Расчет параметров рабочих органов и построение схемы зерноуборочного комбайна

 

 

 

− отметить  положение  точек А – начала координат xAy и 0 – центра полуокружности;

− радиусом r = S/2 = 41,5 мм провести полуокружность с центром в точке 0;

− на высоте y_ш, провести горизонтальную линию до пересечения с полуокружностью в точках E и F;

− провести наклонные  линии СЕ и DF.

В системе координат xCy ломаная линия CEFD представляет собой закономерность изменения скорости перемещения ножа;

− переместить режущую  кромку АВ сегмента в положение А₁В₁ и из точки А₁ провести ординату А₁k₁ = y_н = y_ш;

− переместить режущую  кромку А₁В₁ сегмента в положение А₂В₂ и из точки А₂ провести ординату А₂k₂ = y_к = y_ш ;

− нанести перемещение x_н  ножа до начала резания, x_к – в конце резания и x_р – в течение процесса резания;

− замерить ординаты y_н и y_к, определить скорости начала и окончания резания

                              V_рн = ω_ш y_н = ω_ш y_ш=63,35×0,0316=2 м/с;               (5.6)

                               V_рк = ω_ш y_к = ω_ш y_ш=2 м/с.

Вычертить положение  сегментов и пальцев, как показано на рисунке 6.11 [1]и, используя закономерность скорости резания (рисунок 6.10 [1]), построить траектории абсолютного движения точек режущего аппарата с приводом Шумахера.

Для этого:

− радиусом r = S / 2 провести полуокружность с центром в точке 0;

− разделить полуокружность на несколько равных частей (не менее 6)

 

и обозначить точки 1; 2; 3…6;

− определить величину перемещения  машины за один ход ножа по выражению

                           (5.7)

− из точки D провести ординату z, отложить на ней величину подачи L на нож и разделить на шесть частей, как и полуокружность, обозначив соответственно точки 1¢; 2'; 3'..*.6';

− провести из точек пересечения  лучей-радиусов с трапецией вертикальные линии, а из точек 1¢; 2'; 3'...6' – горизонтальные – до их взаимного пересечения в точках,  которые и будут промежуточными точками траектории (рисунок 6.11[1]);

Построение графика  пробега активной части лезвия сегмента и диаграммы высоты стерни.

Для привода ножа с  механизмом Шумахера исходными данными являются: шаг сегментов и пальцев – t = t₀ = 76,2 мм; ход ножа – S = 83 мм; ∆S = 3,5 мм.

Средняя ширина противорежущей пластины

 

                                                                (5.8)

где b₁  и b₂  - размеры противорежущей пластины (табл. 6.1 [1]).

Вычертить график пробега активной части лезвия сегмента и диаграммы высоты стерни для стеблей, расположенных по линии m – m

− соединить  эти точки  кривой, которая представляет собой  траекторию перемещения точек активной части лезвия сегмента ножа;

− соединить этой траекторией точки А и А₁, а также В и В₁.

− на расстоянии S провести осевые линии перемещения двух соседних пальцев режущего аппарата и ширину противорежущей пластины;

− вычертить четыре (I, II, III, IV) положения сегмента на расстоянии L

друг от друга;

− используя  шаблон траектории абсолютного перемещения точексегмента, соединить крайние точки соответствующих режущих кромок сегмента;

− определить графически величину угла θ (направление отгиба стеблей), для этого отложив по горизонтали πR, а по вертикали – L;

− отметить  точки a, b, c, d, e пересечения траекторий с линией m – m;

− предполагая, что срезаются  стебли, растущие по линии m – m, графически определить отгибы: поперечный – q₂ и максимальный продольный – q₃.

Из графика пробега  активной части лезвия сегмента следует, что стебли, которые расположены на отрезках ab и de срезаются режущей кромкой AB сегмента без отгиба у противорежущей пластины правого пальца при прямом ходе ножа (слева направо − соответственно из положения I в положение II и из III в IV). Стебли, расположенные на отрезка bc, отгибаются режущей кромкой CD сегмента при обратном ходе ножа (справа налево − из положения II в положение III) и срезаются с поперечным отгибом q₂ у левого пальца.

