Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние и перспективные направления совершенствования ботвоуборочных рабочих органов свеклоубо рочных машин 16
1.1. Технологические схемы работы свеклоуборочных и ботвоуборочных машин 16
1.2. Основные способы машинной уборки ботвы сахарной свеклы и технические средства для ее осуществления 21
1.2.1 Сбор ботвы в бункер машины 21
1.2.2. Укладка ботвы в валки 25
1.2.3. Измельчение и разбрасывание по полю 26
1.2.4. Подача ботвы в мобильные емкости 27
1.3. Цель и задачи исследования 44
1.4. Выводы 46
ГЛАВА 2. Теоретические исследования ботвоуборочного рабочего органа свеклоуборочный машины 48
2.1. Новая конструкция ботвоуборочного рабочего органа 48
2.2. Исследование движения ботвы в ботвошвыряльном устройстве 50
2.2.1. Уравнение движения ботвы в питателе ботвошвы-ряльного устройства 50
2.2.2. Траектория движения ботвы в питателе 66
2.2.3. Определение скорости движения и продолжительности нахождения ботвы в ботвошвыряльном устройстве 71
2.3. Аналитическое обоснование основных параметров питателя ботвошвыряльного устройства 72
2.3.1. Расчет необходимой и достаточной высоты (Н) конуса питателя 73
2.3.2. Определение угла наклона образующей конуса к его высоте (а), угла между направляющей и образующей конуса (у) и частоты вращения питателя (СО к) 77
2.3.3. Определение высоты (h) направляющей конуса 80
2.4. Выводы 81
ГЛАВА 3 . Лабораторные исследования ботвоуборочного рабочего органа свеклоуборочной машины 83
3.1. Программа лабораторных исследований ботвошвыряльного устройства 83
3.2. Объект исследований и применяемое оборудование 83
3.3. Методика лабораторных исследований и обработки опытных данных 87
3.4. Экспериментальная оценка энергоемкости разработанного ботвошвыряльного устройства 104
3.5. Результаты лабораторных исследований разработанного ботвошвыряльного устройства 111
3.6. Выводы 128
ГЛАВА 4. Полевые исследования ботвошвыряльного устройства 129
4.1. Программа полевых исследований 129
4.2. Описание установки и краткое содержание методики проведения опытов 129
4.3. Условия проведения опытов 134
4.4. Результаты полевых исследований 137
4.5. Выводы 150
ГЛАВА 5. Технико-экономическая эффективность применения ботвошвыряльного устройства с центральным питателем в свеклоуборочных машинах 152
5.1. Экономическая эффективность от снижения эксплуатационных затрат 152
5.2. Экономический эффект от снижения потерь ботвы 158
5.3. Анализ экономической эффективности применения разработанного ботвошвыряльного устройства 160
5.4. Выводы 161
Общие выводы *. 162
Литература 164
Приложения 172
- Технологические схемы работы свеклоуборочных и ботвоуборочных машин
- Подача ботвы в мобильные емкости
- Уравнение движения ботвы в питателе ботвошвы-ряльного устройства
- Объект исследований и применяемое оборудование
Введение к работе
По производству сахарной свеклы Россия занимает одно из ведущих мест в мире.
Являясь сырьем для сахарной промышленности, эта культура имеет значительные преимущества перед другими корнеплодами по своим кормовым качествам. Особенно ценным кормовым резервом является побочный продукт при уборке свеклы - ее ботва. Она обладает высокой питательностью. Так, например, один центнер ботвы сахарной свеклы содержит 20 кормовых единиц и 2,2 кг переваримого протеина, а силос, приготовленный из ботвы сахарной свеклы, содержит переваримого протеина больше, чем силосованный клевер (1,9 кг) [57].
