Сельскохозяйственные машины

Твердая фаза состоит из минеральной и органической частей, причем первая составляет 95…99 %, минеральная часть сформировалась из материнских геологических пород. Органическая часть – это неразложившиеся и полуразложившиеся остатки живых организмов главным образом растительных, продукты их разложения и синтеза, гумус.
Жидкая фаза почвы – это почвенный раствор, сформировавшийся из воды, поступивший в почву с атмосферными осадками, из грунтовых вод, при конденсации водяных паров. Почвенная вода занимает пустоты в твердой фазе почвы (поры, капилляры).
Газовая фаза почвы – это почвенный воздух, который заполняет свободные от воды пустоты в почве. Вода и воздух в почве находятся в динамическом равновесии на основе противоречия: чем больше воды, тем меньше воздуха, и наоборот.
Живая фаза почвы представлена живыми организмами, населяющими почву и участвующими в почвообразовательных процессах. Это различные микроорганизмы – бактерии, микроскопические грибы, водоросли, а также простейшие насекомые, черви и др.

Схема к определению зависимостей
между основными параметрами клина
α, β, γ и ε

Двухгранный клин с углом гамма (γ), ориентированный вертикально, отделяет пласт от стенки борозды, отводит землю в сторону и сжимает в горизонтальной плоскости.

Двугранный клин с углом бета (β) предназначен отклонять пласт в сторону, переворачивая его.
чтобы перевести пласт из горизонтального положения в наклонное и перевернуть его, угол бета клина должен изменяться от 25° до 130°, то есть необходимо, чтобы поверхность клина была криволинейной.

Взмет пласта-вспашка с оборачиванием пласта до 135°, и пласты ложатся один к другому под углом 45° (вспашка плугом без предплужников).
Применяется при перепашке паров, обработке маломощных почв (пахотный слой менее 16-18 см), заделке органических удобрений и мелиорантов.

Культурная вспашка-обработка плугами с предплужниками и дисковым ножом.

Для построения рабочих поверхностей пользуются графическими приемами, выбирая для плужного корпуса подходящие с точки зрения технологических задач вспашки поверхности и, в частности, линейчатые поверхности.
Линейчатая поверхность описывается движением прямолинейной образующей, пересекающей заданные направляющие кривые, соответствующим образом ориентированные в пространстве. Такие поверхности относятся к группе цилиндроидов.

для культурной поверхности для полувинтовой поверхности

Y

O

X

Y

O

X

Значение масштаба λ для культурной поверхности

а от z=7,5 до z также параболическим по закону

При расчете углов γ для полувинтовых поверхностей принимают λ=1 град/см2.
2Р1 и 2Р2 - параметры парабол

;

Исходное положение сечения пласта представляется прямоугольником
ABCD с размерами а и b.

Из подобия треугольников D'B'C и D'A"D" следует, что

Для заданного корпуса с шириной захвата b значение kпр
определяет максимальную глубину вспашки

D'

D''

Предельное положение пласта (неустойчивое положение) будет такое, когда диагональ D"B" располагается вертикально

kпр определяет предельный наклон пласта, т. е.

угол при котором пласт
правильно уложен

Для нормальной устойчивости укладки пласта
необходимо чтобы kпр>1,27

где b – ширина захвата
корпуса

Для обеспечения перекрытия между соседними корпусами, примем Δb = 2…4 см

Проекцию полевого обреза рабочей поверхности располагают с отклонением в сторону пашни на величину с = 0,5…1,0 см

Высота полевого обреза Н = b + Δ (Δ = 1,0…2,0 см)

С

В

где Δ Н = 0…2 см

где η – КПД плуга, k – удельное сопротивление почвы, а – глубина пахоты,
b – ширина захвата корпуса.

Составляющие Rу и Rz принимаются в пропорции от Rx

Сила тяги – это сила, приложенная к прицепной скобе трактора и определяющая силовое воздействие плуга на трактор.
Силу тяги Р прицепных плугов можно разложить на три составляющие: горизонтальную Рх, вертикальную Рz и поперечную Рy,
Р = Рх + Ру + Рz.
Горизонтальную составляющую Рх, параллельную направлению движения, обычно называют тяговым сопротивлением.

формула акад.
В. П. Горячкина

где G – масса плуга; n – число корпусов; v – скорость движения плуга;
a, b – размеры сечения пласта; f, k – коэффициенты пропорциональности;
ε – скоростной коэффициент.

Типы дисковых рабочих органов: а – плоски; б – сферический; в – вырезной

а

б

в

i – угол заточки, 10…25°;
ε2 – угол зазора (затылочный),
для нормальной работы диска
на глубине необходимо ε2>0
r – радиус кривизны
2ε1 – угол при вершине сектора
α – угол резания

Между глубиной пахоты а и
диаметром диска D существует
зависимость

где k – коэффициент, для плугов 3-3,5;
для борон 4-6; для лущильников 5-6.

