CC BY
18
известия оренбургского государственного аграрного университета
2020 ■ № 5 (85)
boards of various process diagrams were analyzed, effective directions for improving the design and composition of arable units with additional devices were determined, which made it possible to perform several operations in one pass of the unit. Optimal values of tractor engine power, its mass, width of unit gripping and its mass, working speed of unit movement and value of optimization criterion - minimum cost of total energy on execution of plowing process with accompanying works (application of fertilizers, soil leveling) are obtained. The technical and operational indicators of modern waste plows were analyzed and the most effective ones were chosen. There are presented new directions of increasing the efficiency of arable aggregates on the dump ploughing.
Key words: unit, ploughing, revolving plough, rotary plough, costs, model-operation, power, grip width, mass,
energy intensity, optimization, effectness.
-♦-
УДК 628.16
Определение основных параметров работы механизма очистки зерноуборочного комбайна
А.А. Вихлянцев, ст. преподаватель
ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
Исследование проведено с целью повышения производительности зерноуборочного комбайна. Это достигается путём увеличения мощности двигателя комбайна, скорости движения, ширины жатки, объёма бункера. Производительность зерноуборочного комбайна во многом зависит от повышения качества работы воздушно-решётной системы очистки комбайна, от её адаптации к повышенной загрузке зерновым ворохом. Интенсификация процесса сепарации зерна возможна за счёт новых технических решений, обеспечивающих оптимальные кинематические и динамические параметры движения транспортной доски, верхнего и нижнего решета и способствующих быстрому перераспределению частиц зернового вороха для улучшения сепарации воздушным потоком. Рассмотрена проблема использования накопителей потенциальной энергии (упругих элементов, пружин) для снижения динамических нагрузок, возникающих при работе системы очистки, и улучшения качества сепарации при повышенной подаче вороха. Обозначены внешние факторы, способствующие созданию оптимальных условий работы соломотряса, представлены варианты конструктивных решений, обеспечивающих снижение динамических нагрузок при одновременном повышении качественных показателей работы системы очистки.
Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, очистка, механизм очистки, параметры.
Цель исследования - повышение производительности комбайнов за счёт увеличения мощности двигателя, скорости движения, ширины жатки, объёма бункера, площади решёт системы очистки. Под мелким ворохом следует понимать совокупность таких частиц, которые в процессе работы клавишей вытряхиваются непосредственно на их поверхность. Размеры частиц, входящих в состав мелкого вороха, как правило, не будут превышать ширины клавишей.
Материал и методы исследования. Под крупным ворохом будем понимать совокупность частиц, у которых размеры больше ширины клавишей. Эти частицы располагаются произвольно по отношению к клавишам и вместе взятые образуют так называемую пространственную решётку, которая под воздействием клавишей непрерывно деформируется и, перемещаясь по направлению к выходу из молотилки, выделяет из себя мелкий ворох.
Разница между крупным и мелким ворохом с точки зрения процесса движения будет заключаться в том, что мелкий ворох, расположенный непосредственно на поверхности клавишей, будет находиться в процессе полёта до момента падения на подбросившие его клавиши. Крупный ворох, более связанный по своему составу
и заполняющий своей массой всё пространство над клавишами, будет находиться под последовательным воздействием всех клавишей [1].
При положении колена, соответствующего углу а2' и определяемому графическим способом, мелкий ворох падает на рабочую поверхность подбросившей его клавиши на некотором расстоянии от точки М, в которой он располагался до момента отрыва. Величина этого расстояния обозначена через S'.
Часть мелкой фракции в момент падения проваливается в отверстия, имеющиеся на рабочей поверхности клавиши, а остаток задерживается рабочей поверхностью и двигается вместе с ней, описывая дугу окружности, отмеченную точками С9' С^' C11', и С1' вокруг нового центра О'. Движение вместе с рабочей поверхностью продолжается до тех пор, пока колено вала снова не займёт положения, определяемого углом отрыва а'. В дальнейшем процесс будет повторяться. Таким образом, за каждый оборот коленчатого вала мелкий ворох совершает один полёт и перемещается по отношению к рабочей поверхности на величину S'.
При увеличении ю2г происходит уменьшение угла а' и увеличение угла а2'. Увеличивается продолжительность пребывания мелкого вороха
технические науки
в полёте и соответственно уменьшается время совместного движения с рабочей поверхностью. При достаточном увеличении ш2г может наступить соотношение: а2' = 2п + а'. В этом случае мелкий ворох будет подброшен снова в момент падения. Иначе говоря, будет иметь место непрерывное подбрасывание мелкого вороха.