Большие площади возделывания сахарной свеклы и высокие кормовые качества свекловичной ботвы позволяют создать ценную кормовую базу для животноводческих ферм. Однако, весь путь развития механизации уборки сахарной свеклы показывает, что, начиная со времени появления первых свеклоуборочных комбайнов, основное внимание уделялось механизации уборки корневой части, и поэтому уровень механизации уборки ботвы всегда отставал от уровня механизации уборки корней. Выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью свеклоуборочные и ботвоуборочные машины работают недостаточно эффективно в части уборки ботвы. Это приводит к большим потерям свекловичной ботвы, снижению ее кормовых качеств, а также увеличению трудозатрат на ее уборку. Снижение трудозатрат при уборке ботвы, сохранение качества и уменьшение потерь можно достигнуть применением поточной технологии уборки всего биологического урожая сахарной свеклы. Эта технология предусматривает подачу корней и ботвы из комбайна в мобильные емкости, отвозку корней на место хранения, а ботвы - на животноводческую ферму или место силосования.
В настоящее время для осуществления данной технологии в части уборки ботвы широкое распространение получили ботвоуборочные машины, в которых срезанная ботва передается на прутковый транспортер, которым сбрасывается в кузов мобильной емкости. Для увеличения скорости и дальности подачи ботвы в кузов мобильной емкости на выходе пруткового транспортера установлен барабанный ботвометатель.
Прутковые транспортеры хотя и обеспечивают сохранность качества ботвы, но не позволяют полностью загрузить кузов прицепа ботвой и равномерно распределить ее по нему.
Барабанные ботвометатели в какой-то степени решают вопрос эффективной загрузки кузова прицепа, однако они не обеспечивают надлежащего качества ботвы, из-за смятия ее при прохождении между барабанами. Кроме того, барабанные ботвометатели полностью заполнить могут только емкости небольшого объема, имеющие ширину, близкую к ширине барабанов, а потери ботвы при уборке ее барабанными метателями значительно превышают допустимые нормы по агротехническим требованиям. Поэтому возникла необходимость в изыскании, исследовании и усовершенствовании ботвоуборочного рабочего органа, позволяющего эффективно заполнить мобильные емкости и сохранить при этом кормовые качества ботвы.
Целью настоящей работы является усовершенствование ботвоуборочного рабочего органа свеклоуборочной машины, обеспечивающее высокую производительность, сохранение качества ботвы и эффективное заполнение мобильной емкости ботвой, на основе обоснования параметров ботвошвыряльного устройства и применения нового способа и механизма подачи ботвы в швырялку.
Для достижения указанной цели были поставлены и решались следующие задачи:
- обобщить результаты исследований применения различных конструкций ботвоуборочных рабочих органов свеклоуборочных машин и выявить перспективные направления их совершенствования с учетом требований поточной технологии уборки сахарной свеклы;
усовершенствовать ботвоуборочное устройство швыряльного типа на основе применения нового способа и механизма подачи ботвы в швырялку, обеспечивающих высокую производительность, равномерное и полное заполнение мобильной емкости ботвой при сохранении ее кормовых качеств;
на основании проведенных теоретических исследований определить и обосновать параметры ботвошвыряльного устройства с центральным питателем;
путем лабораторных исследований проверить результаты теоретических исследований и уточнить теоретически обоснованные параметры ботвошвыряльного устройства с центральным питателем;
изучить теоретическим и экспериментальным путем движение материала в ботвошвыряльном устройстве и определить влияние его параметров на качество убранной ботвы и степень заполнения мобильной емкости ботвой;
исследовать в полевых условиях работу свеклоуборочных и ботвоуборочных машин с разработанным ботвоуборочным рабочим органом - ботвош-выряльным устройством с центральным питателем;
определить экономическую эффективность применения свеклоуборочных и ботвоуборочных машин с ботвошвыряльным устройством.
Основные положения, выносимые на защиту:
разработанное нами ботвошвыряльное устройство к свеклоуборочному комбайну (авторское свидетельство № 324979 и патент РФ на полезную модель) обеспечивает полную и равномерную загрузку кузова мобильной емкости и сохранность кормовых качеств ботвы;
основные параметры и режимы работы ботвошвыряльного устройства с центральным питателем: необходимая и достаточная высота конуса питателя Н= 0,28-0,30 м, входной диаметр конуса питателя Д=0,5-0,55 м, угол наклона образующей конуса к его высоте а = 28-32, угол между направляющей и образующей питателя у = 35-40, высота направляющей питателя h = 28-30 мм, частота вращения конуса питателя СОк= 9-11 об/с, диаметр швыряльного колеса Д«
= 0,86 м, частота вращения швыряльного колеса СОш =10 об/с;
- применение ботвошвыряльного устройства с центральным питателем обеспечивает снижение эксплуатационных затрат и уменьшение потерь ботвы, за счет чего достигается экономический эффект в размере 441,3 руб/га или 17652,0 руб. в год на одну машину при годовой выработке 40 га.
