CC BY
2УДК 631.354.2.02
Бекаров А. Д. Bekarov A. D.
ПАРАМЕТРЫ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА, ПОДБРОШЕННЫХ КОНВЕЙЕРНЫМ РЕШЕТОМ КОМБАЙНОВОГО ВОРОХООЧИСТИТЕЛЯ
PARAMETERS OF MOVEMENT OF GRAIN PEROX PARTICLES CRUSHED BY CONVEYOR SIEVE OF COMBINE WIPER CLEANER
Конвейерная очистка — рабочий орган зерноуборочного комбайна для сепарации зернового вороха. Основным элементом этой очистки является конвейерное решето, представляющее собой решетчатый конвейер (транспортер), образованный из отдельных решётчатых секций, каждая из которых закреплена к лапкам специальной транспортерной цепи с образованием сплошной решётчатой поверхности. Верхняя ветвь этого конвейерного решета выполняет функцию сепарации вороха. Для активизации этого процесса под верхней ветвью решета к боковым панелям комбайна под несущей цепью крепятся бочкообразные ролики. Во время работы устройства при встрече роликов решета с бочкообразными роликами (вибратором) на соответствующем участке решета возникают вибрации (колебания малой амплитуды), в результате которых частицы вороха, находящиеся на решете, подскакивают с отрывом от решета. Для изучения процесса сепарации необходимо знать параметры, характеризующие полет частицы вороха с момента её отрыва от решета до момента падения на решето. Именно эти параметры (траектория полёта, средняя скорость, дальность полёта и максимальная высота полёта частицы вороха) определяются в данной статье аналитическим методом для случая, когда конвейерная очистка работает без участия вентилятора.
Ключевые слова: зерновой ворох, комбайн, очистка, сепарация, зерно, примеси, параметр, высота, траектория, скорость, вектор, конвейерное решето.
Conveyor cleaning is the working organ of a combine harvester for the separation of grain heaps. The main element of this cleaning is a conveyor sieve, which is a lattice conveyor (conveyor), formed from separate lattice sections, each of which is fixed to the legs of a special conveyor chain with the formation of a continuous lattice surface. The upper branch of this conveyor sieve performs the function of heap separation. To activate this process, barrel rolls are attached to the side panels of the combine under the bearing chain under the upper sieve branch. During the operation of the device, when the sieve rollers meet with barrel rollers (a vibrator), vibrations (small amplitude fluctuations) occur in the corresponding section of the sieve, as a result of which the heap particles on the sieve jumps apart from the sieve. To study the separation process, it is necessary to know the parameters characterizing the flight of a heap particle from the moment of its detachment from the sieve to the moment of falling onto the sieve. These are the very parameters (the flight path, average speed, flight range and maximum altitude of the heap particle flight), which are determined in this article by the analytical method for the case when the pipeline cleaning works without the participation of the fan.
Key words: grain heap, combine, cleaning, separation, grain, impurities, parameter, height, trajectory, speed, vector, conveyor sieve.
Бекаров Аламахад Дошаевич -
кандидат технических наук, доцент кафедры механизации сельского хозяйства, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик Тел.: 8 928 690 14 89
Bekarov Alamakhad Doshaevich -
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Department of Agricultural Mechanization, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik
Теl.: 8 928 690 14 89
Комбайновый ворохоочиститель (очистка) с решетом конвейерного типа имеет ряд преимуществ перед рабочим органом такого же назначения - ветро-решетным. В числе этих преимуществ и более высокая производительность, и сокращение почти на порядок потерь зерна, и безинерционность и т. д.
Комбайновый ворохоочиститель для сепарации зернового вороха конвейерного типа представляет собой решетчатый конвейер (транспортер), составленный из отдельных секции, каждая из которых винтами крепится к лапкам двух замкнутых контуров специальной транспортерной цепи. Под верхними ветвями каждого из этих контуров расположен вибратор, благодаря которому верхняя ветвь конвейерного решета подвергается местным малоамплитудным колебаниям (вибрациям), что интенсифицирует процесс сепарации путем подбрасывания сепарируемого вороха. При изучении процесса сепарации на конвейерном решете важно знать параметры движения отдельных компонентов вороха, подброшенных в результате упомянутых вибраций.
Рассмотрим два случая: 1 - при горизонтальном расположении конвейерного решета и 2 - при его наклонном к горизонту расположении.
