Проектирование плуга с культурным отвалом

   Полевой обрез отвала АL делаем с небольшим наклоном к вертикали (с=3-8 мм), чтобы при работе с ножом корпус не задевал за стенку борозды. Высота полевого обреза корпуса Н ≈ b. Верхний обрез отвала обычно строят так: радиусом, равным диагонали сечения пласта, проводят дугу окружности с центром С и из точки L проводят к ней касательную.

   Бороздной обрез отвала расположим  параллельно линии наклона пласта  ВК на расстоянии 15 -20 мм от нее. Достаточность зазора проверим, построив линию обернутого пласта при глубине a + 25 мм (пунктирные линии на рис. 5)

    Ширину захвата лемеха у корпусов с цилиндрическими и цилинроидальными отвалами делают несколько больше расчетной ширины пласта. По ГОСТ 65-62 для корпусов с культурными отвалами перекрытие Δ b= 25 мм. Перекрытие обеспечивает подрезание корней сорняков на стыке прохода смежных корпусов и полное подрезание пласта при криволинейном движении плуга.

    Чтобы закончить фронтальную проекцию корпуса, необходимо построить линию стыка лемеха с отвалом и контур проекции лемеха. Это выполняется после установления величины угла наклона поверхности лемеха  к плоскости дна борозды, для этого сначала надо построить сечение поверхности корпуса плоскостью, перпендикулярной к направлению лезвия лемеха. К данному построению необходимо вернуться после того, как будет построена направляющая кривая поверхности корпуса.

 

    3.2. Построение направляющей кривой.

    Для  построения рабочей поверхности корпуса по направляющей кривой ее располагают в вертикальной плоскости, перпендикулярной лезвию лемеха, расположенной на 2/3 длины лезвия от его носка (для культурных отвалов). В первом приближении в качестве направляющей кривой можно принять дугу окружности. Ее длина должна быть достаточной для того, чтобы почва не пересыпалась через верхний обрез отвала. Для определения требуемой длины направляющей представим, что пласт лежит на рабочей поверхности. Если разрезать корпус и пласт вертикальной плоскостью, перпендикулярной лезвию лемеха (рис. 6), то в сечении получим направляющую дугу В₁С₁ с прилегающей к ней поверхностью пласта.

 

Рис. 6. Определение длины и радиуса направляющей кривой (дуги окружности)

 

   Убрав корпус  и развернув разрезанную часть  пласта в борозду, увидим, что точка С₁ переместится в положение С' на стенке борозды. Длина отрезка ВС равна дуге окружности В₁С₁, следовательно,

 

B₁C₁ = BC' = b/cos γ₀.

                           В₁С₁= ВС'= 45/0,77 = 59 см                     (6)

Для корпусов с культурным отвалом γ₀ = 40–45°.

   Обычно в качестве направляющей кривой применяют дугу не окружности, как было принято выше, а параболы, чтобы усилить крошение почвы (рис. 7).

Рис. 7. Направляющая кривая образующих рабочей поверхности (парабола)

 

Направляющей дуге параболы сообщают такие же вылет L и высоту Н (рис. 7):

                                                L = R (1 – sin ε₀),                                   (7)             

                                               H = R cos ε₀,                                           (8)

где ε₀ – угол наклона поверхности лемеха ко дну борозды; R – минимальный радиус направляющей кривой:

                                          

.                                     (9)

Параболу строят как  вписанную по двум заданным касательным. Касательная, проходящая через точку В₁, наклонена к плоскости дна борозды под углом ε₀. касательную через точку С₁ проводят не вертикально, а под углом 5–6º к вертикали для лучшего оборачивания пласта. Участок направляющей В₁В₂, относящийся к лемеху, делают прямым. Длина участка S = 30 – 70 мм в зависимости от глубины, для культурных отвалов 
S = 60 мм (ГОСТ 65-62 не ограничивает выбор величин S и γ).

Направляющая кривая состоит из трех участков: двух прямолинейных В₁В₂ и В₂Е и параболического В₂С₁). Участки направляющей кривой характеризуются следующими параметрами: вылетом L, высотой Н, длиной S, углом ω₀ между касательными к параболе в точках В₁В₂ и минимальным углом ε₀ наклона лемеха к дну борозды.