ц - разработанный ботвоуборочный рабочий орган - ботвошвыряльное уст-
ройство с центральным питателем позволяет довести полноту загрузки объема мобильной емкости до 100-110 % и сохранить при этом высокие кормовые качества ботвы.
В процессе теоретических и экспериментального исследований при участии автора было разработано несколько конструкций ботвошвыряльного устройства. На одну из них получено авторское свидетельство СССР на изобрете-
ч ние № 324979 и положительное решение на выдачу патента на полезную мо-
дель по заявке № 2006110071/22(010951).
Технологические схемы работы свеклоуборочных и ботвоуборочных машин
В настоящее время механизированная уборка сахарной свеклы производится по трем технологическим схемам: - поточной; - перевалочной; - поточно-перевалочной (комбинированной). При поточной технологии убранные корнеплоды выгружаются в движущиеся рядом транспортные средства, которые доставляют их непосредственно на приемные пункты сахарных заводов, а ботву выгружают в транспортные прицепы и отвозят к месту силосования или скармливания. Все операции уборочных работ при этой технологии выполняются последовательно без разрыва во времени. В результате этого сокращается продолжительность уборки, повышается производительность труда, и сахарная свекла доставляется потребителю в свежем виде. К тому же снижаются повреждения, потери массы и сахаристости корнеплодов, происходящие при перевалке и хранении во временных полевых кагатах [1,6].
Однако, поточная технология уборки по ряду причин не всегда может быть осуществлена. Основные из них - это потребность в магистральных транспортных средствах и необходимость дополнительной очистки корнеплодов от примесей почвы и растительных остатков при уборке свеклы в неблагоприятных условиях.
Перевалочная технология применяется при значительном расстоянии от поля до свеклоприемных пунктов, недостатке магистрального транспорта и при высокой загрязненности вороха корнеплодов, когда они не соответст вуют приемочным кондициям. В этом случае корнеплоды из корнеубо-рочных машин поступают в тракторные самосвальные прицепы, затем их вывозят на край поля или на заранее убранные межзагонные проходы и укладывают во временные полевые кагаты на специально подготовленные перевалочные площадки, а ботву убирают, как при поточной технологии. Из кагатов в автомашины погрузку корнеплодов осуществляют с помощью свеклопогрузчиков-очистителей. При необходимости хранения корнеплодов во временных кагатах их укрывают почвой, матами, пленкой или другими материалами. Пройдя стадию перевалки, корнеплоды становятся чище. Кроме того, при работе транспорта с погрузчиком-очистителем между ними нет той зависимости во времени, которая имеет место между уборочной машиной и транспортом при поточной технологии. С перевалочных площадок корнеплоды можно вывозить независимо от режима работы корнеуборочных машин.
При поточно-перевалочной (комбинированной) технологии уборки часть корнеплодов вывозят на свеклоприемные пункты сахарных заводов непосредственно от корнеуборочных машин, а оставшуюся часть - на перевалочные площадки и укладывают во временные полевые кагаты. Ботву при этом убирают по поточной технологии. Удельный вес поточного и перевалочного способов изменяется в зависимости от количества транспортных средств, степени загрязненности корнеплодов, дальности перевозки и погодных условий. Созданный кратковременный запас свеклы при перевалке позволяет более рационально и производительно использовать автотранспорт на вывозке корнеплодов свеклы в течение суток [3]. Все три технологические схемы уборки, перечисленные выше, предусматривают применение как машин для раздельной уборки - отдельно ботвоуборочных и корнеуборочных, так и свеклоуборочных комбайнов, совмещающих уборку корней и ботвы.
