Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Выбор направления исследования 6
1.1 Разделение мелкого зернового вороха в воздушно-решетной очистке при работе на склонах 6
1.2 Обеспечение равномерной загрузки решет очистки ворохом 7
1.3 Физико-механические свойства вороха 17
1.4 Обзор аналитических работ 22 Цель и задачи исследований 31
Глава 2 Обоснование функциональной схемы и параметров выравнивателя 32
2.1 Развитие модели С.А. Алферова 32
2.2 Движение зернового вороха по наклонному жалюзийному решету 32
2.3 Начальные условия и интервалы движения вороха 41
2.4 Движение по решету, отрыв и полет вороха 42
Выводы по главе 2 53
Глава 3 Программа и методика проведения экспериментов 55
3.1 Определение приведенного коэффициента трения вороха по жалюзийному решету 56
3.2 Исследование траекторий движения вороха 57
3.3 Распределение вороха по ширине на сходе с транспортной доски 60
3.4 Распределение вороха по ширине на сходе с верхнего решета 61
3.5 Определение показателей качества работы системы очистки 63
3.6 Методика обработки опытных данных 67
Выводы по главе 3 70
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований 71
4.1 Приведенный коэффициент трения вороха по жалюзийному решету при прямом и обратном направлении движения вороха 71
4.2 Движение вороха по жалюзийному решету 74
4.3 Влияние поперечного крена и влажности вороха на показатели работы очистки 76
4.3.1 Распределение вороха, поступающего на верхнее решето 76
4.3.2 Распределение вороха на сходе с верхнего решета 78
4.3.3 Влияние влажности вороха на показатели качества работы очистки 82
4.4 Математическая модель системы очистки 85
4.5 Оптимизация параметров системы очистки 92
4.6 Сравнительные лабораторные испытания 96
4.7 Расчет экономической эффективности экспериментальной очистки 98
Выводы по главе 4 106
Общие выводы 107
Список использованных источников 110
Приложения 121
- Разделение мелкого зернового вороха в воздушно-решетной очистке при работе на склонах
- Развитие модели С.А. Алферова
- Определение приведенного коэффициента трения вороха по жалюзийному решету
- Приведенный коэффициент трения вороха по жалюзийному решету при прямом и обратном направлении движения вороха
Введение к работе
Одной из главных задач в сельском хозяйстве является устойчивое наращивание производства зерна, сокращение потерь зерна при уборке, транспортировке и хранении, применение при уборке урожая высокопроизводительной техники с минимальными потерями.
В настоящее время комбайновый способ является основным способом уборки зерновых.
Одной из систем, ограничивающих пропускную способность комбайна, является очистка. Создание эффективных сепарирующих устройств является важнейшим фактором увеличения производительности зернокомбайна и снижения потерь урожая. Уборка зерновых повышенной влажности, на склонах сопровождается ростом потерь зерна.
Разработка новых сепарирующих рабочих органов, интенсифицирующих сепарацию зерна при повышенной подаче вороха, неравномерности подачи и содержания в ворохе соломистой фракции имеет существенное значение в развитии уборочной техники.
Производительность зерноуборочного комбайна при работе на склонах более 2 снижается из-за неравномерной загрузки системы очистки. Так, при уклоне 5 комбайн теряет до 3,5 % зерна, причем на систему очистки приходится около 60 % всех потерь [37]. Для снижения уровня потерь зерна при работе на склонах снижают производительность комбайна. Если на равнине производительность комбайна принять равной 100 %, то на склоне 5 она уменьшается до 83 %, а на склоне 9 - до 63 % [37].
В России в 2003г под зерновыми культурами, расположенными на склонах 5 и более, было занято около 3 млн. га, в Алтайском крае около 120 тыс. га. Количество наибольших пахотных площадей на склонах по районам Алтайского края приведено в таблице 1 [82]. Из общих пахотных площадей около 70 % занимают зерновые. При работе зерноуборочного комбайна на склонах теряется 3,5 - 5,0 % зерна. При годовой загрузке комбайна в 300 га количество
комбайнов, которые работают с потерями зерна, превышающими агротехнические требования, составляет: по России - 10000 штук, по Алтайскому краю - более 400 штук. Общие потери зерна составляют: в России
160 - 340 тыс. т., в Алтайском крае - 6,8 - 9,5 тыс. т.
