Размещено на http://www.allbest.ru/

Учебно-методическое пособие для самостоятельного выполнения лабораторной и расчётно-графической работ для студентов очной и заочной форм обучения направления «Агроинженерия»

Машины для уборки и послеуборочной обработки зерновых культур

Составители

Головатюк Виктор Антонович

Щукин Сергей Геннадиевич

Новосибирск 2017



Кафедра технологических машин и технологии машиностроения

УДК 631.3.076.5

Сельскохозяйственные машины: Учебно-метод. пособие для выполнения лабораторной и расчётно-графической работ для студентов очной и заочной форм обучения направления «Агроинженерия».

Часть 2. Машины для уборки и послеуборочной обработки зерновых культур / Новосиб. гос. аграр. ун-т; Сост.: В.А. Головатюк, С.Г. Щукин - Новосибирск, 2017. - 40с.

Настоящее пособие включает краткие теоретические описания по теме, задание и описание лабораторной работы по машинам для уборки зерновых культур с необходимыми для ее выполнения теоретическими выкладками.

Рассчитано на студентов инженерного института и института заочного образования НГАУ обучающихся по направлению 35.03.06 Агроинженерия.

Утверждены и рекомендованы к изданию учебно-методическим советом Инженерного института (протокол № 8 от 28 марта 2017).

Рецензент: В.А. Патрин - д.т.н., доцент кафедры «Техносферной безопасности и электротехнологий».

© Новосибирский государственный аграрный университет, 2017

© Инженерный институт, 2017



ВВЕДЕНИЕ

В обеспечении необходимых темпов развития агропромышленного комплекса страны большую роль принадлежит комплексной механизации. Только на ее основе можно перевести сельскохозяйственное производство на индустриальные методы и повысить эффективность использования средств механизации.

В связи с этим возрастает значение специалистов АПК, к которым предъявляют все более высокие требования по вопросам эффективного использования техники.

Для успешного выполнения этих требований необходимо, чтобы инженерный персонал АПК был профессионально зрелым, теоретически грамотным, способным применять свои знания в практической деятельности.

Поэтому специалистам АПК необходимы глубокие знания обеспечивающие эффективное использование технических средств механизации процессов в конкретных условиях. взаимодействия рабочих органов с объектом обработки определяющих зависимость технологических и энергетических показателей работы от конструктивных, технологических и регулировочных параметров машин.

Современные методы обучения предусматривают необходимость повышения эффективности самостоятельной учебной работы студентов как основного способа приобретения полнообьемных, глубоких, прочных знаний и развития творческих способностей.

Самостоятельная работа будущего специалиста - одна из важных форм творческого овладения знаниями, источник их постоянного обогащения и обновления. молотильный сепарация зерно

Самостоятельное выполнение студентами предусмотренных программой работ способствует более полному усвоению закономерностей протекания технологических процессов в сельскохозяйственных машинах и выбору наиболее оптимального режима их функционирования.

Настоящее методическое пособие предназначено для организации самостоятельной работы при выполнении лабораторной и расчетно-графической работ. Методическое пособие позволит студентам при выполнении лабораторных работ осуществлять самоконтроль знаний по предлагаемым вопросам, расчета основных рабочих органов и выбора оптимальных режимов их функционирования Методическое пособие составлено с учетом материальной базы кафедры технологических машин и технологии машиностроения. Для проверки усвоения лекционного материала и готовности студентов к выполнению лабораторной работы в начале занятия преподаватель проводит краткий опрос по вопросам входного контроля знаний. В процессе выполнения работы преподаватель оценивает самостоятельность и полноту ее выполнения. По завершении работы студенты отвечают на вопросы выходного контроля. Перед выполнением работы на лабораторных установках все студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности. Включать установки и аппаратуру без разрешения преподавателя или учебного мастера запрещается.



