CC BY
3
xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства жжжжжж
^^^ 05.20.01 ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
Научная статья
УДК 631.353.722:633.521
Б01: 10.24412/2227-9407-2022-10-7-19
Обоснование рациональной схемы расположения элементов роторного устройства для отделения семенной части от стеблей льна и конструктивных его параметров
Сергей Владимирович Курзенков1, Максим Васильевич Симонов2, Максим Валерьевич Цайц3в, Виктор Иосифович Коцуба4
1 3 4 Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, Горки, Беларусь
2 Вятский государственный университет, Киров, Россия 1 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-2673-9666
[email protected], https://orcid.org/0000-0003-3805-9246 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0890-9908 [email protected], https://orcid.org/0000-0001 -7858-1237
Аннотация
Введение. С целью повышения качественных показателей отделения семенной части урожая от стеблей льна при уборке мобильными льноуборочными машинами в УО БГСХА была предложена конструктивно-технологическая схема роторного бильно-вычесывающего устройства. Рациональная схема расположения элементов и конструктивные параметры требуют уточнения. В статье рассмотрены три наиболее приемлемые схемы взаимного расположения роторного бильно-вычесывающего устройства и зажимного транспортера, а также схемы расстановки бичей на роторе. Проведен анализ влияния рассматриваемых схем на технологический процесс отделения семенной части урожая и характера воздействия на обрабатываемый материал. Критериями оценки характера взаимодействия устройства с лентой стеблей льна были приняты: «мертвая» зона, предельный угол изгиба стеблей льна и полнота захвата бичом части ленты льна, содержащей семенные коробочки. Материалы и методы. Анализ схем расстановки рабочих органов производили в системе автоматизированного проектирования КОМПАС-3D. Расчет введенного безразмерного параметра Я/г осуществлялся в математическом пакете MathCad по изложенной в работе методике.
Результаты и обсуждение. Графическим методом были построены зависимости изменения анализируемых параметров при горизонтальном смещении ротора относительно зажимного транспортера, при вертикальном смещении транспортера относительно ротора и при изменении радиуса ротора. Анализ полученных зависимостей показал, что наиболее рациональной схемой расстановки элементов роторного бильно-вычесывающего устройства является вариант со смещением зажимного транспортера вертикально вниз относительно радиальной оси ротора, а его горизонтальное смещение нецелесообразно из-за существенного увеличения «мертвой» зоны.
Заключение. Для достижения качественной работы предлагаемого устройства необходимо обеспечить предварительный изгиб стеблей на угол, соответствующий половине общего угла изгиба стебля. В этом случае соотношение радиусов ротора к радиусу защитного кольца зависит от расположения зажимного транспортера и принятого угла изгиба стеблей. Такая схема позволит обеспечить положительный эффект - растягивание слоя ленты льна в молотильном пространстве, т. е. уменьшение толщины слоя стеблей при их обмолоте. Получен-
В., Симонов М. В., Цайц М. В., Коцуба В. И., 2022
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
© Курзенков С.
XXXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXXX
ные в данной статье аналитические зависимости войдут в основу методики расчета и проектирования предлагаемого роторного устройства для отделения семенной части урожая от стеблей льна.
Ключевые слова: бич, зажимной транспортер, защитное кольцо, зона зажимного транспортера, лен, обмолот, «мертвая» зона, роторное устройство
Для цитирования: Курзенков С. В., Симонов М. В., Цайц М. В., Коцуба В. И. Обоснование рациональной схемы расположения элементов роторного устройства для отделения семенной части от стеблей льна и конструктивных его параметров // Вестник НГИЭИ. 2022. № 10 (137). С. 7-19. DOI: 10.24412/2227-9407-202210-7-19
Substantiation of a rational arrangement of elements of a rotary device for separating the seed part from flax stems and its design parameters
Sergei V. Kurzenkov1, Maxim V. Simonov2, Maxim V. Tsaits3B, Viktor I. Kotsuba 4
1 Vyatka State University, Kirov, Russia
2 3 4 Belarusian State Agricultural Academy, Gorki, Belarus 1 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-2673-9666
[email protected], https://orcid.org/0000-0003-3805-9246 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0890-9908 [email protected], https://orcid.org/0000-0001 -7858-1237
Abstract
Introduction. In order to improve the quality indicators of separating the seed part of the crop from flax stalks during harvesting with mobile flax harvesters, the Belarusian State Agricultural Academy proposed a design and technological scheme of a rotary beater-combing device. The rational arrangement of elements and design parameters require clarification. The article discusses the three most acceptable schemes for the mutual arrangement of the rotary beater-combing device and the clamping conveyor, as well as the schemes for arranging the whips on the rotor. The analysis of the influence of the schemes under consideration on the technological process of separating the seed part of the crop and the nature of the impact on the processed material was carried out. The criteria for evaluating the nature of the interaction of the device with the flax stalk tape were taken as follows: the «dead» zone, the maximum bending angle of the flax stalks and the completeness of the capture by the whip of the part of the flax tape containing the seed pods. Materials and Methods. The analysis of the schemes of arrangement of the working bodies was carried out in the computer-aided design system KOMPAS-3D. The calculation of the introduced dimensionless parameter R/r was carried out in the mathematical package MathCad according to the method described in the work.
Results and discussion. Dependences of the change in the analyzed parameters were plotted using a graphical method with a horizontal displacement of the rotor relative to the clamping conveyor, with a vertical displacement of the conveyor relative to the rotor, and with a change in the radius of the rotor. The analysis of the obtained dependencies showed that the most rational arrangement of the elements of the rotary beater-combing device is the option with the clamping conveyor vertically downwards relative to the radial axis of the rotor, and its horizontal displacement is impractical due to a significant increase in the «dead» zone.
