Анализ технологического процесса и расчет основных параметров мотовила

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ технологического процесса и расчет основных параметров мотовила



На жатках зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов, валковых жатках и косилках устанавливают мотовила.



Назначение и типы мотовил

Мотовило - рабочий орган зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов. Оно предназначено для активного подвода растений к режущему аппарату, их поддержания во время среза и подачи после среза на транспортирующий орган, тем самым освобождая режущий аппарат от растений. Оптимальное взаимодействие мотовила через растения с режущим аппаратом, это одно из основных условий снижения потерь и производительной работы зерноуборочного или кормоуборочного комбайна. Оно оценивается коэффициентом полезности мотовила (з).

По устройству и действию мотовила бывают: с жестким креплением планок - жестко-планчатое, с шарнирным параллелограммным механизмом - эксцентриковое, или параллелограммное, и с движением поводков планок по направляющим дорожкам - копирующее.

Жестко-планчатое мотовило (рис. 1, а) состоит из вала 4, на котором закреплены крестовины 3, жестко соединенные лучами 2 с планками 1. Для придания жесткости лучи соединены стяжками 5.

При вращении вала планки мотовила совершают вращательное движение относительно жатки.

Мотовило такого типа удовлетворительно работает только при уборке прямостоящего хлеба. На полеглом и путаном стеблестое планки мотовила не поднимают и не подводят стебли к режущему аппарату, что влечет за собой потери. Такое мотовило неудовлетворительно работает и на короткостебельных культурах. Это вызвано тем, что концы планок мотовила, перемещаясь в относительном движении по траекториям I-I, отстоят далеко от режущего аппарата 7 и не снимают с него срезанных растений, в результате чего они падают на землю. Наряду с этим между траекторией I-I и шнеком 6 жатки образуется некоторая зона (заштрихованная на рисунке), в которой скапливаются растения. Это приводит к неравномерному питанию последующих рабочих органов, вызывающему потери урожая, и пульсирующую нагрузку на рабочие органы машины.

Параллелограммное мотовило (рис. 1, б) состоит из вала 4, лучей 2, обоймы 11 и труб 8 с пружинными пальцами 9.

Трубы смонтированы в подшипниках лучей (шарнир В) и кривошипом шарнирно (шарнир С) связаны с лучами 10 кольцевой обоймы.

Лучи 2 вращаются относительно шарнира А, лучи 10 - относительно шарнира D.

Расстояние между шарнирами А и D равно длине части звена ВС, а длина АВ равна расстоянию DC. Таким образом, лучи 2 и 10, кривошип ВС трубы и неподвижное звено AD образуют параллелограммный механизм ABCD. При вращении вала 4 сохраняется параллельность звеньев: AB //DC и AD //BC. Так как звено AD не изменяет своего положения, то звено ВС в процессе движения остается параллельным самому себе, т.е. совершает круговое поступательное движение. Так же движутся пальцы и планки, жестко соединенные со звеном ВС (с трубой).

Угол б наклона пальцев можно регулировать изменением положения оси D, чем достигается оптимальная настройка мотовила в работе при разном состоянии стеблестоя (Рис. 2).

Параллелограммное мотовило удовлетворительно работает как на прямостоящем, так и на полеглом стеблестое. Однако при уборке короткостебельных культур оно так же, как и жестко-планчатое мотовило, плохо подает стебли к шнеку.

Копирующее мотовило (рис. 1, в) снабжено лучами с поводками 12.

Поводки перекатываются по беговой дорожке abc, за счет чего точки планок, закрепленных на лучах, перемещаются по траекториям, расположенным близко к режущему аппарату 7 и шнеку 6. Этим создается равномерное питание последующих рабочих органов машины.

Такими мотовилами оборудуют жатки для уборки короткостебельных сортов зерновых-колосовых, бобовых, крупяных и других культур.

Рис. 1. Схемы мотовил:

а - жестко-планчатое; б - параллелограммное; в-копирующее; 1 - планка; 2 - луч; 3 - крестовина; 4 - вал; 5 - стяжки; 6 - шнек; 7 - режущий аппарат; 8 - труба; 9 - пружинные пальцы; 10 - лучи кольцевой обоймы; 11 - кольцевая обойма; 12 - поводок.