Случай 1. В данном случае движение частицы вороха можно рассматривать как движение тела, брошенного под углом а к горизонту. Тело движется под действием постоянной силы его тяжести Р, направленной вниз. Модуль начальной скорости частицы (в момент отрыва от решета) и её направление определены нами ранее [1].
Проводим через точку отрыва частицы от поверхности решета координатные оси и раскладываем вектор скорости ¥0 по этим осям (рис. 1).
Vx = V0 cosa-, V = V^sina
(1)
Максимальная дальность полета частицы будет:
IV^sinc Voisiner-cosa
Хтах = V0cosa
или
(2)
Наибольшая высота траектории полета частицы:
Рисунок 1 - Схема к характеристике траектории полета частицы вороха при расположении конвейерного решета под углом у к горизонту
Y
■max
№¿™a.7)
(3)
Уравнение траектории полета частицы вороха:
л
у = х ■ tg<j —
qx
(4)
где:
x - текущее значение координаты по оси
х.
Время полета частицы определяется выражением
2%jj?3[7
t =
(5)
Значение V0, определенное нами ранее [1], можно представить выражением:
= V1^:sin¿a + k¿cos-a,
(6)
где:
¥л - поступательная (линейная) скорость конвейерного решета;
а - угол между горизонталью и нормалью, проведенной через точку контакта роликов цепи решета и вибратора.
к - коэффициент, равный для стальных контактирующих роликов 5/9=0,556
Подставив значение Vo из (6) в выражения (2-5), имеем:
л .....= ^-г: ::- г:'-:-.- - '-:■.' (7)
;■'..... = - 'i: (8)
= xtgu — qx2/[Zi^cos2af(_sin2a + k2cos2a)]
(9) "
t = IV^ino^ sin2 a + k2cos2afq
(10)
Из выражений (7-10) видно, что определяемые этими выражениями параметры зависят от линейной скорости конвейерного решета ¥л и углов а и а.
По выражениям (7) и (8) построили графики изменения теоретической дальности х и максимальной высоты у полета частицы вороха, подбрасываемой на конвейерном решете, в зависимости от изменения его линейной скорости (для случая использования на вибраторе роликов диаметром 20 мм и расположении рабочей ветви под углом у=12° к горизонту, (см. рис. 1).
Случай 2. Конвейерное решето расположено под углом у к горизонту.
Уравнение прямой, условно изображающей ветвь конвейерного решета (рис. 2), может быть представлено в виде:
Рисунок 2 - График изменения теоретических дальности хтах (сплошная линия) и высоты утах (пунктирная линия) полета частицы вороха в зависимости от линейной скорости конвейерного решета (Ул) при использовании вибратора с роликами Б = 20 мм
.'■' = -"Г- (11)
Совместное решение уравнений (11) и (4) даёт координаты точки М (см рис. 2) падения частицы вороха на поверхность решета.
Приравняв правые части уравнений (4) и (11), получаем:
.-.'.с'. = .■.::■--.:.■." IV-.-jfs' (12)
Преобразовав это выражение, находим: x(2Vq tgy • cos2 о — 2V$ cos2и ■ tga + qx) = 0
(13)
Прямая, условно изображающая ветвь конвейерного решета, и кривая траектории полёта частицы имеют две точки пересечения: начало координат (точка О) и точка М. поэтому, решив уравнение (13), получаем сначала координаты (х=0, у=0) точки О (начала координат).
Приравняв нулю выражение в скобках из (13) и решая полученное уравнение, имеем:
,.. = - - ' (14)
;■;, = ■ г:". " - ' (15)
С учетом выражения (6), полученные значения хм и ум - (14), (15), приобретают вид:
= 2VTcos2a(_sin2a + к2 cos2a)(tgtr — tgy~)/q
(16)
ум = 2V1cosz utgyisiTi2 а + к1 cos2 c¿)(tgcг — tgy)¡q
(17) '
Выражения (16) и (17) позволяют определить максимальные значения дальности и высоты полета частиц вороха при наклонном (под углом у к горизонту) расположении конвейерного решета в самом комбайне. Из этих выражений видно, что искомые величины зависят от линейной скорости конвейерного решета, угла у наклона его к горизонту и других конструктивных параметров рабочего органа, рассмотренных выше.