Таблица 1 - Пахотные угодия Алтайского края на склонах
с уклоном 5 и более
Российские комбайностроительные заводы пока не могут предложить простое и эффективное приспособление для работы на пологих склонах, а крутосклонные модели нерационально использовать на склонах менее 12 [78].
Цель работы - повышение эффективности системы очистки зерноуборочного комбайна для работы на пологих склонах.
Под эффективностью системы очистки понимается снижение уровня потерь путем выравнивания вороха на решетах очистки.
Разделение мелкого зернового вороха в воздушно-решетной очистке при работе на склонах
В настоящее время в комбайнах с классической схемой молотилки преобладает воздушно-решетная система очистки.
Выделение зерновой фракции из мелкого зернового вороха на решетах очистки происходит за счет колебательных движений решетного стана и воздействия воздушного потока. Подбрасывание вороха на решетном стане с обдувом наклонным воздушным потоком, увеличивает скважность слоя вороха и облегчает выделение зерна.
На сепарацию зерна в очистке влияет подача вороха и его равномерность, содержание и состав соломистой фракции, физико-механические свойства компонентов вороха (засоренность, влажность, состав и др.), подача воздушного потока и его равномерность, параметры сепаратора и подготавливающих устройств и др. [31].
При движении зерноуборочного комбайна вдоль по склону происходит перемещение зернового вороха, находящегося на верхнем решете очистки, в сторону уклона. При этом увеличивается толщина слоя вороха у одной из боковин молотилки, в то время как у противоположной боковины решето остается незагруженным. Воздушный поток устремляется в свободную от вороха часть решета. При этом значительно возрастают потери. Так, потери зерна за комбайном растут в среднем на 0,5% при увеличении крутизны склона на 1. Уровень потерь зерна на склонах с уклоном 8 за зерноуборочным комбайном без выравнивания составляет 3-6%, при допустимых агротехническими требованиями - 1,5% за молотилкой и 0,5% за жаткой [32].
Движение комбайна поперек склона вверх сопровождается большими нагрузками на ходовую систему, ростом расхода топлива, увеличением скорости перемещения вороха по решетам очистки и клавишам соломотряса. При движении комбайна вниз по склону растет толщина слоя вороха на очистке и на соломотрясе, что ухудшает сепарацию зерна.
На рисунке 1 приведена классификация зерноуборочных комбайнов для работы на склонах с классической схемой молотилки.
Крутосклонные комбайны. Для снижения потерь зерна при работе на склонах как отечественные, так и зарубежные производители выпускают крутосклонные модификации равнинных комбайнов. Так, на базе модели комбайна 3550 английской фирмы Fitagri Laverda создана модификация 3550 AL, которая отличается от базовой способностью к выравниванию молотилки по отношению к горизонту при движении на склонах вверх с уклоном до 20 и вниз до 6 [34].
Крутосклонная модификация комбайна Е 514 (рисунок 2) позволяет производить уборку зерновых культур на участках с поперечным уклоном до 20 и продольным уклоном до 17 [24]. Выравнивание молотилки относительно горизонта осуществляется с помощью гидроцилиндров, установленных между молотилкой и ходовой частью комбайна.
Экспериментальными исследованиями установлены углы статической поперечной устойчивости зерноуборочных комбайнов Е514НиЕ512Н (ГДР) в зависимости от ширины колеи передних колес, дополнительных грузов в колесах и на балке переднего моста, высоты подъема хедера и некоторых других факторов. Установлено, что у стандартной комплектации комбайна Е 514, при полностью заполненных резервуарах водой и ГСМ, наполнении бункера зерном 1530 кг и поднятом на высоту 1280 мм хедере угол поперечной устойчивости комбайна составил 2323 . Тот же комбайн со спаренными колесами переднего моста и увеличенной массе спаренных колес на 520 кг, при наличии зерна в бункере 1700 кг и поднятом на высоту 1280 мм хедере, имел угол поперечной устойчивости 3333 , а с пустым бункером 3730 . Комбайн Е 512 в стандартной комплектации при заполненных резервуарах, наличии зерна в бункере 800 кг, поднятом на высоту 1280 мм хедере имел угол поперечной устойчивости 27 [24].
