Параметры отвала
Текст: С. Ю. Насонов, ст. науч. сотр., ФГБНУ «ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова»
В последние годы в связи с необходимостью интенсификации производства риса в России требуются новые перспективные комплексы машин. Их применение повысит эффективность процесса планировки, а также улучшит качество работ и производительность. Сейчас при формировании чеков используется комплекс машин, состоящий из клин-планировщика, скрепера и длиннобазового либо короткобазового автоматизированного планировщика. Для создания новых агрегатов специалистами регулярно разрабатываются и испытываются опытные образцы, а также просчитываются различные рабочие параметры.
ОСНОВНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ
Планировка обычно производится определенным образом. Клин-планировщик срезает образовавшиеся на рисовом чеке в процессе эксплуатации микронеровности грунта, частично перемещает его вперед в виде призмы волочения сравнительно небольшого объема и сдвигает некоторое количество снятой почвы в поперечном направлении относительно движения машины. Грунт, перемещаемый в виде призмы волочения перед отвалом, способствует выравниванию впадин чека. Клин-планировщик, срезая почву, образует ровную горизонтальную поверхность на всю ширину захвата рабочего органа. Сдвинутый в стороны грунт имеет форму буртов-валиков, которые удобно загружаются в ковш скрепера, осуществляющего следующий этап планировочных работ, и перевозятся к местам подсыпки. Окончательная чистовая операция выполняется длиннобазовым или короткобазовым планировщиком с системой автоматического управления под заданную проектную величину.
Основное назначение клин-планировщика — проведение первого этапа строительной и капитальной планировок, производимых непосредственно после вспашки, рыхления и дискования грунта рисового чека. Во время полевых испытаний в составе комплекса землеройно-планировочных машин (ЗПМ) специалисты использовали опытный образец данного агрегата. Его рабочий орган — клиновидный отвал, конструкция которого образована из двух отвалов грейдерного типа, состыкованных в передней части по отношению друг к другу под углом 90°, а к продольной оси машины на 45°. Опытный образец был изготовлен в механической мастерской Краснодарского края практически без расчетов и проектной документации. Однако на полевых испытаниях он показал себя как связующее, крайне полезное и необходимое звено перед непосредственной работой скрепера. Для его применения была также разработана соответствующая технология выполнения операций.
ГЛАВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Клиновидный отвал у клин-планировщика по конструкции и принципу функционирования имеет много общих признаков с отвальными рабочими органами бульдозеров и грейдеров. Теория и расчет землеройно-транспортных машин (ЗТМ) достаточно основательно и подробно изложены в технической литературе. Однако рассматриваемое рабочее оборудование клин-планировщика имеет ряд отличительных особенностей: два отвала, соединенных в виде клина под прямым углом, большую ширину захвата, резание грунта более тонкой стружкой. Кроме того, в отличие от ЗТМ условия производства работы, требования к точности обрабатываемой поверхности и другие особенности данной машины вызывают необходимость разработки методики для выбора основных параметров и последующего расчета рабочего оборудования. Также она необходима для проектирования, дальнейшего развития и совершенствования подобных агрегатов. В связи с этим после полевых испытаний специалисты попытались сформировать методику выбора, обоснования и определения параметров рабочего оборудования планировочной машины.
К основным характеристикам профиля клиновидного отвала, описывающим данный пассивный орган и его расположение на поверхности грунта в рабочем положении, относятся геометрическая форма, радиус кривизны, рабочая высота, различные углы — резания, опрокидывания, центральный, заострения ножа. К дополнительным параметрам профиля клиновидного отвала относятся высота по хорде, угол ее отклонения от вертикальной плоскости, длина ножа, задний угол, длина одной стороны отвала, угол захвата и его ширина.
СЕКРЕТЫ УГЛОВ
Типы отвалов по классификации данных рабочих органов разделяются на три группы: I — с постоянным радиусом кривизны, II — с переменным этим параметром и большей кривизной вверху, III — с переменным показателем и большей кривизной внизу. Для клинового рабочего оборудования можно рекомендовать отвал первой группы, то есть с постоянным радиусом кривизны, так как он характеризуется относительной простотой конструктивного исполнения при изготовлении и менее энергоемок при работе по сравнению с отвалами других групп.
