Анализ других конструктивных схем ротационных режущих аппаратов

 

Конструкции режущих аппаратов позволяют разделить их на два основных типа. Первый тип имеет роторы, выполненные в виде вертикальных консольных валов с закреплёнными внизу несущими элементами с ножами. Несущим элементом является диск, вращающийся в горизонтальной плоскости. Привод роторов осуществляется сверху, что обуславливает верхнее расположение несущей рамы, под которой проходят срезанные растения.

Во втором типе аппаратов применяются роторы с нижним приводом. В этих аппаратах роторы с ножами смонтированы сверху плоской коробчатой рамы, внутри которой размещён привод роторов. Скошенная масса проходит над несущей рамой.

При нижнем приводе аппаратов трава укладывается в прокос, а при верхнем – формируется в валки.

Недостатком косилок с верхним приводом является большая металлоёмкость на 1м захвата. Формируемый валок, после скашивания, плохо продувается следовательно трава долго сохнет.

В связи с этим ротационные аппараты с нижним приводом в последние годы получили более широкое применение.

Фирма Звегерс (Нидерланды) создала образец ротационной косилки с комбинированным приводом, крайние роторы приводятся сверху, а два средних - снизу. Благодаря такой компоновке привода получена жесткая рама, что повышает надежность работы косилки. Пока это единственная конструкция косилки с комбинированным приводом.

 

Физико-механические свойства стеблей трав

 

Лучшими являются такие сроки кошения, которые позволяют получить сено с высоким содержанием протеина и каротина: для злаковых трав – это период колошения (до начала цветения), для бобовых – период бутонизации, естественных трав – период начала цветения. Заканчивать кошение трав следует до окончания периода полного цветения.

При очень низком срезе трав снижается их способность к воспроизводству, при высоком – теряется значительная часть урожая. В лесолуговой зоне высота среза естественных сенокосов 5-6 см. Высота среза сеяных трав 8…10 см.

Высота трав в среднем составляет 40…80 см. Урожайность трав в зависимости от зоны 0,5…3т/га. Среднее число стеблей на 1м² составляет для трав – 1000…10000.

 

Таблица 1.2

Характеристика травостоя

Культура	Диаметр стеблей в плоскости среза мм	Высота стеблей см	Густота травостоя Шт. на 1м2	Влажность %
Клевер (фаза цветения) Костер безостый (фаза кошения) Овсяница луговая (фаза кошения) Люцерна (фаза Цветения) Тимофеевка (фаза Колошения)	4-5 3-4   1,5-2,5   4-5   3-4	30-40 40-50   25-35   35-40   50-60	2500 2500   2500   1100   1100	82,2 74,1   66,1   75,3   72,7

 

Жесткость стеблей EI = 49…646 H*см²

Работа затрачиваемая на срезание стеблей с площади 1м², по данным академика Н.А.Карненко, составляет для зерновых 98-196 Дж/м², для трав- 196…294Дж/ м². Работа, необходимая для срезания одного стебля, составляет 2,26 Дж/ с.

 

Ротационный режущий аппарат

Основной задачей при расчёте ротационных косилок является определение минимальной скорости, необходимой для пере резания растительного материала. Если исходишь из прочности стебля и массы, которая вовлекается в деформацию ударом ножа, то при срезании единичного прямостоящего стебля минимальная скорость резания Vр выражается формулой:

                                                            (1.1)

где: k_c – разрушающее напряжение среза;

k_c = (2…3)*10⁴кПа;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

E – модуль упругости,

Е=1,1*10⁷кПа;

-плотность материала стебля.

При данных значениях минимальная скорость резания будет равна:

При беспоткорном срезе, кроме энергии, расходуемой непосредственно на разрушение материала стебля, энергия расходуется на его изгиб, трение стерни о нижнюю поверхность диска и на отбрасывание срезанной части растений, поэтому энергоёмкость ротационных косилок больше, чем косилок с возвратно-поступательным движением ножа.

