Выбор параметров мотовила жатки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Сельское хозяйство

УДК 631.355.2

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ МОТОВИЛА ЖАТКИ

В.П. Капустин, С.А. Кунаков

Кафедра «Механизация сельского хозяйства», ТГТУ

Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым

Ключевые слова и фразы: потери; режим; уборка; хлебостой.

Аннотация: Представлено обоснование и расчет параметров и режимов работы мотовила жатки.

Установлено, что при уборке хлебов прямым комбайнированием от 60 до 90 % потерь приходится на жатку. Причем 14 % составляют потери свободным зерном, 77 % срезанными и 9 % несрезанными колосьями. Повышение скорости жатки с 1,1 до 1,92 м/с приводит к увеличению потерь зерна с 63 до 72 кг/га, уменьшению потерь свободным зерном с 10 до 4 кг/га и увеличению потерь срезанными колосьями с 46 до 58 кг/га [1].

Выявлено изменение потерь за жаткой в зависимости от высоты стерни. Эти потери для прямостоящих стеблей высотой 90...100 см увеличиваются с 2 до 83,3 кг/га с повышением стерни от 4 до 44 см. Увеличение высоты среза на каждые 10 см приводит к сокращению растительной массы, поступающей в молотилку, озимых культур в среднем на 12 %, яровых на 19 % как за счет уменьшения массы сорняков, так и за счет массы соломы.

Таким образом, одной из основных причин потерь урожая при уборке является неправильный выбор параметров мотовила и режимов его работы.

Расчеты значений радиуса мотовила, проведенные по формулам (1, 2) в зависимости от значений длины растений (I = 0,5 .1,5 м) и значений показателя кинематического режима работы мотовила (X = 1,2. 2,0) показывают, что значение его изменяется от 0,26 до 2,8 м в первом и 0,6.4,5 м во втором случае. Причем с увеличением X значение радиуса уменьшается, а с увеличением длины стеблей - увеличивается [2].

где I, /ср - длина растения и срезанной его части соответственно, м; к - коэффициент, для стеблей длиной I = 0,5...2,0 м, к = 0,2...0,4; X - показатель кинематического режима мотовила

где Уокр - окружная скорость планки мотовила, м/с; ¥м - скорость машины, м/с; ю - угловая скорость, рад/с.

(1)

(1-1)’

(2)

1 = ^кр V = WK /Vм,

(3)

Если принять оптимальное значение 1 = 1,5. 1,7 и длину растений 0,7. 1,2 м, то значение радиуса, вычисленное по формулам (1), (2) изменяется от 0,5 (при I = 0,7 м) до 1,08 (при I = 1,2 м).

Минимальный радиус мотовила Лш;п < 0,4 м ограничивается длиной стеблей, поскольку средняя длина стеблей различных культур превышает 0,7 м. Если принять радиус мотовила с учетом 1, то минимальное его значение составляет 0,3 м при длине стеблей 0,5 м, что противоречит истинному значению. Кроме того, уменьшение диаметра мотовила приведет к повышению частоты его вращения, что может привести к еще большему обмолоту колосьев на корню. Траектория планки мотовила изменится, и время вхождения его в стебли, подвод их к режущему аппарату и его очистка сократится до минимума.

Увеличение радиуса мотовила более 0,6 м приведет к возрастанию силы удара по колосу и его обмолоту, так как сила удара должна быть менее 10 Н, то есть [1]

где Р - сила удара, Н; т - масса, кг.

При скорости планки Уокр > 2,5 м/с возрастает сила удара планки по колосу,

что приводит к значительным потерям за счет частичного обмолота.

Следовательно, значение радиуса, удовлетворяющего наибольшим условиям, составляет 0,5... 0,6 м.

Больший диаметр мотовила приводит к увеличению габаритов и усложнению конструкции. На форму траектории планки мотовила (циклоиду) влияют скорость машины и окружная скорость планки мотовила.

Формы кривых в зависимости от 1 представлены на рис. 1.

