«Е.И. ТРУБИЛИН, В.А. АБЛИКОВ Л.П.СОЛОМАТИНА, А.Н. ЛЮТЫЙ МАШИНЫ ДЛЯ УБОРКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР КРАСНОДАР -2009 г. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное образовательное ...»

Когда уравновешивающий груз массой m0 находится на линии действия силы Р, барабан статически и динамически уравновешен.

1.4.1 Типы соломотрясов и их рабочий процесс Грубый ворох, поступивший из молотильного устройства на соломотряс, состоит из крупной соломы, половы, сбоины и зерна, не прошедшего через решетку подбарабанья.

Соломотряс предназначен для выделения из вороха крупной соломы, без зерна.

Известны следующие типы соломотрясов: конвейерно-роторные, платформенные, клавишные и другие; наибольшее распространение получили клавишные, отличающиеся наибольшей эффективностью, простым устройством и малым количеством подвижных деталей (рис. 1.47).

Процесс выделения зерна из слоя соломы одинаков для различных типов соломотрясов, а именно: сначала зерно просеивается через непрерывно изменяющуюся пространственную решетку соломы, а затем через решетку соломотряса. Соломотрясы различных типов отличаются лишь способами образования пространственной решетки соломы и характером ее движения.

Наиболее трудным моментом в выделении зерна является его проход через решетку соломы.

Зерно будет испытывать меньшее сопротивление и сравнительно быстрее проходить через решетку соломы, если расстояние между стеблями будет больше.

За один оборот коленчатого вала кривошипа соломотряса создается условие, при котором слой соломы делается менее плотным, т.е. выполняется необходимое требование для прохода зерна через решетку соломы. Как показала скоростная киносъемка работы клавишного соломотряса, при движении клавиш вверх сначала слой соломы сжимается, а затем, когда клавиша замедляет движение, он отрывается от ее поверхности и совершает свободное падение. При этом слой соломы разрушается, растягивается, зерно легче проходит через солому, достигает решетки соломотряса и просеивается. Далее клавиша движется вниз. В это время зерно и частицы соломы перераспределяются по парусности и частично по размерам. При следующем движении клавиши снизу вверх зерно и другие мелкие частицы раньше встречают решетку этой клавиши и в момент сопротивления проходят через нее. По всей длине двухвального клавишного соломотряса данный процесс многократно повторяется, обмолоченный материал подбрасывается, а затем падает, и за это время перемещается по соломотрясу к выходу из молотилки.

Эксперименты показали, что, чем меньше частота вращения коленчатого вала соломотряса, тем выше просеиваемость зерна. Однако при этом уменьшается скорость перемещения соломы к выходу из молотилки, и, возможно ее забивание соломой. При повышении частоты вращения коленчатого вала скорость соломы вдоль клавиш увеличивается, но ухудшается сепарация.

Агротехническими требованиями допускаются потери на соломотрясе до 0,5 % зерна, поступающего в комбайн.

Скорость движения вороха по соломотрясу можно регулировать с помощью фартуков из полотна или листовой стали, которые подвешивают над клавишами так, что они могут задерживать солому и замедлять ее движение.

Из всех типов соломотрясов двухвальный клавишный отличается большой энергией рыхления слоя продукта обмолота, допускает толстый слой соломы на всей поверхности, работает с большими нагрузками.

1.4.2 Уравнение движения клавишного соломотряса Пусть рабочая поверхность клавиши параллельна центровой линии и наклонена к горизонту под углом (рис. 1.48). Условимся сначала в определении движения клавиши.

Это движение - круговое, поступательное, поэтому любая точка М, связанная с клавишей, движется одинаково, траектория этого движения является окружностью, радиус которой r равен радиусу окружности, описываемой центром шейки коленчатого вала соломотряса.

Поместим начало координат в центре 0 указанной окружности; ось OY направим влево параллельно поверхности клавиши, т.е. под углом ее к горизонту, а ось ОХ перпендикулярно к поверхности клавиши (рис. 1.48). Отсчет угла поворота коленчатого вала будем производить от оси ОУ в направлении его вращения. Если - угловая скорость вращения вала, то в какой-нибудь момент времени t угол t определит положение клавиши, соответствующее некоторой точке М. Координаты этой точки будут равны:

Уравнение (1.98) определяет положение клавиши для любого момента времени.

В пятиклавишном соломотрясе движение клавиш одной группы опережает движение другой на 180°, поэтому для обеих групп уравнение (1.98) можно написать так:

Здесь верхний знак относится к движению клавиш 1-й группы, а нижний 2-й группы.

Скорость и ускорение клавиш получаются в результате дифференцирования уравнения (1.99):

Условимся в дальнейшем кинематический режим соломотряса характеризовать показателем К=, представляющим отношение централизованного ускорения клавиш к ускорению силы тяжести.

1.4.3 Встряхивание вороха на соломотрясе Одним из факторов, определяющих качественную работу соломотряса, является отрыв соломы во время движения от движущейся клавиши. Если обозначим art) - УГОЛ отрыва соломы от клавиши (рис. 1.49), то отрыв будет происходить, когда проекция силы m 2 r на нормаль к клавише NN будет больше проекции mg-cos на ту же нормаль.

Условие отрыва вороха от поверхности соломотряса:

Начало отрыва вороха от соломотряса определится углом начала отрыва:

Имея в виду, что коэффициент соломотряса окончательно угол отрыва будет:

Для горизонтального соломотряса (рис. 1.50 а), когда = 0:

С увеличением угла уменьшается угол отрыва, т.е. в этом случае отрыв вороха от соломотряса будет происходить раньше.

Если К < 1, то m 2r < mg - отрыва нет Для наклонного соломотряса, когда а 0 (рис. 1.50 б), условие отрыва вороха будет отсюда Если К cos - отрыва нет, 1.4.4 Скольжение вороха по соломотрясу Обязательным условием работы соломотряса является относительное скольжение вороха по соломотрясу. На рисунке 1.51 представлена схема сил, действующих на точку вороха при относительном ее скольжении по соломотрясу/4/.