Стебли, расположенные  на отрезке cd, отгибаются пальцевым брусом вперед по ходу комбайна и срезаются в точке d с разным по величине продольным отгибом, максимальная величина которого равна q₃. При каждом последующем ходе ножа картина изменения высоты стерни будет циклически повторяться.

Построение диаграммы высоты стерни. Для этого:

− провести линию, соответствующую  поверхности поля;

− из точек a, b, c, d и e провести линии до пересечения с поверхностью поля;

− на участках ab и de высота среза соответствует высоте установки режущего аппарата – h (срез осуществляется без отгиба – q = 0);

− для определения  высоты стерни при срезе стеблей  с отгибом,

расположенных на участке bc, отложить величину поперечного отгиба q₂ и определить высоту стерни;

− для определения  величины отгиба на участке cd отложить величину продольного отгиба q₃, разделив на несколько равных по величине частей, и определить высоту стерни с учетом переменной величины отгиба.

Стебли, растущие в треугольнике cdk, срезаются в точке d с разными отгибами при перемещении сегмента из положения III в положение IV.

Большинство стеблей  срезаются с некоторым отгибом  от вертикального положения. В результате высота стерни получается больше высоты установки режущего аппарата над поверхностью поля.

Потери возможны, если  высота стерни больше или равна минимальной длине стеблестоя

          L_min  ≤ l_{ст max},     (5.9) 

 

где l_ст – высота стерни;

L_min – минимальная длина стеблестоя.

Высота стерни для  второй и третьей (максимальное значение) зон отгиба

         (5.10)

где  h – высота установки режущего аппарата относительно поля;

          q₂ и q_{3 max} – соответственно значение поперечного и максимального

 продольного отгиба  стеблей .

Полученные расчётные  значения соответствуют построенным.

Предельная высота h_пр установки режущего аппарата должна соответствовать условию: минимальная длина (l_{ср min}) срезанных стеблей должна быть больше или равна максимальной высоте стерни

 

 

   l_{ср min} ≥ l_{ст max}.                                              (5.11)

 

Предельно допустимый отгиб q_пр (приняв l_ст = L_min)

 

                              .             (5.12)

 

По результатам расчётов видно, что  q₂ и q_{3 max} не превышают по величине  q_пр и соответствуют норме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.   МОЩНОСТЬ,  затрачиваемая КОМБАЙНОМ

НА  ВЫПОЛНЕНИЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОЦЕССА

                                                                

Для обеспечения работы комбайна необходимо выполнение условия:

N_дв ≥ N_т ,       (6.1)

где N_дв – мощность двигателя, кВт;

N_т – мощность, необходимая для выполнения технологического процесса, кВт.

Мощность, необходимая  для выполнения технологического процесса  комбайном,

N_т = N_р + N_ма + N_ро  + N_п,    (6.2)

где  N_р  – мощность, затрачиваемая на процесс резания, кВт;

       N_ма – мощность на привод молотильного барабана, кВт;

       N_ро  – мощность на привод остальных рабочих органов (принимать из таблицы 7.1[1]), N_ро=58 кВт;

      N_п  – мощность на перемещение комбайна, кВт.

Мощность, необходимая  для выполнения процесса резания,

N_р = T_max w r,                                               (6.3)

где  T_max –  максимальная сила, действующая в приводе ножа, Н;

       w − угловая частота вращения ведущего вала привода, 1/с;

       r − радиус кривошипа механизма привода ножа, м.

В процессе резания   на нож режущего аппарата действуют соответствующие силы

T_i = R_cр + P_ji + F,                                           (6.4)

где R_cр – среднее значение силы сопротивления срезу стеблей, Н;

         – сила инерции масс ножа, возникающая за счет непостоянства скорости перемещения ножа, Н;

   F – сила трения ножа по пальцевому брусу, вызываемая его силой тяжести, Н.

