Расчет тяговых сопротивлений лесохозяйственных машин.

4.2.1. Усилие для выкорчевывания одного пня (КМ-1А; КМ-1.0)

Усилие для выкорчевывания одного пня R_кор (Н) определяется по формуле:

R_кор= f G_Kop + К_ка в l_n+ G_n f_n,

где G_кор = m*g -сила тяжести корчевальной машины, H; g - ускорение силы тяжести, м/с²;

f- коэффициент сопротивления к перемещению корчевальной машины (Приложение 4);

К_к - коэффициент сопротивления корчеванию, учитывающий разрыв корней, трение их о почву при извлечении пня и рыхление почвы; K _к=5...50 Н/см²;

а - глубина погружения клыков в почву (см), зависит от диаметра пня d и породы.

При d = 24...28 см a = 20...30 см; при d = 28...32 см а = 30...50 см;

b - ширина захвата отвала корчевальной машины, см;

l _п – коэффициент плотности рыхления за счет расстояния между зубьями. l _п= 0.40..0.75

G_п –вес, перемещаемого отвалом пня (G_п= 3000….4000);

f _n – коэффициент сопротивления перемещаемого пня,(f _n = 0.4…0.7)

4.2.2 Сопротивление кустореза с пассивным рабочим органом (ДП-24; МТП-13;Д-514А; ОРП-2.6; ОПП-2.3; ОРВ-1.5; КРП- 2.5)

Сопротивление кустореза с пассивным рабочим органом R_к (Н) определяется по формуле:

R_к= К _рd_с_p п ε + f_трG_Kop,

где К_р - коэффициент резания.

Для пород с мягкой древесиной К_р = 1200... 1500 Н/см;

для пород с твердой древесиной К_р = 1500...2200 Н/см;

d_с_p - средний диаметр стволиков, см; d _ср= 4... 12 см;

п _ср - число стволиков, совпадающих с режущей кромкой ножа; п_ср = 10...15;

ε - коэффициент, учитывающий неодновременность процесса перерезания стволиков;

ε = 0,4...0,5;

G_K =m*g- сила тяжестикустореза, приходящаяся на опорные полозки, кг;

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

f _{т р}- коэффициент трения скольжения полозков о почву, принимаемый в среднем 0,5.

4.2.3. Сопротивление подборщика сучьев (ПС-5; ПС-2.4;ПС-2Г; К-3;)

Сопротивление подборщика сучьев R _{m a}(Н) определяется по формуле:

R _под = f _n_ач (G_под ⁺ G_пач) + К_п В h₁

где G_под = m*g – сила тяжести подборщика сучьев, H (кг*m/c²);

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

т - масса подборщика, кг;

G_пач - вес перемещаемой пачки; (G_пач= 700... 1200 кг);

f_n_ач - коэффициент сопротивления подборщика с пачкой (f_пач= 1,2,..1,75);

К_п- удельное сопротивление рыхления грунта; K_n=9...19 Н/см²;

В - ширина захвата, см; h - глубина рыхления, см;

4.2.4. Сопротивление на вычесывание корней и рыхление почвы (корневычесыватели, ОРП-2.6; МП-7А; коpчеватели-собиратели (КСП-20), кустарниковые грабли (К-3)и т.п.)

Сопротивление на вычесывание корней и рыхление почвы R_t_выч (Н) определяется по формуле:

R_выч= f_в G K_в B_р h λ

где G =m*g сила тяжести машины, Н (кг*м / с²);

f_в - коэффициент сопротивления к перекатыванию с учетом давления грунта на зуб;

f_в =0,4...0,6; m- масса машины, кг; g – ускорение силы тяжести, м/с²;

К_в - удельное сопротивление вычесыванию корней и рыхлению почвы; К,= 6... 12 Н/см²;

B_Р - ширина захвата, см; h - глубина заглубления зубьев в почву, см; h = 5..,10см;

λ- коэффициент неполноты рыхления почвы зубьями; λ =0,75-0,8.

4.2.5. Сопротивление плуга (ПКЛ-70;ПЛ-1;ПКЛН-500А;ПЛД-1.2; ПЛН-4-35)

В общем виде сопротивление дискового плуга R_m (Н) рассчитывается по формуле:

R _пл=R₁+R₂+R₃= К_плК_попр а_лВ_л+ К_плК_попр а_лВ_плК_б В_б

R₁; R₂; R₃ -сопротивление дисковой батареи,Н; а_л- глубина рыхления, см

В_л –ширина захвата рыхлительной лапы, см; К_б- удельное сопротивление дисковой батареи, Н/см²; В_б - ширина захвата батареи, см.

