5 Определение мощности, необходимой для выполнения технологического процесса уборки

Для обеспечения работы комбайна необходимо выполнение условия:

N_дв≥N_т , (5.1)

где N_дв – мощность двигателя, кВт;

N_т – мощность, необходимая для выполнения технологического процесса, кВт.

Мощность, необходимая для выполнения технологического процесса комбайном Лида-1600,

N_т=N_р+N_ма+N_ро+N_п , (5.2)

где N_р – мощность, затрачиваемая на процесс резания, кВт;

N_ма – мощность на привод молотильного барабана, кВт;

N_ро – мощность на привод остальных рабочих органов (принимаем для Лида-1600 с измельчителем N_ро = 60 ), кВт;

N_п – мощность на перемещение комбайна, кВт.

5.1. Мощность, необходимая для выполнения процесса резания,

N_р=T_maxωr (5.3)

где T_max – максимальная сила, действующая в приводе ножа, Н;

ω – угловая частота вращения ведущего вала привода,1/с;

r – радиус кривошипа механизма привода ножа,(S/2) м,

В процессе резания на нож режущего аппарата действуют силы

T_i=R_ср+P_j+F , (5.4)

где R_ср – среднее значение силы сопротивления срезу стеблей, Н;

P_j – сила инерции масс ножа, возникающая за счет непостоянства скорости перемещения ножа, Н;

F – сила трения ножа по пальцевому брусу, вызываемая его силой тяжести,Н.

Силы действующие в приводе ножа режущего аппарата.

Сила сопротивления срезу стеблей зависит от площади нагрузки площади и густоты стеблестоя

R_cp=(εf_нz)/(x_к–x_н) , (5.5)

где ε – удельная работа, затрачиваемая на срез растений с 1 см² (ε=(1…2)×10^-2 Дж/см². Большие значения необходимо принимать при срезе ржи и пшеницы, а меньшие – для ячменя и овса;

f_н – площадь нагрузки на лезвие сегмента, см²;

x_к и x_н – величина перемещения ножа, соответствующих началу и концу резания, м.

R_ср=(1,2∙10^-2∙33,6∙55)/(0,049-0,027)=1008 Н.

Площадь нагрузки на лезвие сегмента

f=LS , (5.6)

f=4,0∙8,4=33,6 cм²

где L – подача, L=4,0 см;

S – ход ножа, S=8,4 см.

Число сегментов

z=B/t , (5.7)

z=4,2/0,076=55,26≈55

где В – ширина захвата жатки, м;

t – ширина сегмента, м.

Максимальное значение силы инерции (при х=0 и х=S):

– для механизма качающейся шайбы:

P_jmax≈ ± m_н∙ω²∙r, (5.8)

где m_н − общая масса ножа (m_н = m_oB), кг;

m₀ − масса одного погонного метра ножа (m_o = 2,0…2,2 кг/м).

ω – угловая частота вращения ведущего вала привода, ω =63,32 с^-1;

r – радиус кривошипа механизма привода ножа r=S/2=0,0425.

m_н = 2,2·4,2=9,24м,

P_jmax≈±9,24∙63,32²∙0,0425=1574,5 Н.

Сила трения:

F=fG , (5.9)

где G=m_нg – сила тяжести ножа, определяемая из расчета его длины;

f – коэффициент трения (f=0,25…0,30), принимаем f=0,30,

F=0,30∙(9,24∙9,81)=27,19 Н.

По результатам расчетов построить графики изменения сил R_cр, P_j и F сопротивления, действующих на нож:

– сила сопротивления срезу R_cр графически представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс на отрезке от начала х_н до конца х_к резания;

– сила P_j инерции для механизма Шумахера графически изменяется по ломаной HMKL прямой, характер которой определяется координатами х₁ при V_р = const (рисунок 7.3);

– на отрезке MK сила инерции для механизма Шумахера равна 0;

– координаты х₁ взять из чертежей;

– сила F трения графически отображается линией, параллельной оси абсцисс;

По максимальной суммарной силе T_max для соответствующих типов приводов режущего аппарата определить мощность, затрачиваемую на преодоление сил сопротивления резанию.

