Удельное сопротивление почвы для плугов

9. Удельное сопротивление плуга и удельное сопротивление почвы. Тяговое сопротивление других почвообрабатывающих машин.

Тяговое сопротивление плуга. Горизонтальную составляющую R_x сопротивления плуга при вспашке В. П. Горячкин назвал тяговым сопротивлением и выразил ее трехчленом:

Первое слагаемое — f_ПG — сопротивление перекатыванию опорных колес плуга и трению о дно и стенку борозды, пропорци­ональное весу G плуга.

Коэффициент пропорциональности f_П назван коэффициентом сопротивления протаскиванию. Силу f_ПG определяют протаскива­нием плуга в открытой борозде. Значение коэффициента f_П, зави­сит от типа почв, их агрофона, конструкции плугов и находится в пределах 0,4. 1,0.

Второе слагаемое — k_Пabn — вызвано сопротивлением подреза­нию, разрушению и укладыванию пласта в борозду. Действие этой составляющей общего сопротивления считается полезным.

Коэффициент k_П оценивает удельное сопротивление почвы, определяемое из соотношения

k_П=R_X / abn, где R_X — горизонтальная составляющая силы сопротивления почвы при вспашке плугом; а — глубина вспашки; b — ширина захвата корпуса; n — число корпусов.

Силу R_X находят при динамометрировании (осциллографировании) без учета первого и третьего слагаемых формулы (3.9).

Величина k_П зависит от типа почв и степени их освоенности. Так, для глинистых и дерново-подзолистых почв значение k_П в 2,3. 2,6 раза больше, чем для легкосуглинистых и супесчаных. При вспашке после уборки зерновых значение k_П на 10. 20 % меньше в сравнении с обработкой травяного пласта.

Третье слагаемое — εabnV 2 — скоростное сопротивление, зави­сящее от кинематической энергии, сообщаемой почвенным плас­том. Эта составляющая не оказывает существенного влияния на полезное деформирование почвы. Коэффициент ε скоростного сопротивления зависит от типа почв, геометрических форм рабо­чих поверхностей плужных корпусов. При скоростях вспашки до 5 км/ч коэффициент ε незначительно (2. 3 %) изменяет общую силу R_X

С увеличением скорости движения до 12 км/ч сопротивление плугов с традиционными корпусами существенно возрастает. Для пахоты на скоростях 12. 15 км/ч применяют скоростные рабочие поверхности плужных корпусов, в которых уменьшено значение коэффициента ε.

Формула (3.9) выражает физическую сущность взаимодействия плуга с почвой, но определение силы R_X и ее составляющих требу­ет многочисленных трудоемких экспериментов, поэтому в прак­тических расчетах широко применяют упрощенное выражение для тягового сопротивления плуга

R_x= kabn, где k — удельное сопротивление плуга.

Значение к рассчитывают по формуле

k = R_x/abn, замерив среднее тяговое сопротивление R_x, глубину а пахоты и ширину bn захвата плуга.

Коэффициент k отражает все три составляющие тягового со­противления плуга, входящие в выражение (3.9). На величину k влияют технологические свойства почвы, конструктивные пара­метры плуга и скорость его движения. В зависимости от коэффи­циента k почвы разделяют на легкие — k 2 , средние — 30. 50, среднетяжелые — 50. 70, тяжелые — 70. 120 и очень тяже­лые — k > 120 кН/м 2 .

Источник

Тяговое сопротивление рабочих машин

Общий метод расчета тяговых сопротивлений орудий основывается на результате экспериментальных исследований. Во время работы тяговое сопротивление плугов зависит от их массы, типа и механического состава почвы, скорости движения агрегата, типа рабочих органов и др. Для лемешных плугов на сельскохозяйственных полях и приравненных к ним условиям академиком В.П. Горячкиным была предложена формула, которая учитывает три составляющие: сопротивление трения при перемещении плуга в борозде (R₁); сопротивление почвы (R₂); сопротивление, возникающее в результате сообщения кинетической энергии частицам почвы при отбрасывании их в сторону (R₃). В практических расчетах допускается принимать R₃=0,1 R₂.

Тяговое сопротивление плуга (R_пл, Н) определяется по формуле:

где f – коэффициент, учитывающий трение плуга о дно и стенку борозды и трение колес (0,25-0,70);

G_пл – сила тяжести плуга, Н;

К_п – удельное сопротивление почвы, Н/см 2 (приложение 40);

а – глубина вспашки, см;

В_пл – ширина захвата плуга, см;

V – скорость движения плуга, м/с.

