авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

«из ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ Максимов, Павел Леонидович 1. Универсальные текнические средства для уБорки корнеклдБнеплодов 1.1. ...»

-- [ Страница 3 ] --

4, Исключение потерь корнеплодов и обеспечение работы выкапывающего органа при различных условиях обеспечит введение в конструктивную схему пассивных вспомогательных лемешков со следующими параметрами: зазоры С;

= 0,180 м и Cj = 0,040 м, соответственно в передней и задней части лемешковых копачей длина рабочего русла копачей Lj = 0,4 м;

угол установки копачей «2=18°.

4. Кинематический режим работы роторного копателя — необходимо выби­ ла рать в пределах от 2 до 4.

5. Суммарная мощность, затрачиваемая на перемещение и привод роторно пальчатого выкапывающего рабочего органа, не превыщает 4 КВт.

3.3 Центробежно-выжимной сепаратор ЦВС-1М На основе анализа конструкций сепарирующих рабочих органов, их теоре­ тических и экспериментальных исследований, проведенных другими авторами, изложенных в главах 1 и 2, принята рабочая гипотеза, что для более качественно­ го отделения примесей от корнеклубнеплодов, необходимо сочетание цилиндри­ ческого барабана и пруткового элеватора.

Прутковый элеватор, огибая заднюю половину наружной, упругой поверх­ ности барабана и пруткового элеватора, образуют «силовой канал». На ворох, за­ ключенный между упругой поверхностью барабана и решетчатой поверхностью пруткового элеватора, в зоне подъема действуют составляющая силы тяжести и центробежная сила.

На основе данной гипотезы нами был разработан принципиально новый сепарирующий рабочий орган ЦВС (рис. 3.14) [12].

Рис. 3.14. Схема центробежно-выжимного сепаратора ЦВС Кроме того, в данном случае необходимо учесть силу упругости ремней, со­ ставляющих поверхность барабана. Под действием этих сил интенсивно разру­ шаются почвенные комки, отделяются мелкие почвенные примеси, ворох по мере освобождения от примесей транспортируется снизу вверх.

При разработке конструкции комбайна для уборки корнеплодов моркови (учитывалась форма корцеплодов, их технологические свойства и характер при­ месей в убираемом ворохе) в схему сепаратора (рис. 3.14) было введено пальча­ тое прорезиненное полотно. Получился новый сепарирующий рабочий орган, на­ званный нами ЦВС-1М (рис.3.15) [95], представляющий собой цилиндрический барабан 6, заднюю половину наружной упругой поверхности которого огибает прутковый элеватор 5. В верхней части барабана 6 пальчатое полотно 1 оттянуто направляющим вальцом 2 вперед и вверх таким образом, что на участке между верхней ветвью пруткового элеватора и барабана образуется пальчатая раздели­ тельная горка.

Рабочий процесс протекает следующим образом. Соприкасающиеся через посредство резино-пальчатого полотна поверхности барабана и пруткового элева­ тора образуют «силовой канал». Ворох, двигаясь по прутковому элеватору, попа­ дает в этот «канал», где в зоне подъема действуют: составляющая силы тяжести, центробежная сила и сила упругости от воздействия барабана. Под воздействием этих сил интенсивно разрущаются почвенные комки, отделяются мелкие почвен­ ные примеси, ворох по мере освобождения от примесей транспортируется снизу вверх.

J-- Рис.3.15. Схема одноступенчатого сепарирующего рабочего органа ЦВС-1М:

1 - пальчатое прорезиненное полотно;

2 - направляющий валец;

3 -направляющий ролик элеватора;

4 - поперечный выгрузной транспортер;

5 - прутковый элеватор;

6 - цилиндрический барабан;

7 - лоток для отвода примесей.

Под действием силы тяжести корнеплоды и тяжелые примеси скатываются вниз по горке, а мелкие примеси и растительные остатки, подхваченные пальцами горки, выбрасываются на скатный лоток примесей 7. Корнеплоды перемещаются в сторону обратную движению агрегата дополнительной сепарирующей ветвью пруткового элеватора, образованной путем оттягивания ее направляющими роли­ ками 3 и попадают на поперечный выгрузной транспортер 4.

Особенностью технологической схемы подобного сепаратора является то, что он представляет собой сочетание пруткового элеватора, цилиндрического барабана и пальчатого прорезиненного полотна. На качество работы сепаратора влияют конструктивные параметры (длина пальчатого полотна, угол наклона пальчатого полотна к горизонту, длина сепарирующей поверхности элеватора, угол наклона к горизонту поверхности элеватора) и кинематические (скорость движения пруткового элеватора и полотна разделительной горки). Условно, про­ цесс отделения корнеплодов от примесей можно разделить на три участка (рис.3.15): сепарация на прутковом элеваторе;

разрушение почвенных комков на поверхности, заключенной между барабаном и огибающим его сзади прутковым элеватором и отделение мелких примесей и растительных остатков на пальчатой горке.

3.3.1 Обоснование радиуса барабана сепаратора и давления пруткового элеватора на барабан Сложность и разнообразие явлений, сопровождающих процесс разделения компонентов вороха, вызывает большие трудности при его математическом опи­ сании. М.Е. Мацепуро, впервые исследовавший закономерности просеивания почвы под действием силы тяжести, предложил для характеристики этого процес­ са показательную функцию вида [138]:

= l-Q^-^)^ (3.47) где Q - масса почвы, поступившей на элеватор, кг;

х - длина элеватора, м;

а - коэффициент, зависящий от типа и состояния почвы.

Так'как процесс сепарации вороха зависит от множества факторов и проте­ кает в непрерывно изменяющихся природно-климатических условиях, то сложно выявить общую закономерность происходящих явлений и описать ее простой ма­ тематической зависимостью.

Применительно к центробежно-выжимному сепаратору Сорокин А.А, [125] предлагает выразить зависимость количества отсеиваемой почвы на единице площади элеватора за единицу времени от действия центробеМсных сил уравнени­ ем:

ГуЛ' q = aQ (3.48) где Ь, k - показатели степени влияния величины подачи Q и центростреми тельного ускорения V /R на сепарацию;

а - коэффициент линейности.

Конкретные конструктивные размеры сепаратора можно ориентировочно определить, не вникая в суть процессов, происходящих в момент сепарации воро­ ха. Для этого достаточно знать количество почвы, отсеиваемой единицей площа­ ди, и количество почвы, поступающей на сепарирующий рабочий орган.

Средняя секундная загрузка сепаратора подкапываемой массой (почвой, корнеплодами) без учета разницы плотности корнеплодов и почвы составляет:

Q = SV^p(l-r]om), (3.49) где S - площадь сечения подкапываемого пласта, м^;

V^ - скорость агрегата, м/с;

р- плотность почвы, кг/м (р =1200...1700кг/м ) \ JJom- коэффициент полноты отделения почвы на сепарирующем элеваторе ( rjom - 0,6...0,87).

В результате сепарации ворох массой Q делится на две фракции: почва про­ сеивается через решетчатую поверхность элеватора, а часть крупных примесей и корнеплоды двигаются далее. Суммарная их масса равна:

Q'=qaRB + laJ3QV^10-\ (3.50) где q - удельная сепарация, кг/м^-с;

aR - длина сепарирующей поверхно­ сти на дуге радиуса R, м;

В - щирина барабана, м;

/«- длина участка после закруг ления, м;

у5 - соотношение между примесями и корнеплодами в убранном ворохе;

Q - урожайность моркови, кг / га.

Приравняв правые части выражений (3.49) и (3.50), определим радиус бара­ бана Re = (3.51) ccqB При S = 0,15 м\- V= 1,25м/с;

р = 1400 кг/м^;

f]om = 0,75;

1= 0,5;

•у у Q = 2 кг/м ;

q = 130 кг/м с;

а = 1,3 рад;

В= 1,2 м, радиус барабана Rg = 0,31 м., принимаем Кб= 0,3 м.

^ Несущие ремни и прутки элеватора, в сепараторе ЦВС-1М, вплотную со­ прикасаются с поверхностью барабана. Барабан приводится'в движение за счет силы трения, возникающей между поверхностью барабана и элементами прутко­ вого элеватора.

то R Рис. 3.1 б. Схема сил к обоснованию давления пруткового элеватора на барабан Для-обеспечения работы без проскальзывания несущие ремни пруткового элеватора должны иметь первоначальное натяжение. От величины натяжения ремней зависит давление элеватора на поверхность барабана. При этом давление прутков элеватора не должно превышать критической величины, при которой на­ чинается повреждение корнеплодов. Без учета действия центробежных сил давле­ ние элеватора на барабан (рис, 3.16) можно определить по формуле [79]:

= -J—T^e-^oP ^ N = -f-T,e--^\ (3.52) Tj=T-mofF(^)\ J\ где Ьэ - ширина пруткового элеватора, м;

Rg - радиус барабана, м;

7/ - на­ тяжение ведущей ветви, Н;

тд - масса единицы объема пруткового элеватора, кг/м'';

F - площадь поперечного сечения элеватора, м^;

Vj- скорость движения ве­ дущей ветви, м/с;

JUQ - коэффициент трения;

(р - угол, определяющий приложение силы N от точки начала соприкосновения барабана и элеватора, град;

f- функция, характеризующая физические свойства материала ремней элеватора (если ремни не растяжимы, то/=1).

Однако при вращении барабана на элеватор будут действовать центробеж­ ные силы. При этом величина напряжения в ремнях элеватора до критической скорости, будет V,=J^, (3.53) где (То - напряжение в ремне, Н/м.

Она остается без изменения, а центробежные силы уменьшают реакцию (давление) между барабаном и элеватором, вследствие чего происходит выравни­ вание натяжения в ветвях. С учетом действия центробежных сил давление элева­ тора на барабан можно найти из уравнения N =(cTj -mo Vj ')(J+e ^0^^ ;

, (3.54) где CTj - напряжение ведущей ветви, Па;

^j - угол охвата на барабане, рад.

Из выражения (3.54) в зависимости от усилия Л^ и скорости движения прутко­ вого элеватора, определяем '='^=l + e-'^on+'"o^'• (3.55) Напряжение (Т2 ведомой ветви будет равно:

Момент, передаваемый прутковым элеватором, определяется из уравнения:

М =R (ar 0-2) =R,,. -^^^^. (3.57) (1 + е"^«^) Момент от пруткового элеватора на барабан передается через слой вороха, состоящего из ботвы, корнеплодов и почвенных частиц. При этом корнеплоды и комки почвы испытывают статическое давление.