Сила сопротивления  срезу стеблей зависит от площади  нагрузки и густоты стеблестоя

,                                            (6.5)

где  e – удельная работа, затрачиваемая на срез растений с 1 см² (e =2,0×10^-2 Дж/см²;

          f_н – площадь нагрузки на лезвие сегмента, см²;

         х_н и х_к – величина перемещения ножа, соответствующая началу и концу резания, х_н=0,027 м, х_к=0,06 м.

Площадь нагрузки на лезвие сегмента

   f_н = L S,      (6.6)

где L – подача, L=5,3 см;

             S – ход ножа, S=8,3 см.

   f_н = 5,3×8,3=43,99 см.

Число сегментов

  z = B / t,      (6.7)

где B – ширина захвата жатки, В=4,8 м;

      t – ширина сегмента, t =0,076 м.

z = 4,8 / 0,076=64 шт.

         х_н и х_к – величина перемещения ножа, соответствующая началу и концу резания, х_н=0,027 м, х_к=0,06 м. См. чертеж «Определение скоростей резания режущего аппарата с приводом Шумахера (Шифр 02.56.021.00.003)»

 

 

где  m_н – масса ножа, кг;

        ω – угловая частота вращения ведущего вала привода (по технической характеристике комбайна), ω =63,35 с^-1;

        r – радиус кривошипа механизма привода ножа ,r = S / 2=0,0415 м;

Максимальное значение силы инерции (при х = 0 и х = S):

 

   P_{j max} ≈ ± m_н ω² r,    (6.8)

 

где m_н  − общая масса ножа (m_н = m_oB), кг;

       m₀ − масса одного погонного метра ножа (m_o = 2,0…2,2 кг/м).

       ω – угловая частота вращения ведущего вала привода (по технической характеристике комбайна), ω =63,35 с^-1;

        r – радиус кривошипа механизма привода ножа ,r = S / 2=0,0415 м;

 

m_н = 2,1×4,8=10,08 м,

P_{j max} ≈ 10,08×63,35²×0,0415=1678,81 Н.

Сила трения

F = f G,       (6.9)

где G = m_н g – сила тяжести ножа, определяемая из расчета его длины;

      f – коэффициент трения (f = 0,25…0,30).

F = 10,08×9,81×0,27=26,7 Н

 

По результатам расчетов построить графики изменения  сил R_cр, P_j и F  сопротивления, действующих на нож: 

– сила сопротивления  срезу R_cр графически представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс на отрезке от начала х_н до конца х_к резания;

– сила P_j инерции для механизма Шумахера графически изменяется по ломаной HMKL прямой, характер которой определяется координатами  х₁ при V_р = const (рисунок 7.3);

– на отрезке MK сила инерции для механизма Шумахера равна 0;

– координаты х₁ взять из чертежей;

 

– сила F трения графически отображается  линией, параллельной оси абсцисс;

По  максимальной суммарной силе T_max для соответствующих типов приводов режущего аппарата определить мощность, затрачиваемую на преодоление сил сопротивления резанию.

T_max = R_cр + F, (см. «График сил действующих на нож», ПЗ)

 

T_max= R_cр + F=1706,27+26,69=1732,96 H;

N_р = 1732,96× 63,35×0,0415=4556,04 Вт = 4,556 кВт

 

Мощность, необходимая  для обмолота (N_о) и на холостой ход (N_x):

N_ма= N_о  + N_x.      (6.10)

Мощность, затрачиваемая  на преодоление сопротивлений от взаимодействия бичей с растительной массой,

     N₀ = (a_т + b_т [q_min]_ф) [q_min]_ф u_б,      (6.11)

где [q_min]_ф – секундная подача массы, [q_min]_ф=4,42 кг/с;

       а_т и b_т – коэффициенты, зависящие от состояния и сорта культуры

и конструктивных параметров молотильного устройства, а_т = 110 Н·(кг/с)^-1 и b_т = 10 Н×(кг/с)^-2.

              u_б – скорость бичей.

                                                                                                        (6.12)