2.2 Графоаналітичний аналіз роботи обчісувального пристрою з бітером-відбивачем

При переході від однобарабанної конструкції очісуючого пристрою до двохбарабанної з бітером-відбивачем слід зазначити, що параметри бітера-відбивача безсумнівно залежать від геометрії стеблостою рослин зернових культур. Геометричні розміри як очісуючого барабана, так і бітера-відбивача повинні забезпечити нормальну, якісну роботу пристрою при високому і низькому стеблостої, полеглому і пониклому стані рослин. Основними характеристиками геометрії стеблостою є максимальна (l_max) і мінімальна (l_min) висота рослин і зона розташування суцвіть (Н) (рис. 2.8). Геометричні параметри рослин і стеблостою в цілому є випадково варіюючими величинами. Висота рослин на одному і тому ж полі коливається в широкому діапазоні. Як показують результати вимірювань при вивченні фізико-механічних властивостей зернових культур, зона розташування суцвіть рослин коливається в межах від 0,2 до 0,3 м. Беручи до уваги геометрію стеблостою, а саме розташування суцвіть, проведемо графоаналитичний аналіз роботи очісуючого пристрою з бітером-відбивачем. Для цього представимо очісуючий пристрій у вигляді схеми (рис. 2.8) із зазначенням геометричних параметрів і з дотриманням масштабу.

Рис. 2.8. Схема очісуючого пристрою: 1 - очісуючий барабан; 2 - бітер-відбивач; 3 - кожух очісуючого барабана; 4 - кожух бітера-відбивача; 5 - верхній кожух; 6 - збірка очісаного оберемка.

Розглянемо на початку необхідні умови для якісного очісування короткостеблових рослин. При дослідженні взаємодії робочих органів очісуючого барабана і бітера-відбивача з рослинами приймаємо наступні допущення:

1 Продукти обмолоту набувають швидкість рівну колової швидкості очісуючих гребінок.

2 Вісь бітера-відбивача О₂ переміщається щодо осі очісуючого барабана О₁ по траєкторії кола радіуса О₁О₂.

3 Кут початку очісування суцвіть, при якому продукти обмолоту будуть спрямовані на активну зону бітера-відбивача, приймаємо рівним π / 4.

При цих припущеннях найвище становище (що забезпечує оптимальні умови очісування високостеблових рослин) бітер-відбивач буде займати, коли траєкторія очісаного зерна буде направлена по нормалі до поверхні бітера-відбивача в точку В. Якщо траєкторія зерна сягатиме поверхні бітера-відбивача вище точки В ( тобто нормалі АВ до поверхні кола О₂r₂), то кут падіння зерна до поверхні бітера-відбивача буде гострим і зерно відіб'ється від нього вгору і буде направлено в збірник. При досягненні зерна поверхні бітера-відбивача нижче точки В воно буде відображатися вниз на поверхню поля і створювати втрати зерна осипом. При русі зерна по нормалі до поверхні (тобто по дотичній АВ) воно повинно за законами механіки відбитися по цій же нормалі, але поверхню бітера-відбивача разом із закріпленими на її поверхні робочими органами обертається за годинниковою стрілкою, то зерно в цьому випадку

рахунок миттєвих сил тертя і дії робочих органів буде направлено також вгору. З цих міркувань випливає, що максимально верхнє положення бітера-відбивача щодо осі очісуючого барабана О₁, що забезпечує повноту збору зерна з низькорослих рослин, буде при розташуванні його центру О₂ на лінії дотичній АВ. Дане положення бітера-відбивача визначимо кутом (кут нахилу до горизонту лінії з'єднує центри О₁ і О₂). Визначимо кут:

,

Де - радіус очісуючого барабана по кінцях гребінок:

O₁O₂ - відстань між центрами очісуючого барабана і бітера-відбивача:

;

b - відстань між бітером-відбивачем і очісуючого барабаном;

r₂ - радіус бітера-відбивача по кінцях гребінок.

Таким чином, можна записати

;

звідси випливає

. (2.6)

_{Знаючи кут} , визначимо кут

.