При бороновании, лущении и прикатывании почвы тяговое сопротивление орудия (R_о, Н) определяется по формуле:

,

где К_о – удельное сопротивление орудия, Н/м (приложение 41);

В_о – ширина захвата орудия, м.

При эксплуатации данных орудий на более рыхлых и влажных почвах принимаются меньшие значения удельных сопротивлений и наоборот.

Учитывая, что зубовые бороны, лущильники и другие орудия имеют сравнительно небольшие тяговые сопротивления, то при большей мощности трактора (если позволяют условия) в МТА добавляют несколько орудий, чтобы трактор был полностью загружен. В таких случаях составляют широкозахватные МТА со сцепками.

Определяют коэффициент использования тягового усилия, оптимальное значение которого для данного вида работ составляет у гусеничных тракторов 0,90-0,95, у колесных – 0,80-0,85.

В зависимости от вида культивации тяговое сопротивление культиватора (R_к) определяется по следующим формулам:

— при сплошной культивации

или ,

— при междурядной обработки рядового посева или посадки

,

где f_к – коэффициент сопротивления качению культиватора (приложение 42);

G_к – сила тяжести культиватора, Н;

К_р.о – удельное сопротивление рабочих органов, Н/см 2 (приложение 43);

К_к – удельное сопротивление культиватора, Н/см 2 (приложение 43).

В_к – ширина захвата культиватора, см;

n₁ – число основных рабочих органов;

В_з.з – ширина защитной зоны, см.

Число основных рабочих органов у культиватора принимается студентами самостоятельно, исходя из ширины захвата орудия и необходимой величины перекрытия зоны рыхления.

Тяговое сопротивление сеялки состоит из сил сопротивления при ее перемещении, сопротивления сошников с заделывающими органами, сил трения в передаточных механизмах и высевающих аппаратах. Оно зависит в основном от массы сеялки и конструкции сошников, типа почвы и ее состояния во время посева. В практических расчетах тяговое сопротивление сеялки можно определить по следующей формуле:

,

где f_с – коэффициент сопротивления качению сеялки (прилож. 42);

G_э.с – эксплуатационная сила тяжести сеялки (с семенами, органоминеральной или микоризной смесью), Н;

R_сош – тяговое сопротивление одного сошника, Н (анкерные сошники – 50-70; дисковые – 80-100).

Тяговое сопротивление лесопосадочной машины можно определить по формуле:

,

где f_саж – коэффициент сопротивления качению сажалки (0,18-0,22);

G_э.м – эксплуатационная сила тяжести лесопосадочной машины, Н;

К_п – удельное сопротивление почвы, Н/см 2 (приложение 40);

К_попр – поправочный коэффициент (в зависимости от состояния почвы и типа рабочих органов при работе на нераскорчеванных вырубках равен 2,5-4,5);

а_с – глубина хода сошника, см;

b_с – ширина сошника, см;

n_с – число сошников посадочной машины.

При корчевании пня корчевательной машиной с опущенными в почву клыками и горизонтально прикладываемой к пню силы рабочее сопротивление (R_кор, Н) вычисляется по формуле:

,

где f_к.м – коэффициент сопротивления перемещению машины (0,3-0,8);

G_к.м – сила тяжести корчевательной машины, Н;

К_пн – удельное сопротивление пня корчеванию, учитывающее разрыв корней и рыхление почвы, равное в зависимости от типа почвы, диаметра пня и породы 5-50 Н/см 2 ;

а_к – глубина погружения клыков корчевательной машины в почву (при диаметрах пня 24, 28, 30 см составляет соответственно 28, 32 и 50 см);

В_к.м – ширина захвата отвала корчевательной машины, см;

λ_р – коэффициент неполноты рыхления почвы за счет расстояния между зубьями-клыками (0,40-0,75);

G_п – сила тяжести перемещаемого отвалом машины пня и грунта (3000-4000 Н для корчевательных машин типа ДП-25);

f_п – коэффициент сопротивления перемещению пня и грунта (0,4-1,1).