Из рисунка 1.51 условие скольжения вороха по соломотрясу:

Решив выражение (1.107), можно определить угол rat2, при котором начинается или заканчивается скольжение вороха по соломотрясу.

Фазы относительного скольжения вороха представлены на рисунке 1.52.

1.4.5 Обоснование основных размеров соломотряса Основными размерами соломотряса являются его длина и ширина (рис. 1-53):

1) Молотильный барабан бильный:

2) Молотильный барабан штифтовый:

Bc=l,4, где - длина барабана.

По ширине соломотряса Вс проверяют толщину слоя вороха на соломотрясе Вс (180мм).

1) Секундный объем вороха на соломотрясе:

где Vcp - скорость перемещения вороха.

2) Производительность соломотряса:

Для нормальной работы молотилки необходимо, чтобы Высота слоя вороха на соломотрясе:

где - поправочный коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха, = 0,8.

Vгор= Длину соломотряса определяют по числу встряхиваний. Обычно принимают nн = 30/50.

S - длина полета вороха:

где tn- время полета.

Lc можно определить:

1.5.1 Устройство и рабочий процесс В результате работы молотильного устройства зерноуборочного комбайна получается смесь, состоящая из зерна, соломы, крупной и мелкой половы, семян сорняков. Эта смесь, называемая грубым ворохом, разделяясь на две части, перемещается на соломотряс и проваливается сквозь решетчатое подбарабанье. На очистку поступает ворох, просыпающийся через решетки подбарабанья и соломотряса. Первое направление содержит до 90 % зерна, остальное - полова и перебитая солома; второе - ворох содержит до 50 % соломистых примесей.

При очистке зерно из поступившего вороха должно выделяться в чистом виде.

Состав вороха, поступившего на очистку, не постоянен, он меняется в зависимости от подачи, соломистости, влажности обмолачиваемой хлебной массы, а также от конструкции молотильного устройства и соломотряса. Поэтому задача очистки вороха сложная и требует постоянной регулировки и контроля.

Очистка комбайна состоит из транспортной доски 1 (рис. 1.54), верхнего стана с удлинителем 4 и верхним решетом 2, нижнего стана с нижним решетом 3, вентилятора 5 и механизма привода 6.

Зерно и мелкий ворох, просыпавшиеся сквозь просветы подбарабанья, пальчиковой решетки и чешуйчатой решетки соломотряса, поступают на транспортную доску 1, которая подает массу на верхнее решето.

Транспортная доска шарнирно соединена с верхним решетным станом, передняя часть ее подвешена при помощи деревянных подвесок к раме молотилки. На ступенчатой поверхности доски закреплены продольные гребенки, разделяющие доску на несколько частей. Гребенки предотвращают сдвиг вороха к одной стороне транспортной доски при поперечном наклоне комбайна.

К крайнему поперечному брусу транспортной доски прикреплена пальцевая решетка из длинных стальных штампованных пальцев, расположенных над передней частью верхнего решета. Верхний решетный стан представляет собой продолжение транспортной доски.

Передний край его подвешен к корпусу молотилки шарнирно на двух рычагах, задний - на двух подвесках, решетный стан нижнего решета 3 представляет собой металлический короб с дном. Он подвешен к корпусу молотилки на двух передних рычагах в двух задних.

Транспортная доска и решетный стан приводятся в колебательное движение шатуном 6, соединенным с колебательным валом и двуплечим рычагом.

В решетных станах размещены верхнее 2 и нижнее 3 жалюзийные решета. Они состоят из рамок, собранных из продольных и поперечных планок, на которых смонтированы жалюзи - планки с зубцами. Наклон жалюзи можно изменять от 0 до 45° при помощи регулирующего механизма. Верхнее жалюзийное решето, предназначенное для выделения крупных частей вороха, имеет жалюзи больших размеров, чем нижнее.

Решетный стан нижнего решета колеблется в противоположном направлении с меньшей амплитудой, чем транспортная доска и верхний решетный стан. Угол наклона нижнего решета 3 можно регулировать перестановкой его в стане, в боковине которого имеется пять регулировочных отверстий. Осматривать и очищать решета можно через окна в бортах корпуса решетного стана, закрываемые заслонками.

К задней стенке верхнего решета шарнирно присоединен удлинитель 4, устроенный аналогично жалюзийному решету. В рамке удлинителя смонтированы пластины, которые можно поворачивать, регулируя их наклон, кроме того, можно изменять угон наклона удлинителя в пределах от Оба решета и удлинитель интенсивно продуваются воздушным потоком, создаваемым пятилопастным вентилятором 5. Воздух, всасываемый вентилятором через отверстия в боковинах кожуха, подается по наклонному раструбу под решета очистки. В комбайнах скорость воздушного потока при работающей молотилке регулируют изменением частоты вращения вала вентилятора при помощи вариатора в пределах от 430 до 725 об/мин.

Под действием колебаний на транспортной доске происходит расслоение вороха: зерно и более тяжелые примеси опускаются, а легкие и крупные соломистые всплывают. В таком состояния ворох поступает на пальцевую решетку, где крупные примеси задерживаются, а мелкая фракция надает на начало верхнего решета 2. Крупная фракция, поддерживаемая воздушным потоком, сходит с пальцевой решетки на середину решета. Разгружая переднюю часть верхнего решета очистки, пальцевая решетка обеспечивает равномерную загрузку решета. Поэтому основная масса зерна и мелких примесей просеивается в начале верхнего, а затем и нижнего решета. Одновременно воздушная струя выдувает все легкие частицы, которые попадают к половонабивателю. Чистое зерно попадает на дно решетного стана, с него - в кожух нижнего зернового шнека, далее элеватором и верхним колосковым шнеком доставляется в бункер.

В конце верхнего решета и на удлинителе 7 происходит улавливание разорванных и необмолоченных колосьев, которые вместе с крупными примесями, сходящими с нижнего решета, попадают в кожух колосового шнека. Необмолоченные колосья доставляются элеватором к верхнему колосовому шнеку, а тот подает их на повторный обмолот.

В зависимости от количества и состава зернового вороха режим работы очистки изменяют регулировкой вентилятора, поворотом жалюзи решет и удлинителя, изменением угла наклона удлинителя и нижнего решета, положения щитка. Для получения оптимального режима пользуются одновременно несколькими регулировками.

Если струя воздуха уносит зерно в копнитель, скорость воздуха уменьшают, если же в бункер поступают легкие примеси - увеличивают. Для уборки высокоурожайных хлебов, имеющих полновесное зерно, частоту вращения вала вентилятора доводят до максимальной. При уборке мел-косемянных культур и малоурожайных хлебов частоту вращения вентилятора снижают настолько, чтобы исключить вынос зерна воздушным потоком.

Значительное влияние на работу воздушного потока оказывает положение щитка колосового шнека. При установке его в крайнее верхнее положение верхнее решето и удлинитель интенсивно обдуваются воздушным потоком, но возможен вынос зерна воздухом. При нижнем положении щитка решето плохо обдувается и слой рыхлится недостаточно, что также приводит к потерям и перегрузке колосового шнека примесями.

Открытие жалюзи верхнего решета регулируют так, чтобы зерно из вороха выделялось на передней части решета, не превышающей двух третей его длины. При уборке сухих, незасоренных хлебов жалюзи открывают и увеличивают скорость движения комбайна.

Степень открытия жалюзи нижнего решета и установку его в решетном стане выбирают с таким расчетом, чтобы сход зерна в кожух колосового шнека был номинальный, а в бункер при этом поступало чистое зерно. При недостаточном открытии жалюзи в желоб колосового шнека сходит много зерна, при повторном обмолоте увеличиваются дробление зерна и потери его с соломой. При чрезмерном открытии жалюзи нижнего решета в бункер поступает засоренное зерно. Регулировку жалюзи начинают с максимального открытия, постепенно уменьшая его до появления признаков схода зерна в желоб колосового шнека.

Наклон удлинителя 4 и открытие его пластин увеличивают при появлении потерь зерна и необмолоченных колосьев.

Наклон нижнего решета изменяют лишь в том случае, если всеми другими регулировками не удалось устранить сход зерна в желоб колосового шнека. Для этого задний конец решета немного поднимают. Обычно нижнее решето закрепляют в средних отверстиях пазов.

1.5.2 Кинематика плоского решета Принципиальная сторона технологического процесса работы всякого решета заключается в том, чтобы разделить обрабатываемый материал на две части по размерам.

Одни частицы, размеры которых меньше размеров отверстий решета, должны пройти через эти отверстия (зерно), другие частицы размером больше, чем диаметр отверстий, должны двигаться по поверхности решета на сход.

Решета устанавливаются под определенным углом к горизонту, чтобы обеспечить непрерывное движение материала по рабочей поверхности решета, которое приводится в колебательное движение при помощи криво-шипно-шатунного механизма. Эффективность работы решет зависит от:

1) направления колебаний, 2) угла наклона к горизонту, 3) коэффициента трения материала по решету, 4) амплитуды и частоты колебаний, 5) воздушного потока и т.д.

Поэтому, чтобы управлять технологическим процессом работы решет, надо знать закономерности влияния основных факторов на скорость перемещения материала по решету. Так как m по сравнению с r величина большая, то можно считать, что решето совершает гармоническое колебание вдоль прямой ОА' (рис. 1.55 а). Следовательно, любая точка решета будет двигаться по закону, соответствующему закону движения проекции точки В' кривошипа на оси ОХ.

Напишем уравнения, определяющие колебательное движение грохота /13,17/:

1.5.3 Движение вороха по плоскому решету Условия, обеспечивающие возможность относительного движения материала по решету, определяются соотношением сил, действующих на частицу материала, находящуюся на решете (рис. 1.55 б).

Из уравнения (1.114) видно, что сила инерции изменяется по косинусоиде, т.е. на один оборот кривошипа сила инерции будет принимать то положительное, то отрицательное значения. При положительном своем значении сила инерции стремится сдвинуть частицу вороха вниз по решету, при отрицательном - вверх. Это будет соответствовать:

Дифференциальные уравнения движения материальной точки а) движение вниз по решету (рис. 1.56 а):

- относительное перемещение вороха вниз по решету;

- относительная скорость;

- относительное ускорение;

- вектор силы инерции относительного перемещения.

Из рисунка 1.56 а следует:

Разделим обе части уравнения на cos( ), учитывая, что и получим:

б) Движение вверх по решету (рис. 1.56 б) B - относительное перемещение вороха вверх;

относительная скорость;

Из рис. 1.56 б следует:

относительное ускорение.

Разделим обе части уравнения на cos( Следовательно, имеем равномерно-переменное движение.

Представим все это графически (рис. 1.57).

Интегрируя уравнения (1.116) и (1.117), считая начало скольжения материальной точки в n1 и n2 (рис. 1.57) (интегралы берем в пределах от О до t), получим уравdнения относительной скорости движения зерна вниз и вверх по решету:

Графически правые части этих уравнений представляют собой разности ординат между синусоидой скорости грохота и прямыми, проведенными из точек n'1 и n'2 т.е. касательными к синусоиде. Наклоны прямых n'2 к и n'2 p определяются соответственно:

Под углами и проводим прямые п'1 к и n'2 p.

Относительное перемещение вороха Для его определения нужно вновь проинтегрировать уравнения (1.118) и (1.119). Но проще это можно сделать, пользуясь рисунком 1.57.

Sн=FHmvmc - перемещение вниз, Sв =Fв mv mt - перемещение вверх.

Fн и Fв - площади на графике (рис. 1.57), ограниченные кривыми изменения скорости переносного и абсолютного движений. Средняя скорость перемещения вороха по грохоту равна:

SH – SB - перемещение вороха за одно колебание.

Устойчивый и неустойчивый реэ/симы работы грохота Режим работы грохота определяется моментом "приземления" материальной точки на грохот (рис. 1.58). Режим неустойчивый, когда tH>tB.

Пока материальная точка не завершит своего движения вниз, она не станет двигаться вверх. Этот неустойчивый режим переходит в устойчивый через несколько взмахов.

