Розділ 4 обгрунтування запропонованого пристрою

За основу конструкції обчісуючого пристрою була обрана двоколісна причіпна установка, яка дозволяла встановлювати різні робочі органи, змінювати режими їх роботи і складати з них найбільш перспективні відомі технологічні схеми машин для обмолоту рослин на корені розглянуті в огляді. Дана установка була розроблена і виготовлена спільно з НДІ "Єфіролія" (рис. 4.2, 4.3).

Причіпна польова установка (рис. 4.4) складалася з обчісуючого, сепаруючого і домолочующого пристроїв, а також механізмів приводу і додаткового обладнання. Всі ці елементи кріпилися до рами.

Обчісуючий пристрій складався з бітера відбивача 1, обчісуючого барабана 2 з гребінками 3 і допоміжного барабана 5 з прогумованими лопатями 6.

Сепаруючий пристрій являв собою зварену конструкцію двох елементів: сепаруючого решета з поздовжніми гребенями і транспортної дошки. Домолочуючий пристрій складається з шнека 7 і деки 8.

Привід установки здійснювався від ВВП трактора через карданну 13 і ланцюгову передачі. Для зміни крутного моменту за величиною і напрямком використовувалися редуктори.

Додаткове обладнання включало звужуючий шнек 4 і пробовідбірник 9 і 10. Для зчіпки з трактором було передбачено причіпний пристрій 14, який має два положення, робоче і транспортне.

Рис. 4.1. Експериментальна установка (вид праворуч).

Рис. 4.2. Експериментальна установка в роботі. Відповідно до плану досліджень в установці були передбачені регулювання швидкості обертання очісуючого і допоміжного барабанів, бітера відбивача і звужено шнека, а також зміни положення по висоті очісуючого барабана і бітера відбивача. Технологічний процес показаний на малюнку 4.3. При русі агрегата барабан 2 своїми гребінками 3 виконував очісування рослин з окружною швидкістю 10 ... 15 м / с, (п = 470-710 хв-1).

Рис. 4.3. Технологічна схема польовий установки: 1 – бітера відбивача; 2 - обчісуючого барабан; 3 - гребінки; 4- шнек; 5 - допоміжний барабан; 6 - лопаті; 7 - шнек; 8 - дека; 9, 10 - збірники; 11 - транспортна дошка; 12 - опорна колесо; 13 - кардан; 14 - причіпний пристрій.

Основний потік обчісаного оберемка надходив на сепаруючий пристрій 11, а частина купи потрапляла на поверхні бітера відбивача 1 і допоміжного барабана 5 і також ними прямувала на сепаратор. Для більш ефективного використання площі сепаратора в конструкції був передбачений звужуючий шнек 4, який направляв обчісаний оберемок на початок сепаратора. Сепаратор, здійснюючи коливальні рухи, переміщував очісаний оберемок по решету, виділяючи при цьому вільний зерно, яке прокидалося через решето на похилу транспортну дошку сепаратора. Відсепароване зерно надходило в пробовідбірник 10. Після сепаратора залишився зерновий ворох у складі якого були в основному необмолочені колосся і соломисті домішки надходили в домолочуючий пристрій шнекового типу. Шнек 7 переміщував необмолочене колосся по деці 8 і в результаті їх взаємодії відбувався домолот оберемка. Виділене вільне зерно прокидалося через деку і збиралося в пробовідбірник 9.

Дослідження причіпної установки проводилося у два етапи. Перший етап досліджень передбачав визначення перспективної технологічної схеми обчісуючого пристрою. Другий етап - агротехнічна оцінка обраної технологічної схеми обчісуючого пристрою.

Для першого етапу дослідження були обрані чотири технологічні схеми які відрізняються між собою наявністю і розташуванням робочих органів. Друга технологічна схема (рис. 4.4.б) відрізнялася від першої (рис. 4.4.а, рис. 4.5), описаної вище, наявністю направляючого кожуха 5. У третій технологічною схемою (рис. 4.5.в, рис. 4.6) повністю усунутий з конструкції звужуючий шнек 4. Четверта технологічна схема істотно відрізняється від попередніх. У цій функції допоміжного барабана 3 і бітера-відбивача 1 замінюють встановлені попереду очісуючого барабана діаметральний вентилятор 7. При дослідженні першої технологічної схеми встановлено, що очісана купа відкидається від звужено шнека 4 вперед установки і губиться на поверхні поля.

