Обоснование функциональной схемы комбайна и расчет основных параметров его рабочих органов

Обоснование функциональной схемы комбайна и расчет основных параметров его рабочих органов

 

Обоснование функциональной схемы комбайна

 

Стебли в процессе движения комбайна по полю захватываются  граблинами мотовила, срезаются режущим аппаратом и затем поступают к шнеку жатки.

Шнек спиралями правого и  левого направления подает срезанные  стебли к центру жатки. Пальчиковый механизм шнека захватывает срезанную массу и направляет её в окно жатки, из которого масса отбирается специальным битером и подаётся в наклонную камеру.

Далее цепочно-планчатым транспортёром хлебная масса подаётся непосредственно в молотильный аппарат. Здесь она обмолачивается с выделением большей части зерна. Соломистая фракция, содержащая, после обмолота часть зерна, на выходе из молотильного аппарата под острым углом отражается отбойным битером на сепаратор вороха соломотряса. Здесь она разделяется на две фракции: соломы и зернового вороха. Вторая фракция подаётся на транспортную доску и вместе с зерновым ворохом, выделенным в молотильном аппарате, поступает в сепаратор зернового вороха – очистку.

В процессе движения вороха по решётам  очистки, обдуваемым вентилятором, зерно  отделяется от соломистых примесей. Далее оно поступает по скатной доске нижнего решётного стана в зерновой шнек и транспортируется элеватором в автомобили или прицепы поворотным выгрузным шнеком.

Необмолоченные колоски с примесью свободного зерна и половы, сходящие в колосовой шнек с нижнего решета и удлинителя верхнего решета, перемещаются шнеком и элеватором в домолачивающее устройство.

Соломистые сходы очистки  воздушным потоком и возвратно-поступательным движением жалюзийных решёт выводятся на лоток половонабивателя, который подаёт их в камеру копнителя или в шнек половоотборщика – измельчителя.

 

Расчет загрузки комбайна, выбор ширины захвата жатки

 

Рабочая ширина захвата  жатки определяется пропускной способностью q молотилки комбайна, его средней рабочей скоростью V_{м ср}, средней урожайностью убираемой культуры Q и соотношением между зерном и соломой в хлебной массе (З : С). Для обеспечения максимальной загрузки молотилки ширина захвата жатки (В) должна быть равна:

B= ,       (1)

где B — ширина захвата жатки, м;

g — пропускная способность молотилки  комбайна, ;

Q — средняя урожайность убираемой  культуры, ;

V_{м ср} — средняя рабочая скорость комбайна, ;

n — коэффициент, определяющий содержание зерна в хлебной массе, определяется:

n= ,        (2)

При З : С=1:1,5  n= =0,4.

Так, при средней урожайности Q=0,4 (40 ), 3:C=1:1,5 (n=0,4), средней скорости машины V_{м ср}= 1,3 и пропускной способности молотилки q = 7 необходимый захват жатки:

B= =5,4.

Окончательно ширину захвата жатки выбирают из рекомендованного ГОСТ ряда:

3,2; 4,1; 5; 6; 7; 10;12; 15 м.

Принимаем ближайшее  большее значение В=6 м.

Значение урожайности  при расчетах принимаем в пределах 0,2-0,6 .

Зная наибольшую и  наименьшую урожайность Q_max и Q_min, определяем необходимый диапазон изменения рабочих скоростей движения комбайна:

V_{м min}= , V_{м max}        (3)

V_{м max} =0,78 ,

V_{м max} =2,33 .

 

Следовательно при соотношении  зерна к соломе З:С=1:1.5 принимаем  ширину захвата жатки В=6 м. При  изменении урожайности от 0.2 до 0.6 , диапазон скоростей меняется от 0,78 до 2,33 .

 

Выбор типа режущего аппарата и расчет режима его работы

 

Режущий аппарат жатки  должен обеспечивать чистый срез стеблей  зерновых культур, как прямостоящих, так и полеглых на заданной высоте среза и скорости машины. Для этого режущий аппарат должен иметь определенные геометрические и кинематические параметры. При конструировании режущих аппаратов зернокомбайнов используются, как правило, стандартные элементы конструкции (пальцы, сегменты, спинка ножа, прижимные лапки и др.). Задача заключается в правильном выборе кинематического режима работы режущего аппарата и в проверке соответствия геометрических параметров выбранных элементов конструкции заданным условиям работы.

Исходными данными для расчета  режущего аппарата являются максимальная скорость движения машины V_max и минимальная высота среза стеблей H_{x min}. В процессе расчета выбирают стандартные элементы и определяют необходимые значения частоты вращения кривошипа n, подачи h, величины отгибов стеблей и проверяют соответствие условиям резания угол наклона лезвия выбранного сегмента. Практикой установлено, что для режущих аппаратов зерноуборочных машин наиболее подходят сегменты с верхней насечкой лезвия, а вкладыши пальца - с гладким лезвием по ГОСТ 158-74 (см. рис. 10). Угол трения стеблей пшеницы о лезвие сегмента j₁=32°, а по лезвию вкладыша j₂=16°. Угол наклона указанного сегмента a₁=34°45’; угол наклона вкладыша a₂=0°.

Рис. 1. Параметры элементов режущего аппарата.

Наибольшее применение в зерноуборочных машинах находит  режущий аппарат нормального  резания:

S=t=t₀=76,2 мм.

Проверяем выполнение условия защемления стеблей в растворе режущих пар:

j₁+j₂³a₁+a₂       (4)

30°+16°³34°45'+0°, откуда 48°³34°45'.

Выбранные сегменты и  вкладыши удовлетворяют необходимым  требованиям. Удовлетворительное качество срезания режущим аппаратом обеспечивается, если минимальная скорость ножа V_min=1,5 . Минимальная скорость ножа может быть либо в начале, либо в конце процесса резания.

Рис. 2. Схема для определения скорости ножа.

Скорость ножа при  смещении его на расстояние X от крайнего положения определяется формулой:

V=w× ,       (5)

где w — угловая скорость кривошипа, с^-1.

Смещение ножа до моментов начала и конца резания определяем из рис. 11.

      (6)

X_н.р.=76,2- =26,2 мм.=0,0262 м,

X_к.р.=76,2- =56,7 мм.=0,0567 м.

Подставляя в (11) полученные значения X получаем:

V_н.р.=w× ;

V_к.р.=w× ;

V_н.р.=w× =0,0362×w ;

V_к.р.=w× =0,033×w .

Минимальное значение скорости ножа будет иметь место в конце  резания, и оно должно быть не ниже 1,5 , то есть V_к.р.=0,033×w³1,5 .

Отсюда: w= =45,5 с^-1, а частота вращения кривошипа:

n= ,          (7)

n= »435 мин^-1.

Для того чтобы стебли в процессе подведения их сегментом к пальцу не скользили вдоль лезвия к вершине сегмента и не выскальзывали из раствора режущей пары, необходимо выполнение условия:

tga₁> ,         (8)

где r= =38,1 мм=0,0381 м — радиус кривошипа;

Для нашего случая: tga₁=tg34°45'=0.694.

Правая часть условия (14) равна:  0,694> , или  0,694>1,34.

Так как условие (14) не выполняется, то при заданной скорости машины

V_{м max}=2,33 и вычисленной выше частоте вращения кривошипа n=435 мин^-1 возможно выскальзывание стеблей из раствора режущих пар и потери несрезанным колосом. Для выполнения условия (14) число оборотов кривошипа должно быть увеличено. Из формулы (14) следует:

w³ ³88,12 c^-1;

n= =842 мин^-1.

Это значение частоты вращения и  принимаем, так как оно обеспечивает все требования, предъявляемые к кинематике ножа.

Приняв число оборотов n=842 мин^-1, находим подачу:

h= ;

h= =0,083.

Значение h ниже допустимых пределов для нормальных режущих  аппаратов при кошении хлебов (допустимые значения 0,18 ¸ 0,195 м при высотах среза H_x=138 ¸ 150 мм).

Проверяем высоту стерни, получаемую при работе машин на максимальной скорости. Высота стерни определяется формулой:

H= ,         (9)

где H_x — высота установки режущего аппарата над поверхностью поля, м;

q — величина продольного или  поперечного отгибов стеблей, м.

Поперечный отгиб определяется:

g_поп=(t₀-b)× ,       (10)

g_поп=(0,0762-0,012)× =0,095;

Продольный отгиб:

g_прод=A× -h’,

g_прод=1,29× -0,044=0,063,

где А=1,29 — коэффициент для аппарата нормального резания.

Сравнивая величины отгибов, видим, что  максимальный поперечный отгиб в 1,51 раза больше продольного и высота стерни будет определяться этим отгибом. Кроме того, поперечному отгибу подвергаются подавляющее большинство стеблей, в то время как продольному - незначительное количество. Подставляя в (15) значения поперечного отгиба и минимального значения высоты стерни H, находим необходимую высоту установки режущего аппарата H_x , которую должно обеспечивать устройство для регулировки высоты среза:

0,15= ;

H_{x min}= =0,116 м=116 мм.

Для обеспечения некоторого запаса принимаем H_{x min}=100 мм.

В результате анализа выбираем сегмент  и вкладыш по ГОСТ 158-74;

режущий аппарат типа S=t=t₀=76.2 мм; частоту вращения вала кривошипа n =842 мин^-1.

Мощность, потребная для привода режущего аппарата, зависит от величины подачи, густоты хлебостоя, остроты лезвия, ширины захвата жатки и определяется по формуле:

N=N_уд×B,          (11)

где N_уд — мощность, потребная на 1 м захвата жатки, ;

В — ширина захвата жатки, м.

Для рассчитываемого аппарата с  шириной захвата В=6 м, подачей h=0,0831 м, N_уд=0,34 , по формуле (17) получим:

N=0.34×6=2,04 .

В качестве предохранительного устройства от поломок режущего аппарата обычно используется клиноременная  передача привода, пробуксовывающая при  забивании аппарата.

 

Расчет мотовила

 

Для обеспечения возможности  подведения стеблей растения к режущему аппарату окружная скорость планки мотовила U=w×R должна превышать скорость движения машины V_м на определенную величину. Соотношения этих скоростей =l=1,64¼1,83 зависит от скорости движения машины. После выбора значения l необходимо вычислить скорость воздействия планки мотовила на стебли. Эта скорость не должна превышать 0,6 (иначе, возможен, вымолот планкой зерна из колоса), то есть w×R-V_м<0,6 .

Крайние значения возможной окружной скорости планки:

U_min=w_min×R= V_{м min}×l_min=0,78×1,64=1,28 ;

U_max=w_max×R= V_{м max}×l_max=2,33×1,15=2,68 ;

w_min×R-V_{м min}=1,28×0,78=0,5<0,6 ;

w_max×R-V_{м max}=2,68-2,33=0,35<0,6 .

Рис. 3.Определение радиуса мотовила.

Условия нормальной работы мотовила выполняется. В заданном диапазоне  рабочих скоростей машины, окружная скорость планки мотовила должна измениться от U=w_min×R=1,28 до U=w_max×R= 2,68 . Радиус мотовила определяется из условия воздействия планки на стебель в центре его тяжести, в противном случае срезанный стебель может, перевалившись через планку, упасть на землю, а не на транспортер жатки. Полагая, что центр тяжести стебля располагается на 1/3 длины стебля от вершины (см. рис.12), находим радиус по формуле:

R£ , или более точно

R£ ,      (12)

где k= =0,278;

R£ =0,612 м.

Зная радиус, можем определить диапазон частот вращения для рассчитываемого  мотовила.

w_min= =2,09 с^-1;

w_max =4,38 с^-1;

n_min= =19,58»20 мин^-1;

n_max= =41,8 мин^-1.

Таким образом, вариатор мотовила должен обеспечить изменение частоты вращения в пределах от 20 до 42 мин^-1. Число планок мотовила определяется из условия, что ось мотовила вынесена вперед, и для подведения стеблей используется вся ширина петли трохоиды А1 А2 (см. рис.12). Тогда количество планок:

z= ,        (13)

где h=1¼1,7 — коэффициент, учитывающий влияние стеблей друг на друга при подведении их планкой к режущему аппарату;

l — определяется из выражения sinj= , рад; sinj= =0,67, j=0,736 рад.

Для рассчитываемого  мотовила принимаем:l_ср= =1,49;

Подставив полученные значения в выражение (19) получим:

z= =6,8;

Из конструктивных соображений принимаем z=5.

Пределы перемещения  мотовила по высоте относительно режущего аппарата определяются в соответствии с заданными высотой хлебостоя L_max и высотой установки режущего аппарата h_min над поверхностью поля. При L_max=1 м, h_min=0,1 м, получим:

H_max=L_max+ -n_min;

H_max=1+ -0,1=1,54 м,

где L_max — заданная высота хлебостоя, м;

h_min — высота установки режущего аппарата над поверхностью поля, м.