Повышение эффективности комбайновой уборки картофеля: динамическое обоснование параметров комкоразрушающего устройства

EDN:

Процесс производства картофеля является энерго- и трудоемким, причем 75 % всех затрат приходится на уборочные работы. Уборка картофеля комбайнами позволяет сократить затраты труда на 20 %, снизить потери урожая почти в 3 раза [1–3]. Однако применение высокопроизводительных картофелеуборочных комбайнов на значительных площадях, особенно в регионах с тяжелыми суглинистыми, комковатыми и засоренными камнями почвами (например, во многих частях России, Восточной Европы, Азии), фактически невозможно. В технологическом процессе уборочных машин важную роль играет сепарация почвы, которая заключается в отделении почвы от твердых почвенных комков, в том числе камней [4–6]. Наличие неразрушенных почвенных комков существенно снижает сепарацию почвы, приводит к увеличению повреждений клубней, высоким потерям урожая (до 60 % и более от массы клубней составляют комки почвы и камни), резкому росту трудозатрат из-за необходимости ручной переборки, снижению рентабельности производства вследствие низкой производительности и высокого процента брака. Практика показывает, что качественная подготовка почвы – залог повышения эффективности функционирования картофелеуборочных машин [7–9].

Уборка картофеля представляет собой сложный и многогранный процесс, который требует применения новых постоянно совершенствующихся и адаптируемых к современным условиям способов. Существующие технологии подготовки почвы (например, сплошное фрезерование) ограничиваются рядом факторов: наличием Technologies, machinery and equipment 61

^® ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ Том 36, № 1. 2026 камней, структурой почвы и высокими энергозатратами [10–12]. Данные технологии неприменимы на каменистых почвах, так как не обеспечивают нужной степени рыхления для последующей качественной сепарации. Таким образом, сельхозпроизводители оказываются перед выбором: либо использовать ручной труд с низкой производительностью, либо нести огромные потери при механизированной уборке, либо вообще отказываться от выращивания картофеля на подобных землях.

В условиях роста мирового населения и необходимости интенсификации сельского хозяйства невозможность использовать плодородные, но «проблемные» почвы под высокотехнологичное производство картофеля становится глобальным вызовом. Это ограничивает потенциальные объемы производства, увеличивает себестоимость и ведет к перерасходу топлива, человеко-часов и самих клубней. Основной проблемой при комбайновой уборке картофеля, которую необходимо решить, является отделение клубней от примесей – почвенных комков и камней.

Эффективным решением является применение комкоразрушающего устройства машины для подготовки почвы к комбайновой уборке картофеля. Исследование направлено на прорыв в агроинженерии – создание научного обоснования для комкоразрушающего устройства, которое заблаговременно, на этапе подготовки почвы к посадке, сможет решить ключевую задачу: динамически разрушить прочные почвенные комки до состояния, при котором последующая комбайновая уборка станет эффективной.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В настоящее время отсутствуют эффективные технологии возделывания картофеля в тяжелых почвенно-климатических зонах, поскольку применяемый метод предварительной подготовки почвы требует разработки новых технических средств с активными комкоразрушаюшими устройствами.

Исследования технологических процессов разрушения почвенных комков ножами битерного барабана комкоразрушающего устройства проводятся отечественными и зарубежными учеными. Подчеркивается важность предварительной подготовки тяжелых почв к посадке и комбайновой уборке картофеля [13; 14]. Разрыхление почвы перед посадкой культуры способствует улучшению ее структуры: почва остается рыхлой вплоть до начала комбайновой уборки, что положительно сказывается на ее сепарации и приводит к уменьшению потерь и повреждения клубней.

Проведенный анализ показал, что, несмотря на имеющиеся технические средства для подготовки почвы под посадку и комбайновую уборку картофеля, у существующих моделей и технологий в зависимости от почвенно-климатических условий имеется ряд ограничений, не позволяющий полноценно их применять при возделывании картофеля. В связи с чем разработка машин с комкоразрушающими устройствами для возделывания картофеля на тяжелых почвах является перспективным направлением исследований.