Работа и настройки мотовила

Рис. 2. Схема работы и настройки мотовило:

в-схема работы, г, д, е - положение граблины при уборке соответственно нормальных прямостоячих или частично пониклых, низкостебельных и полеглых хлебов.

Рис. 3 Регулировки мотовила

С - вынос мотовила; Н - высота установки мотовила

1 и 4 - гидроцилиндры; 2 - планка; 3 - режущий аппарат.



Задание для выполнения лабораторной работы

Вопросы входного контроля

1. Рассказать назначение и процесс работы мотовила.

2. Перечислить типы мотовил и объяснить для каких условий работы они

предназначены.

3. Из каких основных частей (деталей) состоит мотовило?

4. Как передается вращение на вал мотовило?

5. Каким образом изменяют обороты мотовила и от чего они зависят?

6. Назвать регулировки универсального эксцентрикового мотовила.

7. Понятие выноса мотовила. От чего зависит его величина?

8. От чего зависит регулировка наклона пальцев(планок) граблин мотовила?

9. Как отрегулировать предохранительную муфту мотовила и проверить крутящий момент ее срабатывания?

10. Что необходимо выполнить, чтобы установить эксцентриковое мотовило для уборки низкорослых, длиностебельных и полеглых хлебов?

11. Объяснить схему работы сблокированного механизма автоматического перемещения мотовила вперед (назад) при его подъеме (опускании).

12. В чем заключаются отличия в работе простого планчатого и эксцентрикового мотовил?

13. Как происходит подвод стеблей к режущему аппарату и их укладка на транспортирующие органы?

14. Какое движение совершает планка мотовила и какую траекторию описывает точка конца ее планки?



Содержание работы

Теоретическая часть

Определить основные параметры технологического процесса планчатого мотовила и на основе анализа выбрать их оптимальные значения.

Дополнительно:

а) подобрать кинематический режим работы мотовила, при котором его КПД близок к 100%;

б) сравнить работу проанализированного мотовила с реальным

Практическая часть

Изучить устройство лабораторной установки для вычерчивания траектории точки планки мотовила.

Изучить процесс работы и настройки лабораторной установки.

С помощью лабораторной установки вычертить траектории точки конца планки мотовила для соответствующего варианта (передачи редуктора т.е. режима работы мотовила).

мотовило зерноуборочный комбайн планчатый

Таблица 1. Исходные данные

Вариант	Передача редуктора	Степень взаимодействия стеблей,	Число планок ZП, шт
1 и 16	1	1,1	4
2 и 17	2	1,2	5
3 и 18	3	1,3	6
4 и 19	4	1,4	4
5 и 20	5	1,5	5
6 и 21	6	1,6	6
7 и 22	7	1,7	4
8 и 23	8	1,1	5
9 и 24	9	1,2	6
10 и 25	10	1,3	4
11 и 26	1	1,4	5
12 и 27	2	1,5	6
13 и 28	3	1,6	4
14 и 29	4	1,7	5
15 и 30	5	1,1	6

Оборудование и инструмент

Лабораторная установка, вычислительная машинка, чертежный инструмент, лист бумаги формата А1.

Исходные данные приведены в табл. 1. Скорость машины V_М, высоту установки режущего аппарата Н_У и отношение высоты установки режущего аппарата к высоте стеблестоя принимают из работы 1 (табл. 1).

Порядок выполнения работы

1. С помощью лабораторной установки вычертить траектории планок мотовила. Должны быть начерчены траектории трех планок, на листе должно получиться не менее четырех петель циклоид.

2. Сняв лист с установки, провести по верхней ветви общую касательную 1 - 1 ко всем траекториям (рис. 4). Измерить на чертеже и записать диаметр мотовила [Д].

Внимание. Параметры, обозначенные квадратными скобками, измеряют и подставляют в формулы в миллиметрах, а эти же параметры без скобок подставляют в действительных значениях (м).

3. Определить радиус мотовила [r_м] по формуле

[r_м] = 0,5 [Д], мм. (1)

Провести на расстоянии [r_м] от верхней касательной 1 - 1 линию 0 - 0, изображающую траекторию вала мотовила, проставить на чертеже размеры [r_м] и [Д].