Сопротивление тракторного кустореза (R_кус, Н) с пассивным рабочим органом, скользящим при работе по поверхности, определяется по формуле:

,

где К_д.р – удельное сопротивление древесины резанию, принимаемое для мягколиственных пород 1200-1500 Н/см 2 ; для твердолиственных пород 1800-2200 1500 Н/см 2 ;

D_ср – средний диаметр стволиков, подлежащих резанию (4-12 см);

n_ст – среднее число стволиков, соприкасающихся с режущей кромкой ножа в момент резания, шт;

λ – коэффициент, учитывающий неодновременность процесса перерезания (0,5-0,9);

f_о.п – коэффициент трения рабочего органа о почву, принимаемый в среднем 0,5;

G_кус – сила тяжести кустореза (без трактора), Н.

Тяговое сопротивление подборщиков сучьев и кустарника (R_п.с, Н) можно определить по формуле:

,

где G_о – сила тяжести орудия без трактора, Н;

G_пач – сила тяжести пачки сучьев, собираемых зубьями при движении, Н;

f_пач – коэффициент сопротивления перемещения зубьев с пачкой сучьев (1,20-1,75);

К_рых – удельное сопротивление рыхления грунта зубьями (9-19 Н/см 2 );

а_рых – глубина рыхления зубьями (5-8 см);

Тяговое сопротивление студент рассчитывает для каждой рабочей машины, входящей в систему, необходимой для выполнения технологического процесса с законченным циклом производства.

Источник

Механизация лесного и лесопаркового хозяйства (стр. 7 )

Nпод = MтiV/360, кВт

где i — подъём (уклон).

Nбукс = (Ne — Nтр.)×d

где d — коэффициент буксовки, для колесных тракторов равен 0,1. 0,25; для гусеничных 0,01. 0,05

После вычисления значения Nт определяем тяговое усилие по формуле:

Pт = 360× Nт/V, даН

По заданным условиям производим расчет:

1. hмех = 0,975 × 0,95 = 0,79

Так как трактор ДТ — 75М гусеничный, то учитываем и потери в гусеницах. Примерно возьмем 4% или 0,04. Отсюда hмех = 0,79-0,04=0,75

2. Nтр. = 66,2 × (1-0,75) = 16,55 кВт

3. Nпер.= 6300 × 0,07. 6,77/360 = 8,29 кВт

4. Nпод.=6300 × 0,03. 6,77 = 3,55 кВт

5. Nбукс =(66,2-16,55) × 0,05 = 2,48 кВт

6. Nт =66,2-(16,55+8,29+3,55+2,48) = 35,33 кВт

7. Pт =360 × 35,33/6,77 =1878,7 даН = 18,79 кН

Определить тяговое сопротивление плуга ПЛН при вспашке тяжелых глинистых почв на глубину 27 см. Подобрать трактор и рабочую передачу.

Тяговое сопротивление плугов определяется по формуле:

Rт — тяговое сопротивление плуга, даН

К — удельное тяговое сопротивление плуга, отнесенное к единице поперечного сечения пласта, даН / см2 (табличное значение).

а — глубина пахоты, см

В — ширина захвата плуга, см

Удельное сопротивление обычных плугов

Источник

Удельное сопротивление почвы для плугов

Как снизить тяговое сопротивление плуга

Без преувеличения можно сказать, что история развития техники — в первую очередь история борьбы за разумное расходование энергии, за ее экономию.

На протяжении многих веков люди стремились снизить тяговое сопротивление плуга. Снижение тягового сопротивления плуга только на 10% позволит в масштабах нашей страны сэкономить свыше 300 тыс. т топлива.

Сопротивление почв при вспашке плугом оценивают удельным сопротивлением. Его определяют делением тягового сопротивления плуга на площадь поперечного сечения обрабатываемого плугом пласта почвы.

Удельное сопротивление обобщающий показатель. Он одинаково необходим как конструктору для правильного расчета и выбора достаточной прочности плуга, так и экономисту при составлении норм выработки на тракторные работы, расхода горючего и определении потребного количества тракторов и почвообрабатывающих машин. Поэтому изучением удельного сопротивления почв занимаются у нас в стране во всех зонах. Все поля должны иметь паспорт по тяговому сопротивлению. Это поможет правильно выбрать орудие и трактор.

По сопротивлению почвы разделяют на легкие, средние, среднетяжелые, тяжелые и очень тяжелые, имеющие удельное сопротивление соответственно 0,3; 0,3 — 0,5; 0,5 — 0,7; 0,7 — 1,2 и свыше 1,2 кг/см 2 .