Підставивши дане рівняння у вираз (2.6), отримаємо

. (2.7)

Для очісуючого пристрою при рівних радіусах r₁ і r₂ кут - кут нахилу до горизонту дотичній до поверхні барабанів буде рівний, тому як дотична до поверхонь барабанів буде паралельна лінії яка сполучає їх центри О₁О₂.

Наступний етап розрахунку геометричних параметрів - визначення відстані b між очісуючим барабаном і бітером-відбивачем. Для цього розглянемо вплив кожуха бітера-відбивача на технологічний процес роботи, який буде залежати

від положення кінцевої точки С кожуха бітера-відбивача. Як показали попередні дослідження , частина очісаного зерна потрапляє між бітером-відбивачем і його кожухом і викидається по дотичній до поверхні кожуха на очісуючий барабан.

Положення т. С визначатиметься траєкторією зерна після очісування суцвіть очісуючим барабаном. З попередніх міркувань напрямок польоту зерна після очісавання має бути не нижче т. В. Відповідно становище т. С не вище т. В. У такому випадку зерно, потрапило між бітером-відбивачем і його кожухом, буде направлено (рис. 2.9) по дотичній до бітери-відбивачу в т. В на поверхню очісуючого барабана (точку В в цьому випадку приймаємо за крайнє верхнє положення т. С).

Уявімо можливі положення центру О₂ бітера-відбивача щодо очісуючого барабана, його центру О₁, і вплив зміни відстані b на процес взаємодії роботи очісуючого барабана і бітера-відбивача. Визначальним параметром при цьому буде взаємне розташування т. В і т. В₁ (рис. 2.9), точки перетину дотичної АВ і горизонталі проходить через вісь О₁ очісуючого барабана.

Рис. 2.9. Схема для визначення взаємного розташування бітера-відбивача і очісуючого барабана.

У разі розташування т. В вище точки В₁ зерно по дотичній B'V безперешкодно потрапить до збірника зерна, але при цьому з'являється можливість підвищення втрат зерна за рахунок збільшення зазору між барабанами. При розташуванні т. В в точці В ' зерно по дотичній BV також буде направлено до збірника зерна і очісуючого барабан сприятиме транспортуванні зерна. Якщо т. В знаходиться нижче точки В₁, очісуючого барабан стає перешкодою на шляху руху зерна по дотичній B "V" від бітера-відбивача, що також може викликати збільшення втрат.

Таким чином, оптимальним положенням бітера-відбивача по відношеню до очісуючого барабану будемо вважати положення, при якому т. В збігається з т. В₁. Дане твердження очевидно буде справедливим і при зменшенні радіуса (r₂) бітера-відбивача.

Для визначення відстані (b) між барабанами скористаємося малюнком 2.10.

Рис. 2.10. Схема для визначення відстані між бітером-відбивачем і очісуючого барабаном.

Згідно прийнятих раніше припущень (АВ - дотична до поверхні очісуючого барабана, кут ) рівнобедрений і прямокутний, тобто . Таким чином, з визначимо:

. (2.8)

Визначивши відстань b згідно виразу (2.8), скорегуємо виразу (2.6, 2.7) для визначення кутів і :

, (2.9)

. (2.10)

Отримані вирази (2.8-2.10) для визначення відповідно b, справедливі для очісуючого пристрою, в якому r₁ і r₂ мають різні значення.

Визначимо кут при різних радіусах r₁ і r₂ (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Схема для визначення кута.

Провівши ряд додаткових побудов r₁ а (а - дотична до очісуючого барабану і бітера-відбивача),

, , , , , .

Таким чином маємо

, _звідси

. Із

,

Звідки

. (2.11)

Підставивши в рівняння виразу (2.10, 2.11), маємо

. (2.12)

Отриманий вираз (2.12) для визначення справедливо і для умови .

Значення кута, певне з виразу (2.12) буде максимальним, тому при його збільшенні шляхом підняття осі бітера-відбивача порушуються, як було зазначено раніше, нормальні умови роботи очісуючого пристрою.

