Файл: Липкович, Э. И. Процессы обмолота и сепарации в молотильных аппаратах зерноуборочных комбайнов (пособие для конструкторов зерноуборочных машин).pdf

\ѵ=30 місек. Из рисункй видно, что реакция связи вначале убывает, достигая наименьшей величины при­ мерно в середине деки, а затем нарастает, и значение ее на выходе может быть больше первоначального. Отсюда, в частности, следу­ ет, что средняя зона подбарабанья при длинной односекционной деке оказывает­ ся наименее благоприятной для обмолота.

Из формулы (105) далее следует, что реакция связи тем больше, чем выше ок­

ружная скорость барабана, сила сжатия потока растительной массы и чем ниже упругие свойства связи. Прочность связи в момент разрушения определяется числом предварительных нагружений (циклов). В общем виде соотношение между чис­

где Р° — сила связи зерна с колосом; А, s — постоянные коэффициенты.

Асимптонной кривой (106) является ось N. Введя предел [Р] усталости, получаем уравнение Вейбулла [12]:

Вся теория усталости, разработанная в машиностроении, подчинена задаче сохранения прочности детали при много­ кратном циклическом нагружении. В нашем же случае ме­ ханизм усталостного разрушения лежит в основе технологи­ ческого процесса обмолота, и чем раньше произойдет разру­ шение связи зерна с колосом, тем успешнее идет процесс. Поэтому представляется возможным воспользоваться урав­ нением усталостной кривой в форме (106).

59

При Ы = 1, РГ= Р0, тогда

где Р0 — сила связи зерна с колосом при однократном удар­ ном воздействии.

Определяя по выражению (99) угол, который прошла порция в подбарабанье, и вычисляя число циклов Ni и соот­ ветствующую реакцию связи по формуле (105), установим по уравнению (108) значение первоначальной силы связи

зерна с колосом:

s

Распределение количества вымолоченных зерен в зависи­ мости от прочности связи зерна с колосом подчиняется нор­ мальному закону:

где ъ —частота распределения;

Рср, Рпііп — средняя и минимальная силы связи зерна с ко­ лосом.

Процент вымолоченных зерен Ф выразится интегральной кривой нормального распределения:

( 112)

--СО

Но интеграл, стоящий в правой части зависимости (112), в аналитическом виде не выражается. Поэтому для дальней­ шего применения необходимо ввести аппроксимацию:

^ofj О-1<(Ртах~РС)2 (ИЗ)

60

\‘ шах 1 ср .1

Подставляя значение Р0 из (109) в уравнение (114), по­ лучаем выражение для вычисления количества обмолочен­ ных зерен:

Реакция связи меняется по углу обхвата (см. рис. 17), и ударные воздействия осуществляются с переменными по ве­ личине циклами, т. е. имеет место нестационарный режим. Поэтому следует определить эквивалентную силу, т. е. такую постоянную силу, которая при том же числе циклов оказы­ вала на связь идентичное с переменной силой воздействие. В основу вычисления эквивалентной силы положена гипоте­ за [43]:

61

Отсюда

Ф’

R;)i;B и является эквивалентной силой, т. е. максимальной силой цикла при стационарном режиме изменения усилий, «равноопасным» заданному нестационарному режиму.

Таким образом, количество обмолоченных зерен с учетом нестационарного ударного воздействия барабана представ­ ляется выражением:

( 120)

При вычислении количества обмолоченных зерен по дли­ не подбарабанья следует иметь в виду, что для каждого чис­ ла циклов определяется своя эквивалентная сила.

На рис. 18 представ­ лен график функции обмолота и показан способ его построения. По параметрам движе­ ния потока вороха в подбарабанье с учетом физико - механических свойств растительной массы строим семейст­ во усталостных кривых и кривую изменения реакции связи в интер­ вале времени протека­ ния процесса, а также интегральную кривую распределения прочно­ сти связи зерна с коло­

62

ствующей точки временной оси. Далее вычисляем эквива­ лентную реакцию связи по формуле (119). Через точку с абсциссой, равной заданному числу циклов, а ординатой, равной соответствующему значению реакции связи, про­ водим усталостную кривую, по которой и определяем перво­ начальное значение прочности связи зерна с колосом, разрушенной при рассматриваемом числе циклов. По интег­ ральной кривой устанавливаем соответствующее количество обмолоченных зерен, которое и является ординатой кривой функции обмолота. Абсцисса этой точки соответствует числу циклов.

Уравнение (120) трансцендентио, так как величина массы колоса убывает при обмолоте:

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ СОЛОМИСТОГО ВОРОХА

На ранних стадиях процесса обработки растительной мас­ сы в молотильном устройстве ( в зоне входа в подбарабанье) весьма интенсивно идет процесс обмолота. Первым ударом вымолачивается от 30 до 70—75% зерен (в зависимости от

63

параметров подачи и физико-механических свойств раститель­ ной массы). Довольно быстро количество обмолоченных зе­ рен достигает значительной величины. Затем процесс начи­ нает затухать, хотя необмолоченные колосья или их части еще долго движутся в подбарабанье и даже в некотором ко­ личестве покидают молотильное устройство вместе с соломой в виде невымолота.

Сразу же с входа в подбарабанье начинается и процесс сепарации зерна. Он развивается медленнее, чем процесс об­ молота, так как, во-первых, в зоне входа еще сравнительно велика толщина потока растительной массы, и зернам труд­ но пробиться через многослойную пространственную соломис­ тую решетку, и, во-вторых, количество свободных, готовых к сепарации зерен недостаточно. Поэтому наибольшую интен­ сивность процесс сепарации приобретает несколько позже, чем процесс обмолота. Затем интенсивность начинает па­ дать, и определяющую роль играет теперь уже длина сепа­ рирующей поверхности, либо улучшение условий сепарации.

Такова, в общем, физическая картина взаимодействия обоих составных элементов процесса обработки вороха в мо­ лотильном устройстве.

Процесс выделения зерна из потока вороха в подбара­ банье носит вероятностный характер. Однако рассмотрение

нием элементов, можно вести и на основе детерминированно­ го подхода [57].

Мы проведем исследование процессов обмолота и сепара­ ции как на основе детерминированной, так и на основе ве­ роятностной моделей, а затем сопоставим степень полноты описания процесса этими моделями.

Детерминированная модель процессов обмолота и сепарации

Предположим, что перемещение потока растительной мас­ сы в подбарабанье происходит при средних толщине Дср и скорости ѵср:

о

64

о < Ф< S.

(В некоторых случаях для вычисления средних величин указанных функций можно обойтись лишь двумя крайними — для входа и выхода — их значениями).

Итак, имеем однородный во времени процесс обмолота колосьев и сепарации зерен. Пусть х„ — количество несвобод­ ных зерен в подбарабанье (в необмолоченном колосе); Y—• количество обмолоченных зерен в подбарабанье; Z — количе­ ство выделившихся зерен. Очевидно, для любого отрезка вре­ мени движения потока в подбарабанье справедливо соотно­ шение:

Запишем дифференциальные уравнения для изменения состояний совокупности из X зерна. Скорость убывания сово­ купности несвободных зерен на основе уравнения (122) со­ ставит:

где Xi— количество несвободных (необмолоченных) зерен на входе (после первого удара бича).

При обмолоте совокупность свободных зерен возрастает со скоростью dx»(t) Но одновременно происходит сепарация со

Наконец, на основе свойства однородности

—^ = vY(t),

dt (129) где у — коэффициент интенсивности сепарации,

65