Теория и расчет рабочих органов сельскохозяйственных машин

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

1.

Ширина захвата корпуса

в

см

30

30

35

35

35

35

35

30

30

30

30

30

35

2.

Глубина пахоты

а

см

21

22

23

24

22

20

21

22

21

23

23

24

25

3.

Угол наклона лемеха ко дну борозды

е

град

23

30

21

24

22

30

24

27

22

26

23

30

21

4.

Угол между лезвием лемеха и стенкой борозды

го

град

42

39

39

41

40

42

37

40

38

43

42

39

39

5.

Угол между нижней образующей отвала и стенкой и борозды

гmin

град

39

37

36

40

38

40

35

38

35

40

39

37

36

6.

Угол между верхней образующей отвала и стенкой борозды

гmax

град

52

44

50

48

51

49

48

45

48

48

52

44

50

Примечание: Тип отвала для нечетных вариантов культурный, для четных - полувинтовой. Выполнение графических работ производится в карандаше на листе чертежной или миллиметровой бумаги размером 594х841 мм (формат А1) в масштабе 1:2 или 1:2,5.

Построение схемы оборота пласта и поперечно-вертикальной проекции отвала.

Схема оборота строится по заданным размерам (ширина в и глубина а) поперечного сечения пласта.

В верхнем левом квадрате листа изображаем исходное положение пласта ABCD (рис.17).

Рис. 17. Схема оборота пласта в поперечно-вертикальной проекции отвала

В условной схеме, полагая неизменными размеры сечения пласта, поворот пласта будет вначале совершаться вокруг ребра B до достижения пластом положения ВА1С1D1 и затем вокруг ребра С1 до смыкания с уложенным пластом. Ломаная линия DAC1B1A2 определяет контур теоретического профиля борозды.

Построение поперечно-вертикальной проекции выполняется в следующей последовательности. От точки А на линии дня борозды откладывается отрезок в` = в + ?в, где

в` - номинальная ширина захвата корпуса;

в - ширина захвата корпуса;

?в - перекрытие корпусов.

ГОСТ 65-62 рекомендует для корпусов с культурной рабочей поверхностью в = 25 мм и с полувинтовой - ?в = 35 мм.

Полевой обрез поверхности отвала и лемеха располагают в вертикальной плоскости с отклонением в сторону пашни С = 3-8 мм. Высота Н полевого обреза по (Н.В. Щучкину) Н = в + ?, причем для а>17,5 см ? = 0, а при а<17,5 ? = 1-3 см.

Положение бороздного обреза отвала получают геометрическим построение теоретического профиля борозды доя заданного пласта сечением (а х в) и утолщенного - сечением (а + 25 мм) х в. Через середину Е грани утолщенного пласта проводят линию EF, параллельную грани А2В1 заданного пласта. Линия стыка лемеха и отвала определяется после построения направляющей кривой, на которую накладывается ширина l лемеха в натуральную величину. Полученную точку К сносят на поперечно-вертикальную проекцию до пересечения с линией EF. Линия ЕК представляет собой бороздной обрез отвала. Для получения бороздного обреза лемеха соединяют точки B` и К между собой.

Верхний обрез отвала в поперечно-вертикальной плоскости намечается по верхней точке полевого обреза, наивысшей точке и точке пересечения бороздного обреза с гранью отваленного пласта сечением (а + 25 мм) х в.

Наивысшая точка верхнего обреза определяется траекторией движения конца диагонали ВD пласта сечением а х в и располагается на высоте

У корпусов, предназначенных для пахоты на глубину а<17,5 см,

H`max= Hmax+ ?Н

причем, ?Н может быть взято до 20 мм.

Через наивысшую точку М отвала проводится горизонтальная прямая ML. Точку Р полевого обреза соединяют дугой с точкой М. Центр этой дуги выбирается на продолжении вертикальной линии МВ. За верхний обрез принимается лини PML.

Вылет крыла отвала ограничивается прямой, перпендикулярной к грани пласта А`2B1 и отстоящей от грани А`2D`2 на в/4. Кромка крыла отвала принимается за дугу окружности касательную к верхнему обрезу отвала ML и нормали СО` к грани пласта А`2B1.

Построение направляющей кривой

Вид и расположение направляющей кривой в значительной степени определяют технологические свойства рабочей поверхности (ее крошащую и оборачивающую способности). В качестве направляющей кривой принимают обычно параболу NN1, переходящую у лемеха в прямую линию N1N2, наклоненную под углом ео ко дну борозды. Длина S прямолинейного участка N1N2определяет при прочих равных условиях вогнутость направляющей параболы. При а<25 см, S = 30…70 мм, а при а?25 см S = 60…70 мм.

Для построения параболы необходимо, прежде всего, определить радиус R окружности около дуги NN2, которой описывается парабола

R = Rmin + (3…5 см),

где

Далее из точки 0, расположенной на высоте Н`max радиусом R, проводят дугу окружности до пересечения с горизонталью, проходящей через точку 0. Из точек N2 и N необходимо провести касательные, в которые вписывается парабола. На направляющую кривую откладывают ширину лемеха l, принимая ее равной 122 мм.

Выбор закономерности и построение диаграммы изменения угла г

Закономерность изменения угла г от го до гmin можно принять по прямой, а от гminдо гmaxпо параболическому закону.

Для отвалов культурного типа уравнение кривой изменения угла г от гminдо гmax имеет вид

,

а для полувинтовых

x2= 2 py,

где у - ординаты, определяющие величину угла г образующих, выраженные условно в см;

х - абсциссы в см, определяющие высоту расположения образующих над линией стыка лемеха с отвалом: x = zi - zk, где

zi- высота соответствующей образующей над дном борозды;

zk- высота образующей, проходящей через линию стыка лемеха с отвалом и наклоненную к стенке борозды по углом гmin.

Значение углов го, гmin, гmax для трех образующих являются характерными параметрами рабочей поверхности плужного корпуса.