Після визначення оптимальних умов очісування короткостеблових рослин (кута нахилу загальної дотичній до обрію; кута нахилу прямої, що з'єднує центри барабанів до горизонту; відстань b між барабанами), розглянемо необхідні умови для якісного очісування довгостеблових рослин з урахуванням прийнятих припущень та отриманих результатів досліджень по очісувані короткостеблових рослин. Виходячи із завдань досліджень, вивчимо вплив величини радіуса бітера-відбивача і його кожуха на надходження високорослих рослин в зону очісування; взаємодія пасивної зони бітера-відбивача (зони тертя суцвіття про його кожух) і рослин; зміна довжини дуги активної зони бітера-відбивача при відображенні очісаних оберемка до збірки пристрою. При проходженні рослини під бітером-відбивачем (рис. 2.12) стебло згинається і рослина не випроставшись, тобто перебуваючи під впливом бітера-відбивача, може потрапити під дію очісуючого барабана. У цьому випадку стебло інтенсивно прочісується і в результаті механічної взаємодії гребінок очісуючого барабана і стебел рослин відбувається вимолочення зерна з суцвіть ще не потрапивши в зону очісування і обрив у верхній частині рослин з суцвіттями, що призводить до додаткових втрат вільним зерном і обірваними колоссям на поверхню поля.

Для проведення досліджень з впливу радіуса бітера-відбивача і його розташування по висоті на оптимальні умови надходження довгостеблових рослин в зону очісування, було проведено механічне моделювання руху рослини в зону очісування відносно поверхні бітера-відбивача при зміні його діаметра, кута нахилу і величини занурення робочих органів гребінки в стеблостій. Для цього була використана лабораторна установка очісуючого пристрою (див. Рис. 3.2). Діаметр бітера-відбивача приймався рівним 700, 450, 380, 310 мм. Кут нахилу змінювався від 5^о про до 25^о з інтервалом 5^о. Занурення робочих органів в стеблостій Н змінювалося від 350 до 550 мм з інтервалом 50 мм. Висота рослини рису приймалася рівною 0,8 м, як середнє значення по вимірах стеблостою.

Рис. 2.12. Характерні зони бітера-відбивача.

Дослідження проводилося в наступній послідовності. Рослина рису своєю підставою закріплювалося зажимами в касеті. Встановлювалися задані параметри діаметра бітера-відбивача, кута його нахилу і величина занурення робочих органів. Потім по рівній горизонтальній поверхні вручну переміщали касету із закріпленою рослиною і спостерігали ковзання волоті по кожусі бітера-відбивача до надходження її в зону очісування. При цьому за оптимальні умови надходження волоті в зону очісування приймалося положення рослини, коли волоть потрапляє в зону очісування раніше, ніж вигнуте стебло торкнеться робочих органів очісуючого барабана (зображено пунктиром) (рис. 2.12).

В результаті проведених досліджень встановлено, що зміна діаметра бітера-відбивача і кута нахилу на умови вступу високорослих рослин в зону очісування не впливають, а найбільший вплив робить величина занурення робочих органів в стеблостій. Чим більша величина занурення, тим більша ймовірність перебивання стебел рослин робочими органами очісуючого барабана перш, ніж їх суцвіття надійдуть у зону очісування. На підставі досліджень нормальні умови надходження високорослих рослин в зону очісування будуть мати місце при величині занурення робочих органів в стеблостій рівній 350-450мм.

Як було встановлено вище, діаметр бітера-відбивача не впливає на надходження суцвіть рослин в зону очісування, але величина поверхні бітера-відбивача у великій мірі впливає на механічний вплив на суцвіття за рахунок тертя при його ковзанні по кожусі бітера і особливо на відображення очісаного оберемка в заданому напрямку. При цьому, якщо в першому випадку

нерухомий пасивний кожух бітера-відбивача викликає негативне явище - вимолочуються слабо пов'язані зерна і збільшує тим самим втрати зерна осипом, то в другому - активна, обертається поверхню бітера-відбивача виконує позитивні функції: спрямовує очісаний оберемок до збірки зерна .

