Определение пропускной способности молотильного аппарата, соломотряса, очистки и поступательной скорости комбайна

ВВЕДЕНИЕ

 

Претворение в жизнь программы возрождения и развития села требует глубокого анализа состояния дел в сельском хозяйстве, обоснованного выбора направлений, обеспечивающих его динамичное социально-экономическое развитие на базе структурного реформирования, разработки новой технологической и технической основы производства.

Наиболее существенной особенностью технического обеспечения процессов сельскохозяйственного производства в настоящее время является дефицит материально-энергетических средств. Этот фактор, требующий неотложного реагирования агроинженерной науки и практики, вызывает необходимость поиска приоритетных направлений, освоения ресурсосберегающих технологий, создания и использования в агропромышленном комплексе новых конкурентоспособных машин с высокими техническими характеристиками.

Дальнейшее совершенствование и техническое переоснащение отрасли требует более качественной профессиональной подготовки инженерно-технических специалистов для села. Современный инженер-механик должен не только хорошо знать устройство и процесс работы машин и оборудования, но также обладать определенными технологическим и экономическим багажом и видением перспективы применения новой техники для снижения затрат ресурсов и себестоимости продукции.

Анализ показателей технологического процесса зерноуборочного комбайна

Хлебная масса с поля поступает на рабочие органы зерноуборочного комбайна, производительность которых должна быть согласована между собой. Однако, изменение условий уборки (влажности, урожайности, соотношения зерна и соломы и др.) неодинаково влияет на производительность каждого рабочего органа (мотовила, режущего аппарата, молотильного аппарата, соломотряса, очистки и др.) и поэтому необходимо согласовать при соблюдении агротехнических требований.

В секунду с поля на рабочие органы жатки поступает хлебная масса q_хм (секундная подача, кг/с), которая передается в молотильный аппарат (МА). За счет удара бичей барабана и протаскивания массы в зазор между барабаном и подбарабаньем происходит обмолот зерна и первый этап разделения хлебной массы q_{хм ма} на мелкий ворох, просеваемый через решетку подбарабанья [q_мвоч]_ф поступающий на очистку («О») и грубый ворох [q_гвc]_ф (солома и непросеянное через подбарабанье зерно и полова). поступает на соломотряс («С»). На соломотрясе выделенное зерно (q_зc) поступает на очистку.

В сумме на очистку поступает

[q_оч]_ф = [q_мвоч]_ф + [q_зс].

На очистке из поступающей массы выделяется зерно (q_з), которое поступает в бункер. Чистота зерна, поступающего в бункер с очистки, должна быть не менее 95%.

При выполнении технологического процесса часть зерна теряется.

Суммарные потери

∑p= p_ж+p_ма+p_с+p_о,

где ∑p – суммарные потери при выполнении технологического процесса;

p_ж – потери за жаткой (p_ж ≤ 1%);

p_ма - потери за молотильной аппарат (p_ма≤ 0,3-0,5%);

p_с - потери за соломотрясом (p_с≤ 0,5%);

p_о - потери за очисткой (p_о≤ 0,3%).

Суммарные потери за комбайном не должны превышать 1,5 %.

Из рабочих органов зерноуборочного комбайна наиболее производительными являются мотовило и режущий аппарат, а пропускная способность (секундная подача) и следовательно производительность

молотильного аппарата зависит от параметров и режимов работы соломотряса и очистки. Если один из рабочих органов будет перегружен, то технологический процесс комбайном не будет выполняться в соответствии с агротехническими показателями.

Целью анализа процесса выполнения технологического комбайна является определение пропускной способности рабочих органов при допустимых потерях. По наименьшей из них [q_ф]_мin определяется производительность комбайна и рабочая скорость.

Определение пропускной способности молотильного аппарата, соломотряса, очистки и поступательной скорости комбайна

 

Работа рабочих органов молотильного аппарата определяется следующими входными параметрами (исходными данными):

Q –– урожайность зерна, ц/га (Q=37 ц/га);

w –– абсолютная влажность хлебной массы, % (w=18,1%);

L _ср –– средняя высота хлебостоя, м (L_ср=0,52м.);

σ –– коэффициент использования пропускной способности молотильного аппарата (σ=1,12).

Соотношение зерна и не зерновой части оценивается коэффициентом соломистости:

,

где m_с –– масса незерновой части срезанных стеблей;

m _з–– масса зерна;

Коэффициент соломистости β убираемых культур изменяется в широких пределах: он больше для длинностебельных малоурожайных и меньше для короткостебельных высокоурожайных. Средние значения β для ячменя составляет 0,48–0,52.

В условиях, отличных от номинальных, пропускная способность q_ф зависит от соотношения зерна и не зерновой части хлебной массы.

С увеличением содержания зерна в хлебной массе фактическая подача q_ф увеличивается, и наоборот. Когда δ_о= δ, то q_ф и q_н равны. При δ>δ_о подача q_ф превышает номинальную.

Фактическая подача q_ф зависит также от вида, засоренности, влажности культуры и других показателей. Влияние указанных факторов учитывается коэффициентом использования номинальной пропускной способности σ.

Коэффициентом использования номинальной пропускной способности молотилки σ уменьшается с увеличением засоренности и влажности хлебной массы. Численное значение коэффициента σ изменяется от 0,25 до 1,5 в зависимости от урожайности. При этом чем больше масса 1000 зерен, тем выше значение σ.

Допустимая подача хлебной массы в молотильный аппарат при номинальной пропускной способности комбайна и эталонной соломистости определяется по формуле:

,

где Z –– число бичей, шт.;

 

L _б –– длина барабана, м;

q _o –– допустимая удельная нагрузка, кг/м∙с;

При выборе значения q _о необходимо учитывать урожайность, соломистость и влажность. Большие значения следует принимать при большем содержании зерна δ (меньшем β) в хлебной массе и меньшей влажности w (%), и наоборот, а также, что более легко обмолачиваются пшеница и рожь и более трудно ––ячмень.

Так как в молотильный аппарат поступает хлебная масса с показателями, отличными от эталонных при номинальной пропускной способности комбайна, то фактическая пропускная способность молотильного аппарата определится по выражению:

,

где ψ – коэффициент засоренности (ψ = m_M/m_B – отношение массы мякины к массе вороха, поступающего на очистку, принимаем ψ=0,12);

β – фактическое (заданное) значение коэффициента соломистости;

β0 – эталонное значение коэффициента соломистости (при проектировании молотилок зерноуборочных комбайнов и оценке их работы принимают β0 = 0,60).

Принятое значение фактической пропускной способности молотильного аппарата сравниваем с пропускной способностью, определенной с учетом загрузки соломотряса и очистки.

Назначение соломотряса –– выделить зерно, которое и поступает вместе с соломой и половой на соломоотделитель. В комбайнах с классической схемой молотильно-сепарирующего устройства наиболее распространены клавишные соломотрясы. Они подбрасывают, вспушивают и растаскивают ворох, а также транспортируют солому к соломонабивателю или измельчителю. Клавишные соломотрясы бывают с четырьмя или пятью клавишами. Корпус клавиши шарнирно соединен с двумя коленчатыми валами одинакового радиуса колен (r_c). Валы и клавиши образуют четырехзвенный параллелограммный механизм. Каждая точка клавиши совершает плоскопараллельное движение по окружности радиуса r_c. Колена валов двух соседних клавиш смещены на некоторый угол, который зависит от их количества.

 

Выделение зерна из вороха происходит за счет просеивания зерна через пространственную решетку соломы и жалюзийные решетки клавиши и характеризуется коэффициентом сепарации m (отношением количества зерна просеянного на определенном участке соломотряса к количеству поступившего на этот участок зерна). Коэффициент m для данных условий величина постоянная и в основном зависит от толщины слоя соломы перемещаемого по соломотрясу, которая в свою очередь зависит от подачи соломы, размеров соломотряса и средней скорости перемещения соломы по клавишам.