При расчете промежуточных значений углов г в интервале от zk до zmax пользуются соотношением

|zmax г |= лy |zk

где л = (гmax- гmin) / гmax, град/см - масштаб изменения г.

Вычисляя соответствующие значения у можно найти значение угла г для искомой образующей:



г = гmin+ ?г = гmin+ лy

Для вычисления углов г необходимо на поперечно-вертикальной проекции отвала предварительно нанести проекции образующих (ряд горизонтальных прямых). Горизонтальные прямые следует обязательно провести через характерные участки: через лезвие лемеха, линию стыка лемеха с отвалом, точки Р и М, также в промежутках между ними.

Полученные проекции образующих следует обозначить, например, 0 - 0, 1 - 1, 2 - 2, … Для этих положений образующих и зачисляются значения угла г. Значения полученных величин для принятого варианта (а = 21 см; в = 30 см; ео = 27о; го = 40о; гmin= 39о; гmax= 46о) приведены в таблице 16.

Таблица 16 Результаты расчета

Величины	Образующие
	к-к	1-1	2-2	3-3	4-4	5-5	6-6
1	2	3	4	5	6	7	8
zi, см	6	14	18	24	30	34	37,2
x = zi - zk	0	8	12	18	24	28	31,2
у = 6,2х2/(х2+100)	0	2,42	3,65	4,87	5,28	5,5	5,62
?г = лy, град	0	3	4,31	5,04	6,36	6,49	7
г = гmin+ ?г	39	42	43,31	4,04	45,36	45,49	46
100tg г	81,0	90,0	95,0	96,7	102,1	103,0	103,6

Закон изменения угла г на чертеже удобно выражать диаграммой тангенсов (рис. 18). Она строится на продолженных вертикальных проекциях образующих в правой части чертежа по значениям tg г в некотором произвольном масштабе, например, tg 45о = 100 мм.

Для полувинтового отвала при вычислении промежуточных значений г необходимо вычислить параметр 2р, задаваясь масштабом. Полагая л = 1, получим



2р = х2max / (гmax - гmin)

Рис. 18 Диаграмма тангенсов

Зная параметр 2р и применяя уравнение у = х2 / 2р можно определить значение угла г для образующих, расположенных на любой высоте x = zi - zk.

Построение горизонтальной и продольно-вертикальной проекции отвала.

Под углом гок стенке борозды проводится образующая, проходящая через лезвие лемеха (рис. 19). Спроектировав на нее лезвие лемеха с поперечно-вертикальной проекции, получают ее горизонтальную проекцию. На нее наносится след секущей ортогональной плоскости NN, проходящей у культурных отвалов на расстоянии 2/3 от его носка, а у полувинтовых - через бороздной конец лезвия.

Для построения следов образующих в горизонтальной проекции отвала поступают следующим образом. На вертикальной линии, проходящей через начало N2 направляющей кривой отмечают точки 0, К, 1, 2, …через те же интервалы, какие были выбраны при вычислении г. Через эти точки проводят горизонтали 0-0, К-К, 1-1, 2-2, … до пересечения с направляющей кривой. Точки 0, К, 1, 2, …направляющей кривой сносят на след NN этой кривой в горизонтальной плоскости (точки no, nk, n1, n2 …). Через точки nk, n1, n2,…проводят горизонтальные проекции образующих под углом гk, г1, г2 … к стенке борозды в соответствии с закономерностью г = f (z). Построение удобно вести, пользуясь диаграммой изменения тангенса угла г. Для того, чтобы провести образующую, например, через точку n2, поступают следующим образом. Из точки n2 по вертикали откладывают отрезок равный 100 мм, из конца этого отрезка перпендикулярно к нему, откладывают отрезок tg г2 из диаграммы тангенсов. Через конец этого отрезка (т. m2) и точку n2 проводят след образующей 2-2, наклоненный к стенке борозды под углом г2. Аналогично проводятся и другие образующие. Затем точки пересечения проекций образующих с лобовым контуром отвала сносят на соответствующие горизонтальные проекции этих образующих. Соединив полученные точки плавной кривой, получают горизонтальную проекцию отвала.

Продольно-вертикальная проекция отвала строится по первым двум ее проекциям в соответствии с правилами начертательной геометрии.

Рис.19. Горизонтальная проекция



Построение сечения отвала продольно- и поперечно-вертикальными плоскостями.

Сечения отвала в продольно-вертикальной плоскости дают возможность судить о степени развития угла подъема пласта б, а в поперечно-вертикальной плоскости - угла оборота пласта в.

Сечения строятся следующим образом. На горизонтальную проекцию отвала наносятся следы вертикальных секущих плоскостей на расстоянии 50-100 мм друг от друга. Эти следы представляют собой прямые линии, соответственно, параллельные (v-v) и перпендикулярные (u-u) к стенке борозды. Точки пересечения с образующими плоскостей (и-и) переносят на поперечно-вертикальную. Плавные кривые, соединяющие между собой полученные точки, являются сечениями в продольно-вертикальной (кривые v1, v2, …) и в поперечно-вертикальной (кривые u1, u2, …) плоскостях.

Построение кривых ортогональных сечений.

Эти кривые представляют сечения отвала вертикальными плоскостями, перпендикулярными к лезвию лемеха. Они определяют форму штампа, необходимого доя изготовления отвала и шаблонов для проверки правильности формы изготовленного отвала. По ним строится развертка отвала.

Проекции вертикальных плоскостей наносятся на горизонтальную проекцию отвала перпендикулярно лезвию лемеха на расстоянии 50-100 мм одно от другого. Кривые сечений строятся на дополнительной проекции.

Для каждой кривой необходимо проводить свою вертикаль, от которой идет построение. Так, например, для построения ортогональной кривой необходимо на образующую L от вертикали III вправо отложить отрезок равный расстоянию от лезвия лемеха до образующей 3-3 в горизонтальной проекции, измеренное по следу плоскости. На образующую 2 расстояние от лезвия лемеха до следа образующей 2-2 и т.д. Полученные точки необходимо соединить плавной кривой. Аналогично строятся кривые и для других ортогональных плоскостей.