При 1 = 1 планка мотовила войдет в хлебостой, наклонив при этом стебли сначала вперед, точки 1 - 2, затем освободит их, точки 2 - 3. При таком соотношении скоростей мотовило не будет выполнять своих функций. При скорости машины менее 1,5 м/с срезаемая масса будет накапливаться на платформе жатки, что приведет к забиванию и остановке машины. Потери несрезанным колосом (стеблями) будут большими. Если скорость машины будет более 2,5 м/с (если позволит рельеф поверхности, высота и густота растений), то мотовило можно снять.

F=m

К

(4)

V

/

2

Рис. 1 Формы траектории планки мотовила

Во втором случае, при 1 < 1 (укороченная циклоида) при движении жатки планки мотовила будут отталкивать стебли вперед, то есть они будут работать как «бульдозер», увеличивая тем самым потери несрезанным колосом. Работать при таком режиме мотовила нельзя.

При 1 > 1 (увеличенная циклоида) планка должна войти в хлебостой в точке 1, при этом направление скорости планки должно быть направлено вниз, отобрать порцию и начать подводить ее к режущему аппарату в точке 2. Между точками 2 и 3 должна произойти очистка режущего аппарата от стеблей и передача их шнеку.

Т аким образом, значение 1 должно изменяться в пределах 1< 1 < 2.

В литературных источниках приводятся различные значения 1 = 1,4. 1,7 [2], 1 = 1,5. 1,7 [3], 1 = 1,2. 1,6 при скорости комбайна Ут = 1,67.1,71 м/с и 1 = 1,6.2,0 при Ут = 0,08.1,4 м/с [4 - 6], 1 = 1,4. 1,6 при Ут £ 1,7 м/с, 1 = 1,2. 1,4 при Ут < 1,7 м/с [7 - 9].

При 1 > 1,7 планка мотовила, ударяя по колосу, может вымолачивать зерно, создавая потери, при 1 < 1,5 мотовило будет захватывать мало стеблей и большая часть их не будет подвергаться его воздействию. Это утверждение верно, если

агсБШ ф = -1, где ф - угол входа планки мотовила в стеблестой, град, который 1

изменяется по кривой (рис. 2).

Большое влияние в выполнении функций планкой мотовила оказывает значение погружения планки мотовила в хлебостой и высота установки вала мотовила над режущим аппаратом к. Очевидно наилучший вариант, это когда планка

входит в хлебостой при угле, равном ф = 1.

Если планка мотовила в хлебостой будет входить при меньшем угле, то возможен обмолот колоса на корню, то есть потери увеличатся, если при большем угле, то работа планки ограничится меньшей шириной петли и уменьшением коэффициента полезного действия. Таким образом, наиболее полное использование имеющихся у мотовила возможностей будет соответствовать такой установки мотовила, когда поверхность хлеба совпадает с наиболее широкой частью петли.

Рис. 2 График зависимости угла входа планки мотовила в хлебостой от показателя кинематического режима работы мотовила

Предлагается принимать глубину погружения планки в стебли к = Нтах или

к = , смотря по тому, какое из этих значений получается меньше [10, 11]. Мак-

симальное погружение планки мотовила в хлебостой определяется по формуле (5). Однако в этой формуле погружение зависит от радиуса мотовила и показателя кинематического режима мотовила и не зависит от длины стеблей

hmax = Щ 1 -- I ; (5)

h < l~f < tfmax, (6)

где lCp - длина срезанной части стебля, м; h - глубина погружения планки мотовила в хлебостой, м; Hmax - расстояние от нижней части петли (циклоиды) до

линии, проходящей через наиболее широкую часть петли, м.

R

Выделим из выражений (2) и (5) значение —, приравняв их правые части,

1

определим глубину погружения планки мотовила в стебли

1kl [1 --

h =----[^ = kl. (7)

1-1

Из выражения (7) следует, что глубина погружения планки стебля изменяется прямо пропорционально длине стеблей.

Глубину погружения планки мотовила рекомендуют брать для растений

длиной 800. 1200 мм [7].

Установлено, что длина зерновых культур в основном составляет 900. 1500 мм, длина колосьев 80. 150 мм [7].

Расчеты значений показывают, что при срезе растений на высоте

= 150.200 мм они составляют 230.430 мм.