Широкое распространение получили следующие машины: шестиряд-ные ботвоуборочные машины БМ-6А, БМС-6, четырехрядная ботвоуборочная машина БМ-4, шестирядные корнеуборочные машины РКС-6, КС-6Б и четырехрядная корнеуборочная машина РКС-4. Технические характеристики этих машин представлены в таблице Диаметр сегментного ножа, мм 420 420 420 - - Частота вращения ножа, об/мин 631 631 524 - - Глубина подкапывания, см - - - 5-12 5-12 5-12 Сравнительный анализ конструкций этих машин показал, что каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.
Благодаря корневыкапывающему устройству с активными роторными валками и дисковыми корнезаборниками машины РКС-6 лучше работают в засушливых условиях и при высокой урожайности свеклы, чем машины КС-6Б, оборудованные корневыкапывающими устройствами с дисковыми копачами. В то же время машины КС-6Б, оснащенные мощным двигателем, более производительны, а дисковые копачи несколько лучше работают на плантациях с повышенной влажностью и засоренностью. Для более эффективного использования в различных почвенно-климатических условиях России, разработана машина КС-6Б-02 с дисковым и сменным вильчатым корневыкапывающими устройствами. Однако шесть активных роторных вилок, расположенных на общей подвижной рамке машины КС-6Б-02, несколько хуже копируют рельеф поля, чем активные роторные вилки РКС-6, смонтированные по три на двух подвижных рамках. Поэтому машину РКС-6 используют также и на уборке маточной сахарной свеклы [50].
Для более производительного использования комплекса машин раздельной уборки и ускорения вывозки свеклы на приемные пункты промышленность выпускает высокопроизводительный самоходный свеклопогрузчик-очиститель СПС-4,2. В поливной зоне свеклосеяния используется комплекс 4-рядных машин для раздельной уборки, состоящей из ботвоуборочной машины БМ-4 и корне-уборочной машины РКС-4. Для уборки ботвы сахарной, кормовой и маточной свеклы на посевах шириной междурядий 45 см применяется ботвоуборочная машина БМС-6. Она состоит из самоходного шасси (рисунок 1.1) и навешенных на него ботвореза, дообрезчика и доочистителя головок корнеплодов. Ботва от режущего аппарата (1) через транспортер (2) поступает в измельчающей барабан (3) и через питатель (4) подается в швыряльную (5), которая посредством дефлектора (6) направляет ее в кузов прицепа.
Подача ботвы в мобильные емкости
Этот способ обеспечивает наибольшую полноту сбора и сохранение кормовых качеств ботвы, т.е. отвечает требованиям поточной технологии уборки всего биологического урожая сахарной свеклы без применения ручного труда. Устройства для подачи ботвы в мобильные емкости можно подразделить на четыре основных типа: ротационные измельчители, удлиненные транспортеры с эластичными битерами, барабанные метатели и пневмомеханические швырялки. Ротационные измельчители применяются те же, что и для разбрасывания ботвы по полю, только в этом случае они оснащаются транспортерами в виде раструбов для сбора измельченной массы в прицепленную сзади тележку или в рядом идущее транспортное средство. Эти машины являются универсальными и применяются для уборки многих культур. Для уборки ботвы сахарной свеклы на валу ротационного измельчителя устанавливают резиновые бичи, а число оборотов ротора снижают до 700 в минуту. По такому принципу работает, например, машина, выпускаемая американской фирмой «Ланделл». Ротор этой машины заключен в кожух, переходящий в верхней части в конусообразную трубу (раструб). Эта машина обслуживается одним человеком и хорошо заполняет кузов прицепа измельченной ботвой. Равномерная укладка ботвы в кузове производится при помощи поворотного дефлектора с регулируемым козырьком. Производительность ее достигает до 0,86 га/час. Аналогичную конструкцию имеют большинство ботвоуборочных машин стран Западной Европы [119, 124,129].
