Розділ 5

де α — кут установлення фронтальної кромки пасивного стеблепі- діймача до горизонту; ϕ — кут тертя стебла об кромку стеблепідій- мача.

Довжина стебла, на яку діє поверхня стеблепідіймача при пере- міщенні її на одну й ту саму відстань, збільшується зі збільшенням кутів α і ϕ. Унаслідок цього більша кількість стебел накопичується на робочій поверхні. При цьому поверхня забивається і розділення переплутаних стебел погіршується.

Зі збільшенням виносу носка стеблепідіймача відносно різально- го апарата і кута α встановлювальну висоту зрізу різального апара- та потрібно зменшувати. Невиконання цієї умови призведе до зрізу- вання стебел у зоні розміщення бобів, волоті чи колоса.

5.2. Мотовила

5.2.1. Призначення, типи і застосування мотовил

Мотовило як робочий орган жатки відоме з 1822 р. Ним облад- нують валкові жатки, жатки зернозбиральних комбайнів, жатки для збирання трав і грубостеблових культур кормозбиральних ком- байнів. Воно призначене для відокремлення певної смуги хлібостою (травостою) по ширині захвату жатки, підведення її до різального апарата, підтримування під час зрізування, укладання зрізаної ма- си на транспортувальний пристрій чи стерню та очищення різаль- ного апарата.

За будовою і принципом дії мотовила поділяють на: звичайні (жорсткопланчасті радіальні, рис. 5.7, а), універсальні (паралелог- рамні, ексцентрикові, рис. 5.7, б) та копіювальні (рис. 5.7, г).

Звичайне мотовило (рис. 5.7, а) складається із вала 3, до якого жорстко прикріплено промені 2, а до них — лопаті 1. Під час обер- тання вала лопаті здійснюють обертальний рух, почергово входять у хлібну (трав’яну) масу і відокремлюють смугу стебел (рис. 5.8, а). Таке положення лопатей правильне для збирання прямостоячого хлібостою. Якщо при збиранні полеглих хлібів лопаті встановлено вертикально або з нахилом уперед (рис. 5.8, б), то вони не підводять стебла до різального апарата, а притискують їх до землі. У цьому разі лопаті бажано встановлювати з нахилом назад (рис. 5.8, в). Зміна кута нахилу лопатей залежно від стану хлібостою на такому типі мотовила зумовлює певні труднощі. Ось чому звичайні мотови- ла застосовують лише при збиранні прямостоячого стеблостою, що виправдано, адже такі мотовила прості за будовою і мають порівня- но невелику масу.

204

Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

Рис. 5.7. Мотови- ла:

Універсальне мотовило також складається з вала 3 (рис. 5.7, б), до якого жорстко прикріплено промені 2. Лопаті 1 жорстко прикріп- лено до граблин 7, які шарнірно з’єднані з променями. Граблини мають кривошипи CD, які шарнірно з’єднані з променями 8 обойми

205

Розділ 5

міщенні повідця граблини вхо- дять у стеблостій вертикально, при зміщенні вперед — з нахи-

лом уперед, при зміщенні назад — з нахилом назад. Це досягається зміщенням роликового бруса 9 (рис. 5.7, б) по отворах у кронштей- ні 10 або автоматично за допомогою копіра при підніманні чи опус- канні мотовила.

Універсальне мотовило називають ще мотовилом О.А. Клія, яке застосовували на жатках причіпних комбайнів типу С-6. Таке мото- вило за будовою складніше і має більшу масу порівняно зі звичай- ним (радіальним), але воно стійко виконує технологічний процес як на прямостоячому, так і на полеглому стеблостої. Тому його широко застосовують на жатках для збирання хлібів.

Як звичайне, так і універсальне мотовила незадовільно працю- ють на короткостебловому (менше ніж 40 см) і зрідженому (менш як 500 шт. на 1 м2) стеблостоях. Річ у тім, що кінці планок мотовила, обертаючись по траєкторії I – I (див. рис. 5.7, а), розміщуються на великій відстані від різального апарата 6 і не знімають з нього зрі- заних стебел, унаслідок чого вони падають на землю. Крім цього, між траєкторією I – I і шнеком 4 утворюється так звана «мертва зо- на» 5, в якій накопичується зрізана маса. Це призводить до нерів- номірності подачі, а в цілому до пульсуючого навантаження на ро- бочі органи збиральної машини. Ось чому виникла потреба у пошу- ках нового типу мотовила — копіювального.

Копіювальне мотовило має лопаті, які шарнірно прикріплено до променів, а їхні повідці 11 (рис. 5.7, г) рухаються по спеціальній біговій доріжці 12, в результаті чого усувається «мертва зона». Та- ким мотовилом обладнують жатки для збирання низькорослих зер- нових культур, а також жатки для збирання трав.