Для усунення цього недоліку була запропонована і випробувана друга технологічна схема з використанням кожуха 5, встановленого над звужуючим шнеком (рис. 4.4.б). Установка кожуха спричинила за собою утворення повітряного потоку між кожухом 5 і допоміжним барабаном 3, що також сприяло збільшенню втрат. Застосування поздовжніх лопатей на звужуючому шнеку і зміни положення по висоті шнека і кожуха до бажаного результату не привело. Від технологічних схем №1 і №2 були змушені відмовитися. При випробуванні третьої схеми технологічний процес протікав стійко і з хорошими якісними показниками. Великі надії покладалися на четверту схему, але через неможливість регулювати направляючого повітряного потіку до очісуючого пристрою, виникав великий розкид очісаних оберемків, а відповідно збільшувалися втрати зерна осипом.

Рис. 4.4. Технологічні схеми обчісуючого пристрою: 1 - бітер-відбивач; 2 - обчісуючий барабан; 3 - допоміжний барабан; 4 - шнек; 5 - кожух; 6 - транспортна дошка; 7 - діаметральний вентилятор.

У результаті проведення першого етапу досліджень була обрана технологічна схема №3, що забезпечує надійність техпроцесу і найкращі якісні показники.

Проведення агротехнічної оцінки обраної технологічної схеми здійснювалося на збиранні пшениці сорту "Обрій" з наступними характеристиками агрофона: густота рослин - 131 шт / м2; довжина рослин - 0,45 м; полеглість - 10%; засміченість - 2%; врожайність - 2,05 т / га; маса 1000 насінин - 40 г; відношення маси зерна до маси соломи - 1: 1,1; вологість зерна - 14%; вологість соломи - 14%.

Рис. 4.5. Розташування робочих органів з КС №3.

Рис. 4.6. Розташування робочих органів з КС №3.

Перед проведенням досвіду виконувалися наступні роботи:

1. Здавалося режим (табл. 1.1) робочих органів (барабанів) установки, шляхом зміни передавального числа приводу. Контроль проводився тахометром при роботі установки.

2. Для збору зернової купи отриманої після обмолоту був передбачений брезент, який стелився на решеті очищення.

3. Встановлювалася глибина обчісування. Проводився контроль висоти бітера- відбивача і обчісуючого барабана.

Режими роботи експериментальної установки, dоч.б. = 380 мм, dб.о. = 700 мм

1. Робоча швидкість агрегату, м / с 1,0 ... 3,0

2. Обороти очісуючого барабана, хв-1 470 ... 710

3. Обороти бітера-відбивача, хв-1 0 ... 650

4. Обороти допоміжного барабана, хв-1 340 ... 840

5. Висота очісуючого барабана, м 0,05 ... 0,20

6. Висота бітера-відбивача, м 0,15 ... 0,45

При дослідженні установки з оптимальним набором і розташуванням робочих органів отримані наступні якісні показники, склад обчісаного оберемка мав 20-30% вільного зерна, 20-30% Не обмолоченого колоса, 40-50% соломистих домішок. Дроблення і травмування зерна не спостерігалося. Загальні втрати за установкою перебували в межах 1,0 ... 12%, які були в основному втратами осипом.

Пошукові дослідження показали, що з усіх розроблених технологічних схем найкращі результати мала схема №3. Отримані якісні показники обраної схеми, за результатами польових досліджень свідчать про те, що потрібно ще доробка і вдосконалення робочих органів обчісуючого пристрою особливо бітера-відбивача з метою зниження втрат зерна осипом.

