Машины для сгребания скошенной травы, ворошения ее в прокосах.

В технологическом процессе уборки трав на сено общей для всех способов уборки, кроме операции кошения, является операция сгребания провяленной травы из прокосов в валки, что позволяет механизировать все последующие операции.

Для сбора провяленной травы в валки применяются специальные машины, называемые граблями.

Все конструкции грабель можно разделить на следующие основные типы (см. рис.).

Поперечные грабли выполняют только одну функцию — сгребание травы, при этом они образуют валок, перпендикулярный к направлению движения машины.

Боковые грабли образуют валок по направлению движения машины, т.к. сгребают провяленную траву в бок, в сторону от машины.

Боковые грабли могут выполнять и другие операции: ворошение, вспушивание, оборачивание валков и разбрасывание их в случае увлажнения.

Поперечные грабли

Основным достоинством поперечных граблей является то, что они могут формировать валок массой от 1 до 4 кг на 1м длины валка независимо от урожайности трав.

Наша промышленность выпускает поперечные грабли шириной захвата 6м (полунавесные) и шириной захвата 14м (прицепные).

Основным рабочим органом граблей являются стальные пружинные зубья, прикрепленные при помощи зубодержателей к грабельному брусу. Эти зубья имеют криволинейную форму, высота их 700-750мм; расстояние между смежными зубьями 70-80мм. В верхней части зубьев установлена решетка, прутья которой, при подъеме зубьев, сталкивают образованный валок сена на землю.

Одним из основных условий уменьшения потерь сгребаемого сена является формирование валка путем свертывания слоя сена, а не путем сгруживания его впереди зубьев.

Форма зуба существенно влияет на формообразование валка. Зуб, выполненный по дуге окружности, не дает требуемой закономерности. Другие кривые с переменным и постепенно уменьшающимся кверху радиусом кривизны ρ (логарифмическая спираль, Архимедова спираль) больше подходят для этой цели.

Свертывание сена из прокосов в валок способствует лучшему сохранению нежных частей растений – листьев, соцветий, имеющих наибольшую кормовую ценность.

Для свертывания сена необходимо обеспечить:

1. поднимание по грабельному зубу сена на большую высоту или на больший критический угол подъема α_кр — угол между касательной к грабельному зубу в точке максимального подъема частицы и почвой;
2. свертывание сена после его подъема на угол α_кр.

В зависимости от урожайности трав и рельефа поля эти условия не всегда соблюдаются.

Решающим в процессе формирования правильного валка является первоначальный момент подъема сена по грабельным зубьям до возможно большего угла α. Этот момент зависит от геометрии зуба. В дальнейшем же процесс формирования валка зависит от формы зуба не существенно.

Рассмотрим силы, которые действуют на сено при сгребании, и проанализируем влияние формы зуба, на формирование валка.

На материальную частицу сена при сгребании действуют следующие силы (см. рис.): G — вес частицы; Р — сопротивление сена сгребанию, воздействие впереди лежащей массы сена; P_и — сила инерции, прижимающая при подъеме сено к зубьям граблей; N — нормальная реакция зуба на сено; F — сила трения сена о зуб.

Для решения задачи принимаем .

,

где m — масса частицы; ρ — радиус кривизны зуба.

,

где f — коэффициент трения сена о грабельный зуб.

Если кривая задана уравнением в полярных координатах , то радиус кривизны её:

,

а кривизна есть .

Дифференциальное уравнение движения частицы сена по поверхности зубьев в натуральной системе координат будет:

или:

Здесь угол α — переменный и он согласно рис. равен .

Из рисунка видно, что .

Ранее получено:

.

Силой инерции ввиду её малости можно пренебречь, т.е. принять .

Тогда .

Обозначив:

, получим

.

Учитывая, что , последнее уравнение приведется к виду:

или:

Тогда .

Переменными величинами в этом уравнении являются V,r,φ. Это уравнение можно решить, задавшись кривой зуба.

Если форма зуба выполнена по Архимедовой спирали , то и тогда: .

Если форма зуба описывается описывается логарифмической спиралью , то .

Подставив эти значения в подинтегральные выражения, можно решить уравнение.

Таким образом, беря несколько кривых, найдя затем dr и, решив интеграл, можно сравнить полученные скорости подъема сена по зубу, выбрать форму кривой грабельного зуба, при которой обеспечивается лучшее выполнение технологического процесса – образование качественного валка.

Следует заметить, что изложенный метод является не самым удачным для обоснования кривизны зуба.

В настоящее время предпринимаются попытки использования вариационного исчисления для нахождения оптимальной кривой формы зуба.