Установлено, что наиболее благоприятные условия для применения картофелеуборочных комбайнов создаются путем предварительной подготовки почвы перед посадкой картофеля специализированной техникой. Для этого необходимо

Vol. 36, no. 1. 2026 ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS .^Ts усовершенствовать машины для подготовки почвы путем оснащения их комкоразрушающими устройствами [15–17].

При уборке картофеля картофелеуборочными комбайнами поддержание оптимального технологического процесса является основным фактором повышения производительности. В противном случае, эффективность работы комбайна снижается, в результате чего ухудшается качество сепарации почвы и увеличивается повреждение клубней. Это способствует потерям производства продукции агропромышленного комплекса. Неравномерность загрузки комбайна происходит из-за изменения физико-механических свойств и состава поступающей в комбайн массы, а также из-за неравномерности гребней. Резкое снижение эффективности сепарации наблюдается на тяжелых почвах, где имеются прочные комки, соизмеримые с клубнями. От качества предварительной подготовки почвы зависит решение вышеизложенной проблемы [18; 19].

На основании теории районирования и типажа картофелеуборочных комбайнов и машин профессора Г. Д. Петрова1 предлагается при определении технологических комплексов машин для возделывания и уборки картофеля ориентировочно разделить почвенный слой на зоны, которые требуют предварительной подготовки.

При анализе существующих исследований отечественных ученых в данной области было выявлено несколько способов подготовки почвы, например, сплошное фрезерование или разрушение и отсеивание почвы от крупных прочных комков с применением машин для подготовки почвы2 [20–22]. Появляются новые технологии сепарации картофеля, новые элементы сепарирующего рабочего органа при производстве картофелеуборочных машин, обеспечивающих качественную уборку урожая в определенных почвенно-климатических и лабораторных условиях [23–24]. Учеными из федерального научного агроинженерного центра ВИМ предлагается ресурсосберегающая технология уборки корнеплодов, способствующая качественной уборке урожая при влажности более 17% [25]. Недостатком данных технологий является сложность конструктивных решений при работе машин в полевых условиях, в связи с чем целесообразно продолжить исследования в данной области.

Для улучшения качества уборки картофеля, применительно к конкретным условиям, авторами предложено комкоразрушающее устройство машины для подготовки почвы к комбайновой уборке картофеля, которое обеспечивает разрушение комков почвы, двигающихся по элеватору машины, на более мелкие фракции по сравнению с известными техническими решениями [26]. Применение предложенного комкоразрущающего устройства способствует повышению эффективности уборки картофеля в тяжелых почвах. Для этого проведены дополнительные теоретические исследования движения почвенных комков и их взаимодействия с ножами битера для обоснования параметров комкоразрушающего устройства машины при комбайновой уборке картофеля.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объект исследования

В качестве объекта исследования рассматривается комкоразрушающее устройство машины для подготовки почвы под посадку картофеля.

Методы исследования

В процессе проведения исследования применялся кинематический анализ сложного движения ножа (переносное вращение с битером и относительное вращение вокруг шарнира) с использованием теоремы о сложении скоростей. Для составления дифференциальных уравнений движения системы с двумя степенями свободы (обобщенные координаты: угол поворота битера φ и угол отклонения ножа α) использовался метод Лагранжа II рода. Метод применен в импульсной постановке для описания ударного взаимодействия. Для анализа ударных импульсов сил инерции и реакций в связях (шарнирах) при соударении ножа с почвенным комком применяли принцип Даламбера в импульсной форме.

На основе законов механики выведены аналитические зависимости, связывающие параметры системы: угол отклонения ножа при контакте с пластом, предельный угол ножа при выходе из пласта в радиальном положении, система уравнений, связывающая обобщенные скорости с ударными импульсами. Полученные зависимости реализованы в виде расчетных схем, наглядно демонстрирующих геометрию взаимодействия и приложенные силы.

