Розділ 2
ТЕОРЕТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ І КІНЕМАТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ РОБОЧОГО ОРГАНУ
РОТаційного ТИПУ
Мета теоретичних досліджень – вивчення особливостей руху зубів в ґрунті
робочого органу ротаційного типу при обробітку захисних зон просапних культур і
визначення ймовірності попадання зубів в зону культурних рослин та повноти
обробітку ґрунту з максимальним знищенням бур’янів.
Схема робочого органу ротаційного типу показана на рис. 2.1, де робочим органом
являється зуб, закріплений на диску, який здійснює обертовий рух від взаємодії
з ґрунтом в процесі руху агрегату.
Рис. 2.1. Робочий орган ротаційного типу (РОРТ): 1 – диск; 2 – зуб першого
ряду; 3 – зуб другого ряду
2.1. Визначення кінематичних і конструктивних параметрів робочих органів
ротаційного типу
Для визначення кінематичних і конструктивних параметрів [14, 19, 28, 55, 60]
робочих органів ротаційного типу (РОРТ) розглянемо процес їх роботи.
Рис. 2.2. Траєкторії руху двох сусідніх зубів РОРТ
Введемо нерухому систему координат XOY з початком в точці O, розміщену в центрі
окружності, яку описує крайня точка зуба першого ряду. При цьому площина
системи координат XOY співпадає з площиною поля. Як видно із рисунка, зуби
першого ряду при поступальному і обертовому русі будуть здійснювати рух по
кривій, параметричне рівняння якої має вид:
(2.1)
де поступальна швидкість агрегату;
радіус окружності, що описується крайньою точкою зуба при обертанні;
кут нахилу диску до горизонту;
кутова швидкість обертання РОРТ.
Із останнього виразу слідує, що кожен зуб буде обробляти площу ґрунту, обмежену
поверхнею поля і кривою, що описується робочим органом.
2.1.1. Визначення якості роботи ротаційного робочого органу в залежності від
величини перекриття ділянок ґрунту
Очевидно якість роботи РОРТ, тобто ступінь рихлення ґрунту і кількість знищених
бур’янів, буде залежати від величини перекриття ділянок ґрунту, оброблених
двома сусідніми зубами. Довжина ділянки, обробленої одним зубом, визначається
як різниця ординат точки, яка характеризує момент входу зуба в ґрунт, і точки
моменту виходу зуба із неї, тобто:
(2.2)
де
(2.3)
Підставивши в рівняння (2.2) значення и , отримаємо:
або
(2.4)
Із рисунку випливає, що
(2.5)
де ширина захвату першого ряду зубів РОРТ.
Із рівняння (2.5) визначаємо час и . Будемо мати:
(2.6)
Підставивши в рівняння (2.4) значення , , і отримаємо:
(2.7)
Як уже відмічалося, представляє собою довжину ділянки, що обробляється одним
зубом. Якщо кількість зубів в першому ряду диска дорівнює , то загальна довжина
ділянок, оброблених зубами за один оберт диска, буде дорівнювати .
Шлях, пройдений МТА за час одного повного оберту робочих органів, дорівнює [19,
33, 49, 87, 95, 96, 100]:
,
або
(2.8)
де час одного повного оберту РОРТ.
Різниця між і дає довжину сумарного перекриття за один оберт диска. Перекриття
ділянок, оброблених двома сусідніми зубами, визначається із виразу:
(2.9)
де кількість зубів на диску.
Підставивши в рівняння (2.9) значення і із формул (2.7) і (2.8), отримаємо:
(2.10)
Як видно із рівняння (2.10), величина перекриття являється функцією декількох
змінних – R1, z, b, v, w і b і при різному співвідношенні цих величин буде мати
різне значення.
Для забезпечення агротехнічних вимог перекриття повинно бути більше нуля, тому
.
2.1.2. Рівняння руху зуба в декартовій системі координат
При роботі РОРТ нерівномірність обробленого ґрунту по ширині отримується на
стиках ділянок, оброблених окремими зубами. Величина нерівномірності
знаходиться в залежності від перекриття, тобто чим більше перекриття, тим менша
нерівномірність. Очевидно, якщо величина перекриття буде близька до , то
величина нерівномірності обробітку по ширині буде наближатися до нуля.
Колову швидкість диску можна визначити по формулі:
де коефіцієнт ковзання, що залежить від режиму роботи, .
Кутову швидкість диску можна знайти із наступного виразу:
або
(2.11)
Підставивши значення w із (2.11) в (2.1), будемо мати:
(2.12)
Виключивши із рівнянь (2.12) час, отримаємо рівняння руху зуба в декартовій
системі координат:
(2.13)
Траєкторії, описані окремими зубами однакові, але зміщені одна відносно іншої
по осі OY. Величина зміщення дорівнює шляху, пройденому агрегатом за час
повороту робочого органу на кут, рівний , де кількість зубів на диску.
Величина зміщення траєкторій дорівнює:
(2.14)
де час, протягом якого робочий орган повернеться на кут .
Так як
то
(2.15)
Ордината точки перетину траєкторій, описаних сусідніми зубами, може бути
визначена із рівняння:
(2.16)
Із рисунку 2.2 видно, що в рівнянні (2.16)
, тобто .
Підставимо отримані значення в рівняння (2.16). Тоді воно прийме такий вигляд:
(2.17)
Прирівнявши праві частини рівнянь (2.13) і (2.17), отримаємо:
(2.18)
де абсциса точки перетину траєкторій, описаних сусідніми зубами.
Із рівняння (2.18) числовими методами можна знайти абсцису точки перетину
траєкторій, описаних сусідніми зубами, .
2.1.3. Визначення нерівномірності обробітку ґрунту по ширині в залежності від
геометричних і кінематичних параметрів ротаційного робочого органу
Величину нерівномірності обробітку по ширині можна визначити із наступного
виразу:
(2.19)
Рівняння (2.19) показує залежність величини нерівномірності обробітку по ширині
від геометричних і кінематичних параметрів РОРТ.
Рис. 2.3. Залежність нерівномірності обробітку ґрунту по ширині: де 1 – при , ,
; 2 – при , і ; 3 – при , і ; 4 – при , і .
Виходячи із того, що величина нерівномірності обробітку ґрунту по ширині
важлива агротехнічна величина [26, 32], як