Теория ротационных режущих аппаратов. Ножи косилок с ротационным аппаратом могут вращаться в вертикальной или горизонтальной плоскости. Если они вращаются в вертикальной плоскости, то ножи не только

Теория ротационных режущих аппаратов. Ножи косилок с ротационным аппаратом могут вращаться в вертикальной или горизонтальной плоскости. Если они вращаются в вертикальной плоскости, то ножи не только срезают растения, но и измель чают срезанные стебли.

Роторные измельчители служат для приготовления зеле ного корма, силосной массы из различных культур как на кор ню, так и из валков, а также измельчают солому, удаляют ботву картофеля, сахарной свеклы и т. п. Основные достоин ства этой машины заключаются в том, что, имея всего лишь один рабочий орган — ротор с ножами, она обеспечивает сре зание растений, измельчение и транспортировку их в тележку, универсальна и обладает высокой надежностью. К недостат кам косилки относятся неравномерная и более длинная резка стеблей, потребление на единицу производительности большей мощности, увеличение потерь при уборке длинностебельных культур, загрязнение измельченной массы землей при редком травостое и сухой почве.

При движении трактора передний щит косилки-измельчите ля наклоняет стебли вперед. Барабан с ножами вращается с большой частотой. Скорость конца лезвия ножа для среза тон ких стеблей 40... 50, а для толстых — 20... 25 м/с. Нож срезает наклоненные вперед стебли и с большой скоростью подает их вверх через зазор между неподвижным ножом и ножами ба рабана. Стебли для прохождения через зазор подвергаются повторным ударам других ножей, измельчаются и, обладая определенным запасом кинетической энергии, движутся по тру бе вверх и направляются отражателем в прицепную тележку.

Определим параметры косилки-измельчителя. Для нахож дения зоны резания составим уравнение движения конца ножа / в параметрическом виде (рис. 6.18):

Xi = v_ut+R sin at; y^Rcosat, (102)

где u„ — поступательная скорость машины; R — радиус ротора до кромки лезвия; <о — угловая скорость ротора.

Траекторией ножа 1 будет кривая Оа. Лезвие ножа 2 опи шет точно такую же кривую, но смещенную в направлении и_м на

где о — центральный угол между двумя смежными, но движущимися по одному следу ножами.

Рис. 6.19. Схема для определения скорости резания

Тогда уравнение движения конца ножа 2 будет иметь вид

х₂ = vJ+R sin (at —а); y₂=R cos (at— а).

Траекторией конца ножа 2 будет кривая be. Зона резания в проекции на ось X рав на

s=x_c — x_b. (ЮЗ)

Абсциссу точки с конца резания, если Н — высота стеблей, найдем при условии

у_с = 6 = Я cos (<ot_c — а); cos (a>t_c — а) = 8/R и t_c= (1/со)[а+arccos (6/Я)].

Тогда

Xc = vJ_c + R sin (ate — a).

Так как

sin «- a) = "|/l-cos²«-a) = K^²-6²//?, окончательно получим

s = (»» [«+ arccos (8/R)] + VR^~& - = = (»>>) [ 1 /2 + arccos (6//?)] + ]/jR² - 6*.

Для определения скорости резания рассмотрим движение стебля, имеющего одну степень свободы. Перемещение приве денной массы стебля и ножа принимаем прямолинейным на участке резания. Тогда уравнение движения стебля будет иметь вид (рис. 6.19)

m_nvx=P(8)-cx, (104)

где Шпр^—масса стебля, приведенная в точку удара; х — перемещение при веденной массы; Р(б)—сила, действующая на стебель со стороны ножа и зависящая от величины б проникновения ножа в стебель; сх — сила упру гого сопротивления стебля изгибу.

Для определения силы Р(8) можно исходить из следующе го выражения:

P(8)=P_cp=A/d,

где Р_ср —средняя сила резания; Л —работа, необходимая для перерезания стебля; d — диаметр стебля.

Тогда уравнение (104) примет вид

Ш_В^Х -\- СХ = Рср-

После интегрирования при начальных условиях ^ = 0, х = 0; х = 0 получим выражение для перемещения приведенной массы стебля

х = (Р_Ср/с) [1 - cos [t У с/т_ра)}. Для нахождения закона движения ножа необходимо решить дифференциальное уравнение

M_nvx_H = -P_Cv + \i(vJ-x_B), (Ю5)

где М_Пр—масса ножа, приведенная в точку удара; х_н — перемещение при веденной массы ножа; р, — коэффициент пропорциональности (сила, дейст вующая на нож при отклонении его на единицу длины); {v_Ht—х_и) — отклонение ножа.

Решение уравнения при начальных условиях t = 0, *_H = 0, x_K = v_H имеет вид

Х_а = Vj - (P_cp/|i) [ 1 - cos (/ V\i/M_nv)].

Тогда проникновение ножа в стебель выразим через

б =х_я - х = vj - (P_cp/fi) [1 - cos [t VvJM_aV)} -x. (106)

Для срезания стебля необходимо, чтобы нож проник в сте бель на значение его диаметра d прежде, чем отгиб стебля х превысит некоторое значение х_кР- Для того чтобы перерезание произошло в процессе первого соударения, значение х_к? долж но быть сравнимо с диаметром стебля.

Действительная окружная скорость ротора определяется из условия, что линейная скорость конца ножа должна быть боль ше критической скорости, необходимой для срезания свободно стоящих стеблей:

v = nnR/30>v_u,

откуда

n>30v_HJnR,

где п — частота вращения ротора.

Радиус ротора выбираем из условия, что размер зоны реза ния по вертикали не должен превышать R, т. е. R>H—h. Прак тически радиус ротора находится в пределах 250...350 мм.

Ширину ножа (мм) принимаем, исходя из максимального диаметра стебля d_max убираемой культуры:

5 = d_max+(30...50).

Длина рабочей части ножа Ое (см. рис. 6.18) определяется углом установки ножа т и радиусом R_e. При уменьшении угла ухудшается сход срезанной массы стеблей с ножа, а при уве личении значительно возрастает энергия на резание и преодо ление сопротивления воздуха. Эксперименты показали, что це лесообразно угол т принимать в пределах 30... 40°.

На рабочей поверхности ножа должны поместиться все стебли^ которые срезаются на участке s. Обозначим: К — число стеблей на 1 м²; fTC— число стеблей, размещенных на единице длины; N— число стеблей на длине s зоны резания.

Тогда

Oe^Nd = VKsd и R_e = R - Ое sin т.

Определим число рядов ножей, проходящих по одному сле ду. За длину резки / длинных, предварительно наклоненных и прямостоящих стеблей можно принять линию ас. Связь I с чис лом рядов ножей z получим следующим образом.

Так как

ас = 1=и_жа/а>, а а=2л/г, то l = 2nvj (zco), откуда z = 2nvj (1а>).

Косилки, у которых нож вращается в горизонтальной плос кости, срезают стебли растений и одновременно укладывают их в валок. Эти операции выполняют попарно вращающимися

навстречу роторами, внизу ко торых располагаются диски с ножами. Ножи приклепывают к диску и располагают парал лельно поверхности земли. Они вращаются с большой часто той, достаточной для среза ния свободно стоящих стеблей без опоры.

Параметрами сегментно-дискового режущего аппарата являются траектории движения лезвия сегмента, скорость реза ния и число сегментов (теория излагается по В. И. Фомину). Обозначим: Оа = г — радиус по внутренней точке режущей кром ки сегмента; Ob = R — радиус по наружной точке режущей кромки сегмента (рис. 6.20). Тогда уравнения движения край них точек сегмента / в параметрическом виде имеют вид:

*_e = rcos(«rf + v) 1 x_b = Rcosat j y_a = vj + rsm(ut+y) J y_b = vJ + Rsin®t J' Уравнения движения крайних точек сегмента 2 имеют вид: je_e = rcos(arf + Y-a) j x_d = Rcos(wt-a) j

Ось сегмента 2 станет параллельно оси ОХ по истечении времени ^ = а/ш. Машина за это время пройдет путь vj_x.^ Аб солютная скорость точки а (расчет ведем по наименьшей ли нейной скорости) в любой момент времени

v_a = V{dx_aldtY + {dy_aldt)\

Так как

dxa/dt= — га sin(o)^-H); dy_a/dt = v_M + ra> cos((o^ + f),

окончательно найдем

v_a = у7²со² + 2rw_u cos И + Y) + °V Из полученной формулы следует, что

Чтобы перерезать стебли без опоры, скорость сегмента долж на бЫТЬ V_a min

>у_кр. Тогда

ГО) — Ум >и_Кр и со> (v_KP + v_M)lr.

По опытным данным, и_кр^30 м/с и u_amin = 45 м/с.

Число сегментов найдем из условия, что отклонение стеблей диском отсутствует, т.е. КМ = 0. Это возможно, когда ук=Ум-Вершина первого сегмента придет в точку М за время г = я/2со. Подставив это значение t в последнее уравнение системы (107), получим

yM = v_an/2(a + R.

Основание второго сегмента придет в точку К за время t— = (1/со) (я/2+a—у). Подставив это значение во второе уравнение системы (108), получим

У/с= (Um/cd) (л/2 + а — 4)+rsin(rc/2 + a — 4 + 4 — а) = ¹;,= (f_M/co) (я/2 + а — 7) +r. Приравняем полученные значения у_к и у_м:

и_мя/2<в+# = (и„/со) (л/2 + а — f) + г,

откуда

R — r = (и„/и) (а — -у).

Обозначим: R—r = h' — высота режущей части сегмента; а = 2п/т, где т — число сегментов. Тогда

h'= (у„/со) (2л/т — у),

откуда

т = 2л/(7 + соЛ7о„).

Дата добавления: 2015-08-28