Для того, щоб визначити оптимальну поверхню бітера-відбивача проаналізуємо залежність його активної і пасивної зон від зміни діаметра. Зміна розмірів характерних зон визначали для бітерів-відбивачів з радіусами від 0,05 м до 0,5 м з інтервалом варіювання 0,05 м.

На рис. 2.12 показані зміни пасивної зони бітера-відбивача ВКІ від діаметра при постійно заданою величиною занурення робочих органів в стеблостій 0,4 м. Звідки випливає, що чим більше діаметр бітера-відбивача, тим більший шлях проходить суцвіття по його пасивної зоні ВКi і рослини, перш ніж потрапити в зону очісування, більшою мірою згинаються і деформуються, а зерна з суцвіть за рахунок сил тертя вимолочується і обсипаються. Зі зменшенням діаметра бітера-відбивача число рослин, що потрапляють безперешкодно в зону очісування збільшується, а негативний вплив кожуха бітера на суцвіття знижується. Довжина дуги ВКІ пасивної зони залежно від радіуса бітера-відбивача змінюється за лінійною закономірності (рис. 2.13, крива 1) (табл. 2.1).

Основна функція бітера-відбивача - це відображення очісаних оберемків в заданому напрямку і залежить вона в основному від величини активної зони. Зміни активної зони ВNi бітера-відбивача від діаметра показані на малюнках 2.12 і 2.13, крива 2, з яких випливає, що зі зменшенням радіуса довжина дуги ВNi зменшується, але закономірність зміни не лінійна, як пасивної зони, а квадратична парабола.

Рис. 2.13. Графік залежності радіуса бітера-відбивача і його активної і пасивної зон: 1 - крива залежності від пасивної зони; 2 - крива залежності від активної зони.

З графіків (рис. 2.13) випливає, що зі зміною радіуса бітера-відбивача від 0,5 до 0,25 м довжина дуги активної зони L_акт змінилася на 0,1 м, а довжина дуги пасивної зони L_пас на 0,4 м, т .е. зменшилася в чотири рази в порівнянні з активною зоною. Подальше зменшення радіуса бітера-відбивача від 0,25 до 0,05 м також веде до зміни різниці довжин дуг пасивної і активної зон, але з меншою інтенсивністю.

Для обґрунтування вибору оптимального співвідношення пасивної і активної зон та відповідного радіуса бітера-відбивача проаналізуємо графік (рис. 2.14) зміни ставлення L_пас / L_акт від радіуса бітера-відбивача, який описується нелінійною залежністю маючою екстремальне значення.

Таблиця 2.1

Зміна параметрів бітера-відбивача при зменшенні його радіуса

№ r2	rакт, м	rпас, м			Lакт	Lпас	Lпас/Lакт
1	0,50	0,55	45о	99о	0,392	0,950	2,42
2	0,45	0,50	48о	99о	0,377	0,864	2,29
3	0,40	0,45	50о	100о	0,349	0,785	2,25
4	0,35	0,40	53о	101о	0,324	0,705	2,16
5	0,30	0,35	57о	102о	0,298	0,623	2,09
6	0,25	0,30	62о	103о	0,270	0,539	2,00
7	0,20	0,25	67о	105о	0,234	0,458	1,96
8	0,15	0,20	72о	110о	0,188	0,380	2,02
9	0,10	0,15	77о	115о	0,134	0,301	2,25
10	0,05	0,10	81о	124о	0,071	0,222	3,13

Рис. 2.14. Графік залежності відносини пасивної і активної зон від

радіуса бітера-відбивача.

Дане відношення розглянемо при максимальному зазорі між бітером-відбивачем і його кожухом, рівним 0,05 м. До отриманої залежності підібрано емпіричне рівняння

,

де у - відношення пасивної частини кожуха до активній зоні бітера-відбивача, L_пас / L_акт;

  - Радіус бітера-відбивача r, м.