1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СОЛОМОТРЯСА

Назначение и типы соломотрясов

В существующих зерноуборочных комбайнах наибольшее применение находят клавишные соломотрясы.Соломотряс (см. рис. 1,а) интенсивно перетряхивает солому, чтобы выделить из нее зерно. Он составлен из клавиш, смонтированных на двух коленчатых валах. Каждая клавиша снабжена ступеньками (каскадами), закрытыми сверху жалюзийными решетками.

Клавиши соломотряса подбрасывают солому и растягивают ее. При этом зерно и мелкие примеси перемещаются вниз, просыпаются сквозь отверстия решеток и по днищу скатываются на транспортную доску. Гребенки проталкивают солому и крупные куски ее (сбоину) к выходу из молотилки. Над первыми каскадами соломотряса подвешен фартук, который затормаживает движение массы на соломотрясе. Это улучшает условия сепарации и способствует уменьшению потерь зерна

Массу (солома, полова, сбоина, часть зерна), вышедшую из молотильного устройства и поступившую на соломотряс, принято называть грубым ворохом.

Соломотряс выделяет из грубого вороха мелкий ворох (зерно, полову, сбоину), направляет его на очистку и выводит солому из молотилки.

Рис. 1. Схемы соломотрясов: а - клавишного двухвального; б - расположение колен четырехклавишного соломотряса; в - коквейерно-роторного; г - роторного; 1 - гребенка; 2 - граблина; 3 - решетчатая поверхность; 4 - корпус клавиши; 5 - транспортер вороха; 6 и 7 - битеры; 8 - секционный фартук; 9 - пиккеры; 10 - малый транспортер; 11 - двухпрутковый битер; 12 - отбойный битер; 13 - большой транспортер; 14 - вентилятор; 15 - ротор; 16 - решетка.

В существующих зерноуборочных комбайнах наибольшее применение находят клавишные соломотрясы. Известны комбайны с платформенным, конвейерно-роторным соломотрясом и роторным соломоотделителем.

Клавишные соломотрясы бывают с тремя и более клавишами. Каждая клавиша представляет собой корпус 4 (рис. 1, а) с решетчатой рабочей поверхностью 3, выполненной в виде каскадов. Мелкий ворох, просыпавшийся сквозь отверстия решетки клавиш, по желобу корпуса попадает на очистку. Клавиши с боков несут выступающие над рабочей поверхностью гребенки 1, а некоторые каскады снабжены граблинами 2. Борта и граблины препятствуют скольжению соломы назад, улучшают ее растаскивание и способствуют более равномерному перемещению соломы к выходу из молотилки. На первом каскаде часто устанавливают более высокие две боковые и одну среднюю гребенки, которые снижают скорость потока соломы, чем достигается более интенсивный процесс выделения зерна на первом каскаде. В некоторых комбайнах применяют клавиши без днища, а для перемещения мелкого вороха на очистку под соломотрясом устанавливают дополнительную колеблющуюся транспортную доску, причем направление ее колебаний выбирают противоположным направлению колебаний клавиш. В результате этого достигается уравновешивание сил инерции, действующих на раму комбайна.

Корпус каждой клавиши соломотряса шарнирно соединяют с двумя коленчатыми валами одинакового радиуса rколен. Колена АВ и DCвалов одной клавиши параллельны одна другой, а расстояния AD = BC, т. е. валы и клавиша образуют четырехзвенный параллелограммный механизм ABCD. В таком механизме клавиша совершает плоско-параллельное движение, а каждая ее точка движется по окружности радиусом r.

Колена валов двух соседних клавиш смещены одно относительно другого на некоторый угол. Порядок расположения колен четырехклавишных соломотрясов приведен на рисунке 1, б.

Клавишные соломотрясы работают по принципу подбрасывания и встряхивания грубого вороха. Они хорошо сепарируют массу зерновых культур с безостым колосом при работе на ровном рельефе. Показатели качества работы клавишных соломотрясов снижаются при перегрузках, эти соломотрясы чувствительны к продольным и поперечным уклонам, а решетка клавиш забивается остями при уборке зерновых остистых культур.