Условие отрыва вороха от грохота Кроме относительного движения, материальная точка может быть и подброшена вверх (рис. 1.59 а), при этом:

отсюда можно определить угол начала отрыва вороха от решета. Очевидно, нужно брать (максимальное значение):

cos Критическая угловая скорость грохота будет равна:

Частные случаи (рис. 59 б, в).

2) Колебание решета в плоскости самого решета. В этом случае отрыва вороха от решета не будет, т.к. проекции сил на NN равны нулю:

Определение числа оборотов для различных режимов работы плоского решета Определим число оборотов для различных условий работы решета и перемещения по нему материала (рис. 1.60).

I режим: 12 r < gA - скольжения нет ни вверх, ни вниз;

1.5.4 Движение вороха по плоскому решету с учетом отверстий в решете При условии скольжения зерна вниз по решету Обозначим: D -диаметр отверстия в решете (рис.1.61), d - диаметр зерна, D < d; sin Направление J проводим, основываясь на предыдущих материалах, под углом к горизонту.

Условие движения зерна вниз по решету:

моментов относительно точки А:

При условии движения зерна вверх по решету, рассуждая аналогично предыдущему случаю, будем иметь:

(M1)B>(Mmg)B, Движение зерна на проход через отверстия решета Возьмем крайний случай, при котором еще возможен проход зерна через отверстия решета (рис. 16.2).

Так как = 3 5°, то величина r-sin = 0. Для упрощения расчетов считаем что cos = l.

В момент отрыва зерна от грани отверстия скорость зерна была V, тогда отсюда Подставив значение t в уравнение (1.122), получим относительную критическую скорость:

При этой скорости обеспечивается движение зерна через отверстие решета при скольжении вниз.

1.5.5 Определение размеров плоских решет Вероятность просеивания зерна (относительная степень просеивания определяется так:

где f - площадь всех отверстий решета;

F - полная площадь решета.

Для проволочных решет = 0,62-0,84, для пробивных решет 0,44-0,49.

Полнота разделения на решетах определяется количеством просей-ваемого зерна :

где Q - производительность машины;

С - коэффициент, показывающий содержание семян мелкой фракции в исходном материале;

Р - производительность решета на сход;

- в основном зависит от длины решета.

Длина решета:

где nв - количество необходимых колебаний решета для полного разделения вороха (nB = 60 80). Ширина решета:

Производительность плоских решет:

где р - производительность решета на сход;

q - производительность решета на проход.

где Vcp - средняя скорость перемещения зерна по решету;

t - время прохода зерна через отверстие;

2. РАБОЧИЕ ОРГАНЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ

И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНА

2.1 ЗАДАЧИ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА И АГРОТРЕБОВАНИЯ

Ворох, поступивший от комбайна, состоит из зерна, сбоины, половы, семян посторонних культур, частиц почвы и др. примесей. Такая зерновая смесь требует дальнейшей обработки - очистки, сортирования и сушки.

Очистка - удаление посторонних примесей и получение зерна в чистом виде.

Сортирование - разделение очищенного вороха на сорта.

Сушка - удаление излишней влаги из зерна. Влажность зерна предварительно снижают до 10 %.

Обработанное на зерноочистительных и сортировальных машинах зерно должно соответствовать требованиям стандартов.

Влажность продовольственного зерна не должна превышать 16-19 %, содержание сорных примесей для пшеницы и ржи допускается не более 5 %, для прочих зерновых - 8 %, для риса - 10 %, содержание зерновых примесей не более 15 %. Зерно должно иметь нормальный запах и цвет, зараженность амбарными вредителями не допускается.

Сортовая чистота семян зерновых культур I и II класса должна быть 98-99 %, всхожесть 90-95 % (для твердой пшеницы II класса допускается не менее 87 %), количество обрушенных семян 0,5-1 %, влажность семян 14-17%.

2.2 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕРНА И СПОСОБЫ ЕГО

ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ

Если физико-механические свойства частей зерновой смеси разнятся, их можно разделить.

Процесс очистки и сортирования зерна основан на использовании аэродинамических свойств, размеров зерен, плотности, состояния поверхности, различий формы, цвета и др.

Зерноочистительные и сортировальные машины снабжены устройствами, действующими по принципу использования одного или нескольких признаков и свойств зерна и других составляющих смеси.

2.2.1 Разделение семян по аэродинамический свойствам Перемещаясь в воздушной среде, любое тело преодолевает сопро-1 пиление воздуха, зависящее от размеров, формы, массы тела и его расположения в воздушном потоке. Чем больше сопротивление воздуха, тем медленнее движется свободно падающее тело и тем позже оно упадет, на этом принципе основан процесс выделения примесей и разделения зерна горизонтальным и вертикальным воздушными потоками.

Обычно разделяемую зерновую смесь вводят в воздушный поток, создаваемый вентилятором, или подбрасывают, заставляя двигаться в воздухе.

На помещенное в вертикальном воздушном потоке тело (рис. 2.1) действует сила тяжести Q и сила сопротивления воздушному потоку R. Если Q > R, то тело падает. При R > Q тело движется вверх. Если Q = R, то тело находится во взвешенном состоянии.

Скорость вертикального воздушного потока, при котором тело находится во взвешенном состоянии, называют скоростью витания или критической скоростью данного тела (VKp). Значение Vкр можно определить по формуле где Кп - коэффициент парусности.

Коэффициент парусности характеризует аэродинамические свойства семян. Сила R (рис. 2.1) равна:

где Ко - коэффициент сопротивления;

- удельный вес воздуха;

g - ускорение силы тяжести, м/с2;

F - миделево сечение тела, м ;

V - относительная скорость, м/с.

Ускорение, которое сообщает сила R частице массой т, выражается формулой Величина Кп = и есть коэффициент парусности.

Природа коэффициента парусности очень сложна. Поэтому на практике чаще пользуются критической скоростью витания VKp. Эту скорость можно определить экспериментальным путем на парусном классификаторе или в аэродинамической трубе.

Критические скорости семян зерновых культур находятся в пределах от 8 до 17 м/с.

Критическая скорость и коэффициент парусности для одного и того же тела неправильной формы непостоянны, т.к. зависят от площади поверхности тела, на которую действует поток воздуха (миделево сечение). 11лощадь же поверхности тела зависит от его расположения относительно направления воздушного потока. Поэтому воздушный поток преимущественно используют не для сортирования, а для выделения из зерна кусочков соломы, половы, пыли, для освобождения зерна от семян сорняков и от неполноценного и легкого зерна.

Для получения воздушного потока в с.-х. машинах применяют центробежные, осевые и диаметральные вентиляторы.

Крылач центробежного вентилятора (рис. 2.2 а) вращается в кожухе 1 с окном 3 в одной или двух стенках лопасти крылача 2 выталкивают захваченный воздух в нагнетательную трубу 4. В кожухе создается разряжение, поэтому воздух поступает в него через окна 3, регулируемые заслонками.

Центробежный нагнетательный вентилятор (рис. 2.2 а, б) создает в нагнетательной трубе 4 давление выше атмосферного. Всасывающий вентилятор (рис. 2.2 в) засасывает воздух из воздушного канала и в последнем создается разряжение.

Скорость воздушного потока регулируют открытием входных окон кожуха и изменением частоты вращения крылача.

Наклонный воздушный поток разделяет смесь следующим образом.

Зерновая смесь, равномерно высыпающаяся из питательного ковша 5, попадает под действие наклонного воздушного потока. Воздушная струя мало отклоняет тяжелое зерно, и оно попадает в первое отделение короба. Легкие примеси уносятся воздушным потоком дальше.

Чтобы использовать восходящий поток воздуха (рис. 2.2 а), зерно подают на сетку либо непосредственно в воздушный канал. Скорость воздушного потока регулируют так, чтобы зерно осталось на сетке, а легкие примеси поступали в осадочную камеру 6.

Поскольку площадь осадочной камеры больше площади воздушного канала, то скорость воздуха в осадочной камере уменьшается. Поэтому примеси оседают и высыпаются через лоток 8.

Осевыми вентиляторами оснащают также опрыскиватели, опыливатели, агрегаты для досушивания и вентилирования сена и зерна.

Диаметральный вентилятор (рис. 2.2 г) составлен из многолопастиого колеса барабанного типа 9 и кожуха 10. Колесо, закрытое с торцов, имеет криволинейные загнутые вперед по движению лопасти, образующие решетку. Входное окно расположено против выходной трубы. Воздух засасывается через окно по всей длине колеса, дважды проходит сквозь решетку колеса и нагнетается в трубу 4. Диаметральный вентилятор работает с небольшой частотой вращения, что способствует снижению вибрации и шума. Он создает равномерный воздушный поток по ширине канала.

2.2.2 Разделение семян по размерам Любое семя неправильной формы имеет длину 1, ширину в и толщину а. По своим размерам семена каждой культуры резко отличаются друг от друга. На этом свойстве основан принцип сортирования зерна на фракции и его очистки от примесей.

Параметры составляющих зерновой смеси изменяются от минимального значения до максимального. Изменение размеров семян характеризуется вариационными рядами или вариационными кривыми (рис. 2.3).

Чтобы получить вариационный ряд или построить вариационную кривую, необходимо произвести измерения линейных размеров достаточно большого количества семян (500шт.) по а, в,.

Установив наименьшее значение длины зерна и наибольшее (толщину и ширину), выбираем число классов m и после этого находим величину классового промежутка:

Устанавливаем границы классов:

у первого класса: нижняя граница у второго класса: нижняя граница Количество зерен п в каждом классе выражаем в процентах Р от общего количества измеренных зерен N и таким образом получаем вариационный ряд:

Для построения вариационной кривой откладываем на оси абсцисс линейные размеры семян, а по оси ординат - количество зерен в процентах. Количество семян в классах и вариационная кривая изменяются с изменением числа классов и величины классового промежутка (рис. 2.3).

Сопоставлять можно только вариационные кривые, у которых одинаковые величины классовых промежутков.

Вариационный ряд характеризует средняя величина М и среднее квадратическое отклонение :

Где - отклонение значения от средней М При частичном пересечении двух кривых (рис. 2.4 б) возможно неполное разделение смеси. Если кривые перекрывают одна другую полностью (рис. 2.4 в), то разделение по выбранному признаку (например, по длине ) невозможно и необходимо подобрать другой принцип разделения (например, по толщине а или аэродинамике).

По толщине и ширине зерно разделяют на решетах, на них же отделяют от зерна крупные и мелкие примеси.

Решето представляет собой металлический лист с отверстиями одинакового размера продолговатыми, круглыми и треугольными.

Сквозь продолговатое отверстие (рис. 2.5 б) может пройти только такое зерно, толщина а которого меньше ширины щели отверстия. При этом длина зерна не имеет значения, она всегда значительно меньше длины продолговатого отверстия. Так как ширина зерна всегда больше толщины, то черно, которое не проходит сквозь продолговатое отверстие по толщине, чем более не пройдет по ширине. Следовательно, разделение семян по толщине возможно только на решете с продолговатыми отверстиями.

Сквозь круглое отверстие (рис. 2.5 в) зерно может пройти только в случае, если его ширина в меньше диаметра отверстия. Длина и толщина зерна не препятствуют его проходу сквозь круглое отверстие. Следовательно, разделение семян по ширине возможно только на решете с круглыми отверстиями.

Для разделения зерна по длине служит цилиндрический триер - вращающийся стальной цилиндр 1 (рис. 2.6) с ячейками внутри. Мелкие и короткие зерна полностью погружаются в ячейки, длинные - частично. При повороте цилиндра из ячеек сначала выпадают длинные зерна, после подъема и поворота ячейки с зерном - короткие (рис. 2.3).

Таким образом, принцип разделения зерен по длине заключается в том, что длинные зерна при повороте цилиндра выпадают из ячеек раньше чем короткие.

Триер для выделения длинных примесей (овсюжный) снабжен крупными ячейками (рис. 2.6 а), триер для выделения, коротких примесей (кукольный) - мелкими (рис. 2.6 б). В ячейку овсюжного триера западают семена основной культуры, кукольного - короткие примеси.

Вследствие вращения триерного цилиндра длинные семена перемещаются по его дну к выходу из цилиндра, мелкие зерна поднимаются выше края неподвижного желоба 2 и выпадают из ячеек в желоб, из которого удаляются шнеком 3.

Частота вращения триерного цилиндра должна быть такой, чтобы все зерна выпадали из ячеек. Если частота вращения цилиндра выше критической, то центробежная сила J прижмет зерно к ячейке. В этом случае часть зерна будет вращаться вместе с ячейками и разделение зерна на фракции будет неточным.

Для нормальной работы триера необходимо, чтобы центробежная сила была всегда меньше веса зерна, т.е.

Используют также способность шероховатых семян удерживать металлический порошок мелкого помола. Для этого семена смешивают с порошком, содержащим железо, и пропускают через электромагнитную очистительную машину, магнитный барабан которой притягивает порошок и вместе с ним шероховатые семена.

Длинные и круглые семена можно отделить друг от друга устройством с винтовой поверхностью (змейка). Семена высыпают небольшой равномерной струей на верхнюю часть винтовой поверхности. Длинные зерна (например, овес) вследствие значительного сопротивления скользят по винтовой поверхности и сходят с нижнего витка в лоток.

Круглые зерна (вика, куколь) из-за меньшего сопротивления движутся быстрее, скатываются к наружному краю винтовой поверхности и падают за ее пределы.

Семена разделяют также на решетах с фигурными отверстиями. Семена сорняков трехгранной формы выделяют на решете с треугольными отверстиями.

Для разделения по цвету используют фотоэлемент: светлые зерна возбуждают в фотоэлементе электрический ток, открывающий клапан на пути семян. Так разделяют семена фасоли белые и темные.

2.3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗДЕЛЕНИЯ ЗЕРНА РЕШЕТОМ

Принцип разделения смеси решетом на составные части основан на том, что сквозь отверстия решета проходят только зерна, размер которых меньше размера отверстий. Более крупные зерна сходят с решета. Зерно и примеси, которые прошли сквозь отверстия, называют проходом; зерно и примеси, которые сошли с решета - сходом. Фракции, полученные при разделении смеси, называют выходом, а засорители (кусочки колосьев, стебли, семена сорняков, некондиционное зерно и другие примеси) -отходом.

В зерноочистительных машинах используют пробивные решета с продолговатыми или круглыми отверстиями, решето перемещается в решетном стане, который подвешивают на пружинящих или шарнирных подвесках и приводят в колебательное движение от эксцентрика, кривошипа или коленчатого вала.

Поверхность решета должны быть ровной, чтобы зерно не сходило с увеличенной скоростью с выпуклостей и не задерживалось во впадинах. Режим работы решета следует выбрать так, чтобы зерна в различных положениях встречаясь с отверстиями, проходили в них, для чего зерновая смесь должна равномерно перемещаться по решету тонким слоем.

Угол наклона подбирают так, чтобы с неподвижного решета смесь не сходила под действием силы тяжести. Во время работы смесь должна перемещаться по поверхности решета. Это необходимо для прохода зерна сквозь решето и для схода оставшегося зерна.

Для этого решето приводят в колебательное движение в направлении наклона (продольные колебания) или поперек (поперечные колебания).

Частоту колебаний выбирают в зависимости от амплитуды колебания, угла наклона решета и коэффициента трения смеси. Если частота колебаний недостаточна, то смесь движется вместе с решетом; если чрезмерно увеличена, то часть зерна не успевает пройти сквозь отверстия, вследствие чего качество разделения смеси снижается, а производительность решета падает.

2.4 КЛАССИФИКАЦИЯ И СИСТЕМА МАШИН

По назначению зерноочистительные машины подразделяются на группы: общего назначения и специальные. Машины общего назначения предназначены для первичной и вторичной очистки и сортирования семян зерновых, технических, бобовых культур и трав.

Машины специального на-шачения предназначены для дополнительной и специальной доработки зерна.

По принципу действия и составу рабочих органов машины общего назначения бывают четырех типов: воздушные, воздушно-решетные, триерные и воздушно-решетно-триерные.

Воздушно-решетные машины предназначены для предварительной очистки и частичного сортирования зерна после обмолота комбайнами и молотилками.

Основные рабочие органы таких машин - решетная и воздушная части. Кроме того, они снабжены устройствами для загрузки.

Воздушно-решетно-триерные - сложные машины, предназначенные для очистки и сортирования семян зерновых, зернобобовых, технических и других культур, используемых для посева и продовольственных целей. Основные рабочие органы таких машин - триеры и воздухоочистительные устройства, а также система загрузки и выгрузки семян.

По способу передвижения они бывают стационарными или передвижными. Последние могут иметь собственный двигатель, тогда их называют самопередвижными.

Производительность воздушных зерноочистительных машин составляет 10-20 т/ч, воздушно-решетных - 1,25-20 т/ч, триерных - 1,25-10 т/ч, воздушно-решетно-триерных - 3,75 т/ч. Меньшие значения соответствуют обработке семенного материала, большие - обработке продовольственного зерна и первичной очистке семенного материала.

Для различных зон созданы комплексы машин и оборудования зерноочистительных и зерноочистительно-сушильных пунктов различной производительности. Это комплексы машин и оборудования для стационарных агрегатов типа АЗС и ЗАВ и стационарных зерноочистительно-сушильных пунктов типа КЗС, а также семяочистительные приставки, нории, триерные блоки, универса

3. МАШИНЫ ДЛЯ УБОРКИ КУКУРУЗЫ НА ЗЕРНО

3.1 Способы уборки и агротребования При уборке кукурузы на зерно стремятся собрать не только початки с зерном, но и листостебельную массу.

Созревшее растение имеет облиственный стебель высотой от 1,5 до 4 м с одним - тремя початками. Зерна кукурузы кучно размещены по поверхности початков, прочно связаны с его стержнем и покрыты многослойной оберткой, початки низкорослых сортов кукурузы располагаются на расстоянии 25-45 см от поверхности поля, высокорослых - свыше 60 см.

Расположение початков на высоте менее 30 см' затрудняет уборку и приводит к потерям. Для машинной уборки на зерно предпочтительнее скороспелые, неполегающие сорта кукурузы, имеющие прочные стебли и небольшую листовую массу, дружно созревающие прямостоячие початки с немногочисленными легко отделяющимися обертками.

Кукурузу на зерно убирают в виде початков или с одновременным обмолотом последних. Первый способ включает срезание растений, отделение початков, измельчение стеблей, очистку початков от оберток, сушку и обмолот на стационаре. Для этого применяют кукурузоуборочные комбайны, очистители початков, молотилки, стационарные пункты послеуборочной обработки и хранения кукурузы.

При уборке по второму способу срезают растения, обмолачивают початки и измельчают стебли переоборудованными зерноуборочными комбайнами, а очищают и сушат зерно на стационаре.

Уборку кукурузы на зерно начинают в конце восковой спелости и заканчивают в течение 10-15 дней. На семена кукурузу убирают в начале фазы полной спелости. Убирать кукурузу с одновременным обмолотом рекомендуется при влажности верна не более 26- Высоту среза в пределах 10-15 см устанавливают с учетом высоты расположения нижних початков и скорости движения агрегата. Чрезмерно высокий срез затрудняет послеуборочную обработку почвы.

При уборке кукурузы в початках в ворохе должно быть не менее 95 % очищенных початков, а чистота вороха - не менее 99 %.

Поврежденных початков среди убранных с гибридных участков должно быть не более %. Початки отцовских и материнских форм нельзя смешивать.

При уборке кукурузы с обмолотом потери свободного зерна за комбайном не должны превышать 0,7 %, наличие зерна в силосной массе -0,8 %, недомолот - не более 1,2 %, а дробление - 2,5 %. Содержание кусочков стеблей в ворохе зерна допускается не более 4 %.

3.2 Технологические процессы кукурузоуборочных машин Отделение початков от стеблей в кукурузоуборочных машинах производится початкоотделяющими устройствами, обычно состоящими из двух вращающихся навстречу друг другу вальцов, которые, протягивая стебли, отделяют от них початки.

Для выполнения технологического процесса отделения початков от стеблей вальцы початкоотделяющего устройства должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Обеспечивать надежный захват стеблей кукурузы различного диаметра.

2. Протягивать стебли с усилием, превышающим сопротивление разрыву плодоножки.

3. Отделять от стеблей початки без их повреждений.

В зависимости от технологической схемы комбайнов стебли могут подаваться в вальцы метелкой или комлем. Кроме того, все существующие початкоотделяющие устройства можно разделить в зависимости от схемы на две группы: устройства, у которых отделение початка от стебля происходит за счет сил, возникающих при прокатывании стебля вальцами или от воздействия на стебли другого рабочего органа. При этом происходит принудительное протягивание стеблей через вальцы.

3.3 Основы теории початкоотрывочных вальцов 3.3.1 Условие захвата стебля вальцами Процесс прокатывания стебля вальцами можно разделить на две операции: захват стеблей и их прокатывание после отрыва початков. Рассмотрим условие захвата стебля вальцами /17/.

Стебель (рис. 3.1), попадая во вращающиеся вальцы с некоторой силой Q, воспринимает со стороны каждого вальца силу реакции Nc, направленную в точку А контакта стебля с вальцами. Под действием силы Nc возникает касательная сила Тс = Nc • f.

Разложив силы Nc и Тс на вертикальные и горизонтальные составляющие, легко установить, что силы Ny и Ту сжимают стебель с dc до величины зазора h между вальцами.

Под действием горизонтальной составляющей Nx =NC -sin стебель выталкивается из отрывочных вальцов, а под действием силы Т, = Т„ -cosa,, затягивается в зазор между ними.

Очевидно, что для затягивания стебля между вальцами необходимо условие:

Это значит, что затягивание стебля вальцами возможно при условии:

где f - коэффициент трения между стеблем и поверхностью вальца, где - угол трения между стеблем и поверхностью вальцов.

Итак, для затягивания стебля вальцами необходимо, чтобы угол трения был больше угла захвата стебля.

Установлено, что в силу истирания и снятия торцовой кромки стебля при захвате его вальцами действительный угол захвата меньше угла трения:

Угол захвата можно определить 3.3.2 Обоснование диаметра вальцов Следовательно, при одних и тех же размерах вальцов их захватывающая способность при подаче стеблей метелкой больше, чем при подаче комлевой частью. Значит при подаче стеблей в вальцы метелкой можно уменьшить диаметры вальцов /17/:

Опытами установлено, что стебли при обжатии их более чем на 10 % разрушаются. А это приводит к перегрузке и забиванию вальцов. Поэтому при расчете диаметров и рабочего зазора между ними необходимо принимать:

Где dcp- средний диаметр стебля, м, (3.5) 3.3.3 Условие отрыва початка вальцами Рассмотрим особенности процесса отделения початков от стеблей при условии, что отделение происходит за счет сил, возникающих при протягивании стеблей вальцами.

В рабочем русле отрывочных вальцов початок подвергается действию тех же сил, что и стебель (рис. 3.2). В момент контакта початка с вальцами мод действием протягивающей силы возникают нормальное давление вальцов на початок Nn и сила трения початка о вальцы Тп. Отделение початка произойдет тогда, когда вертикальная составляющая R равнодействующих сил будет иметь направление, противоположное движению стебля, и превышать усилие сопротивления плодоножки разрыву или излому F, т.е.

В период технической спелости кукурузы разрывное усилие плодоножки достигает кг. Это условие может быть выполнено при - Угол трения початка о вальцы.

