Energy-saving A-hoe blade for tillage

详细

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.

全文:

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.