Файл: Липкович, Э. И. Процессы обмолота и сепарации в молотильных аппаратах зерноуборочных комбайнов (пособие для конструкторов зерноуборочных машин).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 92
Скачиваний: 0
Прежде чем рассматривать процесс обмолота с привлече нием теории усталости, проведем некоторое обоснование «ус талостной» гипотезы.
Усталостная прочность связи зерна с колосом
Для того, чтобы убедиться в справедливости идеи об уста лостном (в указанном выше смысле) разрушении связи зер на с колосом, рассмотрим ряд экспериментальных исследова ний, выполненных в разное время и различным образом.
Анализ исследований физико-механических свойств коло совых культур, выполненный в ВИСХОМе инж. А. Ф. Соко ловым [47], показал, что работа, затраченная на разрушение связи зерна с колосом, оказалась наименьшей в тех случаях, когда прочность связи определялась путем многократного воз действия (методами падающего стаканчика и центрифугиро вания) .
При исследовании обмолачиваемое™ зерновых культур методом центрифугирования Г. А. Баснакьян установил [6, 7], что зафиксированная при опытах на высоких ступенях оборотов прочность связи зерна с колосом несколько заниже на ввиду предварительного нагружения на предшествующих ступенях оборотов. Иными словами, здесь также было обна ружено влияние кратности нагружения на величину силы связи в момент разрушения.
В исследованиях прочности связи зерна с колосом, прове денных в ЧИМЭСХе [55], рассматривается вопрос о распре делении количества обмолоченных зерен в зависимости от числа нагружений. Исследования выявили существенное вли яние числа воздействий на прочность связи зерна с колосом.
Таким образом, ряд исследований свидетельствуют о том, что идея о разрушении связи зерна с колосом по закономер ностям усталости является справедливой. Однако в этих ра ботах воздействие усилия на связь рассматривается в «чис том виде», на специальных приборах. Окончательной же про веркой гипотезы о разрушении связи могут быть исследова ния реального процесса в молотильном устройстве.
Весь материал исследований и эксплуатации зерноубо рочных машин свидетельствует о том, что радикальным сред ством уменьшения невымолота являлось увеличение угла об хвата деки и повышение скорости барабана. Из формулы (98) следует, что эти факторы приводят к нарастанию числа ударов (циклов) по порции растительной массы (не говоря
53
о том, что увеличение скорости барабана приводит к росту силы удара бича по колосу). Следовательно, снижение мевымолота осуществляется путем увеличения числа и силы уда ров по колосу. Двухбарабанные комбайны, которые в по следнее время получают большое распространение в зонах повышенного увлажнения и труднообмолачиваемых хлебов, решают именно такую задачу. Таким образом, идея об уста лостном характере разрушения связи зерна с колосом прак тически находит воплощение, хотя разработки ее в доста точной мере не проведено.
С целью анализа усталостного характера разрушения связи зерна с колосом был исследован невымолот колосьев однобарабанным и специально созданным двухбарабанным молотильными аппаратам и.
В принципе двухбарабанное молотильное устройство ими тируется длинной декой. Однако в этом исследовании оно не может быть заменено однобарабанным с большим углом об хвата, так как следует иметь возможность менять скоростной режим и зазоры на разных отрезках траектории порций. От сутствие встречного удара сходящего с первого барабана вороха о второй барабан является основным требованием, которому должно удовлетворять такое устройство. Это из бавляет процесс обмолота от возмущений при столкновении потока вороха со вторым барабаном. На рис. 15 представле на схема такого двухбарабанного устройства конструкции ВНИПТИМЭСХ [28].
Задача исследований состояла в том, чтобы установить зависимость невымолота колосьев от скорости второго бара-
Рис. 15.
Двухбарабанное молотильное устройство конструкции ВНИПТИМЭСХ.
бана при постоянной скорости первого в сравнении с одно барабанным молотильным устройством.