Режим работы соломотряса принято оценивать показателем кинематического режима k

От показателя k зависит амплитуда встряхивания и скорость движения вороха V_ср вдоль клавиши. С повышением скорости уменьшается толщина слоя соломы и сокращается время пребывания ее на соломотрясе. При уменьшении толщины слоя соломы сепарация увеличивается.

Для определения фактической загрузки молотильного аппарата в зависимости от параметров соломотряса при допустимом коэффициенте потерь необходимо выполнить следующие расчеты и графические действия.

3.1. Определяем кинематический режим работы соломотряса и угол отрыва соломы от клавиши:

- показатель кинематического режима

;

где r_c – радиус коленчатого вала соломотряса;

ω - угловая скорость точек клавиши

,

где n _c - частота вращения коленчатого вала соломотряса, ;

– показатель кинематического режима работы соломотряса

.

.

Принимаем r_c=51 мм.

 

- угол отрыва (подбрасывания) соломы от клавиши

 

где a - угол наклона клавиши к горизонту, град ;

С - коэффициент, учитывающий запаздывание подбрасывания соломы.

 

Коэффициент С зависит от величины k и определяется зависимостью

С = 0,5 (1 + k)=0,5 (1+2,56)=1,78.

3.2. Рассчитаем траекторию полета соломы после отрыва от клавиши в координатах XOY с началом координат в точке отрыва, для чего:

- определим время одного поворота коленчатого вала соломотряса:

- выбираем промежуток времени D t, через который будем рассчитывать координаты x и y так, чтобы получилось 7 точек D t = 0,04 с;

- рассчитываем промежуточные координаты траектории полета соломы. Учитывая, что после отрыва от клавиши, солома совершает свободный полет, координаты траектории определяют по уравнениям:

;

Расчеты представим в табличной форме (таблица 1).

Таблица 1-Параметры траектории движения частицы соломы по соломотрясу

Параметры	t 1= D t	t 2 = 2D t	t 3 = 3D t	t 4= 4D t	t 5 = 5D t	t6 = 6D t	t 7 = 7D t
с
0,04	0,08	0,12	0,16	0,20	0,24	0,28
ω r c (sin ω t 0) ti	28,69	57,38	86,07	114,76	143,45	172,14	200,83
(g ti 2 / 2) sin α	1,77	7,06	15,89	28,25	44,14	63,55	86,51
xi	26,92	50,32	70,18	86,51	99,31	108,59	114,32
ω rc (cos ω t 0) ti	35,28	70,56	105,83	141,11	176,39	211,67	246,95
(g ti 2 / 2) cos α	7,65	30,59	68,82	122,35	191,1	275,29	374,70
yi	27,63	39,97	37,01	18,76	-14,78	-63,62	-127,75
φ i = ω ti	50,73	101,46	152,29	203,49	254,22	304,95	355,68

 

3.3. Строим траекторию полета соломы по полученным значениям x и y, положения клавиши при повороте на угол j и средней скорости перемещения соломы (формат А3 графической части курсового проекта).

 

Для определения перемещения соломы по соломотрясу производим построения:

- вычерчиваем окружность радиусом r _с колена вала соломотряса;

- под углом a (угол наклона клавиши к горизонту) проводим прямую проходящую через точку О оси колена (положение клавиши в начальный момент);

- от этой прямой отлаживаем угол ωt_o отрыва соломы от клавиши и отмечаем точку А;

- путь, пройденный частицей соломы за один оборот вала, определится путем построения траектории полета частицы соломы, для чего;

- начало координат располагаем в точке А (ось X направляем параллельно положению клавиши, а ось Y перпендикулярно к ней);

- по полученным значениям х_i и y_i построить траекторию движения соломы.

3.4. Определим точку встречи частицы соломы с клавишей, учитывая следующее. Клавиша совершает плоско-параллельное движение, а ось колена вала – круговое и будет занимать положения 1', 2', 3', и т.д.