При угле 2ε1 у вершины сектора
диска имеем

Во избежание заклинивания пласта, отдельных глыб, комков почвы между дисками размер b принимают больше глубины хода дисков, т. е. b>1,5α.

или

также
Dc можно определить из
следующего геометрического
соотношения:

подставляя Dc получаем

при пахоте должно быть с≤0,4а, при лущении с≤0,5а.

Катки Бороны

Угол раствора 2γ стрельчатой лапы обусловлен стремлением обеспечить хорошее подрезание сорняков и устранить обволакивание лапы растительными остатками.

Условие скольжения стебля
вдоль лезвия

где φ – угол трения

так как

и

то неравенство приводится к условию

откуда

2γ =75…80° – легкие почвы
2γ = 55…60° – черноземные почвы

При ширине захвата b лап расстояние между лапами в ряду
А = 2 (b – Δb)
При n лапах ширина захвата
культиватора
В = bn – Δb (n – 1)
Расстояние L между рядами стрельчатых лап выбирают из условия предотвращения забивания культиватора растительными остатками, рекомендуется L = 50 см.

b1 > b

φ – угол трения

так как

то

где α – угол входа лапы в почву;
а – глубина хода лапы

Размещение рабочих органов при междурядной обработке

А-2с=b+2b1-2Δb – для данной схемы

Пусть АВ - развертка винтовой линии на плоскость.
Тогда шаг винта
t = АВ cosα,
где α – угол наклона винтовой линии к образующим цилиндра.
У многоходового винта
t = kb,
где k – число ходов;
b – смещение одной развернутой винтовой линии относительно другой.

► по назначению
полевые, болотные, лесные, садовые, пропашные.

Рабочие органы фрез совершают сложное движение: поступательное (переносное) и вращательное (относительное). Траектория движения какой-либо точки рабочего органа представляет собой циклоиду.

на барабане закреплены
Г-образные ножи

на роторе закреплены
прямые ножи с
заостренными
режущими кромками,

Координаты точки А'

где R – радиус барабана

Угол поворота ножа

в этот момент найдем из уравнения

Коэффициент использования размеров фрезы

2. В момент входа ножа в почву абсолютная скорость его направлена вертикально вниз. Глубина обработки в этот момент, считается оптимальной
Vx=0, h=hопт

тогда

Vм>ω

Подача на нож фрезы
Подача на нож фрезы (XZ) – это расстояние между двумя одноименными точками двух соседних траекторий

Толщина почвенной стружки фрезы

Толщину стружки δ определяют по направлению радиуса R, причем наибольшую толщину δmax стружка имеет в точке контакта предыдущего ножа с поверхностью поля.

c учетом
значения φ0

В результате работы фрезы на дне борозды остаются гребешки высотой hг .
hг=f(λ) – высота почвенного гребешка изменяется в зависимости от режимов работы фрезы.

Мощность расходуемая на перемещение фрезы

где f – коэффициент сопротивления перекатыванию (протаскиванию) фрезы f = 0,18...0,30;
G – масса фрезы

Мощность на фрезерование

где Nр – мощность на резание;
Nо – мощность на отбрасывание почвы;

где Ко – коэффициент отбрасывания;
р - плотность почвы;
V0 - скорость отбрасывания

Мощность необходимая на преодоление сил сопротивления

где η – коэффициент полезного действия передачи.

Частота вращения барабана

по размещению семян в горизонтальной плоскости (ширине междурядий и размещению семян в рядках)

а - гладкий;
б - гребневой в один рядок;
в - гребневой в два рядка;
г - бороздной;
д – по стерне.

По способу агрегатирования с тракторами: навесные и прицепные сеялки.

где nв – частота вращения валов аппаратов;
nк – частота вращения приводных колес.

За один оборот опорно-приводного или ходового колеса (без учета скольжения) масса семян, высеваемых сеялкой, составляет (г/об)

где В – ширина захвата сеялки (см);
Dк – диаметр колеса (м).

Объем семян, высеваемых одним аппаратом

, г/об.

или по объему

, (см3/об.)

где γ – объемная масса семян, г/см3

С учетом скольжения колес сеялки

где ε – коэффициент скольжения.

Активный слой – поток семян, состоящий из семян, попавших в желобки, и семян, располагающихся в пространстве между катушкой и дном коробки.
Объем семян, выброшенных катушкой за один ее оборот:

где Vж – объем семян, попавших в желобки;
Vак. – объем семян, выброшенных из активного слоя.

где С – толщина слоя;
Vкат – скорость катушки
т – показатель степени, определяемый опытным путем
(т=2,6 – рожь; 2,5 – овес; 1,7 – лен; 1,4 - просо)

Толщина активного слоя Спр - толщина некоторого слоя семян, движущихся с постоянной скоростью, равной окружной скорости Vкат.
Связь между С и Спр может быть выражена зависимостью

откуда

где lр – рабочая длинна катушки;
d – диаметр катушки.
Объем семян, выбрасываемых желобками

где fж – площадь сечения желобка;
z – число желобков;
β – коэффициент заполнения желобков
С учетом значений Vж и Vак.

