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 qхм (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 qхм ма на мелкий ворох, просеваемый через решетку подбарабанья [qмвоч]ф поступающий на очистку («О») и грубый ворох [qгвc]ф (солома и непросеянное через подбарабанье зерно и полова). поступает на соломотряс («С»). На соломотрясе выделенное зерно (qзc) поступает на очистку.
В сумме на очистку поступает
[qоч]ф = [qмвоч]ф + [qзс].
На очистке из поступающей массы выделяется зерно (qз), 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= pж+pма+pс+pо,
где ∑p – суммарные потери при выполнении технологического процесса;
pж – потери за жаткой (pж ≤ 1%);
pма - потери за молотильной аппарат (pма≤ 0,3-0,5%);
pс - потери за соломотрясом (pс≤ 0,5%);
pо - потери за очисткой (pо≤ 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 [qф]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 (Lср=0,52м.);
σ –– коэффициент использования пропускной способности молотильного аппарата (σ=1,12).
Соотношение зерна и не зерновой части оценивается коэффициентом соломистости:
,
где mс –– 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 qф зависит от соотношения зерна и не зерновой части хлебной массы.
С увеличением содержания зерна в хлебной массе фактическая подача qф увеличивается, и наоборот. Когда δо= δ, то qф и qн равны. При δ>δо подача qф превышает номинальную.
Фактическая подача qф 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 = mM/mB – 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 (rc). Валы и клавиши образуют четырехзвенный параллелограммный механизм. Каждая точка клавиши совершает плоскопараллельное движение по окружности радиуса rc. 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 Vср 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 rc – радиус коленчатого вала соломотряса;
ω - угловая скорость точек клавиши
,
где n c - частота вращения коленчатого вала соломотряса, 
;
– показатель кинематического режима работы соломотряса
.
.
Принимаем rc=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 ωto 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 хi и yi 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 [ hс ],при которой обеспечивается сепарация зерна соломотрясом при допустимых потерях:
где hoc –– номинальная толщина слоя соломы, при которой определяется значение mo ,м (h ос = 0,2 м);
m –– коэффициент сепарации зерна соломотрясом; для данного типа комбайна;
mo –– номинальное значение коэффициента сепарации, mo=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; Вс=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 [qмв]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 qоч= 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 [qма]ф, соломотрясу 
и очистке 
и выбираем из них наименьшее значение ( 
= [qма]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:
.