В общем сопротивлении плуга доля сопротивления колес составляет 8 — 10%, полевых досок корпусов — 10 — 15%, отвала и лемех — 75 — 80%, причем на лемех приходится 50 — 60%. Энергия, непосредственно затраченная на выполнение процесса вспашки, распределяется так: на деформацию почвы 16%, на поднятие и ускорение почвенного пласта 12%, на преодоление сил трения 60%, на резание почвы 12%.

Сила трения почвы по стали зависит от влажности и механического состава почвы.

С увеличением влажности она растет до определенной максимальной величины, после чего начинает резко снижаться с дальнейшим увеличением влажности. Влажность почвы, соответствующая максимальной силе трения, является критической, после которой почва переходит в состояние пластического течения с избытком рыхлой воды.

Сила трения зависит и от механического состава почвы. Чем больше в почве глинистых частиц, тем выше сила трения.

При 40 — 60% капиллярной влажности наступает физическая спелость почвы, тогда тяговое сопротивление вспашки становится минимальным. С силой трения связаны другие физические явления — залипание почвой, перетирание и износ рабочих органов плуга.

По мере роста влажности почвы наступает момент, когда сила сопротивления скольжения почвы по металлу становится выше силы внутреннего трения. В этот момент начинается залипание поверхности отвала.

На поверхности отвала образуются очаги залипания вокруг головок болтов или линии стыковки лемеха и отвала. Постепенно зона залипания распространяется на весь отвал, отбрасывание пласта прекращается, и почва сгруживается перед корпусом. Тяговое сопротивление резко возрастает, а качество вспашки снижается.

Однако при дальнейшем увлажнении почвы наступает гидродинамическое трение. В этом случае силы трения между почвой и рабочей поверхностью уменьшаются за счет толстой водной пленки, образующейся на рабочей поверхности отвала.

Еще в прошлом веке крестьяне ставили на раме плуга бочку с водой и самотеком подавали воду на отвал; так они боролись с залипанием и трением.

В 1936 г. в Швеции этот прием для борьбы с залипанием применили уже на тракторном плуге «Оливер-99». Оказалось, что тяговое сопротивление плуга при вспашке черноземных почв снизилось на 25 — 40%. Воды при этом расходовали 200 — 400 л/га.

Вода из резервуара, установленного на плуге, под давлением подводилась к специальным впрыскивающим отверстиям диаметром 1,5 — 2,0 мм, расположенным на лемехе, и смачивала рабочую поверхность отвала. Чтобы отверстия не забивались почвой, их просверлили под острым углом к поверхности лемеха.

Во Франции сейчас уже применяют на небольших участках плуги с водной смазкой. Вода впрыскивается на поверхность отвала через отверстия, просверленные в болтах, крепящих лемех и отвал к стойке корпуса. Расход воды можно регулировать сменой болтов с различными диаметрами отверстий.

В этом случае движение почвенного пласта по поверхности отвала напоминает скольжение коньков по зеркальному льду. Под давлением коньков лед тает и образует между трущимися поверхностями водяную пленку. Она-то и играет роль смазки, и поэтому коньки легко скользят по поверхности льда.

В нашем случае зеркально-гладкая поверхность отвала — лед, а слой воды — водяная пленка. Эффективность любой смазки зависит от толщины ее слоя. Слишком толстая пленка воды не облегчает, а, наоборот, затрудняет скольжение. Поэтому конструкторы стремятся получить оптимальную толщину водяной смазки, но практически это выполнить не так просто.

В нашей стране в конце 50-х годов было испытано устройство для создания аэродинамической смазки силой выхлопных газов, а позднее с помощью компрессора.

Для этого сжатый воздух, нагнетаемый компрессором, проталкивался в узкую щель между поверхностью отвала и пластом почвы. Образовавшаяся воздушная прослойка удерживает пласт от соприкосновения с поверхностью отвала. Трение пласта по отвалу исключается, а имеет место скольжение слоев воздуха относительно друг друга. Поэтому сила сопротивления на перемещение плуга снижается на 20 — 25% по сравнению с работой без воздушной подушки.

Возникает вопрос: выгоднее ли снижать тяговое сопротивление перемещению плуга созданием воздушной смазки, иначе говоря, заменой механического трения пласта об отвал трением воздушных слоев? Что же, вопрос закономерный. Было бы все хорошо, если бы не одно «но» . Экономя энергию на снижение тягового сопротивления на перемещение плуга, мы проигрываем на дополнительном расходе энергии для привода компрессора.

Кроме того, почва не образует всегда слитного, сплошного пласта. Она крошится, и поданный под давлением воздух выходит наружу.