Типы сошников

однодисковые

дисковое

двухдисковые

анкерный

наральниковые

килевидный

полозовидный

Один из основных размеров борозды - ее ширина по дну: чем она больше, тем выше вероятность укладки семян на заданную глубину.

Пусть точка А стыка дисков двухдискового сошника находится на высоте, определяемой углом α наклона радиуса OA = r к вертикали, угол между дисками β. Тогда ширина борозды, определяемая расстоянием между нижними точками режущих кромок дисков

Так как отрезок

то, подставив его значение в предшествующее выражение, получим

Из формулы следует, что с увеличением углов α и β ширина бороздки возрастает

Процесс работы вычерпывающего аппарата картофелесажалок:
захват клубня ложечкой из общей массы,
фиксация его в ложечке зажимом,
перенос клубня в зону выброса из ложечки
освобождение клубня зажимом.
Все эти элементы выполняются за один оборот диска

Частота посадки, кл/с

также

где z – число ложечек;
nд - частота вращения вычерпывающего
аппарата

II случай –клубень выпадает из ложечки

Рассмотрим равновесие в ложечке клубня шарообразной формы

Выпадение клубня возможно при опрокидывании его относительно наружного края ложечки (точка А).
на клубень, расположенный в ложечке, действуют следующие силы:
вес G,
центробежная сила Pj
нормальная реакция ложечки N
сила трения F.

Вероятность выпадения клубней из ложечки возрастает с увеличением скорости диска и размеров клубня (с увеличением размеров угол γ растет).

Клубень выпадает из ложечки при условии

решая это неравенство получим

Из этого выражения определяется угол φ1 поворота диска, при котором клубень должен быть зажат в ложечке.
Фиксация клубня в ложечке высаживающего аппарата картофелесажалки происходит при φ1 = 90°…115°

Поскольку рассада в зажимы посадочного аппарата подается вручную, допустимая скорость движения машины будет ограниченной. Опыт эксплуатации рассадопосадочных машин показывает, что скорость поступательного движения Vм составляет всего 0,35 - 0,4 м/с

Траектория движения рассады при посадке

Для обеспечения условия
Vм + Vp = 0
необходимо, чтобы в некоторый промежуток времени, необходимый для высадки рассады, линейная скорость захвата аппарата была равна скорости машины и противоположно ей направлена.

В момент заделки растения скорость Vx=0
и угол поворота конца зажима т.е. выражение
будет иметь следующий вид:

следовательно

если λ = 1 – обычная циклоида i Vм = ω · Ri

если λ > 1 – удлиненная циклоида 1 Vм = ω · R1

если λ < 1 – укороченная циклоида 2 Vм = ω · R2

Количество рассады Z (шт.) потребное на 1 гон

аp – расстояние между растениями в рядке, м;
р - число растение в гнезде;
z - число держателей на диске.

Тарельчатые аппараты - устанавливают на разбрасывателях
туков для сплошного внесения удобрений, а также для
Рядового способа внесения удобрений совместно с
культивацией, посевом или посадкой.

Дисковые аппараты – применяются
в машинах для сплошного и
рядкового внесения удобрений.

Транспортерные аппараты - находят широкое применение в основном для сплошного внесения минеральных, органических удобрений и извести.

где f – коэффициент трения тука о диск;
g – ускорение силы тяжести;
r0 - расстояние от центра диска до точки М подачи тука.

из уравнения можно определить минимальное число оборотов диска

При меньшем числе оборотов диска частицы материала будут лишены возможности перемещаться по поверхности диска и центробежный аппарат потеряет свою работоспособность.

При вращении диска с угловой скоростью ω частица материала в точке М в относительном движении будет перемещаться по поверхности диска со скоростью Vr и через некоторое время придет в точку М1. Сила трения оказывается недостаточной и частица отстает от диска, описывая траекторию в виде спиралевидной кривой Sr.

где Vтр – скорость перемещения транспортера, м/с;
Н - толщина слоя удобрений в кузове, м;
L - длина шнекового барабана, м;
γ - объемная масса удобрений, кг/м3.

Норма внесения удобрений QH (кг/м2)

где Вп - ширина полосы разбрасывания, м;
VM - поступательная скорость агрегата, м/с.

Из формулы видно, что норма внесения удобрений прямо пропорциональна поступательной скорости транспортера Vтр и обратно пропорциональна скорости агрегата Vм, т. е. ее можно регулировать изменением скоростей Vтр и Vм.

или

где b и h – соответственно ширина и высота захвата массы шнековым барабаном, м;
V0 – окружная скорость шнекового барабана, м/с; 159
Н – толщина слоя удобрений, подаваемых транспортером, м;
ВТР – ширина слоя удобрений, подаваемого транспортером, м;
VTP – скорость транспортера, м/с.

Окружная скорость шнекового барабана

где п - частота вращения шнекового барабана;
r - радиус шнекового барабана.

Подставляя значение V0 в формулу,
получим

откуда минимальная частота вращения барабана