Conclusion. To achieve high-quality operation of the proposed device, it is necessary to ensure the preliminary bending of the stems at an angle corresponding to half the total bending angle of the stem. In this case, the ratio of the rotor radii to the radius of the protective ring depends on the location of the clamping conveyor and the accepted stalk bending angle. Such a scheme will provide a positive effect - stretching the layer of flax tape in the threshing space, i.e., reducing the thickness of the layer of stems during their threshing. The analytical dependencies obtained in this article will form the basis of the method for calculating and designing the proposed rotary device for separating the seed part of the crop from flax stalks.
xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх
Key words: flax, threshing, clamping conveyor, rotary device, scourge, protective ring, «dead» zone, clamping conveyor zone
For citation: Kurzenkov S. V., Simonov M. V., Tsaits M. V., Kotsuba V. I. Substantiation of a rational arrangement of elements of a rotary device for separating the seed part from flax stems and its design parameters // Bulletin of the NGIEI. 2022. № 10 (137). P. 7-19. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-10-7-19
Введение
В настоящее время в странах СНГ в основном применяются две классические механизированные технологии уборки льна-долгунца на семенные цели [1; 2; 3; 4]. При этом уборка осуществляется преимущественно с применением льноуборочных комбайнов ЛК-4А, «Двина-4М» или КЛС-3,5 и под-борщиков-очесывателей фирм DEPORTERE и ШСАОТ 2008 [3; 5; 6].
Применяемые в Беларуси льнокомбайны не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к ним современным сельскохозяйственным производством, особенно это относится к очесыва-юще-транспортирующему модулю, на котором происходят значительные повреждения стеблей и потери семян. Общие невозвратимые потери семян для льнокомбайна ЛК-4А и «Двина-4М» составляют в среднем 6,63 %, при его работе на короткостебель-ном льне - до 24,2 %, на полеглом стеблестое - до 60 %. Очесывающе-транспортирующий модуль комбайнов ЛК-4А и «Двина-4М» формирует ворох льна с содержанием стеблей в виде путанины до 70 % от общей массы и не обеспечивает распределения вороха в прицепе [7; 8; 9; 10].
В УО БГСХА предложена конструкция устройства для отделения семенной части от стеблей льна [11], основными узлами которого являются зажимной транспортер и ротор (рис. 1, а). Ротор на валу 7 устанавливается перпендикулярно зажимному транспортеру 1. На боковой поверхности диска ротора 2 со стороны подачи ленты льна на обмолот установлены косые бичи 3 и защитное кольцо 4, а на другой стороне ротора установлена вычесываю-ще-транспортирующая щетка 5. Ротор заключен в улиткообразный кожух 6, имеющий стол 8 для подвода стеблей в зону обмолота.
От схемы взаимного расположения зажимного транспортера и ротора, а также расстановки рабочих органов на нем зависит полнота отделения семенной части урожая, степень повреждения стеблей и другие показатели эффективности работы устройства. При этом важным условием эффективности работы предложенного устройства является исключение секуще-
го воздействия бича на стебли льна, их захлестывания за бич и, как следствие, обрыва стеблей [12]. Для этого в момент касания бичом ленты бич должен воздействовать на нее всей передней, по ходу движения, поверхностью, или плавным - сначала бич воздействует наиболее приближенной к оси вращения ротора частью бича, затем плоскостью передней поверхности и далее - носком. Опираясь на данное условие, рассмотрим такие схемы расстановки элементов конструкции устройства, которые обеспечивают параллельность бича с лентой стеблей льна в начале взаимодействия.
Цель исследования - обоснование рациональной схемы расположения элементов конструкции проектируемого роторного бильно-вычесывающего устройства и его параметров для эффективного отделения семенной части урожая от стеблей льна.
Материалы и методы
Для достижения поставленной цели применены теоретические (анализ, идеализация и моделирование) и эмпирические (наблюдение, измерение, сравнение) методы научного исследования. Анализ схем производили в системе автоматизированного проектирования KOMnAC-3D. Расчет введенного безразмерного параметра R/r осуществлялся в математическом пакете MathCad по изложенной в работе методике.
Результаты и обсуждение
Анализируя расстановку элементов конструкции обмолачивающего устройства, выделим характерные участки ленты стеблей льна, которые формируются во время работы устройства.
Лента льна при обмолоте удерживается зажимным транспортером на участке Lzt (рис. 1, б) на расстоянии Lfc от корней. При обмолоте на участке Lst происходит периодическое воздействие бича на стебли льна, а между участками Lzt и Lst образуется неподвергаемый воздействию рабочего органа участок Lmz - «мертвая» зона [13; 14; 15]. На участке ленты льна Lsk располагаются семенные коробочки, которые необходимо отделить от стеблей или разрушить обмолачивающим устройством.
technology and mechanization of agriculture
а б
Рис. 1. Общий вид устройства (а) и общая схема обмолота (б): 1 - зажимной транспортер; 2 - диск ротора; 3 - бич; 4 - защитное кольцо; 5 - вычесывающе-транспортирующая щетка; 6 - кожух; 7 - вал ротора; 8 - стол; 9 - стебли льна Fig. 1. General view of the device (a) and general scheme of threshing (b): 1 - clamping conveyor; 2 - rotor disk; 3 - scourge; 4 - protective ring; 5 - combing-transporting brush; 6 - casing; 7 - rotor shaft; 8 - table; 9 - stem Источник: составлено авторами на основании исследований
Для эффективной работы обмолачивающего устройства длина бича Lb должна перекрывать участок стеблей Lsk [16]. При этом для исключения пропусков и огрехов в работе «мертвая» зона стебля Lmz должна быть минимальной и не превышать 0,15 м [17; 18]
Lmz ^ min ; (1)
L < 0,15 м. (2)
mz ' v '
Также следует отметить, что для реализации предлагаемой схемы работы ротор обмолачивающего устройства не может пересекать зону зажимного транспортера, более того, он должен отстоять от этой зоны на величину технологического зазора 5, равную разности между радиусами вычесывающе-транспортирующей щетки 5 и диска ротора 2.
