книги из ГПНТБ / Липкович, Э. И. Процессы обмолота и сепарации в молотильных аппаратах зерноуборочных комбайнов (пособие для конструкторов зерноуборочных машин)

He проводя дальнейших выкладок, которые могут пред­ ставлять лишь технический интерес, окончательно получаем вероятность yv (t) нахождения зерен в подбарабанье (сво­

бодных вместе с необмолоченными):

Для того, чтобы «материализовать» полученное уравнение, следует определить вид функций /,(т) и ц(т).

Плотности вероятностей обмолота («рождения») и сепарации («гибели»)

Установленную ранее функцию обмолота (или накопле­ ния свободных зерен в подбарабанье) можно формально ин­ терпретировать как случайную функцию. Соответствующий вероятностный процесс представится в следующем виде:

Плотность вероятности сепарации отыщем путем исследо­ вания характера взаимодействия зерен с соломинами на ос­ нове механики столкновений [37].

При столкновении зерен с соломинами в процессе сепара­

80

(0,6—0,8) ■ІО“ 1 кг.сек2Ім), т о как показал анализ (см. рабо­ ту автора «Об интенсивности выделения зерна из грубого вороха», «Вопросы механизации и электрификации сельско­ хозяйственного производства», изд. РГУ, 1969), при гпз<^М рассеивание носит изотропный характер.

Изотропность рассеивания при столкновении и, следова­ тельно, случайность величин углов рассеивания дает возмож­ ность представить сепарационное движение отдельных эле­ ментов совокупности свободных зерен среди элементов соло­ мистой решетки в виде случайного блуждения. Исследование этого движения требует применения соответствующей анали­ тической теории — теории диффузии.

В общем виде диффузионный процесс образуется с по­ мощью производящего дифференциального оператора [16]:

из состояния z0 в состояние z за время t, то с помощью (193) можно записать:

Уравнение (194) представляет собой параболическое диф­ ференциальное уравнение, решение которого имеет вид:

Принимая параметры, входящие в уравнение (195), неза­ висящими от 1, можно аппроксимировать плотность вероят­ ности «гибели» простой экспоненциальной функцией:

81

Вероятность нахождения свободных зерен в потоке воро­ ха составит:

Сепарирующее действие молотильного аппарата — веро­ ятность выделения зерна — определится разностью:

или с учетом зависимости (199)

Скорость процесса сепарации может быть представлена следующим выражением:

Вычислим скорость сепарации в начальный момент про­ цесса. При t = 0 из (203) имеем:

При а = 1 (свободных зерен в подбарабанье в начальный момент нет) из (204) находим а —ß. Тогда

82

Таким образом, при нестационарной модели, как и в двух предшествующих случаях, скорость сепарации в начальный момент процесса пропорциональна количеству свободных зе­

Нетрудно видеть, что уравнение (207) принципиально не отличается от детерминированного уравнения (128), устанав­ ливающего взаимосвязь между скоростями изменения всех трех совокупностей. Однако это касается лишь общего ха­ рактера протекания процесса. Уже сама конструкция урав­ нений (199) и (202) свидетельствует, что аналитическое опи­ сание закономерностей обмолота и сепарации на основе ве­ роятностного процесса «рождения» и «гибели» имеет ряд особенностей.

Как показывает анализ на ЭВМ, не обнаруживается фор­ мального совпадения абсцисс максимумов функций скорости'

dt

банье. Уравнения отражают изменчивость условий протека­ ния процессов при обработке вороха (нестационарпость). При работе молотильного аппарата, например, на легкообмолачи­ ваемой культуре с большой секундной подачей, процесс об­ молота идет с высокой интенсивностью. Но это лишь одно из условий наибольшей скорости сепарации. Вторым не ме­ нее важным условием выступает пониженная толщина потока (меньшее число слоев пространственной соломистой решет­ ки), которая в начале процесса образоваться еще не может. Для обеспечения максимальной скорости сепарации необхо­ димо, чтобы результат взаимодействия обоих факторов был благоприятен, а не значение каждого в отдельности. Следо­ вательно, в рассматриваемом случае должен наблюдаться замедленный рост скорости сепарации, но весьма быстрый

83'

рост количества свободных неотсепарироваиных зерен в подбарабанье.

При стационарном описании процесса условия протека­ ния его принимаются постоянными (при этом Яі вычисляет­ ся лишь для начальных условии), поэтому в сторону макси­

количества обмолоченного зерна. В этом смысле вероятност­ ная нестационарная модель дает возможность более широ­ кого и глубокого анализа процесса.

Рассмотрим, далее, процесс чистой сепарации (чистой «гибели»), протекающей, например, па роторном или кла­ вишном соломоотделителе. В этом случае, пренебрегая невымолотом в соломе, можно считать, что все зерна сразу же с входа на рабочий орган пребывают в свободном состоя­ нии .

