Раздел 3 Усовершенствование наклонной камеры зерноуборочного комбайна «Джон-Дир»
3.1 Обоснование конструкторской разработки
Использование известных технических решений при прямом комбайнировании сухих короткостебельных зерновых культур из-за несоответствия длина стеблей оптимальным параметрам расстановки гофр снижается степень расслоения и ориентация коротких стеблей по ширине молотилки, что вызывает потери зерна при обмолоте, причём значительные от общего урожая. При этом однообразные воздействия гофр на хлебную массу по длине наклонной камеры, оказывают низкую механическую ориентацию стеблей по ширине и длине МСУ зерноуборочного комбайна способствуют комбинированные воздействия, т.е. на пути к МСУ хлебной массе необходимы переменные зазоры на выходе из наклонной камеры зерноуборочного комбайна. Это объясняется тем, что однообразные, единичные способы воздействия действуют на массу коротких стеблей односторонне, тогда как их комбинации являются более универсальными.[6]При прямом комбайнировании исходное состояние плотности сухой короткостебельной хлебной массы имеет минимум по толщине в середине потока и максимум по краям. Шнек подает массу (при уборки высоту скошенной массы считаем одинаковой) к окну наклонной камеры. В центральной части окна высота слоя массы равна h0.Ближе к краям окна высота слоя будет изменяться за счет плотности хлебной массы, поступающих с краев жатки, здесь за счет дополнительных витков на шнеке разравнивания масс полностью не происходит (Рисунок 3.1).
Рисунок 3.1-Предполагаемая форма сечения потока массы:l-ширина входного окна наклонной камеры; L-ширина захвата жатки;H-высота окна наклонной камеры.
Коэффициент неравномерности слоя можно определить по формуле:
(3.1)
где S-площадь поперечного сечения потока массы; |Si|-площадь отклонения выступов от среднего значения толщины потока массы (Рисунок 3.2);ᵷк-коэффициент неравномерности слоя хлебной массы.
Рисунок 3.2-Исходное состояние хлебной массы (а) и к преобразованию массы по ширине молотилки зерноуборочного комбайна (б): h0-высота наклонной камеры;hmax-максимальная толщина хлебной массы;hmin- минимальная толщина хлебной массы;hср- усредненная толщина хлебной массы.
Если толщина хлебной массы в местах контакта бичей барабана увеличена, то возникают большие удельные давления, приводящие к повреждению зерен.
С целью повышения степени (коэффициента) разравнивания ᵷк, приводящей к минимизации потерь сухой короткостебельной хлебной массы, нами предложено устройство для нормализации хлебной массы, установленное на днище наклонной камеры (Рисунок 3.3).
Рисунок 3.3-Схема наклонной камеры с устройством (а) и V-образный профиль для распределения потока хлебной массы (б):
а)1-наклонная камера;2-планки транспортера;3-гофры;4-дискретность гофра;5-терочно-отделительная решетка;7-желоб;8-сборник;11-гайка;12-направляющая паза; б)l-общая длина растаскивающей ветви гофр;lк-среднеарифметическое значение длины колосьев; l´-длина дискретной части гофр.
Устройство для нормализации хлебной массы, содержит наклонную камеру 1,размещенную в зерноуборочном комбайне, корпус с днищем 5,рабочая поверхность, которой выполнена гофрированной, причем гофры имеют V-профиль 3,планчатый транспортер 2,приемный битер 6 и одна растаскивающая ветвь выполнена дискретной 4.
Общая длина растаскивающей ветви гофр определяется по формуле:
,
(3.2)
где l-общая длина растаскивающей ветви гофр, мм;
n-количество дискретности, ед.;
lк-среднеарифметическое значение длины колосьев, мм;
l´-длина дискретной части гофр, мм;
Рассмотрим процесс движения хлебной массы сухих короткостебельных в наклонной камере с устройством. В наклонной камере при перемещении нижележащие слои стеблей хлебной массы, взаимодействуя с прерывистыми гофрами данного устройства, за счет ударного импульса изменяют свое направление, т.е. перемещаются вдоль стенки гофры вправо и влево с некоторой относительной скоростью u. Одновременно при этом движущийся поток массы сверху увлекает направление своего движения смещённые частицы массы вдоль гофра (Рисунок 3.4)
Изменения количества движения стебля при взаимодействии с гофрами в момент удара происходят согласно по (Рисунку 3.5).
;
(3.3)
,
(3.4)
где m-масса единичного стебля;
v0-скорость стебля сухих короткостебельных масс в момент подхода к гофрам;
u-скорость стебля в момент выхода из стенки гофра;
Sуд-ударный импульс;
Fуд-ударная сила;
Fудτ-составляющая силы удара вдоль гофры, способствующая перемещению стебля вдоль гофры;
Fудn-составляющая
силы удара вдоль главной нормали,
способствующая появлению силы реакции
гофра на стебель, т.е.
;
Fтр-сила
трения, возникающая при перемещении
стебля вдоль гофра
.
N=Fуд=Fудsinα; N=Fудτ=Fудcosα; Fтр=fN=fFудsinα
где f-коэффициент трения скольжения между стеблем и гофром;
α-угол между направляющей гофром и направлением перемещения стебля вдоль наклонной камеры;
N-сила реакции гофра на стебель;
τ-промежуток времени в течении которого действует ударная сила.
Масса движущаяся вдоль гофры и в первом приближении это движение примем поступательными (Рисунок 3.5).
Динамическое уравнение движения стебля вдоль гофры до дискретности
Ссм
Рисунок 3.4-Схема движения стебля при взаимодействии с дискретными гофрами
Рисунок 3.5-Поступательные движения массы вдоль гофры
.
(3.5)
Дифференциальное уравнения движения стеблевой массы:
,
(3.6)
где S-величина смещения единичной массы вдоль гофра в функциональной зависимости от времени t;
φ-угол между силой тяжести P стеблевой масс и наклонной камеры.
С течением времени вследствие действия u ударная сила снижается до нуля и далее стеблевая масса подхватывается верхним слоем движущейся массы. Изменение положения стебля (или стеблевой массы) вдоль гофры описывается уравнением:
,
(3.7)
где
В тот момент, когда стеблевая масса, уже у некоторой степени выровненная по ширине наклонной камеры, освобождается от гофры, основной поток массы, движущийся сверху подхватывает ее, ив дальнейшем они перемещаются по дискретности, еще более улучшая равномерность распределения движущейся массы в направлении молотильного аппарата (Рисунок 3.6).[7]
Рисунок 3.6-Нормализация хлебной массы за счет повышения степени расслоения и ориентации коротких стеблей по ширине молотилки:
l-общая длина растаскивающей ветви гофр;l´-длина дискретной части гофр;
v0-скорость стебля в момент подхода к гофрам;u-скорость стебля в момент выхода из стенки гофра;Sуд-ударный импульс;Fуд-ударная сила; Fудτ-составляющая силы удара вдоль гофры; Fудn- составляющая силы удара вдоль главной нормали; Fтр-сила трения;α-угол между направляющей гофра и направлением перемещения стебля вдоль наклонной камеры;N-сила реакции гофра на стебель; τ-промежуток времени в течении которого действует ударная сила
Таким образом, при работе комбайна стебли сухих короткостебельных хлебных масс в результате движения по наклонной камере, за счет ударного импульса подхватываются слоем основного потока, взаимодействуя с дискретной частью гофра, изменяют свое направление и в молотильный аппарат поступают более выровненным потоком.[8]