или в развёрнутом виде:

R_пл= f _m G+K_пa В + ε₀ а b п V ²+μ ΔaВ,

где R₁ - сумма сопротивлений трения при передвижении плуга в борозде;

G=m*g – сила тяжестиплуга, Н (кг*м/c²) (справочник);

f_т, - коэффициент трения почвы о металл (табл. 3)

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

К _п - коэффициент удельного сопротивления почвы (по заданию), Н/см²;

а - глубина вспашки, см (по рекомендации);

В - ширина захвата плуга, см (справочник);

п - количество корпусов (справочник);

ε _о - коэффициент пропорциональности (равно 1);

V- рабочая скорость движения, м/с (в зависимости от типа трактора и плуга);

для практических расчетов можно принять: R ₃=0.1 R₂ - сопротивление, возникшее при разрыве корней (учитывается при подготовке почвы на не раскорчеванных вырубках);

μ- коэффициент, определяющий усилие на разрыв единицы площади поперечного сечения корней, Н/см²; μ =200...300 Н/см²;

Δab - суммарное сечение корней, приходящееся на все поперечное сечение пласта, см². В зависимости от твердости древесных пород Δab = 2...5% от величины ab.

4.2.6. Сопротивление орудий для дополнительной обработки почвы [бороны (БДСТ-2.5 БДН-3), культиваторы (КЛБ-1.7; КЛ-2.6;КДС-1.8;КПС-4.0; КОН-2.8), катки (3ККШ-6; 3КВГ-1.4;СКГ-2.0), дисковые лущильники (ЛДГ-5А; ЛДГ-10А; ЛДГ-20), вычесыватели].

Сопротивление орудий для дополнительной обработки почвы R_M (Н) определяется:

R_м = К В₀

где К- коэффициент удельного сопротивления машины на один метр ширины захвата, Н/м (Приложение.4);

В _р рабочая ширина захвата, м.

Рабочая ширина захвата культиваторов В_р (м) при междурядной обработке почвы (кроме строчно-ленточной схемы посева) определяется по формуле:

В_р = m _р (b _m – 2e)

где т_р - число рядов, обрабатываемых за один проход, шт;

b _т - ширина междурядья, м. При уходе одного ряда (m_р= 1) за величину b_m принимается рабочая ширина захвата культиватора В_р, м;

е - величина защитной зоны, м (при работе стрельчатыми лапами -0.1-0.15м; сферические диски КЛБ-1.7, КДС-1.8 при работе всвал 0.15-0.20, - в развал 0.2 -0.25 м).

4.2.7. Сопротивление лесопосадочных машин и лесных сеялок.

Сопротивление лесопосадочных машин R _лм (Н) определяется по формуле:

R _л.м = f_T G_лм + K_n К _поправa b п,

где а - глубина хода сошника, см; а = 20...40 см; п - количество сошников машины, шт.

b - ширина сошника, см; для сеянцев b= 12... 15 см; для саженцев b= 30...35 см;

G _л.п= m*g эксплуатационная сила тяжести лесопосадочной машины, Н (кг*м/с²);

g - ускорение свободного падения, м/с²; m- масса посадочной машины, кг;

f _т, - коэффициент трения почвы о металл (Приложение 3)

К_п – удельное сопротивление почвы, Н/см²

К _поправ –поправочный коэффициент (2.5….4.5) в зависимости от влажности почвы

Сопротивление сеялок R_с (Н) определяется по формуле:

R_с= f_т G_c + R _сош n,

где G_c = m*g эксплуатационная сила тяжести сеялки, кг;

R_сош - сопротивление одного сошника, Н (Приложение 65).

п– число сошников, шт;

4.2.8. Сопротивление машин с активными рабочими органами

(МЛФ-08; МФ-9; ФЛУ-0.8; МПП-0.75; МДП-1.5; МУП-4 и т.д.)

Нож фрезы совершает поступательное движение со скоростью движения трактора V_T и вращается с угловой скоростью ω_б. Он входит в почву сверху и отделяет слой грунта - стружку определенных размеров и формы.

Угловая скорость барабана фрезы ω_б (рад/с) определяется по формуле:

ω_б=πn / 30

где п - частота вращения барабана фрезы, об/мин; n = 150...240 об/мин.

Окружная скорость фрезерного барабана К_окр (м/с) записывается и виде:

V_okp = V_b = ω_b r_b,

где r_б - радиус фрезерного барабана, м.

Для обеспечения нормальной работы фрезы необходимо, чтобы выполнялось условие:

N_T > N_потр,

где N_T - мощность фактора, кВт;

N_потр- требуемая мощность для работы фрезы, кВт.

В общем виде потребная мощность N_потр - определяется из выражения:

N_потр= N_дв + N_рез+ N_отбор

где N_m - мощность, необходимая на продвижение фрезы в заглубленном положении, кВт.

