Пичоли барабан. Пичоли ротацион барабаннинг кинематикаси
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
ПИЧОҚЛИ РОТАЦИОН БАРАБАННИНГ КИНЕМАТИКАСИ Тупроққа ишлов беришнинг технологик жараёни тупроққа механик таъсир кўрсатишга асосланган бўлиб майдалаш, юмшатиш, аралаштириш, ағдариш, сиқиш, текислаш, маълум чуқурлиги бўйича бегона ўтлар илдизини кесиш, мулчалаш ва бошқалар орқали амалга оширилади. Кўпчилик ўтказилган илмий-тадқиқотлар натижаси [1] тупроққа ишлов бериш учун энг истиқболли қишлоқ хўжалиги машиналарига ротацион ишчи органлар билан жихозланган ротацион тупроққа ишлов бериш машиналари эканлигини тасдиқлади. Бу агрегатларнинг пассив ишчи органлар билан жихозланган агрегатларга нисбатан асосий афзаллиги шундаки, улар камроқ энергия талаб қилади. Бунга ротор кўринишдаги ишчи органлар тупроқ қатламини кесиб ёки узиб олиниш жараёни билан таъминлаш орқали эришилади. Бундан ташқари, конструкциясининг соддалиги, металл кам ишлатилиши, чопиқ агрегати харакат тезлигининг юқори эканлиги ва ушбу турдаги ротацион ишчи органлар билан жихозланган машинанинг иш унумдорлигининг юқори эканлигини таъкидлаш мумкин. Ротацион ишчи органлар турли хил тупроққа ишлов бериш машиналарида кенг қўлланилади. Ротацион ишчи органлар дискли плуглар, дискли бороналар, борона-ғалтаклар, ротацион ерга ишлов бериш машиналар,сеялкалар, култиваторлар, ўт ўргичлар, ғалла комбайнлар ва бошқа техникаларнинг асосий иш органларидан бири сифатида фойдаланилади. Ротацион ишчи органнинг асосий қисми бу унинг ротори, яъни айланувчи қисмидир. Ротацон ишчи органлар юритмаси бўйича икки турга бўлинади: актив ва пассив. Актив ротацион ишчи органлар ҳаракатни тракторнинг қувват олиш валидан олади. Бунда трактор тезлигини оширмасдан туриб, роторни турли тезликларда айлантириш мумкин, яъни роторнинг айланма тезлиги тракторнинг тезлигига боғлиқ эмас. Ротацион тупроққа ишлов бериш машиналарининг асосий фарқловчи хусусияти унинг ишчи органларининг айланишидир. Айланадиган ишчи органлар тўплами ва улар ўрнатиладиган мослама ротор деб аталади. Двигателдан роторга энергия тракторнинг тортиш мосламаси орқали берилиши мумкин, ротор эса ишчи органларнинг тупроқ билан пассив ўзаро таъсири натижасида айланишни олади (пассив канал). Двигателдан роторга энергия кардан вали, гидравлик узатма ёки электр узатмаси орқали ўтказилганда, роторнинг айланиши фаоллашади (фаол канал). Ротацион ишчи органлар мураккаб ҳаракат қилади; яъни машина билан бирга илгариланма (кўчирма) ва айланиш ўқига нисбатан айланма (нисбий). Бу ишчи органларнинг айланма ҳаракати уларга қувват олиш валидан (ҚОВ) айланма момент берилиши натижасида юз беради. Бу ишчи органларга қувват келишини ростлашга ва уни ишлов берадиган тупроқнинг чекланган ҳажмига кам ёки кўп даражада жамлашга имкон беради. Бунинг натижасида етарли кенг чегарада палахсанинг увалаш даражасини ўзгартириш ва ротацион ишчи органларни чимли тупроқларга ишлов бериш учун қўллаш имконияти пайдо бўлади. Аммо бундай актив ротацион ишчи органлар билан жихозланган машиналар қишлоқ хўжалигида кам ишлатилишининг сабаби, улар раектив ротацион ишчи органлар билан жихозланган чопиқ агрегатларига нисбатан энергияни кўп сарфлайди, ишчи тезлиги паст, конструкцияси мураккаб, ишчи органлари материали тез ейилиб кетади. Реактив ротацион ишчи органлар билан жихозланган машиналар қишлоқ хўжалигида юқори тезликда (15 км / соатгача ёки ундан кўп), ишлашга қодир, бу кўпроқ хозирги замонавий юқори тезлик ва кувватга эга бўлган тракторлар энергиясидан тўлиқ фойдаланиш имкониятини беради, шунингдек, нисбатан кам энергия сарфлайди, соддалиги, ишончлилиги ва ишчи органларининг чидамлилиги юқори. Бундан ташқари, вақти-вақти билан тупроқ юзасига чиқиши хисобига ишчи орган юзасига ёпишган тупроқ зарраларидан ва бегона ўт колдиқларидан ўзини ўзи тозалайди. Тупроққа ишлов бериш машиналарининг пассив ишчи органлари тўғри чизиқли траектория бўйлаб ҳаракатланади, шунинг учун тупроқнинг уваланиши ва деформацияси интенсивлиги унинг геометрик шаклига боғлиқ. Ротацион ишчи органлар томонидан тупроқнинг уваланиши ва деформацияси интенсивлиги асосан уларнинг харакат траекторияларининг турига қараб белгиланади. Роторнинг (ёки оддийгина роторнинг) ишчи органи ҳаракатининг асосий характеристикалари траекториясининг тури, унинг энг характерли нуқтаси тезлигининг катталиги ва йўналиши, баъзи ҳолларда эса тезланишининг катталиги ва йўналиши билан белгиланади. Панов И.М. ўтказган тажрибалар шуни кўрсадики, қишлоқ хўжалиги экинларини қатор ораларини култивация қилиш жараёнида минимал энергия сарфи тупроқни юмшатиш жараёни чўзилиш деформацияси бўлганда содир бўлиши таъкидланган [87,89], чунки тупроқнинг чўзилишдаги мухтахкамлик чегараси 5...6 кПа, силжишда 10...12 кПа, сиқилишда эса 65...108 кПа. ни ташкил этади. Демак, шундай хулосага келиш мумкинки, ерга ишлов беришда минимал энергия сарфини, тортиш деформацияси ёрдамида тупроқ зарралари орасидаги боғланишларни йўқ қилишни таъминлайдиган ишлов бериш машиналарининг ишчи органларини яратиш орқали эришиш мумкин. Шундай қилиб, қишлоқ хўжалиги экинларини етиштиришда энергия тежовчи технологияларга ўтиш шароитида қатор ораларига ишлов бериш учун энергия сарфини камайтирадиган ва технологик жараён сифатини яхшилайдиган ерга ишлов бериш воситаларини яратиш ва тадқиқ этиш долзарб вазифа ҳисобланади. Шу билан бирга, минимал энергия сарфи билан тупроқни агротехника талаблари даражасида юқори сифатли парчаланиши ва мулчаланишини таъминлайдиган шундай ишчи органларни яратиш керак. Маҳаллий ва хорижий олимларнинг тадқиқотлари шуни кўрсатадики, ротацион тупроққа ишлов бериш машиналари айниқса механик таркиби бўйича оғир тупроқни ишлов бериш самарадорлиги бўйича унга тенглашадиган агрегат йўқ. Тупроққа ишлов бериш машиналари бўйича ўтказилган изланишларни кўриб чиқиш ва уни таҳлил қилиш натижаси шуни кўрсатдики, қишлоқ хўжалиги экинлари экиладиган майдонларни ротацион тупроққа ишлов бериш машиналари билан ишлов берилганда унинг агротехник кўрсаткичлари бошқа қишлоқ хўжалиги машиналари билан ишлов берилган майдонга нисбатан ёмон эмас баъзи ҳолларда унданда яхши. Қишлоқ хўжалиги экинлари қаторлари орасига ишлов беришнинг мақсади бегона ўтларни йўқотиш, тупроқни юмшатиш, намликни иложи борича кўпроқ муддатга сақлаб туриш ва сувни тежаш, суғориш эгатларини олиш, ўсимликларни минерал ўғитлар билан озиқлантириш, шамоллатиш, микробиологик жараёнлар учун зарур шарт-шароитларни яратиш учун амалга оширилади. Тупроққа механик ишлов бериш унинг физик хоссаларига, ўсимликларнинг ҳаво ва озуқа режимига ижобий таъсир кўрсатади. Тупроқ қатламларини аралаштириш, ишлов берилган горизонтнинг биологик активлигини оширади ва шундай экан ўсимликларнинг ҳосилдорлигини кўпайтиради. Культиватор пассив ишчи органлар билан қишлоқ хўжалиги экинлари қаторлари орасига ишлов беришда трактор тезлигининг ошиши билан ишчи органларга тупроқнинг қаршилиги ва трактор ғилдиракларининг сирпанишига энергия харажатлари ортади. Трактор оғирлигини ошириш орқали ғилдиракларнинг сирпанишини камайтириш тўғри ечим эмас ва бу тупроқ зичлигининг ошишига олиб келади. Ротацион тупроққа ишлов бериш машиналарида ишчи органларнинг тортишга қаршилиги пассив ишчи органлар билан жихозланган тупроққа ишлов бериш машиналари қараганда сезиларли даражада кам. Ротацион тупроққа ишлов бериш машиналарида пассив ишчи органлар билан жихозланган тупроққа ишлов бериш машиналарига нисбатан тупроққа ишлов бериш сифатини ўзгартириш имкони мавжуд. Қишлоқ хўжалиги экинлари қаторлари орасига ишлов бериш сифатини ошириш усулларидан бири ротацион типдаги ишчи органлар билан жиҳозланган чопиқ култиватордан фойдаланиш ҳисобланади. Тадқиқотлар шуни кўрсатдики, бундай ишчи органларга тупроқни парчалашга қўйилган агротехника талабларига жавоб беради, тупроқни юқори сифатли майдалайди ва бегона ўтларни йўқотади. Айниқса, оғир соз ва торфли тупроқларда қатор оралиғига ишлов бериш самарали. Тупроқ унумдорлигининг муҳим омили унинг зичлиги бўлиб, у тўғридан-тўғри чопиқ агрегатларининг далада ўтиш сонига боғлиқ. Тупроққа етарли даражада ишлов бериш мумкин бўлган агрегатнинг минимал ўтиш сони, ротацион ишлов бериш органлари билан таъминланган чопиқ агрегатлари томонидан таъминланади. Пичоқли ротацион барабан (1-расм) қишоқ хўжалиги экинлари қаторларига ишлов беришда ишлатиладиган чопиқ агрегати таянч ғилдираги ўрнига тайёрланган макет ғилдирак бўлиб, бир вақтнинг ўзида култиватор рамасини ишлов берилаётган тупроқ юзасидан белгиланган масофада ушлаб туриш ва тупроқни юмшатишда, хамда бегона ўтларни йўқотишга мўлжалланган култиваторнинг асосий ишчи органидир. Пичоқли барабан пассив орган бўлиб, айни пайтда мураккаб ҳаракатни амалга оширади, ўз-ўзидан айланиш принципи асосида ишлайди.  1– расм Пичоқли ротацион барабан Агар барабан пичоқлари учи шатаксираб яъни пичоқ учининг айланма тезлиги сирпанмасдан думалагандаги тезликка нисбатан катта тезликда характланса учининг харакат траекторияси чўзилган циклоидни (трохоид) тасвирлайди, барабан пичоқлари учи сирпанмасдан характланганда, оддий циклоидани ва барабан тормозланиб, яъни пичоқ учининг айланма тезлиги сирпанмасдан думалагандаги тезликка нисбатан кичик тезликда характланса пичоқ учининг хаакат траекторияси қисқартирилган циклоидни тасвирлайди. Агарда пичоқли ротацион барабан тракторнинг тортиш кучи таъсирида харакатланганда, барабан пичоғи учининг тупроқдаги траекторияси  кинематик параметри билан аниқланади. где h– кўрилаётган нуқтадан барабан марказигача бўлган масофа r – айлананинг радиуси.  2 – расм Ротацион барабаннинг харакат траекторияси 2-расмни таҳлил қилиб, ротацион барабан пичоғи учининг тупроқ билан ўзаро таъсири туфайли, чопиқ агрегати олдинга харакатланиши пайтида айланма ҳаракатни қабул қилишини кўрамиз. Aгар ротацион барабан яхлит сиртга яъни тўлиқ доира шаклга эга бўлганда, у к1–к7 тўғри чизиқ бўйлаб сирпанмасдан харакатланар ва унинг маркази О1–О7 тўғри чизиқ бўйлаб ҳаракат қиларди, доиранинг фазодаги ҳар бир нуқтаси S1–S7 оддий циклоидани тасвирлаб берган бўларди. Мазкур ҳолатда, ротацион барабан цилиндр сиртига радиал йўналишда ўрнатилган 8 та пичоқдан ташкил топган, шунинг учун пичоқ учининг траекторияси A1A2, A2A3, A3A4 ва бошқалар ёйлари кетма-кетлиги билан ифодаланади. Бундай идеал ҳолат учун траектория тенгламаси пичоқлар мутлақо қаттиқ деб ҳисобланган ва барабаннинг силжиши ушбу О2О3, О3О4, О4О5 ва бошқалар ёйлари бўйлаб ҳаракатланади. Ҳақиқий шароитда ротацион барабан ҳаракатланадиган тупроқ, маълум даражада эластик хусусиятларга эга бўлган пластик материалдир. Бу нафақат тупроқнинг эластик хусусиятларининг, балки барабаннинг маркази бир ёйдан иккинчисига ўтганда, бир нечта пичоқлар тупроқ билан ўзаро таъсир қилишининг натижасидир (ботиши туфайли). Бундай ҳолда, пичоқнинг фазодаги учлари идеал бўлмаган циклоидни тасвирлайди. О1О2О2О3, О3О4 О4О5 барабан марказининг силжиш траекториясини кўриб чиқсак, унинг аниқ тебраниш даврига эга бўлган ёйлардан ташкил топганини кўрамиз. Бу албатта, циклоиднинг ўзгарувчан эгрилик радиусига эга эканлигини унутмасдан, уни циклоид деб таснифлаш имконини беради, идеал ҳолатда барабан марказининг траекторияси доимий эгрилик радиуси, ротацион барабан пичоқлари учининг радиусига тенг ёйлар кетма-кетлиги билан ифодаланади [3]. Циклоид оддий, чўзилган ва қисқартирилган бўлиши мумкин [4]. Ушбу уч турдаги циклоидлар биргаликда радиуси айлана текислиги нуқталари билан тасвирланган, тўғри чизиқ бўйлаб сирпанмасдан силжийдиган сон-саноқсиз траекториялар тўпламини ифодалайди (2-расм). Ушбу траекториялар тўпламидан барабан марказининг ҳақиқий харакат траекториясига жуда яқин бўлган бирини танлаш мумкин. Aгар Е2 нуқта О1Е2 = r радиусли айланада ётса, ушбу айлана A-Б тўғри чизиқ бўйлаб сирпанмасдан айланганда Е2 нуқтанинг харакат траекторияси оддий циклоида тасвирлайди (3-расм). Оддий цикдлоиданинг ифодаловчи тенгламаси куйидаги кўринишда бўлади:   (1)бунда ω1 – айлананинг бурчак тезлиги, рад/сек; t – нуқтанинг харакатланиш вақти, с. r – айлана радиуси, м.  3 расм – Циклоиданинг харакат траекторияси Aгар Е1 нуқтани айлана радиуси бўйлаб ўтказилган чизиқ ичида олсак яъни нуқта айлана радиусидан кичик бўлганда, айлана A-Б тўғри чизиқ бўйлаб сирпанмасдан айланганда, бу нуқтанинг харакат траекторияси қисқарган циклоидни тасвирлайди, агар Е3 нуқта айлана радиуси бўйлаб ўтказилган чизиқдан ташқарида жойлашган бўлса яъни айлана радиусидан катта бўлган масофада жойлашган холатда, айлана A-Б тўғри чизиқ бўйлаб сирпанмасдан айланганда, бу нуқтанинг харакат траекторияси чўзилган циклоидани тасвирлайди. Доира марказидан О1Е3 тўғри чизиқда ётган ҳар қандай нуқтагача бўлган масофани h1 орқали белгиласак, биз қуйидагиларга эга бўламиз: Қискарган ва чўзилган циклоидани ифодаловчи тенгламасининг умумий кўриниши куйидагича бўлади:  (2)Агар h < r бўлса (2) тенглама қискарган циклоида, агар h > r – бўлса чўзилган циклоидани ифодалайди. Юқоридагилардан келиб чиқадики, учта хисоблаш тизимини танлаш керак. Биринчиси – ХОУ (2-расм), харакатсиз, тупроқ билан боғлиқ. Иккинчиси – Х0О0У0, бу хам харакатсиз, тупроқ билан боғлиқ, лекин биринчи тизимга нисбатан хозирча ноаниқ масофага силжитилган.Учинчиси Х1О1У1 – харакатланадиган тизим, барабан марказининг тўғри чизиқли ва тебранма харакати билан боғлиқ ва унинг айланма харакати билан боғланмаган. Ушбу тизимнинг бошланиши барабан марказига тўғри келади [3]. Биз бир тизимдан иккинчисига ўтиш қоидасидан фойдаланамиз [5], биз барабан пичоғининг учлари мутлақ ҳаракатдаги тенгламасини оламиз:  (3)Бу ерда х1, у1 –нисбий харакатдаги почоқ учининг координатаси;  – ХОУ тизимда барабан марказининг координатаси, (2-расм).Х0О0У0 – бошланғич тизимдаги барабан марказининг харакат траекторияси аниқлаймиз. Бу траекториялар (1) ва (2) тенгламалар билан ифодаланади. Бу тенгламага кирган айлана радиуси (r = O0E) ни қуйидагича топиш мумкин: (2-расм) бу айлана сирпанишсиз кесишини ва бир марта тўлиқ айланганда босиб ўтиши керак бўлган йўли n1n2 масофани хисобга олсак;  бундан  (4) белгилаб олсак, h – кўрилаётган нуқтадан барабан марказигача бўлган масофа. (2) тенгламани қуйидагича ёзиш мумкин:  (5)Қабул қилган айланамиз сирпанишсиз думаласа, унда:  (6)Бу ерда Vπ – барабан марказининг чизиқли тезлиги, м/с; ω1 – барабан марказининг айланма тезлиги, рад/сек. Қабул қилинган айлананинг айланма тезлигини барабаннинг айланма тезлиги орқали ифодалаш мумкин. Бунинг учун айлананинг тўлиқ айланиш вақтини барабанннинг айланиш вақти – 2α бурчакга тенг бўлган холатдан фойдаланамиз (2-расм).  ва бундан  (7)Топилган қийматларни (5) тенгламага қўйгандан кейин уларнинг кўриниши қуйидагича бўлади:  (8)Бу тенглама барабан марказининг нисбий харакат траекториясини ифодалайди. 