2.4. Определение расчетных характеристик работы

РЕЖУЩЕГО АППАРАТА

В существующих конструкциях режущих аппаратов сельскохозяйственных машин положены два принципа среза растений [1,2,3,6 ]: безподпорный и подпорный.

Безподпорные режущие аппараты используются в косилках, косилках-измельчителях, в машинах для уборки и измельчения силосных культур. По конструктивному исполнению они могут быть роторно-дисковые и роторно-барабанные. Режущими элементами этих аппаратов являются плоские или криволинейные ножи, шарнирно закрепленные на роторе, сегменты, наклепанные на вращающиеся диски и др. Срезание стеблей растений происходит без опорных элементов за счет жесткости срезаемых стеблей, их инерции и частичного подпора соседних стеблей. Для такого типа режущего аппарата линейная скорость ножа должна быть 18-50 м/с, что в свою очередь позволяет иметь высокие рабочие скорости косилок, а, следовательно, повышение их производительности. С точки зрения энергоемкости процесса этот тип режущего аппарата требует значительно больших затрат энергии на единицу убираемой площади. Высокая рабочая скорость режущих ножей приводит к измельчению скошенной массы, что не всегда отвечает агротребованиям и приводит к дополнительным потерям.

К подпорным режущим аппаратам относятся: сегментно-пальцевые и двуножевые. В сегментно-пальцевых аппаратах режущей парой является сегмент движущегося ножа и неподвижная противорежущая пластина пальца. Конструктивное исполнение пальца может быть: палец с противорежущей пластиной и перовидным отростком пальца, что обеспечивает двойную опору срезаемых стеблей (такой тип пальцев используется для скашивания тонкостебельных растений, которые имеют малую жесткость); открытые пальцы с противорежущей пластиной без перовидного отростка (такой тип пальцев используется в режущих аппаратах для скашивания толстостебельных культур, например сорго, кукуруза, подсолнечник и т.д.).

В двухножевых режущих аппаратах срезание стеблей происходит с опорой в одной точке, причем сегменты ножей, движущихся в противоположных друг другу направлениях, выполняют роль режущих и опорных элементов.

Сегментно-пальцевые режущие аппараты позволяют срезать растения на более низких скоростях – 1,5-3 м/с. Они не измельчают стебли и менее энергоемки. Такого типа режущие аппараты широко используются на сенокосилках, жатках. Возвратно-поступательное движение ножа вызывает большие знакопеременные инерционные усилия, что ограничивает скорость резания, а следовательно и увеличение рабочих скоростей жатвенных машин.

Сегментно-пальцевые режущие аппараты по своим геометрическим и кинематическим параметрам подразделяются:

- аппарат нормального резания;

- аппарат низкого резания;

- аппарат среднего резания.

В свою очередь аппарат нормального резания может с одинарным и двойным пробегом ножа. Аппарат нормального резания с одинарным пробегом ножа характеризуется соотношением параметров:

t = t₀ = S = 76,2 мм или 90 мм

где t - шаг режущей части – расстояние между осевыми линиями сегментов; t₀ – шаг противорежущей части – расстояние между осевыми линиями пальцев; S – ход ножа – перемещение ножа от одного крайнего положения до другого.

Аппарат нормального резания с двойным пробегом ножа характеризуется соотношением параметров:

2t = 2t₀ = S = 152,4 мм или 101,6 мм

Аппараты с двойным пробегом ножа используются в машинах, работающих на повышенных скоростях до 15 км/ч.

Аппарат низкого резания характеризуется соотношением параметров:

t = 2t₀ = S = 76,2 мм или 101,6 мм

Такого типа режущие аппараты в первом варианте используются в сенокосилках, во втором – в прицепных комбайнах.

Аппарат среднего резания характеризуется соотношением параметров:

t = Кt₀ = S = 76,2 мм или 101,6 мм

где 1<К<2

Такой тип режущих аппаратов используется в зарубежных косилках, жатках.

Для заданного режущего аппарата (таблица 2.4) построить графики:

а) пробега активной части лезвия,

б) рабочих скоростей резания,

в) изменения высоты стерни.

Построение графика пробега активной части лезвия

Нож режущего аппарата совершает сложное движение [1,3,6,7]: гармоническое – колебательное в относительном перемещении, переносное вместе с машиной.

Таблица 2.4 – Исходные данные для расчета режущего аппарата

Исходные данные	Предпоследняя цифра номера зачетки										Последняя цифра номера зачетки
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
V, м/с	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4
Тип режущего аппарата	Р11	Р21	Р12	Р22	Р23	Н1	Н2	Р11	Н1	Н2
n, мин-1											430	435	440	445	450	430	435	440	445	450
Hy, м											0,15	0,20	0,25	0,30	0,15	0,20	0,25	0,30	0,15	0,20

Примечание: Р11 – аппарат нормального резания. Первая цифра показывает одно или двухпробежный. Вторая цифра означает тип сегмента. Н – аппарат низкого резания. Цифра означает тип сегмента.

