Обоснование конструктивных параметров картофелекопателя с роторно-пальцевыми рабочими органами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.

УДК 631.358.44 Д.Н. ПОРОШИН

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЯ С РОТОРНО-ПАЛЬЦЕВЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ

Рассмотрен процесс движения клубней картофеля по роторнопальцевой сепарирующей поверхности. Теоретически обоснован процесс выделения почвенных примесей, установлены параметры и режимы работы сепарирующего устройства картофелеуборочной машины.

Процесс отделения почвы от клубней методом просеивания заключается в прохождении вороха по сепарирующей поверхности, на которой происходит отсев почвенных примесей, а клубни, перемещаясь, идут сходом.

В работах, проводимых ранее [1, 2, 3, 4], рассматривалось влияние различных факторов на полноту выделения примесей. Было отмечено, что процессы отделения почвы на прутковом элеваторе, решете, ротационном сепараторе и других устройствах имеют свои характерные особенности, присущие каждому типу сепаратора.

М.Е. Мацепуро [5] установил закономерность просеивания почвы на элеваторе в виде следующего выражения:

Е = е-а"х, (1)

где Е - эффективность сепарации; х - длина элеватора, м; ап - коэффициент, зависящий от типа и состояния почвы.

Рассмотрим процесс отделения почвенных примесей из клубненосного пласта на роторно-пальцевом сепараторе.

Для решения поставленной задачи запишем баланс массы вороха, поступающий на сепаратор:

Q = Чех + Чпр , (2)

41

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.

где Q - подача клубненосного пласта на сепаратор, кг; qcx -

масса вороха, сходящая с элеватора, кг; qnp - масса почвы, просеянная

на сепараторе, кг.

При установившемся режиме работы сепаратора можно применять Q = const, тогда, продифференцировав уравнение (2) по длине сепаратора, получим:

dgl , dqпР =0

dx dx

(3)

Второй член уравнения (3) показывает количество просеянной почвы на единице длины сепаратора (интенсивность сепарации). Принимая интенсивность сепарации почвы пропорциональной удельной нагрузке, имеем:

dql

dx

у- q ■ C

x

x ’

(4)

где у - коэффициент пропорциональности, зависящий от типа, параметров, режима работы сепаратора и свойств сепарируемой почвы, по данным [3] у = 2...2,5 .

Подставив в выражение (2) уравнение (4), разделив переменные и учитывая, что при x = 0 qcxx = 0 и при x = L qcxx = qcx после интегрирования по x в пределах от 0 до L получим:

L = — lnQ, (5)

у qх

где L - длина сепаратора.

После подстановки необходимых данных, исходя из агротехнических требований, получим величину длины роторно-пальцевой сепарирующей поверхности L = 0,92___1,16 м.

42

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.

Роторно-пальцевые сепараторы могут работать в двух режимах: без отрыва материала от рабочей поверхности сепаратора и с подбрасыванием материала, являющимся предпочтительным для условий средне- и тяжелосуглинистых почв [3, 5].

Для обеспечения режима работы с подбрасыванием необходимо соблюдать следующее условие (рис.1):

Fh > Р, (6)

где - составляющая силы инерции Fne; Р - проекция массы частицы на нормаль.

Сила инерции клубня будет переменна по направлению и постоянная по абсолютной величине:

Fen = m -о2 ■ r, (7)

где m - масса клубня, г; ю - угловая скорость рабочего элемента, с-1; r - радиус рабочего элемента, м.

Из схемы сил имеем:

Fe = F: ■ sinot

Р = Р ■ cos а, (8)

где а - угол наклона сепарирующей поверхности к горизонту,

град.

43

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.

Рис.1. Схема сил для определения угловой скорости сепарирующего устройства

Подставляя в формулу (6) соответствующие зависимости, получим выражение:

m -a 2 ■ r ■ sinat > m ■ g ■ cos a (9)

или

a2 ■ r .

cosa <-----sina t ,

g

(10)

a2 ■ r

где ------ - показатель кинематического режима работы се-

g

паратора, который выражается отношением ускорений.

Преобразуя уравнение (10), найдем угловую скорость рабочего элемента, при которой обеспечивается подбрасывание клубня:

а >

g-

cosa r ■ sina ■ t

(11)

После подбрасывания клубень продолжает свое движение, как тело, брошенное под углом к горизонту, со скоростью, равной гео-

44

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.

метрической сумме переносной скорости Ve и относительной Vr. Величина начальной скорости подбрасывания клубня Va определяется из выражения:

V. =№

+ V2 - 2V • V • cos О

(12)

где V - скорость переносного движения в точке вылета, м/с; Ve = r • а ; Vr - скорость относительного движения клубня в момент

схода с рабочего элемента, м/с; Vr = x’.

Параметры траектории полета определялись по математическим соотношениям, полученным из рассмотрения полета тела, брошенного с начальной скоростью Va под углом 9 к горизонту (рис. 2).

Уравнение траектории полета клубня определяется из выражения:

У

x • tgO

g

2 • V2•cos О

(13)

Для определения высоты H и дальности L полета используем математические соотношения:

H

L =

V2 = • sinO; (14)

2g

V2 2 = -^ • sin2 О . (15)

g

45

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.

а)

б)

Рис.2. Схема к определению параметров траектории полета

клубня:

а) при угле наклона а = 0 ; б) при угле а = 10

46

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.

В случае, когда сепарирующее устройство имеет наклон рабочей поверхности, параметры траектории могут быть найдены из следующих выражений:

V2 2 H = -^ ■ sin2 в - x ■ tga; 2g (16)

L = V ■ C°Se(tge- tga). (17)

g■cosa

После полета клубень соприкасается с рабочей поверхностью, при этом происходит соударение двух тел различной массы. Скорость соударения клубня о рабочую поверхность будет основным показателем, характеризующим оптимальные кинематические режимы сепарирующего устройства:

V =Jlgh < Удоп=2,2м/с. (18)

В результате исследований кинематических параметров и режимов работы сепарирующего устройства можно отметить, что увеличение угловой скорости вращения рабочих элементов ведет к увеличению дальности и высоты полета, при этом клубни совершают полет через два и более рабочих элементов. Режим с угловой скоростью вращения более 9 рад/с ухудшает сепарацию почвы вследствие сокращения времени пребывания клубней на рабочем органе и уменьшения частоты соударения.

Увеличение угла наклона сепаратора ведет к уменьшению дальности полета клубней. Угол 7 обеспечивает перемещение клубней по поверхности.

47

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.

Таким образом, теоретическое рассмотрение режимов работы ротационного сепаратора дает основание считать, что при угле наклона рабочей поверхности 7 и угловой скорости вращения рабочих элементов 5...8 рад/с скорость соударения клубня с поверхностью составит 1,6 м/с, что меньше допустимого значения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г.Д. Петров Основы расчета технологического процесса картофелеуборочного комбайна// Труды ВИСХОМ. - М., 1967. -Вып.55. - С. 309-382.

2. А.Д. Погуляев Теоретическое и экспериментальное обоснование режимов и некоторых параметров ротационного сепаратора// Труды ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1974. - Вып.93. - С. 91-98.

3. В.А. Хвостов Обоснование параметров рабочего органа для отделения корнеплодов от примесей// Тракторы и сельзозмашины. -1981. - № 7. - С.21-24.

4. М.Е. Мацепуро Технологические основы механизации уборки картофеля. - Минск: Изд-во АН БССР, 1949. - 136 с.

5. Б.П. Шабельник Разработка технологического процесса очистки корнеплодов и создание конвейеров-очистителей свеклоуборочных машин: Дисс. докт. техн. наук. - Харьков,1986. - 497 с.

Получено 22.10.01.

48