Значения этих параметров для стандартных корпусов приводятся в табл. 2.

Таблица 2

Параметры направляющей параболы

 

Тип корпуса	Линейные  размеры, мм			Углы, град
	L	H	S	ε0	ω0
К-45	202	350	60	30	115

 

Теперь следует начертить  горизонтальную проекцию лезвия лемеха А₁В₁ под углом γ₀ к линии стенки борозды. Горизонтальная проекция носка лемеха должна быть расположена в нижней части чертежа (рис. 8).

Рис. 8. Корпус плуга с культурным отвалом: а – поперечно-вертикальная проекция;  
б – направляющая кривая; в – горизонтальная проекция; 
г – кривые проверочных шаблонов

                                

  Построив  направляющую кривую, по высоте  ее откладываем от плоскости  дна борозды принятые ранее  равные деления и строим положения  образующей 1"- 1", 2" -2" и др. На вертикальных проекциях откладываем проекции образующей - горизонтальные равноотстоящие прямые, на горизонтальной же проекции - прямые, проходящие через соответствующие точки горизонтальной проекции направляющей кривой под изменяющимся углом γ к полевой стороне корпуса.

   Направляющая кривая на горизонтальной проекции корпуса располагается так, что ее плоскость пересекает лезвие лемеха в точке В₁ или на расстоянии ⅔ его длины от носка - линия N - N. На этой линии наносим точки ( 1', 2' и т.д.) и через них проводим образующие под углом γ к стенке борозды.

   Значение  угла γ для каждого положения  образующей находим по графику  в правой части вертикальной  проекции корпуса. На рисунке  этот график γ=f(Н) наложен на фронтальную проекцию. Затем по вертикальной проекции корпуса отчерчиваем контуры отвала на горизонтальной.

На направляющей кривой откладываем ширину лемеха.

 

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

 

 

4.1. Расчет тягового сопротивления

 

Во время работы на плуг действуют: сила тяги Р, сила веса G, давление пластов на рабочие поверхности корпусов R, сила трения F корпусов по дну и стенкам борозды и сопротивление перекатыванию колес,  
реакция N дна, стенок борозд и поверхности поля. Кроме этого, при неравномерном движении возникают сопротивления сообщению ускорения массе плуга, которые учитывают, вводя в расчет силы инерции.

В результате изучения сопротивлений при движении плуга акад. В.П. Горячкин пришел к выводу, что при равномерном рабочем движении плуга необходимую силу тяги можно представлять слагающейся из трех: силы для преодоления сопротивлений трения плуга по поверхности поля при его движении – Р₁, силы, требующейся для сообщения деформаций почве – Р₂ и силы, необходимой для сообщения скорости почве, непрерывно поступающей на рабочую поверхность корпусов, – Р₃.

 

                                                Р = Р₁ + Р₂ + Р₃.                                   (10)

 

.Первый член уравнения можно считать равным:

                                               P₁ = f · G,                                                (11)

                                                  Р₁=0,5∙1970=985кг

где f = 0,5 – коэффициент пропорциональности, зависящий от типа почвы и агрофона; G– сила тяжести,кг(принимаем 1970)

Силу Р₂ можно считать прямо пропорциональной площади поперечного сечения пластов

                                          Р₂ = K₁ · a · В,                                         (12)

                                                P₂ = 2000 ∙0,30 ∙1, 5 =900 кг

где K₁ – коэффициент, характеризующий способность почвенного пласта сопротивляться деформации, кг: K₁ = 20–50 кН/м²; а – глубина пахоты: 0,30 м; В – ширина захвата плуга (принимаем общего назначения ПЛН - 5 -35 с культурной формой отвала; В = 1,5 м)

Сопротивление, возникающее при сообщении пласту кинетической энергии определяется следующим образом: пусть по отвалам за 1 секунду проходит масса почвы т'. Если и а и  b – размеры сечения пласта, а v – скорость плуга, то по отвалам за 1 секунду проходит объем почвы а В v, масса которой равна т' = δ а В v, где δ – плотность почвы. Сила, с которой частицы отбрасываются в сторону, равна

                                Р₃ = m' · v',                                               (13)

где v' – скорость частиц.