В Соединенных Штатах широкое распространение получил цеповой бот-водробитель «Спиди». Это прицепная машина с приводом рабочих органов от вала отбора мощности трактора. Ротор ботводробителя «Спиди», как и «Ланделл», имеет сменные рабочие органы, что дает возможность использовать его не только на уборке ботвы сахарной свеклы, но и для измельчения стеблей кукурузы на силос и т.д. Эти ботводробители имеют два ротора, вращающиеся в разные стороны. Наверху между роторами расположен отводящий транспортер (прутковый). Убирать ботву можно тремя способами: с укладкой срезанной ботвы в валок, с измельчением и разбрасыванием зеленой массы по полю и с подачей ее в кузов прицепа [27,77]. Из отечественных машин наибольший интерес представляет прицепная прямоточная роторная косилка-измельчитель КИР-1,5, предназначенная для скашивания и измельчения различных трав, картофельной и свекловичной ботвы, кукурузы, подсолнечника и других культур. Процесс скашивания и измельчения протекает следующим образом. При движении агрегата передний щит косилки с противорежущими ножами наклоняет растения. Ножи, прикрепленные шарнирно на валу барабана, скашивают стебли растений, измельчают и выбрасывают в кожух, состоящий из раструба, поворотного дефлектора и направляющего козырька. Из кожуха масса с помощью воздушного потока, создаваемого барабаном, направляется в мобильные емкости или разбрасывается по полю. Однако измельчение ботвы при ее уборке нецелесообразно, так как при этом ухудшаются ее кормовые качества. В России и некоторых европейских странах для транспортировки ботвы сахарной свеклы в мобильные емкости без ее измельчения применяются прутковые транспортеры с эластичными битерами. Обычно они оснащаются скребками различных конструкций. В качестве тяговых элементов в большинстве случаев используются металлические цепи. Такие транспортеры установлены на отечественных ботвоуборочных машинах БМ-4, БМ-6 и др. В чешской ботвоуборочной машине 3-ОЦЗ использован транспортер, полотно которого образовано капроновыми лентами, соединенными металлическими прутками [123].
Транспортеры на тяговых цепях меньше изнашиваются, но более энергоемки и их труднее ремонтировать, транспортеры с тяговым элементом из прорезиненных ремней или капроновых лент легки и бесшумны в работе, но требуют высококачественных ремней. Для полного заполнения мобильной емкости транспортеры ботвы обычно снабжаются битерами с направляющим козырьком. Они устанавливаются на конце транспортера и способствуют некоторому увеличению дальности полета ботвы. В машине 3-ОЦЗ над верхней частью погрузочного транспортера ботвы кроме битера установлен измельчитель, представляющий собой вал диаметром 40 мм с пятью приваренными дисками, к каждому из которых прикреплены крестообразно плоские ножи. Частичное измельчение ботвы способствует увеличению ее объемной массы и повышает эффективность использования транспортных средств на 10-15 %.
Опыт использования свеклоуборочных комбайнов, имеющих удлиненные элеваторы ботвы с приемными битерами, показал, что применение таких рабочих органов не обеспечивает равномерной укладки ботвы и полного заполнения кузова прицепа. В серийно выпускающихся ботвоуборочных машинах для подачи ботвы в транспортные средства применяются удлиненные прутковые транспортеры с барабанными ботвометателями на выходе транспортера. Барабанный ботвометатель (рисунок 1.4 ж) представляет собой элеватор с распределительным устройством в виде двух спаренных и вращающихся навстречу друг другу барабанов. Барабаны состоят из набора пневматических шин атмосферного давления. Ботва, проходя между ними, сжимается и лентой-струей направляется в кузов прицепа. Радиус барабана определяется из условия протаскивания материала между ними [59].
Уравнение движения ботвы в питателе ботвошвы-ряльного устройства
Рассмотрим движение ботвы, начиная с момента попадания ее на внутреннюю поверхность конуса питателя и до схода ее на лопасть швыряльного колеса. При вращении питателя находящаяся в нем ботва под действием центробежной силы прижимается к внутренней поверхности конуса и скользит вдоль направляющей к лопастям швыряльного колеса. Схема сил, действующих на частицу ботвы в питателе ботвошвыряльного устройства Для составления дифференциального уравнения движения ботвы по внутренней поверхности конуса вдоль направляющей через центр тяжести частицы ботвы проводим две взаимно перпендикулярные плоскости Б и В. Плоскость Б проходит через направляющую и перпендикулярна к по верхности конуса, а В - перпендикулярна к Б. Схемы сил, действующих на частицу ботвы в плоскостях Б и В Величина угла а определяется из трехгранной пирамиды abed (рисунок 2.4.-1). Основание этой пирамиды является прямоугольный треугольник с катетом, равным вектору силы GR Х sin а и прилежащим к нему углом, равным у, а одна из боковых граней образована силовым треугольником вектора силы GR и ее составляющими: GR х cos a, GR х sin а.