На этапе проектирования предположим, что длина рабочей поверхности бича Lb должна быть больше или равной участку ленты льна Lsk с семенными коробочками
L > Lsk, (3)
а его параметрами, определяющими бич как объемную фигуру, пренебрежем.
Участок ленты льна Lsk зависит от равномерности всходов льна, состояния стеблестоя и работы теребильного аппарата, формирующего слой стеблей (Ь.к = 0,3.. .0,45 м) [19; 20].
Рассмотрим варианты, когда бич касается ленты льна в начале взаимодействия с ней всей передней поверхностью, этому положению отвечает установка бича параллельно плоскости ленты стеблей льна, зажатой транспортером, а при некоторых допущениях совпадает с ней.
Условиям (1) и (3) наиболее удовлетворяет схема, когда бичи ротора расположены на диске радиально, при этом радиус ротора Я = Ь.к. В таком случае можно обеспечить наименьшее расстояние ЕВ, совместив ось вращения ротора и плоскость зажимного транспортера (рис. 2).
Тогда наименьшее значение величины Ьтг «мертвой» зоны будет в случае радиального расположения бичей на роторе (рисунок 2, а), ось вращения ротора с центром в точке О будет лежать в плоскости, зажатой транспортером ленты льна, а точка В с некоторыми допущениями совпадет с точкой Е.
Вестник НГИЭИ. 2022. № 10 (137). C. 7-19. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2022. № 10 (137). P. 7-19. ISSN 2227-9407 (Print)
_технологии и средства механизации сельского хозяйства
При фиксированных значениях радиусов ротора R и защитного кольца r длина бича будет определяться формулой:
Ьъ =>/R2 - r2 . (4)
В таком случае «мертвая» зона близка к нулю, однако лента стеблей льна подвержена максимальному изгибу под углом у, близким к 90°. Точное значение угла у может быть определено из условия того, что стебель льна принимает положение касательной ВС к окружности ротора (рис. 2, б).
Угол у не должен превышать значения, при котором происходит излом стебля ymax.
V<Vmax- (5)
Согласно исследований М. М. Ковалева [13], для свежевытеребленных стеблей влажностью 58.. .68 % максимальный угол изгиба утах находится в пределах 17.29°. Излом стеблей льна влечет за собой потерю качества урожая, поэтому его необходимо исключить [21].
Проанализируем изменение угла изгиба у и «мертвой» зоны при увеличении расстояния от точки Е зажатия стеблей транспортером до оси вращения ротора О в плоскости стеблей (рис. 2, б). Графическая интерпретация зависимостей представлена на рис. 2, в.
а б в
Рис. 2. Схема к определению влияния горизонтального смещения ОЕ на технологические параметры: а - расположение, соответствующее ЕО = R; б - расположение, соответствующее ЕО > R;
в - график зависимости угла изгиба у и «мертвой» зоны Lmz от расстояния ЕО; 1 - зажимной транспортер; 2 - диск ротора; 3 - бич; 4 - защитное кольцо; 5 - стебли льна Fig. 2. Scheme for determining the effect of horizontal displacement OE on technological parameters: a - location corresponding to EO = R; b - location corresponding to EO > R; c - graph of the dependence of the bending angle у and the «dead» zone Lmz on the distance ЕО; 1 - clamping conveyor; 2 - rotor disk; 3 - scourge; 4 - protective ring; 5 - flax stalks Источник: составлено авторами на основании исследований
Анализируя графическую зависимость, построенную при фиксированном значении радиуса ротора R = 0,35 м (рис. 2, в), следует заметить, что при увеличении расстояния ЕО значение «мертвой» зоны увеличивается линейно, а угол изгиба уменьшается по показательной кривой (экспоненте). При максимальном допустимом значении «мертвой» зоны Lmz = 0,15 м угол изгиба у составляет 45°, что значительно превышает допустимое значение. Из чего следует, что такая схема расстановки роторного бильно-вычесывающего устройства не отвечает требованиям качества процесса отделения семенной части от стеблей и не может быть принята за базовую.
Другим подходом к уменьшению угла изгиба стеблей льна является вертикальное смещение вниз точки Е зажатия стеблей транспортером на расстояние г (рисунок 3, а), соответствующее радиусу защитного кольца, а для того, чтобы бич касался ленты льна, в начале взаимодействия с ней всей передней поверхностью, его необходимо сместить вниз на величину г параллельным переносом. В таком положении бич является касательной к окружности защитного кольца 4. Начальное положение устройства при такой схеме расстановки имеет радиус защитного кольца, близкий к нулю, г ^ 0 (рис. 3, а). Такое положение устройства мало чем отличается от схемы, приведенной на рис. 2, а. Однако влияние вертикаль-
XXXXXXXXXX technology and mechaniza tion of agriculture XXXXXXXXXX
ного смещения точки Е на величину «мертвой» зоны стеблей, «мертвой» зоны и длины бича от величины
и угол изгиба существенно отличается. Смещение вертикального смещения точки Е зажатия стеблей
зажимного транспортера вертикально вниз (рис. 3, б) транспортером относительно оси вращения ротора О
влечет за собой смещение бича, длина которого АВ при фиксированном значении радиуса ротора
уменьшается. Графики зависимости угла изгиба R = 0,35 м приведены на рис. 3, в.
