CC BY
74
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
1. Рихтер Дж. Программирование на платформе Mi-crosofit.NET Framework /Пер. с англ. - 2-е изд., испр. - М.: Русская редакция, 2003 - 512с.
2. Microsoft Corporation Разработка Web-приложений на Visual Basic.NET и Visual C#.NET, Учебный курс MCAD/MCSD/Пер. с англ. - М.: Русская редакция, 2003. - 704 с.
3. Петцольд Ч. Программирование для Windows на C#, В 2-х томах. Том 2 /Пер. с англ. - М.: Русская редакция, 2002. - 624 с.
4. Малеев Е. MS SQL Server 2000. - М. 2003.
5. Microsoft Corporation, «Microsoft SQL Server 2000 System Administration», Microsoft Press 2003;
6. www.goddotnet.ru - Сайт, посвященный технологии .NET.
Получено 24.05.2005.
УДК 631.354.2
М.И. ЛИПОВСКИЙ, д-р техн. наук
ОБОСНОВАНИЕ МОЛОТИЛЬНОГО АППАРАТА РАЦИОНАЛЬНОГО ОБМОЛОТА
Дано обоснование типа однобарабанного молотильного аппарата для осуществления двухфазного обмолота, его рабочих элементов и их параметров.
Анализ, выполненный в работе [1], позволил сформулировать концептуальные принципы рационального обмолота - двухуровневое энергетическое воздействие на обмолачиваемую культуру путем нанесения по ней малого количества ударов большой интенсивности и большого количества ударов малой интенсивности. Установлены, из условия обеспечения обмолота в наиболее трудных условиях, соотношения между количеством ударов большой и малой интенсивности - 1:3-1:4 и между уровнями интенсивности ударов - 2:1.
Имеющаяся информация позволила перейти к разработке молотильного аппарата, способного осуществлять рациональный обмолот. Как отмечалось выше, это должно быть барабанное устройство,
60
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2005. Вып. 77.
отличающееся от применяемых конструкцией рабочих элементов барабана. Последний должен иметь два диаметрально противоположных рабочих элемента, более удаленных от оси вращения, чем остальные.
Различие в размещении рабочих элементов барабана, исходя из принятых энергетических соображений, в первом приближении можно определить, учитывая закономерность изменения окружного усилия на рабочих элементах барабана в зависимости от изменения зазора между барабаном и подбарабаньем.
Силу R, действующую на рабочие элементы барабана, можно определить из выражения [2]:
R = Ri + R2 , (1)
^^Ri - результирующая сил сопротивления деформированию элементов потока растительной массы (изгиб и разрыв стеблей, разрушение колосьев, сжатие стеблевых трубок и др.), трения бичей по растениям и изменения положения растений относительно направления вектора скорости потока;
R2 - результирующая сил инерции элементов растений, которым сообщается ускорение.
Большую часть усилия R составляет сила R1 сопротивления подбарабанья, которая в основном определяет энергоемкость обмолота. По данным Пустыгина М.А. [3], на преодоление сопротивления подбарабанья затрачивается до 85% потребной на обмолот мощности. Мощность, расходуемая на удар, и сообщение живой силы продуктам обмолота, от зазоров между барабаном и подбарабаньем не зависит.
С учетом изложенного можно с достаточной для целей исследования точностью записать:
R6. з (») 6.з + Rl (К1)б.з _
-----—----------------~---------, (2)
Rm .з ( Rl) м .з + R2 ( Rl) м .з
где индексами м. з. и б. з. обозначены параметры обмолота соответственно при малом и большем зазоре между барабаном и подба-рабаньем.
61
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Будем считать, что сила Ri определяется суммой нормальных усилий сжатия слоя обмолачиваемой культуры в молотильном зазоре, действующих на поперечные планки подбарабанья:
Пп
R = f Z Qi. (3)
i=1
где Qi - нормальное усилие сжатия слоя обмолачиваемой культуры в молотильном зазоре, действующее на i-ю поперечную планку подбарабанья, Н;
Пп - количество поперечных планок подбарабанья; f - коэффициент сопротивления перемещению продуктов обмолота по поверхности подбарабанья.
Согласно результатам работы [4], можно при данном значении подачи обмолачиваемой культуры в молотильный аппарат считать с достаточной для целей исследований точностью, что
(Пп Л
Z Qi Vi=1 J
(Пп Л
б .3
Z Qi
V i=1 J
м.з
(4)
Подставляя в соотношение (2) значение R1 по выражению (3) и учитывая допущение (4), получаем:
R6. з. (Qi )б. з (Qex )б. з
-----~---------=---------- , (5)
Rm. з (Qi) м. з (Qex)м. з
где Q^ - усилие сжатия на входе подбарабанья, Н.
Изменение силы Q при нормальном протекании процесса обмолота, согласно [5], подчиняется закону Гука, который в данном случае принимает вид:
62
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2005. Вып. 77.
Q = к Еупр, (6)
где к - коэффициент пропорциональности, Н;
Еупр - относительная деформация (упругая) слоя.
Выражение для Еукр в нашем случае имеет вид:
Асе — Аех
Еуп р=----------, (7)
Асе
где Асв - толщина слоя обмолачиваемой культуры в свободном состоянии, мм;
Авх - значение молотильного зазора на входе молотильного аппарата, мм.
Подставляя в соотношение (5) выражение для Q по равенству
R6. з
(6) с учетом формулы (7) и замечая, что отношение - удовле-
Rm. 3.
творяет условию (8) [1], получаем
А се —А ^ А се —А
ех.б
ех.м
(8)
где Авхм и Авхб - молотильные зазоры на входе молотильного аппарата между подбарабаньем и рабочими элементами барабана, соответственно более и менее удаленными от его оси, мм.
Разделив числитель и знаменатель правой части уравнения (8) на Авхм и произведя тождественные преобразования, запишем искомое Аех. б
выражение для------ в виде:
Аех. м
А %>.f А%>."
= а.. (l— g)+g,
(9)
где см - степень сжатия в малом зазоре на входе молотильного аппарата:
63
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Асе
Ом =--------. (10)
Аех. м
Примем для степени сжатия в малом технологическом зазоре значение
Ом Окр ~ 2,6 (11)
где окр - критическая степень сжатия слоя, соответствующая началу массового излома трубок стеблей по всей толщине слоя, [5].
Подставляя в формулу (9) значение ом из (11) и принятое в [1] значение q = 0,5, получаем:
Аех. б
------ = 1,8 . (12)
Аех. м
Для овхм можно принять одно из значений зазора на входе, рекомендуемых для молотильных аппаратов серийных комбайнов. Примем
Авх.м 20 мм, (13)
что примерно соответствует среднему значению зазора на входе для однобарабанных молотильных аппаратов комбайнов, и найдем из соотношения (12) значение
Авхб = 36 мм. (14)
Разница Аг в удалении от оси вращения рабочих элементов разрабатываемого барабана равна разности значений зазоров между этими элементами и подбарабаньем:
Аг Авх.б - Авх.м . (15)
Подставляя в равенство (15) значения входящих параметров (13) и (14), получаем:
Аг= 16 мм. (16)
Полученный параметр позволяет подойти к решению в принципе вопроса о выборе рабочих элементов барабана. Запишем очевидное соотношение для значений зазоров на выходе Авыхб и Авыхм для
64
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2005. Вып. 77.
элементов барабана соответственно менее и более удаленных от оси вращения
Двых.б Двых.м + Дг* (17)
Для более удаленных от оси барабана его рабочих элементов примем значение зазора на выходе
Двых.м 5 мм. (18)
Подставляя значение (18) в соотношение (17), получаем
Двых.б 21 мм. (19)
Для выпускаемых зерноуборочных комбайнов с бильным молотильным аппаратом максимальное рекомендуемое заводскими инструкциями значение зазора на выходе - 8 мм. Достаточно уверено можно полагать, что рабочие элементы барабана в виде рифленых бичей при зазоре на выходе в 21 мм будут совершенно неработоспособны. Это показывает, что невозможно реализовать предложенный рациональный обмолот применением в конструкции молотильного барабана рифленых бичей в качестве рабочих элементов.
Будем синтезировать рабочий орган для реализации рационального обмолота на базе наиболее эффективного в сложных условиях работы молотильного аппарата. По данным Антипина В.Г., таковым является клинцовый молотильный аппарат [6], эффективность и преимущество которого перед бильным молотильным аппаратом доказаны опытом эксплуатации первого в мире северного зерноуборочного комбайна СКАГ-5А [7], созданного на основе предложения российских изобретателей Анвельта Ю.Я. и Григорьева М.И., материалами исследований, выполненными в НИПТИМЭСХ НЗ РФ в период 1967-1971 гг., результатами испытаний более совершенного опытного образца северного комбайна СК-4С [8].
По данным Поздеева Ю.Е. [9], при прочих равных условиях недомолот зерна у клинцового молотильного аппарата в два и более раза меньше, чем у бильного. В то же время клинцовый молотильный аппарат значительно хуже, чем бильный, сепарирует зерно. Реализация хороших обмолачивающих качеств клинцового аппарата в комбайне классической схемы возможна при агрегатировании его с многороторным (соломочесным) соломосепаратором, который компенси-
65
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
рует недостаточную сепарирующую способность первого. Это сужает возможность использования клинцового молотильного аппарата, в частности, при агрегатировании с клавишным соломотрясом, когда снижение потерь невымолоченным зерном не компенсирует увеличения потерь свободным зерном из-за пониженной сепарирующей способности молотильного аппарата. Кроме того, при сочетании клинцового барабана с клинцовым подбарабаньем затруднено осуществление предложенного двухуровневого энергетического воздействия молотильного аппарата на обмолачиваемую культуру.
Поэтому представляется целесообразным и возможным реализовать рациональный обмолот путем сочетания в молотильном аппарате барабана с зубовыми рабочими элементами и прутковопланчатого подбарабанья бильного молотильного аппарата. Назовем такое устройство молотильным аппаратом с зубовыми бичами. В пользу данного предложения говорит анализ известной информации о характере взаимодействия барабана, обмолачиваемой культуры и подбарабанья.
Известно, что в зубовом молотильном аппарате обмолачиваемый поток стеблей и зерна движется по поверхности подбарабанья (как и в бильном молотильном аппарате), взаимодействуя с зубьями барабана и подбарабанья. С большой степенью уверенности можно ожидать, что при отсутствии зубьев на подбарабанье характер движения потока растений в молотильном пространстве еще более приближается к характеру его движения в молотильном пространстве биль-ного молотильного аппарата. Такое движение поступающий в молотильный аппарат продукт получает при встрече с элементами вращающегося барабана у входа в молотильное пространство. В бильном молотильном аппарате это происходит под ударным воздействием бичей на подаваемый (транспортером наклонной камеры или приемным битером) продукт. На этот элемент технологического процесса у первой планки подбарабанья расходуется от 50 до 70% (в зависимости от культуры и ее состояния) общих энергозатрат на обмолот [10]. 70-75% мощности, потребной на весь процесс обмолота, приходится на перемещение потока растений в пределах 1/3 длины подбарабанья [11]. У зубового барабана наиболее удаленными от оси вращения точками являются концы зубьев. При относительно редкой
66
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2005. Вып. 77.
расстановке их на планке (у клинцового барабана шаг расстановки зубьев равен 88 мм) концы зубьев перекрывают ничтожную часть длины барабана (около 5%). Поэтому маловероятно, чтобы зубовый барабан мог концами зубьев сообщить немонолитному продукту, состоящему из стеблей и зерна, достаточно большое ускорение и передать столь значительное количество энергии. Можно предположить, что первые ударные воздействия, определяющие движение обмолачиваемого продукта в молотильном пространстве, совершаются планками (подобно бичам бильного барабана), на которых закреплены зубья. В таком случае при зубовом барабане уровень энергетического воздействия на обмолачиваемую культуру у входа в молотильный аппарат должен зависеть, в основном, уже не от зазора между концами зубьев и подбарабаньем, а от зазора между планкой, на которой закреплены зубья и подбарабаньем. Назовем этот зазор эквивалентным и обозначим Дэкв.
Аэкв - Двх + h, (20)
где h - высота зуба, мм
Последнее суждение, которое будет подтверждено экспериментально, открывает возможность реализовать принцип двухуровневого энергетического воздействия на обмолачиваемую культуру за счет выполнения зубьев барабана, концы которых размещаются на одной цилиндрической поверхности, разной высоты. Основания зубьев меньшей высоты, которые назовем низкими, будут размещаться относительно подбарабанья с меньшим зазором, чем основания зубьев большей высоты (которые назовем высокими), и воздействовать на обмолачиваемую культуру импульсами большей интенсивности, чем основания последних.
Рабочий элемент клинцового молотильного аппарата - клинцо-вый зуб (рис. 1). Приняв его в качестве рабочего элемента барабана в исходном варианте молотильного аппарата с зубовыми бичами для реализации рационального обмолота, найдем по формуле (20) значение эквивалентного зазора при минимальных значениях зазора между концами высоких зубьев и подбарабаньем на входе Двх = 5...10 мм:
67
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Лэкв.б. = 42-47 мм. (21)
Придерживаясь полученного выше соотношения (12), найдем значение эквивалентного зазора для рабочих элементов барабана с низкими зубьями:
Лэквм. = 23-26 мм. (22)
Высота низких зубьев при среднем значении молотильного зазора на входе
(Лвх)ср = 7,5 мм согласно (20) должна составлять:
Ьн = 16-18 мм. (23)
Расположение зубьев на планках барабана будем задавать, исходя из рационального прохождения соседних следов зубьев (рис. 2). Таковым будем считать размещение зубьев, при котором часть потока обмолачиваемой культуры, ограниченная уровнями поверхностей оснований высоких и низких зубьев, обрабатывается боковыми гранями первых на полную высоту. Из рис. 2 нетрудно усмотреть, что это условие выполняется при размещении точек Д пересечения проекций боковых граней высоких зубьев на линии Е-Е оснований низких зубьев.
Для определения шага следов зубьев S1 напишем очевидные из рис. 2 соотношения:
Si = О1О2 = 2О1С;
68
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2005. Вып. 77.
OjC
OjB - ВС = 0,5АВ - ДС tgP3; ДС = h - hH.
Рис. 2. Схема прохождения следов зубьев барабана
Учитывая значения h и ^ соответственно из рис. 1 и выражения (23), а остальных входящих величин - из рис. 2, получим:
Si = 12-19 мм.
Схема разработанного молотильного аппарата представлена на
рис. 3
Заданное прохождение соседних следов зубьев можно получить при различном размещении зубьев на поверхности барабана: в шахматном порядке, по одно- или многоходовой винтовой линии. При размещении зубьев в шахматном порядке шаг их расстановки на планке составит:
S = 2S1 = 24-38 мм,
а общее количество зубьев у восьмибичевого барабана для молотилки шириной 1200 мм будет 240-400. При большом количестве зубьев увеличивается вероятность соударения их с зернами обмолачиваемой культуры, что может увеличить количество травмированных зерен. Наибольший шаг расстановки зубьев на планках получается при размещении их по одноходовой винтовой линии - у восьмибильного барабана S = 96-152 мм, у десятибильного - S = 120-190 мм. В этом случае за один оборот молотильного барабана по каждому участку потока обмолачиваемой культуры будет наноситься один удар.
Из соображений целесообразности дублирования воздействий представляется более надежным размещение зубьев по двухходовой
69
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
винтовой линии, когда по каждому обрабатываемому участку будет наноситься два удара. При таком размещении зубьев шаг их расстановки на планке составит S=48-76 мм.
Рис. 3. Схема молотильного аппарата с зубовыми бичами
Синтезированный рабочий орган в виде барабана с зубьями определенного размера и определенным образом расположенными внешне весьма схож с соломочесами северного комбайна, которые работали при постоянном зазоре между вершинами зубьев и решеткой. Это позволило надеяться, что разрабатываемый молотильный аппарат сможет работать в меняющихся условиях уборки при неизменных зазорах между барабаном и подбарабаньем. Убедительное подтверждение этого качества получено в ходе многолетних испытаний комбайнов с экспериментальным молотильным аппаратом на МИС и работы в хозяйственных условиях опытных образцов и выпущенной АО "Красноярский завод комбайнов" опытной партии комбайнов.
70
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2005. Вып. 77.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Липовский М.И. Обоснование рационального двухфазного обмолота зерновых культур //Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: Сб. науч. тр. - СПб., СЗНИИМЭСХ, 2004 - Вып. 76 -С. 25-37.
2. Кленин Н.И., Сакун В.Л. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. - М.: Сельхозгиз, 1980. - 671 с.
3. Пустыгин М.А. Теория и технологический расчет молотильных устройств. - М.: Сельхозгиз, 1948. - 96 с.
4. Рогачков И.Г. Обоснование параметров и режимов работы
молотильного аппарата для обеспечения постоянства степени сжатия слоя хлебной массы в молотильном зазоре: Автореф. дисс...
канд.техн.наук. - М., 1990. - 30 с.
5. Рогачков И.Г., Жалнин Э.В. Современные комбайны большой производительности (учебное пособие). - Л.: ЛСХИ, 1983. - 75 с.
6. Антипин В.Г. Способы и средства повышения эффективности применения зерноуборочных комбайнов и агрегатов в Нечерноземной зоне (Методические рекомендации). - Л.-Пушкин: НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, 1984. - 100 с.
7. Работа северных комбайнов и их усовершенствование //Антипин В.Г., Григорьев С.М., Абрамов Я.Д., Коган С.М. - М.: Сельхозгиз, 1951. - 251 с.
8. Интенсификация комбайновой уборки зерновых в Нечерноземной зоне /Под ред. В.Г.Антипина. - Л.: Лениздат, 1976. - 128 с.
9. Поздеев Ю.Е. Исследование работы двухбарабанных молотильно-сепарирующих устройств зерноуборочных комбайнов в условиях Северо-Запада//Автореф. дисс... канд.техн.наук. - Л., 1972. - 24 с.
10. Гетьманов А.И. Обоснование и исследование бильного молотильного устройства с интенсификацией обмолота и сепарации зерна: Автореф. дисс... канд.техн.наук. - М., 1976. - 15 с.
11. Дзодцоев И.И. Исследование перемещения элементов
хлебной массы в молотильном устройстве: Автореф. дисс...
канд.техн.наук. - М., 1969. - 19 с.
Получено 16.08.2005.
71
