CC BY
67
УДК 631.355.3
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ОТДЕЛЕНИЯ ПОЧАТКА В КУКУРУЗОУБОРОЧНОЙ ЖАТКЕ
Труфляк Евгений Владимирович к. т. н., доцент
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар Россия,
В статье рассматривается теоретическое определение времени разрушения связи “початок -плодоножка” при отделении початка на стрепперном початкоотделяющем аппарате кукурузоуборочной жатки из условия статической и динамической нагрузок
UDC 631.355.3
THEORETICAL DETERMINATION OF CORNCOB SEPARATION TIME IN CORN-HARVESTER
Truflyak Evgeny Vladimirovich Cand.Tech.Sci., assistant professor
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
Theoretical time determination of destruction of “corn-cob- pedicle” connection under separation of corn-cob on stripper of corn-harvester under conditions of static and dynamic loads has been considered in this article.
Ключевые слова: КУКУРУЗОУБОРОЧНАЯ Key words: CORN-HARVESTER, SEPARATION
МАШИНА, ОТРЫВ ПОЧАТКА КУКУРУЗЫ, OF CORN-COB, STRIPPER.
СТРЕППЕРНЫЙ ПОЧАТКООТДЕЛЯЮЩИЙ АППАРАТ.
Существуют два способа разрушения связи “початок -плодоножка”, определяемых характером приложения статической или динамической нагрузки. Статическими называются нагрузки, которые изменяют свою величину или точку приложения (или направление) с очень небольшой скоростью, так что возникающими при этом ускорениями можно пренебречь [1]. При действии таких нагрузок колебания сооружений и их частей пренебрежительно малы.
Динамическими называются нагрузки, изменяющиеся во времени с большой скоростью (например, ударные нагрузки). Действие таких нагрузок сопровождается возникновением колебаний. При колебании вследствие изменения скорости колеблющихся масс возникают силы инерции, пропорциональные (по второму закону Ньютона) колеблющимся массам и ускорениям. Величина этих сил инерции может во много раз превосходить статические нагрузки.
Для испытания биологических объектов на “растяжение - сжатие” за рубежом используют машину Инстрона, растягивающую или сжимающую
объект со скоростью 0,05 дюйма в минуту (1 Д. = 0,0254 м ), что в системе СИ составляет 0,00002 м/с [2]. Применительно к стрепперным аппаратам это требует вращения протягивающих вальцов с частотой 0,004 мин-1.
Аналогичные скорости имеет и наше отечественное приборостроение. В этих условиях початок будет отделяться от плодоножки за счет ее статического растяжения. В реальных кукурузоуборочных машинах протягивающие вальцы вращаются с окружной скоростью до 5 м/с. Поэтому при ударе початка о початкоотделяющие пластины возникает ударный импульс, в результате чего за очень малое время удара происходит очень большое замедление движения початка (от 5 до 0 м/с). Это вызывает большие ускорения, а следовательно - и силы инерции, прижимающие початок к пластинам. При этом, согласно закону Ньютона: “действие равно противодействию”, эти силы действуют на плодоножку, растягивая ее.
Нами предложено техническое решение, позволяющее значительно увеличить скорость протягивания стеблей, а следовательно - и производительность кукурузоуборочной жатки (рисунок 1).
Техническим решением задачи является повышение пропускной способности початкоотделяющего аппарата и уменьшение повреждения початков и вышелушивания зерна.
Поставленная задача достигается тем, что в предложенном способе отделения початков от стеблей кукурузы разрыв плодоножки осуществляют между парой вращающихся навстречу друг другу транспортеров, направление рабочих поверхностей которых совпадает с направлением протягивания стебля. При этом скорость соударения початка о транспортер определяют по формуле:
V = V - V (1)
соуд.поч ст тр ?
где Vст - скорость стебля; Vтр - скорость транспортера.
Это повышает производительность уборочных агрегатов за счет снижения ударного импульса початков при взаимодействии с отделяющими органами жатки.
Отрыв початка между парой вращающихся в сторону движения стебля транспортеров снижает скорость контакта початка, движущегося вместе со стеблем, до величины, равной разности скорости стебля и скорости транспортера. Выполнение одного из ведущих валов подпружиненным обеспечивает прохождение оторванных початков между ними. Вращение транспортеров в сторону движения стебля способствует выносу початка к подающим цепям.
Рисунок 1 - Початкоотделяющий аппарат: а - вид сверху; б - разрез А-А: 1 - лапки; 2 - подающие цепи; 3 - протягивающие вальцы;
4 — пластины; 5 - стебель; 6 - транспортеры; 7 - рабочая поверхность
транспортеров
Рассчитаем время отрыва початка от стебля, как при статическом,
так и динамическом характере движения початка.
Время разрушения связи “початок - плодоножка” из условия
статической нагрузки
Результаты исследований физико-механических свойств кукурузы и усилие разрушения плодоножки представлены в таблице.
Усилие разрушения плодоножки при отрыве початка, Н
Вид отрыва початка Показатели статистической обработки данных
среднее арифме- тическое значение X, Н стандарт- ное отклоне- ние 5, Н коэффи- циент вариации V, % ошибка выборочной средней 5^ Н относи- тельная ошибка выбороч- ной средней 5 х,%
Без изгиба 229,68 60,86 26,50 9,62 4,19
С изгибом 68,77 37,91 55,13 5,36 7,80
Максимальное усилие разрыва плодоножки без изгиба:
^б.изг = X + 35 = 229,68 + 3-60,86 = 412,26 Н. Максимальное усилие разрыва плодоножки с изгибом:
^изг = X + 35 = 68,77+ 3-37,91 = 182,5 Н.
Скорость стебля можно определить из известного выражения [3]:
К = —, (2)
тп
где ¥с - скорость стебля, м/с; ^ - усилие разрушения связи “початок -плодоножка”, Н; А? - время удара, с; тп - масса початка, кг.
В теории удара часто принимают изменения местных деформаций тел такими, как и при статическом воздействии силы.
В этом случае, зная статическую величину разрушающего усилия ¥, можно определить время деформации плодоножки у основания початка из выражения (2):
В свою очередь, А? можно представить как
т V
А? = . (3)
где А1 - величина абсолютного удлинения плодоножки.
Тогда, приравняв (3) и (4), имеем
А/ = тпГс
V р ■
Откуда
А1
А? = —, (4)
(5)
V тп
(6)
Принимая А/ = 0,027 м, тп = 0,28 кг [4], получаем: скорость отрыва початка без изгиба плодоножки Кб.изг = 6,3 м/с; с изгибом плодоножки -
Кизг = 4,2 м/с.
Время разрушения связи “початок - плодоножка” определяется
т V
А? б.изг = = 0,0043 с.
Р
б.изг
т V
А? изг = = 0,0064 с.
Ризг
Время разрушения связи “початок - плодоножка” с учетом динамической нагрузки
Расчет динамического воздействия выполним по методике расчета, изложенной в книге [1]. Удар початка по початкоотделяющим пластинам подобен удару груза с силой Q по стержню или свае. Початок вместе со стеблем движется со скоростью, примерно равной скорости
протягивающих вальцов. Приняв эту скорость 5 км/ч, определим высоту к падения груза из выражения:
Ус = . (7)
Откуда
К2
к = = 1,28 м. (8)
2 Я
Величина динамического растяжения плодоножки:
А/ = А/ + л А/2 + 2к ■ / = 0,29 м, (9)
дин стат V стат стат ;
где А/дин - динамическая деформация плодоножки; А/стат - деформация
плодоножки от статически приложенной нагрузки.
Определим динамический коэффициент:
Кдин -1 +
1 + — = 10,8. (10) А /
Динамическое напряжение определяется из выражения:
^дин = Кдин °стат = 35,64 H/мм2, (11)
2 2 где остат - статическое напряжение, Н/мм ; остат = 3,3 Н/мм [4].
Теоретически максимально возможное усилие, действующее на плодоножку, определяем как
Рдин = Один ■*■ Я2 = 6635 Н, (12)
где Рдин - динамическое усилие разрушения связи “початок - плодоножка”, Н; один - динамическое напряжение разрушения, Н/мм ; Я - радиус плодоножки, мм; Я = 7,7 мм [4].
Скорость удара при динамическом воздействии определим из выражения (6), подставляя в него динамические характеристики:
V =
Время удара при этом
II
А/ ■ Р
дин дин- = 82,9 м/с. (13)
тп
т V
А? дин = = 0,0035 м/с. (14)
РДИН
Это время в 1,2...1,8 раза меньше времени при статической деформации.
При учете динамического характера изменения скорости были сделаны следующие допущения:
1. Напряжения при ударе не превосходят предела пропорциональности, так что закон Гука при ударе сохраняет свою силу (упругий удар).
2. Тела после удара не отделяются друг от друга. В реальном процессе после удара початка по пластинам связь початка со стеблем нарушается. Это ведет к снижению величины усилия, разрушающего плодоножку, и к сокращению времени ударного импульса.
3. Масса ударяемых пластин в расчет не принимается, так как она не может деформироваться под действием удара початка.
4. Потерей части энергии, перешедшей в тепло и в процесс колебательного движения ударяющего тела (початка), пренебрегаем.
Как видим, допущения 1, 3 и 4 соблюдаются. Что касается допущения 2, то введем в расчет следующую поправку. Примем импульс силы за треугольник (рисунок 2).
Рисунок 2 - Соотношение между силой и временем удара
Нами из условия не отделения тел друг от друга определены основные параметры ударного импульса: сила (Р) и время удара (А?) для неразрывной связи “початок - плодоножка”. В действительности разрыв связи происходит при меньших значениях Р и А?.
Рассмотрим два подобных треугольника ААОС и А АОС . Высота ОС соответствует реальной силе разрушения связи “початок -плодоножка”, а сторона АС - реальному времени ее разрушения.
Имеем
ОС АС
О'С' АС
/ •
Тогда
0,0035 412,26 ■—--------
А? = АС =
6635
2— = 0,00011 с.
Таким образом, А? при динамическом воздействии должно быть равно 0,00011 с. Задачи экспериментальных исследований -подтверждение реального времени разрушения связи “початок -плодоножка” и выбор на его основе правильной методики расчета.
Работа выполняется при финансовой поддержке РФФИ и администрации Краснодарского края (проект № 06-08-96629).
Список литературы
1. Степин П. А. Сопротивление материалов. - М.: Высшая школа, 1968. - 424 с.
2. Bilanski W.K. Damage resistance of seed grains transactions of the ASAE, 1966, v-9, p. 360-363.
3. Труфляк Е.В. Параметры процесса декапитации стеблей кукурузы и отделения початков стрепперным аппаратом: Дис... канд. техн. наук. - Краснодар, 2003. - 217 с.
4. Труфляк Е.В. Физико-механические свойства кукурузы. Монография. -Краснодар: КубГАУ, 2007. - 197 с.
