Energy-saving A-hoe blade for tillage

Abstract

Innovative energy-saving A-hoe blade with stepped variable share has been developed. It allows to reduce energy consumption for operation of combined tillage machines.

Full Text

На комбинированных почвообрабатывающих машинах широкое применение получили стрельчатые лапы. Лапы подрезают пласт почвы, частично крошат ее, срезают сорные растения. Они различаются шириной захвата, углом крошения лемеха, углом раствора лезвий лемеха. В зависимости от технологической операции устанавливают глубину хода лап от 0,04 до 0,12 м [1]. Для уменьшения числа борозд и снижения выноса влажной почвы на дневную поверхность разработаны плоскорежущие лапы с шириной захвата 450-500 мм и углом крошения α = 0º. Такая лапа состоит из стрельчатого плоскорежущего лемеха и стойки с криволинейным наральником. Стрельчатый лемех выполнен из одной пластины постоянной толщины и включает два крыла. Крыло 1 (рис. 1, а) можно представить в виде консольной балки, которая закреплена на стойке 2. Несмотря на то, что нагрузка на крыло присутствует по всей ширине захвата, в процессе работы возможны случаи, когда нагрузка прилагается на свободном конце. Тогда в сечении возле стойки возникает наибольший изгибающий момент. Необходимо, чтобы нормальное напряжение во всех сечениях крыльев было одинаковым и они были равнопрочными. Для этого ширина сечения крыла должна изменяться по линейному закону: . (1) Однако концевую часть лемеха делают небольшой ширины, чтобы не возникали большие касательные напряжения. В конструкции стрельчатого лемеха с захватом 450-500 мм ширину b принимают равной 160 мм, чтобы обеспечить крепление к ней стойки [2]. По формуле (1) при а = 100 мм получим bа = 71 мм. По ширине крыла стрельчатого лемеха также должно выполняться условие равнопрочности. Известно, что толщина сечения в этом случае должна изменяться по параболическому закону (см. рис. 1, б). Исходя из этого, . (2) При этом фактический профиль не должен выходить за пределы теоретического, и его изготовление не должно быть связано с техническими трудностями. Определим толщину стрельчатого лемеха в указанном сечении, расположенном возле стойки. Из опасных случаев возможна реакция концевой части стрельчатого лемеха на действие половины массы секции тд культиватора [3]. Известно, что условие прочности представляется в виде: , (3) где Мmax - наибольший изгибающий момент, Н·м; W - момент сопротивления, м3; [σ] - допускаемое напряжение, Н/м2. Для стали Н/м2. Момент сопротивления, м3: , (4) где b - ширина лемеха у стойки, м; С - толщина, м. Из формул (3), (4) получим: ; . Определим толщину стрельчатого лемеха в указанном сечении: ; (5) . (6) Используя формулы (5), (6), получим м. Примем C = 8 мм. Таким образом, максимальная толщина стрельчатого лемеха должна составлять 8 мм [4]. Однако она уменьшается по ширине, и в передней части на ширине δ при ступенчато-переменном сечении толщина в два раза меньше: . Из формулы (2) получим , мм. Рабочая часть стрельчатого лемеха 2 (рис. 2, а) должна иметь толщину Cδ = 4 мм и ширину δ = 40 мм. Возможно изготовление такого профиля фрезерованием или путем штамповки. Более простой вариант решения задачи равнопрочности - изготовление бипластинчатого лемеха рессорного типа. Он состоит из двух равных по толщине пластин, причем нижняя шире верхней и заточена в передней части. Таким образом, толщина стрельчатого лемеха должна быть ступенчато-переменной; при данной ширине это две ступени. При воздействии стрельчатого лемеха на почву происходит ее первоначальное уплотнение, в результате чего образуется уплотненный «шнур» вдоль лезвия. Диаметр «шнура» соответствует толщине рабочей части - первой ступени стрельчатого лемеха [5], которая осуществляет раздвигание почвы и образование верхнего слоя. Определим тяговое сопротивление стрельчатых лемехов, выполненных из одной пластины толщиной 8 мм и из двух пластин толщиной по 4 мм. Тяговое сопротивление стрельчатого лемеха из одной пластины, Н: , (7) где К - удельное сопротивление почвы, Н/м2; L - ширина захвата лемеха, м; tp - толщина режущей части, м. Для известных значений по формуле (7) получим Fт = 144 Н. При работе бипластинчатой лапы подрезание пласта почвы осуществляется режущей частью первой ступени толщиной tp = 0,004 м. Затем верхний слой почвы перемещается по стрельчатому лемеху, поднимаясь на толщину верхней пластины. Слой несколько уплотняется, что приводит к увеличению давления почвенного пласта на лемех, а следовательно, к росту трения почвы по стальной поверхности. Тяговое сопротивление бипластинчатого стрельчатого лемеха, Н: , (8) где h - глубина обработки, м; Δ - толщина верхней пластины, м; bср - средняя ширина лемеха, м; ρ - насыпная плотность почвы, кг/м3; φ - угол трения почвы по стальной поверхности, град. По формуле (8) получим Ттб = 87,8 Н. Таким образом, тяговое сопротивление стрельчатого лемеха, выполненного из двух пластин толщиной по 4 мм, более чем на 40% меньше тягового сопротивления стрельчатого лемеха, выполненного из одной пластины толщиной 8 мм. В верхней части второй ступени 6 делается скругление 7 (фаска) для улучшения перехода подрезаемого слоя почвы с одной ступени на другую без сгруживания [6]. Стойка 2 (см. рис. 2, б) с криволинейным наральником 8 не забивается, обеспечивая надежную работу стрельчатой почвообрабатывающей лапы. Стрельчатая почвообрабатывающая лапа со ступенчато-переменным лемехом позволяет снизить затраты энергии на работу комбинированных почвообрабатывающих машин.