Аналитические зависимости были промоделированы и визуализированы с использованием программного комплекса Mathcad . Компьютерный анализ позволил качественно и количественно оценить характер влияния ключевого параметра h на рабочий процесс.

С целью выявления определяющих факторов (высота пласта, центробежная сила, угол наклона элеватора) проведен аналитический и сравнительный анализ полученных уравнений и графиков

Таким образом, методология исследования представляет собой последовательное применение методов аналитической динамики, теоретической механики и компьютерного моделирования для перехода от физической постановки агро-инженерной задачи к количественным инженерным рекомендациям по проектированию комкоразрушающего устройства.

Оборудование и процедура исследования

На рисунке 1 схематически изображено комкоразрушающее устройство машины для подготовки почвы к комбайновой уборке картофеля, которое состоит из сепарирующего элеватора 1 , качающихся подпружиненных сферической формы ножей 6 , поочередно размещенных на вращающейся ступенчатой полой оси с подшипниковыми цилиндрическими втулками 5 . Ножи выполнены с возможностью возвращения в первоначальное положение за счет цилиндрической винтовой пружины сжатия 7 [24].

Р и с. 1. Схема комкоразрушающего устройства машины для подготовки почвы к комбайновой уборке:

1 - сепарирующий элеватор; 2 - комкоразрушающий барабан; 3 - шарниры;

4 – ступенчатая полая ось; 5 – подшипниковые цилиндрические втулки; 6 – качающиеся подпружиненные сферические ножи; 7 – цилиндрическая винтовая пружина сжатия

F i g. 1. Scheme of the clod-breaking device of the machine for soil preparation for combine harvesting:

• 1    - cleaning elevator; 2 - clod-breaking drum; 3 - hinges; 4 - stepped hollow axle;

• 5    - cylindrical bearing bushings; 6 - swinging spring-loaded spherical knives;

• 7 – cylindrical helical compression spring

Примечание: А – вид спереди; А–А – разрез вида спереди; V_e – скорость элеватора. Note: A - front view; A-A - sectional front view; V - elevator speed.

Источник: рисунок 1 взят из [26].

Source: figure 1 was taken from [26].

Подкапывающий лемех 8 подрезает почвенный пласт при вращении сепарирующего элеватора 1 , крупные комки почвы движутся к комкоразрушающему барабану 2 , закрепленному на шарнирах 3 . При взаимодействии с качающимися подпружиненными сферическими ножами 6 , поочередно размещенными на вращающейся ступенчатой полой оси 4 , с подшипниковыми цилиндрическими втулками 5 крупные части почвы начинают дробиться. При дальнейшем вращении сепарирующего элеватора 1 ножи прижимаются за счет цилиндрической винтовой пружины сжатия 7 , средние комки почвы разрушаются. Дробление почвенных комков происходит в несколько стадий.

Контакт лезвия с комком почвы происходит за счет удара, возникающего в результате возвращения предварительно растянутой пружины в исходное положение. Сферическая форма лезвия увеличивает время и площадь контакта с комком в процессе работы. Предложенная конструкция комкоразрушающего устройства при подготовке почвы для уборки картофеля обеспечивает измельчение комков почвы, перемещающихся через элеватор машины, на более мелкие фракции, чем при использовании традиционных решений.

Для изучения этого вопроса составили дифференциальное уравнение движения системы, состоящей из ротора и режущего элемента, используя метод Лагранжа. Выбрали фиксированную систему координат XOY , проходящую через центр вращения ротора, и подвижную систему координат X 1 OY 1 , вращающуюся Technologies, machinery and equipment 65

ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ Том 36, № 1. 2026 вместе с ротором и проходящую через центр вращения ротора и ось подвеса режущего элемента.

