Основная часть. 
Методология классификации косилок для скашивания трав

Сегментно-пальцевые и сегментные режущие аппараты являются рабочими органами косилок для скашивания стебельчатых культур при заготовке кормов.

Теоретическая производительность этих косилок определяется следующим выражением:

(1).

где — ширина захвата, м; - рабочая скорость, м/с; - производительность, м²/с.

Однако практическая производительность зависит от природных и организационных условий хозяйств, а также технологических параметров косилок.

Установив, что ширина захвата является основным технологическим параметром огромного количества конструкций существующих косилок, для их подразделения по классам определим зависимость других параметров от ширины захвата.

Шириной захвата обычно задаются в зависимости от назначения косилки, размеров уборочных площадей, энергетического средства, с которым должна агрегатироваться машина. Рабочую скорость выбирают в зависимости от природных условий и рельефа поля.

Для определения зависимости от ширины захвата, массы косилки, потребной мощности на выполнение процесса скашивания и производительности в час основного времени работы проанализируем их технические характеристики. Марки и технико-экономические показатели косилок, освоенных производством и нашедших широкое применение в хозяйственных условиях (табл. 1).

Таблица 1. Технико-экономические характеристики сегментно-пальцевых косилок

По представленным техническим характеристикам косилок с сегментно-пальцевым и сегментным режущим аппаратом построены графические зависимости от ширины захвата, массы косилки, потребной мощности и производительности в час основного времени работы (рис.1), которые могут использоваться в технологических расчетах проектируемых косилок и существующих для определения их количества в конкретных условиях хозяйств.

Учитывая разнообразное конструктивное исполнение косилок и оснащение их дополнительными устройствами, устанавливаем, что при увеличении ширины захвата В масса косилок Р изменяется не прямо пропорционально, а по параболической кривой. Это связано с тем, что масса косилок после 3-х метров ширины захвата резко увеличивается (рис. 1, а).

а)б)в) Рис. 1. Зависимость массы косилки (а), потребной мощности (б) и производительности (в) от ширины захвата

Эта зависимость выражается эмпирической формулой:

(2).

где — масса косилки, кг; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент для сегментно-пальцевых косилок, равен 82,7; - безразмерный эмпирический показатель степени, равный 1,9.

Зависимость потребной мощности на выполнение процесса скашивания изменяется от ширины захвата косилки пропорционально и может быть определена по следующей эмпирической формуле:

(3).

где — потребная мощность, кВт; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент, равный 13.

Производительность сегментно-пальцевых и сегментных косилок зависит прямо пропорционально от ширины захвата (рис. 1 а) и выражается следующей эмпирической формулой:

(4).

где — производительность, м²/ч; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент, имеющий размерность и равный 10· 10³ м²/ч.

Полученные закономерности могут использоваться при технологических расчетах параметров, проектировании новых конструкций косилок и экономической эффективности их применения. Используя зависимость производительности в час основного времени работы косилки (табл. 1 и рис. 1 в, формула 4), можно определить размер площади, которую может убрать косилка за агросрок в 15 календарных дней с учетом природно-хозяйственных условий и эксплуатационных показателей косилки. В расчетах приняты самые неблагоприятные погодные условия, когда через два дня хорошей погоды на третий день выпадают осадки; производительность в час эксплуатационного времени определяется умножением производительности в час основного времени на коэффициент 0,7, учитывающий использование ширины захвата косилки, техническую готовность машины, возможные регулировки, ремонт и прочие остановки по техническим причинам. Тогда с учетом организационных мероприятий (переезды, развороты, отдых и т. п.) при восьмичасовой рабочей схеме косилка в загоне работает ежедневно по 5−6 часов.

Для освоенных производством косилок с сегментно-пальцевым и сегментным режущим аппаратом зависимость размеров уборочной площади прямо пропорциональна ширине захвата косилки (рис. 2) и может быть определена следующим эмпирическим выражением:

(5).

где — размер площади, скашиваемой сегментно-пальцевыми косилками, м²; - ширина захвата косилки, м; - эмпирический коэффициент, в метрах и равный 35· 10³ м.

а) б).

в) г) Рис. 2. Зависимость от ширины захвата ротационных косилок: массы (а); потребной мощности (б);

производительности (в); уборочной площади (г): сегментно-пальцевых косилок — 1; ротационных — 2.

Условные обозначения: х — косилки, произведенные в Советском Союзе и Республике Беларусь;

0 — косилки производства зарубежных фирм При анализе освоенных промышленностью косилок с сегментно-пальцевым и сегментным режущим аппаратом можно отметить, что с увеличением ширины захвата изменяется конструктивное исполнение машины — от навесных, прицепных к самоходным косилкам.

