4. Розрахункова схема

Одна з різновидів кінематичної схеми ‑ розрахункова схема, на якому вказуються місця доповнення і характер навантажень на елементи виробу, наприклад, у виді векторів сил навантаження і реакцій. При рішенні задач із використанням розрахункових схем останні виконується як правило в масштабі.

У вигляді приклада роздивимося схему приєднання жнивної частини до комбайну (рис. 20).

Рис. 20. Схема приєднання жнивної частини до комбайна:

І - жнивна частина, 2 - копіюючий башмаки,

З - центральний кульової шарнір; 4 - гідроциліндр;

5 - блок пружин; 6 - похила камера; 7 - важіль;

8 - опорний кронштейн; 9 - підвіски

Жнивна частина 1 (див. рис. 20) у вітчизняних самохідних комбайнах приєднується до молотарки за допомогою похилої камери 6, що своєю верхньою частиною шарнірно з'єднується з молотаркою, а нижньої - через підвіски 9 і центральний кульковий шарнір 3 із платформою жатки. На боковинах похилої камери встановлені справа і зліва два блоки пружин 5, що врівноважують значну частину ваги жатки з тим, щоб зусилля, що діє на копіюючі башмаки 2, не перевищувало 400 Н. Такий засіб кріплення дозволяють жатці копіювати рельєф поля в повздовжньому і поперечному напрямках.

Підйом жатки здійснюється за допомогою двох гідроциліндрів 4. При подачі мастила в гідроциліндри штоки їх починають висуватися і похила камера починає повертатися навколо вала, підшипники якого закріплені на молотарці. Коли при цьому опорний кронштейн 8 торкнеться важеля 7, платформа жатки почне підніматися разом із похилою камерою як одне ціле. Опускається жатка під дією власної ваги.

Силу натягу пружин знаходять з умов рівноваги чотирьох-ланкового механізму АВСД. Якщо продовжити лінії ланок АВ і СД до перетинання, одержимо точку 0 як миттєвий центр обертання, щодо якого напишемо суму моментів усіх сил, що діють на систему:

,

де - сила ваги частини копіюючої жатки кН, N - реакція ґрунт на башмаки, кН; - сила тертя башмаків до ґрунт, кН, ; - коефіцієнт тертя башмаків до поверхні поля; - сила натягу пружин,

По зусиллю вибирають параметри пружин і їх кількість.

5. Геометрична модель

Нерідко в сільгоспмашинобудуванні користуються схемами, що зображують робочий процес, виконуваний робочим органом у виді геометричної фігури. Дуже широко використовується геометрична модель у виді взаємодії двогранного клина із суцільним середовищем, а також тіл і часток оброблюваного матеріалу у виді сфери, циліндра й інших геометричних фігур.

У своїх працях академік В. П. Горячкін рекомендує для простоти аналізу технологічного процесу взаємодії пасивних ґрунтообробних робочих органів з заміною їх найпростішими геометричними моделями у виді двогранних клинів. Такий прийом дозволяє конструктору одержати необхідну інформації для вибору і розробки конструкції задуманого ґрунтообробного робочого органа. Тому на прикладі клина роздивимося можливості використання геометричних моделей.

На рис. 21 показаний характер роботи клина з ґрунтовим прошарком, вивчення якої дозволило змоделювати процес руйнування ґрунт клином.

Рис. 21. Схема деформації шару ґрунт двогранним клином

Процес механічного руйнування ґрунт під дією клина складається з чотирьох послідовних стадій. Перша - початкове пластичне зминання ґрунт в деякому обсязі шару (рис. 21,а). Зминання супроводжується ущільненням і зростанням опору ґрунт. Повітря, що знаходиться в капілярах і проміжках між комочками, переходить у затиснений стан.

Друга стадія - подальший стиск ґрунт і затисненого в ній повітря, накопичення в останньому потенціальної енергії через збільшення сили стиску. Як в перший, так і в другій стадії частки ґрунт разом із затисненим повітрям переміщаються в напрямку, перпендикулярному до робочої поверхні клина, відхиляючись від нього на кут тертя ґрунт до клину (рис. 21,б; 24).

Третя стадія - стиск ґрунт до граничного стану, обумовленого її міцністю. При цьому наступає момент сколювання ґрунт і сколений шар зрушується по деякій площині, паралельно направлений переміщенню часток при стисканні (рис. 21, в).

Четверта стадія – розширення защемленого в період перших двох стадій повітря і перехід його потенціальної енергії в роботу руйнування зв’язків між камками і частинками ґрунт, тобто кришення шару ґрунт на більш чи менш малі частини.

При подальшому прямуванні клина процес повторюється в такому ж порядку. Природно, що різкого розмежування окремі стадії не мають: одна стадія поступово переходить в іншу, але неодмінно у викладеній послідовності.

Слід зазначити, що при руйнування ґрунт використовується принципова особливість клина, заснована на тому, що, прикладаючи порівняно невеличку рушійну силу Т, можна розвивати велику нормальну силу тиску клина на шар, що призводить до зминання, а потім і до сколювання його елементів. Як очевидно із силового трикутника (рис. 21, г), рівна за розміром, але протилежна по напрямку сила реакції шару ( - кут нахилу робочої поверхні грані клина до напрямку прямування клина). Неважко підрахувати, що при =15º, .

Характер деформації в значній мірі залежить від механічного складу, стану ґрунт, тобто від ступеня її вологості, задернистості і неоднорідності. Так, ґрунти середні по своїх механічних властивостях і вологості, сколюються під деяким кутом до напрямку прямування клина, створюючи брили трапецеїдальної форми (рис. 22, а). При меншій глибині ходу клина в ґрунті шар розпадається на більш дрібні шматки аналогічної форми (рис. 22, б).

Рис. 22. Схеми сколювання ґрунт клином

Легкі ґрунти з великим вмістом піску під дією клина, якщо кут підйому до того ж значний, розпадаються на окремі зерна і вивантажується перед клином (рис. 23, а). Сухі важкі ґрунти з великим відсотковим вмістом мулкуватих глинистих часток розколюються на брили неправильної форми, а дно борозни утворюється нерівним і поритим (рис. 23, б). Задернені в’язкі і вологі ґрунти відстають під дією клина у виді суцільної стрічки, що загинається на робочу поверхню клина (рис. 23,в).

Рис. 23. Схеми роботи клина з різноманітними ґрунтами

Слід відмітити, що всі приведені характеристики роботи двогранного клина отримані за допомогою численних експериментів різноманітними дослідниками в польових і лабораторних умовах і узагальнені в науковій навчальній літературі.

Двогранний клин дозволяє зробити й аналітичний аналіз взаємодії поверхні клина з ґрунтом за умови лінійного переміщення часток ґрунт Припустимо, наприклад, що клин АВС (рис. 24) із кутом підйому під дією деякої сили переміщається і займає положення А'В'С'.

Рис. 24. Сила яка діє на частини ґрунт при стисканні

шару клином.

При переміщенні клина на частку К на ґрунт діє сила нормального тиску клина в точці Е і сила тертя .

Для забезпечення ковзання частки по робочій поверхні клина при прямуванні його в певному середовищі, (наприклад, у ґрунті) необхідно, щоб реактивна сила зминання середовища клином проходила поза кутом тертя, тобто кут повинен бути більше кута тертя : ; . Коефіцієнт тертя ковзання ґрунт по металу може досягати , а на важких ґрунтах , тобто .

При переході клина в положення АВС у положення А'В'С' частка К стисненого клином ґрунт, залишаючись увесь час на робочій грані клина, перейде в положення по напрямку дії вектора сили і точка Е, тобто точка дотику робочої поверхні клина з часткою К ґрунт, виявиться в положенні Е' по напрямку прямування клина. Таким чином, клин, а отже, і точка робочої поверхні клина Е пройдуть шлях , а частка К ґрунт за той же час, ковзаючись по робочій поверхні клина, пройде шлях Е'К'= . При цьому , тобто є умова забезпечення лінійної деформації ґрунт і, отже, його руйнування.

Таким чином, розглянувши і проаналізувавши роботу двогранного клина як основну геометричну модель багатьох ґрунтообробних робочих органів, конструктор може приступати до розробки необхідних йому конструкцій робочих органів; наприклад корпусів плуга (вибір кутів постановки лемеша до дна і стінки борозни, нахилу утворюючої поверхні відвала до стінки борозни, визначення довжини польової дошки й ін.), до вибору основних кутів культиваторних лап і сошників, а також до визначення мінімальної припустимої відстані між корпусами на плузі в повздовжньому напрямку, умов необхідного розташування культиваторних лап і сошників на рамах культиваторів і сівалок. Вибір основних параметрів і проектування цих робочих органів студенти вивчають з курсу «Проектування і САПР машин для обробки с/г культур».