Битерный барабан (рис. 2) представляет собой систему из вращающего ротора с шарнирно закрепленными ножами. Система имеет две степени свободы. К системе приложен вращающий момент M _bar. Нож при взаимодействии с почвенным пластом отклоняется на угол α.

Ввели следующие допущения: силами трения в шарнирах и весом ножа пренебрегали в виду их малого значения в сравнении с центробежной силой ножа. В качестве обобщенных координат системы приняли угол отклонения битера от вертикали и угол отклонения ножа от первоначального положения.

Y

Р и с. 2. Расчетная схема к исследованию динамики битерного барабана

F i g. 2. Analytic model for the study of the dynamics of a beater drum

Примечание: Y – ось ординат; X – ось абсцисс; M _bar – вращающий момент барабана; R – радиус подвеса ножей на битере; ω – угловая скорость битера; φ _A – угол отклонения битера; C – центр тяжести ножа; A - точка крепления ножа к барабану; B - точка соприкосновения ножа с почвой; а - угол отклонения ножа; V A - переносная (окружная) скорость точки А вместе с битером; V C - абсолютная скорость центра тяжести ножа; V C/А - относительная скорость точки С относительно точки А ; V_B – абсолютная скорость точки В ножа; ρ _C – расстояние от оси подвеса до центра тяжести ножа.

Note: Y - ordinate axis; X - abscissa axis; M bar - drum torque; R - blade suspension radius on beater; ω – beater angular velocity; φ _A – beater deflection angle; C – blade center of gravity; A – blade attachment point to drum; B – blade contact point with soil; α – blade deflection angle; V_A – transfer (circumferential) velocity of point A together with beater; V_C – absolute velocity of blade center of gravity; V_C/A – relative velocity of point C , relative to point A ; V_B – absolute velocity of blade point B ; ρ _C – distance from suspension axis to blade center of gravity.

Источник: рисунки 2–5 составлены авторами статьи в программе Компас 14.

Source : figures 2–5 are compiled by the program Compass 14.

Уравнения Лагранжа второго рода в обобщенных координатах для удара записали в виде:

66                                                     Технологии, машины и оборудование

Д| — | = QS, tap J Q ’,

Д| — | = QS, а , \daj где Δ – оператор Лапласа; T – кинетическая энергия системы: битер и нож, Дж; (p - угол поворота битера,°; a - угол отклонения ножа, °; Q 1 и Q2 - обобщенные силы, Н.

Определили обобщенные угловые скорости системы. Угловая скорость битера ® j =ф, угловая скорость ножа ю 2 = Ю 2/1 - ю 1 , где Ю 2/1 - угловая скорость ножа относительно битера. Так как угловые скорости направлены вдоль одной оси, уравнения записаны не в векторном, а скалярном виде. Относительная угловая скорость ножа о^ = а при ударе направлена в противоположную сторону, тогда угловую скорость ножа записали в виде ю₂ = ф -а .

Кинетическую энергию T системы битер-нож определили выражением:

T - T + T2, где T1 – кинетическая энергия битера, Дж; T2– кинетическая энергия ножа, Дж.

Кинетическая энергия битера T 1 , вращающего вокруг неподвижной оси, определили выражением:

T = I-^ 1          2, где I - момент инерции битера, I = 1MR2, кг •м2; М - масса битера, кг; ®, =ф - угловая скорость битера, рад/с. 2

Так как нож совершает плоскопараллельное движение, то его кинетическую энергию определили выражением:

T ₌ -mV ²₊_ I _ю 2 , 2 2 c 2 A 2

где V c - абсолютная скорость центра тяжести ножа, м/с; т - масса ножа, кг;

I_A – момент инерции ножа относительно его центра его вращения, кг·м²; го₂ = ф - a - угловая скорость ножа, рад/с.

ml ² m ( 2р_с )     4 m pc ²

A ~ 3 “    3    “   3 , где l - длина ножа, м; рc - расстояние от оси подвеса до центра тяжести ножа, м. Абсолютную скорость центра тяжести ножа Vc определили выражением:

Vc - Va + Vc/A,                            (1)

где V_A – переносная (окружная) скорость точки A вместе с битером, м/с; V_cA – относительная скорость точки C , относительно точки А , м/с.