Построение развертки отвала.

Для построения развертки необходимо отложить отрезок 00 равный длине L лезвия лемеха, перпендикулярно к лезвию проводят две прямые II` и III`, представляющие собой следы вертикальные плоскостей, в которых расположены кривые шаблонов II и III. Прямые II` и III` расположены относительно друг друга и носка лемеха также как и плоскости II и III в горизонтальной проекции.

Чтобы развернуть кривые II и III на прямые II` и III` надо разделить участки между соседними образующими на необходимые равные части (например, 5 или 10 мм) и эти малые дуги (хорды кривых), отложить на соответствующих перпендикулярах II` и III`. Для упрощения можно взять расстояние еоек, еке1, е1е2… и dоdк, dкd1, … между соседними образующими. Далее через точки еi и di с одноименными индексами проводят прямые, которые являются положениями образующих в развертке. Так как в горизонтальной плоскости проекций образующие расположены без искажения своей длины, то откладывая отрезки екк, е11, е22, … вправо от прямой II, равные соответствующим отрезкам образующих на горизонтальной проекции отвала, получают точки 1, 2, 3, … развертки.

Аналогично, откладывая влево от прямой III отрезки dкк, d11, d22, … равные соответствующим отрезкам образующих на горизонтальной проекции получают другой ряд точек К, 1, 2, … Соединим эти точки плавной кривой получают контур развертки рабочей поверхности.

Развертку можно получить и другим методом. При этом от линии 00 откладывают истинную длину кривых ортогональных сечений I, II, III, … на расстояниях друг от друга, соответствующим их положению на горизонтальное проекции. Соединив концы отрезков, получают развертку на



Рис. 20. Проектирование плужного корпуса

горизонтальной проекции. Соединив концы отрезков, получают развертку рабочей поверхности корпуса плуга.

10. Расчет режущего аппарата

Исходные данные для выполнения задания в соответствии с содержанием работы приведены в таблице 17.

Общие положения. Сегментно-пальцевые режущие аппараты характеризуются следующими геометрическими и кинематическими параметрами (рис.22): t - шаг режущей части - расстояние между осевыми линиями сегментов; to - шаг противорежущей части - расстояние между осевыми линиями пальцев; S - ход ножа - перемещение ножа из одного крайнего положения в другое.

В зависимости от соотношения указанных параметров различают аппараты нормального резания с одинарным пробегом ножа, нормального резания с двойным пробегом ножа, низкого резания и аппарат среднего резания. Аппарат нормального резания с одинарным пробегом ножа (рис. 22а) имеет следующие соотношения указанных параметров: t=to=S=76,2 мм или 90 мм. Аппарат с шагом 76,2 мм применяют в косилках, в жатках для среза трав, зерновых и технических культур, а с шагом 90 мм - для среза кукурузы, подсолнечника и других толстостебельных культур.

Аппарат нормального резания с двойным пробегом ножа (рис.22б) имеет следующие соотношения параметров: 2t=2to=S=152,4 мм или 101,6 мм.

Аппарат низкого резания (рис.22в) имеет соотношение: t=2to=S=76,2 мм или 101,6 мм. В первом варианте аппарат применяют в косилках, во втором - в прицепных комбайнах.

Аппарат среднего резания (рис.22г) имеет соотношение: t=Кto=S=76,2 мм или 101,6 мм, где 1,2<К<1,4. Режущий аппарат с параметрами первого варианта встречается в зарубежных косилках.

Рис. 21. Сегмент и противорежущая пластина

Таблица 17 Данные к заданию

№ п/п	Наименование параметров	Обозн. пар-в	Размер-ность	Варианты
				1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1.	Скорость движения машины	Vм	км/ч	4,0	4,2	3,6	3,8	3,9	4,2	4,4	4,6	5,0	5,4	6,0	5,6	4,2	5,1
2.	Ширина захвата машины	В	м	5,3	5,0	6,6	6,5	6,4	6,3	7,7	7,5	6,0	6,5	5,2	5,1	5,0	5,4
3.	Тип режущего аппарата			3	5	4	3	2	1	1	5	1	3	2	1	1	1
4.	Высота установки режущего аппарата	hу	см	7	10	10	10	15	15	15	10	10	10	15	12	12	15
5.	Площадь нагрузки	fн	см2	58	58	58	60	60	60	59	58	57	56	55	54	58	60

Примечание: размеры сегмента и противорежущей пластины (рис.21) для различных типов режущих аппаратов приведены в таблице 18.

Данные к заданию

№ п/п	Наименование параметров	Обозн. пар-в	Размер-ность	Варианты
				15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28
1.	Скорость движения машины	Vм	км/ч	4,0	4,2	4,4	4,5	4,8	4,9	5,2	6,0	7,0	6,4	4,5	3,8	4,2	4,8
2.	Ширина захвата машины	В	м	4,0	4,1	4,2	4,3	4,4	4,5	4,6	4,8	4,9	5,0	5,1	5,2	5,3	5,4
3.	Тип режущего аппарата			3	4	2	5	1	2	1	2	1	3	1	4	1	5
4.	Высота установки режущего аппарата	hу	см	5	5	5	8	8	8	10	10	10	12	12	12	15	15
5.	Площадь нагрузки	fн	см2	55	65	65	72	78	56	64	66	60	60	64	72	54	60

Примечание: размеры сегмента и противорежущей пластины (рис.21) для различных типов режущих аппаратов приведены в таблице 18.