Когда ординаты одноименных точек, в которых находится солома и клавиша, совпадут, произойдет встреча соломы с клавишей. Если же они не совпадают, то момент встречи можно определить путем интерполяции.

Для этого необходимо соединить прямыми точки 5 и 5¢, 6 и 6¢ и через точку пересечения этих прямых провести линию, параллельную поверхности клавиши (под углом a=14° к горизонту).

Расстояние между точками a и b будет представлять путь S перемещения соломы за одно подбрасывание.

3.5. Средняя скорость соломы за одно подбрасывание

.

3.6. С учетом длины соломотряса определим значение коэффициента сепарации m, при котором произойдет полное выделение оставшегося в соломе зерна:

,

где L _с –– длина соломотряса, см; L _с=4,1 м (приложение таблица П1);

ε –– коэффициент сепарации зерна декой молотильного аппарата;

p _с–– допустимые потери за соломотрясом (не более 0,5%).

3.7. Определим максимально допустимую толщину слоя соломы [ h_с ],при которой обеспечивается сепарация зерна соломотрясом при допустимых потерях:

где hoc –– номинальная толщина слоя соломы, при которой определяется значение m_o ,м (h _ос = 0,2 м);

m –– коэффициент сепарации зерна соломотрясом; для данного типа комбайна;

m_o –– номинальное значение коэффициента сепарации, m_o=1,8 м^-1 при толщине слоя соломы h _ос;

m –– показатель степени (m = 0,8...1.2).

Большие значения m относятся к легким условиям. При уменьшении содержания зерна δ в соломе и увеличении влажности w показатель должен быть уменьшен, и наоборот. (Примем m= 1).

3.8. Определим пропускную способность соломотряса по грубому вороху [ q _гв]_max при максимально допустимой толщине слоя соломы:

где B _с –– общая ширина соломотряса, м; В_с=1,42м (приложение таблица П1);

g –– объемная масса соломы, выбирается в зависимости от влажности и вида культуры (g = 10...20 кг/м³), (Примем .).

3.9. Вычислим пропускную способность комбайна по соломотрясу (максимально допустимую подачу хлебной массы в молотилку по технологическим возможностям соломотряса):

.

Для определения фактической пропускной способности комбайна по технологическим возможностям очистки при допустимом коэффициенте потерь выполним следующие расчеты.

3.10. Определим допустимую максимальную загрузку очистки по мелкому вороху [q_мв]_max, обеспечивающую процесс выделения зерна с учетом агротехнических требований:

где Fр – площадь сепарирующей поверхности решет очистки, м²; Fр=5м² (приложение таблица П1);

q _оч– допускаемая нагрузка на 1 м² сепарирующей поверхности решета, кг/с· м². Принимаем q_оч= 1,5 кг/с· м².

3.12. Определим допустимую пропускную способность комбайна по очистке (максимально допустимую подачу хлебной массы в молотилку учетом пропускной способности очистки):

где k ₀ – коэффициент, характерезующий работу молотильного устройства и соломотряса в зависимости от влажности (при влажности w = 15%, k₀ =1, выше w=15% - k ₀ = 0,8…0,9). (Принимаем k₀ = 0.9)

3.13. Сравниваем фактическую пропускную способность комбайна по молотильному аппарату [q_ма]_ф, соломотрясу и очистке и выбираем из них наименьшее значение ( = [q_ма]_ф=8,05кг/с.), по которому определяем рабочую скорость машины:

,

где Qз – – урожайность зерна, ц/га; Q=37ц/га, (из задания);

B –– ширина захвата жатки, м; B=6 м (приложение 1).

Ширина захвата жатки выбирается исходя из комплектации комбайна жатками, обеспечивая максимальную производительность с учетом допустимой агротехническими требованиями скорости движения комбайна

(Vм доп=0,8…2,2 м/с).

3.14. Производительность за 1 час основного времени смены:

.