Переносную скорость точки А определили выражением:

V A =й , R ,                                   (2)

где R – радиус подвеса ножей на битере, м.

Относительная скорость V _cA движения ножа относительно битера:

V c/A = ® 2 -P c ,                                        (3)

Подставили в выражение (1) уравнения (2) и (3):

V c = ® j R + ю ₂ -p _c ,

Полную скорость центра тяжести ножа с учетом теоремы косинусов определили выражением

V c ² = ф ² R ² + (< ф -a ) 2 p 2 -2Rp_c cos(а-ф1).

Раскрыв скобки в выражении (4), получили:

V c ² = ф ² R ² + ф ² р C + a ² p C - 2 фap 2 - 2 фa R p _c cos ( а-ф 1 ) .

Величину угла φ1 определили размерами битера с ножами и углом отклонения α cos Ф1 =

sin ф 1 =

R + p _c cos a

+ p 2 + R p _c cos a p _c sin a

R p _c cos a

.

Тогда кинетическую энергию системы определили выражением:

T = M m ф ² R ² +| m ( ф ² R ² + ф ² p 2 + a ² p 2 - 2 фa²p 2 +

+ 2 фa R p ₂ cos ( a-p 1 ) ) + — m p 2 ( ф-a ) .

Вычислили частные производные от кинетической энергии по обобщенным скоростям:

— = М ф ф R ² + — m ( 2 ф R ² + 2 фp ² - 2 ap ² +

Зф 2        2

+ 2 a R p _c cos ( а-ф 1 ) ) + | m p 2 ( ф-ex ) ,

I T = ¹ m ^{( 2} ap c ^- 2 фp ^{2 +} 2 ф R p c cos ( а ^-Ф 1 ) ) ^- 4 m p ² ( Ф ^-a ) . oa 2 3

Определили обобщенные ударные импульсы системы битер-нож, соответствующие обобщенным координатам. Рассмотрели отдельно удар ножа о комок почвы и ударное взаимодействие ножа с битером. Нож при ударном взаимодействии с комком почвы совершал плоскопараллельное движение (рис. 3).

Р и с. 3. Расчетная схема к исследованию ударного взаимодействия ножа с комком почвы

F i g. 3. Analytic model for the study of the impact interaction of a knife with a lump of soil

Примечание: S Ay - ударный импульс реакции связи по оси О у ; S Ax - ударный импульс реакции связи по оси О_х ; S_n ⁱⁿ – ударный импульс сил инерции; S ₁ – ударный импульс по комку почвы; V_c – абсолютная скорость.

Note: S A _y - shock impulse of the reaction of the bond along the O y -axis; S Ax - shock impulse of the reaction of the bond along the O_x -axis; S _n ⁱⁿ – shock impulse of inertial forces; S ₁ – impact pulse on a soil clod; V_c – absolute speed.

На нож, совершающий плоскопараллельное движение, на основании принципа Даламбера действуют ударный импульс сил инерции S'” и момент ударного импульса МА ( S'" ) сил инерции относительно точки А .

S nn = m ( V c - V c ') ,

Ma (S?) = Ic (®21 -<),

Где V_c и V_c ′ – абсолютные скорости центра тяжести С ножа до и после удара, м/с; ® 2i , ® 2i ’ - угловые скорости ножа до и после удара ( ю ₂₁ = а ) , рад/с.

По определению коэффициент восстановления при ударе комка и нож (материал ножа) в этом случае равен к =--—, тогда угловая скорость после удара определили выражением ю21'= k ю21.     c

Ударный импульс сил инерции S_nⁱⁿ направлен в противоположную сторону абсолютной скорости V_c . В результате ударного взаимодействия ножа и комка в шарнире А возникли ударные импульсы реакции связи S_Ax и S _Ay .

Составили уравнения механической системы с учетом принципа Даламбера

S. _v - S cos a + S in cos ( a-ю, ) = 0

Ax 1 n                   1

• < S Ay - S 1 sin a + S’ nn sin ( a - ю 1 ) = 0

.S 1 2 p c + M A ( S n ) + S nn cos ( а-Ю 1 ) p c = 0.                (5)

Выразили величину ударного импульса сил инерции S_nⁱⁿ из выражения (5)

_Sn in

S 1 2р c + M a ( S nn ) p _c cos ( а-ф 1 )

Тогда ударные импульсы реакции связи S_Ax и S_Ay определили выражениями

S -Sc_0Sa 2S MA ⁽ Sn )

S Ax — S i COS a — 2 S i

P c

S,2pc + MA (S-)

SA = - S, sin a +-------------- —- sin ( a - ф. ) .

Ay         11

P c cos ( ^а-ф 1 )

Определили обобщенные ударные импульсы подшипников битера S_Ox, S_Oy и момент ударного импульса сил инерции битера относительно точки OM_O ( S ^n ) (рис. 4).

Р и с. 4. Расчетная схема к исследованию ударного взаимодействия ножа с битером

F i g. 4. Analytic model for the study of impact interaction of a knife with a beater

Примечание: M O ( S ^n ) - момент ударного импульса сил инерции битера относительно точки О .

Note: M O ( S ™ ) - the moment of the impact impulse of the inertial forces of the beater relative to point O .

Составили уравнения механической системы с учетом принципа Даламбера

S ox - S ax

- 0

* S oy - S Ay - ⁰

, M o ( s n ) - S ax R - o.

Обобщенные ударные импульсы подшипников битера определили следующим выражением

MSin

S _Ax = S 1 cos а - 2 S 1--A^-¹,

Р c

S 2 р + MA (S in )    A

S A = - S 1 sin а л------- —sin ( а - Ф 1 ) .

y                рc cos(а-ф1)

Момент ударного импульса сил инерции битера M O ( S bin ) относительно точки О определили выражением

MS ⁱⁿ R

M O ( S bn ) = S Ax R = S 1 R ( cos a - 2 ) +            .

P c

Вычислили обобщенные ударные импульсы как частное виртуальной работы ударного импульса на соответствующее виртуальное перемещение.

5 A S        S 1 R 5o ( cos a ) - ( S‘_n n cos ( a-0 1 ) ) R 5ф

Q 0   50    =

5AS     _-(S12 + Sbin cos(a-01 ))pc5a о 8a=0о

5a5a

Упростив, имеем

Q S = S j R ( cos a⁾- ( S " cos ( а-ф 1 ) ) R , ^QS =^- ( ^S i² + ^Sn ^cos ( ^а-Ф 1 ) ) p c .

Для рассматриваемой механической системы битер-нож с двумя степенями свободы уравнения Лагранжа при ударе запишем в обобщенном виде

5 T дф

= 1 M ф R ²

+ — m

( 2

R² + 22 -2ap2 -2aRp_c cos(а-ф1)) +

+ 3 mp 2 (ф-a> S1R( cos a)-( S"COS (а-ф1 ))R d T Pa

= mm

(2ap² - 22

- 2

Rp_c cos (a - ф1)) -

- 3 mP 2 (ф-a ) = -(S i2 + S‘nn cos (а-ф1 ))p c.

Полученное уравнение для механической системы битер-нож с двумя степенями позволяет установить зависимости между параметрами системы: масса, размеры, углы поворота звеньев с изменением кинетической энергии при воздействии на почвенный пласт.

Проанализировав движение после соударения с ножом битера, рассмотрели движение комка. На рисунке 5 показана расчетная схема удара ножа по комку почвы. Так как система битер-нож представляет собой двойной маятник, то движение ножа очень сложно спрогнозировать, поэтому изучили случаи, в которых угол соударения ножа с почвенным комком происходит под определенным углом, обеспечивающим полет комка вверх относительно полотна сепарирующего элеватора.

Р и с. 5. Расчетная схема к исследованию удара ножа по комку почвы

F i g. 5. Analytic model for the study of the impact of a knife on a soil clod

Примечание: β – угол наклона элеватора. Note: β – elevator inclination angle.

Рассмотрели геометрические параметры системы битер-нож при взаимодействии почвенным пластом, находящимся на элеваторе. Расстояние от центра битера до элеватора представили выражением

R + 2р c + А = R + 2р c cos а + h, где R - радиус подвеса ножей на битере, м; l - длина ножа, (l = 2рc), м; рc - расстояние от оси подвеса до центра тяжести ножа, м; h – высота почвенного пласта на элеваторе, м; Δ – величина зазора между ножом и элеватором, м.

Упростив выражение, выразили величину отклонения ножа при соприкосновении с почвенным пластом

_ _ л ^h-A cos а = 1 -      .

l

Величину угла отклонения ножа при соприкосновении с почвенным слоем определили выражением

( h-А а = arc cos 1 -

.

I l

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Учитывая полученные выражения, рассчитали отклонение ножа битера при взаимодействии с почвенными комками. Построили зависимость отклонения ножа при соприкосновении с почвенным пластом (рис. 6) в программе Mathcad 16.

Анализ рисунка 6 показал, что отклонение ножа при соприкосновении с почвенным пластом определяется его толщиной на элеваторе - загрузкой комкоразрушающего устройства. Также на величину отклонения оказывает угол наклона пруткового элеватора и величина центробежной силы ножа.

Р и с. 6. Зависимость угла максимального отклонения ножа от высоты почвенного пласта на элеваторе

F i g. 6. Dependence of the limit knife deflection angle on the height of the soil layer in the elevator

Примечание: α(h) – угол максимального отклонения ножа; h – высота почвенного пласта на элеваторе.

Note: α(h) – limit knife deflection angle; h – height of the soil layer at the elevator.

Источник: графики для рисунков 6, 7 составлены авторами статьи в программе Mathcad 16.

Source: the graphs for figures 6 and 7 were compiled by the authors of the article using the Mathcad program 16.

Рассмотрели предельный случай при высокой частоте вращения битера, когда нож под действием центробежной силы расположен радиально. Геометрические параметры системы битер-нож при взаимодействии пахотным слоем пред- ставили выражением

R +1 + Д = ( R +1) cos 92 + h.

Упростив выражение, выразили величину предельного угла ножа при выходе из почвенного пласта cos ф 2

R +1+ A- h

R +1

Построили их зависимость (рис. 7).

Разработана динамическая модель системы «битер - нож» как двухстепенного двойного маятника с учетом ударного взаимодействия с почвенным пластом. На основе уравнений Лагранжа второго рода получены уравнения движения, описывающие изменение обобщенных координат (угла поворота битера и угла отклонения ножа) при ударе о почвенный комок.

Установлена количественная зависимость угла отклонения ножа а от параметров системы и условий работы. Показано, что угол отклонения определяется, прежде всего, высотой почвенного пласта на элеваторе h, т. е. загрузкой устройства, а также геометрическими параметрами ножа (длиной l и положением центра масс ρ_c ) и величиной зазора Δ.

Р и с. 7. Зависимость величины предельного угла ножа от высоты почвенного пласта на элеваторе

F i g. 7. Dependence of the value of the maximum angle of the knife on the height of the soil layer on the elevator

Примечание: φ(h) – предельный угол отклонения ножа. Note: φ(h) – limit knife deflection angle.