Таким образом, расчет погружения планки мотовила в стеблестой по формуле h < -ср действителен только для хлебостоя l = 500. 800 мм. При большем хлебостое необходимо рассматривать Hmax, которое изменяется от (0,2 до 0,5) R, то

есть h < Нmax .

Во всех случаях глубина погружения планки в хлебостой не должна быть меньше длины колоса, то есть 80. 150 мм. В противном случае планка будет ударять по колосу, скользить, обмолачивая его. Следовательно, при уборке хлебов высотой меньше 400 мм потери зерном будут сильно увеличиваться.

При изменении высоты установки оси вала мотовила над режущим аппаратом возможны четыре случая.

Первый - когда глубина погружения планки соответствует расчетной

h < -ср < Нmax.

В этом случае происходит нормальная работа мотовила при наименьших допустимых потерях.

Второй - мотовило поднято выше, и планка мотовила ударяет по колосу, вызывая его обмолот.

Третий - планка мотовила захватывает стебли (действует на стебли по центру тяжести срезанного стебля) и наматывает их, или при большой окружной скорости, перебрасывает их за пределы жатки, то есть увеличивает потери срезанными стеблями.

Четвертый случай - срезанные стебли переваливают через планку и падают вперед за счет того, что планка действует на стебли ниже центра тяжести. Это также приводит к увеличению потерь срезанными стеблями (колосом).

Анализ литературных источников показал, что вынос мотовила (расстояние от оси вала мотовила до линии режущего аппарата по горизонтали) определяется различными способами - аналитическим и графическим. В результате численные значения этого показателя отличаются. Так по Терскову [11] рекомендуется вынос мотовила определять по формуле

где Дф - угол поворота планки мотовила от вертикального положения до точки входа планки мотовила в хлебостой, град; 2В - ширина петли, м.

принимает такое значение скорее всего в идеальных условиях, то эта формула

Поэтому предлагается при уборке низкорослых культур вал мотовила выносить вперед на 60.70 мм, при уборке высоких прямостоячих хлебов 600.700 мм [6], при уборке низкорослых хлебов на 20.50 мм, при уборке прямостоячих хлебов высотой 800. 1200 мм - на 60.80 мм, при большем хлебостое вал выносят еще больше [11].

По данным М.Н. Летошнева максимальный вынос не должен превышать 200 мм [5].

Вынос мотовила графическим способом определяется двумя способами, рис. 3. [2, 10, 11].

По Терскому [11] (см. рис. 3, а) вынос мотовила а определяется разностью между проекцией оси мотовила О3 на горизонталь и шириной петли.

Максимальный вынос - расстояние между проекцией оси мотовила О3 на горизонталь и линией, проведенной через точку п. По Н.И. Кленину [10] (см. рис 3, б) вынос мотовила определяется расстоянием между проекцией оси мотовила

О2 на горизонталь и линией, проведенной через точку Е, расположенной от левого края петли на расстоянии в определяется по формуле [11]

a = R sin Aj

(8)

и максимальный вынос

amax < R cos j- 2B,

(9)

В которой неизвестен угол g, образованный между радиусом О3, Е и перпендикуляром, восстановленным к линии перемещения оси мотовила

a = R sin g.

Поэтому использование такого расчета вызывает затруднение.

Значение выноса а, полученные аналитическим способом вызывают сомнения, поскольку вынос мотовила зависит от высоты стеблестоя, а в формуле он отсутствует в явном виде. Кроме того, формула действительна для угла j, кото-1

рыи равен arcsin j = —.

1

Выразим из уравнения (9) значение радиуса мотовила

R=

cos j-2| cos ф-"! f p-j

где

2В = 2R

cos j-i 12 -j

(11)

Приравняв значение R из формулы (2) и уравнения (10) и приравняв правые

части, определим значение аmax

Ikl

a < .

max

cos j-2| cos j-l f p-j

1-і

(12)

Из этой формулы видно, что вынос мотовила зависит от длины стеблей - и показателя кинематического режима мотовила 1 и угла вхождения планки в стеблестой ф.

