3.3. Обґрунтування кінематичного показника якості виконання технологічного процесу

Для обґрунтування кінематичного показника якості необхідно визначити фактори, які будуть впливати на роботу ґрунтообробного робочого органу з можливістю обмеженого повертання культиваторної лапи в горизонтальній площині.

Для запропонованого робочого органу показником якісного виконання технологічного процесу є звільнення культиваторної лапи від рослин та ґрунту, а енергетичним показником - його тяговий опір. Аналіз існуючих реологічних моделей показав, що більшість використаних у землеробній механіці реологічних моделей фунту не пояснюють фундаментальної агротехнічної властивості - зміни його об'ємної маси при дії на них активної культиваторної лапи з можливістю її повертання в горизонтальній площині. Умови роботи прийняті сукупним фактором, що впливає на виконання технологічного процесу. Він пов'язаний з властивостями середовища, а саме: ґрунту; рослинних решток та рослин, що на ньому ростуть. Тому для розв'язання поставлених задач у цій роботі змінні показники, що характеризують властивості ґрунту, означені як коефіцієнти математичної моделі: питомий тиск на різальну лапу с та коефіцієнт тертя між ґрунтом та лезом лапи ґ. Повний опір ґрунту діє в напрямку нормалі до різальної площини робочого органу. Його характеристикою є питомий тиск () ґрунту. Крім питомого тиску ґрунту, будемо враховувати силу тертя, що діє на лапу в напрямках, дотичних до різальної площини. її характеристикою є коефіцієнт тертя ковзання ().

Повертання лапи відбувається під дією відповідних моментів сили тертя з ґрунтом та тиску (рис. 3.3), який є добутком її складової в напрямку дії сили тягового опору, з відстанню до точки С прикладання повної сили опору, що діє на робочу площину лапи в напрямку загальної нормалі X.

Рис. 3.3. Модель взаємодії активної культиваторної лапи з ґрунтом:

а) схема сил без повертання лапи (рівновага сил, що діють на праве та ліве крило лапи); б) повертання лапи в горизонтальній площині:

Fі_хі - сили, що діють на праве та ліве лезо, 2а - кут роствору лапи,

 - кут повертання лапи, АС - відстань між віссю повертання та носком лапи, S- центр опору лапи, V_т-швидкість та напрямок руху лапи.

Рівняння повертання лапи записується відносно точки початку системи координат С (рис. 3.4), яка рухається поступально зі сталою швидкістю машини . Ця система є інерційною, тому диференціальне рівняння повертання лапи можна записати в такому вигляді:

(3.4)

де - момент інерції лапи, приведений до точкиС, що повертається;

- кутове прискорення повертання лапи відносно рами;

, - моменти сил тиску ґрунту, що діють на праву та ліву частини лапи відносно осі що знаходиться в точціС;

- моменти сил тертя між лапою та ґрунтом.

Рис. 3.4. Розподіл сил, що діють на праву частину лапи

Згідно з уведеним спрощенням, повертання лапи здійснюється за рахунок моменту, що створюється складовою сили тиску та діє в напрямку сили тяги, тобто приймаємо:

(3.5)

де - проекції на осі х, у; радіус-векторів з початками в точці С та закінченнями в точках ,що знаходяться в центрах смужок елементарних призм ґрунту, які розміщуються на робочих поверхнях правої та лівої частин лап;

- проекції сил повного тиску що прикладені в напрямках нормалей до робочих площин у центрах елементарних смужок.

Для визначення задаються координати центрів елементарних смужок у системі координат якими є координати тобто:

(3.6)

. (3.7)

Під час повертання лапи на кожну з елементарних смужок тиск ґрунту може діяти періодично. Можливі випадки, коли тиск діє на обидві частини лапи. Усі ці випадки схематично показані на рис. 3.5 за умови , яка, звичайно, виконується. Сумарні значення проекцій сили тиску на напрямок вісі х_н утворюють складову необхідної сили тяги, що викликається дією тиску ґрунту. Для обох частин лапи вона дорівнює:

, (3.8)

На робочі площини лапи діє також сила тяжіння. її проекція для правої частини лапи на осі є такою:

(3.9)

де Н - глибина ходу лапи, м;

р_гр - щільність ґрунту, кг/м³.

Сумарні значення проекцій сил тертя на напрямок осі х_н утворюють складову необхідної сили тяги, яка викликана дією сил тертя ґрунту. Для обох частин лапи вона дорівнює:

(3.10)

, (3.11)

,

.

Рис. 3.5. Можливі випадки дії ґрунту на окремі частини лапи:

- тиск діє на обидві частини лапи;

- тиск діє тільки на праву частину лапи;

- тиск діє тільки на ліву частину лапи