Написанные выражения минимальной скорости верны лишь для случая пере резания единичного стебля, а при срезании сплошной массы травостоя, при работе косилки в поле требуется введение поправочных коэффициентов.

Движение лезвия в этих условиях описывается следующим дифференциальным уравнением:

                  

где: I-момент инерции подвижных частей установки; м⁴;

- угол поворота лезвия в тормозном режиме; град;

M- момент сопротивления травостоя срезу; м⁴.

(1.2)

где:  - удельная сила резания (Н);

- участок лезвия, мм

- расстояние по радиусу от оси вращения до участка , мм.

Cила перерезания одного стержня не зависит от густоты стеблестоя.

Зависимость  выражается формулой

 (1.3)

где: а,b и с – коэффициенты, характеризующие физико-механические свойства материала и геометрию лезвия. (табл. 1.3)

 

Таблица 1.3. Значения коэффициентов

Культура	a	b	c
Клевер Костер Тимофеевка Люцерна	0,08 0,178 0,100 0,096	1,40 3,50 2,40 2,43	1,71 1,60 1,10 1,39

 

Зависимость удельной силы резания Р_с от скорости V_p показана на графике.

 

Рис. 1.1 Зависимость удельной силы резания Р_с в функции от скорости V_p

1-костер; 2-тимофеевка; 3-люцерна; 4-клевер.

Густота травостоя 1000 шт на 1м²

При затуплении лезвия до 100-120 мкм удельная сила резания увеличивается в среднем на 12-18%.

 

Оценка качества среза

 

За оценку качества среза можно принять отношение высоты стерни к высоте среза:

где: Н_ст- высота стерни, мм.

h_ср- высота среза, мм.

Эта величина всегда больше единицы и является коэффициентом увеличения высоты среза. Результаты экспериментов для некоторых трав представлены в виде зависимости  от скорости V_p

 

Рис. 1.2. Зависимость  от скорости резания

1-клевер; 2-костер; 3-овсяница луговая;

 

С увеличением скорости резания коэффициент  уменьшается и при некоторой скорости, различной для разных культур, становится равным единице. При этой скорости, которую принято называть верхней минимальной скоростью резания V_{p min}, срез прямостоящего стебля происходит практически без отгиба.

Для кошения с наименьшими потерями скорость резания должна быть равна или больше верхней минимальной, значения которой для различных культур приведены в таблице.

 

Таблица 1.4.

Значение V_{p min} для некоторых культур.

Культура	Клевер	Люцерна	Костер	Тимофеевка
Vp min,м/с	13	15	24	23

 

Результаты исследований показали, что сопротивление и работа резания уменьшаются по мере увеличения скорости резания. Это может быть объяснено тем, что усилие на режущей фаске лезвия складывается из двух составляющих: силы смятия, которая вызвана раздвиганием материала фасками лезвия, и усилия защемления вследствие изгиба стебля. Последнее усилие пропорционально прогибу и, таким образом, зависит от скорости резания, поэтому суммарная сила резания тоже уменьшается с увеличением скорости.

Время перерезания стебля

Рис.1.3. Схема для определения .

 

(1.4)

где: f – прогиб срезанных стеблей, мм;

d – диаметр стебля, d=4 мм;

V_p – скорость резания; V_p =45 м/с.

По коэффициенту можно получить значение прогиба срезаемых стеблей.

        (1.5)

Высоту среза h_ср возьмём 5-6 см, это средняя высота среза для трав.

Коэффициент возьмём средним для всех =1,2.

Тогда:

Отгиб стебля при высоте среза 60мм составил 30мм.

Подставим полученное значение в формулу (1.4)

Получим время среза одного стебля:

Из полученного результата видно, что время среза одного стебля составило 0,008с.

С увеличением скорости резания коэффициент будет приближаться к единице, следовательно отгиб стержня f будет приближаться к нулю, вследствие этого время среза одного стебля будет уменьшаться.

С увеличением высоты среза от 10 до 150мм верхняя минимальная скорость увеличивается на 10-25%.