Наибольшая ширина петли МЫ определяется по формуле (11), текущее значение - определяется по формуле

M1N1 = 2R

cos j1-! і 2 -j1

(13)

H

где sin j1 =—, Н - высота расположения линии M1N1 (хорда).

R

Вынос мотовила, погружение планки мотовила в стеблестой в зависимости от длины растений и радиуса мотовила, рассчитанные по предложенным формулам представлены в таблице.

Приведенные графико-аналитические расчеты показывают, что при существующих радиусах мотовила R = 0,5... 0,6 м обоснованных показателей кинематического режима мотовила 1 = 1,5.1,7, длине стеблей убираемых культур

l = 0,8. 1,25 м, высоте стерни ^,т = 0,1 м погружение планки мотовила в стебли должно составлять 0,16.0,25 м, вынос мотовила 0,14.0,19 м, при изменении угла входа планки мотовила в стебли фм = 36.. .4 і, 8o.

Таблица

Значение выноса и погружения планки мотовила в хлебостой

a

Радиус мотовила, м Показатель кинематического режима Длина стеблей, м Погружение планки мотовила, мм Вынос мотовила, м

1,5 0,8 160 160

0,5 1,6 0,9 180 145

1,7 1,0 200 140

1,5 0,95 190 190

0,6 1,6 1,20 240 180

1,7 1,25 250 140

1 Пугачев, А.Н. Потерям зерна - надежный заслон : 2-е изд. перераб. и доп. / А.Н. Пугачев. - М.: Колос, 1981. - 159 с.

2 Резников, Л.А. Основы проектирования и расчет сельскохозяйственных машин / Л. А. Резников, В.Т. Ещенко, Г.Н. Дьяченко и др. - М.: Агропромиздат, 1991. - 272 с.

3 Любимов, А.И. Практикум по сельскохозяйственным машинам / А.И. Любимов, З.И. Воцкий, В.В. Бледных и др. - М.: Колос, 1999. - 191 с.

4 Портнов, М.Н. Пособие комбайнера / М.Н. Портнов. - М.: Колос, 1977. -352 с.

5 Летошнев, М.Н. Сельскохозяйственные машины / М.Н. Летошнев. -М.-Л.: Сельхозгиз, 1955. - 764 с.

6 Рыбалко, А.Г. Особенности уборки высокоурожайных зерновых культур (настройка и регулирование машин) / А.Г. Рыбалко. - М.: Агропромиздат, 1988. -120 с.

7 Коренев, Г. В. Прогрессивные способы уборки и борьба с потерями урожая / Г.В. Коренев, А.П. Тарасенко. - М.: Колос, 1983. - 171 с.

8 Дроздов, В. Н. Настройка и регулировка сельскохозяйственной техники для возделывания зерновых культур / В.Н. Дроздов, В.Ф. Кандеев, А.Н. Сердечный. - М.: Росагропромиздат, 1990. - 223 с.

9 Серый, Г.Ф. Зерноуборочные комбайны / Г.Ф. Серый, Н.И. Косилов, Ю.Н. Ярмашев, А.И. Русанов. - М.: Агропромиздат, 1986. - 248 с.

10 Кленин, И.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины: Элемент теории рабочих процессов, расчет регулировочных параметров и режимов работы / И.И. Кленин, В. А. Сакун. - М.: Колос, 1980. - 671 с.

11 Терсков, Г.Д. Расчет зерноуборочных машин / Г.Д. Терсков. - Свердловск: Машгиз, 1961. - 216 с.

The Choice of Parameters of Reaping Machine Reel V.P. Kapustin, S.A. Kunakov

Department “Mechanization of Agriculture”, TSTU Key words and phrases: losses; mode; harvesting; standing crop.

Abstract: Groundings and calculation of parameters and operation modes of reaping machine reel are presented.

Auswahl der Parameter der Mahmaschinenhaspel

Zusammenfassung: Es ist die Begrundung und die Rechnung der Parameter und der Regimes der Arbeit der Mahmaschinenhaspel vorgestellt.

Choix des parametres du rabatteur de la moissonneuse

Resume: Sont presentes la fondation et le calcul des parametres et des regimes du fonctionnement du rabatteur de la moissonneuse.