Определение параметров решетной очистки комбайна

1. Общие сведения. Решетный стан (рис.1) подвешивается или опирается на четыре опорных звена (О₁В и О₂Д) и приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом. С небольшим допущением считают, что каждая точка решета, в том числе и точка В, перемещается по траектории, близкой к прямой В₂В₁. Если опорные звенья расположены вертикально, то угол b между плоскостью решета и направлением колебаний равен углунаклона решета к горизонту a. При равномерном вращении кривошипа ОА (w = const) и сравнительно большой длине шатуна АВ, решетный стан совершает колебательные движения, близкие к гармоническим. При этом на материальную частицу будут действовать сила тяжести G и сила инерции J, определяющие нормальную реакцию N и силу трения F. Величина и направление J меняются и зависят от центростремительного ускорения w ² r и от угла поворота кривошипа.

В зависимости от соотношения сил, материальные частицы будут либо лежать неподвижно на поверхности решета (при малых значениях w ² r), либо скользить по его поверхности только вниз, или скользить вниз и вверх.

Ускорение, при котором начинается скольжение материала вниз определяется:

j₁ = - g tg (j - a), м/с², (1)

где j - угол трения материала по решету; a - угол наклона решета к горизонту.

Ускорение, при котором начинается скольжение материала вверх находится:

j₂ = g tg (j + a), м/с². (2)

Ускорение, при котором начинается отрыв материала от плоскости составляет:

j_о = g / tg a, м/с². (3)

Рабочая частота вращения приводного вала решета w устанавливается, исходя из условий движения по решету хлебного вороха без отрыва от плоскости со скольжением вверх и вниз по формуле:

w = (j / r)^1/2, с^-1, (4)

где j выбирается в пределах: j_о > j > j₂.

Максимальная скорость и ускорение решета при рабочем режиме определяются по формулам: v _max=w r, м/с, (5)

j _max =w² r, м/с². (6)

Средняя скорость относительного движения вороха по решету v _ср определяется из выражения: v _ср = (S_н - S_в) w/ 2p, м/с, (7)

где S_н - перемещение вороха вниз по решету за одно колебание решета, м;

S_в - перемещение вороха вверх по решету за одно колебание решета, м.

Аналитическое определение величины перемещения S_н и S_в сопряжено с определенными трудностями. Поэтому значения S_н и S_в рекомендуется определять графически. Для этого необходимо построить диаграмму изменения скорости и ускорения решета в зависимости от угла поворота кривошипа (рис.2) согласно формул:

v =w r sin w t, м/с, (8)

j =w² r cos w t, м/с². (9)

Время полного оборота кривошипа составит t = 2p/w, с. (10)

На листе миллиметровой бумаги произвольно вычерчивается прямоугольник АBСD с соотношением сторон АB: АD = 2, сторона АD делится пополам точкой Е и проводится горизонталь EF, отрезки АЕ, ЕD делятся, в свою очередь, пополам и проводятся оси абсцисс О-w t, О₁-w t; отрезок АВ делится на 7 равных частей, точки деления соответ-ствуют углам поворота кривошипа 0; 0,5p; p; 1,5p; 2p; 2,5p; 3p; 3,5p; через точки деления проводятся вертикали по всей высоте диаграммы; на верхнем прямоугольнике EDCF вычерчивается график абсолютного ускорения j =w² r cos w t, на нижнем (AEFB) - график абсолютной скорости решета v =w r sin w t (эти графики отличаются между собой тем, что кривые смещены на 0,5p: sin 0 = 0; cos 0 = 1; sin 0,5p = 1; cos 0,5p = 0; максимальное значение v _max, j _max соответствуетотрезкам ординат ОЕ, О₁D. Определяются масштабы:

- масштаб времени mt находится по отрезку О₁О₂, соответствующему углу поворота кривошипа

j = wt = 0,5p; t = 0,5p/w,: mt = 0,5p/ (w О₁О₂), с/мм; (11)

- масштаб скорости m _v определяется по отрезку ОЕ, соответствующему v _max=w r:

m _v = v _max / ОЕ, м/с-мм; (12)

- масштаб ускорения m_j определяетсяпо отрезку О₁D, соответствующему максимальному ускорению j _max =w² r: m_j = j _max / О₁D, м/с²-мм. (13)

На диаграмме (рис.2) определяется момент начала сдвига зернового вороха вниз и вверх, и соответствующие скорости решета v ₁ и v ₂. Для этого на графике j = f (w t) в масштабе вниз откладывается ускорение j₁, а вверх - j₂ (отрезки О₁О₃ = j₁/ (mj); О₁О₅ = j₂/ (mj)) и проводятся линии, параллельные оси абсцисс. Точки пересечения (А, А^/ и т.д.) линии - j₁ с косинусоидой определяют момент времени t_н начала сдвига вороха вниз. Через точки А, А^/ опускаются вниз вертикали и часть их, заключенная между осью абсцисс графика v = f (w t) и синусоидой, определит величину скорости v ₁ = А₀О₆·m v решета, при которой произойдет сдвиг вороха вниз. Точка С^/₁ пересечения линии - j₂ с косинусоидой определяет момент времени t_в начала сдвига вороха вверх. Через точку С^/₁ опускаются вертикаль и часть ее, заключенная между осью абсцисс графика v = f (w t) и синусоидой, определит величину скорости v ₂ = С₀О₇·m v решета, при которой произойдет сдвиг вороха вверх. Далее определяется время t₁ и t₂, через которое (от t_н и t_в) скорость абсолютного движения вороха станет равной нулю: t₁ = v ₁ / j₁, с; t₂ = v ₂ / j₂, с. (14,15)