Дослідження функції на екстремум на проміжку значень радіуса бітера-відбивача від 0,1 м до 0,5 м з інтервалом 0,05 м дозволило встановити оптимальне значення радіуса бітера-відбивача r = 0,19 м.

Визначимо положення характерних кінцевих точок кожуха бітера-відбивача C, D і відповідних їм кутів (рис. 2.8, 2.15).

Рис. 2.15. Схема для визначення положення характерних точок.

Дану задачу раніше вирішували експериментальним шляхом який вимагає великих затрат праці. Вивчивши особливості двобарабанних очісуючого пристрою і його технологічний процес за допомогою графоаналітичного аналізу, були визначені характерні точки кожуха бітера-відбивача.

Положення т. D (рис. 2.15) має забезпечувати мінімальне потрапляння продуктів обмолоту при очісувані в зазор між бітером-відбивачем і його кожухом. Визначення положення т. D проведемо з урахуванням внутрішнього діаметра бітера-відбивача. При очісувані рослин продукти обмолоту не завжди можуть потрапити під вплив гребінок бітера-відбивача в активній його зоні. Розглянемо один з цих крайніх випадків, коли зерно після очісування буде направлено по дотичній АК до бітера-відбивача. При цьому зерно повинно

потрапити у верхній кожух очісуючого пристрою, минаючи зазор між бітером-відбивачем і його кожухом, і відбившись від верхнього кожуха попрямує до збірки очісаних оберемків. Таким чином, оптимальним положенням т. D. і відповідного значення кута будемо вважати точку перетину дотичної АК з окружністю, яка описує кожух бітера-відбивача. У процесі роботи бітера-відбивача частина очісаної зернової купи все-таки може потрапити в зону між бітером-відбивачем і його кожухом за рахунок повітряного потоку. У цьому випадку купа буде рухатися від т. D до т. С, яка є точкою сходу зерна з внутрішньої поверхні кожуха. Положення т. С має забезпечити напрямок руху оберемка після сходу по нормалі до очісуючого барабану СО₁. Якщо траєкторія руху оберемка після сходження з кожуха буде спрямована нижче нормалі СО₁ в зону очісування (в зону т. А) можливе його відображення на поверхню поля, що викличе небажані втрати зерна. З аналізу руху оберемка у напрямку вище нормалі СО₁ випливає, що положення т. С може наближатися до т. В або збігатися з нею. Для розглянутого процесу це цілком зрозуміло і сприяє транспортуванню очісаних оберемків в збірник.

При високорослому і рівномірному стеблостої це позитивно впливає на роботу очісуючого пристрою, але при збиранні полеглих і нерівномірних хлібів кожух стає перепоною на шляху купи, очісаних гребінками барабана нижче т. А. В результаті проведених досліджень становище т. С для роботи на полеглому стеблі визначається точкою дотику, дотичної до кожуха бітера-відбивача проходить через центр О₁ очісуючого барабана при цьому кут - min. Для прямостоячого стеблостою з рівномірною зоною розташування суцвіть т. С переміститися в т. В при цьому кут - max. Таким чином, положення т. С залежить від стану стеблостою рослин.

Положення т. С визначається величиною кута, який знаходиться з трикутників О₁О₂С і О₁О₂А

, (2.13)

де r₄ - радіус кожуха бітера-відбивача.

Положення т. D визначається величиною кута, який знаходиться з трикутників DО₂K і АО₂К

, (2.14)

де l - довжина зуба очісуючого гребінки.

Дослідженнями процесу очісування низькорослих і високорослих рослин, очісуючі пристрої з бітером-відбивачем встановлені:

1. Кути, що характеризують розташування бітера-відбивача (при різних його радіусах).

2. Відстань між бітером-відбивачем і очісуючого барабаном

3. Кут нахилу загальної дотичній очісуючого барабана і бітера-відбивача до горизонту.

4. Положення характерних точок кожуха бітера-відбивача і відповідних їм кутів.

5. Оптимальний радіус бітера-відбивача r = 0,19 м.