Схемы для определения угла 0 (1) и составляющей веса G R (2) Для определения величины угла в трехгранный угол, образованный вектором переносной скорости, образующей конуса и вектором относительной скорости, необходимо пересечь вертикальной плоскостью.
Составив сумму проекций всех сил, действующих в плоскости вдоль направляющей, получим дифференциальное уравнение движения частицы ботвы вдоль направляющей конуса: xcosy-F2X cos y-Kx sin в x sin a x cos y; Для определения составляющих сил G R И Gt воспользуемся теоремой синусов, согласно которой можно написать (см. рисунок 2.5.-2): 180-[у/ + 90-у/ G R _ G / v _ Gxcosyi . sin(90 -у) sin G R _ G sin(90-у) sin(90+y/-y/ ) " cos(y/-y/ ) a t _ sm\ff sin(90u+yj-y/ ) _ Gxsinyj cos(y/-y/ ) Сила трения ботвы по поверхности конуса определяется по формуле: Fj = fx N] =fx (GR х cos a + Jx cos a + J x sin ax sin yxtgfi) -Gtx cos у x x tgfi-Kx cos 6xcosyxtgf}-Kx sin Oxcosa-Kx sin в x sin a x sin у x tgp); После преобразования величина силы F\ запишется в следующем виде: „ fxmxqxcosy/xcosa .г ч 2 , r , 2 F] = — Ц- +/х тхСОк хрх cos a +fxmxCOK xpxsmax cosyifj - у/ ) xsinyxtgfi 2 xfx m x 0)K -x cos 6 x cos у x tg/?-dt fxmxqx siny/ x cosy x tgfi cos(y/ - y/ ) -Kx f x sin в x cos а- К xfx sin в x sin a x sin yxtg fi; Сила трения ботвы по поверхности направляющей: F2=fxN2=fx + ґ К х cosO х cosy Gt x cosy J x sina x siny К x sinO x sina x sinyУ + cosft cosp cosfi cosfi Подставив значения сил Gt, J, К, получим: dp 2xfxmx(Hv — xcosdxcosy r . f /vmv vnv»;mv(. _ і f xmxqxsiny/ xcosy Jxmx(0Kxpxsimxsiny cos(y/ -ц/ )х cosfi соф cosft — _—_ 1 . (. Kxsin9xsimxsin/. T , соф После подстановки значений действующих сил в уравнение (5) и выполнения некоторых преобразований с учетом того, что ці = COK х t, р = х х sin а, получим дифференциальное уравнение, имеющее удобную для решения форму: d X] _ dx , . . Л . f х sincexsinyx sin0 . — -+2 COK— x sm a x cos у x (sin a x sin 0 x cos у + - + dt2 dt C0SP +_xcos_xcosy _ x sjn a x sjn 0 x sjn у x tg R _ f x sm 0 x cos a. cos у x tg В x cos 0-cosp - sin у x cos 0) - x x COK x sin a x cos у x (sin a x cos у - f x cos a - f x sin a x sin у x sina -f xcosa sin a x _cosarctg(sina x tgy) x tg P + f x sin a x sin y) = q x cos (COK x t) x cos у x f x cos V cosp x tg у x (sin у + f x cos у x tg P —)] + q x sm(GQKx t) x cos у x (sin у + f x . n fxCOSYs xcosyxtgP - -); cosp dx Обозначив коэффициенты при —, x, cos (COK x t) и sin(G)K x t) соответст dt венно через P = 2 COK x sin a x cos у x (sin a x sin 0 x cos у + . fxsinaxsin0xsiny fxcosGxcosy c Q . . n c a + -+ - r x sin a x sm 0 x sin у x tg p - f x sm 0 x cosp cosp x cos a- cos у x tg P x cos 0 - sin у x cos 0); q = C0K2 x sin a x cos у - f x cos a - f x sin a x sin у x tg P + f x sin a x sin y); cosarctg(sinaxtgy) b= qxcosyx(siny + fxcosyxtgP —); r sina -f xcosa . . , . , c . n fXC0SVM. a = q x cos у x [ —j-. — - sin a x tg у x (sm у +1 x cos у x tg p —— -)J; cosp cosp получим: d2x , dx dt2 Pdt -+ p- 7- qx = a x cos (COKt) + b sin(COK t) (2.4) Общее решение уравнения (2.4): X — Х\ Х2 где JCI - решение уравнения без правой части; Х2 - решение уравнения с правой частью. Решаем уравнение (2.4) без правой части
Уравнения 2.7, 2.8 и 2.9 дают возможность определить величину пути, скорости и ускорения движения частицы ботвы в центральном питателе в любой момент времени. Допустимое время нахождения ботвы на внутренней поверхности конуса центрального питателя определится из условия вертикального выброса ботвы в трубопровод швырялки. Рассмотрим движение ботвы в центральном питателе и в швырялке. Через середину зоны подачи проведем прямую (рисунок 2.6.) и будем считать, что подача ботвы в центральный питатель осуществляется по этой линии. После поворота конуса на определенный угол ботва сходит с его поверхности по линии Ов0 (середина зоны выхода) и поступает на лопасть швыряльного колеса. Пройдя по лопасти путь, равный R0- г, где: R0 - радиус швыряльного колеса, а г - радиус конуса на выходе, ботва выбрасывается в трубопровод. Условием того, что ботва попадет именно в трубопровод, а не столкнется со стенкой кожуха швырялки, является:
Объект исследований и применяемое оборудование
При лабораторных исследованиях определялись: а) соответствие теоретических и экспериментальных значений скорости и траектории движения ботвы в центральном питателе; б) эксплуатационные показатели работы нового ботвоуборочного рабоче го органа, состоящего из ботвошвыряльного устройства с центральным питате лем: - количество целых пучков ботвы; - количество свободных листьев; - количество поврежденных листьев. в) энергоемкость ботвошвыряльного устройства с центральным питате лем. Лабораторные исследования проводились на специальной установке, смонтированной на сварной раме 1 из стальных профилей, на которой в нижней части смонтированы электродвигатель 2 типа АО-62-8А (мощностью в 8,5 квт при частоте вращения щ = 12 об/с) и вал 3 привода шнекового транспортера 4, а в верхней - шнековыи транспортер и ботвошвырялка 5 (рисунок 3.1.а). Между швыряльным колесом б и шнековым транспортером расположен центральный питатель 7, предназначенный для сообщения ботве начальной окружной скорости и плавной передачи ее на лопасть швыряльного колеса. Скорость вращения конуса центрального питателя можно менять в диапазоне от 6 до 12 об/с при помощи сменных звездочек 8. Привод к шнековому транспортеру 9 и швыряльному колесу 10 выполнен раздельно, что дает возможность менять скорости вращения шнекового транспортера и швыряльного колеса независимо друг от друга. Конструкции кожуха 11 швырялки и шнекового транспортера позволяют устанавливать швыряльные колеса и центральные питатели с различными параметрами. Шнековыи транспортер заключен в решетчатый желоб 12, снабженный экраном 13, выполненный из прутков и имеющий просветы для просеивания почвенных примесей. Передняя и боковая стенки установки изготовлены из органического стекла, что дает возможность наблюдать процесс перемещения ботвы в швы-рялке и фиксировать при помощи скоростной киносъемки. oo Рисунок 3.1 - Экспериментальная установка для лабораторных исследований ботвошвыряльного устройства. а) - общий вид; б) - подготовленная к киносъемке. 1. - Рама, 2. - Эл. двигатель, 3. - Вал, 4. - Шнековый транспортер, 5. - Ботвошвырялка, 6. - Швыряльное колесо, 7 - Центральный питатель, 8. - Сменные звездочки, 9. - Привод шнекового транспортера, 10. - Привод швырялки, 11. - Кожух, 12. - Желоб, 13. - Экран Техническая характеристика установки Шнековый транспортер: длина, м 1,5 шаг, м 0,5 наружный диаметр, м 0,5 внутренний диаметр, м 0,1 частота вращения, об/с 4-6 скорость подачи ботвы, м/с 2-3 Центральный питатель: диаметр (Ц,) конуса на входе, м 0,5-0,7 высота (Я) питателя, м 0,2-0,3 угол (а) между образующей и высотой конуса, град. 15-45 частота вращения (СОк) конуса, об/с "-12 угол (у) между направляющей и образующей конуса, град. 0-45 Швырял ьное колесо: наружный диаметр, м 0,86 ширина лопасти, м 0,22 количество лопастей, шт. 4 частота вращения, об/с 6-12 Установка, подготовленная к скоростной киносъемке, показана на рисунке 3.1.6. В ходе скоростной киносъемки исследовалось движение ботвы в центральном питателе, по лопасти швыряльного колеса и после отрыва ее от лопасти до столкновения с передней стенкой трубопровода ботвошвырялки. Объектом киносъемки служил ворох ботвы сахарной свеклы, имеющий следующую исходную характеристику. Среднее количество листьев в пучке, шт. а) живых 48 б) мертвых 5 Состояние ботвы по форме розетки листьев, % а) конус 88 б) розетка нет в) полурозетка 12 Размерный состав ботвы: а) средний вес пучка, гр. 230 б) средняя длина пучка, мм 280 в) средний диаметр пучка, мм 68 3.3. Методика лабораторных исследований и обработки опытных данных По первому и второму пунктам программы лабораторные исследования проводились методом скоростной киносъемки. Съемка осуществлялась скоростной киносъемочной камерой CKC-IM-16, которая предназначена для исследования быстродвижущихся объектов фотографическим путем [60]. Подача ботвы осуществлялась ленточным и шнековым транспортерами со скоростью в диапазоне от 2 до 3 м/с. По условиям опытов при съемке была выбрана скорость работы кинокамеры 2500 кадр/с [60, 67].
Кинопленка применялась стандартная (16 мм) с размером кадра 7,5 х 10,4 мм. Во время опытов использовался объектив «Гелиос-50» с фокусным расстоянием F = 50 мм и относительным отверстием 1: 2. Для фиксации положения ботвы в ботвошвырялке в тот или иной момент на передней стенке швырялки и на внутренней поверхности конуса центрального питателя были нанесены координатные сетки. Для освещения объектов съемки во время опытов использовались осветительные лампы типа НЗК мощностью 500 Вт. Опыты по определению траектории движения ботвы проводились в следующей последовательности. На транспортер подачи ботвы на расстоянии 200-300 мм от центрального питателя укладывалось последовательно несколько пучков ботвы. Включались центральный питатель и швырялка. После установления стабильных оборотов швырялки и центрального питателя одновременно включались транспортер подачи ботвы и кинокамера. При заданной скорости 2500 кадр/с продолжительность съемки одного опыта длилась 4,5 - 5 с.
Опыты проводились при следующих параметрах центрального питателя и швырялки: скорость вращения швыряльного колеса: 6, 7, 8, 10 и 12 об/с; скорость вращения центрального питателя: 6, 7, 8, 10 и 12 об/с; угол между образующей и высотой конуса центрального питателя (а) - 15, 20, 30, 40, 45; угол наклона направляющей к образующей конуса - 0, 15, 30, 40, 45. Изучение и обработка материалов киносъемки производились путем просмотров фильмов на экране, составления кинограмм и по хроноциклограммам, полученным в результате дешифрования кинопленки [26]. На рисунке 3.2 в качестве примера показана кинограмма, по которой можно проследить движение ботвы в центральном питателе. Для фиксации координат точек перемещения ботвы на каждом кадре кинограммы нанесены оси координат х и у. Начало координат совпадает с начальной точкой поступления ботвы на внутреннюю поверхность конуса центрального питателя. Ось х направлена вдоль образующей линии конуса, а ось у - перпендикулярно к оси х, т.е. по касательной к поверхности конуса. Координаты точек перемещения ботвы определялись следующим образом: для каждого опыта составлялась кинограмма из 14 кадров, при этом отбирался каждый 100-ый кадр. Так как скорость киносъемки составляет 2500 кадров/с,