Натяжение элеватора, огибающего барабан, должно быть таким, чтобы воз­ никающее давление между упругой поверхностью барабана и прутками элеватора было больше усилия, необходимого для полного разрушения почвенных комков (117...245 Н) [138], но меньше усилия раздавливания корнеплодов. Наибольшее количество корнеплодов моркови (61%) дает трещины при нагрузках 300...600 Н [102]. Следовательно, величину давления пруткового элеватора на барабан для уборки корнеплодов моркови предварительно можно принять в пределах 245... Н.

3.3.2 Кинематический анализ работы пальчатого полотна После попадания частицы на полотно ее абсолютная скорость складывается из двух составляющих: переносной (вместе с полотном горки) и относительной.

7" При F F^ и sinazf cosa^ частица будет двигаться вверх вместе с полотном горки, пока ее абсолютная скорость не-станет равной нулю. Если тангенциальная составляющая силы тяжести G sina^ становится больше предельной силы трения, то частица будет скатываться вниз. Определим движущую силу F = Gsina-F, где G - сила тяжести, Н;

а^ - угол наклона горки, град.;

F - сила трения, Н.

Движущая сила сообщит корнеплодам относительное ускорение Gsma F а= т т Силу трения представим как : F =mg cosaff^p, где / - коэффициент трения движения.

Следовательно, выражение для ускорения будет:

Gsina „.,. fmp.

а= gf cosa = gsma(\ ^). (3.58) т ^ tga Данное уравнение показывает, что в абсолютном движении частицы по по­ лотну ускорение постоянно, не зависит от скорости полотна, а зависит от соотно­ шения коэффициента трения движения и угла наклона пальчатой горки. Учитывая конструктивные особенности нового.сепарирующего рабочего органа, можно сделать предположение о том, что при повышении скорости полотна коэффици­ ент отделения почвенных комков и растительных примесей увеличивается. Этому должен способствовать быстрый вынос примесей с высоким коэффициентом тре­ ния ^^г, (особенно растительных примесей).

Таким образом, скорость пальчатого полотна необходимо установить такой, чтобы обеспечить вынос примесей, в то же время корнеплоды должны успеть сойти с пальчатой горки. Исходя из приведенного выше анализа, а также опираясь на результаты исследований, проведенных другими авторами, и учитывая конст руктивные особенности нашего сепарирующего рабочего органа, примем ско­ рость пальчатого полотна F„ =1,5...2,0 м/с.

Одним из параметров, определяющих возможность разделения компонен­ тов вороха на горках с подвижным полотном, имеющим штифтовую поверхность, являются углы скатывания компонентов (корнеплод, примеси) с этой поверхно­ сти. На рис. 3.17 представлены результаты исследований В.А. Хвостова [138] влияния зависимости полноты скатывания (схода) компонентов вороха с поверх­ ности горки от угла наклона полотна.

iO 2Q 50 т 50 т Рис. 3.17. Зависимости полноты скатывания (схода) компонентов вороха с поверхности горки от угла наклона полотна (по В.А. Хвостову):

1 - корнеплоды без ботвы;

2 - е двумя - тремя листьями;

3 - е ботвой;

4 - черешки ботвы;

5 - листья ботвы.

Исходя из этих зависимостей, можно отметить следующее. Как видно из гра­ фика (рис.3.17), скатывание корнеплодов без ботвы происходит при угле наклона а2= 20...30°, корнеплоды с ботвой - ог^ = 40...60°, черешки и листья ботвы - (2^ = 60...90°.

На основе анализа, проведенного Г.Д. Петровым [108], можно сделать вы­ вод, что Tipnfffip/tga^ = 1, то есть upuf^p = /"ga^ частицы будут находиться на полотне в неопределенном положении. Возможно их движение вверх, вниз или зависание на одном месте. Поэтому, чтобы корнеплоды скатывались вниз, необ­ ходимо обеспечить отношение У^^^р j^ / tga 2 1- Для того, чтобы в то же время почвенные комки и растительные примеси выносились горкой вверх, необходимо выполнение условия/,;

^^г, ^ / tga г 1 • Для определения угла наклона пальчатого полотна к горизонту [108], при­ мем Jmpcp л, г = 1, тогда tga =-Jmpcp.

tga Определим средний коэффициент трения движения ^тр ср ~(jmp к '^ Jmp и/ / -^ ^^^/тр к fmp п ~ средний коэффициент трения движения корнеплодов и примесей соответственно, тогда tga =(fmp к '^ fmp гт) ^ ^ Поскольку^^ j^ = 0,79;

fy^p ^ = UllS [138], то подставив значения, полу­ чим а = 45° - /1сО Угол наклона а= 45 — минимально допустимое значение, так как в естест­ венных условиях движение корнеплодов осуществляется по поверхности горки, на которой уже находятся примеси и другие корнеплоды. Во избежание затора при движении встречных потоков необходимо увеличить угол наклона.

Учитывая конструктивные особенности нового сепарирующего рабочего органа, примем угол наклона пальчатой горки к горизонту а^= 50°...70°.

Участок MB (рис.3.19) пальчатого полотна представляет собой продольную разделительную горку, движущуюся вверх с постоянной скоростью V^. Опреде • лим путь L,, пройденный в абсолютном движении корнеплодами, представив для упрощения корнеплоды в виде катящихся тел цилиндрической формы (рис. 3.18).

Запишем уравнения равновесия тела [43]:

mg sin а = N sm/л + ff^p N cosju + тх, mg cos а = N cos^ -f^p N sinfj., (3.59) - d(o _ 2 dco dt dt где. mg - сила тяжести, Н;

a^ - угол наклона горки, град.;

Л^ - нормальная реакция;

J - момент инерции;

р, - радиус инерции;

й) - угловая скорость, рад/с;

f fyip - коэффициент трения;

// - угол качения, град.

Решение уравнений дает переносное ускорение [43] ji = g cos а (tga - tgqi), (3.60) TJlfi (p = (p + JLL Относительное ускорение вращения j2=^^osa[tgq) -tgju, (3.61) P Ускорение скольжения J3 =Ji -J2 =g cosa (tga - tgM). (3.62) где tgM = tg(p (1+ —^).

Pi Если js = 0 T качение - скольжение заменяется качением, тогда O tga = tg М.

Ускорение качения у^ определим dX г dco г J4 = —T = : r = "i :^gcosa{tga-tgju), (з.бЗ) t/r cos// dt r^ + pf Ускорение и скорости начального качения-скольжения в относительном движении:

dco _.

X = Jil X = V-Jit;

^~^-J2, (rco)t=jt. (3.64) В абсолютном движении скорость в момент Г/ будет равна V,j=V-(r(o)Tj. (3.65)..-.в X Рис. 3.18. Схема сил, действующих на частицу, находящуюся на пальчатом полотне.

А затем тело на мгновение абсолютно остановится, после чего начнет все время опускаться. Определим путь Z,^, пройденный в абсолютном движении за все время:

V Тп -= 2 2 ' •• р L^=vJ-^=, ^Vte^--^^^) ^3.66) 2 2gr cos a{tgM-tga)(tga-tgju) При «=70°, r = 0,15 M, / / = 9 °, ^ ' = ^ +// = 75° получим L^ = 0Д F;

, =1M/C, M. С учетом величины погрешности (разная форма и размеры корнеплодов изме­ няющийся по времени состав вороха, перекосы машины), а также времени, необ­ ходимого для приобретения тангенциальной скорости, рабочую длину горки при­ мем равной Z,^ = 0,35м...0,40 м.

3.3.3 Дальность и высота полета корнеплодов после их схода с пруткового транспортера От дальности и высоты полета корнеплодов, прежде всего, зависит степень их повреждаемости. Эти. же показатели необходимы для обоснования взаимного расположения нового сепарирующего рабочего органа и выгрузного транспортера уборочной машины (если он в нее встроен), а также для нахождения оптимальных режимов работы сепарирующего рабочего органа.

Дальность и высота сбрасывания зависят, кроме того, от величины и на­ правления абсолютной скорости в момент отрыва корнеплодов от поверхности пруткового элеватора.

Рассматривая корнеплоды как материальную точку, проследим движение тела, брошенного с абсолютной скоростью VQ под углом а к горизонту (риС;

3.19). Поместим начало координат в начальном положении точки, на точку действует только одна сила тяжести G.

Запишем дифференциальные уравнения движения точки:

dy dx — = а;

— = -g dt dt Проинтегрировав эти уравнения, ползшим V, = Cj', Vy = -gt+C2.

Начальные условия в задаче имеют вид при t = 0,x = 0,y = Vx = Va.cosа;

C2=Vosma.

Удовлетворяя начальным условиям, будем иметь: Cj =VoCOsa, Рис. 3.19., Схема к определению дальности и высоты полета корнепло­ дов после их схода с пруткового транспортера Подстановка начальных условий дает Сз = С4 = О, а уравнения движения точки имеют вид:

X =Votcosa, gt у =Votsma- (3.67) Исключая из уравнения (3.67) время t, получим уравнение траектории точки y = xtga- f ^. (3.68) a 2KO COS Определим горизонтальную дальность движения, то есть измеренное вдоль оси OJf расстояние 00 j = L\ полагая в равенстве (3.67)у=0, найдем точки пе­ ресечения траектории с осью 0Yиз уравнения x(,tga~_,^, ) = 0.

Получим _ _ 2У^о cos^ atga X] —и, Xj —.

g Первое уравнение дает точку О, второе- точку О/. Следовательно, L' = Х2У тогда и = -^—sm2a,-. (3.69) g Следовательно высота траектории Н составляет:

Я= sin а. (3.70) 2^ Таким образом, имея уравнения (3.69) и (3.70) и зная угол наклона прутко­ вого транспортера, можно получить траектории движения корнеплодов, сходящих с пруткового транспортера при различных скоростях его движения.

Для наиболее полного описания процесса, происходящего с корнеплодами после их схода с пруткового элеватора, необходимо знать критическую скорость их соударения с поверхностью выгрузного элеватора.

P.M. Махароблидзе [82] для описания процесса разрушения материалов (корнеплодов) с упруго вязкими свойствами предложили использовать энергети­ ческий критерий прочности. Сущность этой теории в том, что в процессе дефор­ мации некоторая часть энергии рассеивается при внутреннем трении в демпфере, • т.е. энергия накапливается, как потенциальная энергия пружины. Разрушение происходит, когда это значение достигает величины критической удельной рабо­ ты. Согласно [82] критическая скорость найдется:

подставляя данные: 7пр =0,23 Н/м^;

I = 0,2 м ;

Е =0,8 Н/м^;

F =1,85 10'^ м ;

М=4,3 Ш^ Нс^/м, получим V^p =3,27м/с.

Однако необходимо отметить, что расчеты V^p выполнены при допущении, что корнеплоды ударяются об абсолютно жесткую опору, тогда как реальные корнеплоды взаимодействуют с движущейся лентой транспортера. Поэтому ве роятность'^травмирования корнеплодов на скоростях, близких к V^p, крайне мала.

