Сепаратор грубого вороха клавишного типа Методическое пособие для расчетно-графической работы

2

Пособие подготовил доцент Андрощук В.С.

Пособие обсуждено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры «Сельскохозяйственные машины», 1 сентября 2014 г., протокол № 1

Практикум рассмотрен и рекомендован к изданию на методической комиссии инженерного факультета, «08» сентября 2014 г., протокол № 1

4

Клавишные соломотрясы могут быть одновальными или двухвальными.

Наибольшее распространение получил двухвальный соломотряс, который обеспечивает хорошую сепарацию зерна из соломы и уравновешивает вал от действия сил инерции клавиш. Колена вала располагают так, чтобы одни клавиши двигались снизу вверх и подбрасывали ворох, а другие — опуска-

лись вниз. Круговое движение каждой клавиши или группы клавиш смещено относительно других. Клавиши совершают плоско-параллельное движение, а

все точки клавиш совершают движение по окружности.

На рис.1 б, в, г показано расположение шеек колен клавиш соломотря-

сов. В четырехклавишном соломотрясе (рис.1б) при движении клавиш 1 и 3

сверху вниз две другие клавиши 2 и 4 поднимаются вверх. В пятиклавишном соломотрясе (рис.1в), когда клавиши 1,3 и 5 поднимаются вверх, две другие клавиши 2 и 4 опускаются. Шейки колен соседних клавиш в шестиклавиш-

ном соломотрясе (рис. 1г) смещены одна относительно другой на угол 120° и

образуют три группы клавиш: 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6.

Основным показателем качества работы сепаратора грубого вороха яв-

ляется наличие потерь свободным зерном при сходе соломы, которые кон-

тролируются с помощью специальных датчиков.

Для интенсификации процесса сепарации на боковинах клавишей раз-

мещают высокие гребенки, которые ориентируют стебли в горизонтальном направлении, разрыхляют зерносоломистый ворох и тем самым улучшают процесс сепарации. С целью интенсивного выделения зерна из грубого воро-

ха над соломотрясом устанавливают барабанный ворошитель, который вспушивает ворох и распределяет его по всей ширине соломотряса.

В комбайнах с аксиально-роторными молотильно-сепарирующими устройствами применяют центробежный сепаратор, который позволяет ре-

гулировать процесс выделения зерна из соломы под действием аэродинами-

ческих и инерционных сил, создающих тонкослойную сепарацию. Основным их недостатком является повышенное измельчение соломы, особенно при уборке сухих хлебов и перегрузка рабочих органов очистки.

5

Процесс выделения зерна из слоя соломы. Процесс сепарации условно включает два этапа: сначала зерно просеивается через непрерывно изменяю-

щуюся пространственную решетку стеблей соломы, а затем — через решето соломотряса.

В процессе работы клавишного соломотряса при движении клавиши вверх слой соломы сжимается. Когда клавиша замедляет движение, слой со-

ломы отрывается от поверхности клавиши, разреживается (делается менее плотным) и совершает свободное падение. Зерно легче проходит через соло-

му и, попадая на решето соломотряса, просеивается. Далее клавиша движет-

ся вниз. При следующем движении клавиши снизу вверх зерно и другие мел-

кие частицы раньше встречают решето этой клавиши и в момент соприкос-

новения проходят через нее. По всей длине клавишного соломотряса данный процесс многократно повторяется: грубый ворох подбрасывается, а затем па-

дает и за это время перемещается по соломотрясу к выходу из сепаратора.

Теоретическая часть

1. Обоснование технологического процесса и основные уравнения кла-

вишного соломотряса

Клавиша соломотряса устанавливается под углом «α» к горизонту. До-

пустим, что ширина клавиши обеспечивает независимое от соседних клавиш перемещение слоя грубого вороха и поверхность клавиши плоская. Слой грубого вороха будем рассматривать как материальную точку. Принимаем неподвижную систему координат ХОY так, что ось «Х» направлена вдоль клавиши, ось «Y» — перпендикулярно поверхности клавиши (рис. 2). При угловой скорости вращения коленчатого вала «ω» через время «t1» точка клавиши «М» повернется на угол «ωt1». Координаты точки клавиши опреде-

ляются уравнениями:

Х = - r Cos ωt ; Y = r Sin ωt ; (1)

Рассмотрим силы, действующие на ворох, находящийся на клавише со-

ломотряса: сила тяжести «mg»; сила инерции от переносного движения

«mrω2»; реакция поверхности клавиши «N»; сила трения «F», направленная в

6

обратную сторону возможного смещения вороха. Ворох, поступивший на клавиши соломотряса, будет находиться в состоянии относительного покоя,

если все внешние силы, действующие на ворох, будут в равновесии. Уравне-

ние равновесия сил, действующих на частицу вороха, выразится зависимо-

стью:

Рисунок 2 – Схема сил, действующих на ворох,

Движение клавиш соломотряса характеризуется показателем кинема-

где ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, с-1;

г – радиус колена вала, м;

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.