Комбайны для работы на пологих склонах. На кафедре сельхозмашиностроения АлтГТУ разработана система очистки, у которой вместо транспортной доски установлен решетно-винтовой сепаратор (РВС) (рисунок 3). Основными рабочими органами РВС являются четыре шнека, помещенных в индивидуальные желоба. Такая конструкция очистки позволяет подавать ворох равномерно на решета, так как уменьшается возможность перемещения частиц вороха из одного шнека в другой при наличии крена [44].
Транспортная доска и верхнее решето в системах очистки таких комбайнов разделены гребенками на 3 - 4 секции в продольном направлении. Гребенки препятствуют перемещению частиц вороха в поперечном направлении при наличии крена [28]. Однако их использование эффективно на склонах 2-3 [37]. В.А. Горлов [53] предлагает решето с гофрами, что обеспечивает равномерное расположение массы вороха по ширине решета. Но это верно только при условии равномерного поступления вороха на решето.
Системы очистки, компенсирующие влияние уклона Зерноуборочный комбайн Ford New Holland TF46 имеет очистку с механизмом автоматического бокового выравнивания при работе на склоне, т. е. выравнивается не вся молотилка, а только очистка [26]. Это также способствует снижению потерь зерна за очисткой.
Германская фирма Deutz-Fahr разработала для своих комбайнов очистку с выравнивающим устройством, обеспечивающим выравнивание плоскостей решет в поперечном направлении на уклонах до 11 [30].
Фирма Claas выпускает комбайн «Commander 228 CS» с мощностью двигателя 242 кВт и комбайн «Dominator 118 CL» (191 кВт), оборудованные автоматическим устройством для выравнивания системы очистки при работе на склонах [55]. Комбайны серий «ТС» и «ТХ» фирмы Ford New Holl компенсируют поперечный наклон верхнего решета до 23 градусов [26]. Комбайны «Fiatagri» выпускаются в специальной горной модификации и обеспечивают выравнивание рабочих органов до 20 градусов на поперечных склонах и до 8 градусов - на продольных [34].
Этот способ снижения потерь за системой очистки предлагается в а. с.№ 3906186.8 (Германия) [55]. Патентуемый комбайн оборудован очисткой с возможностью выравнивания жалюзийных решёт в поперечном направлении с помощью поворота решетного стана вокруг его продольной оси. Комбайн также может быть оборудован устройством для удержания транспортной доски в горизонтальном положении.
В настоящее время в комбайнах с классической схемой молотилки преобладает воздушно-решетная система очистки.
Выделение зерновой фракции из мелкого зернового вороха на решетах очистки происходит за счет колебательных движений решетного стана и воздействия воздушного потока. Подбрасывание вороха на решетном стане с обдувом наклонным воздушным потоком, увеличивает скважность слоя вороха и облегчает выделение зерна.
На сепарацию зерна в очистке влияет подача вороха и его равномерность, содержание и состав соломистой фракции, физико-механические свойства компонентов вороха (засоренность, влажность, состав и др.), подача воздушного потока и его равномерность, параметры сепаратора и подготавливающих устройств и др. [31].
При движении зерноуборочного комбайна вдоль по склону происходит перемещение зернового вороха, находящегося на верхнем решете очистки, в сторону уклона. При этом увеличивается толщина слоя вороха у одной из боковин молотилки, в то время как у противоположной боковины решето остается незагруженным. Воздушный поток устремляется в свободную от вороха часть решета. При этом значительно возрастают потери. Так, потери зерна за комбайном растут в среднем на 0,5% при увеличении крутизны склона на 1. Уровень потерь зерна на склонах с уклоном 8 за зерноуборочным комбайном без выравнивания составляет 3-6%, при допустимых агротехническими требованиями - 1,5% за молотилкой и 0,5% за жаткой [32].
Движение комбайна поперек склона вверх сопровождается большими нагрузками на ходовую систему, ростом расхода топлива, увеличением скорости перемещения вороха по решетам очистки и клавишам соломотряса. При движении комбайна вниз по склону растет толщина слоя вороха на очистке и на соломотрясе, что ухудшает сепарацию зерна.
На рисунке 1 приведена классификация зерноуборочных комбайнов для работы на склонах с классической схемой молотилки.
Крутосклонные комбайны. Для снижения потерь зерна при работе на склонах как отечественные, так и зарубежные производители выпускают крутосклонные модификации равнинных комбайнов. Так, на базе модели комбайна 3550 английской фирмы Fitagri Laverda создана модификация 3550 AL, которая отличается от базовой способностью к выравниванию молотилки по отношению к горизонту при движении на склонах вверх с уклоном до 20 и вниз до 6 [34].