Обнадеживает ученых применение так называемой электросмазки. Она основана на явлении электроосмоса почвы, открытого еще в 1807 г. русским ученым Ф.Ф. Рейсом. Он установил, что если приложить к почвенному слою электрическое поле, то начнется движение капиллярной воды в почве к отрицательному электроду под действием электрического тока.

Это явление использовал в 1931 г. С. И. Долгов для снижения тягового сопротивления плуга. Приложив к изолированному от рамы плуга корпусу отрицательный полюс электрической цепи, а положительный опустив в почву, С. И. Долгов вызвал явление электроосмоса. Влага, поднимаясь к поверхности отвала, создавала жидкостную прослойку между почвой и отвалом. Тяговое сопротивление при этом снижалось на 8 — 10%.

Однако явление электроосмоса действовало эффективно только при малых скоростях движения, не выше 0,5 м/сек: с увеличением скорости капиллярная вода не успевала перемещаться к сопряженным поверхностям (почва — отвал).

В послевоенное время скорость вспашки с «электросмазкой» довели до 1,26 м/сек. При этом тяговое сопротивление снизилось на 10 — 15%. Такой способ найдет применение в почвообрабатывающих агрегатах, работающих на малых рабочих скоростях.

В нашей стране в конце 30-х годов для борьбы с залипанием стали применять вибрацию рабочих органов. Например, при работе плуга корпуса совершают колебания с малой амплитудой, но с большой частотой. Движущийся по поверхности отвала пласт получает множество импульсов-воздействий непосредственно по поверхности контакта почвы с корпусом плуга. Пласт находится как бы во взвешенном состоянии, давление его на корпус снижается, а следовательно, уменьшается и сила трения. С другой стороны, вследствие меньшего времени контакта почвы с корпусом плуга происходит залипаемость рабочих органов плуга.

Для борьбы с залипаемостью начинают применять покрытие рабочих органов почвообрабатывающих машин специальным материалом, обладающим тем свойством, что в процессе работы происходит как бы истирание его, т. е. непрерывный снос почвой его поверхностных частиц. Такой материал должен обладать поистине волшебными свойствами: во-первых, связь между поверхностными частицами нанесенного материала и его внутренними слоями должна быть меньше касательных сил трения и прилипания, развиваемых в области контакта, а, во-вторых, материал, нанесенный на поверхность рабочих органов, мог бы отделяться с помощью поверхностных частиц, иначе служить такой материал будет недолго и прием окажется малоэффективным.

Только с развитием химии появилась надежда практического применения этого метода борьбы за экономию энергии.

В СССР применяют фторопласт 3 или 4, в США — тефлон, в Англии — флюон, в Италии — алгофон, во Франции — сорофлок, в Чехословакии — тефлокс, в ФРГ — костофлон.

Эти материалы, напыленные на поверхность отвала, обладают чудесными свойствами — отталкивать от себя почву при любой ее влажности. Например, применение на плуге группы фторопластовых пластмасс и полиэтилена высокого давления снижает тяговое сопротивление на 20%, а иногда на 35%.

Но ахиллесова пята этих чудесных материалов — их низкая износостойкость и пока еще высокая стоимость. Наиболее перспективным направлением для снижения тягового сопротивления плуга являются поиски путей замены трения скольжения почвы по отвалу на трение качения.

В конце 40-х годов американский исследователь Куммер заменил обычный отвал бесконечным прорезиненным ремнем. По мысли автора, за счет трения почвы о поверхность этого ременного отвала ремень начнет вращаться и снижать сопротивление пахоты. Однако надежды изобретателя не оправдались, ремень не вращался. Ему пришлось принудительно через механический привод вращать ремень. Тяговое сопротивление такого плуга снизилось, но из-за ненадежности это устройство широкого распространения не получило.

Позднее венгерский изобретатель Иштван Сабо сконструировал специальный плуг, у которого часть отвала была отрезана и заменена вращающимися резиновыми пневматическими роликами. Такой же ролик установили вместо снятой полевой доски. Этот плуг проходил испытание в нашей стране. Тяговое сопротивление его было на 17% ниже обычного плуга.

Другим направлением снижения тягового сопротивления плуга являются поиски поддержания постоянной остроты лезвия лемеха.

В дальнейшем, возможно, лемех будет иметь волнистую линию лезвия. Зубцы — выступы этих лемехов — тоньше самого лемеха и не требуют заточки. Они служат до полного износа зубьев.

Источник