Переносное движение можно принять как перемещение с постоянной скоростью и выразить уравнением:

h = V t,

где V – скорость машин, м/с; t – время перемещения ножа из одного крайнего положения в другое, с.

Сегмент режущего аппарата за время поворота кривошипа на 180º (ωt=π) переместится из одного крайнего положения в другое. За это время машина переместится на расстояние:

; , (2.37)

где n – частота вращения кривошипа, мин^--1.

Эта величина называется подачей (перемещение машины за один ход ножа). На листе графической части в выбранном масштабе вычерчивают подачу h. В том же масштабе вычертить положения сегмента а₀'с₀'с₀а₀ за три последовательных хода ножа (рисунок 2.15), причем высота сегмента h' = b – f (рисунок 2.16). Далее строят синусоиду, по которой движется любая точка сегмента при его перемещении из левого крайнего положения в положение крайнее правое. Для этого из точки О (рисунок 2.15) проводят полуокружность радиуса (s – ход ножа) и делят полуокружность, а также величину подачи на равное число отрезков. Точки пересечения горизонталей и вертикалей, проведенных из одноименных точек полуокружности и подачи, являются искомыми точками синусоиды (О-6). Любые другие точки сегмента будут двигаться по таким же синусоидам. Поэтому, чтобы не повторять построения, можно по найденной синусоиде построить шаблон и пользоваться им для вычерчивания синусоид, по которым будут двигаться интересующие нас точки лезвия. В данном случае такими точками являются точки а''_о и с_о, а' и с'. Отрезок лезвия а''_о с_о является активным и во время своего пробега срезает площадь, ограниченную синусоидами а''а и с_ос. При обратном ходе активной будет часть лезвия а'с', и площадь ее пробега будет ограничена синусоидами а'а'' и с'с''. При построении графиков следует иметь в виду, что для некоторых аппаратов активным будет не все лезвие а_ос_о, а только его часть а''_ос_о, что обусловлено наличием опорных выступов на пальцах режущего аппарата. Величина выступов m для режущих аппаратов косилок и жаток можно принять m =9-12 мм. В режущих аппаратах жаток комбайнов пальцы опорных выступов не имеют, поэтому для них m = 0, т.е. активным будет все лезвие а_ос_о.

Рисунок 2.15 - Построение графика пробега активной части лезвия

Рисунок 2.16 – Размеры сегмента

Таблица 2.5 – Типы сегментов

Типы	Размеры, мм
	a	b	c	e	f	h
1	76	80	51	16	25	15
2	76	75	51	16	21	9
3	101	70	70	6	22	11

Построение графика рабочих скоростей резания. Прежде чем начать построение графика рабочих скоростей резания необходимо уяснить следующее положение: начало резания будет соответствовать моменту, когда точка а''_о лезвия сегмента (рисунок 2.17) в своем относительном движении придет в соприкосновение с противолежащей ей

точкой а''_о пальцевого вкладыша. Аналогично конец резания будет соответствовать моменту, когда точка с_о лезвия подойдет к точке с''_о вкладыша. Чтобы получить положение точек а₁ и с₁, соответствующих началу и концу резания в абсолютном движении активной части лезвия, надо из точек а''_о и с''_о вкладыша провести вертикали до пересечения с синусоидами а''_оа и с_ос.

Таким же точно приемом находят точки а΄₁ и с´₁, соответствующие началу и концу резания при обратном ходе активной части лезвия. Стебли, оказавшиеся на площадках а´´_оа₁с₁с_о а´а´₁с´₁с´, будут захвачены и срезаны активными частями лезвия.

Рисунок 2.17 - Построение графика рабочих скоростей резания

График изменения рабочих скоростей резания строится в масштабе λ=ω мм/с на 1 мм, поэтому кривая скорости будет представлять собой дугу окружности радиусом r, поскольку

(2.38)

Но, так как мы выбрали масштаб λ=ω мм/с на 1 мм, будем иметь

(2.39)

Следовательно в координатах у и х уравнение кривой будет иметь вид х²+у²=r², т.е. окружность радиусом r.

В этом уравнении υ_х- скорость ножа, ω – угловая скорость вращения кривошипа, r – радиус кривошипа.

При построении графика (рисунок 2.17) вычерчивают в принятом линейном масштабе чертежа положение лезвия с_оа_о сегмента (рисунок 2.15) и из центра О радиусом r проводят полуокружность.

Ординаты полуокружности в масштабе ω изображают скорости ножа, отнесенные к его перемещению х. Построив график скоростей, надо отметить скорости υ_а1 и υ_с1 начала и конца резания, при прямом ходе ножа и скорости υ_а и υ_с начала и конца резания, при обратном его ходе (рисунок 2.17). Для этого на графике вычерчивают пальцевый вкладыш и отмечают на его кромке точки а₁ и с₁, соответствующие началу и концу резания. Через эти точки проводят линии, параллельные лезвию а_ос_о до пересечения с осью абсцисс (положения лезвия в начале и конце резания). Ординаты точек а₁₁ и c₁₁ являются искомыми скоростями υ_а1 и υ_с1.

Таким же приемом находят скорости υ_а1 и υ_с1 при обратном ходе ножа. На (рисунке 2.17а) представлен график рабочих скоростей резания для нормального аппарата, а на (рисунке 2.17 б) – для аппарата низкого резания. В последнем аппарате резание за один ход происходит резание у двух пальцев. Соответственно на графике должны быть отмечены скорости υ_а1 и υ_с1 начала и конца резания у среднего пальца и скорости υ_а1 и υ_{с1 –} у крайнего пальца при прямом ходе ножа, а также соответственно скорости υ_а1, υ_с1, υ_а2, υ_с2 при обратном ходе ножа. Из графика должны быть определены численные значения всех отмеченных выше скоростей. Численное значение скорости резания получают умножением значения соответствующей ординаты [y ] графика на масштаб ω, т.е.

(2.40)

Построение графика изменения высоты стерни. Общий характер изменения высоты стерни получают графическим приемом по методу акад. И.Ф. Василенко, руководствуясь графиком пробега активной части лезвия. Высоту стерни определяют для ряда стеблей, располагающихся по линии mm (рисунок 2.18), находящихся на расстоянии b_ср от оси пальцев, причем

(2.41)

где b₁ и b₂ соответственно размеры верхнего и нижнего оснований пальцевого вкладыша. (С достаточной степенью точности можно принять b₁ =20 мм, b₂ = 24 мм).

Рисунок 2.18 - Построение графика изменения высоты стерни

На рисунке 2.18 показано построение графика изменения высоты стерни для различных групп стеблей.

Стебли, расположенные на линии mm на участке а₁с₁ будет срезаться лезвием сегмента у кромки вкладыша пальца без отгиба (зона 1 на рисунке справа). Высота стерни Н будет определяться высотой установки режущего аппарата от поверхности поля и величиной отгиба стеблей пальцами режущего аппарата. Стебли, расположенные по оси пальцев будут отклоняться на величину b_ср.

Высота стерни на участке а₁с₁

, (2.42)

где h_y – высота установки режущего аппарата; b_ср – средняя величина ширины пальцевого вкладыша.

Группа стеблей, расположенных на участке с₁с' не срезается лезвием сегмента при прямом ходе и будет срезана при обратном ходе у кромки вкладыша, получив при этом поперечный отгиб, равный q_1max

На рисунке 2.18 высота срезанных стеблей максимальна. Группа стеблей, расположенных на участке с'а₁ не попадают под лезвие сегмента ни при прямом ходе ножа, ни при обратном. Эта группа стеблей III будет отклонена пальцевым брусом по ходу и будет срезана в точке n при перемещении сегмента из положения 3 в положение 4. Отгиб стеблей на участке с'а₁ называют продольным. Высота стерни на этом участке изменяется от q_1max до H. График изменения высоты стерни на этом участке строится следующим образом. Определяется угол наклона θ стеблей, имеющих высоту q_1max = МД путем построения треугольника АВС, где АВ=h (подача), АС= πr. Напомним, что

(2.43)

(2.44)

Проводим линию МД= q_1max под углом θ.

На графике высота стерни делаем следующие построения. Строим прямоугольный треугольник с катетами ОМ=Н и МД = q_1max. Участок с'а₁ делим на 6 равных частей. Величину q_1max откладываем от точки М с интервалами, равными интервалам 0-1, 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6. Соединив точку О с точками 0, 1, 2, 3, 4, 5, получим высоту стерни на соответствующем интервале.

Литература

1. Григорьев, С.М. Сельскохозяйственные машины и орудия: Практикум / С.М. Григорьев, А.Б. Лурье, С.В. Мельников. – М.-Л.: Сельхозгиз, 1957. – 384 с.

2. Кленин, Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н.И. Кленин, В.Г. Егоров. – М.: КолосС, 2004. – 464 с.

3. Кленин, Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н.И. Кленин, В.А. Сакун. – М.: Колос, 1994. – 751 с.

4. Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства / А.П. Тарасенко, В.К. Солнцев, В.П. Гребнев и др. – М.: КолосС, 2004. – 552 с.

5. Практикум по сельскохозяйственным машинам и орудиям / Н.И. Кленин, И.Ф. Попов, А.С. Сергеев и др. М.: Сельхозиздат,1963.320 c

6. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Г.Е. Листопад, Г.К. Демидов, Б.Д. Зонов и др.; Под общ.ред. Г.Е. Листопада. – М.: Агропромиздат, 1986. – 688 с.

7. Сельскохозяйственные машины / Б.Г. Турбин, А.Б. Лурье, С.М. Григорьев и др. – Л.: Машиностроение, 1967. – 583 с.

8. Синеоков, Г.Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Г.Н. Синеоков, И.М. Панов. – М.: Машиностроение, 1977. – 328 с.