Нарушение этого условия может привести не только к забиванию по-чнтков относительно вальцов, но и к затаскиванию початков в рабочую щель. Величина Ri может быть определена так:

где Pпр - сила, с которой стебель протаскивается между вальцами, Н, Из выражения (3.7) видно, что увеличение силы R1 может быть достигнуто в основном за счет изменения протигивающего усилия Рпр. При (ТОМ необходимо иметь в виду следующее:

- диаметр и поверхность вальцов, зазор между вальцами и окружная скорость их являются величинами постоянными;

- увеличение угла п ограничено dпоч;

- уменьшение угла зависит от влажности початков;

- увеличение же силы Рпр может быть достигнуто за счет увеличения силы сцепления стебля с вальцами, снабженными выступами. Однако увеличение механического сцепления приводит к нарушению условия а„ >фп. 11о)тому в устройствах с активными вальцами, чтобы избежать зацепления и затягивания початков, необходимо иметь минимальный зазор между вальцами, но это ухудшает их захватывающую способность и не всегда практически выполнимо. Повышение же качественных показателей устройств для отрыва початков может осуществляться путем уменьшения численности вальцов за счет введения принудительного подвода стеблей к вальцам (комбайн типа «Херсонец»). В этих комбайнах срезанный стебель должен пройти путь до отрывочных вальцов и частично прокатиться вальцами до подхода комбайна к следующему стеблю (рис. 3.3). Это условие Можно представить зависимостью - путь, проходимый стеблем от момента среза до его захвата вальцами, мм;

2 - путь прокатываемого стебля, соответствующий оставшейся части стебля перед режущим устройством, мм;

t - шаг растений в рядке, мм;

Vц - скорость подающей цепи, м/с;

Vв - окружная скорость вальцов, м/с;

Vм - поступательная скорость машины, м/с.

3.3.4 Мощность, потребляемая на работу вальцов Необходимая для работы початкоотделяюшего аппарата мощность равна:

А=Апр.ст+Аотр.поч+Ахх, кВт а) Мощность, затрачиваемая на прокатывание стеблей (рис. 3.2):

где МКр - крутящий момент на вальцах, Н м;

- угловая скорость вальцов, с -1;

К - количество стеблей, одновременно находящихся в рабочей зоне, шт.

Крутящий момент:

где Тс - тангенциальная сила на вальцах в процессе отрыва, Н;

Спроектировав силы Nc и Тс на вертикальную ось початкоотделяющего устройства, получим:

Имея в виду, что Tc=Nc*fc получим:

Количество стеблей, одновременно находящихся в рабочей зоне, можно определить по формуле:

Где L - рабочая длина вальцов, м;

e - количество стеблей, проходящих через вальцы в секунду, шт;

VCT - скорость стеблей, м/с.

Количество стеблей, проходящих через вальцы в секунду, определим из выражения:

Где m - количество стеблей на 1 га, шт;

В - рабочая ширина захвата машины, м;

VM - рабочая скорость комбайна, м/с.

Подставив выражение (3.16) в формулу (3.15), окончательно получим:

Подставив значение выражений (3.11), (3.14), (3.17) в формулу (3.11), получим выражение, определяющее мощность на прокатывание стеблей вальцами:

(3.18) б) Мощность, затрачиваемая на отрыв початков от стеблей:

Спроектировав силы Nn и Тп на вертикальную ось (рис. 3.2), получим:

Рассуждая аналогично первому случаю, окончательно напишем выражение, определяющее необходимую мощность на отрыв початков вальцами:

Подставив выражения (3.20) и (3.18) в формулу (3.10) и преобразуя, окончательно получим формулу, определяющую общую мощность, затрачиваемую на работу початкоотделяющего устройства:

3.4 Принцип механической очистки початков от оберток Початки, полученные при уборке кукурузы и не очищенные от покровных листьев (оберток), вследствие недостаточной аэрации и способности оберток быстро впитывать влагу покрываются плесенью, и зерно портится.

Как правило, кукурузоуборочные машины очистку початков производят недостаточно качественно, а очистительные устройства значительно усложняют конструкцию уборочных машин. Ручная же очистка является трудоемкой операцией, для осуществления которой затрачивается около 55 чел-ч при урожайности 30-40 ц/га. Поэтому широкое применение находят машины для стационарной очистки початков - початкоочистители.

Основным рабочим органом початкоочистителей являются вальцы, Они выполняют две операции: перемещают початки и снимают с них] обертки. При этом весьма существенную роль играют прижимные устрой' ства. Создавая дополнительное давление на початки, они способствуют лучшему захвату обертки и могут изменять скорость перемещения початков по вальцам. Хотя операции перемещения початков и удаления с них оберток выполняются одновременно, они различны по своей физической сущности. Первая определяет производительность початкоочистителя как транспортирующего устройства, а вторая совершенство процесса очистки мри заданной производительности.

Очистка с помощью вальцов была применена еще в конце прошлого столетия. У выпускаемых промышленностью початкоочистителей ОП-4Б, ОГ1П-5 и других пока еще низкое качество очистки и высокая степень повреждаемости зерна и початков.

3.5 Основы теории початкоочистительных вальцов 3.5.1 Условия захвата листьев обертки Для примера необходимо рассмотреть простой случай движения цилиндрического тела по двум вращающимся вальцам. Возьмем вальцы одного диаметра и с одинаковыми угловыми скоростями, рабочие поверхности-гладкие, выполненные из одного и того же материала, прижимных устройств нет (рис. 3.4).

Если положить неочищенный початок на вращающиеся навстречу друг другу и поставленные под некоторым углом к горизонту вальцы, то вследствие их вращения и действия собственного веса початок будет двигаться по образующим поверхности вальцов.

При этом на образующих, по которым происходит соприкосновение неочищенных початков с вальцами, возникают касательные силы Т. В результате листья обертки отделяются от початков и протягиваются между вальцами. Початок, имеющий большой диаметр, не может быть затянут между вальцами и под действием силы тяги или под действием специальных устройств в очищенном виде сползает вниз. Под действием силы веса початка Q со стороны вальцов на початок действуют нормальные давления N, в результате которых и возникают касательные усилия Т:

где f - коэффициент трения вальцов о листья початка.

Для захвата листьев вальцами необходимо, чтобы коэффициент f, по своей величине был больше f1 - коэффициента трения листьев обертки по зерну початка, а также больше f — коэффициента трения между листьями обертки. По данным ВИСХОМа, f1= 0,29; f2 = 0, и сила отрыва листьев от початка Рmах = 4,1-4,6 кг.

Таким образом, для захвата и отрыва листьев от початка необходимо, чтобы очистительные вальцы имели поверхность с f 0,35 и Тпр Рmax, где Tпр - сила, с которой протаскиваются листья обертки; Ршах - сила сопротивления отрыву листьев от початка.

Чтобы не происходило затягивания початка между вальцами, должно соблюдаться условие: