РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ
ВЗАЄМОДІЇ ГОЛЧАСТОГО РОБОЧОГО ОРГАНУ З ГРУНТОМ
2.1. Принцип роботи голчастого робочого органу та головні фактори, якими визначається його взаємодія з ґрунтом
Голчастий робочий орган є конструктивним елементом який, рухаючись поступально під дією тягової сили, обумовлює обертання робочого органу навколо вісі і періодичний контакт кінця голки з ґрунтом (одиничний за період обертання), що призводить до наколу та зміщення (роздрібнення) поверхневого шару ґрунту. Установка на одному коткові кількох голчастих робочих органів з певною їх орієнтацією відносно осі дозволяє подрібнювати грунт, створюючи у його поверхневому шарі потрібну для проведення агротехнічних заходів структуру.
Робота голчастого робочого органу підпорядкована принципу самообертання диска під дією тягової сили та сил, що виникають при контакті органу з ґрунтом.
Рух голчатого робочого органу визначається трьома складовими:
- відносним рухом (обертальним навколо вісі диску) із швидкістю Vов ,
- відносним рухом (обертальним навколо кінця "голки", на який діє сила опору при входженні її у грунт) із швидкістю Vок ,
- поступальним рухом (по відношенню до поверхні ґрунту) із швидкістю Vп .
Зауважимо, що науковцями (Горячкіним В.П. ?30?, Желіговським В.А. ?35?, Сабліковим М.В. ?100? та іншими) розглядаються виключно дві складові руху - обертальний (навколо вісі диску) та поступальний (відносно поверхні ґрунту). На цій підставі аналізуються такі характеристики руху робочого органу як ковзання, буксування тощо.
На наш погляд, відмічені складові не повною мірою відображають особливість руху робочого органу і стосуються переважно дисків із суцільним лезом робочого органу, коли контакт із верхнім шаром ґрунту неперервний, а грунт однорідний. При наявності обмеженої кількості голок на диску та ділянок неоднорідності ґрунту у його поверхневому шарі контакт кожної голки з ґрунтом супроводжується протидією, сила якої здатна обумовити обертання вісі диску навколо кінця голки (чим пояснюється, зокрема, ефект "стрибкоподібності" руху диску, характерний, до речі, як для дисків з досліджуваним у даній роботі голчатим робочим органом, так і для дисків із суцільним лезом робочого органу, дослідженими іншими науковцями). Вважаємо доцільним розглядати і третю складову руху - відносний рух, обумовлений обертанням вісі диску навколо кінця голки, на який діє сила опору при входженні робочого органу в грунт.
Протягом одного оберту диску кінець робочого органу (голки) проходить шлях:
(2.1)
де - радіус диска, м.
При відсутності ковзання або буксування шлях lоб співпадає з довжиною кола (lоб=, =2???r ). При буксуванні або ковзанні співвідношення між lоб та інші:
lоб > (буксування), або lоб < (ковзання).
Характер руху робочого органу досить складний. У ідеалізованому варіанті траєкторія руху кінця "голки" являє собою циклоїду (рис. 2.1, а), у варіанті, наближеному до дійсності, траєкторія є набагато складнішою (рис. 2.1, б). З'ясування виду руху робочого органу (із ковзанням, із буксуванням, без них) та залежності величини пройденого шляху від експлуатаційних характеристик роботи механізму подрібнення ґрунту дозволяє поліпшити техніко-економічні показники роботи останнього, тому у дослідженнях науковців цим питанням надається значна увага.
а)
б)
Рис. 2.1. Траєкторія руху кінця голок (двох) без ковзання і буксування (а) та з ковзанням і буксуванням (б).
З метою урахування виду руху науковцями ?11, 40, 75, 103, 113? запропоновано уводити до розгляду коефіцієнти ковзання та буксування, які (з точністю до позначень) зводяться до співвідношень типу ? ? ?l/lоб або ???l/(lоб??l). Визначення цих коефіцієнтів теоретичним способом не уявляється можливим, адже сили, під дією яких рухається робочий орган, носять випадковий характер. Визначення їх значень експериментальним способом можливе, але має розповсюджуватися виключно на умови проведення експерименту, діапазон яких настільки широкий, що не може бути охоплений практично. Звідси витоки інтересу до гіпотетичних уявлень стосовно виду руху голчастого робочого органу.
На думку ?31?, обробіток ґрунту голчастим робочим органом "здійснюється за допомогою наколу і зміщення ґрунту робочими органами, при цьому грунт зміщується голками у повздовжньому напрямі за рахунок наявності ковзання або буксування". За уявленнями О. Сапарова ?101? "голчастий диск працює з буксуванням". Цієї думки дотримується також М.В. Чайчіц ?113?, який відмічає, що "буксування посилюється із збільшенням глибини ходу дисків, а швидкість поступального руху на величину буксування впливає не суттєво". Зіязетдінов Р.Ф. та Клетченко В.Т. ?40,52?, навпаки, стверджують, що "при роботі голчастого диску має місце рух з ковзанням". Г.Н. Синеоков та І.М. Панов ?105? та В.К. Бакулин ?5? вважають, що робота ротаційного подрібнювача здійснюється "без ковзання і буксування".
На наш погляд, при роботі дисків з голчастим робочим органом існують ситуації, притаманні руху як з ковзанням і буксуванням, так і без них. Переважно вид руху визначається умовами експлуатації диску та характеристиками робочого органу. Можна уявити масивний диск, оснащений однією-двома-трьома голками. За більшості умов експлуатації (реальних) такий диск не зможе обертатися у "щільних" ґрунтах. Вид руху визначатиметься як "ковзання". Можна уявити інший диск, оснащений додатковим пристроєм, який додає до звичайних сил значний реактивний момент. Легко уявити, що на "слабких" ґрунтах для такого диску може стати характерним "буксування". На наш погляд, за умов "самопрокочування" диску під дією тягової сили та наявності на ньому значної кількості "голок", розміщених так, щоб голки при прокочуванні диску відносно рівномірно контактували з ґрунтом впродовж вісі диску і "наколювали" грунт з відносно високою частотою чергування однієї голки за іншою, слід чекати руху без ковзання та без б