Механизированная заготовка сена в фх "Веенка" с модернизацией ротационной косилки

• Название: Механизированная заготовка сена в фх "Веенка" с модернизацией ротационной косилки
• Дата: 01.05.2023
• Размер: 1.18 Mb.
• Имя файла: referatbank-52349.rtf
• Тип: Реферат; #1100628
• страница: 2 из 6

1.8. 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_сот скорости V_pпоказана на графике.


Рис. 1.1 Зависимость удельной силы резания Р_св 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%.
1.9. 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_pmin, 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_pmin для некоторых культур.

Культура	Клевер	Люцерна	Костер	Тимофеевка
Vpmin,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.
1.10. 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%.
1.11.Расположение фасок на режущей части сегмента
Расположение фасок также влияет на сопротивление резанию.

Существует два вида лезвия сегмента с верхней и нижней заточкой.


Рис.1.4. Верхняя заточка Рис.1.5.Нижняя заточка
При верхнем расположении фасок угол между направлением относительной скорости V_отн и верхней фаской равен сумме углов + ₁, а при нижнем уменьшается и становится равным и становится равным одному углу ₁, что создает более благоприятные условия среза. Зависимость удельной силы резания от скорости для различной заточки и разных культур показано на рисунке.


Рис.1.6. Зависимость удельной силы резания от скорости.
I – клевер; II – костер;

1 – нижняя заточка; 2 - верхняя заточка;
Из рисунка видно, что минимальная скорость резания при нижней заточке на 8-12% меньше, чем при верхней заточке лезвия.
1.12Анализ процесса резания

Рис.1.7 Циклоида движения ротора с двумя режущими элементами.


Рис.1.8 Циклоида движения ротора с тремя режущими элементами.
Для того чтобы проанализировать процесс резания, построим циклоиды движения режущего аппарата с двумя режущими сегментами(рис.1.9) и режущего аппарата с тремя режущими сегментами.

Как видно из рисунка 1.9. увеличение скорости движения агрегата появляются участки не скошенной массы (заштрихованные участки), что приводит к большим потерям и ухудшению качества технологического процесса.

Не скошенные участки приводят к замедлению отрастания травы, нарушается целостность травостоя, ухудшению качества сена.

На рисунке 1.10 показан процесс среза растений тремя режущими сегментами. Как мы видим участки не скошенной массы пропали, срез происходит более качественно. Сено получается более высокого качества.

Из построенных циклограмм (рис.1.9 и рис.1.10) мы видим, что с увеличением скорости движения агрегата срез происходит не полностью (рис. 1.9), для этого следует добавить по одному режущему сегменту на каждый режущий аппарат.

Для трёх сегментов желательно, чтобы рабочая длина лезвия была больше, чем подача на одно лезвие т.е.

,мм.

Однако нам надобно делать эту длину значительно больше подачи, так как в этом случае часть лезвия у основания сегмента не будет участвовать в резании.
1.13 Анализ функционирования ротационного аппарата косилки КРН-2,1
Проведенные исследования ротационного аппарата косилки КРН-2,1 показали нам ряд несущественных недостатков, но в результате их устранения и модернизации режущего аппарата можно добиться повышения производительности.

1.На режущем аппарате ротационной косилки КРН-2,1 используются ножи с верхней заточкой лезвия. Как видно из рисунков, а также из диаграммы на рис это не очень благоприятно, так как при этом минимальная скорость резания увеличивается на 8-12%

2.На диске ротора косилки КРН-2,1 расположены два режущих элемента, что ограничивает скорость машины, так как при увеличении скорости появляются участки не скошенной травы. Ограничение скорости, в свою очередь влияет на производительность. Для косилки КРН-2,1 она составляет 3га/г.

3.В процессе эксплуатации происходит затупление лезвия режущего элемента, что сказывается на качестве среза.

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

4.Из проведенных исследований видно, что для кошения с наименьшими потерями скорость резания должна быть равна или больше верхней минимальной, значения которой приведены в таблице.

В результате анализа мы выявили недостатки работы ротационного аппарата косилки КРН-2,1.
1.14.Пути модернизации ротационной косилки КРН-2,1
1.Увеличение числа режущих элементов на одном диске до трёх штук.

Это даёт нам возможность увеличить скорость движения агрегата, что в свою очередь позволило нам увеличить производительность.

2.Замена режущих элементов с верхней заточкой на элементы с нижней заточкой режущей кромки.

Это позволило увеличить качество среза и уменьшить потери питательных веществ из сена.

3.Изготовление режущих кромок с самозатачивающимся эффектом.

Это позволило нам на протяжении всего технологического процесса заготовки сена иметь качественный срез растений.
2. Анализ вариантов технических решений и выбор рационального
2.1 Описание вариантов
В результате проведенных исследований мы предполагаем три варианта модернизации косилки.

Во всех трёх вариантах мы принимаем ножи с нижней заточкой лезвия.

В первом варианте мы предлагаем увеличить производительность за счёт увеличения ширины захвата, для этого мы добавляем два дополнительных ротора. Количество ножей оставляем прежним (m=2). Такая конструкция более тяжёлая и металлоёмкая.

Во втором варианте, увеличиваем количество ножей на каждом роторе до трёх, при этом не изменяем скорости резания и скорости движения агрегата. Число режущих аппаратов оставляем прежним(4шт.).

В третьем варианте мы увеличиваем число ножей на каждом режущем аппарате до трёх. При этом увеличиваем скорость резания. Так же увеличиваем скорость движения агрегата до 20 км/ч. Число режущих аппаратов оставляем прежним(4 шт.).

Так как ни один из предложенных вариантов не является идеальным, т.е. не отвечает всем требованиям, то оценку вариантов проводят методом комплексного анализа.
2.2 Оценка вариантов и выбор наиболее рационального для проектирования
Сущность метода комплексного анализа состоит в определении и анализе одного общего(интегрального) показателя Кинт:

(2.1)

где: -коэффициент весомости i-го сравниваемого показателя среди всего числа оцениваемых показателей;

n – число оцениваемых показателей.

Тогда ясно, что:



Оценка уровня качества комплексным методом включает в себя следующие операции:

• 
  установление 5-7 оцениваемых показателей эксплуатационно-технических свойств и их значений;
  
• 
  определение коэффициентов каждого показателя (экспертным опросом);
  
• 
  вычисление относительных значений единичных показателей сравниваемых вариантов;
  
• 
  определение значений произведений * по каждому единичному показателю;
  
• 
  окончательное определение обобщенного показателя Кинт для каждого варианта;
  
• 
  сравнение значений Кинт. Большее является основанием для выбора данного варианта в качестве наиболее рационального.
  

Число определение значений тех или иных показателей свойств вызывает у обучаемых определённые затруднения. Это естественно, так как на данном этапе мы имеем дело с конструкциями, которых ещё нет, которые ещё не рассчитаны. В этом случае возможны их ориентировочное установление баллами. Высший балл даёт эталону, остальным вариантам – по решению дипломника совместно с руководителем.

При определении свойств и их показателей необходимо соблюдать следующие условие – каждый показатель должен выделять хотя бы один вариант из других.

Результаты вычислений представлены в таблице 2.1.

Таким образом, из предположенных вариантов наиболее эффективным оказался вариант 3. Его мы и принимаем за основной для дальнейшего модернизирования.