Разработка технологического процесса предпосевной обработки озимого рапса с модернизацией прикатывающего устройства культиватора КПС-4

Дипломный проект

Раздел 3
МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРИКАТЫВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО АГРЕГАТА


Изучение различных типов катков установило, что лучшее качество уплотнения обеспечивает каток с рабочими органами в виде колец диаметром 550 мм с овальным (каплевидным) сечением обода шириной 25...27 мм и расстановкой их по оси через 80... 100 мм. Наиболее уплотненный слой грунта при проходе кольчатого катка - на глубине 60...100 мм; спирального диаметром 460 мм, шириной прутка 30 и шагом 95 мм - на глубине 50...100 мм при удельной вертикальной нагрузке 0,8...2,2 кН/м.
Для условий лесостепи наиболее рационально использовать планчатые катки. Диаметр такого катка находится в пределах 230...380, толщина прутка 8...16, расстояние между прутками 60...120 мм, Количество их по окружности катка 6...12 . После прохода культиватора или пружинной бороны, оборудованной секциями планчатых катков, почва имеет мелкозерноватую структуру и плотность 1'1...1 ' 2 т/м3.
Фронтально установленные планки по спирали в составе катка в основном уплотняют подповерхностный слой грунта на глубине 50...100 мм, однако недостаточно выравнивают поверхность поля. Кроме того, планчатые катки вследствие жесткого крепления прутков забиваются растительными остатками и почвой при его повышенной влажности. Это ограничивает применение на таких полях комбинированных агрегатов, качественная работа которых достигается при влажности 18...22%.
Уплотнение должно быть завершающим этапом предпосевной обработки почвы, поскольку сминает почву до необходимой плотности. Сжатие грунта вызывает в нем внутренние напряжения сопротивления преодоления которых приводит к его деформации. При этом конечные деформации образуют эффект уплотнения.










3.2. Расчет прикатывающего устройства культиватора КПС-4.

Исходя из агротехнических требований каток должен обеспечить сплошное уплотнение почвенной среды с обеспечением условия (3.1). Так, как известно [11], что уплотнение-это процесс обратный к рыхлению. В результате уплотнения уменьшается общая пористость почвенной среды, и растет капиллярная пористость.
Соответственно [12], регулируя степень уплотнения, можно значительно ослабить диффузионное испарение влаги за счет снижения количества крупных некапиллярных пор. Самым надежным средством снижения внутренне почвенного испарения является уплотнение почвы до некоторой границы, которая экспериментально устанавливается для каждого отдельного типа почвы.
Используя уравнение (3.1) установим пределы варьирования результирующей силы давления катка на грунт P.
Таблица 3.5. Расчет границ вариации результирующей силы Р.
Параметр обозначения размер расчетная формула предела
Вес катка G H-800 ... 3000
Линейная скорость υ м/с - 0,93...3,31
Коэффициент сопротивления перекатывания f - - 0,92...0,98
Ширина планки котка b м - 0,01...0,05
Угол закручивания планки α град-0...30
Ширина катка lk м-2
Вес одной планки мпл Н-100 ... 200
Радиус катка RКТ м - 0,15...0,3
Длина планки lп м
2...31
Площадь контакта с грунтом S м2
0,02...0,115
Результирующая сила P Н
700...3000


Как видно из таблицы пределов варьирования результирующей силы Р=803 ... 2480 Н, учитывая [12]:

(3.1)

и установив ограничения на минимально необходимую плотность почвы необходимо установить рациональный шаг планок.
Согласно исследованиям [10] для того, чтобы происходило уплотнение, необходимое для закрытия влаги, необходимо обеспечить давление:

σ>σmin=0,05 МПа, (3.2)

соблюдая при этом условия (3.2).
Для упрощения расчетов примем количество планок катка равной 9-ти, соответственно изменение шага планок будет влиять на диаметр d катка.
Проведя расчет влияния технологических параметров котка (диаметра d, мм, и результирующей силы Р, Н) на нормальную силу (давление) получим аналитические зависимости, которые можно отразить графически (рис.3.14).

Рис. 3.14. Влияние диаметра катка d и результирующей силы Р (меняется от 700Н до 3000Н) на давление на поверхность поля

Из графической зависимости (рис3.14) очевидно, что с учетом сохранения почвенной среды неприемлемыми являются значения результирующей силы в диапазоне от 2600Н и выше, значение для сил 2500 Н и 2400 Н выразим в эмпирическом виде (табл.3.6) полиномом 2-й степени, в виде:

: (3.3)

и найдем диапазоны допустимых диаметров.