Результаты исследования. Подставляя указанное выше соотношение в уравнение, после некоторых преобразований найдём, что при а2' = 2п + а' угол а' определяется равенством пtgа' = 1. В соответствии с этим имеем:
1
sina =
Í
п2 +1
0,303 и
(1)
а' = 17о40' = 0,308 рад.
На основании соотношения находим величину центростремительного ускорения, обеспечивающего непрерывное подбрасывание мелкого вороха:
)нп =-
g cos Р
= cos
Рл/П2
+1 =
(2)
sin a
= 3,3g cos P = 32,3 cos p.
Если подставить соотношение а2' = 2п + а' в выражение (1), то после соответствующих преобразований найдём дальность полёта мелкого вороха при непрерывном подбрасывании:
^нп =
2пг
Vn2 +1
(ntgP-1) = 1,9r (п tg р-1). (3)
Из выражения (3) видно, что положительное значение дальности полёта может получиться только при условии п tgP > 1, что соответствует значениям Р > 17°40'. Таким образом, если Р < 17°40', то мелкий ворох при непрерывном подбрасывании будет перемещаться вверх по поверхности клавиши, т.е. к выходу из молотилки.
Рассмотрим движение крупного вороха при малых значениях кинематического фактора ш2г. Процесс движения крупного вороха, как это уже было отмечено раньше, зависит от взаимного расположения клавишей соломотряса. Учитывая сложность рассматриваемого процесса и необходимость ограничиться принципиальной стороной рассматриваемого вопроса, будем иметь в виду два случая: первый - пятиклавишный соломотряс с расположением колен под углом 180° друг к другу; второй случай - шестиклавишный соломотряс с расположением колен под углом 120° друг к другу [2].
Рассмотрим процесс движения крупного вороха при расположении колен под углом 180°. Крупный и мелкий ворох, подброшенные первыми клавишами, летят вместе (точки С2, С3...С6) до положения колен первых клавишей, определяемого углом а2", или до положения колен вторых клавишей, определяемого углом (а2" - п). В этот момент крупный ворох охватывается вторыми клавишами и поднимается вместе с ними до по-
ложения колен первых клавишей, определяемого углом (а' + п), или до положения колен вторых клавишей, определяемого углом а' [3].
В этот момент крупный горох подбрасывается вторыми клавишами и описывает такую же траекторию, как и при первом подбрасывании (точки С8, С9...С12). В момент, когда положение колен первых клавишей определяется углом (а2" + п), крупный ворох подхватывается первыми клавишами и поднимается вместе с ними до положения колен первых клавишей, определяемого углом (а2 + 2п).
Каждый раз в момент подхватывания происходит выделение мелких частиц из крупного гороха. Таким образом, за один оборот коленчатого вала крупный ворох два раза подбрасывается и совершает полёт и два раза перемещается вместе с клавишей [4].
В начале исследования:
а) установлено, что характер движения частицы вороха на плоскости в первую очередь определяется тремя факторами: углом наклона плоскости к горизонту, коэффициентом трения и кинематическим фактором ш2г;
б) даны формулы для определения минимального значения ш2г, обеспечивающего возможность каждого вида движения и для определения моментов, соответствующих началу движения [5];
в) разработан графоаналитический способ определения скорости перемещения. Для скольжения в одном направлении и для подбрасывания без скольжения обеспечена возможность аналитического определения скорости перемещения;
г) установлено, что при высоких значениях
2
ш г наступает ускоренное движение вороха, и дан способ определения предельного с этой точки зрения значения ш2г.
Во второй части исследования:
а) проведён анализ движения частиц крупного и мелкого вороха при расположении колен под углом 180° и 120° друг к другу;
б) установлено, что при достаточно высоких значениях должно наступать непрерывное подбрасывание крупного вороха;
в) выяснено влияние угла наклона ^ горизонту и кинематического фактора ш2г на скорость перемещения и обнаружено, что минимальная скорость перемещения крупного вороха должна соответствовать значению ш2г = (ш2г)нп;
г) представлены основания для выбора кинематического режима.
Объектом всего исследования являлась материальная точка. Поэтому следует ожидать, что движение действительного вороха, покрывающего соломотряс слоем определённой толщины и подвергающегося непрерывной деформации, будет в какой-то степени отличаться от движения, характеризуемого выведенными формулами. Отсюда вытекает необходимость в эксперимен-
известия оренбургского государственного аграрного университета
2020 ■ № 5 (85)
тальном уточнении и дополнительном изучении затронутых вопросов [6].