РОЗДІЛ 5 РОЗРАХУНКИ, ЩО ПІДТВЕРДЖУЮТЬ ПРАЦЕЗДАТНІСТЬ

МАШИНИ ………………………………………………………………

5.1. Розрахунок параметрів молотильного пристрою

1. Продукти обмолоту здобувають швидкість яка дорівнює окружній швидкості обчісувальних гребінок.

2. Вісь бітера-відбивача О₂ переміщується щодо осі обчісувального барабану О₁ по траєкторії кола радіуса О₁О₂.

3. Кут початку обчісування суцвіть, при якому продукти обмолоту будуть спрямованні на активну зону бітера-відбивача, дорівнює / 4.

З аналізу роботи пристрою та геометричних побудов (рис. 1) визначені параметри взаєморосташування бітера-відбивача та обчісувального барабану.

Кут нахилу лінії, що з'єднує центри барабанів О₁О₂ визначається залежністю

Кут нахилу дотичної що з'єднує поверхні барабанів розраховується за формулою

Важливим для ефективної роботи обчісувального пристрою є положення кожуха бітера-відбивача, яке характеризується кутом відхилення від вертикальної осі (точка С, рис.1). Згідно представлених побудов кут дорівнює

Відповідно кут , що характеризує положення точки D кінця кожуху бітера-відбивача, буде становити

де l – довжина зуба обчісувальної гребінки.

При визначені впливу діаметра барабану бітера-відбивача і його розшатування по висоті на умови находження довгостебельних рослин у зону обчісування кут нахилу барабана змінювався від 5o до 25o занурення робочих органів у стеблестій змінювалося від 350 до 550 мм з інтервалом 50 мм. Висота рослин приймалась рівної 0,8 м, як середнє значення по вимірах стеблестою. За оптимальні умови надходження суцвіть в зону обчісування приймалося положення рослини, коли суцвіття попаде в зону обчісування раніше, ніж вигнуте стебло торкнеться робочих органів обчісувального барабану (рис. 2, зображено пунктиром).

У результаті проведених досліджень встановлено, що зміна діаметру бітера-відбивача та кута нахилу не впливає на умови надходження високорослих рослин у зону обчісування , а найбільший вплив має величина занурення робочих органів у стеблестой, який повинен складати 350...450 мм.

При роботі обчісувального пристрою мають місто дві зони впливу елементів механізму на переміщення зерна. Це пасивна, пов'язана зі стаціонарним розміщенням кожуха і активна при взаімодії з бітером-відбивачем. Дослідженнями зміни співвідношення зон Lпас/Lакт від діаметра бітера-відбивача d, встановлена нелінійна їх залежність (рис. 3). До данної залежності підібране емпіричне рівняння, дослідження функції на екстремум, дозволило встановити оптимальне значення діаметра бітера-відбивача, d= 0,38 м.

Важливим етапом, технологічного процесу обчісування є транспортування відокремленного вороху в збірник зерна. При цьому колова швидкість гребінок барабанів повинна бути такою, щоб забезпечити обчісанному вороху кінетичну енергію достатню для гарантованного проходження поверхні верхнього кожуху

і досягання збірника. У випадку порушення даної умови збільшаться втрати на осипання.

Для визначення швидкості достатньої для подолання шляху ОА (рис. 4) на верхньому кожусі обчісувального пристрою складені диференційні рівняння руху зерна ( точки М) в природній формі представлення (6). При цьому перше із рівнянь визначає закон руху частинки, а друге реакцію ії зв'язку з внутрішньою поверхнею кожуха.

де , f – коефіцієнт тертя зерна о напрямну поверхню ОА.

Рівняння (6) включають невідомі велечини V, N, ц, с і для однозначного вирішення поставленої задачі руху потребують введеня додаткових рівнянь.Це рівняння форми верхнього кожуха в перерезі с=с(ц) відповідно до нього першої похідної- зміни танзенец, кута нахилу дотичної.