Поэтому, учитывая многообразие вариантов косилок, целесообразно их классифицировать по ширине захвата. Так, косилки с шириной захвата до 2 м следует отнести к машинам класса 1. Они изготавливаются в основном в навесном исполнении к тракторам класса 0,6−0,9. Косилки с шириной захвата от 2,1 до 3,0 м могут представлять машины класса 2 в навесном и прицепном исполнении к тракторам класса 0,9−1,4. Косилки шириной захвата от 3,1 до 4,0 м будут представлять машины класса 3, изготавливаются как в навесном, так и прицепном исполнении к тракторам класса 1,4. Косилки с шириной захвата 4,-5,0 м относятся к классу 4 и изготавливаются в прицепном, навесном к тракторам класса 1,4−2,0. К классу 5 относятся косилки с шириной захвата 5,1−6,0 м. Однако они пока не нашли широкого применения, кроме навесных косилок, используемых в степных зонах заготовки кормов. На основании анализа типажа и основных технологических параметров косилок, определяющих в зависимости от ширины захвата класс машин, определены размеры уборочной площади, приведенные в табл. 2.

Таблица 2. Зависимость уборочной площади трав от ширины захвата и класса косилки

Кроме косилок с сегментно-пальцевым и сегментным режущим аппаратом, с середины 20-го века находят широкое применение косилки с ротационным режущим аппаратом, особенностью которых является не возвратно-поступательное движение ножа, а вращательное вокруг вертикальной оси.

Для определения закономерностей изменения технологических параметров ротационных режущих аппаратов проанализируем основные технические характеристики косилок советского, отечественного и зарубежного производства (табл. 3).

Таблица 3. Технико-экономические характеристики косилок с ротационным режущим аппаратом

Зависимость массы косилок с ротационным режущим аппаратом от ширины захвата, произведенных в Советском Союзе и Республике Беларусь, также за рубежом, представляет кривую параболической формы с резко выраженным ростом массы косилок после ширины захвата три метра (рис. 2 а).

Это вызвано как усложнением конструкции самого режущего аппарата, так и наличием плющильных устройств.

Эмпирическая формула этой зависимости имеет следующий вид:

(6).

где — масса ротационной косилки, кг; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент для ротационных косилок, равен 170 кг/м; - безразмерный показатель степени, равный для ротационных косилок 1,80.

Зависимость потребной мощности от ширины захвата ротационной косилки имеет такую же зависимость и представлена графически на рис. 2 б.

Эмпирическая формула этой зависимости имеет следующий вид:

(7).

где — потребная мощность кВт; - ширина захвата ротационной косилки, м; - эмпирический коэффициент, равный для ротационных косилок 7,48.

Из представленных графиков видно, что технологические параметры массы и потребной мощности у косилок с ротационным режущим аппаратом, изготовленных в Советском Союзе и Республике Беларусь, а также за рубежом, имеют близкие значения, располагаясь вдоль проведенных кривых.

Производительность ротационных косилок, так же как и сегментно-пальцевых, имеет прямо пропорциональную зависимость (рис. 2 в) и может быть определена из следующего эмпирического выражения:

(8).

где — производительность косилки, м²; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент, равный для ротационных косилок 12· 10³ м²/ч.

Используя технологические параметры ротационных косилок, так же как и сегментно-пальцевых, можно определить размеры уборочной площади в зависимости от ширины захвата при тех же природно-организационных условиях, рассмотренных для сегментно-пальцевых косилок.

Тогда зависимость размера уборочной площади можно определить из следующего эмпирического выражения (рис. 2 г):

(9).

где — размер уборочной площади, м²; - ширина захвата ротационной косилки, м; - эмпирический коэффициент, равный 45· 10³м.

Так же, как сегментно-пальцевые косилки, ротационные целесообразно подразделить на классы по ширине захвата.

К 1 классу можно отнести косилки с шириной захвата до 2,0 метров; от 2,1 до 3,0 м — класс 2; от 3,1 до 4,0 м — класс 3; от 4,1 до 5,0 м — класс 4; от 5,1 до 6,0 м — к 5 классу. Определение зависимости размеров уборочной площади от ширины захвата и класса ротационных косилок приведено в табл. 4.

Таблица 4. Зависимость уборочной площади от ширины захвата и класса ротационных косилок

Если проанализировать объемы выполнения работ сегментно-пальцевыми косилками и ротационными, то наглядно видно (табл. 2, рис. 2 г), что ротационными косилками обеспечивается скашивание трав в агросрок на большей площади, чем сегментно-пальцевыми. При этом наиболее выгодно применять ротационные косилки с шириной захвата более 1 метра (табл. 5), когда выработка ротационными косилками превышает выработку сегментно-пальцевыми примерно на 28%. Расчеты выполнены с использованием эмпирических формул (5) и (9).

Таблица 5. Зависимость превышения скошенной за агросрок площади трав ротационными косилками над сегментно-пальцевыми от ширины захвата, %

Систематизация параметров косилок по классам позволяет обосновать типаж косилок с сегментно-пальцевым и ротационным режущим аппаратом при проектировании новых образцов машин. Придерживаться технологических параметров по их зависимостям от ширины захвата, а в условиях хозяйств позволяет произвести выбор для поставки в хозяйство косилки необходимого класса в зависимости от объема работ по скашиванию трав.