Таблица 3.6. Определение допустимого диапазона диаметров котка
Значение результирующей силы Р, н значение коэффициента а значение коэффициента
b Значение коэффициента c Коэффициент детерминации
R2 диапазон диаметров катка, d, мм
2500
-0,0649 87,370 0,98 300...500
2400
-0,0624 83,896 0,98 220...500

Значение результирующей силы Р 2480Н соответствуют первому уравнению условия (3.1) для всех расчетных диаметров котка.
Расчет внутреннего напряжения для максимально возможной силы (рис.3.15) позволяет сделать вывод о том, что один каток не обеспечивает уплотнения для насінємісного слоя, то есть не соблюдается условие (2.23).

Рис. 3.15. Влияние диаметра катка на внутренние напряжения насіневмісного слоя почвы при максимальной результирующей силе (Р=3000Н)

Но так, как процесс взаимодействия планки с почвой формирует постоянное напряжение в почвенном среде, которое со временем не уменьшается (то есть процесс уплотнения соответствует стадии затухающей ползучести), то для получения необходимого напряжения возможно использование пары или больше катков (рис.3.16).




Рис. 3.16. Влияние диаметра катка d и результирующей силы Р (меняется от 700Н до 2500Н) на значение внутренних напряжений в насінємісному слоя почвенной среды


Из анализа зависимостей приведенных на графике рис.3.16. происходит, что результирующие силы в диапазоне 2200...2500Н обеспечивает условие (3.1). Результирующие силы в диапазоне 1500н и ниже не обеспечивают (3.1) ни при одном из диаметров. Значения сил в промежутке между 1500Н и 2200в промежутке между 1500Н и 2200Н выразим в эмпирическом виде (табл.3.8) полиномом 2-й степени и найдем диапазоны допустимых диаметров.






Таблица 3.8. Определение допустимого диапазона диаметров котка

Значение результирующей силы Р, н значение коэффициента а значение коэффициента
b Значение коэффициента c Коэффициент детерминации
R2 диапазон диаметров катка, d, мм
1600
-0,1545 74,747 0,99 200
1700
-0,1643 79,453 0,99 235...200
1800
-0,1738 84,086 0,99 270...200
1900
-0,1832 88,720 0,99 310...200
2000
-0,1929 93,406 0,99 370...200
2100
-0,2027 98,099 0,99 450...200

Таким образом, возможным является установление допустимых диаметров котка по диапазону результирующих сил от 1600Н до 2500Н при этом вес катка должен колебаться в пределах 1594...2494Н (табл. 3.9).

Таблица 3.9. Значения допустимых диаметров и результирующих сил
Результирующая сила, Н диапазон диаметров, мм
1600 200
1700 200...235
1800 200...270
1900 200...310
2000 200...370
2100 200...450
2200 200...500
2300 200...500
2400 220...500
2500 300...500

Так, как плотности меньше 1150 кг/м3, нежелательны с точки зрения удержания почвенной влаги, то значение =900 кг/м3 является минимальным значением плотности почвы до прикатывания.
В случае начальной плотности =1000 кг/м3 значение плотности ρ будет колебаться в пределах 1250...1300 кг/м3 в поверхностном слое почвы и 1200...1250кг/м3 в семенном. Таким образом значение =1000 кг/м3 является максимальным показателем плотности перед прикатыванием, так как значение >1000 кг/м3 приведут к переуплотнения поверхностного слоя почвенной среды.
Таким образом параметры катка представлении в табл.3.9. обеспечивают необходимую плотность почвы в случае начальной плотности =900 ... 1000кг / м3.
Дальнейшие конструкционные и технологические параметры (вес катка G, шаг планок l, ширину планки b, конструкционный диаметр катка Dк, угол закручивания планки α, ширину катка Вк) определяем по данным таблицы 3.5. Так максимальная рабочая скорость катка составляет υ=12,47 км/ч с учетом сплошность обработки; вес катка составляет 2494Н; угол закручивания планки α=230...250; ширину планки котка b примем равной 15мм исходя из агротехнических требований; шаг между планками составит – 140мм, а сплошность обработки будет обеспечиваться при ширине катка больше 314мм; количество планок – 9; диаметр катка – 400 мм; каток изготавливаем двух рядным.