В результате проведенных теоретических исследований сепарирующего устройства ЦВС-1М комбайна для уборки корнеклубнеплодов установлено сле­ дующее: цилиндрического барабана RQ = 0,6 м.;

скорость пальчатого полотна в пределах F^ =1,5...2,0 м/с;

угол наклона пальчатого полотна к горизонту в пре­ делах а,, = 50...70°, рабочая длина горки в пределах L^ = 0,35...0,40 м.

3.4 Центробежно-выжимной сепаратор ЦВС- У сепаратора, описанного выше, мала степень сепарации и на тяжелых поч­ вах приводит к большому количеству примесей в убранном ворохе.

Учитывая это, для более тяжелых условий работы и упрощения конструк­ ции предлагается схема центробежно-выжимного сепаратора ЦВС - 1, показан­ ная на рис. 3.21 [95,97,98 ].

Несущие ремни основного элеватора 4 огибают сзади два сплошных диска 3 с ободами, закрепленных на одном общем валу. На дисках 3 закреплены пальцы 5, переставляемые по отверстиям в радиальном направлении. На пальцы надет приемный прутковый элеватор 1.

Поскольку элеватор 1 размещается между дисками 3, его ширина меньше ширины основного элеватора 4.

Vn Рис. 3.20. Схема центробежно-выжимного сепаратора ЦВС -1 из двух прутковых элеваторных полотен Такая конструкция сепаратора позволила:

- значительно увеличить отделяемость примесей, за счет замены сплош­ ной прорезиненной ленты на прутковый элеватор;

снизить повреждаемость и легко перенастраивать сепаратор на уборку различных корнеклубнеплодов, путем регулировки зазора между полот­ нами элеваторов.

3.4.1 Разрушение почвенного пласта сжатием в приемной камере сепаратора Исходным материалом, подлежащим переработке в картофелеуборочной машине, является картофельная грядка. Последняя характеризуется неоднородно­ стью входящих в нее компонентов, которыми являются: почва, клубни картофеля, ботва, остатки сорной растительности. На долю почвы приходится до 97...98% от массы пласта грядки, подкапываемой машиной. Следовательно, в исходном мате­ риале почва является основной примесью, подлежащей отделению.

Процесс разрушения почвенного пласта при сжатии следует рассматривать как двухфазный процесс. В первой фазе происходит нарушение монолитности пласта, связанное с перемещением отдельных частиц, в результате нарушения связей между ними. Вторая фаза связана с разрушением крупных почвенных ком­ ков в результате их перенапряжения. При сжатии пласта в отдельных точках его возникают, как нормальные, так и касательные напряжения. При этом нормаль­ ные напряжения сближают отдельные частицы, вызывая упрочнение пласта. Ка­ сательные напряжения наоборот, вызывают относительные перемещения агрега­ тов и разрушение их. Разрушение почвенного пласта сжатием осуществимо, как при возможности бокового расширения этого пласта (линейное сжатие), так и при невозможности его (объемное сжатие).

Разрушение отдельных почвенных комков при линейном сжатии в доста­ точной мере изучено многими исследователями, в результате получен ряд зако­ номерностей, позволяющих установить оптимальные параметры комкоразру шающих рабочих органо5[108].

Проанализируем процесс уплотнения почвенного пласта и разрушение ком­ ков в приемной камере центробежно-выжимного сепаратора.

Подаваемый прутковым элеватором пласт почвы, поступает в приемный канал (рис. 3.21), ограниченный сверху нижней ветвью клубнеприемного элевато­ ра 1, снизу верхней ветвью основного элеватора 2.

• Приложенные к почвенному пласту нагрузки вызывают изменение объема данного пласта, являющееся результатом вытеснения воздушной фазы и более плотного размещения частиц почвенного вороха. Величина изменения объема пласта зависит от сопротивления почвы сжатию и повышается с увеличением глубины погружения прутков z нижней ветви клубнеприемного элеватора.

Рис. 3.21. Схема разрушения почвенного пласта сжатием:

1 - клубнеприемный элеватор;

2 - основной элеватор;

3 - барабан Деформация пласта прекращается, когда сопротивление сжатию становится равным величине приложенной нагрузки. В момент прекращения деформации:

q^p. (3.72) где q - приложенная нагрузка, Н/м ;

р — сопротивление почвы сжатию, Н/м.

Hop = fiz), (3.73) следовательно, q = f(z).. (3.74) Пусть объем пласта до приложения нагрузки равен VQ И после приложения нагрузки Vi. Коэффициент сжатия пласта:

Ь --^. • • (3.75) в случае асимметричной нагрузки:

h = —, (3.76) Я где h - конечная толщина пласта, м;

Я - начальная толщина пласта слоя, м.

Наибольшая относительная деформация Б слоя с начальной толщиной Я, которую можно получить при прокатывании барабана радиусом RQ:

^^J_H-f^^R,a-cosaJ н •н где RQ — радиус барабана, м;

а „ - угол поворота барабана, град.

Максимальная плотность пласта под вертикальным радиусом барабана:

Гшах=^ (3.78) где уо - начальная плотность слоя вороха толщиной Н, кг/м^;

h У(\ Выразив из (3.78) отношение — = и подставив его в уравнение (3.77) max получим:

Я/о /max — Ггг пЛ М' (3.79) С другой стороны, плотность прессования вороха под барабаном можно найти по максимальному напряжению _^7?g(l-C0SQrJ max jj где Е - модуль упругости материала при сжатии, Н/м.

Учитывая, что сжатие материалов вороха (почвы) до определенной плотно­ сти приближенно следует линейному закону, поэтому можно записать, что ь (3.80) я V УJ Чтобы найти среднее давление на площади контакта, а вслед за этим сум­ марную нагрузку на барабан, необходимую для сжатия вороха на величину Н — h, определим давление на элементарной дуге da (см. рис. 3.21).

R^Eicos^a-QOsa^l Н откуда среднее давление на площади контакта 1 "iR.E. ч^ R.E г. S.

Р^р^— \—^—\cosa-cosa,^)da = —^^—(sinci:^-сшcosа„J. (3.81) сс^ о Н а^Н Суммарное усилие на дуге АВ барабана длиной /^ Рсж = R^6lsE{sma„-a,, cosa„) JH. • (3.82) При решении практических задач можно допустить, что между приложен­ ной нагрузкой и деформацией пласта имеется линейная зависимость. Наиболее распространенной является линейная зависимость Горячкина-Шульца-Грандвуале Pcp{q) = kz (3.83) где к- коэффициент объемного смятия, Н/см\ к= 0,5...2 Н/см^ —для разрыхленного пласта;

к = 3...5 Н/см'' - для комковатых почв;

z - величина линейной деформации, см.

z = H-h = H{\-s),. (3.84) h где • = —, Я следовательно, ^с^=^^(1-4 (3.85) Суммарное усилие на дуге АВ= КбО.,, барабана длиной IQ Рсж=^бСС.1бкН{\-8), (3.86) \-{H-h) где а„ = arccos Если принять k =3 Н/см^;

Н = 10 см;

h = 8см, тогда PQ = 6 W*Н/м. При установившемся режиме работы уборочной машины, в конкретных условиях пер­ воначальная толщина пласта //(рис. 3.21, 3.22) и коэффициент объемного смятия к остаются постоянными. Величину приложенной нагрузки Р, в необходимых случаях, можно регулировать изменением величины h. Для этого в конструкции сепаратора необходимо предусмотреть устройство, обеспечиваюшее изменение величины радиального зазора между поверхностями основного и клубнеприемно го элеваторов в зоне их максимального сближения (подъема). С целью избежания повреждения клубней, указанный зазор должен быть несколько больше толщины самых крупных клубней картофеля.

Результаты исследований И.М. Полуночева [66] указывают на то, что проч­ ность почвенных комков и клубней находится в прямой зависимости от их разме­ ра. Средняя прочность мелких комков почвы (21...30 мм) составляет 40...50 Н, крупных (71,..80 мм) - 120...200 Н. Средняя прочность клубней изменяется от 490 Н (при.толщине 21...30 мм) до 1300 Н при толщине (71...80 мм). Средняя прочность клубней всех классов толщины превосходит среднюю прочность ком­ ков легких суглинистых почв. Усилие необходимое для раздавливания комков среднего и тяжелого суглинков может достигать 350 Н.

Допустимой сжимающей нагрузкой на клубень можно считать нагрузку 200...250 Н. Следовательно^в тех случаях, когда прочность комков не превышает 200 Н их можно разрушать методом сжатия.

В отличие от других известных устройств для разрушения комков, напри­ мер спаренных пневматических баллонов, в приемной камере исследуемого сепа­ ратора процесс деформации пласта и нарастание сжимающей нагрузки происхо­ дит не резко, а постепенно на значительном пути перемещения. Кроме того, в случае объемного сжатия возникает наиболее вероятная возможность создать зна чительные напряжения во всех точках разрушаемого пласта.

Эти факторы способствуют повышению эффективности разрушения комков и сепарации почвы.

При к = 3 Н/см^', Н = 10 см;

h = 8 см, q= 6 Н/см^ величина приложенной нагрузки (сжимающей силы) составит:

для мелких комков P = 7ir q =42,39 Н;

для крупных комков Р = 394,14 Н.

Пример расчета указывает на то, что при коэффициенте объемного смятия почвы к = 3 Н/см^ возможно полное разрушение комков в приемной камере сепа­ ратора.

Схема сил, действующих на ворох в центробежно-выжимном сепараторе, изображена на рис. 3.22.

Суммарное давление равно:

Рс ~ Рц + ^w + Р'сж ' (3.87) где Рц - давление от действия центробежных сил, Н/м^;

Р^ - давление от силы тяжести, Н/м ;

Рсж ~ давление сжатия пласта, Н/м.

Выразим давления Рц и Рщ через параметры центробежно-выжимного сепа­ ратора.

1. Давление центробежных сил Рц [125]:

dm— Q—^-da — ^6 '^ ^6 QV Pu =,= = ^— ' (3.88).^ R^doB.. R^daB R^B где dm - элементарная сепарируемая масса от подачи Q за время dt\ RdccB - элементарная поверхность барабана.

2. Давление Р^ силы тяжести вороха сепарируемой массы:

р ^ dmgcosa ^^ у ^ _ Qgcosa RgdaB RgdaB BV ' Рис. 3.22. Схема сил, действующих на сепарируемый ворох в центробежно-выжимном сепараторе Величина Рсэю зависит от прочности комков или коэффициента объемного смятия к. Чем больше к, тем больще сжимающее усилие Рсж- Практически мож­ но получить любое желаемое значение Рсж- Важно не допустить при этом по­ вреждения клубней. Плавность нарастания Рсж по мере движения пласта можно регулировать не только изменением радиального зазора /г, но и изменением по­ ложения нижней ветви клубнеприемного элеватора. С этой целью на копателях (рис. 3.23) направляющий валец клубнеприемного элеватора размещается над ле­ мехом на высоте толщины захватываемого пласта, такой сепаратор получил на звание ЦВС-1К.

Кроме того, следует отметить, что приемная камера образована двумя дви­ жущимися решетчатыми поверхностями, состоящими из круглых прутков. По­ этому при сжатии пласта, вследствие непрерывного истечения мелкой фракции почвы через просветы между прутками, в отдельных точках его возникают как нормальные, так и касательные напряжения. При этом первые сближают отдель­ ные частицы, вызывая упрочнение пласта, вторые же, наоборот, вызывают отно­ сительные перемещения (сдвиг) пласта.

Рис. 3.23. Схема сепарирующего устройства ЦВС-1К Все это позволяет: значительно увеличить длину приемной камеры, много­ кратно повысить интенсивность сепарации, уменьшить вероятность повреждения клубней. •.

3.4.2 Ременно-инерционное устройство для отделения ботвы картофеля от клубней внутри машины РИБ Специфическим процессом для картофелеуборочных комбайнов является необходимость отделения остатков ботвы внутри уборочной машины.

На основе анализа существующих конструкций ботвоотделителей, теорети­ ческих исследований, выполненных другими авторами, а так же многолетних тео­ ретических, лабораторно-полевых исследований и испытаний нами был разрабо­ тан новый ботвоотделяющий рабочий орган ременно - инерционного типа (РИБ) (рис. 3.24) легко вписавшийся в конструктивную схему центробежно-выжимного сепаратора.

Ботвоотделитель состоит из ряда параллельно размещенньгс бесконечных ремней круглого сечения 6 и направляющих шкивов 9. Ремни 6 с необходимым интервалом надеты на клубнеприемный элеватор 1 и шкивы 9. При этом блок шкивов 9.смещен назад относительно-ведущего вала 4, для того, чтобы задние ветви ремней ботвоудалителя 6 соприкасались с прутками элеватора 4, огибаю­ щими вал 11. Клубнеочесывающий пруток 7 размещен в зоне огибания ремнями ведущего'вала 11. Пруток 7, закрепленный на концах шарйирно подвешенных рычагов 8 с помощью пружин 10, прижат к ремням 6.

Основной прутковый элеватор 4, клубнеприемный элеватор 1, ремни ботво­ удалителя 6, приводятся в движение от одного вала 11.

Процесс отделения клубней от ботвы начинается сразу после поступления массы на сепарирующий рабочий орган и продолжается до выхода ботвы из ма­ шины.

При этом представляется возможным весь путь разделить на три участка:

- предварительного разделения клубней и ботвы при взаимодействии по­ верхностей элеваторов с ворохом в зоне захвата;

- свободного полета и отрыва клубней;

- очесывания ботвы.

t ^ Рис. 3.24. Схема ременно-инерционного ботвоотделяющего устройства РИБ:

1- клубнеприемный элеватор;

2- вал клубнеприемного элеватора;

2- диски;

4- основной элеватор;

5- пальцы;

6 - ремни;

7 - клубнеочесываю щий пруток;

8 - рычаг;

9 - блок направляющих шкивов;

10 - пружина;

11 - ведущий вал.

3.4.2.1 Зона захвата клубней В приемной части (в зоне разделения) затягивание ботвы с клубнями и поч­ вой в рабочую щель осуществляется силами трения, возникающими между ком­ понентами вороха и рабочими поверхностями основного и клубнеприемного эле­ ваторов. При этом ворох уплотняется, толщина его уменьшается, компоненты во­ роха, в том числе, ботва с клубнями, деформируются. Все это способствует отде­ лению клубней от ботвы. Степень деформации ботвы зависит от величины дейст­ вующих на нее сил (рис. 3.25).

Пусть толщина вороха Н при входе в рабочую щель уменьшается до вели­ чины h. Выбрав начало координат О/ в точке пересечения вертикального диа­ метра с поверхностью вороха, выделим на дуге окружности поверхности клубне­ приемного элеватора, соприкасающегося с ворохом, элементарный отрезок dl.

При ширине элеватора В на его поверхности выделим элементарную поверхность dS—bdl, которую с достаточной степенью точности можно считать прямоуголь­ ным треугольником. Тогда элементарная сила реакции на эту поверхность равна:

dR = (jbdl, где о— напряжение смятия почвы, Н/м.

При'изменении толщины вороха в пределах пропорциональности (когда удельное сопротивление возрастает пропорционально линейной деформации).

О- = qy, где q - коэффициент объемного смятия почвы, Н/м^;

_у- линейная дефор­ мация почвы, м.

Часть сегмента dl, dy, dx можно принять за треугольник, у которого угол между сторонами dl и dx равен центральному углу а, тогда di=-^.

.. sin а \ /к X 0' \ /•••'/ 1*...•.

Н • Rt •.••• 1• у Рис. 3.25. Схема взаимодействия поверхностей элеваторов в зоне захвата Подставив в выражение для элементарной силы значения а и dl, получим:

sin а В результате интегрирования j, = ^''fy,y^b,(H-Hr (3.90) sma о Isina где b- ширина элеватора, м;

д- коэффициент объемного смятия почвы, Н/м'' ;

Н- толщина вороха при входе в щель, м;

/г - величина радиального зазора между поверхностями элеваторов, м.

Как видно из рис. 3.25. при условии равновесия сила сопротивления затяги­ ванию вороха в рабочую щель равна:

bq{H - hf R, ^Rsma = (3.91) В данном случае нас интересует вертикальная составляющая силы сопро­ тивления /?/,, действующая в направлении перпендикулярном плоскости движения вороха:

R,=Rcosa = '"'^'''''^"^". (3.92) Удельное давление на ворох можно получить делением вертикальной со­ ставляющей силы сопротивления на площадь прямоугольной формы, длинной стороной которой является щирина пруткового элеватора В, короткой - проекция дуги контакта элеватора с ворохом в приемной зоне на горизонтальную плоскость (H-hf равная. После преобразовании получим:

tga Р = ^Ш^^, (3.93) Значения коэффициента объемного смятия q деформированного пласта, сходящего с лемеха, изменяются в пределах 0,8...2 Н/см^ {^^V На первичном се­ парирующем элеваторе пласт расслаивается и разрыхляется.

На в'ходе в рабочую кольцевую щель центробежно-выжимного сепаратора q = 0,3... 1,2 Н/см^. Средняя толщина слоя вороха Н на входе в рабочую кольцевую щель составляет:

Н=^^^^,и (3.94) bV„r где Q - секундная загрузка мащины подкапываемой массой, кг/с;

qi количество почвы просеивающейся в секунду на первом элеваторном полотне или на горизонтальном приемном участке элеватора, кг/с;

Ь - щирина элеватора, м;

F„ - скорость-движения почвы по элеватору, м/с;

у- объемный вес почвы, кг/м''.

В конструкции сепарирующего органа следует предусмотреть регулировку величины радиального зазора кольцевой щели h. Минимальное ее значение опре­ деляется толщиной самых крупных клубней картофеля. С увеличением h зна­ чение удельного давления уменьщается.

Зная величину удельного давления, нетрудно доказать возможность отделе­ ния клубней от ботвы в приемной зоне сепаратора. Процесс отделения клубней схематично изображен показан на рис. 3.26.

При затягивании клубненосного пласта в кольцевую рабочую щель, ботва плотно зажимается по всей длине между частицами почвы и не имеет возможно­ сти перемещения в вертикальном направлении. Отдельные крупные включения пласта (клубни, комки) задерживаются на прутках нижнего элеватора, перекрывая проход мелким почвенным частицам, и являются опорой для вышележащих клуб­ ней. Могут быть случаи, когда клубень, находится над просветом между прутками элеватора, а его столон опирается на соседний клубень или плотный ком почвы.

Такой клубень не имеет прочной опоры, поскольку мелкие почвенные частицы проваливаются в просвет между прутками, и он под действием вертикальной со­ ставляющей силы сопротивления затягиванию пласта в щель и силы тяжести пе­ ремещается свободно в вертикальном направлении.

Рис. 3.26. Схема отделения клубней от ботвы в приемной зоне сепаратора Такое перемещение вызывает деформацию изгибы и растяжения столона, в конечном итоге его отрыв от клубня.

Усилие отрыва столона должно быть меньше суммы сил, действующих на клубень R^mg + FP, (3.95) где F - миделево сечение клубня, м^.

в данном случае в расчетах можно принять минимальное значение FT.Q.

F = 7W, где ''' г - радиус поперечного сечения круглого клубня, м.

Подставив в формулу значение Р, получим зависимость, определяющую урловие отрыва столона от клубня :

КтеУ''^^-^\ (3.96) При минимальных значениях: т = 0,03 кг;

г = 0.04м;

q = 0,3-10^ Н/с;

Н = 0,12м;

h = 0.08м, получим Re = 30,08Н.

Результат решения примера указывает на то, что даже при минимальных размерах клубней и незначительном коэффициенте объемного смятия возможно отделение клубней от ботвы.

3.4,2.2 Зона свободного полета и отрыва клубней На выходе из рабочей кольцевой щели ворох раздваивается вследствие из­ менения направления скорости движения поверхностей основного и клубнепри­ емного элеваторов (рис. 3.27). Освободившиеся в приемной камере от ботвы клубни и „часть комков почвы, вследствие действия на них составляющей силы тяжести, увлекаются наклонной движущейся поверхностью клубнеприемного элеватора. Основная масса ботвы и клубней зажатая между поверхностью основ­ ного элеватора и ботвоотделяющими ремнями, движется вверх.

При этом следует указать на четыре фактора, обеспечивающие отрыв клуб­ ней от ботвы по мере продвижения вороха вверх.

В момент выхода вороха из кольцевой щели отдельные клубни, в основном мелкие, застрявшие в просветах между прутками клубнеприемного элеватора, резко изменяют направление движения и отрываются от ботвы.

Рис. 3.27. Схема движения клубней в зоне свободного полета и отрыва Отрыву ботвы способствуют также свободные клубни, непрерывно посту­ пающие на клубнеприемный элеватор. По мере движения вверх и уменьшения за­ зора между поверхностью основного элеватора и ботвоудаляющими ремнями, клубни под действием прутков выжимаются в просвет между ремнями. При этом клубни изменяют свое положение, перемещаются друг относительно друга в раз­ ных направлениях, что вызывает деформацию и разрыв столонов. Однако боль­ шая часть клубней, выжатая в просвет между ремнями, свисающая на ботве, от­ рывается в процессе свободного полета под действием центробежной силы и со­ ставляющей силы тяжести.