а б в
Рис. 3. Схема к определению влияния вертикального смещения точки Е на технологические параметры: а - расположение, соответствующее r ^ 0; б - расположение, соответствующее r > 0; в - графики зависимости угла изгиба у, «мертвой» зоны Lmz и длины бича Lb от вертикального смещения точки Е зажатия стеблей транспортером относительно оси вращения ротора О; 1 - зажимной транспортер; 2 - диск ротора; 3 - бич; 4 - защитное кольцо; 5 - стебли льна Fig. 3. Scheme for determining the influence of the vertical displacement of point E on technological parameters: a - location corresponding to r ^ 0; b - location corresponding to r > 0; c - dependency graphs the angle of bending у, the «dead» zone Lmz and the length of the whip Lb from the vertical displacement of the point E of the clamping of the stems by the conveyor relative to the axis of rotation of the rotor O; 1 - clamping conveyor; 2 - rotor disk; 3 - scourge; 4 - protective ring; 5 - flax stalks Источник: составлено авторами на основании исследований
Анализ графической зависимости (рис. 3, в) показал, что при максимальном значении «мертвой» зоны 0,15 м угол изгиба стеблей составит 12°, что удовлетворяет условию (2), а значение вертикального смещения точки Е при этом составляет 0,285 м, а длина бича, соответствующая отрезку АВ, Ьь = 0,20 м. Предельному значению угла изгиба 17° соответствуют длина бича Ьь = 0,238 м, «мертвая» зона Ьмз = 0,11 м, а значение вертикального смещения точки Е при этом составляет 0,255 м. При такой расстановке длина бича в диапазоне вертикального смещения точки Е = 0,255...0,285 м не превышает 0,238 м. Поскольку длина бича меньше длины участка Ь,к (Ь,к = 0,3.0,45 м) (рис. 1) стеблей льна, содержащего семенные коробочки, то в зависимости от способа подачи стеблей в зону обмолота будет происходить недомолот или захлест верхушечной части стеблей за элементы ротора и их возможный обрыв. Принимая во внимание условие, что длина бича должна быть не меньше длины участка Ь^ ленты стеблей льна (3), содержащей семенные
коробочки, можно сделать вывод о необходимости подбора соответствующего радиуса ротора Я.
Рассмотрим влияние изменения радиуса ротора на величину «мертвой» зоны Ьт2, угла изгиба у и длины бича Ьб (рис. 4).
Рассмотрим вариант взаимного расположения ротора и зажимного транспортера, соответствующего горизонтальному смещению оси вращения ротора О на величину Я и вертикальному смещению на величину 0,26 м, как наиболее отвечающему требованиям условий (2) и (5) (рис. 4, а). Очевидно, что маленький диаметр ротора не может иметь достаточной длины бича, а увеличение диаметра ротора (рис 4, б) приводит к увеличению угла изгиба стеблей льна и уменьшению «мертвой» зоны. При допустимом значении величины изгиба стеблей льна 17° и максимальном значении величины «мертвой» зоны 0,15 м для обеспечения достаточной длины бича 0,45 м ротор будет иметь радиус, который пересечет плоскость установки зажимного транспортера.
технологии и средства механизации сельского хозяйства
а б в
Рис. 4. Схема к определению влияния диаметра ротора на технологические параметры: а - расположение, соответствующее начальному значению радиуса R; б - расположение, соответствующее увеличению радиуса R; в - графики зависимости угла изгиба у, «мертвой» зоны Lmz и длины бича Lb от радиуса ротора R; 1 - зажимной транспортер; 2 - диск ротора; 3 - бич; 4 - защитное кольцо; 5 - стебли льна Fig. 4. Scheme for determining the influence of the rotor diameter on the technological parameters: a - location corresponding to the initial value of the radius R; b - location corresponding to an increase in radius R;
c - graphs of the dependence of the bending angle у, the «dead» zone Lmz and the length of the whip Lb on the radius of the rotor R; 1 - clamping conveyor; 2 - rotor disk; 3 - scourge; 4 - protective ring; 5 - flax stalks
Источник: составлено авторами на основании исследований
Анализ графической зависимости (рис. 4, в) показал, что при минимальном допустимом значении длины бича Ьь = 0,3 м такой расстановке соответствует диаметр ротора R = 0,375 м. Величина «мертвой» зоны при этом удовлетворяет требованию условия (2) и составляет Lmz = 0,11 м, а угол изгиба у = 21°, что не удовлетворяет требованию условия (5). Допустимому значению угла у = 17° соответствуют значения «мертвой» зоны Lmz = 0,12 м, радиуса ротора R = 0,35 м и длины бича Lb = 0,27 м, которая не удовлетворяет условию (3). Из чего следует, что увеличение радиуса ротора при такой схеме расстановки роторного бильно-вычесывающего устройства не отвечает всем приведенным выше условиям. Нерешенной проблемой остается обеспечение допустимого угла изгиба стеблей.
Кроме того размер ротора определяет и размеры других элементов конструкции устройства, поэтому следует стремиться к минимальному значению величины радиуса ротора
R ^ min (6)
Из вышеизложенного можно сделать заключение о том, что горизонтальное смещение точки Е нецелесообразно из-за пропорционального увеличения «мертвой» зоны, а вертикальное смещение зажимного транспортера вниз должно быть таким, чтобы удовлетворять требованию условия (1), (2) и (5). Поскольку проектируемое устройство для отде-
ления семян от стеблей льна предполагается использовать в полевых условиях на льноуборочном комбайне, где практически невозможно контролировать влажность стеблестоя, а также оценивать диаметры стеблей, подвергаемых изгибу в зоне обмолота, максимальный угол изгиба утах не должен превышать 17°. Для этого целесообразно обеспечить предварительный подъем стеблей на угол в = у/2 с последующим отгибанием их вниз на такой же угол при затягивании бичами в молотильное пространство. Такая схема позволит обеспечить и еще один положительный эффект - растягивание слоя ленты льна в молотильном пространстве, т. е. уменьшение толщины слоя стеблей при их обмолоте.
Зажатая в транспортере 1 порция стеблей 9 льна увлекается бичом ротора в молотильное пространство, образуемое боковой поверхностью диска ротора и боковой поверхностью деки. Бич передней поверхностью своего рода растаскивает захваченную порцию стеблей льна по боковой поверхности деки. Такому растаскиванию способствует изменение проекции угла установки передней поверхности бича на вертикаль, поскольку в процессе вращения ротора его проекция на вертикаль в зоне взаимодействия бича со стеблями приближается к 0°. Кроме того стебли в ленте льна в верхушечной части сцеплены между собой за счет спутанности семенных коробочек и плодоножек и для полного их разделе-
technology and mechanization of agriculture
ния, согласно исследованиям Г. А. Хайлиса, необходимый путь отвода составляет 0,48 м [22]. Поскольку в начале взаимодействия бича с лентой льна зазор между бичом и боковой поверхностью деки существенный (больше, чем в нижней части), то не происходит полное отделение порции стеблей бичом от ленты, подаваемой на обмолот, а сохраняется связь за счет спутанности. Таким образом порция стеблей льна, зажатая транспортером, сохраняет свою плотность в точке Е (рис. 1), а верхушечная часть распределяется на участке АА1, что обеспечивает веерное распределение стеблей в молотильном пространстве. Веерное распределение стеблей позволяет максимально уменьшить плотность слоя стеблей в зоне обмолота.
На основании изложенного, параметры ротора (радиус ротора Я, радиус защитного кольца г и длина бича Ьь) можно определить по следующей схеме.
Сделаем привязку элементов роторного биль-но-вычесывающего устройства к системе координат, поместив ее начало, точку О, в центр вращения ротора (рис. 1, б). В качестве исходных данных примем: координаты точки Е зажимного транспортера и предполагаемый предельный угол изгиба стеблей у.
Тогда согласно принятому порядку ввода стеблей внутрь корпуса роторного бильно-вычесывающего устройства обеспечим их подъем на угол в = у/2 за счет конфигурации подводящего стола. При этом предельным углом подъема стеблей будем считать их положение по касательной прямой к защитному кольцу ротора радиусом г. Такое положение стеблей можно описать уравнением прямой линии
у(х) = (х - хЕ)-18(Р) + уЕ, (7)
а абсциссу точки касания М\ можно найти из уравнения
(хМ1-хЕ ) • 18 (р) + ув- хМ1-18 (д + р) = 0. (8)
( (л ))
Так как точка М1 хМ^; хМ^ • 18 (^" + PJ является точкой защитного кольца, то его радиус можно определить по формуле
r =
+ Ум, =
ХЕ ■ tg
■Ув
/tg I + 1
(9)
Следующим этапом движения ленты стеблей будет затягивание их бичами ротора в корпус. Этот этап сопровождается отгибанием стеблей вниз на
угол в = у/2, при котором стебли стремятся занять предельное положение по касательной к радиусу ротора Я. Такое положение стеблей можно описать уравнением прямой линии
8(х) = ( х - Хе)- 18 (я-р) + (10)
а абсциссу точки касания М2 можно найти из уравнения
(хм2 -хв)• 18(я-р) + Ув -хм2 • 18(|-р] = 0. (11)
Так как точка М,,
■ tgif-Р
явля-
ется точкой окружности с радиусом ротора Я, то его можно определить следующим образом
R = >/ ХЩ + Ущ =
xe ■ tg и j-Уе
2
i tg 1 2 у +1
(12)
Тогда отношение радиуса ротора к радиусу защитного кольца для принятой схемы взаимного расположения элементов устройства, обеспечивающего делеление угла у пополам, будет иметь вид
(13)
R XE ■ tg 2 у + УЕ
r XE ■ tg - Уе
Из зависимости (13) видно, что соотношение радиусов ротора к радиусу защитного кольца зависит от расположения точки Е зажимного транспортера и выбранного угла изгиба стеблей, при условии, что этот угол делится пополам, т. е. характеризуется подъемом стеблей вверх на угол у/2, а затем изгибом их вниз на такой же угол.
Продемонстрируем пример расчета параметров безразмерного параметра R/r в математическом пакете MathCad при фиксированных значениях параметров установки зажимного транспортера (xE = -0,36 м и yE = -0,225 м) и предельном значении угла изгиба стеблей льна у = 15°.
Вариант оформления исходных данных и расчетной части в математическом пакете MathCad показан на рисунке 5.
По изложенной методике расчета (рис. 5) были определены значения параметра R/r для углов изгиба стеблей льна 15°, 18°, 21°, 24° и 27°, графическая интерпретация полученных результатов приведена на рисунке 5, а. Рассматривались случаи, удовлетворяющие требованию (6), а длина бича определялась по формуле (4).
технологии и средства механизации сельского хозяйства
Mathcad - [Связь констр nap с углом]
зйл Правка Бил Инструменты Символика Окно Справка
D-йИ m О ■■■ -■ m в = Ф п 100% V © Normal
:Е := -0.36 уЕ := -0.225 координаты точки зажимного транспортера Е, м / Clamping conveyor point coordinates E, г л угол, град. /
v= 17
«ngle. degrees
угол, рад / Angle, radian
x:= 0
Л|Л ( тт -ф Л функция, необходимая для нахождения точки касания стеблей с
:=tan| — J I. х — I + yE-tan^j + — j-x защитным кольцом / ТЪе function required to find the point of contact of
the stems with the protective ring
. тт 1|Л координаты точки касания стеблей с защитного
хМ1 := root(f(x) ,х) = 0.032 уМ1 := tm[ - + - j хМ1 =-0.105 кольцоН1 м/ coordinates of the tangent point of the
stems with the protective ring ■ 0.11 радиус кольца, м / Ring radius, m
xmi2 + уму2 -0 1099
xE"tan[ y J - УЕ
tan| - I +1
. i|m f -к i|m функция, необходимая для нахождения точки касания стеблей
Д*1 tan[ 71 " 2 /1Х~ Х£' + Уе~ tal\7 ~ 2') с ротором / The function necessary to find the point of contact of the
stems with the rotor
XM2 root<g(x) >*) = -°-094 УМ2 tan[ J - \ J XM2 = 306
координаты точки касания стеблей с ротором, м / coordinates of the tangent point of the stems with the rotor, m
&= J W + УМ22 = °-3204
: 2.915
Xp tan| TT - —
tanl TT - — I +1
: 0.3204 радиус ротора, м / Ring rad us. m
Xjj-tan ij, + УЕ
Xjj-tan к -УЕ
- - 2.915
безразмерный параметр, равный отношению радиусаротора к радиусу защитного кольца / dimension less parameter equal to the ratio of the rotor radiustothe radius of the protective ring
Рис. 5. Исходные данные и расчетная часть определения безразмерного параметра R/r Fig. 5. Initial data and calculation part of the determination of the dimensionless parameter R/r Источник: составлено авторами на основании исследований
р
т е
s
Я
& "Д
« g
с .2
s
'В и 3 « я S
& S
а оз е
И
ll l0 9
§ S r
e7
t
e
em6
ar S a
& 4
15 18 21 24 27
Угол у изгиба стеблей льна, град / Flax stem
bending angle у, degree
а
&
2 £
0,4 0,36
/ м m * * 0,32
i t 0,28 ю о ба le0,24
0,2
-
0,2S 0,3 0,3S 0,4
-ф=15°--ф=18° - • -ф=21°
Радиус ротора R, м / Rotor radius R, m
б
Рис. 6. График зависимости параметра R/r от угла у изгиба стеблей (а) и график зависимости длины бича Lb от радиуса ротора R при различных углах у изгиба стеблей (б) Fig. 6. Dependence of the parameter R/r on the angle у of the bending of the stems (а) and a graph of the dependence of the length of the whip Lb on the radius of the rotor R at various angles у of the bending of the stems (b) Источник: составлено авторами на основании исследований
XXXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXXX
Анализ графической зависимости (рис. 6, а) показал, что параметр R/r имеет зависимость от угла изгиба по некоторой экспоненциальной кривой. В диапазоне 15.24° эта зависимость близка к линейной, а при увеличении угла у более 24° резко возрастает. Из чего следует, что решение задачи по установлению значения параметра R/r требует уточнения предельной величины угла изгиба стеблей льна с учетом характера деформации стеблей при взаимодействии с разрабатываемым устройством.
Зависимость изменения длины бича Lb от радиуса R ротора для всех значений угла изгиба стеблей льна имеет линейный характер (рис. 6, б). Анализируя полученные графические зависимости с учетом условий (6) и (7), следует отметить, что при угле изгиба у = 15° и длине бича Lb = 0,3.0,35 м соответствует радиус ротора R = 0,34.0,4 м, а при угле изгиба у = 27° и длине бича Lb = 0,3.0,35 м соответствует радиус ротора R = 0,3.0,35 м, что также подчеркивает необходимость уточнения угла изгиба у. Из чего следует, что в диапазоне угла изгиба у = 15.27° радиус ротора, удовлетворяющий требованию (6), отличается в 1,13.1,14 раза.
Заключение
Наиболее рациональной схемой расстановки элементов роторного бильно-вычесывающего устройства является вариант со смещением бича
относительно радиальной оси ротора параллельным переносом на величину r, горизонтальное смещение зажимного транспортера нецелесообразно из-за существенного увеличения «мертвой» зоны, а его вертикальное смещение вниз должно быть таким, чтобы не превышать допустимого значения «мертвой» зоны и максимального угла изгиба стебля.
Для обеспечения условий минимальных размеров ротора и допустимого значения угла изгиба стебля льна целесообразно обеспечить предварительный подъем стеблей на угол ß = у/2 с последующим отгибанием их вниз на такой же угол при затягивании бичами в молотильное пространство. В этом случае соотношение радиусов ротора к радиусу предохранительного кольца зависит от расположения зажимного транспортера и принятого угла изгиба стеблей. Такая схема позволит обеспечить и еще один положительный эффект - растягивание слоя ленты льна в молотильном пространстве, т. е. уменьшение толщины слоя стеблей при их обмолоте.
Введенный безразмерный параметр R/r является постоянной величиной при фиксированном угле изгиба стебля льна. Экспериментальное уточнение предельной величины угла изгиба стеблей льна с учетом характера деформации стеблей при взаимодействии с разрабатываемым устройством позволит зафиксировать значение параметра R/r.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Ростовцев Р. А. Совершенствование технологии уборки льна-долгунца // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 12. С. 50-52.
2. Налобина Е. А., Муравинец Ю. В. Анализ технологий уборки льна-долгунца как основного фактора формирования качества льнопродукции // Товарознавчий вюник. 2011. № 3. С. 172-177.
3. Шаршунов В. А., Алексеенко А. С., Цайц М. В., Левчук В. А. Анализ механизированных технологий уборки и первичной переработки льна // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 2. С. 137-141.
4. Ivanovs S. et al. Comparative economic studies in the flax production technology // Engineering for rural development. 2008. С.124-27.
5. Мамаева И. В., Селюнина А. Г., Фаттахова О. В. Машины для механизированной уборки льна // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. 2021. № 23. С. 680-682.
6. Попов Р. А., Давыдова С. А., Голубев И. Г. Технические средства для уборки льна-долгунца // Техника и оборудование для села. 2021. № 7 (289). С. 23-27.
7. Кручинин М. И. Экономическая эффективность механизированных способов уборки и первичной обработки льна-долгунца (на примере колхозов Калининской области) : автореферат дис. ... канд. экон. наук. Ленинград - Пушкин, 1963. 18 с.
8. Рябцев В. Н. Исследование вопросов комплексной механизации уборки льна-долгунца с использованием льноуборочных агрегатов на повышенных скоростях : автореферат дис. . канд. техн. наук. Минск, 1962. 26 с.
9. Шаршунов В. А., Кругленя В. Е., Кудрявцев А. Н., Алексеенко А. С., Коцуба В. И. Переработка вороха молотильным устройством // Главный агроном. 2004. № 8. С. 52-53.
xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх
10. Кудрявцев А. Н., Алексеенко А. С., Коцуба В. И. Ресурсосберегающая технология послеуборочной переработки льновороха // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 3. С. 47-49.
11. Кругленя В. Е., Коцуба В. И., Сентюров П. Д., Сентюров А. Д., Цайц М. В., Райлян Г. А., Подшива-ленко И. Л. Патент 21293 Респ. Беларусь, МПК А 01D 45/06 (2006.01). Устройство для отделения семенных коробочек льна от стеблей; заявл. 14.01.13; опубл. 25.05.17 Бюл. № 4 (117).
12. Ростовцев Р. А., Татарницев К. В. Динамические особенности очеса стеблей льна // Достижения науки и техники АПК. 2007. № 4. С. 15-17.
13. Ковалев М. М. Галкин А. В., Дмитриев В. И. Исследование сопротивления стеблей льна отгибу // Проблемы повышения технологического качества льна-долгунца. Торжок. 2005. С. 224-229.
14. Астахов В. С., Курзенков С. В., Гордеенко О. В. Анализ формирования растянутости ленты льна-долгунца при уборке комбайновой технологией // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2022. № 2. С. 180-186.
15. CharletK. et al. Multi-scale morphological characterisation of flax: From the stem to the fibrils // Carbohydrate Polymers. 2010. Т. 82. №. 1. С. 54-61.
16. Зинцов А. Н. О взаимном расположении ленты растений льна-долгунца и очесывающего аппарата при раздельной уборке // Тракторы и сельхозмашины. 2020. № 3. С. 75-80.
17. Татарницев К. В. Повышение эффективности технологии уборки льна-долгунца путем оптимизации параметров и режимов работы очесывающего аппарата : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Тверь - Санкт-Петербург, 2008. 21 с.
18. Ростовцев Р. А. Повышение качества очеса стеблей льна путем совершенствования технологии и оптимизации параметров и режимов работы очесывающего аппарата : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург-Павловск, 2003. 19 с.
19. Черников В. Г. Статистические характеристики высоты стеблестоя и зоны расположения семенных коробочек в нем // Достижения науки и техники АПК. 2006. № 4. С. 18-19.
20. Черников В. Г. Потери семян в зависимости от точности подачи ленты льна в камеру очеса // Достижения науки и техники АПК. 2007. № 4. С. 14-15.
21. Requite S. et al. Exploring the link between flexural behaviour of hemp and flax stems and fibre stiffness // Industrial Crops and Products. 2018. Т. 113. С. 179-186. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.01.035
22. Шаршунов В. А., Кругленя В. Е., Кудрявцев А. Н., Алексеенко А. С., Коцуба В. И. Механико-технологические основы совершенствования послеуборочной обработки льновороха на семена. Горки : Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2012. 329 с.
Статья поступила в редакцию 26.07.2022; одобрена после рецензирования 29.08.2022;
принята к публикации 31.08.2022.
Информация об авторах:
М. В. Симонов - доктор технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, Spin-код: 1216-7568; С. В. Курзенков - кандидат технических наук, доцент кафедры высшей математики и физики, Spin-код: 6510-6968;
М. В. Цайц - старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности, Spin-код: 1777-4705; В. И. Коцуба - кандидат технических наук, доцент кафедры технического сервиса и общеинженерных дисциплин, Spin-код: 5337-8804.
Заявленный вклад авторов: Курзенков С. В. - сбор и обработка материалов, подготовка и проведение численных анализов. Симонов М. В. - формулирование основной концепции исследования, совместное осуществление анализа научной литературы по проблеме исследования.
Цайц М. В. - сбор и обработка материалов, подготовка и проведение численных анализов, проведение критического анализа материалов и формирование выводов. Коцуба В. И. - подготовка текста статьи.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
17
XXXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXXX
REFERENCES
1. Rostovtsev R. A. Sovershenstvovanie tekhnologii uborki l'na-dolgunca [Improving the technology of harvesting fiber flax], Traktory i sel'skohozyajstvennye mashiny [Tractors and agricultural machines], 2007, No. 12, pp. 50-52.
2. Nalobina E. A., Muravinec Yu. V. Analiz tekhnologij uborki l'na-dolgunca kak osnovnogo faktora formiro-vaniya kachestva l'noprodukcii [Analysis of fiber flax harvesting technologies as the main factor in shaping the quality of flax products], Tovaroznavchij visnik [Commodity Bulletin], 2011, No. 3, pp. 172-177.
3. Sharshunov V. A., Alekseenko A. S., Tsaits M. V., Levchuk V. A. Analiz mekhanizirovannyh technology uborki i pervichnoy pererabotki lna [Analysis of mechanized technologies for harvesting and primary processing of flax], VestnikBGSA [Bulletin BAA], 2017, No. 2, pp. 137-141.
4. Ivanovs S. et al. Comparative economic studies in the flax production technology, Engineering for rural development, 2008, pp. 124-27.
5. Mamaeva I. V., Selunina A. G., Fattahova O. V. Mashiny dlya mekhanizirovannoy uborki lna [Machines for mechanized flax harvesting], Aktualnue voprpsy sovershenstvovaniya tekhnologiiproizvodstva i pererabotkiprodukcii selskogo khozyaistva [Topical issues of improving the technology of production and processing of agricultural products], 2021, No. 23, pp. 680-682.
6. Popov R. A., Dovydova S. A., Golubev I. G. Tekhnicheskie sredstva dlya uborki lna-dolgunca [Technical means for harvesting fiber flax], Tekhnika i oborudovanie dlya sela [Machinery and equipment for the village], 2021, No. 7 (289), pp. 23-27.
7. Kruchinin M. I. Ekonomicheskaya effektivnost' mekhanizirovannyh sposobov uborki i pervichnoj obrabotki l'na-dolgunca (na primere kolhozov Kalininskoj oblasti) [Economic efficiency of mechanized methods of harvesting and primary processing of fiber flax (on the example of collective farms in the Kalinin region). Ph. D. (Economy) thesis], Leningrad - Pushkin, 1963, 18 p.
8. Ryabcev V. N. Issledovanie voprosov kompleksnoj mekhanizacii uborki l'na-dolgunca s ispol'zovaniem l'nouborochnyh agregatov na povyshennyh skorostyah [Study of the issues of complex mechanization of fiber flax harvesting using flax harvesters at high speeds. Ph. D. (Engineering) thesis], Minsk, 1962, 26 p.
9. SHarshunov V. A., Kruglenya V. E., Kudryavcev A. N., Alekseenko A. S., Kocuba V. I. Pererabotka voroha molotil'nym ustrojstvom [Heap processing with a threshing device], Glavnyj agronom [Chief agronomist], 2004, No. 8, pp. 52-53.
10. Kudryavcev A. N., Alekseenko A. S., Kocuba V. I. Resursosberegayushchaya tekhnologiya posleuborochnoj pererabotki l'novoroha [Resource-saving technology for post-harvest processing of flax], Vestnik Bryanskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Bryansk State Agricultural Academy], 2014, No. 3, pp. 47-49.
11. Kruglenya V. E., Kotsuba V. I., Sentyurov P. D., Sentyurov A. D., Tsaits M. V., Railyan G. A., Pod-shivalenko I. L. Patent 21293 Resp. Belarus, MPK А 01D 45/06 (2006.01). Ustroistvo dlya otdeleniya semennyh korobochek lna ot stebley [Device for separating flax seed pods from stems], zayavl. 14.01.13; opubl. 25.05.17 Byul. No. 4 (117).
12. Rostovcev R. A. Tatarnicev K. V. Dinamicheskie osobennosti ochosa stebley lna [Dynamic features of flax stalks tow], Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of science and technology of the AIC], 2007, No. 4, pp.15-17.
13. Kovalev M. M., Galkin A.V. Dmitriev V. I. Issledovanie soprotivleniyastebley lna otgibu [Study of the resistance of flax stems to bending], Problemy povysheniya tekhnologicheskogo kachestva lna-dolgunca [Problems of improving the technological quality offiber flax]. Torzhok, 2005, pp. 224-229.
14. Astahov V. S., Kurzenkov S. V., Gordeenko O. V. Analiz formirovaniya rastyanutosti lenty l'na-dolgunca pri uborke kombajnovoj tekhnologiej [Analysis of the formation of fiber flax ribbon stretching during harvesting by combine technology], Vestnik Belorusskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Belarusian State Agricultural Academy], 2022, No. 2, pp. 180-186.
15. Charlet K. et al. Multi-scale morphological characterisation of flax: From the stem to the fibrils, Carbohydrate Polymers, 2010, Vol. 82, No. 1. pp. 54-61.
16. Zincov A. N. O Vzaimnom raspolozhenii lenty rasteniy lna-dolgunca i ochosyvayuschego apparata pri razdelnoy uborke [On the mutual arrangement of the ribbon of fiber flax plants and the combing apparatus during separate harvesting], Traktiry i selhozmashyny [Tractors and agricultural machines]. 2020, No. 3, pp. 75-80.
18
xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх
17. Tatarnicev K. V. Povyshenie effektivnosti tekhnologii uborki l'na-dolgunca putem optimizacii parametrov i rezhimov raboty ochesyvayushchego apparata [Increasing the efficiency of fiber flax harvesting technology by optimizing the parameters and operating modes of the stripper. Ph. D. (Engineering) thesis], Tver' - Sankt-Peterburg, 2008, 21 p.
18. Rostovcev R. A. Povyshenie kachestva ochesa steblej l'na putem sovershenstvovaniya tekhnologii i optimizacii parametrov i rezhimov raboty ochesyvayushchego apparata [Improving the quality of flax stalk tow by improving the technology and optimizing the parameters and operating modes of the combing machine. Ph. D. (Engineering) thesis], Sankt-Peterburg-Pavlovsk, 2003, 19 p.
19. Chernikov, V. G. Statisticheskie harakteristiki vysoty steblestoya i zony raspolozheniya semennyh korobochek v nem [Statistical characteristics of the height of the stem and the area where the seed pods are located in it], Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of science and technology of the agro-industrial complex], 2006, No. 4, pp. 18-19.
20. Chernikov V. G. Poteri semyan v zavisimosti ot tochnosti podachi lenty lna v kameru ochosa [Losses of seeds depending on the accuracy of feeding the flax strip into the tow chamber], Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of science and technology of the agro-industrial complex]. 2007, No. 4, pp. 14-15.
21. Requile S. et al. Exploring the link between flexural behaviour of hemp and flax stems and fibre stiffness, Industrial Crops and Products, 2018, Vol. 113, pp. 179-186. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.01.035
22. Sharshunov V. A., Kruglenya V. E., Kudryavcev A. N., Alekseenko A. S., Kocuba V. I. Mekhaniko-tekhnologicheskie osnovy sovershenstvovaniya posleuborochnoj obrabotki l'novoroha na semena [Mechanical and technological bases for improving the post-harvest processing of flax for seeds], Gorki : Belorusskaya gosudarstven-naya sel'skohozyajstvennaya akademiya, 2012, 329 p.
The article was submitted 26.07.2022; approved after reviewing 29.08.2022; accepted for publication 31.08.2022.
Information about authors:
M. V. Simonov - Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, Spin-code: 1216-7568;
S. V. Kurzenkov - Ph. D. (Engineering), Associate Professor of the Department of Higher Mathematics and Physics, Spin-code: 6510-6968;
M. V. Tsaits - Senior Lecturer, Department of Life Safety, Spin-code: 1777-4705;
V. I. Kotsuba - Ph. D. (Engineering), Associate Professor of the Department of Technical Service and General Engineering Disciplines, Spin-code: 5337-8804.
Contribution of the authors: Kurzenkov S. V. - collection and processing of materials, preparation and conduct of numerical analyzes. Simonov M. V. - formulation of the main concept of the study, joint analysis of scientific literature on the research problem.
Tsaits M. V. - collection and processing of materials, preparation and conduct of numerical analyzes, critical analysis of materials; formulated conclusions. Kotsuba V. I. - writing of the draft.
The authors declare no conflict of interest.