Угол обхвата деки в однобарабанном устройстве состав
лял 140°. |
В двухбарабанном |
устройстве общий угол |
обхвата |
обеих дек |
достигал 177°. На |
первой деке большой |
участок |
представлял собой сепарирующую решетку, угол |
обхвата |
||
только молотильных секций также составлял около |
140°. За |
||
зор между бичами и сепарирующей решеткой на первой деке выбирался в пределах 22—25 мм. Окружная скорость пер вого барабана оставалась постоянной во всех опытах, со ставляя 23 м/сек. Скорость второго барабана менялась от 23 до 32 м/сек. Зазоры между бичами первого барабана и пер вой молотильной секцией устанавливались 16 мм на входе и 8 мм на выходе, а во втором подбарабанье — соответст венно 16 и 4 мм.
Окружная скорость барабана у сравниваемого однобара банного молотильного устройства менялась от 26 до 34 м/сек. При этом зазоры в подбарабанье были равны 16 мм на вхо де и 4 мм на выходе.
Для того, чтобы результаты опытов оказались сравнимы ми, эксперименты проводили в одинаковых условиях, исполь зуя одну и ту же сноповую пшеницу, характеристика кото рой представлена ниже.
|
Характеристика хлебной массы |
|
Сорт |
|
пшеница озимая «безостая-1» |
Состояние |
|
сноповая |
Отношение зерна |
1 : 1,13 |
|
к соломе |
|
|
Влажность |
в период |
|
■ опытов, |
% |
19,43— 20,5 |
|
зерна |
|
|
соломы |
16, 49— 17,11 |
Приведенная подача во всех опытах была постоянной ггсоставляла 3,9 кг/сек (при ширине молотильного устройства 0,9 м).
На рис. 16 представлены графики изменения невымолота в зависимости от скорости барабана для обоих молотильных устройств. (Следует подчеркнуть, что полученные значения невымолота оказались высокими в обоих случаях. Величина дробления в опытах позволяла уменьшить зазоры и тем са мым снизить невымолот. Но предмет исследования — сравне ние значений невымолота; поэтому зазоры в подбарабанье
|
|
специально |
не |
регулирова |
||||
|
|
лись) . Потери зерна |
невы моло |
|||||
|
|
том в однобарабанном моло |
||||||
|
|
тильном устройстве при возра |
||||||
|
|
стании скорости барабана от 26 |
||||||
|
|
до 34 м/сек убывали от 3,7 до |
||||||
|
|
1,55% |
(рис. 16, кривая |
/).П ри |
||||
|
|
этом величины невымолота при |
||||||
|
|
скоростях |
барабана |
32 |
и |
|||
|
|
34 м/сек были весьма близки. |
||||||
Рис. 16. Изменение невымолота в |
Для |
двухбарабанного |
моло |
|||||
зависимости от окружной скорости |
тильного |
устройства величина |
||||||
барабана в однобарабаином |
(7) |
невымолота |
в соломе |
в 1,55% |
||||
и двухбарабанном (2) молотиль |
появляется |
при |
значительно |
|||||
ном устройстве. |
|
|||||||
рабана — 26—27 м/сек |
|
меньшей |
скорости |
второго |
ба |
|||
(кривая 2), |
а |
при скорости |
второго |
|||||
барабана в 32 м/сек невымолот составил |
1,0%, т. е. в 1,5 ра |
|||||||
за меньше, чем в однобарабаином устройстве. |
|
|
|
|||||
При наименьшей скорости второго барабана — 23 м/сек— невымолот в соломе оказался таким же, как у однобарабан ного устройства при скорости 30 м/сек. Следовательно, одна и та же величина невымолота в соломе у двухбарабанного молотильного устройства появляется при меньшей скорости второго барабана, чем при обмолоте однобарабанным моло тильным устройством. В двухбарабанном устройстве количе ство воздействий бичей на колосья за время продвижения последних в подбарабанье значительно больше, чем у одно барабанного. Отсюда оказывается возможным снизить силу воздействия, уменьшив скорость второго барабана (это бла гоприятно отразится и на качестве зерна).
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют об усталостном разрушении связи зерна с колосом. Иссле дования непосредственно рабочего процесса молотильных устройств, в которых по возможности были исключены по мехи (главным образом, встречный жесткий удар в двухба рабанном устройстве), подтвердили предположение о том, что в основе явления разрушения связи зерна с колосом лежит механизм изменения прочностных свойств связи под воздей ствием многократно циклически прикладываемой нагрузки.