Отдельные клубни, застрявшие между стеблями и листьями ботвы и сорня­ ков, выжимаются и отрываются клубнеочесывающим прутком.

Не оторвавщийся клубень, выжатый в просвет между ремнями, подвешен­ ный на ботве, отклоняется от поверхности элеватора до тех пор, пока не займет положение линии, совпадающей с радиусом ведущего вала элеватора (рис. 3.28).

Рис. 3.28, Схема сил, действующих на клубень в момент отрыва Из рис. 3.28 видно, что для отрыва клубней от столона необходимо, чтобы усилие отрыва столона было меньше суммы сил, действующих на клубень, т.е.

R^ mgcosa + F^;

mV^ V^. (3.97) R. mgcosa-] — = m(gcosa + — - — ), где VJ- скорость основного элеватора, м/с ;

r^ - радиус ведущей звездочки основного элеватора, м ;

/^ - длина свисающей части ботвы, м.

Скорость элеватора V^ и радиус ведущей звездочки г^ - постоянные вели­ чины. Длина свисающей части ботвы - величина переменная, зависящая от мно­ гих факторов. При расчетах целесообразно принять минимальную ее величину.

Определим усилие отрыва столона при следующих значениях параметров, входящих в формулу (3.97): г^ = 0,08м;

Vj - 1,8м/с;

т = 0,08 кг;

Ig = 0,02м;

а= 15", тогда Re = 3,34Н.

Это указывает на то, что не все клубни отрываются в зоне свободного их полета. По данным Г.Д. Петрова, усилие, необходимое на отрыв клубня от столо­ на, колеблется в пределах 2...12Н[108].

В связи с этим, напрашивается вывод, что без наличия дополнительного устройства полное отделение ботвы от клубней невозможно. Таким дополнитель­ ным устройством является очесывающий пруток.

3.4.2.3 Зона очесывания клубней В приемной камере и в зоне свободного полета от ботвы отделяется боль­ шая часть клубней. Остаются отдельные клубни, застрявшие в массе стеблей и листьев ботвы, сорной растительности.

Для отделения таких клубней и отсекания их от ботвы применяется очесы­ вающий пруток, представляющий собой стальной стержень круглого сечения, на который свободно надета трубка. Пруток закреплен на свободных концах под­ пружиненных рычагов, вторые концы которых шарнирно связаны с рамой маши­ ны. Пруток прижимают к поверхности элеваторного полотна и к ботвоудаляю щим ремням в зоне огибания ведущего вала.

В процессе работы, вследствие непрерывного поступления ботвы и сорной растительности между прутками элеватора и очесывающим прутком всегда име­ ется зазор h. Для качестЁенного отрыва и выжимания клубней необходимо обес­ печить такое усилие прижатия очесывающего прутка, которое способствует луч­ шему протаскиванию ботвы без проскальзывания.

Рассмотрим взаимодействие валиков с клубнем (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Схема взаимодействия ведущего вала элеватора, очесывающего прутка и клубня в момент контакта Равновесие системы представляется в следующем виде:

^Х = N^s'ma-Fcosa-FiCOsa^+Nsma =0;

^Y = N^cosai +FiSinciri -A/^cosa-FsinQr = 0.

В свою очередь F = Ntg(p^ и Fj = N^tgcp^.

Подставляя значения F HF]H решая систему уравнений относительно Л^;

, получим:

N(l.+ tgp^tg(p) cosa(tg(p- tga) - Ncosa{\ - tgcp^tga) = О. (3.98) tga^-tgcp^ Для того, чтобы клубни не захватывались валиками, необходимо левую часть уравнения иметь большей нуля. Решая неравенство, имеем:

Это.общее условие.не захвата клубней при отрыве их от ботвы двумя вали­ ками, которое сохраняется и для валиков с разновеликими диаметрами. Исходя из этого условия, определим необходимый диаметр трубки очесывающего прутка.

Из рис, 3.30 имеем:

Z) + D,, D^d D,+d -л-h = cosdf + —* cosa,, 2 2 2 ' где D - диаметр ведущего вала (звездочки) элеватора, м;

Dj - диаметр трубки очесывающего прутка, u;

d- диаметр клубня, м;

/z - зазор, м.

После преобразований, получаем )(l-cosa) + D,(l-cosc)ri )-d{cosa + Qosa{) + 2h = 0. (3.99) В нашем случае диаметр равен диаметру делительной окружности стан­ дартной ведущей звездочки, т.е. D = 0,17 м.

В частном случае примем а =20 °.

С учетом того, что углы трения ботвы по стали ^/ и (р2 одинаковы и равны (pi = (Р2 = 32°, будем иметь ai 2(р та =64°- 20° =44°.

С учетом приведенных допущений уравнение (3.99) запишется:

- 0,01 +1,64^-2/г ' (3.100) '~ 0, Величина зазора h определяется из условия полного захвата стеблей ботвы при максимальной секундной производительности h -= ^ э э 3.

где Qj - секундная подача ботвы, кг/с;

у - объемный вес ботвы, кг/м^;

4Г Ьэ - ширина элеваторного полотна в зоне очеса, u\Vj- скорость элеватора, м/с.

При данных у= 135 кг/м ;

Ь^ = 1,2 м;

Уз = 1,8 м/с;

Qj = 2,208 кг/с.

Зазор/г = 0,0085 м Окойчательно диаметр очесывающего прутка при очесывании клубня диа­ метром d =0,03 м будет составлять Dj =0,079м.

Следовательно, при диаметре очесывающего прутка равном D;

= 0,079м клубни диаметром d =0,03 м не будут захватываться в зазор между элеватором, огибающим ведущий вал и очесывающим прутком. При меньшем диаметре оче­ сывающего прутка захват клубней исключается. С условием обеспечения прочно­ сти примем диаметр очесывающего прутка Dj= 0,040м.

3.4.2,4 Определение параметров клубнеприемного элеватора Клубни, отрывающиеся от ботвы в зоне свободного полета, движутся под углом к горизонтальной плоскости, поднимаются на некоторую высоту затем па­ дают на поверхность клубнеприемного элеватора. Известно, что при высоте паде­ ния более 0,25 м и скорости соударения более 2 м/с клубни получают заметные повреждения.

Целесообразно на пути свободнолетящих клубней поставить мягкий отра­ жательный экран. Для этого необходимо определить его размеры и место уста­ новки.

Клубень, брошенный под углом к горизонту (рис.3.30), движется согласно уравнениям:

x = V^cosaf 0^ (3.101) y = V^smat—Y В этих уравнениях Vp, ОС, g - постоянные величины.

Для определения уравнения траектории движения клубней надо исключить из уравнений движения время. Для этого находим из первого уравнения, что:

X (3.102) t= V^ coscir экран Рис. 3.30, Схема траектории движения свободно летящего клубня и, подставляя это выражение во второе уравнение системы (3.101), полу­ чаем искомое уравнение траектории:

g (3.103) у = tgax 2V^ cos^ a Это есть уравнение параболы с осью симметрии, параллельной оси OY.

Для определения наибольшей высоты подъема точки h, надо найти по пра­ вилам дифференциального исчисления экстремальные значения у.

Для этого вычислим производную от_у по координате х и приравняем ее к dy dy dt dx ^ нулю. Так как — =, а — ?^ и, то можно ограничиться приравниванием к dx dt dx dt нулю производной -^ = V^sma-gt^ =0 (3.104) dt Следовательно, у достигает экстремального значения при.,=^i^^ (3.105) g Подставляя это значение времени во второе уравнение системы (3.101), на­ ходим наибольшую высоту подъема:

V^ sin^ а gV^ sin^ а _\V^ sin^ a ^ = Угпа. =-^. 2. =•::- • (3.106) 7~ 2g^ • ~2 g Дальность полета по горизонтали 4 определится из уравнения траектории (3.106), если положить в нем у= Отсюда находим два значения X :

- V^ sin 2а х^=0;

х2 =1,=—. (3.107) g Для"определения абсциссы S, при которой точка достигнет наивысшего положения, надо значение времени, соответствующе этому моменту (3.106), по­ ставить в первое уравнение системы (3.101):

V^sina Kfsin2cir S = Xi =V^cosa— =—. (3.108) g 2g При Vo = 1,8м/с;

a = 45°;

S = 0,165м;

h = 0,08м;

4 = 0,330м.

Следовательно, высота экрана должна быть не менее 0,08 м, он должен быть размешен на расстоянии 0,165 м от крайней передней точки поверхности элевато­ ра, огибающего ведущий вал.

Длина верхней ветви клубнеприемного элеватора должна быть не менее 0,330 м. При этих условиях высота падения клубней, после встречи с поверхно­ стью экрана не превысит Д 05 л/.

Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ УБОРКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ Целью экспериментальных исследований является проверка установлен­ ных теоретических зависимостей, определение рациональных параметров и ре­ жимов нрвых рабочих органов и универсальных машин для уборки корнеклуб­ неплодов.

Программа включает проведение лабораторных исследований и производ­ ственных испытаний. В'Соответствии с поставленной целью-программа исследо­ ваний в лабораторных условиях предусматривает решение следующих задач:

- разработать конструкции и изготовить макетные образцы: устройства для уборки ботвы моркови на корню, роторно - пальчатого выкапывающего рабочего органа и центробежно-выжимного сепаратора для отделения корнеклубнеплодов от примесей;

- определить пределы варьирования основных факторов, влияющих на процессы удаления ботвы, выкапывания и сепарации;

- выявить оптимальные режимы работы исследуемых устройств с исполь­ зованием метода математического планирования полнофакторного экс­ перимента;

- определить потребную мощность на их привод.

В производственных условиях программа исследований предусматривает:

- проведение производственных испытаний;

- уточнение установленных теоретически и в ходе лабораторных исследо­ ваний рациональных параметров и режимов работы разработанных уст­ ройств;

- определение качественных и технико-экономических показателей их рабо­ ты.

4.1 Экспериментальные установки и условия проведеция исследований отдельных рабочих органов 4.1.1 Устройство для отделения ботвы моркови на корню Устройство для отделения ботвы моркови на корню состоит из ботвоуда ляющего рабочего органа, механизма привода, винтового регулятора положения опорных колес, рамы и устройства сцепки (рис. 4.1). Рабочий орган выполнен из четырех бичей 1 прямоугольной формы, изготовленных из транспортерной ленты толщиной 8 мм...


