Основная часть. 
Зависимости реакций почвы от конструктивно-технологических параметров однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком

Согласно исследованиям академика В. П. Горячкина, между реакцией почвы на элементы обода катка Rkz и деформацией почвы h существует зависимость:

(1).

где qпр — приведенный коэффициент объемного сжатия почвы, Н/см3; Д — диаметр катка, см; b — ширина обода катка, см.

Задаваясь значением глубины колеи hк, обеспечивающей наиболее эффективное подтягивание влаги из нижних слоев почвы, можно записать выражение для определения требуемой нагрузки на опорно-прикатывающий каток:

. (2).

Подстановка правой части (2) в уравнение равновесия [8]:

(3).

приводит к выражению:

(4).

Уравнение (4) связывает параметры сошниковой системы с показателями работы сошника. Составляющие реакции Rдx и Rдz почвы, действующие на диск сошника, можно определить по выражениям:

; (5).

(6).

где S — взаимодействующая с почвой часть поверхности диска; Р (z) — зависимость удельного фронтального сопротивления почвы от глубины; л, в — характеристические углы поверхности сошника, являющиеся функциями текущих координат; ц — угол внешнего трения почвы.

Поскольку речь идет о плоском диске, то л (z, y)= л=const; в (z, y)= в =const.

Поэтому правые части (5) и (6) можно записать:

; (7).

. (8).

Если обозначить.

а ,.

то; (9).

. (10).

С учетом уравнений линий контуров диска Y1(z) (линия ДС) и Y2(z) (линия FC) (рис.1), уравнения (9) и (10) приводятся к виду:

; (11).

. (12).

Глубина хода диска Н определяется глубиной колеи опорно-прикатывающего катка и значением регулируемого параметра сошника дh. (H=hк+дh), а сопротивление почвы пропорционально глубине [6, 9, 10]:

Р (z)=k•z, (13).

где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от типа состояния почвы и скорости перемещения рабочего органа Н/см3. Тогда:

; (14).

. (15).

Расположим систему координат ZAY таким образом, чтобы положительное направление оси ОZ обозначало возрастание глубины хода сошника, а ось ОY располагалась перпендикулярно направлению его движения. Начало еще одной системы координат Z1OY1 свяжем с центром диска (рис. 1).

Уравнение линии контура диска в системе координат Z1O, Y1, как известно, имеет вид:

(16).

где ад и bд — полуоси эллипса (линия контура диска).

В формуле [10] показано, что переход от подвижной системы координат Y1OZ1, связанной с сошником, к неподвижной относительно почвы системе координат YAZ приводит к выражению:

(17).

где? =ОА (рис. 1); в — угол наклона диска в поперечно-вертикальной плоскости.

Значение в определяется значениями углов схода и и стыка з дисков. Поскольку для однодискового сошника нельзя говорить об углах схода и стыка дисков, то ориентация плоскости диска производится по отношению к продольно-вертикальной плоскости (рис. 2).

При этом в определяется [5]:

Рис. 1. Схема к сопротивлению составляющих реакций почвы, действующих на диск сошника.	Рис. 2. Ориентация диска сошника в пространстве

. (18).

В результате многолетних исследований А. С. Арзуманяна, С. М. Донца, В. П. Николайчука [1,4,7] установлено, что для обеспечения высокого качества бороздообразования необходимо, чтобы выполнялось условие и=6−80, з=35−400.

При данных значениях и и з значение в находится в пределах 86−870. Иными словами cosв=0,050−0,070, а sinв=0,998−0,999. Поэтому с достаточной для практических целей точностью можно принять sin в=1, cosв=0. Тогда (17) преобразуется к виду:

(19).

отсюда:

. (20).

Таким образом, линии контуров диска (рис. 1) определяются:

; (21).

(22).

а правые части уравнений (21), (22) преобразуются к виду:

; (23).

. (24).

Величины ад и bд, входящие в равенства (23) и (24), определяются радиусом Rддиска сошника и углом его установки б.

При этом ад=Rд, bд=Rдsinб,.

Где .

С учетом того, что, можно определить составляющие реакции почвы, действующие на диск сошника как функции его конструктивных (радиуса диска), установочных (углов наклона диска в разных плоскостях), технологических (глубиной колеи опорно-прикатывающего катка) параметров и взаиморасположением диска и катка (значением величины дh (рис.1)).

Для проведения анализа влияния различных факторов на значение составляющих реакции почвы на диск сошника введем обозначения:

(25).

Очевидно, что в правую часть выражения (25) вошли только величины, характеризующие конструктивные (Rд,?) и технологические (k, Н) параметры дисков сошника. Поэтому величину W целесообразно назвать конструктивно-технологической характеристикой дисковой части сошника.

С другой стороны, значения составляющих реакций почвы на диск сошника определяется, кроме конструктивно-технологической характеристики, аналитическим выражением, содержащим только тригонометрические функции углов ориентации диска в пространстве. Отсюда следует, что для сошника, включающего диск с плоской рабочей поверхностью (плоский диск), на значение реакций почвы установочные параметры сошника влияют независимо от конструктивно-технологических, а суммарное влияние определяется произведением установочных и конструктивно-технологических параметров.

Как следует из рис. 2, угол з определяется в продольно-вертикальной плоскости и является дополнительным к б, т. е. з+б=р/2.

Поэтому при определении б [9] как.

л=arctg (tgб•cosв) (26).

следует учитывать, что tgб=ctgз, а .

Тогда:

. (27).

С учетом последнего и выражения (25) можно записать:

(28).

(29).

Равенства (26) и (27) позволяют проанализировать влияние углов «схода» и «стыка» диска сошника на его силовые характеристики в долях величины W. Поскольку, как уже было отмечено, влияние ориентации диска в пространстве на составляющие реакции почвы не зависит от W, то аналогичным образом, фиксируя установочную характеристику сошника на определенных уровнях (при этом W представляется в развернутом аналитическом виде), можно проанализировать влияние конструктивно-технологических параметров диска.

Таким образом, величины Rдx и Rдz, входящие в выражение (4), для оценки параметров сошника и механизма его навески, аналитически определены. Однако при фиксированном режимном параметре W равенства (26) и (27) позволяют определить средние значения реакций почвы на диск. Поэтому расчет параметров сошниковой системы по выражению (4) следует учитывать не только математическое ожидание k, а и числовые характеристики закона распределения этой величины.

Кроме Rдx и Rдz в (4) входит еще одна случайная величина Fин. Как показано в работе [9], динамические нагрузки на сошник определяются неровностями рельефа поля. При этом мелкие неровности (до 20 мм), согласно исследованиям Д. В. Пологих [9], образующие высокочастотную часть спектра, сглаживаются сошником, низкочастотные возмущения с шагом более 3-х метров также не оказывают существенного влияния на динамические показатели сошниковой системы. При этом было установлено, что основные динамические нагрузки определяются высотой неровностей 40−50 мм и шагом 1,4−3,0 м.

Рис. 3. Реакции почвы, действующие на однодисковый сошник с опорно-прикатывающим катком, при фиксированных конструктивно-технологических характеристиках

	— угол схода 300 — угол схода 400 — угол схода 500

В качестве параметров возмущающего воздействия для подстановки в уравнение (4) принимаем синусоидальное возмущение с экспериментально определенной амплитудой и частотой.

Как уже было отмечено, приведенные аналитические зависимости, в частности выражения (26) и (27), определяют влияние установочных углов диска на характеристики однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком.

Существенно при этом то, что значения силовых характеристик сошника при тех или иных установочных параметрах диска являются косвенным критерием качества бороздообразований. Именно значение и направления реакции на бороздообразующий диск определяет перемещение почвенных слоев, перемешивание влажной и сухой почвы и др.

На основе (26) и (27) построены графики зависимости вертикальной Rz и горизонтальной Rx реакций на бороздо-образующий диск от углов схода и стыка дисков (по отношению к продольно-вертикальной плоскости) при фиксированной конструктивно-технологической характеристике.

Графики (рис.3) показывают, что с увеличением угла стыка, а следовательно, угла атаки возрастает как горизонтальная, так и вертикальная составляющие реакции. При этом в диапазоне значений угла стыка от 10 до 5−60 отношение модулей реакций близко к единице. Причем последнее имеет место во всей рассматриваемой области изменения угла схода (30−500). Можно утверждать, что при данных значениях угла стыка нормальное протекание технологического процесса невозможно по двум причинам: для обеспечения «тени» воронке необходимо при малых значениях угла стыка значительно увеличивать диаметр диска, а примерное равенство Rz и Rx свидетельствует о перемещении почвенных частиц под углом 40−450 к горизонту. Последнее является причиной выноса влажной нижней почвы на поверхность.

Рассмотрение значений Rxи Rz в другой части области изменения и (9−100) позволяет отметить, что при этом имеет место резкое возрастание модулей обеих составляющих реакций.