Работа молотильного аппарата

1  ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ

МОЛОТИЛЬНОГО  АППАРАТА 

       Работа  молотильного аппарата определяется пропускной способностью, условиями уборки, урожайностью и состоянием убираемой культуры.

       При аттестации зерноуборочных комбайнов указывают номинальную пропускную способность молотилки q_н, соответствующую уборке прямостоящей овеса продовольственного или фуражного назначения со следующими показателями: влажность 15…18 %, масса 1000 зерен – не менее 40 г, длина срезанных стеблей 0,70…0,90 м, коэффициент соломистости хлебной массы β_о = 0,48 и засоренность не более 1%.

       Номинальная пропускная способность q_н молотильного аппарата зерноуборочных комбайнов составляет для «ДОН-1500» – 8 кг/с.

       Абсолютная  влажность хлебной массы при  уборке w = 17 %. По высоте хлебостой L_ср = 0,64 м.

       Фактическая подача q_ф зависит также от вида, засоренности, влажности культуры и других показателей. Влияние указанных факторов учитывается коэффициентом σ использования номинальной пропускной способности. С увеличением засоренности и влажности (w ≥ 20%) хлебной массы его величина уменьшается. Коэффициент  использования σ = 1,1. Чем больше масса 1000 зерен, тем выше значения  σ.

     Фактическая пропускная способность молотильного аппарата зависит от следующих входных  параметров:

       – убираемая культура;

       – марка зерноуборочного комбайна;

       Q_з – урожайность зерна, ц/га;

       M• – число бичей молотильного барабана, шт.;

       L_б• – длина молотильного барабана, м;

       q₀ – допустимая удельная нагрузка на единицу длины бича, кг/м·с;

       β – коэффициент соломистости хлебной массы

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

       σ – коэффициент использования пропускной способности комбайна;

       w – абсолютная влажность хлебной массы, %;

       ε – коэффициент сепарации зерна  декой;

       ψ – коэффициент засоренности (ψ = m_м / m_в – отношение массы мякины к массе вороха, поступающего на очистку, ψ = 0,11…0,18);

       • – отмеченные звездочкой значения выбираются из технических характеристик зерноуборочных комбайнов .

       Допустимая подача хлебной массы в молотильный аппарат при номинальной пропускной способности комбайна и эталонной соломистости  

       [q] = q₀ M L_б , кг/с.      (1.1)

[q] = 0,71•10•1,484 = 10,54 кг/с 

       При влажности 17 % допустимая удельная нагрузка q_o на единицу длины бича барабана для комбайнов «КЗС-7» 0,60 кг/м×с.

       При выборе значения q_о необходимо учитывать урожайность, соломистость и влажность. Большие значения q_о следует принимать при меньших значениях коэффициента β (большем содержании зерна δ в хлебной массе)  и абсолютной w влажности. При этом следует учитывать, что рожь и пшеница обмолачиваются легче, ячмень – более трудно.

       Если  при уборке в молотильный аппарат хлебная масса поступает с показателями, отличными от эталонных, то фактическая пропускная способность молотильного аппарата  

       [q_ма]_ф = [q] (1– ψ) σ β / β₀, кг/с.    (1.2)

       [q_ма]_ф = 10,54 (1 - 0,145) 1,1·0,48/ 0,60 = 7,93 кг/с.

       Полученное  расчетным путем значение фактической  пропускной способности молотильного аппарата необходимо увязывать с пропускной спо 

       собностью соломотряса и очистки и выбрать наименьшую из них. 

2  ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СОЛОМОТРЯСА

И ОЧИСТКИ 

       Соломотряс предназначен для выделения зерна из поступающего на его грубого вороха, а система очистки – из мелкого вороха.

       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 имеют четыре или пять  клавиш. Корпус клавиши шарнирно соединен с двумя коленчатыми валами одинакового радиуса колен r_c. Валы и клавиши образуют четырехзвенный параллелограмный механизм. Каждая точка клавиши совершает плоскопараллельное движение по окружности радиуса r_c.

       Система очистки зерноуборочного комбайна состоит из колеблющихся решет, расположенных на двух уровнях, и вентилятора, создающего воздушный поток для отделения мелких примесей от зерна.

       Режим работы соломотряса оценивается показателем k кинематического режима. От этого показателя зависит дальность S транспортирования и скорость V_ср перемещения вороха вдоль клавиши. С повышением скорости толщина [h_с]   слоя соломы и время пребывания ее на соломотрясе уменьшаются. При уменьшении толщины слоя соломы на соломотрясе сепарация повышается.

       Для определения фактической загрузки молотильного аппарата в зависимости от параметров соломотряса при допустимом коэффициенте потерь необходимо определить следующее. 

       2.1 Угловую частоту вращения ω коленчатого вала соломотряса

       ω = (π n_c) / 30, с ^-1,     (2.1)

где  n_с – частота вращения коленчатого вала соломотряса, мин ^-1.

ω = (3,14·205)/30 = 21,46 с ^-1 

       2.2 Кинематический k режим работы соломотряса  

       k = (ω² r_c) / g,      (2.2)

где   r_с – радиус коленчатого вала соломотряса, м.

       k = (460,53·0,058)/9,81 = 2,72

       2.3 Коэффициент C, учитывающий запаздывание подбрасывания соломы,

C = 0,5 (1 + k).     (2.3)

C = 0,5(1 + 1,155) = 1,078

       2.4 Угол отрыва (подбрасывания) соломы от клавиши

                  ωt₀ = arcsin[(C cos α) / k],                 (2.4)

где  a – угол наклона клавиши к горизонту, град.

       ωt₀ = arcsin[1,078•cos10/2,72] = arcsin[1,078• 0,98/2,72] = 22,83

       2.5 Траекторию полета соломы после отрыва от клавиши в координатах xAy c началом координат в точке А:

       − время одного поворота коленчатого вала соломотряса

       t = 2π / ω, с;          (2.5)

       t = 0,293 с;

       − выбрать промежуток времени ∆t для расчета координат x и y траектории полета соломы над клавишей соломотряса (принимают ∆t = 0,04 с);

       − рассчитать промежуточные координаты траектории полета соломы  

       x_i = ω r_c (sinωt₀) t_i – (g t_i² sinα) / 2;

                                    y_i = ω r_c (cosωt₀) t_i – (g t_i² cosα) / 2.                  (2.6) 

При t_i = 0,03

x_i = ω r_c (sinωt₀) A_i – (g t_i² sinα) / 2;

x_i = 21.46•0.058•0.388•0.03 – (9.81•0.0009•0.17)/2 = 0.014 – 0.00075 = 0.013;

y_i = ω r_c (cosωt₀) t_i – (g t_i² cosα) / 2;

y_i = 21.46•0.058•0.92•0.03 – (9.81•0.03^2•0.98)/2 = 0,034 - 0,00432621= 0,03

φ_i = ω t_i;

φ_i = 21,46•0,03=0,6438; 

При t_i = 0,06

x_i = ω r_c (sinωt₀) t_i – (g t_i² sinα) / 2;

x_i = 21.46•0.058•0.388•0.06 - (9.81•0.06^2•0.17)/2 = 0,028976 - 0,00300186 = 0,0259742904;

y_i = ω r_c (cosωt₀) t_i – (g t_i² cosα) / 2;

y_i = 21.46•0.058•0.92•0.06 – (9.81•0.06^2•0.98)/2 = 0,068706336 - 0,01730484= 0,051

φ_i = ω t_i;

φ_i = 21.46•0.06 = 1,2876; 

При t_i = 0,09

x_i = ω r_c (sinωt₀) t_i – (g t_i² sinα) / 2;

x_i = 21.46•0.058•0.388•0.09 - (9.81•0.09^2•0.17)/2 = 0,0434642256 - 0,006754185 = 0,0367100406;

y_i = ω r_c (cosωt₀) t_i – (g t_i² cosα) / 2;

y_i = 21.46•0.058•0.92•0.09 – (9.81•0.09^2•0.98)/2 = 0,103059504 - 0,03893589= 0,064123614;

φ_i = ω t_i;

φ_i = 21.46•0.09 = 1,9314; 

При t_i = 0,12

x_i = ω r_c (sinωt₀) t_i – (g t_i² sinα) / 2;

x_i = 21.46•0.058•0.388•0.12- (9.81•0.12^2•0.17)/2 = 0,0579523008- 0,01200744= 0,0459448608;

y_i = ω r_c (cosωt₀) t_i – (g t_i² cosα) / 2;

y_i = 21.46•0.058•0.92•0.12– (9.81•0.12^2•0.98)/2 = 0,137412672 - 0,06921936= 0,068193312;

φ_i = ω t_i ;

φ_i = 21.46•0.12 = 2,5752; 

При t_i = 0.15

x_i = ω r_c (sinωt₀) t_i – (g t_i² sinα) / 2;

x_i = 21.46•0.058•0.388•0.15- (9.81•0.15^2•0.17)/2 = 0,072440376- 0,018761625= 0,053678751;

y_i = ω r_c (cosωt₀) t_i – (g t_i² cosα) / 2;

y_i = 21.46•0.058•0.92•0.15– (9.81•0.15^2•0.98)/2 = 0,17176584 - 0,10815525= 0,06361059;

φ_i = ω t_i ;

φ_i = 21.46•0.15 = 3,219; 

При t_i = 0.18

x_i = ω r_c (sinωt₀) t_i – (g t_i² sinα) / 2;

x_i = 21.46•0.058•0.388•0.18- (9.81•0.18^2•0.17)/2 = 0,0869284512- 0,02701674= 0,0599117112;

y_i = ω r_c (cosωt₀) t_i – (g t_i² cosα) / 2;

y_i = 21.46•0.058•0.92•0.18– (9.81•0.18^2•0.98)/2 = 0,206119008 - 0,15574356= 0,050375448;

φ_i = ω t_i ;

φ_i = 21.46•0.18 = 3,8628; 

При t_i = 0.21

x_i = ω r_c (sinωt₀) t_i – (g t_i² sinα) / 2;

x_i = 21.46•0.058•0.388•0.21- (9.81•0.21^2•0.17)/2 = 0,1014165264- 0,036772785= 0,0646437414;

y_i = ω r_c (cosωt₀) t_i – (g t_i² cosα) / 2;

 y_i = 21.46•0.058•0.92•0.21– (9.81•0.21^2•0.98)/2 = 0,240472176 - 0,21198429= 0,028487886;

φ_i = ω t_i ;

φ_i = 21.46•0.21 = 4,5066; 

Таблица 2.1 – Параметры траектории движения соломы по соломотрясу 

       Для определения положения клавиши  в момент падения соломы на клавишу  необходимо провести интерполяцию. С  этой целью  необходимо провести линии через точки 4; 4¢ и 5; 5¢ до их пересечения и через эту точку провести линию, параллельную клавише (под углом a к горизонту).

       Расстояние  между точками a и b есть перемещение соломы за одно подбрасывание.

       Средняя скорость соломы за одно подбрасывание

          V_ср = (S n_с) / 60, м/с.     (2.7)

       V_ср = (0,085·205)/60 = 0,39 м/с

       2.6 значение коэффициента m сепарации, при котором произойдет полное выделение оставшегося в соломе зерна, 

μ = (1 / L_c) ln[10²(1 – ε) / p_c],       (2.8)

где L_с – длина соломотряса (см. техническую характеристику), м;

    ε – коэффициент сепарации зерна  декой молотильного аппарата;

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

μ = (1 / 4,1) ln[10²(1 – 0,95) / 0,5] = 0,56

       Коэффициент сепарации зерна декой ε = 0,94 для комбайна «КЗС».

       2.7 Максимально допустимую толщину [h_с] слоя соломы, при которой обеспечивается сепарация зерна соломотрясом при допустимых потерях, 

          [h_c] = h_oc√μ₀ / μ , м,                                 (2.9)

    где h_ос – номинальная толщина слоя соломы, при которой определяется значение m₀ , м (h_ос = 0,2 м);

     m_o – номинальное значение коэффициента сепарации, равное 1,8 м^-1  при толщине слоя соломы h_ос;

    m – показатель степени (m = 1).

    [h_c] = 0,2√1,8 / 0,56 = 0,359м

       Большие значения m относятся к легким условиям. При увеличении коэффициента β соломистости и абсолютной w влажности показатель должен быть уменьшен, и наоборот.

       2.8 Пропускная способность соломотряса и очистки:

       − пропускная способность [q_гв]_max соломотряса по грубому вороху при максимально допустимой толщине слоя соломы

[q_гв]_max = B_c V_ср γ [h_c], кг/с,                (2.10)

    где  В_с – общая ширина соломотряса, м;

    g – объемная масса соломы, кг/м³ (g = 12 кг/м³ );

[q_гв]_max = 1,58 · 0,39 · 12 · [0,36] = 2,66 кг/с

       − пропускная способность [q_c]_ф комбайна по соломотрясу (максимально допустимая подача хлебной массы в молотилку по технологическим возможностям соломотряса)  

[q_c]_ф =  [q_гв]_max  / β = {B_c V_ср γ [h_c]} / β, кг/с;           (2.11)

[q_c]_ф = 2,66 / 0,48 = 5,54 кг/с

       − допустимая максимальная загрузка [q_мв]_max  очистки по мелкому вороху, обеспечивающая процесс выделения зерна с учетом агротехнических требований

[q_мв]_max  = q_оч F_р,  кг/с,     (2.12)

где  F_р – площадь сепарирующей поверхности решет очистки, м²;

    q_оч – допускаемая нагрузка на 1 м²  сепарирующей поверхности решета, (q_оч = 2 кг/с×м²);

[q_мв]_max  = 2 · 3,91= 7,82 кг/с

       − допустимая пропускная [q_оч]_ф способность комбайна по очистке грубого и мелкого вороха (максимально допустимая подача хлебной массы в молотилку с учетом пропускной способности очистки)

        [q_oч]_ф = {[q_мв]_max – [q_гв]_max (1 – ε k₀)} / [(1 – β k₀) ε], кг/с,  (2.13)

где k_о – коэффициент, характеризующий работу молотильного устройства и соломотряса в зависимости от влажности (при влажности w = 17%  k_о=1); 

        [q_oч]_ф = {[7,82] – [2,66] (1 – 0,95·0,8)} / [(1 – 0,5·0,8) 0,94] =

       {5,16 ·0,24}/0,564 = 6,86 кг/с 

       − сравнить фактическую пропускную способность комбайна по молотильному аппарату [q_ма]_ф, соломотрясу [q_с]_ф и очистке [q_оч]_ф  и выбрать из них меньшее значение, приняв как [q]_{ф min};

       − по выбранной фактической минимальной пропускной способности комбайна определить рабочую скорость машины с учетом предварительно выбранной ширины B захвата жатки 

                        V_м = {[q]_{ф min} (1 – β)} / (0,01 В Q_з), м/с,           (2.14)

где Q_з – урожайность зерна, ц/га;

    B – ширина захвата жатки, м.

       V_м = {[5,54] (1 – 0,48)} / (0,01·7·55) = 2,9/ 3,85= 0,75 м/с 

       Ширина  захвата жатки выбирается исходя из комплектации комбайна жатками, обеспечивая  максимальную производительность с  учетом допустимой агротехническими требованиями скорости движения комбайна (V_{м доп} = 0,8…2,2 м/с).

       3.9 Производительность комбайна за 1 час рабочего времени  

                                 W₀ = 0,36 B V_м, га/ч.               (2.15)

                                  W₀ = 0,36·7·0,75 = 1,89 га/ч 

     Вывод: выбрав ширину захвата жатки (В = 6 м) и фактическую минимальную пропускную способность комбайна ([q]_{ф min}  = 5,48 кг/с) определили рабочую скорость машины (V_м = 0,8 м/с), с помощью которой обеспечивается максимальная производительность. 
 
 
 

3 ПАРАМЕТРЫ НАСТРОЙКИ МОТОВИЛА В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ  СОСТОЯНИЯ ХЛЕБОСТОЯ   

       Мотовило  предназначено для подвода стеблей к режущему аппарату, удержания их в период среза и подачи к транспортирующим устройствам жатки.

       Качество  работы мотовила зависит от радиуса R, высоты H расположения оси мотовила над режущим аппаратом, выноса C' оси по отношению к режущему аппарату и показателя кинематического режима l.

       Среднее значение показателя l_ср кинематического режима  определяется отношением окружной скорости планки мотовила к поступательной скорости машины

λ_ср = ω_м R / V_м.     (3.1)

       Для определения параметров мотовила необходимо определить следующее.

       3.1 Показатель кинематического режима 

            
                                                                            (3.2)     
 

где  l_ср – длина срезаемой части стебля, м;

    R – радиус мотовила, м (см. техническую характеристику комбайна).

      Длина срезаемой части стебля

         l_ср = L_ср – h_ср, м,        (3.3)

    где  L_ср – высота хлебостоя, м;

    h_ср –– высота среза, м.

       l_ср =0,64 – 0,12 = 0,52 м 

      3.2 Значение показателя кинематического режима в зависимости от предельных значений длин срезаемой части

        _; 

       _;

где l_{ср max} – максимальная длина срезаемой части стебля, м;

    l_{ср min} – минимальная длина срезаемой части стебля, м.