206

Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

5.2.2. Основи теорії та розрахунку мотовил

Траєкторія абсолютного руху точки лопаті звичайного мо-

товила. Маємо мотовило радіусом R, кутову швидкість його ω та швидкість машини vм (рис. 5.9).

Рівняння (5.6) і (5.7) описують траєкторію руху будь-якої точки

лопаті мотовила.

Знаючи значення R, ω, vм і кут повороту ϕ, наприклад

ϕ = ωt = 60° = 3π, можна визначити координати хA і уA, а саме:

yA = Rsin 3π.

Задавшись значенням ϕ, через певні проміжки можна аналітич- но визначити координати при певному куті повороту.

У результаті підрахунків і при коловій швидкості и мотовила, бі- льшій від швидкості vм, траєкторія матиме вигляд видовженої цик-

лоїди за один оберт мотовила (рис. 5.10).

Дотична у будь-якій точці цієї траєкторії визначить напрямок абсолютної швидкості иа точки лопаті.

207

Розділ 5

2′, 3′ і т.д. — проводять промені 1′ – 1′′, 2′ – 2′′, 3′ – 3′′ і т.д. паралельно променям 0′ − 1, 0′ − 2, 0′ − 3 і т.д., довжина яких дорівнює радіусу R = D / 2 мотови-

ла. Точки 1′′, 2′′, 3′′ і т.д. і визначать форму траєкторії.

Відстань S — це шлях, який проходить машина за час t одного

Кінематичний режим роботи мотовила — це співвідношення колової швидкості и мотовила до швидкості машини vм:

У реальних умовах λ = 1,2…1,8. Неправильно вибраний λ під час експлуатації збиральних машин призводить до того, що мотовило відштовхує стебла від різального апарата (λ < 1) або не бере участі в технологічному процесі (λ = 1). При збільшенні λ ширина В петлі траєкторії також збільшується (рис. 5.11), а отже, збільшується ши- рина смуги стебел, що підводиться до різального апарата.

208

Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

Рис. 5.12. Можливе розміщення ножа відносно траєкторії абсо- лютного руху точки лопаті мо-

Рис. 5.11. Траєкторії абсолютно- товила го руху точки лопаті мотовила

при різних значеннях кінематичного режиму

Колова швидкість мотовила. Смуга стебел, що підводиться до різального апарата, може дорівнювати ширині В (рис. 5.12) петлі, коли ніж перебуває в положенні I, а вал мотовила — в положенні с, і B / 2, коли ніж — у положенні II, а вал — у положенні b. Стебла не

підводитимуться, якщо ніж буде в положенні III, а вал — у поло- женні а.

Отже, чим більша ширина петлі, тим більша ширина смуги сте- бел підводитиметься до різального апарата. Із рис. 5.11 видно, що ширина петлі збільшується при збільшенні λ, тобто колової швид- кості и мотовила (и = 1,8vм). Зменшувати швидкість машини не ба-

жано заради збільшення λ, оскільки це призведе до зменшення продуктивності збирального агрегату.

Таким чином, з метою поліпшення ефективності роботи мотовила доцільно збільшувати його колову швидкість, але в певних межах, адже може виникнути ймовірність вимолоту зерна із колоса.

Розглянемо це на прикладі.

Із практики відомо, що обмолот зерна із колоса починається при витраті енергії W = 0,02 Н·см, а

де m — маса зернини; и — колова швидкість мотовила (беремо ко- лову и, а не абсолютну иа швидкість, оскільки и може бути більшою, ніж иа залежно від кута повороту мотовила).

209

Розділ 5

Оскільки

m = Gg ,

де G — вага зернини, Н (G = 4·10–4 Н для пшениці); g = 9,81 — прискорення вільного падіння, м/с2, то

Отже, розрахунки свідчать, що колову швидкість мотовила треба брати не більше ніж 3 м/с.

У конструкціях мотовил жаток зернозбиральних комбайнів «Ни- ва», «Колос» та «Дон» така умова, як правило, виконується. Так, ді- аметр мотовил становить 1160…1200 мм, а частота обертання —

15…52 об/хв, що відповідає и = 0,91…3,26 м/с.

Висота установлення вала мотовила над різальним апара-

том. Лопать мотовила має входити у хлібостій тоді, коли проекція абсо- лютної швидкості иа та її точки А на

вісь х дорівнюватиме нулю, тобто иа

буде направлена вертикально вниз (рис. 5.13). У цьому разі усувається відштовхування смуги стебел від різального апарата і удар лопаті по колосу в момент входження в хлібну масу.

Рівняння руху точки лопаті в на- прямку осі х відомо (5.6):

210

Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

Із рис. 5.13 видно, що висота Н установлення вала мотовила до- рівнюватиме

Із рівняння (5.15) видно, що висота установлення мотовила за- лежить не тільки від l, h, R, а й від кінематичного режиму роботи мотовила.