Таблица 18 Размеры сегментов и противорежущих пластин

Тип режущего аппарата	Соотношение параметров	Размеры, мм
		lc	c	a	в1	в2	ln
1	t=to=S=76,2 мм	80	25	16	27	37	65
2	t=to=S=90,0 мм	85	30	12	21	37	65
3	2t=2to=S=152 мм	75	21	16	21	24	58
4	2t=2to=S=101 мм	75	30	15	22	25	58
5	t=2to=S=101 мм	70	22	6	21	24	63



Рис. 22. Типы сегментно-пальцевых режущих аппаратов:

а - нормального резания с одинарным пробегом ножа; б - нормального резания с двойным пробегом ножа; в - низкого резания; г - среднего резания.

1. Определение частоты вращения кривошипа.

Расчет частоты вращения кривошипа выполняют по формуле:

, с-1,

гдеS - ход ножа (перемещение ножа в относительном движении при повороте кривошипа на угол II рад.);

К - коэффициент, характеризующий тип режущего аппарата; К=1 для аппарата нормального резания с одинарным пробегом ножа; К=0,32 для аппарата с двойным пробегом ножа и К=0,68 для аппарата низкого резания.

fн - площадь нагрузки, т.е. площадь поля, растения с которой срезаются сегментом у одной противорежущей пластины за II рад. поворота кривошипа.

2. Построение траектории абсолютного движения точки ножа.

Построение можно произвести расчетным или графическим методами. По первому методу на основании уравнений движения относительного



х = r (1 - cosщt)

и переносного вместе с машиной

,

L = Vм/2n - подача машины, м.,

где r - радиус кривошипа, м;

щt- угол поворота кривошипа, рад.;

n - частота вращения кривошипа, с-1;

Vм - скорость движения машины, м/с.

По этим уравнениям составлена таблица 19 координат траектории абсолютного движения точки ножа.

Таблица 19 Координаты траектории точки ножа

	0	р/6	р/3	р/2	2/3р	5/6р	р
у = L/рщt	0	L/6	П/3	L/2	2/3L	5/6L	L
х = r (1-cosщt)	0	0,14r	0,5r	1,0r	1,5r	1,86r	2,0r

При графическом построении (рис 23) на оси «у» откладывается отрезок, равный в масштабе подаче L. Отрезок L и полуокружность радиусом r, проведенную через точку ао разбивают на одинаковое число частей. Затем точки пересечения вертикалей, проведенных из точки деления окружности и горизонтальных линий, проходящих через соответствующие деления подачи L, соединяют между собой. Полученная кривая есть траектория абсолютного движения точки ао ножа. По эквидистантным траекториям будут двигаться любые точки ножа.



Рис. 23. Траектория абсолютного движения точек ножа.

3. Определение рабочих скоростей резания.

Скорость точек ножа в относительном движении (при условии, что механизм привода ножа - аксиальный с n-const, а отношение r к длине l шатуна - малая величина) определяется по формуле:

V = 2рnzi,

где zi- текущее значение проекции радиуса r кривошипа на вертикальную ось (рис. 24).

Рис. 24. Схема к определению скоростей ножа V в зависимости от перемещения хi.

Для определения рабочих скоростей начала и конца резания режущих аппаратов необходимо нанести контуры сегмента ножа и противорежущей пластины. Для аппаратов t=2to=S (рис. 25б) и 2t=2to (рис. 25в) необходимо наносить контуры двух соседних пластин. Далее строят диаграмму скоростей движения какой-либо точки ножа. Для этого от точки ао (рис. 25) откладывают отрезок аоо<r и из точки 0 радиусом r проводят полуокружность (график функций z = f (x) есть окружность с радиусом r).

Рис. 25. Диаграмма скоростей для аппаратов:

а - нормального резания с одинарным пробегом ножа;

б - низкого резания; в - нормального резания с двойным пробегом ножа.

Начало резания определяется расположением режущей кромки аосо по линии а1с1. При этом скорость начала резания Vн = а1к1 2р n. Конец резания растения определяется перемещением ножа, при котором верхняя точка со режущей кромки сегмента займет положение с2. Скорость конца резания Vк= а2к2 2р n.

В аппаратах низкого (рис. 25б) и нормального резания с двойным пробегом ножа (рис. 25в) срез происходит у среднего и крайнего пальцев.

Скорости начала Vн и конца Vк резания в этих аппаратах определяются так:

у среднего пальца

Vнср = а1к1 2П n

Vкср= а2к2 2П n

у крайнего пальца

Vнкр = а3к3 2р n

Vккр= а4к4 2р n

Из рис. 25б видно, что у аппарата низкого резания скорость ножа в начале резания у среднего пальца довольно низкая. Это может стать причиной плохого среза стеблей в начале резания.

Скорость резания стеблей влияет как на качество среза, так и на затраты энергии. При малых скоростях (меньше 0,3 м/с) происходит сплющивание и разрыв стебля, срез сопровождается большими силами сопротивления. С увеличением скорости до 0,6…0,8 м/с срез получается без разрывов и сплющивания, силы сопротивления срезу уменьшаются. Для режущих аппаратов существующих конструкций скорости выбирают больше указанных. Это вызвано тем, что режущие аппараты косилок и жаток работают обычно при больших зазорах в режущей паре, а часто и с тупыми лезвиями. Кроме того, при низких скоростях резания стебли отклоняются режущим аппаратом на больший угол и срезаются с более длинной стерней. Опытами установлено, что для высококачественного среза растений необходима скорость резания: для трав не менее 2,15 м/с, для зерновых - 1,5 м/с. Скорость резания зависит от того, как установлены сегменты в крайних положениях относительно противорежущих пластин. Если осевые линии сегментов и пальцев в крайних положениях совпадают (аксиальный механизм привода ножа) или смещены (дезаксиальный механизм) на одинаковую величину, то такой нож считается центрированным. Когда смещение осевых линий сегмента и пальца в одном крайнем положении больше, чем в другом, такой нож не центрирован (смещен). При смещенном ноже скорости начала резания уменьшаются, особенно значительно влияние смещения в аппаратах низкого резания.

Центрирование ножа проводят изменением длины шатуна или смещением относительно ножа пальцевого бруса.