Выразим скорость частиц v' в функции от скорости плуга v: v' – ε' · v. Тогда

                                      Р₃ = δaBvε'v = δε'aBv ².                      (14)

Обозначив ε = δ ε', получим

                                    Р₃ = εaBv²                                                     (15)

                                  Р₃=150 ∙0,30∙1,5∙3,61=243,7кг

где ε – коэффициент, зависящий от формы рабочей поверхности отвала и свойств почвы, Н· с²/м⁴, (по данным В.П. Гогячкнна ε =150–200 Н·с²/м⁴); v – скорость пахоты, м/с(принимаем 1,9 м/с)

Общее тяговое сопротивление  плуга:

Р = P₁ + P₂ + P₃ = fG + K₁aB + εaBv ²

                            Р=985 + 900 + 243,7=2128,7 кг

Эту формулу  принято называть рациональной формулой силы тяги плуга.

Экспериментальное определение  коэффициентов, входящих в рациональную формулу В.П. Горячкина, для силы тяги плугов требует довольно много времени. Применение же этой формулы с приближенными принятым значениями коэффициентов может привести к большим погрешностям. Поэтому часто пользуются упрошенной формулой для определения силы тяги по удельному сопротивлению почвы:

                  Р = k₀аb,                                                                   (16)

где Р – среднее тяговое сопротивление плуга, кг; k₀ – удельное сопротивление почвы, кг/м² (табл. 2); а – глубина пахоты, м; b – ширина захвата плуга, м.

Если принять, что В = nb, где n – число корпусов плуга; b – ширина захвата одного корпуса, то получим

                 Р = k₀nаb,                                                                   (17)

                          Р=5000  ∙5 ∙ 0,30 ∙ 0,3 = 2250 кг

 

 

 

 

Таблица 3

Классификация почвы по удельному сопротивлению

Почвы	Легкие	Средние	Среднетяжелые	Тяжелые	Очень тяжелые
Общее удельное сопротивление почв,   k, МПа	до 0,03	0,03–0,05	0,05–0,07	0,07–0,12	0,12 и выше
Примерное содержание физической глины (частиц 0,01 мм), %	до 20	20–30	20–50	свыше 50	–

 

 

 

 

  4.2 Расчет теоретической вспученности пашки

 

 

 Требуемое качество пахоты должно достигаться при минимальных энергозатратах. На работу корпуса существенное влияние оказывают скорость пахоты, острога лезвия лемеха и другие факторы. С повышением скорости корпус улучшает рыхление почвы и дает более слитную поверхность пашни. Хорошее крошение почвы и лучшая слитность пашни объясняются тем, что с повышением скорости рабочая поверхность интенсивнее действует на пласт и с большей скоростью бросает его. Однако вспученность пашни с ростом скорости уменьшается.

Теоретическая вспученность почвы определяется по формуле:

                          K = ∆ω/ω × 100%                                                            (18) 

где ∆ω – прирост площади сечения пашни вследствие рыхления; ω – площадь сечения почвы до вспашки.

Для этого снимают  профиль  поверхности  поля до  прохода  плуга,  после прохода  и профиль дна борозды.

Тупое лезвие лемеха не только способствует повышению сопротивления, не и приводит к неровному дну борозды, отчего ухудшается устойчивость ходе корпуса по глубине, особенно на твердых почвах. Это вызывается тем, что с затуплением лезвия на корпус действует реакция почвы, направленная снизу вверх и стремящаяся выглубить корпус. Чтобы обеспечить устойчивость хода и снижение энергозатрат на вспашку, необходимо следить за остротой лезвий лемехов и своевременно заменять или ремонтировать их.

Теоретическую вспученность почвы определяют из выражения

     

.                                                                  (19)

В этом случае стык пласта находится от дна борозды на высоте, равной глубине пахоты.

Однако поправку К  на вспушенность лучше определять сравнением глубины h вспаханного участка поля (выровненного и неутоптанного) с глубиной a, замеренной по открытой стенке борозды: