Гидропривод фрезерных и шнековых рабочих органов

 

Для рыхления и перемещения почвы при обработке в сельскохозяйственных машинах находят применение шнековые (фрезерные) рабочие органы, при помощи которых поверхностный слой почвы рыхлится, перемещается. Шнеки также способствуют подаче клубненосного пласта с лемехов не сепарирующие и очистительные рабочие органы. Для выравнивания слоя почвы на поверхности применяют многозаходные шнеки или дисковые рыхлители. Учитывая пространственное расположение шнеков и рыхлителей, необходимо регулировать их скорости в зависимости от условий работы. В таких случаях целесообразно использовать в конструкциях гидропривод.

Масса почвенного пласта, перемещаемая шнеком, имеет неустановившийся характер вследствие разнообразных физико-механических и технологических свойств почвы.

При взаимодействия поверхности шнека или рыхлителя с материальной средой под воздействием винтовой, наклонной поверхности совершается сложное движение: почва за счет сил трения перемещается и поднимается вдоль оси шнека или рыхлителя. При установившемся движении на шнек или рыхлитель будет действовать равнодействующая сила;

 

 

где - вектор силы нормального давления среды; φ₁ – угол трения боковой поверхности рабочего органа на почве; - вектор абсолютной скорости; φ₂ – угол трения ребра рабочего органа по удерживающей поверхности; - сила реакции поверхности.

Для выполнения технологического процесса момент на валу рыхлителя M=FR (здесь R – максимальное значение радиуса шнека). Сила нормального давления N=mg sin α, поэтому;

 

,

где m – масса перемещаемой почвы, клубней и др.материалов; ω – частота вращения рыхлителя; α – угол подъема винтовой линии наружного диаметра; β – угол между векторами окружной υ_r и абсолютной υ скоростей; 2ε – центральный угол.

 

Масса, поступающая на рыхлитель материала, зависит от конструктивных и технологических параметров рабочего органа и физико-механических свойств самого материала;

m = Q _c t,

где Q _c - секундная подача; t – время между прохождением двух соседних лопаток.

 

Подачу подсчитывают по формуле;

 

Q_c = s k l ω ρ c,

 

где s – площадь сегмента рыхлителя, погруженного в материал; k – число дисков рыхлителя (заходов шнека); ρ; – плотность среды; c – коэффициент, зависящий от глубины установки шнека; l – рабочая длина рыхлителя.

Площадь сегмента, погруженного в материал;

 

 

После подстановки и преобразований уравнение момента на валу рыхлителя примет вид;

Выражение - показатель кинематического режима работы рыхлителя. Для обеспечения работы шнека или рыхлителя момент на валу гидромотора, установленного на привод рабочего органа,

Известно, что момент на валу гидромотора зависит от перепада давления ∆ρ;, объемной постоянной гидромотора q ₀ и гидромеханического коэффициента КПД полезного действия η_гм;

 

М _г=0,159 ∆ρq₀ η_гм,

 

где ∆ρ=ρ_н – ρ_с; ρ_н и ρ_с – давления нагнетания и слива.

 

Таким образом, для дальнейшего исследования получаем уравнение;

 

В качестве примера рассмотрим рабочий орган – дисковой рыхлитель-выравниватель почвы, установленный над лемехом картофелеуборочной машины. Для значений tg φ₁ = 0.4; tg φ₂ = 0,5 (поверхности трения – почва, клубни, ботва, шнек), диаметра вала шнека d= 0,2 м, высоты рабочей части диска h≤;0,2 м и рабочей длины l= 1 м решаем уравнением относительно составляющих β, α при различных показателях кинематического режима работы λ с целью получения взаимосвязи конструкционных и технологических параметров рыхлителя.

По результатам теоретических исследований построена номограмма, при помощи которой можно определить взаимосвязь конструкционных и эксплуатационных параметров рыхлителя почвы и гидропривода. При конструировании шнековых или дисковых рыхлителей определяющими параметрами являются диаметр диска D, угол установки диска (или подъема винтовой линии) α, число витков шнека или дисков k на единице рабочей длины. Ранее проводимые исследования показали необходимость ограничивать для картофелеуборочных машин внутренний и наружный диаметры рыхлителя (d ≥200 мм, D≤;400 мм). Аналитическое определение конкретных значений нагрузки и момента на привод позволяет установить режим работы гидромотора и параметры регулирующих и распределительных устройств.

Момент на валу зависит от объемной постоянной гидромотора q ₀, перепад давления ∆ρ;, которые для конкретных типоразмеров гидромоторов устанавливают на нисходящей ветви кривой КПД η_гм, и поступательной скорости агрегата, т.е. показателя кинематического режима работы λ. Например, при проектировании или эксплуатации рыхлителя с наружным диаметром D =300 мм, внутренним d =200 мм, диски которого установлены под углом α=35⁰, для показателя кинематического режима работы λ= 1,2, определяющего качество рыхления или перемещения, необходимый для среднеоборотного планетарного гидромотора серии МГП расход жидкости составит q =340 см³/с при перепаде давления ∆ρ= 5 МПа.

Проведение полевых испытаний дискового рыхлителя-выравнивателя почвы и тензометрирования параметров давлений нагнетания р _ш, тягового сопротивления R, частоты вращения п при изменяющихся параметрах глубины агрегата позволили получить данные, которые полностью подтверждают результаты аналитического исследования.

В процессе работы гидропривода при неустановившемся значении нагрузки возникают пики давления р _max и p _min расхода жидкости. Повышение давления возникает также вследствие работы распределителей и клапанов.

Степень неравномерности давления в трубопроводах;

 

δ=(р _max - p _min)/ р _ср,

 

где р _ср – среднее значение давления.

 

С целью снижения неравномерности давления в гидравлических линиях применяют пневмогидравлические аккумуляторы. Объем газа в аккумуляторе V ₀ для снижения пиковых значений давления при гидроударах;

,

 

где ∆ V – изменение объема жидкости при гидроударе; k= 1,4 – показатель адиабаты.

 

Максимальное давление при гидравлическом ударе определяют из условия, что кинетическая энергия Э жидкости массой m _ж должна соответствовать работе А аккумулятора, т.е.

 

Э= .