Построение диаграммы отгиба стеблей и высоты стерни.

Порядок построения графика следующий. Прежде всего, необходимо вычертить положение сегмента и вкладышей пальцев за три последовательных хода ножа, отложив предварительно подачу машины L (рис. 26).

Учитывая, что угол между режущими кромками противорежущих пластин и осевыми линиями (00 и 0101) пальца невелик, можно с целью упрощения принять из (линии КК и К1К1) параллельными осевыми линиями. При этом ширину вср противорежущей пластины принимают равной вср= 0,5 (в1+в2).

Сегмент совершает сложное движение. При повороте кривошипа на угол щt = П придет в крайнее левое положение. Точки ао и со, принадлежащие лезвию сегмента, будут двигаться по траекториям аоа1 и сос1. Движение точек а2 и с2 сегмента из положения II в положение III происходит по траекториям а2а3 и с2с3. Лезвие сегмента при своем движении захватывает стебли, подводит их к противорежущей пластине и срезает. В процессе подвода стебли отгибаются, из-за чего высота стерни получается больше, чем расстояние от режущего аппарата до поверхности поля. Увеличение высоты стерни приводит к тому, что часть урожая трав теряется, а при скашивании зерновых возможны потери колоса, особенно при срезе низкорослых и пониклых хлебов.

Рассмотрим отгиб стеблей, расположенных на осевой линии 00 и пальца А. Стебли, подлежащие срезанию на участке md, могут быть разбиты на три группы. Группа 1 - стебли от m до n, имеющие поперечный отгиб q1 = вср/2 и срезание у кромки КК пальца на участке m1n1.

Здесь же срезаются стебли с площадки f2. Высоту стерни h1 для этих стеблей находят по высоте hу установки режущего аппарата от поверхности поля и по отгибу q1стеблей пальцем, т.е.

Группа 2 - стебли от n до е, отклоняются от линии КК пальца лезвием а2с2 сегмента при движении ножа из положения II в положение III. Эти стебли срезаются у кромки К1К1противорежущей пластины пальца В. Отгиб стеблей группы 2 принято называть поперечным. Поперечный отгиб q2 - величина постоянная для всех стеблей, расположенных на участке ne. Его значение, без учета кривизны отогнутых стеблей определяется по зависимости:

,

tgиmin = L / рr;

где иmin - угол, составленный касательной к средней точке абсолютной траектории точки и направлением относительного движения ножа.

Рис.26. Диаграмма отгиба стеблей и высоты стерни.

Высота стерни h2 определяется как гипотенуза треугольника, в котором один катет равен hy, а другой q2, т.е.



Группа 3 - стебли от е до d, не захватываемые сегментами и наклоняемые пальцевым брусом вперед к точке d, где и происходит их срез. Такой отгиб называют продольным. Максимальное значение продольного отгиба q3maxравно расстоянию от е до d1. Высота стерни для любого стебля этой группы может быть определена их выражения:

Рис. 27. Диаграмма отгиба стеблей для аппарата низкого резания.

Определение средней высоты стерни и оценка потерь за режущим аппаратом.

Качество работы режущего аппарата принято оценивать потерями урожая. Потери же можно характеризовать средней высотой стерни hcp по всей площади среза.



где Hcp1, Hcp2, Hcp3 - значения средней высоты стерни, соответственно, для площадок f1, f2, f3.

f = f1 + f2 + f3 - суммарная площадь, срезаемая сегментом за пол-оборота кривошипа. Размеры площадок f1, f2, f3 можно определить: планиметрированием, разбивая их на геометрически правильные фигуры.

Среднюю высоту стерни на площади f1 определим по формуле:

Для определения Hcp2площадку f2 целесообразно представить суммой следующих трех площадей:

f2 = пл.j1jii1 + пл.j1i1gn1 + пл.i1pm1g,

где g - точка пересечения линии m1n1 с кривой, проведенной из точки i1, эквидистантно кривой соj1n1.

Для определения Hcp3площадку f3можно представить суммой площадей mm1r1r и m1pr1, т.е.

f3 = пл. mm1r1r + пл.m1pr1

При этом, значения средних высот стерни на площадках f2 и f3 определяются согласно выражений:

;

,



где h`cp2, h``cp2, h```cp2, h`cp3, h``cp3 - средние высоты стерни в пределах фигур, выделенных на площадках f2 и f3. Их численные значения с допустимой погрешностью можно определить из следующих формул:

,

,

Подобным способом находят среднюю высоту стерни и для других режущих аппаратов другого типа.

Величина потерь урожая: ?h = hcp - hy.

Определение мощности, потребной на привод режущего аппарата.

Сила Т, движущая нож, равна сумме действующих сил:

Т = Rcp + Pj + Fтр (рис. 27)

Рис. 27. Силы, действующие на нож.

где Rcp - среднее значение силы сопротивления срезу;

Pj - сила инерции масс ножа;

Fтр - сила трения ножа.

Среднюю силу Rcp сопротивления стеблей срезанию рассчитываем по формуле:



Rcp = е fнz / xp

где е - коэффициент, выражающий работу на срез растений сегментом с 1 см2 площади.

е = 1…2 дж/см2 для зерновых культур и е = 2…3 дж/см2 для трав;

z - число сегментов, z = B / t;

xp - перемещение ножа от начала до конца резания (находят по диаграмме скоростей как расстояние от начала до конца резания).

На диаграмме (рис. 21) средняя сила Rcp сопротивления срезу есть прямая линия 1, параллельная оси абсцисс.

Для аппаратов t = 2to = S и 2t = 2to = S сила Rcp имеет два участка, соответственно для xp1 и xp2.

Рис. 28. Графики изменения сил, действующих на нож.

1 - Rcpf(x); 2 - Pj(x); 3 - Fтр1f(x); 4 - Fтр2f(x); 5 - т f(x)

Сила инерции

Pj = mнrщ2 (1-x/r) = 4р2mнrn2(1-x/r), н

где mн = mнудв = масса ножа;

mн уд - масса одного погонного метра ножа (mн уд = 2…2,2 кг/м).

График силы инерции в зависимости от перемещения ножа есть прямая линия 2.

Сила трения ножа об элементы пальцевого бруса складывается из силы трения Fтр1, называемой весом ножа, и силы Fтр2 от действия шатуна, т.е.

Fтр = Fтр1 + Fтр2

Сила трения от веса ножа равна

Fтр1 = fPн = 9,81fmн

где f = 0,25…0,3 - коэффициент трения.

На диаграмме сила Fтр1 изображена прямой 3.

Сила Fтр2 зависит от нормальной силы N действия шатуна на нож. Расчет силы Fтр2проводят доя нескольких значений перемещения х по формуле:

где в - угол, образованный шатуном с горизонталью.

Силу Fтр2 необходимо определить для различных значений перемещения х (не менее, чем для 6 положений). Угол в между шатуном и горизонталью находим по схеме механизма привода (рис. 27).

При изображении схемы механизма принимают следующие соотношения r = S/2; смещение (дезаксиал) е = (2…3) r для жаток и е = (7…8) r для косилок.

На рис.28 сила Fтр2 показана кривой 4.

Результирующую силу Т определяют как сумму сил Rcp, Pj, Fтр1, Fтр2.

Зная величину силы Т можно построить диаграммы сил и крутящих моментов, действующих на палец кривошипа, рассчитать момент инерции маховика, параметры звеньев механизма передач, а также определить модность, потребную на привод ножа.

Мощность, необходимую для преодоления сил сопротивления ножа движению, определим так:

N = TVн ,

где Vн - скорость ножа.

При равной подаче аппарат нормального резания с двойным пробегом ножа на 30…40% менее энергоемок, чем другие аппараты. Большая мощность требуется для аппарата низкого резания, имеющего малые скорости резания у среднего пальца, из-за чего увеличиваются силы сопротивления срезу. На значение мощности значительно влияет острота лезвия. При острых лезвиях необходима меньшая мощность, чем при тупых. Так, затупление гладких лезвий от 30 до 130 мкм вызывает возрастание мощности на 20…50%.

11. Анализ разделения зернового материала плоскими ситами

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Цель работы. Изучить закономерности разделения зернового материала плоскими ситами и влияние загрузки рабочей поверхности сит на показатели разделения.

Зерновой материал в большинстве случаев содержит примеси мелких и крупных частиц. О возможности отделения мелких и крупных примесей можно судить по вариационным кривым распределения семян по одному из размерных признаков (толщине, ширине или длине). Если вариационные кривые семян основной культуры и примесей не перекрываются (рис. 29, а), то возможна полная очистка семян основной культуры от примесей. В случае, когда вариационные кривые основной культуры и примесей перекрывают друг друга (рис. 29, в), отделение примесей по заданному размерному признаку невозможно. При частичном перекрытии вариационных кривых (рис. 29, б) полное отделение примесей возможно при условии отхода части семян основной культуры с примесями. Размеры отверстий в этом случае выбирают с таким расчетом, чтобы получить требуемую чистоту семян, не допуская при этом излишних потерь.

Сито разделяет зерновой материал на две фракции по размерам: по толщине (сита с прямоугольными отверстиями) и ширине (сита с круглыми отверстиями). Одни частицы, размер которых меньше размера отверстий, должны проходить через отверстия сита. Другие частицы, размер которых больше размера отверстий, перемещаются по поверхности сита и идут с него сходом. В зерноочистительной машине при обработке материала одновременно участвуют несколько сит: разгрузочное, зерновое, подсевное и сортировальное.

количество зерна Р, просеявшегося через отверстия сита в единицу времени;

полнота выделения е, характеризующая степень извлечения из зернового материала проходовой фракции (частиц с размерами, меньшими размеров отверстий сит). Тогда е = Р/(сQ), где с -- коэффициент, показывающий содержание семян мелкой проходовой фракции через отверстия сита в исходном материале;

Q -- нагрузка на сито (количество зернового материала, подаваемого на начало сита в единицу времени).

Процесс выделения мелких частиц складывается из двух этапов. Вначале частицы проходят через слой зерна к рабочей поверхности сита, а затем, войдя в контакт с поверхностью сита и двигаясь относительно ее, проходят в отверстия сита. При повышении нагрузки увеличивается толщина слоя создаются менее благоприятные условия для выделения мелких частиц через слой зерна и отверстия сита. Поэтому с ростом нагрузки на сита значения Р и ? уменьшаются.

Рис. 29. Вариационные кривые компонентов зернового материала:

я...в -- возможные варианты

Различают условия полной, неполной и смешанной загрузки рабочей поверхности сита. При неполной загрузке все частицы обрабатываемого материала располагаются в один слой и находятся в непосредственной соприкосновении с рабочей поверхностью сита. Все частицы, способные по размеру пойти сквозь отверстия, просеиваются через сито. Основная часть этих частиц просеивается уже в начале сита.

В условиях полной загрузки разделяемый материал движется по рабочей поверхности сита толстым слоем, условия для просеивания частиц ухудшаются и не все мелкие частицы могут выделиться из обрабатываемого материала. Просеивание мелких частиц по длине сита выравнивается.

При смешанной загрузке одна часть сита работает в условиях полной загрузки, другая -- неполной загрузки.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Содержание работы. Для условий полной и неполной загрузки определяют опытным путем количество проходовой фракции в целом и, по длине сита, рассчитывают полноту разделения ситом в целом и ее изменение по длине сита для всех случаев загрузки.

Оборудование и приборы: ситовая лабораторная установка, технические весы и секундомер.

Установка состоит из ситового кузова 7 (рис.30), в котором закреплено изучаемое сито, бункера 5 для зерна с заслонкой 6 и привода. Ситовой кузов размещен на подвесках 2 и 3 и приводится в колебательное движение от электродвигателя регулируемым эксцентриковым механизмом 4.