Необходимо учитывать, что более простыми по технике эксперимента следует считать:
1) вопрос о влиянии угла наклона и кинематического фактора на скорость перемещения вороха. Экспериментальное исследование этого вопроса может выяснить значение поправочного коэффициента для формулы (3), уточнить характер закономерностей, установить действительные значения ю2г, соответствующие минимальной скорости перемещения;
2) вопрос о влиянии ступенчатых стенок, выступающих (как и у соломотрясов комбайнов) над рабочей поверхностью клавишей, на качество работы. Теоретические рассуждения, основанные на материалах проведённого исследования, дают возможность положительно оценивать указанную конструктивную особенность, так как в этом случае выделившийся мелкий ворох предохраняется от повторного смешивания с крупным ворохом.
Более сложным с технической точки зрения будет являться исследование вопроса о влиянии угла наклона и кинематического фактора на качество работы. Однако этот вопрос следует считать наиболее важным, так как его изучение может привести к отысканию оптимальных условий работы соломотряса и дать материал для уточнения кинематического режима.
Выводы. Описанные внешние факторы носят стохастический характер и служат основанием для совершенствования конструкции систем очистки. Основными направлениями совер-
шенствования ветро-решётных систем очистки являются: увеличение площади решёт очистки; увеличение мощности вентиляторов и совершенствование системы продувки; совершенствование режимов работы путём применения приводов новых конструкций; снижение динамических нагрузок и повышение надёжности системы; внедрение мехатронных систем для управления технологическим процессом [7]. Указанные направления нашли свое отражение в конструкции современных зерноуборочных комбайнов.
Литература
1. Сороченко С.Ф. Система очистки косогорного зерноуборочного комбайна с решётно-винтовым сепаратором и самоустанавливающимся верхним решетом // Ползуновский вестник. 2005. № 2 - 2. С. 170 - 172.
2. Справочник инженера-механика сельскохозяйственного производства: учебное пособие. М.: Информагротех, 1995. 552 с.
3. Тарасенко А.П., Оробинский В.И., Никонов М.В. Влияние способов уборки и влажности зерна в момент обмолота на его травмирование // Научно-методические проблемы преподавания специальных дисциплин в направлении профессионального обучения. Липецк, 2000. С. 99 - 102.
4. Тенденции развития сельскохозяйственной техники за рубежом: (по материалам Международной выставки <^1МА-2007»). Научно-аналитический обзор. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. 308 с.
5. Борисова Л.В. Интенсификация процесса сепарации зернового вороха обогащением струйными воздушными потоками в зерноуборочных комбайнах. автореф. дис. ... канд. техн. наук. Зеленоград, 2001. 19 с.
6. Борисова Л.В. О формализации задачи технической регулировки комбайна // Вестник Донского государственного технического университета. 2008. Т. 8. N° 2 (37). С. 145 - 156.
7. Буклагина Г.В. Анализ и оценка потенциальных возможностей зерноуборочных комбайнов [Анализ конструктивно-технологических показателей зарубежных и отечественных комбайнов] // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2004. № 2. С. 387.
Вихлянцев Андрей Андреевич, старший преподаватель
ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»
Россия, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7
E-mail: [email protected]
Determining the main operation parameters of the cleaning mechanism of a combine harvester
Vikhlyantsev Andrei Andreevich, Senior Lecturer Northern Trans-Ural State Agricultural University 7, Republic St., Tyumen, 625003, Russia E-mail: [email protected]
The study was carried out with the aim of increasing the productivity of combine harvesters. This is achieved by increasing the engine power of the combine, the speed of movement, the width of the header, and the volume of the hopper. The performance of a combine harvester largely depends on the improvement in the quality of the air-screen cleaning system of the combine, on its adaptation to an increased load of grain heaps. The intensification of the grain separation process is possible due to new technical solutions that provide optimal kinematic and dynamic parameters of the movement of the transport board, upper and lower sieve, and contribute to the rapid redistribution of grain heap particles to improve separation by air flow. The problem of using potential energy storage devices (elastic elements, springs) to reduce dynamic loads arising during the operation of the cleaning system and improve the quality of separation with an increased supply of heap is considered. The external factors contributing to the creation of optimal operating conditions for the straw walker are indicated, variants of design solutions are presented that ensure a decrease in dynamic loads while increasing the quality indicators of the cleaning system.
Key words: combine harvester, cleaning, cleaning mechanism, parameters.
-♦-