Кинематический режим работы соломотряса

Каждая точка клавиши совершает движение по окружности радиусом r. Кинематику клавиш характеризуют отношением центростремительного ускорения гщ² к ускорению свободного падения g. Такое отношение К названо показателем кинематического режима:

K = rщ²/g. (1)

От значения показателя зависит характер и скорость движения вороха на соломотрясе, а, следовательно, и качество его работы.

Распределение вероятностей выделения зерна из вороха. Кинематографическими исследованиями установлено, что наибольшая вероятность выделения зерна соломотрясом из вороха соответствует опусканию клавиши и начальному моменту ее подъема (рис. 2).

При опускании клавиша опережает солому, так как она тормозится воздухом и задерживается соседними клавишами. В результате такого движения слой вороха распушивается и зерно проникает вниз. В период подъема клавиши ворох, отрываясь от нее, подбрасывается вверх (K= 2,2). В этот момент зерно под действием сил инерции, наоборот, перемещается к верхним зонам слоя.

Рис. 2. Распределение частоты выделения зерна по углу поворота вала соломотряса (K = 2,2): а - приведенная подача q = 3,1 кг/с; б - q = 4,4 кг/с.



Рис. 3. Изменение коэффициента сепарации зерна соломотрясом s_з в разных зонах клавиши в зависимости от показателя К: 1, 2, 3, 4, 5 и 6 - зоны, отсчитанные от начала соломотряса длиной 2,5 м.

Изменение коэффициента сепарации зерна из слоя постоянной толщины в зависимости от показателя K.

В соответствии с изложенным коэффициент зональной сепарации зерна s_з (s_з - массовая доля зерна, выделенного в зоне от всего зерна, поступившего в нее) будет увеличиваться при уменьшении К до некоторого предела. Так, исследованиями установлено, что при одинаковой толщине слоя на соломотрясе наибольшее значение коэффициента s_з соответствует К = 0,93 (рис. 3) для всех шести зон, выделенных по длине клавиши. При К = 0,36 слой не отрывается от поверхности клавиши и не растаскивается на соломотрясе, поэтому получено наименьшее значение s_з по всей длине соломотряса.

Когда К = 1,8, коэффициент s_з ниже, чем его значение при К = 0,93. Указанная закономерность объясняется тем, что уменьшение К от 1,8 до 0,93 увеличивает продолжительность выделения зерна при опускании слоя, а также зерно не возвращается в верхние зоны слоя при движении клавиши вверх, как это происходит при К ? 1,8.

Таким образом, при одинаковой толщине слоя, оптимальное значение К ? 1. Однако при таких значениях показателя клавишные двухвальные соломотрясы не работоспособны из-за малой скорости движения вороха вдоль клавиши.

Скорость движения вороха вдоль клавиш двухвального соломотряса. Средняя скорость движения вороха и_с практически одинакова по всей длине клавиши. График функции и_с(К) близок к линейному (рис. 4). При К = 2,2 скорость и_с ? 0,34 м/с. Увеличение скорости и_с с одной стороны уменьшает толщину слоя соломы при одинаковой загрузке соломотряса, а с другой - сокращает время пребывания ее на соломотрясе. Снижение скорости приводит как к увеличению толщины слоя соломы, так и к увеличению продолжительности ее обработки на соломотрясе.

Рис. 4. Зависимость скорости движения вороха и_с вдоль клавиши от показателя кинематического режима К.

При К = 1 на клавишном двухвальном соломотрясе толщина слоя возрастает до такого значения, при котором сепарирующая способность становится низкой.

Для реализации показателя К ? l, при котором достигается наибольшее выделение зерна из соломы, необходимо обеспечить разделение процессов встряхивания и транспортирования вороха.

Оптимальный показатель кинематического режима двухвального соломотряса.

Типичный график изменения потерь (коэффициент схода зерна с соломой з_с) за четырехклавишным двухвальным соломотрясом приведен на рисунке 5.

Рис. 5. Изменение коэффициента схода свободного зерна з_с с клавишного двухвального соломотряса в зависимости от показателя кинематического режима К.

Из графика следует, что отклонение показателя кинематического режима от оптимального значения (К = 2,2...2,6) увеличивает потери свободным зерном.

В условиях эксплуатации комбайна необходимо соблюдать постоянным заданный кинематический режим работы соломотряса. Для создания указанного условия необходимо, чтобы срезанная масса наиболее равномерно и непрерывным потоком подавалась в молотилку.

Однако в действительности загрузка комбайна неравномерна. Такой характер нагрузки обуславливается, прежде всего, неравномерностью урожайности, непостоянной рабочей шириной захвата комбайна, неточной регулировкой рабочих органов, транспортирующих хлебную массу.

Колебание загрузки вызывает отклонение частоты вращения вала соломотряса от заданной. Значение отклонения зависит от подачи и от запаса мощности двигателя комбайна. ,

Поэтомув процессе эксплуатации комбайнов нельзя допускать перегрузку двигателя, а также работу на заниженном скоростном режиме.

Сепарация зерна клавишным двухвальным соломотрясом и коэффициент интенсивности сепарации.

Процесс воздействия соломотряса на ворох сводится к периодическому встряхиванию массы и перемещению ее к выходу из молотилки. При встряхивании зерно выделяется сначала из соломы, представляющей собой пространственную решетку толщиной h, а затем через решетку соломотряса.

Сепарирующую способность единицы длины соломотряса характеризуют коэффициентом интенсивности сепарации м_с представляющим собой массовую долю зерна, выделенного на 1 см длины клавиш.

Установлено, что коэффициент м_с изменяется по длине соломотряса (рис. 6): вначале функция м_с(l_с) возрастает, затем, достигнув максимума, убывает. С увеличением подачи максимум м_cсмещается от начала соломотряса к его концу.

Рис. 6. Графики функции м_с(l_с): мс- коэффициент интенсивности сепарации; l_c - текущее значение длины соломотряса; 1 - q = 3,2 кг/с; 2 - q = 4 кг/с; 3 - q = 5,6 кг/с.

Указанная закономерность изменения м_с(l_с) объясняется вероятностным характером процесса сепарации, при котором зерно, распределенное по слою, перемещается с некоторой скоростью и_н (и_н - скорость проникновения зерна) вниз слоя. Скорость и_н неодинакова для различных зерен и подчиняется закону нормального распределения. Максимум функции м_с(l_с) соответствует такому моменту, когда нижней границы достигают зерна, скорость проникновения которых соответствует математическому ожиданию. Исследования показывают, что при расчетах сепарирующей способности приближенно можно принимать средние значения коэффициента интенсивности сепарации м_с(l_с), т. е. функцию считать постоянной.

В зависимости от толщины слоя соломы коэффициент интенсивности сепарации изменяется по закону равносторонней гиперболы:

. (2)

где м_c- коэффициент интенсивности сепарации при толщине слоя h; м_ci- то же, при толщине слоя h_i; m - 0,8...1,2; большие значения относятся к тяжелым условиям, меньшие к легким. Так как толщина слоя пропорциональна приведенной подаче q, то при работе в одинаковых условиях имеем

м_c/м_ci=(q_i/q)^m. (3)

Для двухвального клавишного соломотряса (К = 2,2) на уборке пшеницы влажностью 12...18% при подаче q = 5 кг/с (ширина молотилки 1,2 м) коэффициент м_с ? 9·10^-3 1/см.

Исходя из этого для средних условий (т = 1) при q_i? 5 кг/с, имеем

(4)

Коэффициент м_cтем меньше, чем больше перебивается солома в молотильном устройстве. Для молотилки с двумя барабанами м_c (8,2…8,5) 10^-3 1/см.

Потери зерна за соломотрясом. Если принять, что коэффициент м_c есть постоянная величина по всей длине соломотряса, то коэффициент схода з_с зерна с соломой на элементе длины соломотряса dx(рис. 7) может быть выражен следующим уравнением:

(5)

Рис. 7. Убывание У зерна на длине X соломотряса.

