Определение тягового сопротивления сошника с опорными «лыжами»

Введение. На основании анализа способов выполнения технологических процессов посева и конструкций для их осуществления, которые применяются при возделывании мелкосеменных культур, предлагается рассмотреть технологический процесс посева семян льна-долгунца. Данный процесс заключается в формировании бороздки рабочими органами с уплотненным семенным ложем, распределением семян по дну бороздки и последующую их заделку рыхлым слоем почвы. В соответствии с этим технологическая операция посева проводится в три этапа: раздвигание поверхностного слоя почвы и формирование уплотненного семенного ложа; укладка семян на дно сформированной бороздки; заделка бороздки с семенами рыхлым слоем почвы. При этом важнейшим требованием к данной операции посева является снижение энергоемкости.

Анализ технических решений по посеву семян льна-долгунца указывает, что ни одним из существующих рабочих органов невозможно качественно осуществить предложенный способ выполнения технологической операции посева [1, 2].

Цель исследования: получить зависимость влияния конструктивных и технологических параметров двухстрочного килевидного сошника с опорными «лыжами» на его тяговое сопротивление.

Задачи исследования:

• -    выявить силы, действующие на двухстрочный килевидный сошник с опорными «лыжами»;

• -    на основании полученных сил вывести выражение для определения тягового сопротивления двухстрочного килевидного сошника;

• -    получить зависимости влияния конструктивных и технологических параметров двухстрочного килевидного сошника с опорными « л ыжами» на его тяговое сопротивление;

• -    определить диапазон величины тягового сопротивления сошника согласно его рациональным конструктивным и технологическим параметрам.

Результаты исследования и их обсуждение. Предлагается конструктивно-технологическая схема посева льна-долгунца, которая представлена на рисунке 1.

Процесс посева будет происходить следующим образом. При движении по полю спаренные на одной кулисе анкерные сошники под усилием пружины и веса сеялки раздвигают верхний слой почвы и уплотняют влажную почву, образуя необходимое пространство для целенаправленного распределения семян по площади питания. При этом стабильность хода сошника по глубине обеспечивает пара опорных «лыж». Далее семена высеваемой культуры попадают от высевающего аппарата и распределителя (на схеме не показаны) в сошник и распределяются по засеваемой площади. После прохождения сошника распределенный по сторонам рыхлый слой почвы засыпает высеянные на заданную глубину семена [3, 4].

Составим графическое представление сил, действующих на сошник (рис. 2). Далее добавим силы, действующие на лыжеобразные опоры в соответствии с рисунком 2.

Рис. 1. Конструкторско-технологическая схема двухстрочного килевидного сошника

Тяговое сопротивление сошника определится, как [5]:

„      ■ h                           п • (180 о - а ) • r 2.

F m = sin ^а J q •⁽ a • h + с •⁽ h ^- r ) +-----—₀------) +

P • Н • I a • h + с • ( h - r ) +

п • (180 о - а ) • r²

360 ^o

t

h sin a J q • (a • h + с • (h - r) +

п • (180 о - a ) • r²

360 ^{o      )}

⁺ tg^

P • Н \ a • h + с • ( h - r ) +

п • (180 о - a ) • r²

360 ^o

t

/

L ^/

+ mgtgP + F, —tg^-

Рис. 2. Силы, действующие на сошник

Упростим выражение (1) и получим расчетную формулу тягового сопротивления сошника:

F m = ( a ■ h + с ■ ( h — r ) +

n ■ (180 о

—

o

OLrl

(     h sin a j q ■ +

p HV p n          агр I

A

t

,   (2)

(      h

+ tgp I sm a qq ■ l К 0 ,

+ ^ P n ■ Н ■ V^ ^

t

L ^/

• + mgtg p + F_n — tg p

где r – радиус носка сошника, м;

• h – глубина посева, м;

• t – время движения, с;

L – длина кулисы до точки крепления сошника, м;

L΄ – расстояние от оси вращения кулисы до точки крепления пружины, м;

F n – сила колебаний, Н.

При этом примем постоянными следующие параметры:

– коэффициент объемного смятия q, _q = 5 ■ 10 6 H / м ³ _;

– толщина лезвия сошника Н, Н = 0,02 м;

– угол трения почвы о материал φ , φ = 35 град.;

– плотность почвы ρ п , ρ п = 1100 кг/м³;

– масса сошника m , m = 5 кг;

– затылочная часть сошника a , a = 0,02 м;

– коническая часть сошника с , с = 0,06 м;

– угол атаки сошника α, α = 75°;

– скорость агрегата V агр , V агр = 2,0 м/c.

На основе полученного уравнения (2) построим графики зависимостей тягового сопротивления сошника от конструктивных и технологических параметров, указывая области их рациональных значений (рис. 3–6).

Рис. 3. Зависимость тягового сопротивления F тяг , Н, от глубины посева h, м

Анализ графика, представленного на рисунке 3, позволяет сделать вывод о том, что установленная глубина посева значительно влияет на тяговое сопротивление сошника и агрегата в целом и имеет прямо пропорциональную квадратичную зависимость. При установленной агротехническими требованиями глубине посева 3 см тяговое сопротивление сошника составляет 65 Н.

Анализ графика, представленного на рисунке 4, позволяет сделать вывод и о том, что скорость агрегата прямо пропорционально влияет на тяговое сопротивление агрегата и сошника. При установленной агротехническими требованиями скорости посева 2 м/с, тяговое сопротивление сошника составляет 50 Н.

Анализ графика, представленного на рисунке 5, позволяет сделать вывод и о том, что угол атаки сошника обратно пропорционально с квадра- тичной зависимостью влияет на тяговое сопротивление сошника. При рациональных значениях угла атаки сошника 90–120° тяговое сопротивление колеблется в диапазоне 38–46 Н.

Рис. 4. Зависимость тягового сопротивления F тяг , Н, от скорости агрегатаV агр , м/c

Рис. 5. Зависимость тягового сопротивления F тяг , Н, от угла атаки сошника α,°

Рис. 6. Зависимость тягового сопротивления F тяг , Н, от радиуса носка сошника r, м

Анализ графика, представленного на рисунке 6, позволяет сделать вывод о том, что радиус носка сошника прямо пропорционально с квадратичной зависимостью влияет на тяговое сопротивление сошника. При рациональных значениях радиуса носка 0,02–0,05 м тяговое сопротивление колеблется в диапазоне 45–48 Н.

Выводы. Проведен анализ сил, действующих на сошник, получены зависимости, определяющие влияние конструктивных и технологических параметров двухстрочного килевидного сошника с опорными «лыжами» на его тяговое сопротивление, при этом сформулированы следующие выводы: при скорости движения Vагр = 2,0 м/с и глубине посева h = 0,03 м, а также при рациональных значениях радиуса носка сошника r = 0,02–0,05 м и угле атаки сошника α = 90–120° значения тягового сопротивления одного сошника составляют F тяг = 38–65 Н.