T_max= R_cр + P_j +F,

T_max=1008+1574,5+27,19 =2609,69 Н

N_р=2609,69∙63,32∙0,0425=7022,93 Вт=7,22 кВт.

5.2 Мощность, необходимая для обмолота (N_о) и на холостой ход (N_x):

N_ма= N_о + N_x (5.10)

5.2.1 Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений от взаимодействия бичей с растительной массой,

N₀ = {a_т + b_т [q_min]_ф} [q_min]_ф u_б, (5.11)

где [q_min]_ф – секундная подача массы, кг/с;

а_т и b_т – коэффициенты, зависящие от состояния и сорта культуры и конструктивных параметров молотильного устройства (для барабанно-декового аппарата а_т = 100…120 Н·(кг/с)^-1 и b_т = 8…10 Н(кг/с)^-2).

u_б – скорость бичей.

(5.12)

где n - частота вращения барабана, n=695 мин^-1;

r – радиус барабана, r=D_б/2= 0,3 м.

Большие значения коэффициентов соответствуют длинносоломистому стеблестою большей влажности и меньшей длине барабана, а меньшие – короткостебельному хлебостою меньшей влажности и большей длине барабана.

N₀ ={110+10∙4,39}∙4,39∙21,82 =14742,05 Вт ≈ 14,742 кВт.

5.2.2 Мощность N_x холостого хода затрачивается на преодоление сил трения в опорах и сопротивление воздуха

N_x = a_x u_б + b_x u_б³, (5.13)

где а_х – коэффициент сил трения (для бильных барабанов а_х = 0,85…0,90 Н на каждые 100 кг массы барабана (масса «Лида-1600»– 370 кг);

b_x – коэффициент, зависящий от плотности воздуха, формы и размера вращающихся частей барабана (для бильных барабанов b_x = 0,055…0,090 Нс²/м²).

N_x =3,7∙0,85∙21,82 + 0,08∙21,82³=899,72 Вт=0,9 кВт,

N_ма=14,742+0,9=15,64 кВт.

5.3 Мощность, необходимая для передвижения комбайна,

N_п = 10^-3 P V_м / (η_тр η_б), кВт, (5.14)

где P – усилие затрачиваемое комбайном на перекатывание, Н;

η_тр – КПД трансмиссии ходовой части комбайна (η_тр = 0,87);

η_б – коэффициент буксования (η_б = 0,95…0,98).

Сопротивление перекатыванию

Р = G_к (f ± i / 100) , (5.15)

где f – коэффициент сопротивления качению (f = 0,07…0,09 – стерня после уборки зерновых);

G_к = m_к g – сила тяжести комбайна, кН (приложение А);

i – уклон поля, %.

Масса m_к комбайна:

m_к = m_э + ∆m, (5.16)

где m_э – эксплуатационная масса комбайна, т;

∆m – масса технологического материала, находящегося в бункере и копнителе комбайна, т.

m_к=11,33+5,0=16,33 т,

G_к=16,33∙9,81=160,2 кН,

Р =160,2∙ (0,08+2/100) =16,02 кН,

N_п =16,02∙0,4/(0,87∙0,97)=7,59кВт.

5.4 Мощность N_ро затрачиваемая на привод остальных рабочих органов (приложение Б), принимаем для «Лида-1600» с измельчителем, N_ро=60 кВт.

5.5 Общая потребляемая комбайном мощность на выполнение технологического процесса

N_т = N_р + N_ма + N_ро + N_п ,

N_т =7,22+15,64+14,742+7,59=45,19 кВт

5.6. Сравним расчетную потребляемую мощность с мощностью двигателя комбайна Лида-1600. При сравнении мощностей ,условие обеспечения работы комбайна N_дв≥N_т выполняется (179>45,19) кВт.

Вывод: Мощность необходимая на выполнения технологического процесса меньше мощности двигателя, поэтому технологический процесс выполняется.