От точки О₆ по оси О-w t откладывается в масштабе отрезок О₆М = t₁/ mt, мм; а от точки О₇ - отрезок О₇Н = t₂ / mt, мм. Через точки А₀ и М, а также С₀ и Н проводятся линии, которые должны быть касательными к синусоиде в точках А₀ и С₀. Линия А₀М является графиком абсолютной скорости движения вороха вниз по решету, а линия С₀Н - графиком абсолютной скорости движения вороха вверх по решету; скорости относительного движения вороха вниз - вверх по решету изображаются отрезками вертикалей (ординат), заключенных между синусоидой v =w r sin w t и касательными А₀М и С₀Н соответственно.

Если точка О₇ лежит на оси абсцисс правее точки М или совмещены, то это свидетельствует о том, что между концом сдвига вороха вниз и началом сдвига вверх по решету имеется некоторый промежуток времени или сдвиг вниз без разрыва во времени переходит в сдвиг вверх и в этом случае диаграмму можно использовать для дальнейших расчетов. Если точка О₇ находится левее точки М (как изображено на рис.2), то в этом случае необходимо диаграмму привести к виду установившегося движения. Приведение диаграммы осуществляется следующим образом: через точку М проводится линия ММ^/, параллельная С₀Н и на пересечении ее с синусоидой обозначается точка М^//, из которой проводится линия М^//М^///, параллельная А₀М.

Величина перемещения вороха вниз и вверх по решету определяется из диаграммы по формулам: S_н = d₁W₁·m _v ·m_t, м; S_в = d₂W₂·m _v ·m_t, м, (16,17)

где d₁ = cos (j - a) / cosj; d₂ = cos (j + a) / cosj; (18,19)

W₁ - площадь между синусоидой и линией М^//М^///, W₂ - площадь между синусоидой и линией М^/М^//. Площади W₁ и W₂ (на миллиметровой бумаге) замеряются следующим образом: в контурах, ограниченных синусоидой и касательными М^//М^///, М^/М^//, подсчитывается сначала количество целых квадратных сантиметров (имея ввиду, что 1 см² = 100 мм²), затем кол-во целых (не пересеченных линией контура) квадратных милли-метров, наконец кол-во пересеченных квадратных миллиметров вдоль контура, последнее делится пополам; производится суммирование и соответствующие площади W₁, W₂ выражаются в мм². Найденные численные значения S_н и S_в подставляются в формулу 7 и определяется средняя скорость относительного движения вороха по решету v _ср.

Толщина слоя вороха на решете находится из выражения:

h = Q_p / В_р v _ср g_в, м, (20)

где Q_p = Qb_з / b_в - секундная подача вороха на решето, кг/с; (21)

Q - секундная подача хлебной массы в молотильный барабан, кг/с; b_з - коэффициент, характеризующий содержание зерна в хлебной массе, b_з = 0,33-0,6; b_в - коэффициент, характеризующий содержание зерна в ворохе, поступающем на решето, b_в = 0,6-0,8;

В_р = 0,9 В_с - ширина решета, м; В_с - ширина соломотряса, м; g_в - объемный вес вороха, движущегося по поверхности решета, g_в = 50-60 кг/м³.

Необходимое число встряхиваний решета для достижения зерном, находящимся на поверхности слоя мелкого вороха в начале решета, рабочей поверхности решета (это является физическим условием возможности сепарации: зерно должно опуститься на рабочую поверхность решета, чтобы просепарироваться) определяется по формуле:

n_вс = n_oh / h_o, (22)

где n_o = 60-80; h_o = (0,01-0,012), м.

Необходимая длина решета выбирается из условия: L_p ³ n_вс(S_н - S_в), м. (23)

Фактическая удельная нагрузка на решето составит: q _ф = Q_p / В_р L_p, кг/с · м². (24)

Фактическая нагрузка q _ф сравнивается с допустимой удельной нагрузкой, зависящей от типа решета, т.е.: q _ф £ [ q ], (25)

где [ q ] - для жалюзийных регулируемых решет составляет: 0,9-1,1 кг/с · м²; для плетеных с отверстиями 20´20 мм: 0,7-0,85 кг/с · м²; для пробивных с отверстиями 16-20 мм: 0,3-0,4 кг/с · м².

Содержание работы.

2.1. Построить диаграмму сдвига вороха вниз - вверх по решету.

2.2. Определить параметры решетной очистки комбайна.

2.3. Сравнить удельную фактическую нагрузку с допустимой и выбрать тип решета.

2.4. Варианты исходных данных представлены в таблице 1.