Рис.4.1. Устройство для отделения ботвы моркови на корню:

1-бич;

2-лопасть;

3-кольцо;

4-ведущий поводок;

5-гибкий диск;

6-вал вер­ тикальный;

7-корпус подшипниковый;

8-редуктор конический;

9-винтовой ме­ ханизм регулировки;

10-опорные колеса;

И-рама;

12-устройство прицепное Концы ленты, из которой изготовлен бич, свободными концами при по­ мощи болтов крепятся к концам лопасти 2, образуя при этом замкнутый контур в нижней части в виде петли. Лопасти 2 и ведущие поводки 4 размещены во вза имно перпендикулярных плоскостях и прикреплены на перегибе к кольцу 3, из­ готовленному из ремня (тип ремня ЛКВ-001) теребильного аппарата льноубо­ рочного комбайна. Размеры ремня (изделия промышленного изготовления) хо­ рошо соответствуют предъявляемым к кольцу требованиям. Диаметр ремня - мм - позволяет уменьшить длину лопасти 2 до 200,..250 мм. Сечение ремня 10x100 мм и материал, кордированная резина, обеспечивают согласованное вра­ щение лопастей независимо от действующей на каждую из них нагрузки, и в то же время позволяют им индивидуально копировать неровности почвы.

Вертикальный вал 6 имеет фланец, к которому крепится гибкий диск 5, установленный в подшипниковых опорах корпуса 7 (см. рис.4.1). Вращение на вал 6 передается через карданную передачу и конический редуктор 8 от вала от­ бора мощности трактора. Высота установки рабочего органа ботвоудалителя ре­ гулируется винтовым механизмом 9 за счет вертикального перемещения рамы относительно опорных колес 10. Все сборочные единицы установлены на раме 11, имеющей в передней части прицепное устройство 12. Установка агрегатиру ется с тракторами класса от 9 до 14 кН. На рис. 4.2 показаны: общий вид лабо раторно - полевой установки и ботвоудалитель в работе.

Рис. 4.2. Общий вид лабораторно-полевой установки Определение мощности, необходимой для привода ботвоудаляющего ра­ бочего органа проводились в лабораторных условиях при помощи измеритель ного комплекта К-505 (фиксирующий электронный прибор для снятия мощно стных характеристик электродвигателей). Энергетические показатели экспери­ ментальной установки показанной на рис. 4.3, определены в соответствии с ме­ тодикой изложенной в ГОСТ 25941-83.

Схема управления электродвигателя привода рабочего органа ботвоудалите ля показана на рис. 4.4. Для привода установки применялся двигатель постоян­ ного тока типа П31. Электрическую мощность измеряли для случая: вращение рабочего органа с постоянной угловой скоростью со =51,8 рад/с, скорость пере­ мещения установки VM = 0,5 м/с, высота установки рабочего органа принята равной HQ = 0,09 м.

а Рис. 4.3. Лабораторная установка:

а - комплект измерительный К-505и механизм передвижения;

б - привод рабочего органа А2Ж А2Ж ЖАЗ Авготравсформагор ВУ #В ВЗж #В Jt -J[ 10АГрА2)250В Ks U/YYYV Ш1 Ш2 ЯГ^-^~Я Рис.4.4. Схема управления электродвигателем привода ботвоудаляющего рабочего органа После выхода установки на установившийся режим работы определяли мощность на валу двигателя, необходимую для привода исследуемой установки, при этом:

г N,=J,U,-JtR,-N^-N^,-N,, (4.1) где Nb - мощность, необходимая для привода рабочего органа, Вт;

Jfi-сила тока в якоре двигателя. А;

Т^^^-сопротивление цепи якоря электродвига­ теля. Ом;

Ufi — напряжение на якоре, В;

NQ - потери холостого хода, Вт;

}^доб — добавочные потери, Вт;

Л^^^ - потери в щетках, Вт.

Сопротивление якоря электродвигателя R^ было 2 Ом. Добавочные потери определяли как }ido6 "=0,01 JaU^, а потери в щетках находим по формуле Nuf=J^UnpH и=1В.

4.1.2 Лабораторно-полевая установка для исследования центробежно выжимного сепаратора ЦВС-1М и роторно-пальчатого выкапывающего рабочего органа РПК Сепарирующий рабочий орган для отделения корнеплодов от примесей ЦВС-1М (рис.4.5) состоит из цилиндрического барабана 5 с горизонтальной осью вращения, основаниями которого являются металлические ободья с на­ правляющими дорожками. Образующие барабана выполнены из прутков, концы которых приварены к основаниям барабана через определенное расстояние. На образующие барабана надето пальчатое прорезиненное полотно 2. В верхней части оно оттянуто направляющим вальцом 1 вперед и вверх. Заднюю половину наружной, образованной таким образом упругой поверхности, огибает прутко­ вый элеватор 6. Участок прорезиненного пальчатого полотна, расположенный над верхней ветвью пруткового элеватора, образует разделительную пальчатую горку.

Лабораторно-полевая установка представляет собой описанный выше сепа­ ратор ЦВС-1М, установленный на раму полунавесного картофелекопателя КСТ 1,4. В передней части установки смонтирован роторно-пальчатый выкапываю­ щий рабочий орган РПК 8, подробно описанный в разделе 3.2 (рис. 3.12). Привод рабочих органов осуществляется ВОМ трактора. Вращение передается кардан­ ным валом через конический редуктор 9 с помощью цепной передачи к ведуще­ му валу сепарирующего рабочего органа. Изменение скорости движения пальча­ того полотна осуществлялось изменением частоты вращения ВОМ, а получение более широких пределов варьирования скорости производилось при помощи звездочек цепной передачи. Угол наклона пальчатого прорезиненного полотна регулируется винтовым механизмом 3 в пределах от 40° до 90°. Привод выгруз­ ного транспортера осуществлялся цепной передачей через конический редуктор.

Рис. 4.5. Общий вид лабораторно-полевой установки для исследования сепаратора ЦВС-1М и роторно-пальчатого рабочего органа РПК:

1-направляющий валец;

2- пальчатое прорезиненное полотно;

3-винтовой меха­ низм регулировки пальчатого полотна;

4- лоток отвода примесей;

5- барабан;

6 прутковый элеватор;

7- поперечный выгрузной транспортер;

8-роторно -пальча­ тый выкапывающий рабочий орган;

9-коническо-цилиндрический редуктор 4.1.4 Математическое планирование полнофакторных экспериментов и методика проведения опытов В реальных условиях на процессы отделения ботвы, выкапывание корне­ плодов, отделения их от примесей оказывает влияние множество взаимосвязан­ ных между собой факторов. Их модедирование в полном объеме не представля­ ется возможным, поэтому необходимо выделить из них наиболее существенные.

Для ботвоудаляющего устройства оптимизировался процесс по показате­ лю полноты отделения ботвы, который наиболее полно оценивает качество ра боты ботвоудаляющего рабочего органа, как в лабораторных, так и полевых ус­ ловиях. • • В качестве основных управляемых факторов процесса удаления ботвы были приняты: скорость движения агрегата V^, м/с;

угловая скорость рабочего органа со, с'';

установка рабочего органа относительно поверхности Hg, м.

Скорость резания влияет и на такой важный показатель, как отгиб стеблей в процессе резания и связанную с ним неравномерность высоты среза. Нижняя граница угловой скорости ботвоудаляющего рабочего органа должна быть при­ нята из условия обеспечения бесподпорного среза и устойчивой работы ботво­ удаляющего устройства при выносе срезанной ботвы за пределы рядка.

При радиусе рабочего органа R^ = 0,65м угловая скорость должна быть не менее со = 30 с'\ Верхний интервал варьирования угловой скорости примем равной угловой скорости вращения вала отбора мощности й)= 56,52 с''. Увели­ чение этого параметра приводит к росту повреждаемости выше допустимых по­ казателей вследствие увеличения числа повторностеи воздействия по головкам моркови бичами.

По'результатам предварительных полевых исследований, целью которых было определение интервалов варьирования основных факторов, построены графики зависимостей (рис.4.6 - 4.7) полноты отделения и повреждаемости мор­ кови от принятых ранее управляемых факторов. Исходя из них, пределы изме­ нения скорости VM принято от 0,4 м/с до 1,1 м/с, высоту установки рабочего ор­ гана Hg выбирали в пределах от 0,08 до 0,12 м.

Проведенные теоретические и предварительные полевые исследования по­ зволили обосновать основные параметры и режимы работы, при которых повре­ ждения корнеплодов минимальны. Проанализировав общий характер процес­ са, учитывая данные, полученные в ходе теоретических исследований, ре­ шен вопрос о границах изменения факторов, интервалов варьирования и составлен план проведения основных экспериментов. Скорость движения аг­ регата V^, = 0,76м/с и 1,04 м/с («средний» и «высокий» уровни) соответствует движению на второй пониженной и второй повышенной передачах трактора со­ ответственно.

С целью установления предельных границ и интервалов варьирования ки­ нематического режима, глубины копания h и угла расположения отводящей ленты Р роторно- пальчатого выкапывающего рабочего органа проведены по­ исковые опыты на макетах корнеплодов в лабораторных условиях. Значения уровней факторов выбирались близкие к предельно возможным: соотношение V. Кл —^-min = 1,5;

—^max = 7,0;

глубина копания hmax'=0,20, ктщ=0,03\ угол на клона отводящей ленты' Р^^^ = 70°, Р^^^ =15°. Опыты в лабораторных усло­ виях, проводились в почвенном канале лаборатории "Почвообрабатывающие машины" Ижевской ГСХА. Модели корнеплодов располагались в почвенном канале в ряд длинной 4 м таким образом, чтобы извлечение их рабочим органом началось только при достижении устойчивого режима работы.

Величина отклонения головок моделей корнеплодов от оси ряда расстоя­ ние между ними в ряду устанавливались по данным полевых замеров. Перед ка­ ждым опытом после установки моделей, почва уплотнялась до твердости поряд­ ка 0,25 МПа. Поступательная скорость была постоянной ^ = 0,5 м/с, а обороты рабочего органа изменялись и = 18 мин"', 60 мин"', 34 мин"' путем перестанов­ ки приводных звездочек.


Рабочий орган опускался на нужную глубину и приводился во вращатель­ ное движение. После достижения им стабильных оборотов включался мотор редуктор, обеспечивающий поступательное перемещение установки.

Выкапываемые рабочим органом макеты корнеплодов вместе с некоторым количеством почвы выбрасывались на разматывающуюся пленку специального телескопического устройства.

1, 0,4 0,8 1, скорость машины, VM М/С •высота черешков 0-0,02 м;

•высота черешков 0,02-0,05м;

•высота черешков свыше 0,05м;

•повреждения, % Рис. 4.6. Зависимость полноты отделения ботвы и повреждедий моркови от по­ ступательной скорости машины 100 л R S аз о я о X п о а 0,06 0,08 0,1 0,12 высота установки Н, м • высота черешков 0-0,02м;

• высота черешков 0,02-0,05м;

А "высота черешков свыше 0,05м;

• повреясцения,% Рис.4.7. Зависимость полноты отделения ботвы и повреждений моркови от высоты установки рабочего органа относительно поверхности поля.

