬТИВАТОРА
2.1 Дослідження зовнішніх силових впливів на культиваторний агрегат
Найбільш важливою проблемою роботи сільськогосподарських агрегатів, у тому числі і ґрунтообробних, є якісне виконання технологічного процесу. Але досягти якісного виконання технологічного процесу без забезпечення сталого руху агрегату не можливо. Саме не сталий рух агрегату, викликаний дією збурюючих чинників, веде до зниження якості виконання технологічного процесу і, у кінцевому підсумку, зниження експлуатаційних показників, тобто ефективності роботи.
Тому дослідження зовнішніх силових впливів на культиваторний агрегат є дуже важливими в розв'язанні проблеми забезпечення такого ступеня сталості руху, який би відповідав агротехнічним вимогам.
Метою цього дослідження є найбільш повне урахування дії зовнішніх збурюючих чинників, у тому числі і випадкових грунтових впливів, для установлення ступеня взаємозв'язку між ними і оцінки впливу кожного із них на сталість руху.
2.1.1 Особливості реакцій грунту на робочі органи
На культиваторний агрегат, що рухається як складна динамічна система, безупинно впливає цілий ряд зовнішніх чинників (природні умови, мінливість властивостей грунту і т.п.), які збурюють основний рух, на що система відповідає визначеною реакцією.
Найбільш суттєво впливають на сталість руху ґрунтообробних агрегатів сили опору робочих органів. У свою чергу форма і розміри робочих органів,
властивості і стан грунту та швидкість руху суттєво впливають на величини і напрямок цих сил.
Метою даного дослідження є отримання залежностей між силами опору робочих органів і параметрами культиватора з урахуванням випадкових впливів з боку грунту.
При русі культиваторної лапи поступально зі швидкістю , що лежить в площині її симетрії, система реакцій грунту зводиться до однієї рівнодіючої сили .
Якщо під дією сил зовнішнього впливу з боку грунту вектор швидкості центра мас відхиляється від площини симетрії на деякий кут , то визначальними силами, що діють на робочий орган є головний вектор і головний момент М. Головний вектор відхиляється від площини симетрії на кут (рис. 2.1).
Сила опору робочих органів і момент М істотно залежать від кута між вектором абсолютної швидкості центра мас і подовжньою вертикальною площиною симетрії культиваторної лапи [63]
R=f(?); M=f(?); =f(?). (2.1)
Узв'язку з тим, що при русі культиваторного агрегату кут є малим, розкладемо функції (2.1) у ряди Маклорена [110]
.
У залежностях для М і обмежимося першими двома членами ряду, а в залежності для - першими трьома з метою спрощення формул і урахування у рівнянні кутових коливань культиватора випадкових впливів з боку грунту
(2.2)
Для культиваторної лапи, що є симетричним робочим органом, функція R(?) є парною, тому параметр .
Величини М0 і також рівні нулю, тому що робочий орган є симетричним і початок відліку кута вибраний від його осі симетрії.
Отже залежності (2.2) можна записати у вигляді
; ; . (2.3)
Величини R0, , , істотно залежать від швидкості і форми робочого органу, глибини обробітку та фізикомеханічних властивостей грунту.
У припущенні, що у межах руху зміна фізико-механічних властивостей грунту і швидкості руху незначні, отримаємо залежності
; ; ; , (2.4)
де h - фактична глибина обробітку грунту;
h0 - установлена глибина обробітку грунту.
Розкладемо функції (2.4) у ряди Тейлора в околиці установленої глибини обробітку h0 та аппроксимуємо їх частковими сумами цих рядів [110]
(2.5)
Підставивши залежності (2.5) у залежності (2.3), отримаємо
(2.6)
Для нульової глибини обробітку, при якій , М і дорівнюють нулю, з рівняння (2.5) отримаємо наступні залежності
; ; ; . (2.7)
Підставивши залежність (2.7) у рівняння (2.6), отримаємо вирази
; (2.8)
; (2.9)
, (2.10)
де , , , - постійні силові параметри.
Для визначення величини кута ?, в залежності від місця розташування робочого органу відносно рами культиватора, абсолютної швидкості центра мас культиватора і кутової швидкості , зв'яжемо з рамою культиватора рухому систему координат ХСY. Початок координат розташуємо у центрі мас культиватора, вісь СХ направимо вздовж осі симетрії культиватора.
Абсолютну швидкість центра кріплення робочого органу (рис. 2.2) визначимо за формулою
,
де - швидкість відносного (обертального) руху центра кріплення лапи навколо С.
Рис. 2.2. Схема сил, діючих на робочий орган
Величину кута ? знайдемо з відношення проекцій швидкості на осі координат СХ і СУ
.
Визначимо ці проекції у відповідності з розподілом швидкостей, приведеним на рис. 2.2
де - кутова швидкість кутових коливань культиватора;
Vx, Vy - величини проекцій абсолютної швидкості центра мас культиватора на осі СХ і СУ.
xi,yі - координати i-го робочого органу в системі координат.
Остаточно вираз величини кута ?і отримаємо у виді
. (2.11)
Для малих значень кута ?і
. (2.12)
Проаналізуємо значимість члена формули (2.12). Похибка визначення кута ?, при зневазі цим членом, складе
.
Похибка незначна, отже при дослідженні культиваторів членом у формулі (2.12) можна зневажити і вираз для визначення кута ?і може бути записаний у виді
. (2.13)
За доп