Изучение механического повреждения початка кукурузы при его отрыве в кукурузоуборочной жатке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лучшим сроком уборки кукурузы на зерно считается период, когда влажность зерна находится в пределах 25-30 %. В этот срок обеспечиваются минимальные потери урожая, так как в это время зерна початка прочно связаны со стержнем и полеглость растений (при нормальном их развитии) отсутствует [1].

Уборка кукурузы должна проводиться в возможно короткий срок с наступлением спелости зерна, так как с увеличением продолжительности стояния спелой кукурузы на корню увеличиваются обвисание початков и полегание стеблей растений.

При достижении полной спелости зерна количество прямостоящих стеблей кукурузы составляет 89,3 %, наклоненных - 10,2 %, полеглых - 0,5 % (примерно 27 августа); нормальные сроки уборки: прямостоящих - 75 %, наклоненных - 24 %, полеглых - 1 % (примерно 12 сентября); поздние сроки уборки (23 сентября) - 63,5 %, 30 %, 6,5 %, соответственно.

Рисунок 1 - Зависимость потерь от влажности зерна при периодических испытаниях комбайна

Рисунок 2 - Зависимость вышелушивания от влажности зерна при периодических испытаниях комбайна

Полеглость кукурузы отрицательно сказывается на качестве работы уборочных машин, увеличивая потери урожая из-за неподобранных полегших растений.

Проблема повышения производительности ограничивается фактором дрейфа во времени физико-механических свойств початков. Чем суше становится кукуруза, тем более она склонна к вышелушиванию на початкоотделяющих пластинах, поэтому агротехнический срок уборки составляет 12 дней. Это можно доказать полученными зависимостями потерь и вышелушивания зерна от влажности зерна при уборке кукурузы комбайном КСКУ-6 по данным разных лет [2] (рисунки 1 и 2).

Основным рабочим органом кукурузоуборочной жатки является початкоотделяющий аппарат. В современных кукурузоуборочных машинах широкое распространение получили стрепперные початкоотделяющие аппараты, у которых отрыв початков осуществляется на неподвижных стрепперных пластинах (рисунок 3).

Рисунок 3 - Стрепперный початкоотделяющий аппарат (вид спереди, разрез):

1 - протягивающие вальцы; 2 - початкоотделяющие пластины; 3 - подающая цепь; 4 - лапки; 5 - початок; 6 - стебель

Недостатком этих аппаратов является ограничение по скорости вращения протягивающих вальцов, отрицательно сказывающееся на повышении производительности уборки кукурузы. Это ограничение связано с тем, что с увеличением окружной скорости вальцов возрастает ударный импульс при взаимодействии початка с пластинами, ведущий к повреждению основания початка и потерям урожая за счет теряемого при этом зерна. В связи с этим актуальной является задача снижения ударного импульса при отрыве початков.

Мы же видим свою проблему в разработке теоретических основ “мягкого удара”, позволяющего снизить мгновенные силы, возникающие при ударе початков за счет увеличения времени ударного импульса. Это позволит, в конечном счете, увеличить скорость протягивающих вальцов, а следовательно - и производительность комбайна. Для этого необходимо рассмотреть закономерность разрушения початка в стрепперном початкоотделяющем аппарате.

Движение стебля в русле початкоотделяющего аппарата складывается из двух фаз.

В первой фазе наблюдается свободное движение стебля по конусному зазору протягивающих вальцов. Это движение продолжается до тех пор, пока зазор между вальцами Z больше диаметра стебля dст (см. рисунок 3). При достижении условия dст Z, стебель останавливается, а движение машины продолжается.

Во второй фазе движение стебля осуществляется следующим образом: под действием лапок цепей часть стебля, расположенная выше остановившейся части стебля, наклоняется в сторону, противоположную движению стебля, и попадает в верхнюю часть вальцов, где захватывается рифами. При достижении условия захвата стебель протягивается вниз, одновременно сжимаясь и изгибаясь.

Таким образом, стебель с початком одновременно участвует в двух движениях: поступательном (Vп) и перемещении вниз под действием протягивающих вальцов (Vпр). Суммарная скорость початка при встрече с початкоотделяющими пластинами равна векторной сумме этих скоростей (рисунок 4).

Рисунок 4 - Схема скоростей движения початка

Внешнюю силу, возникающую при ударе початка о пластины, можно определить на основе ударного импульса, если задаться временем удара:

J = F •t,

где J - ударный импульс, Нс; F - сила удара, Н; t - время удара, с.

Скорость Vпр можно определить из допустимого ударного импульса, при котором початок начинает разрушаться (по ранее выполненным исследованиям Jдоп = 1,33 Н•с [3]):

Vпр = Jдоп / mп = 1,33/0,3 = 4,43 м/c,

где mп - масса початка, mп = 0,3 кг [1].

Ранее нами определено [4], что скорость цепи должна быть в 1,4 раза выше скорости комбайна. Учитывая интенсификацию процесса уборки и возможность увеличения скорости комбайна до 12 км/ч, принимаем Vп = 4,66 м/с.

Величину суммарного результирующего вектора при ударе початка о пластины можно определить по теореме косинусов:

Vр = = 8 м/с,

где = 123o.

Таким образом, суммарный ударный импульс составит

Jсум = Vр mп = 8•0,3 = 2,4 Нс.

Задавшись рядом значений времени удара, определим по выражению (1) возникающую при этом величину внешней силы, приходящейся на точку контакта (см. таблицу, рисунок 5).

Зависимость силы удара початка от времени

Рисунок 5 - Точки контакта початка с пластинами

Рисунок 6 - Действие внешней и выталкивающей сил на зерно початка

В современных початкоотделяющих аппаратах отрыв початка осуществляется за счет удара початка и растяжения плодоножки. Любое механическое воздействие связано с деформацией початка. При его деформации возникают силы, разрушающие связь зерна со стержнем.

Из анализа ранее выполненных работ [5] нам известны некоторые признаки разрушения початка. Внешняя сила Рвн, действующая на зерно, вызывает такое же действие на зерно силы Рвыт, выталкивающей его из початка (рисунок 6).

Выделим из початка один поперечный ряд зерен (рисунок, 7 а) и, рассматривая зерно как клин, разложим действующую силу Рвн на две составляющие, перпендикулярные граням клина - Рн.

Выталкивающая сила Рвыт, действующая на соседнее зерно, как клин, выталкиваемый из початка, равна силе Рвн, действующей на вдавливаемый клин, то есть Рвн = Рвыт (рисунок 7, б). Для этого перенесем вектор силы Рн по линии его действия в точку пересечения с центральной осью соседнего клина и разложим его на направление, перпендикулярное грани соседнего клина, и на направление его центральной оси.

Здесь треугольники АВС и СDF (рисунок 7, в) равны по принципу равенства сторон АС = СD и углов, прилежащих к ним ( и ).