Рис. 30. Схема ситовой установки

Для изучения просеивания частиц по длине сита под ситовым кузовомрасположен секционный сборник для раздельного сбора частиц, прошедшихчерез отверстия на отдельных участках сита.

Порядок выполнения работы.

1. Устанавливают в ситовый кузов нужное сито по технологическому назначению (разгрузочное, зерновое, подсевное или сортировальное) и по признаку разделения (с прямоугольными или круглыми отверстиями);

2. Снимают характеристику сита: тип, габаритные размеры и параметры;

3. Определяют состав вороха по признаку деления на установленном сите.

4. Проводят опыты при полной и неполной загрузке сита с трехкратной повторностью. Для этого заправляют бункер 5 зерновой смесью, открывают на требуемую величину заслонку 6 и пускают установку. В результате колебаний ситового кузова зерновая смесь из бункера через щель под заслонкой поступает на сито и, перемещаясь по нему, разделяется на две фракции: проходовую, которая поступает и распределяется по секциям секционного сборника, и сходовую. Полная или неполная загрузка сита достигается изменением положения заслонки.

Длительность опытов 40...60 с.

После опыта определяют взвешиванием массу каждого выхода. Результаты опытов записывают в таблицу 20.

Таблица 20 Результаты опытов

№ повто-рности	Продол-жительность t, с	Масса выхода по длине сита q1, кг/с, в зависимости от номера коробки	Общая масса выходов G0, кг	Масса схода с сита Gсх кг
		1	2	3	4	5	6	7	8
Полная нагрузка
1
2
3
Среднее значение Рi, кг/с ?i
Неполная нагрузка
1
2
3
Среднее значение Pi, кг/с ?i

Подсчитывают для каждой загрузки: нагрузку на сито, кг/с

Q = (G0 + Gсх) / t,

где G0 -- общая масса выходов, кг;

Gсх -- масса схода с сита, кг; t -- продолжительность опыта, с;

массу частиц зерна, прошедших в единицу времени через все отверстия сита Р и по секциям р1 кг/с,

P = G0/t; рi = qi/ t

полноту выделения частиц ситом в целом и по секциям:

?=Р/(cQ); ?i=Рi/(cQ);

6. По данным предыдущей таблицы строят график просеивания и полноту разделения по длине сита. Для этого по горизонтали откладывают длину сита в некотором масштабе, разбив ее на число участков, равное числу выходов секционного сборника под ситом. Из середины каждого участка по вертикали откладывают в некотором масштабе значение массы частиц рi, просеявшихся через данный участок сита, и соответствующую ему полноту разделения ?i. Полученные точки соединяют плавной кривой, которая будет представлять собой график просеивания частиц и полноту разделения по длине сита. Анализируют закономерности просеивания частиц и полноту разделения по длине сита при полной и неполной загрузках.

Контрольные вопросы. 1. По каким признакам частиц разделяется зерновой материал на плоских ситах? 2. Каковы типы сит по технологическому назначению? Каким образом изменяются просеиваемость Pi и полнота разделения ?iпо длине сита и в зависимости от размера загрузки сита?

12. Изучение технологического процесса разделения зернового материала цилиндрическим триером

Цель работы. Изучить взаимодействие частиц обрабатываемого материала с ячеистой поверхностью цилиндрического триера и выявить закономерности изменения показателей работы триера от загрузки его рабочей поверхности.

При повороте цилиндра на угол б на частицу в ячейке действуют сила тяжести mg, центробежная сила I = mщ2г и сила трения F (т -- масса частицы r - радиус цилиндра; щ -- угловая скорость цилиндра).

Левая часть условия (1) -- суммарная сила сдвига частицы внутрь цилиндра, а правая -- сила сопротивления движению частицы.

С увеличением угла поворота б левая часть неравенства возрастает, а правая уменьшается. При некотором значении б = бв (бв -- угол выпадания частицы из ячейки) условие (1) превратится в равенство. При дальнейшем повороте цилиндра относительный покой частицы нарушится и она выскользнет из ячейки. Угол выпадания:

бВ= р - µ + ц - arcos [щ2r/g cos (µ - ц)]

Из этого уравнения видно, что угол выпадания частиц из ячеек для
данного триера зависит от коэффициента трения / частиц о поверхность ячейки и показателя кинематического режима k = щ2r / g.

Максимальное значение последнего определяют из условия возможности выпадания частиц из ячеек приб = р(рис. 31б), т. е.
mg = mщ2кр ,

где щ2кр -- критическая скорость вращения триерного цилиндра.

В этом случае

k = щ2r / g = 1.

Для того чтобы частицы успели выпасть из ячеек в лоток, показатель кинематического режимаk принимают равным 0,6...0,7.

Поскольку длинные частицы не укладываются в ячейки, то для них µ >р/2, а для коротких частиц в штампованных цилиндрах µ = 0. Поэтому длинные частицы, как видно из условия (2), при вращении цилиндра соскальзывают раньше, чем выпадают из ячеек мелкие частицы.

Поскольку цилиндры триеров в работе вращаются с постоянной угловой скоростью, равной

,

то углы поворота ячеек бв при выпадании коротких частиц и бск соскальзывания длинных частиц зависят только от углов трения. В связи с тем, что значения ц у частиц различны и изменяются в некотором интервале, то выпадание из ячеек и соскальзывание частиц обеих фракции (коротких и длинных частиц) происходят при углах бв определенных зонах. Удовлетворительное извлечение из обрабатываемого материала коротких частиц, выпадающих из ячеек, достигается изменением положения лотка по углу поворота цилиндра. В связи с различием физико-механических свойств частиц зоны углы бв и бск могут быть близки. Поэтому лоток устанавливают так, чтобы в него попадало максимальное количество частиц короткой фракции и не попадали частицы длинной фракции.