При как угодно большом увеличении времени сепарации вероятность задержки зерна в соломе не равна нулю, т. е. при любой длине сепаратора потери свободным зерном в со­ ломе теоретически могут быть обнаружены, и величина их определяется условиями сепарации — соотношением пара­ метров а и у. С другой стороны,

т. е. даже при ограниченном времени сепарации (при конеч­ ной длине сепарирующей поверхности) можно получить край­

84

не незначительные потерн путем улучшения условий сепара­ ции. При проектировании соломосепараторов следует обеспе­ чивать прежде всего лучшие условия сепарации (снижение толщины потока вороха, увеличение напряженности силового поля сепарации, разработка эффективных способов повыше­ ния скважности вороха и т. п.) и лишь после этого исполь­ зовать эффект увеличенной длины.

Г Л А В А VI

СОВМЕЩЕНИЕ МОЛОТИЛЬНОГО АППАРАТА И РОТОРНОГО СОЛОМООТДЕЛИТЕЛЯ

Основы принципа совмещения

Одним из путей увеличения пропускной способности зер­ ноуборочного комбайна является применение второго ротор­ ного рабочего органа в дополнение к классическому моло­ тильно-сепарирующему устройству (бильный молотильный барабан+двухвальный клавишный соломотряс). Это может быть второй молотильный барабан или роторный соломоотделитель, как, например, на некогда существовавшем ком­ байне КСП-2,5 [11], а также па ряде экспериментальных схем молотильно-сепарирующих устройств [54], включая схе­ мы ЧИМЭСХа и ВИСХОМа.

В последние годы интенсивно ведутся поиски молотиль­ но-сепарирующих устройств без клавишного соломотряса. Экспериментальные устройства имеют либо один [13, 48, 53], либо несколько соломоотделителей [5, 24, 45], иногда с про­ межуточными зонами сепарации. Анализ агротехнических по­ казателей таких устройств привел их авторов к убеждению о возможности создания молотильно-сепарирующих рабочих органов высокой пропускной способности без применения кла­ вишного соломотряса, который, по их мнению, сдерживает рост пропускной способности комбайна.

Рассмотрим наиболее характерные схемы молотильно-се­ парирующих устройств с соломоотделительным или вторым молотильным барабаном и проанализируем их на основе вы­ явленных нами закономерностей.

Сочетание первого молотильного аппарата с роторным соломоотделителем или вторым молотильным аппаратом мо­

85

Рис. 21. Способы сочетания первого молотильного барабана со вторым ротором.

парата за другим, со встречной передачей потока (схема воз­ никла при создании первого дпухбарабанного молотильного устройства еще на комбайне С-4); 2) с помощью перекидно­ го битера (верхнего действия), работающего «через себя» (схема исследовалась в ЧИМЭСХе и в настоящее время по­ лучила .применение, с соответствующей доработкой, на новом двухбарабанном рисоуборочном комбайне СКПР-6); 3) с по­ мощью промежуточного битера (нижнего действия), рабо­ тающего «под себя» и осуществляющего функцию промежу­ точной зоны сепарации (применяется в серийном комбайне СКД-5); 4) при непосредственном расположении второго ба­ рабана за первым с попутной передачей вороха и противо­ положно направленным вращением (разработана в СКВ по уборочным машинам в Ростове-на-Дону).

Схемы различаются характером траектории потока воро­

ха.

86

в нем зерна. Оставше­

рабочий процесс в пер­ вом подбарабанье прерывается, и ворох переходит во второе подбарабанье. От характера этого перехода, т. е. от того, на­ сколько сохранитсясложившееся навыходе первого подбара­ банья благоприятное длясепарации распределение зерен, зависит эффективность работы второго сепаратора.

В конструкции молотнлыю-сепарирующего устройства по первому способу при переходе на второй аппарат происходит встречный удар вороха о рабочие элементы второго барабана. Структура потока нарушается, зерна перераспределяются, рассредоточиваясь по всей толщине потока.

Уменьшение концентрации зерна в слое приводит, соглас- - по вероятностной модели, к уменьшению интенсивности сепа­ рации. Отсюда следует ожидать пониженный сепарирующий эффект во втором подбарабанье. Отрицательным сопутствую­ щим явлением в этом случае выступает дополнительное по­ вреждение зерна вследствие жесткого встречного удара рабо^ чих элементов второго ротора по потоку вороха, в котором содержится большое количество свободного зерна.

Осуществление передачи вороха по третьему способу не вносит принципиальных изменений в характер перераспреде­ ления зерен в потоке вороха: процесс протекает аналогичным рассмотренному образом. Воздействие промежуточного бите­ ра не сохраняет благоприятного распределения зерна в ниж­ них (ближайших к деке) слоях потока вороха к моменту вступления его во второе подбарабанье. Этим также снижа­ ется сепарирующее действие второго аппарата. Однако схема с промежуточным битером имеет преимущество перед пер­

8 ?

вой схемой вследствие дополнительного выделения зерна про­ межуточным битером. Это приводит к снижению содержания зерна в потоке вороха, поступающего на второй ротор, и следовательно, меньшее количество зерна травмируется жест­ ким встречным ударом.

Второй и четвертый способы выполняют передачу потока вороха с первого ротора на второй по касательной, тангенци­ ально. Это в значительной мере уменьшает повреждение зер­ на от встречного удара, который здесь практически отсутст­ вует (если пренебречь эффектом некоторого расширения ле­ тящего потока). Однако в обеих схемах происходит полное оборачивание потока: слои, содержащие наибольшее количе­ ство зерен, во втором подбарабапье удаляются от деки и ока­ зываются обращенными к барабану. В четвертой схеме это осуществляется непосредственным образом при переходе иа второй ротор. Во второй схеме роль перераспределителя вы­ полняет перекидной битер путем создания значительного цен­ тробежного поля, которое переводит зерна на внешнюю сто­ рону траектории. Следовательно, теперь для сепарации зер­ нам необходимо переместиться в ближайшие к деке слои, на­ чиная свой путь заново. Это снижает вероятность выделения, и общий сепарирующий эффект второго ротора используется не полностью.

Проведенный анализ подводит к мысли о том, что для успешного протекания сепарации зерен после первого ротора желательно осуществление процесса при сохранении благо­ приятных условий, сложившихся на выходе первого подбарабанья. Наиболее простым и очевидным в этом случае было бы увеличение угла обхвата деки молотильного аппарата. Однако этому сопутствуют довольно серьезные недостатки: повышенная энергоемкость молотильного аппарата, сильное перебивание соломы с последующей перегрузкой очистки ком­ байна и ухудшением работы соломотряса, существенное по­ вреждение зерна, возрастание вероятности заматывания. Эф­ фект же повышения сепарирующего действия оказывается весьма скромным.

Увеличение угла обхвата молотильной деки даже до 180° (а при этом указанные отрицательные явления будут доволь­ но заметны) уменьшает содержание зерна в поступающем на соломотряс ворохе не более чем на 25—30%. Для объясне­ ния этого обстоятельства напомним, что из анализа уравне­ ния сепарации был получен результат, согласно которому длина сепаратора в меньшей степени влияет на сепарирую-

88

ідее действие рабочего органа, чем условия сепарации. Усло­ вия же сепарации при удлинении деки не претерпевают суще­ ственных изменений: мало меняется напряженность силового поля сепарации, характер взаимодействия вороха с рабочим органом. Из формулы плотности вероятности выделения зерна (нестационарная модель) видно, что с увеличением времени сепарации эта плотность экспоненциально убывает, и эффек­ тивный результат дают лишь начальные стадии процесса. Следовательно, условия протекания процесса за молотиль­ ным подбарабаньем надо изменить: увеличить напряженность центробежного поля, обеспечить повышенную скважность по­ тока вороха путем, например, его прочесывания. Иными сло­ вами, процесс сепарации непосредственно за молотильным

подбарабаньем при полном сохранении структуры потока вороха целесообразно проводить в режиме роторного соломоотделителя. Следует объединить в одном рабочем органе бильный молотильный аппарат и роторный соломоотделитель на базе общего ротора, работающего последовательно. Но прежде чем выполнить такое объединение, необходимо выяс­ нить, окажется ли режим работы молотильного барабана рациональным для выполнения функции чистого роторного соломоотделителя.

Можно предположить существование оптимальной окруж­ ной скорости соломоотделителы-юго барабана, при которой его сепарирующее действие будет наибольшим. Оптимум ско­ рости обусловливается следующим обстоятельством. С ростом скорости увеличивается растаскивающее действие соломо­ отделительного барабана, и толщина потока вороха уменьша­ ется. Это приводит к росту сепарирующего действия аппара­ та. Но одновременно возрастает скорость вороха в подбарабанье соломоотделительного аппарата и, следовательно, убы­ вает время сепарации, что вызывает снижение сепарирующе­ го действия. Результат взаимодействия обоих факторов ока­ жется благоприятным при оптимальной окружной скорости соломоотделителы-юго барабана. Отыщем эту скорость, ис­ пользуя вероятностную стационарную модель. Принимая для

гая, что зерна по толщине потока распределены равномерно, на основании (174) запишем уравнение содержания свобод­ ных зерен в подбарабанье роторного соломоотделителя:

89