4. Измерить и проставить на чертеже длину пути машины за время одного оборота вала [S_м]. Она измеряется между двумя одинаковыми точками траектории одной из планок (см. рис. 4).

5. Определить показатель кинематического режима мотовила



= 2 [r_м] / [S_м] (2)

6. Определить шаг мотовила

[S_z] = [S_м] / Z_п, мм. (3)

7. На петле первой циклоиды (по ходу движения машины) найти точку А - оптимальный вход планки мотовила в стеблестой (рис. 5). Ее положение [У_А] относительно траектории движения вала мотовила (траектория вала совпадает с осью х) определяется выражением

[У_А] = [r_м] sin_А, мм. (4)

Рис. 4. Схема параметров мотовила

Рис. 5. Схема установки мотовила



Но угол _А поворота планки от оси х до точки А неизвестен. Поэтому воспользуемся равенством

sin_А = 1/ , мм. (5)

Тогда

[У_А] = [r_м]/ (6)

Отложить это расстояние от оси х и отметить на циклоиде точку А.

8. Определить расстояние от точки А до нижней точки циклоиды К_о. При оптимальной установке мотовила по высоте расстояние по вертикали от точки А до точки К_о должно совпадать с координатой центра тяжести ?_Ц срезаемой части стебля. Ее определяют по выражению

[?_Ц] = [r_м] (1 - 1/), мм. (7)

Откладывают эту величину от К_о вверх по циклоиде. При правильных построениях и расчетах конец отрезка [?_Ц] должен попасть в точку А.

9. Определить действительную длину срезаемой части стебля

? = L_СТ - Н_У, м. (8)

Высоту стеблестоя L_СТ находят из выражения по данным работы 1 (табл. 1).

10. Рассчитать по эмпирическому выражению длину ?_Ц части стебля, расположенной выше центра тяжести срезанного стебля



, м. (9)

11. Найти масштаб чертежа

= ?_Ц / [?_Ц], м/мм. (10)

12. Определить истинные значения параметров мотовила:

а) радиус мотовила

R = [r_м], м; (11)

б) шаг мотовила

S_Z = [S_Z], м; (12)

13. Найти оптимальное значение высоты установки вала мотовила над режущим аппаратом, которое определяется исходя из условия, что планка мотовила должна погрузиться в хлебостой либо на уровне центра тяжести стебля, либо чуть выше его

Нопт = ?+ R/, м. (13)

Отрезок, изображающий Н_ОПТ в масштабе чертежа, будет равен

[Нопт] = Нопт / , мм. (14)

Отложить эту величину от траектории вала и провести траекторию движения режущего аппарата под всеми циклоидами.

14. Определить высоту установки режущего аппарата

[Н_у] = Н_у / , мм. (15)

15. Нанести на чертеже линию поверхности земли под всеми циклоидами.

16. Определить окружную скорость планки мотовила

U = V_м , м/с. (16)

17. Рассчитать параметры кинематического режима работы мотовила:

а) угловую скорость вала

= U / R, с^-1; (17)

б) частоту вращения вала n, мин^-1.

18. На петле второй циклоиды определить графическим путем значение максимального выноса вала мотовила относительно режущего аппарата (рис. 6). Величину С_m находят исходя из условия, что стебли не выскальзывают из под планки к моменту среза их ножом.

Рис. 6. Определение максимального выноса мотовила относительно режущего аппарата



Для упрощения построения здесь и далее принимается, что все стебли имеют одинаковую длину и отклоняются без изгиба, поворачиваясь как на шарнире вокруг точки роста. Кроме того, срез считается мгновенным.

Перенести точку А на петлю второй циклоиды. Поскольку стебель А будет выскальзывать из под планки раньше других, построения проводятся именно на нем. Порядок определения С_m таков:

а) определить масштабное значение высоты стеблестоя

[L_ст] = L_ст / , мм; (18)

б) радиусом [L_СТ] из точки роста стебля провести дугу до пересечения с траекторией планки в точке Е;

в) на расстоянии [r_м] от точки Е найти на траектории вала точку О_Е (это точка, где находится вал мотовила в момент, когда планка находится в точке Е);

г) на отклоненном стебле mЕ отметить точку Д - точку встречи этого стебля с траекторией режущего аппарата. Расстояние по горизонтали между О_Е и точкой Д будет максимально возможным выносом [C_m].

19. Для анализа того, что найденное значение выноса является максимально возможным необходимо провести анализ работы мотовила при выносе на 50% больше, чем [C_m] и выносе на 50% меньше [C_m]. Обозначить меньший вынос [C₁], а больший вынос [C₃], тогда

[C₁] = 0,5 [C_m]; (19)

[C₂] = [C_m]; (20)

[C₃] = 1,5 [C_m]. (21)



Рис. 7. К определению величин участков захвата стеблей (пути машины), на протяжении которых стебли срезаются при содействии одной планки мотовила (при 0 С С_m и Н = Н_ОПТ)

20. Определить ширину в полоски стеблей, срезаемых при воздействии на них одной планки с различными значениями выноса (без учета взаимодействия стеблей внутри стеблестоя).

Здесь возможны два варианта:

а) вынос мотовила С меняется от 0 до C_m

0 С C_m; (22)

б) вынос мотовила больше найденного максимального значения

С > C_m. (23)

При варианте (45) и высоте вала Н_ОПТ величина участка в определяется как расстояние между стеблем mА (он является первым стеблем, который захватывает планка) и тем стеблем К, к которому одновременно подойдут планка и режущий аппарат. При этом планка подходит к стеблю К вверху, двигаясь к режущему аппарату (т.е. против хода машины), а режущий аппарат подходит к стеблю внизу, двигаясь по ходу движения машины. Этот последний стебель (он же является первым стеблем, с которого нож начинает совместную работу с данной планкой) можно найти так:

а) рядом с петлей второй циклоиды на траектории вала отметить произвольную точку О' (рис. 7) (лучше на участке между первой и второй петлями). Из точки О'

циркулем провести дугу радиуса r_м от вертикали на угол 45;

б) отложить на дуге от вертикали отрезки [С₁]; [С₂] = [С_m] и [С₃] и отметить точки 0, 1, 2 и 3 (точкой 0 является пересечение вертикали с дугой);

в) снести точки 0, 1, 2, 3 на траекторию планки и получить соответственно точки К₀, К₁, К₂, К₃;

г) расстояния между стеблем ma и вертикалями, проведенными через К₀, К₁ и К₂, являются искомыми величинами в₀, в₁ и в₂ для условия (22). Вертикаль проведенная через К₀, должна проходить через пересечение ветвей петли вверху (через точку Б).

При втором варианте выноса (23) стебель mА и вместе с ним еще несколько стеблей успеют выскользнуть из-под планки до того, как к ним сзади подойдет режущий аппарат.

Задняя (по ходу движения) граница фактической зоны в₃ соответствует точке К₃. Передней границей зоны в₃ является последний стебель, который срезается ножом и начинает выскальзывать из-под планки в момент среза. Эта граница находится последовательным приближением в следующем порядке:

первый этап приближения

а) на петле третьей циклоиды отметить точки А, Е, К₃, m и Д (рис. 8). Расстояние от точки К₃ до стебля mА обозначить в'₃ (это теоретическая ширина полоски стеблей при С = С₃);

б) аналогично пункту 17в найти точку О_Е на траектории вала;

в) на расстоянии [C₃] от О найти на траектории ножа точку Д';

г) провести через Д' касательную к петле до пересечения с петлей в точке Е'. В этой точке будет выскальзывать из-под планки стебель, растущий в точке m'. На этом заканчивается первый этап приближения;

второй этап приближения

д) из m' провести радиусом [L_СТ] дугу до пересечения с петлей в точке Е'. В этой точке будет выскальзывать из-под планки стебель, растущий в точке m';

е) радиусом [r_м] из точки Е' на траектории вала сделать отметку-точку О'_Е. Здесь будет вал в момент выскальзывания стебля m' из-под планки;

ж) на расстоянии [C₃] от О'_Е найти на траектории ножа точку Д''. В этой точке будет происходить срез в момент выскальзывания стебля m' из-под планки;

з) провести через Д'' касательную к петле до пересечения с землей в точке m''. В точке m'' растет стебель, который срезается в момент выскальзывания стебля m''. На этом заканчивается второй этап приближения;

третий этап приближения

и) около m'' радиусом [L_ст] провести дугу до пересечения с петлей в точке Е''. В этой точке будет выскальзывать из-под планки стебель, растущий в m'';

к) радиусом [r_м] из точки Е'' на траектории вала сделать отметку-точку О_Е'';

л) на расстоянии [C₃] от О_Е'' найти на траектории режущего аппарата точку Д''';

м) провести через Д''' касательную к петле до пересечения с землей в точке m'''. Если выполняется условие, что расстояние между точками

m "m» ' 1 мм, (24)

построения следует закончить, а расстояние между вертикалями, проведенными через точку m''' и К₃, принять за [в₃]. Если же m "m» '>1 мм, то построения следует продолжить до выполнения условия (24), т.е. проводят четвертый, пятый и т.д. этапы приближения.

Рис. 8. Схема определения величины в₃

21. Построить график зависимости = f (С). Для этого следует предварительно заполнить вспомогательную таблицу

Вспомогательная таблица для определения

Вынос вала, м	С = С0 = 0	С = С1	С = С2 = Сm	C = C3
Участок полезной работы b, м	в0 =	в1 =	в2 =	в3 =
Коэффициент полезности , %	0 =	1 =	2 =	3 =

Рис. 9. Образец графика = f (С)



Коэффициент полезности находится по формуле

_i = 100 в_i / S_z, % (25)

Здесь величины в_i определяются по выражению

в_i = [в_i] , м. (26)

При С = С₃ необходимо определить два значения коэффициента полезности для в = в₃' и в = в₃.

Используя данные таблицы, строят график = f(С) (рис. 9) на свободном месте чертежа.

Оценить количество стеблей (в%), выскальзывающих из-под планки

= ₃' - ₃, %. (27)

Иллюстрация характера воздействия планок мотовила на стеблестой при выносе больше максимально возможного и Н = Нопт на протяжении одной величины S_Z приведена на рис. 10. Построение провести на четвертой петле циклоиды (при неполной четвертой петле можно использовать первую петлю).

Для этого последовательно отложить следующие участки:

а) участок стеблей [в₃], который был захвачен планкой;

б) участок стеблей [в₃'], который срезается при воздействии планки;

в) участок стеблей [в₄], выскользнувших из-под планки

[в₄] = [в₃'] - [в₃], мм; (28)

г) участок стеблей [в₅], срезаемый ножом только за счет взаимодействия стеблей внутри хлебостоя

[в₅] = ( - 1) [в₃], мм; (29)

д) участок стеблей [в₆], который планка стремится пригнуть к земле, двигаясь от точки А до К₀;

е) участок стеблей [в₇], который планка стремится приподнять перед срезом, двигаясь от точки К₀ до точки К₃. При этом

[в₆] + [в₇] = [в₃'], мм. (30)

На основании анализа по п. 22 объяснить, почему при [С] = [С₃] фактический КПД меньше теоретического, т.е. ₃ < ₃'.

Рис. 10. Иллюстрация характера воздействия планки при С > Сm и H = H_ОПТ

Определить влияние высоты установки вала мотовила на КПД.

При подъеме мотовила точка входа планки в хлебостой опускается вниз по циклоиде относительно точки А на такую же величину, на которую было поднято мотовило относительно оптимальной высоты. Наоборот, при опускании мотовила точка планки в стеблестой поднимается вверх по циклоиде.

Для упрощения построений примем, что не вал опускается и поднимается относительно стеблей, а стебли вместе с землей и режущим аппаратом соответственно поднимаются и опускаются относительно вала. Расчеты провести при выносе С=С₀=0. Построения выполнить на петле третьей циклоиды в следующем порядке (рис. 11):

а) замерить и записать значение ширины полоски стеблей [в₀], захваченных планкой при оптимальной высоте установки [Н_ОПТ]. Эта полоска определится как расстояние по горизонтали между точками А и К₀;

б) поднять землю, режущий аппарат и вершину стебля на 0,75 [?_Ц], что соответствует высоте установки вала мотовила [Н_ОПТ] - 0,75 [?_Ц]. Пересечение траекторий планки с вершиной стеблей обозначить А'.

Замерить и записать значение ширины захваченной полоски стеблей в' как расстояние между А' и К₀;

в) опустить землю, режущий аппарат и вершину стебля на 0,75 [?_Ц], что соответствует высоте установки вала мотовила [Н_ОПТ]+0,75 [?_Ц]. Пересечение траекторий планки с вершиной стеблей обозначить А''.

Рис. 11. Определение влияния высоты установки вала мотовила на коэффициент полезности



Замерить и записать значение ширины захваченной полоски стеблей в'' как расстояние между А'' и К₀;

г) рассчитать КПД мотовила для каждой высоты вала по выражению (25) и построить график его зависимости от высоты (рис. 12) на свободном поле чертежа.

Рис. 12. Образец графика з = f(Н)

Если вал мотовила опускают вниз относительно оптимальной высоты, то стебли, находящиеся между точкой А' входа планки в стеблестой и точкой А, отклоняются (отталкиваются) планкой вперёд по ходу движения машины и не входят в зону в'.

Приняв Н=Н_ОПТ и С=С₀=0, подобрать кинематический режим работы мотовила, при котором расчетное значение находится в диапазоне 95…105%. Подбор показателя следует производить по уравнению

, % (31)

Уравнение (31) не имеет явного решения относительно , поэтому поступают следующим образом:

а) задаются некоторым произвольным значением в пределах 1…2, подставляют в уравнение (31) и находят ;

б) если полученное не попадает в указанный диапазон, то задаются новым значением и расчет повторяют. Так поступают до тех пор, пока не попадет в диапазон 95…..105%;

в) записывают полученное (конечное) значение показателя кинематического режима .

26. Сравнить работу проанализированного мотовила с реальным. Для этого, приняв радиус мотовила R'=0,65 м, определить масштаб построений (рис. 13)

' = R'/ [r_м], м/мм. (32)

Последующие построения выполняют в таком порядке:

а) определить значения [L'_CТ], [?'], [H'_У], [?'_Ц] в новом масштабе посредством деления их действительных значений на ';

б) нанести параметры с полученными размерами на чертеже аналогично рис. 5, считая, что планка входит в стеблестой по прежнему в точке А своей траектории. Сравнить расположение центра тяжести стебля относительно нижней точки петли;

в) измерив [H'], сравнив с [H_ОПТ] и определив [ДH]

[Н] = [r_м] (1 - 1/) - [?'_Ц], (33)

сделать сравнительную оценку значения оптимальной высоты с результатом предыдущего анализа;

г) определив [C'_m], сравнить возможный диапазон регулировки выноса у ранее проанализированного мотовила и у действительного.



.

Рис. 13. Анализ реального мотовила



Список основной литературы

1. Капустин В.П. Сельскохозяйственные машины: Учебное пособие / В.П. Капустин, Ю.Е. Глазков - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2017. - 280 с.

2. Максимов И.И. Практикум по сельскохозяйственным машинам / И.И. Максимов, И.И. Максимов. - Санкт-Петербург, Москва, Краснодар. 2015. - 416 с.

3. Бельтюков Л.П. Сельскохозяйственные машины: теория, расчет, конструкция, использование / Л.П. Бельтюков, Н.А. Вахрушеев, А.С. Ерешко, В.Г. Шурупов. - Зерноград: АЧГАА. 2013. - 680 с.

4. Капустин В.П. Сельскохозяйственные машины. Настройка и регулировка [Электронный ресурс]: учебное пособие / В.П. Капустин, Ю.Е. Глазков. - Тамбов: Изд-во Тамб. Гос. Ун-та. 2010. - 196 с.

Список дополнительной литературы

1. Клёнин Н.И. Сельскохозяйственные машины/ Н.И. Клёнин, С.Н. Киселев, А.Г. Левшин. - М.: КолосС, 2008. - 816 с.

2. Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины./ В.М. Халанский, И.В. Горбачев. - М.: КолосС, 2006. - 624 с.

3. Кленин Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины/ Н.И. Кленин, В.А. Сакун - М.: КолосС, 1994. - 751 с.

4. Кленин Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины/ Н.И. Кленин, В.А. Сакун - М.: КолосС, 1980. - 671с

Размещено на Allbest.ru