Угол резания оказывает значительное влияние на процесс разработки грунта и перемещения его рабочим органом. Для наиболее эффективного снятия бугров рисового чека и последующего сдвига почвы следует принимать оптимальные значения в пределах 40–70°. Наиболее рациональный угол резания лежит в диапазоне 40–50°. Для автогрейдеров рекомендуется принимать значение 45°. С учетом того, что рассматриваемый рабочий орган по конструкции и производству работ наиболее близок к отвалу ЗТМ, можно рекомендовать угол в 45° для отвального оборудования клин-планировщика.
Угол опрокидывания определяет, главным образом, направление движения грунта при сходе его с рабочей поверхности отвала. Выбирать значение этого параметра нужно такое, чтобы обеспечить свободное перемещение призмы волочения относительно отвала без пересыпания почвы через его верхнюю кромку. Показатель зависит от назначения и условий работы пассивного рабочего органа. По аналогии с углом опрокидывания отвала автогрейдера можно рекомендовать значение 15°. Центральный угол профиля отвала в среднем находится в диапазоне 60–100°. Его можно определять как среднее арифметическое число — 80°. Угол заострения ножа устанавливается из оптимальных значений 25–27°, при которых прочность и износостойкость режущей кромки при работе будут наименьшими. По рекомендациям можно выставлять 27°. Задний угол принимается из диапазона 5–7°, можно выбирать значение 5°.
ВЫЧИСЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ
Тип и ширину ножа рекомендуется принимать по ГОСТу для унификации с режущими частями ковшовых планировщиков, откосопланировщиков, автогрейдеров, бульдозеров. Не допускается установка ножа менее 150 мм из соображений условия его прочности. Рабочая высота клиновидного отвала зависит в основном от объема призмы волочения, физико-механических свойств грунта, технологии проведения планировочных операций и ограничивается при достаточной длине рабочего органа мощностью двигателя базовой машины. При проведении испытаний опытного образца клин-планировщика в качестве тягача использовались тракторы К-701 на 220 кВт и Т-150К на 121 кВт. Подставив в специальную формулу значения мощности их двигателей, можно получить высоту отвала в пределах 0,85–1 м.
Конструктивная высота клиновидного рабочего органа по хорде определяется по особой формуле. Наиболее целесообразным очертанием отвала в профиле является дуга окружности с постоянным радиусом кривизны. Приближенно радиус отвала можно вычислить по двум формулам. После всех вычислительных операций было установлено, что общая длина рабочего органа колебалась в пределах 3,8–4,2 м. При этом данный параметр также является шириной захвата.
СДВИНУТЬ ПОЧВУ
Угол захвата выбирается исходя из требования смещения грунта отвалом в сторону. Максимальное рекомендуемое значение этого показателя ограничивается способностью перемещения призмы волочения вдоль рабочего органа. Установлено, что при углах захвата больше 55–60° почва плохо сдвигается в сторону. При производстве работ, выполняемых путем непрерывного движения машины вдоль фронта работ, то есть при засыпке траншей, разравнивания валов и так далее, когда требуется интенсивное перемещение грунта в сторону, угол захвата должен быть не более 45–50°. С уменьшением этого значения повышается количество почвы, смещаемой в стороны в виде валиков, но сокращается объем призмы волочения перед отвалом, что снижает способность засыпать микропонижения на чеке. Более определенные рекомендации по выбору угла захвата можно будет дать на основании анализа состояния поверхности поля, а также результатов экспериментальных исследований. Пока можно предположить, что для минеральных грунтов этот параметр должен составлять 35–50°, для торфяников — 30–45°. На основе этих предписаний можно принимать значение в 45° для каждого отвала при соединении их в плане под углом 90°.
Предложенные специалистами основы выбора главных параметров рабочего оборудования мелиоративного клин-планировщика можно рекомендовать для практических расчетов. Выбор некоторых характеристик, в частности угла резания, рабочей высоты отвала, угла и ширины захвата, более обоснованно можно будет установить по результатам экспериментальных испытаний.