Крутосклонная модификация комбайна Е 514 (рисунок 2) позволяет производить уборку зерновых культур на участках с поперечным уклоном до 20 и продольным уклоном до 17 [24]. Выравнивание молотилки относительно горизонта осуществляется с помощью гидроцилиндров, установленных между молотилкой и ходовой частью комбайна.
Экспериментальными исследованиями установлены углы статической поперечной устойчивости зерноуборочных комбайнов Е514НиЕ512Н (ГДР) в зависимости от ширины колеи передних колес, дополнительных грузов в колесах и на балке переднего моста, высоты подъема хедера и некоторых других факторов. Установлено, что у стандартной комплектации комбайна Е 514, при полностью заполненных резервуарах водой и ГСМ, наполнении бункера зерном 1530 кг и поднятом на высоту 1280 мм хедере угол поперечной устойчивости комбайна составил 2323 . Тот же комбайн со спаренными колесами переднего моста и увеличенной массе спаренных колес на 520 кг, при наличии зерна в бункере 1700 кг и поднятом на высоту 1280 мм хедере, имел угол поперечной устойчивости 3333 , а с пустым бункером 3730 . Комбайн Е 512 в стандартной комплектации при заполненных резервуарах, наличии зерна в бункере 800 кг, поднятом на высоту 1280 мм хедере имел угол поперечной устойчивости 27 [24].
Комбайны для работы на пологих склонах. На кафедре сельхозмашиностроения АлтГТУ разработана система очистки, у которой вместо транспортной доски установлен решетно-винтовой сепаратор (РВС) (рисунок 3). Основными рабочими органами РВС являются четыре шнека, помещенных в индивидуальные желоба. Такая конструкция очистки позволяет подавать ворох равномерно на решета, так как уменьшается возможность перемещения частиц вороха из одного шнека в другой при наличии крена [44].
Транспортная доска и верхнее решето в системах очистки таких комбайнов разделены гребенками на 3 - 4 секции в продольном направлении. Гребенки препятствуют перемещению частиц вороха в поперечном направлении при наличии крена [28]. Однако их использование эффективно на склонах 2-3 [37]. В.А. Горлов [53] предлагает решето с гофрами, что обеспечивает равномерное расположение массы вороха по ширине решета. Но это верно только при условии равномерного поступления вороха на решето.
Системы очистки, компенсирующие влияние уклона Зерноуборочный комбайн Ford New Holland TF46 имеет очистку с механизмом автоматического бокового выравнивания при работе на склоне, т. е. выравнивается не вся молотилка, а только очистка [26]. Это также способствует снижению потерь зерна за очисткой.
Германская фирма Deutz-Fahr разработала для своих комбайнов очистку с выравнивающим устройством, обеспечивающим выравнивание плоскостей решет в поперечном направлении на уклонах до 11 [30].
Фирма Claas выпускает комбайн «Commander 228 CS» с мощностью двигателя 242 кВт и комбайн «Dominator 118 CL» (191 кВт), оборудованные автоматическим устройством для выравнивания системы очистки при работе на склонах [55]. Комбайны серий «ТС» и «ТХ» фирмы Ford New Holl компенсируют поперечный наклон верхнего решета до 23 градусов [26]. Комбайны «Fiatagri» выпускаются в специальной горной модификации и обеспечивают выравнивание рабочих органов до 20 градусов на поперечных склонах и до 8 градусов - на продольных [34].
Этот способ снижения потерь за системой очистки предлагается в а. с.№ 3906186.8 (Германия) [55]. Патентуемый комбайн оборудован очисткой с возможностью выравнивания жалюзийных решёт в поперечном направлении с помощью поворота решетного стана вокруг его продольной оси. Комбайн также может быть оборудован устройством для удержания транспортной доски в горизонтальном положении.
Развитие модели С.А. Алферова
С.А. Алферов дал аналитическое описание движения зернового вороха по поверхности колеблющегося решета очистки зерноуборочного комбайна при наличии продольных колебаний. При поперечном крене появляется поперечная составляющая силы тяжести вороха, и ворох перемещается в сторону уклона к одной из боковин решета. Вследствие такого перемещения сила трения вороха о решето также изменяет свое направление. Дополнительные поперечные колебания решета также действуют и на движение вороха в поперечном направлении. В таких условиях модель С.А. Алферова не использовалась. Для развития модели ее необходимо рассмотреть в более широком плане, чем это было сделано ее автором.
Чтобы составить дифференциальные уравнения движения зернового вороха по наклонному жалюзийному решету, примем допущения, следуя С.А. Алферову: - кинематика решета одинакова по всей длине. Перемещение верхнего решета происходит по хорде, а не по дуге. - угловая скорость вращения кривошипа со = const; - на зерно или коронку сбоку на жалюзийном решете действует сила воздушного потока Рв; - скорость относительного перемещения тяжелой частицы по решету несущественно влияет на значение силы Рв, т.к. скорость частицы в 7 - 10 раз меньше скорости воздушного потока; - движение элемента слоя семян рассматривается как движение плоского тела, рассматриваем его как движение материальной точки; - заменяем движение решета по хорде движением по прямой; - коэффициенты трения /, и /2 зернового вороха при движении его по решету вверх и вниз неодинаковы т.е. /,«/2 ввиду наличия изгибов, изломов соломистых частиц, а также уступов и соломозацепов рабочего органа. Поэтому приведенный коэффициент увеличивается до 1,5 при скольжении слоя вороха в обратном направлении [2].
Закон движения любой точки решета согласно формул (10) определен в системе координат S S при этом ось Ои, параллельна отрезку ОіОз, ось OL, расположена перпендикулярно OCHOS а начало координат находится в центре вращения приводного кривошипа Oj.
Начало переносной системы координат xyz находится в центре масс вороха. Ось х направлена в сторону технологического движения вороха. Ось у направлена вдоль поперечного крена решета. Ось z направлена перпендикулярно плоскости решета (Рисунок 13). Схема сил, действующих на частицу, представлена на рисунке 14.
Таким образом, определены кинематические параметры относительного движения вороха по решету очистки. В этом разделе определяем возможные режимы движения зернового вороха по поверхности жалюзийного решета, совершающего колебания в продольном и поперечном направлениях. Интервалы возможных режимов движения материала по решету при наличии поперечного крена определялись в работе [19], однако авторы не учли воздействие на частицу воздушного потока, оказывающего существенное влияние на ее движение, и не рассматривали поперечные колебания решета.
В разделе 2.2 представлены дифференциальные уравнения относительного движения частицы вороха по решету, совершающему сложное колебательное движение (система координат XYZ связана с решетом: ось ОХ направлена вдоль решета; ось OY - поперек решета вверх по склону; ось OZ -перпендикулярно плоскости решета; начало координат совпадает с центром масс частицы вороха): шх = Ри cos( (3 - 5) + R Вх cos( у - 8) + FT cos є - G т cos a sin 8 my = FH + FT sin є - G T sin a cos 8 - R By -(34) m z = N + Ри sin( P - 8 ) + R B sin( у - 8) - G T cos a cos 8 При перемещении частиц вороха по решету возможны различные их состояния, т. е. интервалы движения: 1 -частица находится на решете, сила N 0; 2 -частица летит над решетом, сила N 0. Первый режим делится в свою очередь на следующие режимы: 1+ -частица скользит по решету в положительном направлении оси ОХ; 1. - частица скользит по решету в отрицательном направлении оси ОХ; 1п - частица находится на решете в состоянии относительного покоя.
Рассмотрим поведение соломистой частицы на лепестке жалюзи решета. В этом случае угол б определяет наклон лепестка жалюзи и находится в интервале от 22 до 30, а значение угла у, задающего направление воздушного потока, равно значению углаб. На рисунке 15 представлены графики N/m = f((p = cot), где ф - угол поворота кривошипа. Расчеты проведены при следующих параметрах: г = 0,03м ; р = 20; со = 28 с"1;a = 8 ;U = 4 м/с; Кп=0,04. N m о Стрелкой указан момент начала полета вороха Рисунок 15 - Зависимость N/m от угла поворота кривошипа &#. Как видно из рисунка 15, при указанных условиях частица отрывается от лепестка. Дополнительные поперечные колебания решета оказывают существенное влияние на значение нормальной реакции.