Радіус мотовила. Лопать має діяти на стебло вище від центра його маси, якщо вона перебуває в крайньому нижньому положенні, щоб унеможливити перекидання стебла через лопать уперед. Центр маси стебла зернових культур, як правило, розміщується на висоті 1/3 l від верхівки колоса (волоті).

Отже, згідно з рис. 5.13 нормальна робота мотовила зумовлюєть-

де lmax — максимальна довжина стебла.

Підставивши значення Н із рівняння (5.15) у рівняння (5.16), ді-

Проте радіус мотовила має бути меншим, ніж найменша висота розміщення вала над різальним апаратом, тобто

211

Розділ 5

R < Hmin = lmin − hmax + R vuм ,

або

Таким чином, радіус мотовила визначається найменшим зна- ченням, обчисленим за залежностями (5.17) і (5.18).

Радіус мотовила жаток вітчизняних і зарубіжних зернозбираль- них комбайнів становить R = 535…600 мм, мінімальна висота роз-

міщення вала над різальним апаратом — Hmin = 640...950 мм, мак-

симальна Hmax = 1060...1500 мм.

У жатках кормозбиральних комбайнів для збирання високостеб- лових культур, наприклад кукурудзи, R = 900…1400 мм (причому може регулюватися), а Hmax = 4600 мм.

Ступінь дії мотовила на стеблову масу. За один оберт мото-

вила на стеблостій послідовно діятимуть усі його Z лопатей (рис. 5.14), у цьому разі Z = 6. Відстань між петлями траєкторій суміжних планок називають кроком мотовила. Згідно з рівнянням (5.9) він становить

212

Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

Підставивши значення В у залежність (5.20), матимемо

Нагадаємо, що залежність (5.24) дійсна для випадку, коли точка С (рис. 5.15) траєкторії і ніж розміщуються на одній і тій самій вер- тикальній лінії, а вал мотовила винесений вперед у точку O1.

Для випадку, коли вал мотовила (точка 6′) і ніж знаходяться на одній вертикальній лінії (рис. 5.10), смуга стебел, що підводиться до різального апарата дорівнюватиме половині ширини петлі й тому ступінь дії буде вдвічі менший, тобто

Ступінь дії мотовила можна визначити також графоаналітичним способом. Для цього потрібно побудувати траєкторію абсолютного руху точки лопаті (див. рис. 5.10), заміряти S і ширину смуги стебел,

213

Розділ 5

що підводиться до різального апарата (у цьому разі ∆x = B / 2 ), і об- числити η за залежністю

Щоб проаналізувати, як впливає кінематичний режим роботи мотовила на ступінь його дії, доцільно скористатися аналітичними

тобто мотовило не бере участі в технологічному процесі.

Винос мотовила. Якщо різальний апарат розмістити на одній вертикалі з валом мотовила (рис. 5.16, а), то укладання зрізаного стеблостою на конвеєр буде задовільним, оскільки абсо- лютна швидкість лопаті на- прямлена в протилежному напрямку до швидкості ма- шини. Проте ступінь дії мо- товила буде незначним, оскільки половина ширини петлі бере участь у процесі.

Якщо ніж розмістити на одній вертикалі з точкою С траєкторії (рис. 5.16, б), то укладання зрізаної маси на конвеєр буде незадовільним, проте ступінь дії мотовила буде вдвічі більший. При

трібно розміщувати на вертикалі з точкою траєкторії, яка лежить у проміжку між точками А і С (рис. 5.17).

214

Основи теорії та розрахунку косарок, косарок-плющилок …

Вважають, що такою точкою може бути точка В, в якій дотична до траєкторії (напрямок абсолютної швидкості ua мотовила) утворює

215

Розділ 5

Підставивши значення α із залежності (5.31) у залежність (5.27),

визначимо оптимальний винос мотовила.

У жатках зернозбиральних комбайнів вітчизняного та зарубіжно-

го виробництва кількість планок Z = 5; 6, винос bmin = 125...380 мм, bmax = 400...700 мм.

Потужність на привід мотовила складається із потужності на холостий хід Nx.x і на підведення смуги стебел до різального апара-

та Nп, тобто

де Мкр — крутний момент на валу мотовила; ω — кутова швидкість мотовила;

де G — сила ваги мотовила; d — діаметр мотовила; f — коефіцієнт тертя вала;

де η — ступінь дії мотовила на хлібну масу; т — масова подача хліб- ної маси за одиницю часу; и — колова швидкість мотовила;

де q — подача хлібної маси до шнека жатки за одиницю часу; g — прискорення вільного падіння;

де Q — врожайність хлібної маси; B — ширина жатки; vм — швид- кість машини.

216