Рис. 31. Схема сил, действующих на частицу в ячейке вращающегося цилиндрического триера:

а и б -- возможные варианты (нагрузки) Q подаваемого в цилиндр в единицу времени.

К показателям эффективности относят:

Вычерпываемость Р -- количество короткой фракции, извлекаемой из обрабатываемого материала ячеистой поверхностью цилиндра в лоток в единицу времени;

полноту выделения ? -- отношение количества короткой фракции, поступившей в лоток, к количеству короткой фракции, поступившей в цилиндр с материалом, т. е.

? = P/(cQ),

где с - коэффициент, характеризующий относительное содержание короткой фракции в исходном материале.

Рис. 32. Зависимости показателей от нагрузки.

Рассмотрим зависимости показателей Р (рис. 32 а) и ? (рис. 32 б) от нагрузки Q. Участок 1--2 (см. рис. 32 а) соответствует условиям работы триера, при которых ячеистая поверхность нижней части цилиндра покрыта отдельными разрозненно движущимися частицами. Участок 3--4 поверхность по всей длине покрыта материалом, толщина слоя которого больше толщины зерен. Участок 2--3 -- задняя и передняя части цилиндра по длине работают в различных условиях, cоответствующих перечисленным выше.

Практическая часть

Содержание работы. Определяют и устанавливают необходимую скорость вращения триерного цилиндра. Опытным путем устанавливают: влияние нагрузки Q на вычерпываемость Р и полноту разделения?; углы выпадания бв коротких частиц и соскальзывания длинных частиц.

Оборудование и приборы. Работу выполняют на лабораторной триерной установке. Дополнительно требуются платформенные весы, секундомер и тахометр.

Лабораторная установка состоит из бункера 5 (рис. 33) с питающим валиком 3 и цилиндра 6, внутри которого установлен лоток 7 со шнеком 8. Бункер и цилиндр смонтированы на раме 1. Рабочие органы установки приводятся в действие от электродвигателя 11 через редуктор 12 и

клиноременную передачу 14.

Работу выполняют на установке с овсюго- или куколеотборником. Исходный материал из бункера 5 питающим валиком 3 направляется в воронку 2 и поступает в цилиндр 6. Нагрузка меняется заслонкой 4.

Рис. 33. Схема лабораторной установки для изучения процесса работы цилиндрического триера

В результате вращения овсюгоотборника частицы короткой фракции (зерна пшеницы) выбрасываются ячейками в лоток 7 (выход 1), а частицы длинной фракции (зерна овса, овсюга) идут сходом с цилиндра (выход II). Положение лотка меняют рукояткой 10. Необходимую скорость вращения цилиндра устанавливают вариатором 13. Углы выпадания ап частиц короткой фракции из ячеек и соскальзывания длинных частиц при работе триера определяют по шкале 9.

Порядок выполнения работы. 1. Снимают характеристику цилиндра триера. Для этого определяют диаметр D и длину L рабочей поверхности цилиндра, диаметр d ячеек.

2. Устанавливают с помощью вариатора 13 необходимую частоту вращения цилиндра, предварительно подсчитав ее по формуле

,

где к -- показатель кинематического режима работы цилиндра триера (к= 0,6...0,7); r-- радиус цилиндра, м.

3. Подбирают нужное положение лотка и определяют углы выпадания бв мелкой фракции из ячеек и соскальзывания частиц длинной фракции. Устанавливают утлы визуально по шкале 9.

4. Находят количество материала, выбрасываемого рабочей поверхностью цилиндра в лоток в единицу времени и полноту разделения при пяти различных нагрузках Q. Эффективность работы триера зависит также от количества материала различных нагрузках Q. Значение и интервал нагрузки выбирают с таким расчетом, чтобы при опытах ячеистая поверхность триера работала во всех условиях, перечисленных ранее. Длительность опыта 2...3 мин в установившемся режиме загрузки.

Результаты опытов и расчетов заносят в таблицу 21.

Таблица 21 Результаты опытов и расчетов

№ опыта	Длительность опыта t, с	Выход, кг	Показатель
		G1	G2	G	Q, кг/с	P, кг/с

По опытным данным определяют: нагрузку, кг/с,



Q = G/t,

где G - общая масса выходов, кг(G =G1 + G2),

t -- длительность опыта, с;

количество материала, выбрасываемого ячеистой поверхностью в лоток за единицу времени, кг/с,

P = G1/t,

где G1 -- масса выхода / (короткая фракция), кг;

полноту выделения

? = P / (cQ),

где с -- коэффициент, характеризующий относительное содержание короткой фракции в исходном материале.

Контрольные вопросы. 1. По какому признаку делится обрабатываемый материал триерной поверхностью? 2. Какие силы действуют на частицу, расположенную на рабочей поверхности цилиндрического триера? 3. При каких условиях выпадают короткие частицы из ячеек? 4. Из каких условий выбирают частоту Вращения цилиндрического триера? 5. Как влияет размер загрузки рабочей поверхности триера на показатели его работы?



Литература

1. Горячкин В.П. Собрание сочинений в 3 томах. - 2-е изд. - М.: Колос, 1968.

2. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. - М.: Колос, 1994.

3. Лурье А.Б., Любимов А.И. Широкозахватные почвообрабатывающие машины. - Л.: Машиностроение, 1987.

4. Сельскохозяйственные машины / Под ред. Г.Е. Листопада. - М.: Агропромиздат, 1986.

5. Кленин Н.И., Киселев С.Н., Левшин А.Г. Сельскохозяйственные машины. - М.: Колос, 2008.

6. Практикум по сельскохозяйственным машинам. - М.: Колос, 1999.

7. Трубилин Е.И. и др. Сельскохозяйственные машины (Конструкция, теория и расчет. Часть 1). - Краснодар, 2008.

8. Современные проблемы науки и производства в агроинженерии / Под ред. Академика РАСХН А.И. Завражнова. - М.: Лань, 2013.

Размещено на Allbest.ru

...