N_рез - мощность, необходимая для резания грунта, кВт;

N_отбор - мощность, необходимая на отбрасывание почвенных частиц, кВт;

В развернутом виде потребная мощность фрезы N_потр(кВт) запишется в следующем виде:

N_потр = [ (G_фf V_т) /1000] +[К_па в (V_пер – V_т) / 1000]+ [ K_отбр G_отбр(V_пер – V_т)] / 2 g*1000 t

где G_ф =m*g - сила тяжести фрезы, Н (кг*м /c²);

f- коэффициент трения металла о почву (Приложение 3);

V_T - скорость движения трактора, м/с;

К_п - удельное сопротивление почвы резанию, Н/м²; К_п =(2...6)-10⁴,Н/м²;

а - глубина фрезерования, м; b - ширина захвата фрезы, м;

К_отбр - коэффициент отбрасывания почвы рабочими органами; К_отбр = 0,7... 1,0;

G_от6 _p ~ сила тяжести грунта, отбрасываемого рабочими органами за время t, Н;

t- время прохода к почве очередного рабочего органа, с;

Сила тяжести определяется из выражения:

G_отбр= γ a b (V_пер – V _т )t

где γ - удельный вес почвы, Н/м³. γ =(20...25) *10³, Н/м³.

Время подхода очередного рабочего органа t (с) определяется по формуле:

t =1 / z n

где z - количество ножей на диске фрезерного барабана, шт;

п - частота вращения фрезерного барабана, об/с;

Расчет потребной мощности фрезы N_потр дает возможность подобрать тип трактора.

4.2.9. Кусторезы и машины для удаления мелких пней (МРП-2А; МТП-13; Д-514А)

Мощность, потребная на поступательное движение машины, аналогична фрезерным машинам для подготовки почвы. Отличие имеется в принятии коэффициента трения f. Для расчётов коэффициент трения металла о почву можно принять f = 0,3...0,6.

Мощность, необходимая на резание древесины (кВт), определяется по формуле:

N_рез = [К_p d d_бn_ствε (V_пер – V_т)] / 1000,

где К_р- удельное сопротивление древесины резанию, Н/м²; К _р= (12...22)-10⁶, Н/м²;

d- средний диаметр срезаемой древесины, м.

Для кусторезов d =2…5 см

d _б – диаметр фрезерного барабана, см (15…20 см)

n_ст _в – количество стволиков срезаемой древесины на 1 м ширины захвата, шт;

ε- коэффициент, учитывающий неодновременность процесса перерезания стволиков, (ε=0.4…0.5)

Мощность, необходимая на отбрасывание древесных частиц определяется по формуле:

N_отбр =[К_отбр G_отбр (V_пер – V_т)²] / 1000* 2 g t

где K_отбр - коэффициент отбрасывания древесины рабочими органами (К=0,5... 0,8);

G_отбр - сила тяжести древесины, отбрасываемой рабочими органами за время t, Н.

Сила тяжести древесины, отбрасываемой рабочими органами в единицу времени G_отбр (Н), определяется из выражения:

G_отбр -= γ d d_бn ε (V_пер – V_т)t

где γ - удельный вес древесины, Н/м³; γ = (4...8)*10³,Н/м³.

4.2.10. Сопротивление агрегатов, работающих на местности с уклоном

Тяговое сопротивление агрегата R_агр (Н), работающего под уклоном (подъём или уклон), определяется по формуле:

R_a_гр=R_маш ± R_под

где R_агр - тяговое сопротивление агрегата, Н;

R_м -тяговое сопротивление технологической машины (плуг, кусторез, сеялка и т.д.), Н;

R_под - тяговое сопротивление на преодоление подъёма (знак "+") или уклона (знак"-"), Н.

Тяговое сопротивление на преодоление подъёма R_ma (Н) определяется по формуле:

R_n_од = (G_TP+ K_п G_M) Sin a,

где G_тр =m*g сила тяжести трактора, Н (кг*м/с²); m- масса трактора, кг;

К_п- поправочный коэффициент, учитывающий вес земли, находящейся на рабочих органах во время работы; К =1.1….1,4; g- ускорение свободного падения, м/с²;

G_M =m*g – сила тяжести технологической машины, Н (кг*м / с²);

a –угол подъёма (уклона) по длине гона.

После подстановки формула примет вид:

R_агр=R_м± G_тр+K_п G_м

4.2.11. Тяговое сопротивление широкозахватных и комбинированных агрегатов

Тяговое сопротивление R_агр (Н) широкозахватного агрегата, состоящего из набора одинаковых технологических машин или комбинированного агрегата, состоящего из набора различных технологических машин, рассчитывается по формуле:

R_агр=R₁n ₁+R₂ n₂ + R_c_ц,

где R₁ и R₂ - тяговые сопротивления технологических машин, входящих в агрегат, Н;

n₁, и п₂ - количество машин, входящих в агрегат, шт. R_си - сопротивление сцепки, Н. Сопротивление сцепки R_сц (Н) рассчитывается по формуле:

R_cu= f G_cu

где G_cu =m*g –сила тяжести сцепки, Н (кг*м /с²); m- масса сцепки, кг;

f - коэффициент сопротивления к качению. (Для культиваторов и борон f= 0,18...0,22,

для лесопосадочных машин f = 0,20...0,25). g- ускорение свободного падения, м/с²;