Общее уравнение процесса обмолота
Процесс образования совокупности обмолоченных зерен в подбарабанье представляется состоящим из трех фаз:
56
1.Обмолот на входе в подбарабанье при однократном ударе («мгновенное» разрушение связи зерна с колосом, си ла ударного воздействия не меньше силы связи зерна с ко лосом) .
2.Обмолот в подбарабанье вследствие усталостного раз
рушения связи зерна с колосом при многократном ударе. В этом случае от колоса отделяются более прочно связанные с ним зерна. (Первоначальная величина силы связи зерна
сколосом больше силы ударного воздействия).
3.Обмолот перетиранием. В этом случае нарушаются наи более прочные связи.
Определим равнодействующую, приложенную к зерну при ударном воздействии на колос. Для простоты вычислений будем полагать, что все составляющие силы лежат в плос кости, касательной к рабочему цилиндру барабана в точке удара.
Уравнение равновесия зерна запишется в виде
RcBCosa+FunCOSü—Fc= 0, |
(100) |
где RCB — реакция связи зерна с колосом; |
|
Fun — сила инерции зерна; |
|
FB — сила, приложенная бичом к зерну; |
и активной |
а —■угол между направлениями связи |
|
внешней силой. |
|
Уравнение сохранения для колоса представится в форме:
FöAt—T34At—M(t) (ѵк—ѵи) = 0 , |
(101) |
|||
где Тзщ — сила |
защемления колоса (стебля) |
в потоке во |
||
роха под воздействием нормального сжатия; |
||||
At — время удара; |
(переменная во времени вследствие |
|||
M(t) — масса колоса |
||||
вымолота зерна); |
соответственно. |
|||
ѵ„ и ѵк — скорости до |
и после удара |
|||
Подставляя величину |
Fs, найденную |
из уравнения (101), |
||
в уравнение (100) |
и выражая реакцию FCB связи, получаем: |
|||
RCB- ^ |
-I- M (t)-^—^ - F , |
|
( 102) |
|
Cosa |
Atcosa |
|
|
|
В выражении (102) сила Тащ защемления — переменная во времени (по углу обхвата) величина, так как меняется нормальная сила сжатия. Масса М (t) колоса — быстро
57
убывающая функция: уже после первого удара колос теряет значительную часть зерен. Поэтому второй член в правой части выражения (102) при возрастании времени t убывает. Неубывающей (в аналитическом смысле) является величина F u n = m 3\v 3 (\ѵ3 — ускорение зерна массы т 3 при ударе). Оп ределим ее значение.
При ударном воздействии на связь можно различить две фазы: деформации и восстановления. За время Діа фазы де формации зерно меняет скорость от начальной величины, которую оно имело до удара при движении с колосом в по токе вороха, до скорости барабана. За время Ät2 фазы вос становления происходит снятие деформации со связи и изме нение скорости зерна до величины послеударной. Длитель ность каждой из фаз в интервале At времени удара’ опреде ляется упругими свойствами связи,которые характеризуются коэффициентом гс восстановления:
w |
at |
(ЮЗ) |
М' - 7 Т Г |
||
Принимая ускорение зерна в фазе деформации постоян ным, запишем выражение для силы инерции:
Р __ _ 'V—ѵ„ _ |
гпп(\ѵ—Ѵ„) ( і+ е с) |
(104) |
|
At, |
At |
||
|
Наибольшая величина силы инерции окажется на входе подбарабанья, а наименьшая — на выходе. Подставляя вы ражение (104) в соотношение (102) и раскрывая значение ТЗІЦ, окончательно получим:
|
Tfc |
Ѵк-Ѵ.. |
m 3( w — v „ ) ( i - M c ) |
|
Rco = |
tcosa |
tM(t) Atcosa |
At |
(105) |
где fc — коэффициент внутреннего трения |
(«вязкости») в по |
|||
|
токе растительной массы; |
|
||
т — число стеблей в радиальном сечении подбарабанья.
На рис. 17 представлены графики изменения приложен ных к зерну составляющих сил и реакции связи по углу об хвата деки. Они построены для молотильного аппарата типа СК-4 при степенях сжатия на входе и выходе подбарабанья
сгі= 2 , |
02=4, массе |
зерна |
т 3=0,003-ІО-4 кг, массе целого ко |
||
лоса |
МС=2Х Ю - |
4 кг, |
окружной |
скорости |
барабана |
58