7

От показателя кинематического режима работы соломотряса во многом зависит качественный показатель выделения зерна из грубого вороха. Реко-

мендуется принимать показатель кинематического режима работы соломот-

ряса для четырехклавишных соломотрясов k = 2,2...2,6 и пятиклавишных k =

1,1...1,5. При этих режимах грубый ворох подбрасывается клавишами и пере-

тряхивается, что способствует более интенсивному выделению зерна из во-

роха.

Угловая скорость вращения коленчатого вала «ω, с-1» и частота его вра-

Экспериментальные материалы показывают, что при уменьшении скоро-

сти вращения коленчатого вала соломотряса, просеиваемость зерна увеличи-

вается. Однако при этом скорость перемещения соломы к выходу из моло-

тильного аппарата уменьшается, что может привести к забиванию его соло-

мой. При увеличении скорости вращения коленчатого вала скорость переме-

щения соломы по соломотрясу вдоль клавиши увеличивается, но ухудшается сепарация зерна. Скорость движения грубого вороха по соломотрясу можно регулировать с помощью фартуков, которые подвешивают над клавишами,

чтобы они задерживали слой вороха.

2. Траектория свободного полета слоя вороха. В момент отрыва слоя вороха от клавиши нормальная реакция поверхности клавиши «N» равна ну-

лю. После отрыва слой соломы будет совершать свободный полет за счет начальной скорости отрыва, направленной под углом к поверхности клавиши

(рис.3). При этом на материальную частицу слоя действуют силы собствен-

ного веса. Угол отрыва слоя грубого вороха (фаза отрыва) «ωt0» от поверхно-

где С = 1,2...1,8 — коэффициент, учитывающий запаздывание подбрасывания вороха. Коэффициент «С» возрастает с увеличением показателя кинематиче-

ского режима «k».

8

1,2,3 – положения клавиши;

Рисунок 3 – Схема полета частицы вороха и предельного угла наклона кла-

виши к горизонту Слой вороха, оторвавшийся от поверхности клавиши, летит по кривой.

Начальная линейная скорость клавиши «V0» составляет с горизонтом угол

«β». Чтобы ворох продолжал полет вправо к концу соломотряса, необходимо иметь угол «β < π/2». По схеме (рис.3) угол наклона траектории полета к го-

ризонту

Следовательно, угол наклона клавиши «α» должен быть меньше угла отрыва вороха «ωt0» от клавиши.

Для построения траектории полета вороха радиусом «r» в масштабе проводится окружность. Через ось окружности под углом наклона клавиши

«α» проводится линия (рис.4), от которой откладывается угол отрыва вороха

«ωt0». Проводится линия до пересечения с окружностью и определяется точ-

9

ка «О», в которой располагают начало координат. Из точки «О» проводятся оси «Х» и «Y» системы координат.

Рисунок 4 – Схема построения траектории полета вороха

Если пренебречь сопротивлением воздуха, ворох, оторвавшись от кла-

виш, будет совершать свободный полет со скоростью «V0», составляющие которой на оси координат выражаются зависимостями

Уравнения движения вороха в принятой системе координат определяются

Y = ωr Cos ωt0 t – (gt2/2) Cos α ;

Путь, проходимый ворохом за один оборот вала, определяется графиче-

ски. Для построения траектории полета необходимо задаться значениями времени «t» с интервалами «Δt = 0,03...0,04 с», выполнить расчет по уравне-

ниям (8) и определить координаты. Расчеты рекомендуется выполнять, ис-

пользуя таблицу 1.

10

Таблица 1 – Координаты точек траектории полета вороха

ωr Sin ωt0 t

– (gt2/2) Sin α

Х

ωr Cos ωt0 t

(gt2/2) Cos α

Y

По координатам определяются точки 1, 2, 3 и т. д. и по ним строится траектория. На окружности (рис. 4), как и на траектории полета частицы,

точками 2', 3', и т. д. отмечают положение точек коленчатого вала через ин-

тервалы времени Δt, 2Δt и так далее. Чтобы установить положение этих то-

чек, необходимо определить угол « φ1 = ω Δt» и по его значению отложить на окружности точку 11 и далее отметить точки 21, 31 и так далее. Встреча воро-

ха с клавишой произойдет тогда, когда одноименные точки траектории поле-

та вороха и окружности будут находиться на одной ординате. Для этого из предполагаемой точки встречи проводится линия, параллельная оси «ОХ».

При отклонении второй одноименной точки от этой линии момент встречи можно уточняется путем интерполяции. Расстояние между одноименными точками (точки 6 и 61) в масштабе обозначает дальность перемещения «S»

вороха за одно подбрасывание.

3. Определение основных параметров клавишного соломотряса

Ширина соломотряса определяется длиной молотильного барабана.

Поток грубого вороха на выходе из молотильного аппарата не должен сужаться, поэтому ширина соломотряса «Вс, м » выбирается из следующего соотношения

где Lб – длина молотильного барабана, м.