Одновременно производился замер мощности, затрачиваемой на привод рабочего-органа комплектом К-505. После прохода установки почва и модели корнеплодов собирались с пленки в отдельную тару и взвешивались, при этом находившиеся под пленкой корнеплоды относили к потерям.

Основными показателями, характеризующими процесс' сепарации, являют­ ся: полнота отделения корнеплодов от примесей, повреждаемость корнеплодов.

Можно оптимизировать оба показателя, но при этом возникнут осложнения с анализом результатов, так как придется решать компромиссную задачу. Кроме того, это потребует постановки большого количества опытов и увеличит счет­ ную работу. Проведенные теоретические исследования позволили обосновать основные параметры и режимы работы, при которых повреждения корнеплодов маловероятны. К тому же необходимо отметить, что при проведении лаборатор­ ных исследований получить достоверные показатели повреждаемости корнеплодов очень сложно.

Поэтому было принято решение оптимизировать процесс по показателю полноты отделения корнеплодов от примесей, который наиболее полно оценива­ ет качество работы сепарирующего рабочего органа как в лабораторных, так и полевых условиях. В качестве основных управляемых факторов процесса отде­ ления корнеплодов от примесей были приняты: скорость пальчатого полотна V^, угол наклона пальчатой горки к горизонту а^, длина пальчатой горки L.

С целью установления предельных границ и интервалов варьирования, проведены поисковые опыты на макетах корнеплодов в лабораторных усло­ виях. Значения уровней факторов выбирались близкие к предельно возмож­ ным: скорость пальчатого полотна F^ ^^^ = 2,3 м/с, F^jv„„ = 1,2 м/с;

угол на­ клона пальчатой горки а^мах - 85*^, а^мин - 50 °;

длина пальчатой горки L^ 0,45 м, Д,^„„=0,30 м.

мах Проанализировав общий характер процессов удаления ботвы, выкапыва­ ния корнеплодов и отделения их от примесей, учитывая данные, полученные в ходе теоретических исследований и поисковых опытов, были приняты грани цы изменения факторов, интервалов варьирования и составлен план прове­ дения основных экспериментов.Эксперименты проведены по трехуровневому плану Бокса-Бенкина. Планы Бокса-Бенкина в сравнении с ортогональными и ротатабельными более экономичны по числу опытов и обладают их свойствами [84]. Уровни варьирования факторов указаны в табл. 4.1, 4.2 и 4.3.

Таблица 4. Уровни варьирования факторов (ботвоудалитель) + Факторы 0,48 0,76 1, Скорость агрегата F„, м/с Xi 33,9 45,21 56, Угловая скорость рабочего органа, со с"' Х 0,08 0, 0, Хз Высота установки HQ, М Таблица 4. Уровни варьирования факторов (роторный выкапывающий рабочий орган) + Факторы 2 4 X, V Соотношение —— 0,05 0,10 0, Глубина копания h, м Х 30 45 Хз Угол наклона отводящей ленты а^, град.

Таблица 4. Уровни варьирования факторов (сепаратор) + Факторы 2, X, 1,2 1, Скорость пальчатой горки V^, м/с 60 70 Хз •Угол наклона горки а^,град.

0, 0,3 0, Хз Длина пальчатой горки L^, м Для получения аналитического выражения, с достаточной степенью точности описывающего поведение функции в области изменения факторов, эксперимент проведен по плану второго порядка (т.е. на трех уровнях) и для описания области факторного пространства использован полином вида:

Y=bo+biX,+b2X2-^b3X3+bi2XiX2-^bi3X,X3+b23X2Xs+bnXi'+b22X2'+b33X3\ (4.1) где Y-выходной параметр;

bo - общий эффект всего эксперимента;

bi, b2, Ьз - эффекты факторов;

bi2. bj3, b23 — эффекты парных взаимодействий;

Ьц. Ь22. Ьзз — эффекты при квадратичных членах.

Опыты согласно матрице некомпозиционного плана типа 3 (плана Бокса Бенкина), проводились в полевых условиях учебно-опытного хозяйства «Июль­ ское» Боткинского района Удмуртской республики.

Результаты опытов обрабатывались методами математической статистики [37, 52] и планирования эксперимента [134]. Полученные по результатам иссле­ дований уравнения регрессии для графического изображения поверхности от­ клика были проанализированы на персональном компьютере P-III с использова­ нием программы «STATGRACHIS Plus». Полевые исследования проводились как полнофакторный эксперимент на основе положений отраслевого стандарта ОСТ 7087-83 "Испытания сельскохозяйственной техники. Машины для уборки овощных и бахчевых культур. Программа и методы испытаний". Условия прове­ дения исследований приведены в приложении 2.

4.2 Результаты экспериментальных исследований рабочих органов 4.2.1 Устройство для удаления ботвы Результаты экспериментального определения мощности в лабораторных условиях, приведены в табл. 4.4.

Таблица 4. Определение мощности привода рабочего органа ботвоудаляющей установки и,,в р Режим п, J я, А Рдоб, Ре, работы об/мин Вт Вт Вт Вт Вт Вт 1400 14. 220 80,9 6,35 281,3 1117, Холостой 6, ход 220 1379 19 336,6 1562, Рабочий 8,6 149 8,6 ход Результаты теоретических расчетов по определению потребной мощно­ сти на привод ботвоудаляющего рабочего органа подтвердились лаборатор­ ными исследованиями, согласно которых мощность равна 1,476 кВт.

В результате расчета коэффициентов регрессии при помощи программы «STATGRAPbilCS Plus for Windows» была получена математическая модель процесса отделения ботвы ботвоудаляющим рабочим органом:

Y=83,27-ll,096Xi+8,882X2-19,553X3-7,696Xi^-8,323X2^-7,446X3^+ +2,865Х,Х2 -1,607X1X3+3,63X2X3 (4.2) Значимость коэффициентов проверялась по критерию Стьюдента. Коэффи­ циенты модели регрессии считаются значимыми, если расчетные значения tp больше tm — критерия табличного, равного 2,06 для уровня значимости р=0,05.

Графическое изображение значимости коэффициентов математической модели процесса удаления ботвы показаны на рис. 4.10.

хз XI Х Х2Х Х1Х нгг ХЗХЗ Х2ХЗ Х1Х Х1ХЗ 2• 4 б 8 Рис. 4.10. Значимость коэффициентов математической модели процесса удаления ботвы После отсева незначимых коэффициентов, для которых tp меньше табу­ лированного, математическая модель процесса имеет вид:

У=83,27-11,096Х,+8,882Х2-19,553Хз-7,696Х1^-8,323Х2^-7,446Хз1 (4.3) Анализ модели (4.3) показывает, что наибольшее влияние, в заданном интервале варьирования факторов, на параметр оптимизации оказывают: вы­ сота установки рабочего органа относительно поверхности поля и скорость, с которой передвигается агрегат, меньшее влияние оказывает изменение угловой скорости рабочего органа. Отрицательный знак перед коэффициентом указы­ вает на уменьшение параметра оптимизации при возрастании изучаемого фак­ тора, положительный - на возрастание.

Для определения значений факторов, обеспечивающих наиболее высо­ кую эффективность работы ботвоудаляющего устройства, составлена система дифференциальных уравнений:

dY/dX,=-ll,096-15,392X,;

. dY/dX2 =8.882-16.646X2;

' (4.4) dY/dX3=-19.553-14.892X3.

После приравнивания к нулю частных производных и решения системы уравнений относительно неизвестных, были определены' оптимальные значе­ ния факторов, обеспечивающих наибольшую эффективность процесса удале­ ния ботвы моркови: Xi=-0,72;

Х2=0,53;

Хз=-1, ' Для удобства интерпретации полученных результатов оптимальные зна­ чения раскодировались. Факторы, обеспечивающие наибольшую эффектив­ ность удаления ботвы, имеют значения F^= 0,56 м/с;

(0= 5\,2 с ;

HQ = 0, м. Были получены графические изображения поверхностей откликов, показы­ вающие зависимость между критерием оценки эффективности работы ботво удаляющего устройства и двумя независимыми переменными =/(6;

, F J, y=f * (О), Н), y=f (V^„ Н).

Анализ поверхностей откликов показанных на рис. 4.11 удобней прово­ дить с помощью двумерных сечений, которые представлены на рис. 4.12. Рас­ смотрение всех возможных двумерных сечений дает наглядное представление о значениях критерия оптимизации, которые он будет принимать при варьиро­ вании уровней каждой пары факторов. При зафиксированном на нулевом уровне Хз область оптимума находится в пределах Р^ = 0,52...0,6 м/с;

СО = 50...52с-Чрис.4.12).

•Анализируя рисунок 4.12, можно сделать вывод, что область оптимума фактора HQ не находися в пределах графического изображения поверхности отклика. При значениях HQ, когда рабочий орган расположен ниже к поверх­ ности почвы, величина полноты отделения приближается к максимальному значению (область 96... 100%). Уменьшение высоты установки Я рабочего ор­ гана относительно поверхности поля приводит к увеличению длины секущей кромки рабочего органа и числа повторностей воздействия на головки мор­ кови бичом, а следовательно, и росту повреждаемости головок моркови, что ограничивает пределы изменения HQ.

Для решения компромиссной задачи (качество работы ботвоудалителя необходимо оценивать и по второму критерию - повреждаемости головок кор­ неплодов) составляется второе уравнение регрессии. Анализ уравнений рег­ рессий и построение двухмерных сечений производится одновременно. При этом оптимальное значение одного критерия принимается в зависимости от другого.

Factor V Factor W -0.

Factor W° Factor H -0;

0,6 -0,2 0,2 0,6 Factor \^'6,%^ Factor H Рис. 4.11. Графическое изображение поверхностей отклика процесса удаления ботвы -0,6 -0,2 0,2 0, Фактор VM 1 i^T^ •••»*[ О.б 0, 0, е ^5,0' -0, / /;

90, b^ - -0,6 -0,2 0,2 0, Фактора) -^^^(7.