Використовуючи метод підстановок, після відповідних математичних перетворень отримата залежність для визначення початкової швидкості частинки необхідної для її руху без відриву від внутришньої поверхні кожуха

Аналіз впливу основних конструктивних параметрів на дінаміку руху зернини виконаний чисельним методом на ПЕОМ. Встановлено що при зміні радіусу кожуху обчісувального пристрою від 1м до 7м швидкість руху змінюється від 6,3м/с до 16,5м/с. Мінімальне значення початкової швидкості з урахуванням конструктивних особливостей пристрою складає V₀ = 6,3 м/c.

Відповідно до проведених досліджень динаміки руху і визначеної початкової швидкості зернин які відокремлюются від стебел, потужність процесу обчісування буде складати

де Q – зусилля, необхідне для обчісування одного суцвіття, Н;

l – довжина зуба обчісувальної гребінки, м;

Вр – ширина захвату обчісувального пристрою, м;

Н – густота стеблостою, шт/м2.

Для підтвердження залежностей і параметрів робочого органу отриманих теоретичним шляхом були проведені лабораторні і польові дослідження.

В третьому розділі “Лабораторні дослідження обчісувального пристрою” поставлені мета і програма експериментальних робіт, приведені методика і результати досліджень окремих робочих елементів пристрою.

Для проведення робіт розроблена і виготовлена лабораторна установка схема якої представлена на рис. 5.

Лабораторна установка складається з обчісувального пристрою 1, транспортера-живильника 2, приводу обчісувального пристрою 3, приводу транспортера-живильника 4, пульта керування лабораторним устаткуванням 5.

Обчісувальний пристрій 1 складався з обчісувального барабана 6 із гребінками 7, бітера-відбивача 8 із гребінками (лопатами) 9, кожуху 10, збірника обчісаного вороху 11.

Транспортер-живильник 2, складався з несучої рами і ланцюгово-планчатого транспортера з касетами 12 для закріплення рослин. До опор транспортера під обчісувальним пристроєм закріплений лоток 13 для збору втрат зерна осипом.

Для проведення досліджень були виготовлені змінні модулі бітера-відбивача діаметрами 700 мм, 450 мм, 380 мм, 310 мм.

Дослідження проводилися на обмолоті пшениці сорту “Обрій” з такими показниками: довжина рослин 55 см, вологість зерна 13%, вологість соломи 14%, відношення маси зерна до маси соломи 1,0:1,4, абсолютна вага 1000 зернин – 40 г.

Для проведення експерименту були визначені фактори, що впливають на технологічний процес роботи обчісувального пристрою: тип робочого органу х₁; діаметр бітера-відбивача х₂. Вихідним параметром оцінки якісної роботи обчісувального пристрою, прийняті втрати зерна осипом у.

В результаті проведення експерименту встановлено, що фактор типу робочих органів х₁ і парна взаємодія факторів х₁х₂ не значимі, а при обробці результатів на ПЕОМ отримане рівняння регресії в розкодованому виді:

Таким чином діаметр бітера-відбивача є основним фактором, що впливає на втрати зерна осипом і для визначення його оптимального значення проведено додатковий експеримент. Окрім цього, для уточнення значимості бітера-відбивача в технологічному процесі обчісування, проведені порівняльні дослідження двобарабанного і однобарабанного обчісувального пристрою, а також із базовою модифікацією при діаметрі бітера-відбивача dб.о. = 700 мм.

За результатами порівняльних досліджень була отримана залежність втрат зерна осипом від діаметра бітера-відбивача (рис. 6).

Аналізуючи отриману залежність було встановлено, що використання бітера-відбивача дозволяє знизити втрати зерна осипом від 3,3% до 1,6%. Зменшення діаметра бітера-відбивача від базового 700 мм до експериментального 380 мм, також знижує втрати зерна від 3,1 до 1,6%.

Для проведення досліджень витрат потужності на очісування використовувалася лабораторна установка і стандартне устаткування по тензовимірюванню: підсилювач, осцилограф, тензодатчики. Обробка отриманих результатів вказує на підвищення потужності при зменшенні діаметра барабана, так при d_б.о. = 700 мм. потужність складала 0,11 кВт/м, а при d_б.о. = 380мм. збільшилась на 68,75% і складала 0,16 кВт/м.