2 – расмдаги ХОУ хисоб бошланган тизим, барабан маркази харакатланган эгри чизиқнинг энг баланд нуқтасига мос келади. Барабан марказининг харакат траекторияси тенгламасини Х0О0У0 хисоб бошланган тизимдан ХОУтизимга ўтказилганда куйидаги кўринишга келади:  (9)Бу ерда хсус – ХОУтизимда Х0О0У0тизимнинг бошланғичкоординатаси. Агар ωt = 0 бўлганда:  (10)Керакли қийматларни (9) тенгламага қўйгандан кейин барабан маркази траекторияси нисбий харакатдаги тенгламани оламиз:  (11)Пичоқнинг учининг харакат траекторияси ушбу тенгламалар билан аниқланган доирадир:  (12)Бундан ташқари, О1У1 ўқи устидаги пичоқ учининг юқори ҳолати хисобнинг бошланиш нуқтаси сифатида олинган (2-расм). Барабан пичоқлари учининг мутлақ траекториясини олиш учун (11) ва (12) тенгламаларни (3) тенгламадаги кийатларга алмаштирамиз.  (13)Ушбу тенгламаларда λ1 қиймати барабан маркази ҳаракатланадиган траектория турини аниқлайди. Шундай қилиб, λ1 = 1 – да барабан маркази оддий циклоид бўйлаб, λ1 < 1 да, қисқартирилган циклоид бўйлаб ва λ1 > 1 – бўйлаб чўзилган циклоид бўйлаб ҳаракатланади. Шундай қилиб барабаннинг барча мумкин бўлган ҳаракатларидан ҳақиқий траекторияга энг яқин бўлганини танлаш керак. 2-расмни таҳлил қилиб, биз барабан маркази эгаллаши мумкин бўлган пастки ҳолатдан вертикал равишда тепагача бўлган масофани тенг деб тахмин қилишимиз мумкин:  (14)Циклоида учун худди шундай масофа (2-расм) 2h га тенг. Энди биз шартни шакллантиришимиз мумкин. Барабан маркази назарий харакат траектория ҳақиқийга яқин бўлиши учун куйидаги шарт бажарилиши керак:  (15)ёки  бундан  (16)Ушбу қийматни (13) тенгламага қўйиб, қуйидагиларга эришамиз:  (17)Бу ерда ω –барабан айланишининг бурчак частотаси; R –барабандаги пичоқлар учининг радиуси; 2α –иккита пичоқ орасидаги бурчак; t – вақт. Ушбу тенгламаларни вақт бўйича дифференциаллаб, қуйидагиларни оламиз:  (18) (19)Пичоқлар учининг мутлақ тезлиги модули формула билан аниқланади:  (20) эканнини қабул қилиб, (18) ва (19) формулаларни (20) формулага қўйиб ўзгаришлардан кейин қуйидагини оламиз: (21)Мутлақ тезланиш модули ушбу формула билан аниқланади:  (22)бу ерда  Пичоқ учининг мутлақ тезлиги векторининг йўналиш косинуслари учун ифодани ёзамиз:  (23) (24)22) ва (23) формулаларга керакли қийматларни қўйиб, ўзгартиришлардан кейин қуйидагиларни оламиз:  (25) (26)Агар пичоқ учининг мутлақ тезлик вектори, майдон юзасига перпендикуляр бўлса,  бўлади (27)(27) шартларни бажариб ва (26) ифодани ўзгартириб, биз қуйидагиларни оламиз:  (28)Пичоқларнинг тупроққа кириш вақтида (3-расм)  (29)У ҳолда ўзгартиришлардан кейин (29) тенглама қуйидаги шаклни олади:  (30) 4-расм – барабан пичоғининг айланма ҳаракатланиш схемаси (30) тенгламани λ га нисбатан ечишда қуйидаги ифодани оламиз:  (31)Ротацион барабаннинг турли радиуслари берилган тенгламани (31) таҳлил қилсак, кинематик параметр λ чуқурлик ортиши билан ортади. |