Определим границы интервалов 1+, 1. и 1п Интервал 1+ возможен при положительном значении ускорения частицы (х 0), интервал 1. возможен при отрицательном значении ускорения частицы (х 0). Соответствующие условия получаются из первого уравнения системы уравнений (1). Границы
Определение приведенного коэффициента трения вороха по жалюзийному решету
От влажности зернового вороха, поступающего на очистку и разных углов наклона жалюзи верхнего стана, зависит интенсивность выделения зерна из вороха, а, следовательно, производительность и потери зерна за системой очистки зерноуборочного комбайна.
С изменением этих показателей меняется приведенный коэффициент трения, а значит и сила трения, оказывающая отрицательное воздействие на процесс сепарации зерна.
Схема прибора В. А. Желиговского. Линейка (рейсшина) АВ ставилась рабочей плоскостью перпендикулярно поверхности горизонтального стола и перемещалась по ней, причем угол р я/2. На линейку устанавливались лепестки жалюзи с возможностью изменения угла наклона. Соломистая часть зернового вороха двигалась по некоторой траектории, составляющей с нормалью N к линейке угол ф, по направлению действия равнодействующей всех сил R = N + F. Зафиксировав начальное и конечное положение пучка, чертится траектория его движения и таким образом графически определяется приведенный угол трения ф.
В опытах использовали циклон для выделения соломистой части вороха при скорости воздушного потока 4 м/с, как и на верхнем решете, электронных весов ВПКТ-500 для определения массы исследуемого объекта, сушильного шкафа СЭШ-Зм.
Опыты проводились с соломистой частью вороха при движении его в прямом и обратном направлениях. Степень открытия характеризовали расстоянием между жалюзи с фиксацией. Опыты проводили с расстояниями между жалюзи 9мм, 12мм и 15мм.
Определение траекторий движения вороха проведены на лабораторной установке, созданной на основе решета и привода очистки комбайна СК-5А„НИВА", рисунок 24. Установка состоит из решета 1, установленного в стане 2, на котором жестко закреплены кронштейны 3, связывающие его посредством шатунов 4 с приводным валом 6. Решетный стан установлен на подвесках 5 с шаровыми шарнирами 7 и имеет возможность перемещаться как в продольном, так и в поперечном направлениях относительно рамы 8 стенда. На приводном валу установлен приводной шкив 9 с механизмом изменения амплитуды поперечных колебаний с указателем их величины. Данный механизм соединен посредством дополнительного шатуна 10 с одним плечом двуплечего рычага 11, который другим плечом шарнирно соединен с помощью тяги 12 с одной из боковин рамы решета. Дополнительный двуплечий рычаг соединен тягами со станом и двуплечим рычагом 11. Привод установки осуществляется электродвигателем 13 через редуктор 14 с изменяемым передаточным отношением и две клиноременные передачи.
2 1 - решето, 2 - стан, 3 - кронштейн, 4 - шатун, 5 - подвеска, 6 -приводной вал, 7 - шаровой шарнир, 8 - рама стенда, 9 - приводной шкив, 10 - дополнительный шатун, 11 - двуплечий рычаг, 12 - тяга, 13 -электродвигатель, 14 - бесступенчатый редуктор, 15 - лист, 16 - ось, 17 -болт, 18 - ось, 19 - видеокамера
Механизм изменения амплитуды поперечных колебаний работает следующим образом. На приводном шкиве установлен металлический лист сегментной формы таким образом, что он имеет возможность поворачиваться относительно оси 16. При этом болт 17 должен быть незатянутым. Поворот листа 15 относительно приводного шкива 9 позволяет изменять расстояние между центром вращения данного шкива и центром подшипника, установленного на оси 18. Процесс движения вороха по решету записывается на видеокамеру 19.
Испытания проводились без воздушного потока. При лабораторных испытаниях определяли траекторию движения и скорость поперечного, а так же продольного перемещения частиц вороха по жалюзииному решету при поперечном наклоне установки 0, 4, 8, 12 и 16 (амплитуда 0) и при наклоне 8 и амплитуде поперечных колебаний 0, 5, 10, 15 мм. Наклон 8 выбран в соответствии с проведенным анализом в главе 1.
Опыты проводили в следующей последовательности. 1. Задавали частоту вращения приводного вала. 2. Устанавливали заданный поперечный наклон установки. Величину подъёма одной из сторон Нн определяли по формуле: HH=By-s ma, (49) где By - расстояние между опорами лабораторной установки; а - угол наклона установки 3. Устанавливали необходимую частоту вращения приводного вала. 4. Задавали амплитуду поперечных колебаний решета. 5. Запускали электродвигатель. 6. При достижении номинальной частоты вращения приводного вала стенда на начало решета помещался пучок вороха. 7. Процесс движения вороха записывался на видеокамеру, установленную над решетом. Повторность опытов принята равной 6. 3.3 Распределение вороха по ширине на сходе с транспортной доски
Эксперименты проведены на лабораторном стенде, созданном на базе системы очистки зерноуборочного комбайна СК 5-А «НИВА». Схема лабораторной установки приведена на рисунке 26.
Транспортеры-питатели 1 и 3, установленные над экспериментальной очисткой, позволяют моделировать реальные условия работы зернокомбайна.
Питатель 1 (рисунок 26) подает мелкий ворох на начало транспортной доски 2 очистки. Он имитирует работу молотильно-сепарирующего устройства комбайна, то есть подает ворох на транспортную доску очистки необходимого количества и состава. Питатель 3 имитирует подачу вороха на очистку с клавиш соломотряса. Вместо верхнего решета установлен секционный приемник 5. Эксперименты проводили следующим образом. 1. Устанавливали стенд с заданным углом поперечного крена. 2. Загружали транспортеры-питатели ворохом, имитируя работу очистки зернокомбайна. 3. Включали привод очистки и отключали вентилятор очистки. 4. При достижении номинальных оборотов двигателя привода очистки включали привод первого транспортера-питателя, затем через 4 секунды включали привод второго транспортера. 5. По окончании опыта взвешивались компоненты вороха, попавшие в каждую секцию. 6. Результаты взвешивания записывались в таблицу. 7. Повторность опытов принята равной трем. 1,3- транспортеры-питатели, 2 - транспортная доска, 4 - направительные щитки, 5 - приемник Рисунок 26 - Схема лабораторной установки. 3.4 Распределение вороха по ширине на сходе с верхнего решета Схема лабораторной установки приведена на рисунке 27. Отличие данной установки состоит в том, что в решетном стане вместо секционного приемника установлено жалюзииное решето с возможностью его перемещения относительно стана в поперечном направлении. На этом же решете находятся кронштейны для присоединения к нему тяг приспособления. Приспособление представляет собой кривошипно-рычажный механизм, имеющий регулируемый радиус кривошипа. Шатун приспособления соединен с верхним решетом очистки посредством двух тяг и двух рычагов, изменяющих направление колебаний решета на 90. Дополнительно на удлинителе решета на равном расстоянии друг от друга установлены рассекатели 6 для разделения частиц вороха на 8 потоков.
Приведенный коэффициент трения вороха по жалюзийному решету при прямом и обратном направлении движения вороха
Результаты эксперимента при прямом направлении движения. При заданном угле открытия жалюзи (расстоянии между жалюзи) и определенной влажности соломистой части зернового вороха проводилось 30 повторений опыта. Затем один из показателей менялся, и опыт повторялся с тем же числом повторностей. Результаты эксперимента приведены в таблице 6. Таблица 6 -
По экспериментальным данным, приведенным в таблице 5, построен график зависимости приведенного угла трения от угла наклона жалюзи при движении в прямом направлении.
Обработку результатов эксперимента проводили по t-критерию, для определения зависимостей приведенного угла трения от влажности соломистой части вороха, угла наклона жалюзи и установления корреляционной связи между ними.
Результаты эксперимента при обратном направлении движения вороха. При заданном угле открытия жалюзи (расстоянии между жалюзи) и определенной влажности соломистой части зернового вороха проводилось 30 повторностеи опыта. Затем один из показателей менялся, и опыт повторялся с тем же числом повторений.
По экспериментальным данным, приведенным в таблице 6, построен график зависимости приведенного угла трения от угла наклона жалюзи при движении вороха в обратом направлении, приведенный на рисунке 32.
Зависимость приведенного угла трения от угла наклона жалюзи при различной влажности вороха при движении в обратном направлении. Обработку результатов эксперимента проводили по t-критерию, с целью выявления зависимости приведенного угла трения, влажности соломистой части вороха, угла наклона жалюзи и установления корреляционной зависимости между ними. В результате, при сравнении полученных данных с табличным значением t-критерия при числе степеней свободы f=58 и уровне значимости 0,05 равно 2,0, делается вывод о том, что приведенный угол трения действительно зависит от угла наклона жалюзи и влажности соломистой части зернового вороха, поступающего на очистку зерноуборочного комбайна, при движении в обратом направлении.
