3.3. Скорость хлебной массы в подбарабанье

Время нахождения обмолачиваемой массы между декой и барабаном, а следовательно, и число ударов, наносимых бичами по колосьям, зависит от скорости движения растений в молотильном зазоре.

Наблюдения за работой молотильного аппарата показали, что барабан, перемещая растительную массу, имеет большую, чем ворох, скорость, а это приводит к проскальзыванию барабана относительно потока вороха.

Если выбрать на барабане фиксированный радиус, проходящий через входную планку деки, то за время t он повернется на угол . За это же время поступившая в подбарабанье порция растительной массы повернется на угол  относительно оси барабана, при этом  <  и .

Для определения скорости необходимо прежде всего установить взаимосвязь между скоростямирастительной массы ибарабана, а также определить функцию = (t), т. е. характер изменения скорости порции во времени или по углу охвата.

Пусть углы поворота барабана  и хлебной массы  будут использованы в качестве обобщенных координат системы барабан – хлебная масса.

С известным приближением можно полагать, что средние скорости барабана и порции вороха за время t могут быть выражены полусуммами величин скоростей на границах интервала, тогда

; (12)

; (13)

где _б – угловая частота барабана на холостом ходу;

₁ – угловая частота порции хлебной массы в подбарабанье;

– текущие угловые скорости барабана и порции растений.

Одним из наиболее общих способов описания динамики системы механических элементов является составление уравнения Аппеля:

,

где S – энергия ускорений;

– независимая обобщенная координата;

Q_ – обобщенная сила, соответствующая независимой обобщенной координате.

Применительно к движению барабана и хлебной массы в молотильном зазоре энергия ускорений может быть представлена уравнением

, (14)

где I – момент инерции барабана;

m – масса порции вороха.

Частная производная энергии ускорений по независимой обобщенной координате будет равна:

. (15)

Расчеты величины скорости хлебной массы в молотильном зазоре для барабана длиной 1,2 м при изменении подачи от 4 до 8 кг/с приведены в табл.[1].

Таблица 1 Зависимость скорости вороха на выходе из массы молотильного зазора от величины подачи хлебной массы

q.	Nсp,	Н,	,	V,
кг/с	кг	1/с2	1/с	м/с
4,0	21,5	210,8	39,7	10,9
4,3	28,0	255,9	41,7	1 1,5
5,0	48,4	380,0	47,7	13,1
5,3	58,5	436,0	49,9	13,7
5,6	68,8	483,0	51,3	14,1
6,5	86,5	523,4	53,7	14,8
8,0	93„2	483,0	51,3	14,1

3.3. Модель процессов обмолота и сепарации зерна через решетку подбарабанья

Пусть перемещение потока растительной массы происходит при средней толщине и скорости.

Процесс обмолота и сепарации обычно считают однородным по времени.

Пусть х – число необмолоченных зерен в подбарабанье;

у – количество обмолоченных свободных зерен в подбарабанье;

z – число зерен, прошедших сквозь решетку деки.

Для любого отрезка времени движения хлебной массы справедливо соотношение

X = x + y + z = const, (16)

где X – количество зерна, поступившего в молотильный аппарат.

При обмолоте число необмолоченных зерен убывает. Скорость убывания можно представить как функцию, зависящую от числа необмолоченных зерен

, (17)

где  – коэффициент пропорциональности (величина постоянная), 1/с.

Аналогично можно определить скорость сепарации зерна:

, (18)

где  – коэффициент пропорциональности (величина постоянная), 1 /с.

Скорость изменения числа свободных зерен, остающихся в подбарабанье, можно представить в виде разности

. (19)

Значение _х в данном случае записано со знаком + (плюс), так как выражает скорость возрастания числа свободных зерен.

Изменение общего числа зерен X выразится системой дифференциальных уравнений:

. (20)

Если эти уравнения проинтегрировать (подобное решение приводится в учебном пособии [2]), то модель обмолота и сепарации зерна может быть представлена кривыми рис. 4.

Кривая уравнения Y(t) проходит через начало координат (рис. 4). Этот случай получен из предположения, что в начальный момент времени (t = 0) количество свободных зерен равно нулю. Но при этом упускают из виду то обстоятельство, что обмолачивающим свойством обладают и другие рабочие органы комбайна (транспортеры, битеры), а кроме того, первый удар бича по колосу наносится до входа хлебной массы в молотильный зазор. Далее следует отметить, что первая стадия обмолота проходит до входа в молотильный зазор, хотя первая поперечная планка деки уже участвует в технологическом процессе, воспринимая удар бича, передаваемый через слой зажатой хлебной массы. В результате такого воздействия из колоса выделяются 30…60% зерен (в зависимости от вида культуры и сроков уборки).

В модели, на которой построена компьютерная программа «Obmolot» это обстоятельство учтено, и графики x(t), y(t), z(t)принимают несколько иной вид

Рис. 4. Графики функций, отражающие количество необмолоченных и обмолоченных зерен, а также семян, просеявшихся через решетку подбарабанья

Более полное изложение теории обмолота хлебной массы содержится в [1], [2], [3].

Обоснование основных параметров молотильного барабана (пример)

Пусть Q_з = 25 ц/га; Q_с = 40 ц/га; V_м = 5 км/ч; В = 6 м.

1. Подача хлебной массы в молотилку составит (1)

кг/с,

где  = 0,8…0,9 – коэффициент, учитывающий долю соломы, поступающей в комбайн.

2. Суммарную длину бичей определяют по допустимой нагрузке q₀ на один метр бича, q₀ = 0,5…0,35 кг/мс.

м.

3. Находят длину барабана L_б , учитывая возможное число бичей z

м,

где число бичей z = 6…10.

4. Определяют диаметр барабана

м,

где t – оптимальное время соударения бичей с хлебной массой, при котором происходит интенсивный обмолот, t  0,0075 с.

5. Мощность, затрачиваемая на обмолот

Вт,

где V = 30 м/с – скорость бичей; f – коэффициент сопротивления деки.

6. Мощность, затрачиваемая на холостой ход

,

где А = 0,85…0,9 Н на каждые 100 кг массы барабана; В = 0,065 Нс²/м² – на 1 метр барабана; m – масса барабана, кг.

7. Для определения массы барабана предварительно находят его момент инерции I по основному уравнению молотильного аппарата (11)

, откуда кгм²,

где ,- допустимое ускорение барабана (12…15 1/с²).

8. Поскольку , токг

9. ватт.

10. Общая мощность, необходимая для работы барабана составит

ватт

Примеры числового анализа модели обмолота, построенной на уравнении Аппеля с учетом перемещения переменной массы и регрессивных уравнений недомолота и дробления зерна можно получить с использованием программы «Obmolot».

Литература

1. Б.Г. Турбин и др. Сельскохозяйственные машины. Л.: Машиностроение, 1967, - 583 с.

2. А.Ф. Кошурников и др. Анализ технологических процессов, выполняемых сельскохозяйственными машинами, с использованием ЭВМ. Часть 2. Пермь, 1998, 370 с.

3. Кленин Н.И. и др. Сельскохозяйственные машины. М.: КолосС, 2008, - 816 с.