Поскольку, как известно из тригонометрии,
a sin2а — к2cos2а = 1 — 0.69cos2а
выражения (16) и (17) могут быть представлены в виде:
хм = [2 V2 cosu ■ sin (и — у) (1 — 0.69 cos2 or)] ■ (q ■ cosy) 1 ум = 2V2coso • tgy ■ sin {и — y) (l — 0.69 cos2 a) (q • cosy
(18) (19)
Полученные теоретические характеристики движения частиц вороха, подброшенных конвейерным решетом, справедливы для случая, когда зерноуборочный комбайн, оснащенный таким решетом, движется по ровному по рельефу полю, т.е. полю, не имеющему уклонов.
Однако, в реалиях использования комбайнов такие идеальные условия встречаются не столь часто. Гораздо чаще убираемое поле имеет в различной степени выраженные уклоны. Поэтому характеристики движения (полета) частиц вороха, сепарируемого конвейерной очисткой, должны учитывать сле-
дующие возможные частные случаи движения комбайна в реальных условиях:
а) движение комбайна вниз по полю с уклоном Ду;
б) движение комбайна вверх по тому же полю;
в) движение комбайна поперек склона на поле с уклоном Ду.
В случае движения комбайна вниз по полю с уклоном Ду, координаты точки, в которой упадет частица, подброшенная конвейерным решетом, могут быть определены по следующим выражениям:
а) при горизонтальном (относительно комбайна) расположении решета: ум = 21V2cosu ■ tgAy ■ siti(tr — Ay) (l — Q.69 eos2 a){q ■ cosAy
(20) (21)
где:
Ay - угол наклона поля, град.
б) при наклонном под углом у (относительно комбайна) расположении конвейерного решета: .■.. = ■ - ■. - J'.'^ l-^f.-r1.:' [.:■:::■. - J-.'; (22)
;■;. = " ■ "i ■■ - J- ' ■ [■" - ' - " 1 - : -if .:' [-■■::: ■ - J' '; (23)
При движении комбайна вверх по полю с уклоном Ду искомые координаты точки падения подброшенной решетом частицы во-
а) при горизонтальном в комбайне расположении решета:
хм = 21У2coso • sin(c¡" + Ay) (l — 0.69eos2a)/(_q ■ cosAy);
yM — —T.V2cosu ■ tgAy ■ sin(o" + Ay) (l — 0.69 eos2 a)/(q ■ cosAy)
б) при наклонном под углом у расположении решета в комбайне:
хм = TV^cosu ■ sin [и - (у - Ay) ] (1 - 0.69 eos2 a)/[{q ■ eos {у- Ay)] j
ум = {—2V2 coser ■ tg{y — Ay) ■ sin[c — (y — Ду)] (1 — 0.69eos2a)) ■ [qcos(y — Ay)]
роха можно определить из следующих выражений:
(24)
(25)
(26) (27)
Для случая движения комбайна поперек склона по полю с уклоном Ду дальность полета частиц вороха, подброшенных решетом, можно определить по выражениям (2) и (16).
По выражениям (20), (22), (24) и (26) определяются дальность полета частиц вороха, подброшенных конвейерным решетом, работающим в условиях характеризуемых параметрами: Ду=150, у=120, Ул=1 м/с, а=51007', о=450.
Установлено, что разница в дальности полета частиц вороха при работе комбайна в
условиях ровного поля и поля с уклоном до 150 не превышает 15%.
При работе комбайна на полях с меньшими уклонами (Ау<15°), разница эта ещё меньше.
Выводы
1. Из изложенного следует, что работа комбайна на полях с уклонами, допускаемыми для таких работ требованиями охраны труда, существенно не влияет на работу конвейерного решета очистки.
2. Материалы статьи могут быть использованы (при экспериментальных и теорети-
ческих исследованиях, а также при технологическом расчете рабочего органа конвейерного типа для очистки зернового вороха в
Литература
Бекаров А.Д. Кинематический режим работы конвейерного решета очистки зерноуборочного комбайна // В сб. «Избранные труды республиканского научного семинара «Механика» Нальчик, 2004. Вып. 2. С. 13-14.
комбайне) научно-исследовательскими и проектными учреждениями.
References
Bekarov A.D. Kinematicheskiy rezhim rabo-ty konveyernogo resheta ochistki zernoubo-rochnogo kombayna // V sb. «Izbrannye trudy respublikanskogo nauchnogo seminara «Mek-hanika». Nalchik, 2004. Vyp. 2. S. 13-14.