Движение вороха по жалюзийному решету При лабораторных испытаниях определяли траекторию движения частиц вороха по жалюзийному решету при поперечном наклоне установки 0, 4, 8, 12и 16 (амплитуда 0) и при наклоне 8 и амплитуде поперечных колебаний решета 5, 10 мм.
При обработке экспериментов определялся угол є отклонения траектории частиц зернового вороха от продольного направления.
Выявлено что с ростом поперечного крена увеличивается вероятность сгруживания вороха у боковины решетного стана, расположенной ниже по склону. При наличии дополнительных поперечных колебаний решета с амплитудой 5 мм (опыт №6) движение вороха вниз по склону прекращается. При наличии поперечных колебаний большей амплитуды (например, 10 мм -опыт №7) происходит перемещение вороха вверх по склону (перераспределение вороха).
На рисунках 34 и 35 представлены результаты экспериментов, проведенных на системе очистки комбайна СК - 5М «НИВА», у которой вместо верхнего решета установлен короб, разделенный на 8 ячеек. Как видно из рисунка 30, даже при отсутствии поперечного крена ворох распределен неравномерно (коэффициент вариации 9,08 %). При наличии поперечного крена ячейки, расположенные ниже по склону, заполняются более полно, в то время как верхние ячейки остаются менее заполненными (рисунок 35). При увеличении поперечного крена увеличивается неравномерность загруженности всего решета, так при крене 8 коэффициент вариации равен 43,1 %, в то время как при крене 16 коэффициент вариации увеличивается до 84,6 %. При этом максимальное изменение содержания вороха, при увеличении крена, наблюдается в крайних ячейках.
Результаты проведенных экспериментов показаны на рисунках 36 - 38. Как видно из рисунка 36, при движении вороха по наклоненному жалюзийному решету его распределение становится еще менее равномерным, а ворох продолжает перемещаться в сторону уклона. При крене 8 на первый участок поступает 21,0 % вороха, а на восьмой - 3,9 %. В конце решета на указанных участках находится соответственно 23,0 и 2,9 % вороха от всей его массы. При введении дополнительных поперечных колебаний ворох распределяется более равномерно в конце решета, чем в начале, т.е. снижается нагрузка на первый и второй участки решета и загружаются противоположные участки (рисунок 37).
Поэтому неравномерность распределения зернового вороха на верхнем решете очистки следует определять по средним значениям на каждом участке решета.
При изменении амплитуды поперечных колебаний решета от 0 до 20 мм происходит перераспределение вороха, при этом максимально загруженная ячейка перемещается с третьей позиции на пятую. Минимальный коэффициент вариации 15,78 % наблюдается при амплитуде колебаний 5 мм (рисунок 38).
Из представленных результатов видно, что увеличение амплитуды поперечных колебаний решета в указанных интервалах приводит к снижению неравномерности распределения зернового вороха по поверхности решета.
Влажность вороха W, % Рисунок 42 - Потери и сход зерна в колосовой шнек. С повышением влажности увеличивается скорость витания легких компонентов вороха (полова, сбоина). При этом происходит уменьшение скважности вороха, находящегося на верхнем решете, что снижает вероятность прохода зерновок через соломистую решетку. Для уменьшения потерь зерна необходимо увеличивать скорость воздушного потока. Увеличение влажности приводит также к возрастанию коэффициентов трения, что снижает вероятность сепарации зерна. 4.4 Математическая модель системы очистки
Для получения математической модели использовали многофакторный эксперимент. Количество повторностей опытов определяли по работе [1], задавшись доверительной вероятностью (Р=0,9) и ошибкой опыта (e=3s). Число повторов приняли равным трем.
Подбор эмпирических зависимостей проводили на ЭВМ в соответствии с методикой [1], [3]. По рекомендациям [3] выбран план второго порядка на кубе №34, композиционный, симметричный, трехуровневый. Согласно выбранному плану необходимо выполнить 14 опытов с тремя повторностями каждого опыта.
Выбор плана эксперимента проводили по критериям: минимизации числа опытов, эллипсоида рассеивания, оценки параметров и количества уровней; простоты вычисления коэффициентов уравнения регрессии. В процессе обработки полученных данных проверялась возможность описания работы системы очистки математической моделью как первого, так и второго порядка.