7o,o'^"';

'6s,Q.^rjqo 0, M 80^0^^ a 0, ^ о ^ ^.4 r 90, Й 0,2 ^ e '5,0:

-0,6 Г Ч ч_ - -1 -0,6 -0,2 0,2 0,6 Фактор VM Рис. 4.12. Графическое изображение двухмерных сечений поверхностей от­ клика, характеризующих полноту отделения ботвы в результате расчета коэффициентов была получена математическая мо­ дель, характеризующая повреждения головок корнеплодов моркови в зависи­ мости от принятых ранее управляемых факторов. Таким образом, уравнение запишется П = 8,8-2,375X,+0,275X2-3,425X3-l,737Xi^-l,025X,X2+2.975Xi Х3 -2,487 Х2^-0,075Х2Хз -0.8875Хз^ (4.5) После отсева незначимых коэффициентов математическая модель имеет вид: П = 8,8-2,375Х,+0,275Х2-3,425Хз-1,737Х,^-2,487Х2^-0.8875Хз^ (4.6) Графические изображения двухмерных сечений поверхностей отклика представлены на рисунке 4.13. Для определения значений факторов, при кото­ рых повреждения головок наибольшие, составлена система дифференциаль ных уравнений:

dn/dXi=-2.375-3.474Х,;

dn/dX2 = 0,275 - 4.974X2;

(4.7) dn/dX3=-3.425-1.774X3.

После приравнивания к нулю частных производных, были определены оп­ тимальные значения факторов, обеспечивающие наибольшую эффективность процесса удаления ботвы моркови: Хз =-1,93;

Х2 = 0,055;

Xi =-0,68, что со­ ответствует скорости агрегата V^ = 0,56 м/с, угловой скорости рабочего органа 60=45,6 с\ высоты установки ботвоудалителя Н^ = 0,04 м. Анализ уравнения (4.6) показал, что наибольшее влияние на полноту отделения оказывает высота установки рабочего органа относительно поверхности поля.

Таким образом, получены следующие результаты решения уравнений регрес­ сии: оптимум по полноте отделения: F^= 0,56 м/с;

СО = 51,2 с'';

Нб = 0,073 м;

максимальная повреждаемость: F^= 0,56 м/с;

ft) =45,6 с'';

Не = 0,04 м.

С увеличением угловой скорости рабочего органа (при том же его поло­ жении относительно поверхности) повреждаемость уменьшается, по причине подъема секущей кромки бича под действием сил инерции и взаимодействия с ботвой, что оказывает меньшее воздействие на головки корнеплодов.

1..

•.::2'1;

.

,. ' ' • X ^•'^' 0,6 •""" 5 о' • • '.. \ и :'--;

.:::^б-г:

- - 7, 5 о. 0, ^ о Ь ^к • ^~ *^^ ':«?- S 1 0,2 -^ е ^ •9,9- ^ Ч S ^ -0,6 iu,y * - -1 -0,6 -0,2 0,2 0, Фактора) а 0, ^ о е -1 -0,6 -0,2 0,2 0, Фактор VM -1 -0,6 -0,2 0,2 0,6 Фактор VM Рис. 4.13. Графические изображения двухмерных сечений поверхностей от­ клика, характеризующих повреждаемость корнеплодов Максимальная повреждаемость моркови, согласно математической мо­ дели (4.6) происходит при HQ = 0,04м. Для удобства в решении компромисс­ ной задачи по определению оптимальных параметров (учитывая повреждае­ мость головок моркови), используя уравнение регрессии (4.6), построены зави­ симости повреждаемости П=/ (со, VjJ, от изменения высоты установки рабо­ чего органа HQ.

Из рис. 4,14 видно, что минимальная высота установки Hg рабочего ор­ гана относительно поверхности поля должна быть не менее 0,087 м (соглас­ но агротехнических требований повреждаемость должна быть не более 10%).

Н,м 0,08 0, -Ф-У (0,48м/с) при(0=33,9с • V (0,76м/с) приС0=33,9с' -T4-V (1,04м/с) при(0=33,9с' V(0,48м/с) при(0=45,21 с' -»—V (0,76м/с) приЮ=45,21с' V (1,04м/с) приа)=45,21с' - • - V (0,48м/с) при (J0=56,52c' V(0,76м/с) при(0=56,52с' -^-V (1,04м/с) приС0=56,52с' V (0,56м/с) приВ=51,2с' Рис. 4.14. Зависимость повреждаемости головок корнеплодов от угловой скорости рабочего органа со, скорости агрегата V^, и высоты установки Hg Решив уравнение (4.6), подставив ранее найденные оптимальные значе­ ние F^ =0,56 м/с (-0,72 - кодированная величина), бУ=51,2с'' (0,53- коди­ рованная величина) и HQ =0,09 м (-0,5 - кодированная величина), получим значение полноты отделения Y= 97,55%, что соответствует требованиям.

На рис. 4.15. показана зависимость полноты отделения Г,%, полученная решением уравнения (4.6), от скорости движения агрегата V^ при установке рабочего органа на высоту HQ =0,09 м и угловой скорости со = 51,2 с"'.

Y,% 0,48 0,6 0,76 0,8 1^04 VM, М/С — полиномиальный (расчетное значение) Рис.4.15. Зависимость полноты отделения ботвы от скорости движения аг­ регата (Не =0,09 ш, со =51,2 с'') Из рис. 4.15 видно, что скорость движения агрегата можно увеличить до 0,85 м/с, повреждаемость при этом показателе согласно выражения (4.6) составит П = 8,4%.

Проведенные исследования позволили сделать вывод, что оптимальные значения параметров, при которых обеспечивается качественное удаление бот­ вы при минимальных повреждениях моркови, составляют:

скорость движения агрегата Р^= 0,6...0,8 м/с;

угловая скорость рабочего органа со= 50...53 с"';

высота установки кольца (см. поз. 3 рис. 4.1) относительно поверхности поля Яб = 0,09...0,095 м.

4.2.2 Результаты производственных испытаний ботвоудаляющего рабочего органа Для наиболее полного представления о процессе удаления ботвы ботво удаляющим рабочим органом полевые эксперименты проводились в учебно опытном хозяйстве «Июльское» Боткинского района и в 0 0 0 «Юськи» Завья ловского района Удмуртской Республики, Условия исследований приведены в приложении. Методика принята в соответствии с ОСТ 7087-83 «Испытания сельскохозяйственной техники. Программа и методы испытаний».

В ходе полевых испытаний изменяли высоту установки рабочего органа и скорость движения агрегата. Результаты, полученные в ходе проведения испы­ таний в полевых условиях, показаны в виде зависимостей на рис. 4.16 и 4.17. В ходе испытаний определялись полнота отделения ботвы и повреждаемость корнеплодов.

Из рис. 4.16 и 4.17 видно, что более низкие показатели качества удале­ ния ботвы на корню (рис. 4.17) объясняются большой засоренностью посевов моркови и полеглостью ботвы. Обильная сорная растительность снижает эф­ фективность работы рабочего органа, а сортовые особенность моркови «Нант ский-4» характеризуются, кроме того повышенной хрупкостью. Полученные в результате экспериментов качественные показатели работы соответствуют предъ"являемым агротехническим требованиям.

Полученные данные показывают, что при увеличении угловой скорости рабочего органа качественные показатели снижаются (рис.4.16 и 4.17).

0,07 0,09 0,11 0,13 Н,м • СЭ=52,6с' • С0=28,3с' • 03=45,23с-' 11,% 12, i'---^.

1U к^ ^-, 7,5 ^-—^ t:: i^.

^ кС\ ^^ i ^ \ 2, = ^ п 0,07 0,09 0,11 0,13 Н,м • сй=28,3с' • (о=52,6с' • ю=45,23с' Почва среднесуглинистая, влажность -25 %, урожайность-45 т/га.

Сорт моркови «Московская поздняя»

Рис. 4.16. Зависимость полноты отделения ботвы (а) и повреждаемости кор­ неплодов (б) от высоты расположения рабочего органа 0,07 0, 0,09 0,13 Н,М • С0=52,6с' • (0=28,3с' А а)=45,23с' 0,07 0,09 0,11 ' 0,13 Н,м • w=28,3c • w=52,6c • и=45,23с б Почва среднесуглинистая, влажность -23 %, урожайность-32 т/га, Сорт моркови «Нантский-4»

Рис. 4.17. Зависимость полноты отделения ботвы (а) и повреждаемости кор­ неплодов (б) от высоты расположения рабочего органа Возрастание инерционных сил, действующих на бич, приводит к пере­ мещению бича вверх, а следовательно и изменению положения секущей кром­ ки относительно поверхности, уменьшению ее размера и снижению полноты отделения.

Полнота отделения в большей степени зависит от высоты установки рабочего органа. Наибольший показатель полноты отделения ботвы наблюда­ ется при //5= 0,07 м. Но при таком положении рабочего органа показатель по­ вреждаемости достигает 12%. Из рис. 4.18 видно, что при увеличении высоты установки от 0,09 до 0,095 м (при значениях угловой скорости рабочего орга­ на от 45 до 52 с"') показатель полноты отделения более 86 %, повреждаемости - не больше 7%.

При увеличении скорости движения агрегата от 0,5 до 1,2 м/с полнота отделения (рис.4.18) снижается, объясняется это уменьшением числа повтор­ ных воздействий бича. На участках с полеглой ботвой также требуется сни­ жение скорости движения агрегата для того, чтобы увеличить повторность воздействия секущей кромки бича на ботву, а также нижней опорной части бича на черешки, оставшиеся после прохода секущей кромки.

,/ 0,5 0,7 0,9 1,1 м/с VM, Рис. 4.18. Зависимость полноты отделения от скорости агрегата при Нб =0,09 м и угловой скорости со = 45,23 с"' Хорошие качественные показатели работы, низкая энерго и металлоем­ кость, простота и надежность конструкции, которую можно изготовить в ус­ ловиях хозяйств с минимальными затратами, доказали эффективность приме­ нения ботвоудалителя. При проведении производственных испытаний ис­ пользовались режимы работы: скорость агрегата 0,68...0,8 м/с, угловая ско­ рость рабочего органа 45...52с"', высота установки рабочего органа от 0, до 0,095м. Качественные показатели приведены в приложении.

Сравнительные испытания разработанного ботвоудалителя (рис. 4.19, а, в, д) и серийного ботвоудалителя лопастного типа с горизонтальной осью враще­ ния (рис. 4.19 б, г, ж), приведены в таблице 4.5.

Таблица 4. Результаты сравнительных полевых испытаний ботвоудаляющих рабочих органов Марка машины и место испытаний учебно-опытное хозяйство «РЬольское»

Боткинского района Удмуртской Республики Показатели Новый ботвоуда- Серийный рабочий ор­ ляющий рабочий ган орган ±о ±( X X 1.Тип почвы супесчаная 2.Влажность почвы, % 3.Урожайность моркови, ц/га 4.Урожайность ботвы, ц/га 5.Повреждения, % 4,6 • 16,2 3, 1, б.Полнота отделения, % 2, 94,6 67,5 3, 7. Производительность, га/ч 0,54 0, iH WW44TiTWtr.i««^4«^T«r ii ", '\ Ч.' tr;

* *.. i''»'" f^ 1» " Ш^^ Д ж Рис. 4.19. Ботвоудалители:

а, в, д - новый ботвоудаляющий рабочий орган и его результаты работы ;



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.