0. Гидропривод фрезерных и шнековых рабочих органов

Для рыхления и перемещения почвы при обработке в сельскохозяйственных машинах находят применение шнековые (фрезерные) рабочие органы, при помощи которых поверхностный слой почвы рыхлится, перемещается. Шнеки также способствуют подаче клубненосного пласта с лемехов не сепарирующие и очистительные рабочие органы. Для выравнивания слоя почвы на поверхности применяют многозаходные шнеки или дисковые рыхлители. Учитывая пространственное расположение шнеков и рыхлителей, необходимо регулировать их скорости в зависимости от условий работы. В таких случаях целесообразно использовать в конструкциях гидропривод.

Масса почвенного пласта, перемещаемая шнеком, имеет неустановившийся характер вследствие разнообразных физико-механических и технологических свойств почвы.

При взаимодействия поверхности шнека или рыхлителя с материальной средой под воздействием винтовой, наклонной поверхности совершается сложное движение: почва за счет сил трения перемещается и поднимается вдоль оси шнека или рыхлителя. При установившемся движении на шнек или рыхлитель будет действовать равнодействующая сила;

где - вектор силы нормального давления среды; φ₁ – угол трения боковой поверхности рабочего органа на почве; - вектор абсолютной скорости; φ₂ – угол трения ребра рабочего органа по удерживающей поверхности; - сила реакции поверхности.

Для выполнения технологического процесса момент на валу рыхлителя M=FR ( здесь R – максимальное значение радиуса шнека). Сила нормального давления N=mg sin α, поэтому;

,

где m – масса перемещаемой почвы, клубней и др.материалов; ω – частота вращения рыхлителя; α – угол подъема винтовой линии наружного диаметра; β – угол между векторами окружной υ_r и абсолютной υ скоростей; 2ε – центральный угол.

Масса, поступающая на рыхлитель материала, зависит от конструктивных и технологических параметров рабочего органа и физико-механических свойств самого материала;

m = Q_c t,

где Q_c - секундная подача; t – время между прохождением двух соседних лопаток.

Подачу подсчитывают по формуле;

Q_c = s k l ω ρ c,

где s – площадь сегмента рыхлителя, погруженного в материал; k – число дисков рыхлителя (заходов шнека); ρ – плотность среды; c – коэффициент, зависящий от глубины установки шнека; l – рабочая длина рыхлителя.

Площадь сегмента, погруженного в материал;

После подстановки и преобразований уравнение момента на валу рыхлителя примет вид;

Выражение - показатель кинематического режима работы рыхлителя. Для обеспечения работы шнека или рыхлителя момент на валу гидромотора, установленного на привод рабочего органа,

Известно, что момент на валу гидромотора зависит от перепада давления ∆ρ, объемной постоянной гидромотора q₀ и гидромеханического коэффициента КПД полезного действия η_{гм ;}

М_г=0,159∆ρq₀ η_гм,

где ∆ρ=ρ_н – ρ_с; ρ_н и ρ_с – давления нагнетания и слива.

Таким образом, для дальнейшего исследования получаем уравнение;

В качестве примера рассмотрим рабочий орган – дисковой рыхлитель-выравниватель почвы, установленный над лемехом картофелеуборочной машины. Для значений tg φ₁ = 0.4; tg φ₂ = 0,5 ( поверхности трения – почва, клубни, ботва, шнек), диаметра вала шнека d= 0,2 м, высоты рабочей части диска h≤0,2 м и рабочей длины l=1 м решаем уравнением относительно составляющих β, α при различных показателях кинематического режима работы λ с целью получения взаимосвязи конструкционных и технологических параметров рыхлителя.

По результатам теоретических исследований построена номограмма, при помощи которой можно определить взаимосвязь конструкционных и эксплуатационных параметров рыхлителя почвы и гидропривода. При конструировании шнековых или дисковых рыхлителей определяющими параметрами являются диаметр диска D, угол установки диска ( или подъема винтовой линии) α, число витков шнека или дисков k на единице рабочей длины. Ранее проводимые исследования показали необходимость ограничивать для картофелеуборочных машин внутренний и наружный диаметры рыхлителя (d≥200 мм, D≤400 мм). Аналитическое определение конкретных значений нагрузки и момента на привод позволяет установить режим работы гидромотора и параметры регулирующих и распределительных устройств.

Момент на валу зависит от объемной постоянной гидромотора q₀, перепад давления ∆ρ, которые для конкретных типоразмеров гидромоторов устанавливают на нисходящей ветви кривой КПД η_гм, и поступательной скорости агрегата, т.е. показателя кинематического режима работы λ. Например, при проектировании или эксплуатации рыхлителя с наружным диаметром D=300 мм, внутренним d=200 мм, диски которого установлены под углом α=35⁰, для показателя кинематического режима работы λ= 1,2, определяющего качество рыхления или перемещения, необходимый для среднеоборотного планетарного гидромотора серии МГП расход жидкости составит q=340 см³/с при перепаде давления ∆ρ= 5 МПа.

Проведение полевых испытаний дискового рыхлителя-выравнивателя почвы и тензометрирования параметров давлений нагнетания р_ш, тягового сопротивления R, частоты вращения п при изменяющихся параметрах глубины агрегата позволили получить данные, которые полностью подтверждают результаты аналитического исследования.

В процессе работы гидропривода при неустановившемся значении нагрузки возникают пики давления р_max и p_min расхода жидкости. Повышение давления возникает также вследствие работы распределителей и клапанов.

Степень неравномерности давления в трубопроводах;

δ=( р_max - p_min)/ р_ср,

где р_ср – среднее значение давления.

С целью снижения неравномерности давления в гидравлических линиях применяют пневмогидравлические аккумуляторы. Объем газа в аккумуляторе V₀ для снижения пиковых значений давления при гидроударах;

,

где ∆V – изменение объема жидкости при гидроударе; k=1,4 – показатель адиабаты.

Максимальное давление при гидравлическом ударе определяют из условия, что кинетическая энергия Э жидкости массой m_ж должна соответствовать работе А аккумулятора, т.е.

Э= .