Решая уравнение при x = l_c, получаем

з_c=. (6)

где з_б - коэффициент схода зерна с ворохом из молотильного устройства на соломотряс.

Коэффициент схода з_б зависит от подачи q. При уборке пшеницы влажностью щ = 12...18% имеем:

для комбайна с одним молотильным устройством

з_б=(24...30)10^-3q, (7)



для комбайна с двумя молотильными устройствами.

з_б=(8...12)10^-3q. (8)

По выражениям (6)...(8) определяют потери свободным зерном в соломе при уборке пшеницы. В конкретных условиях работы проводят оценку потерь и корректируют регулировки молотильного устройства и загрузку молотилки.



2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Вопросы входного контроля

Чем отличаются соломотрясы комбайнов «Нива», «Дон - 1500» и «АСROS»?

Как устроены соломотрясы?

Какой минимальный зазор допускается между клавишами соломотряса и что необходимо сделать при его уменьшении?

На каком принципе основан процесс работы клавишного соломотряса?

Исходные данные

Условия работы соломотряса представлены в табл. 1.

Таблица 1

Вариант	Допустимые потери свободным зерном в соломе По, %	Угол наклона клавиши к горизонту С, град.	Радиус кривошипа rС, м	Частота вращения соломотряса nС , мин-1
1	1,20	4	0,040	180
2	1,00	5	0,045	185
3	0,80	6	0,050	190
4	0,85	7	0,055	195
5	0,90	8	0,060	200
6	0,95	9	0,065	205
7	0,80	10	0,040	210
8	0,85	4	0,045	180
9	1,15	5	0,050	185
10	1,25	6	0,055	190
11	0,80	7	0,060	195
12	0,85	8	0,065	200
13	0,90	9	0,040	210
14	0,95	10	0,045	180
15	1,00	4	0,050	185
16	1,30	5	0,055	190
17	1,35	6	0,060	195
18	0,80	7	0,065	200
19	0,85	8	0,040	205
20	0,90	9	0,045	210
21	0,95	10	0,050	180
22	0,80	4	0,055	185
23	0,85	5	0,060	190
24	1,40	6	0,065	195
25	0,75	7	0,040	200
26	0,80	8	0,045	205
27	0,85	9	0,050	210
28	0,90	10	0,055	180
29	0,95	4	0,060	185
30	1,00	5	0,065	190

Теоретическая часть

Определить основные параметры соломотряса: ширину и длину.

Практическая часть

Уточнить особенности устройства и процесса работы соломотряса комбайна «Дон - 1500»

Уточнить особенности устройства и процесса работы соломотряса комбайна «АСROS»

Оборудование и инструмент

Плакаты, зерноуборочный комбайн, вычислительная машинка, чертежный инструмент, рабочая тетрадь.

Порядок выполнения работы

а) определить ширину соломотряса

В_С= (1...1,1) L_Б, м; (9)

б) определить показатель кинематического режима

k_С= r_СС² / g , (10)



где _С - угловая скорость вала соломотряса, с^-1, _С = n_С /30;

в) определить по графику (рис. 8) среднюю скорость передвижения вороха по клавише V'_СР, которая рассчитана для r_С' = 0,05 м;

Рис. 8. К определению средней скорости передвижения вороха на клавише при разных показателях кинематического режима

г) определить действительную среднюю скорость передвижения вороха по клавишам соломотряса

V_СР = V'_СРr_C/0,05, м/с; (11)

д) определить толщину слоя вороха на поверхности соломотряса

, м, (12)

где г_С - объемная масса соломы на соломотрясе, г_С = 10...20 кг/м³;

е) определить по графику (рис. 9) количество зерна в₁, просеявшегося через подбарабанье (в процентах от всего зерна, поступившего в молотилку).

Влажностью хлебной массы задаются произвольно;

ж) определить коэффициент сепарации



= ₀(Н₀/Н_С)^m , м^-1, (13)

где ₀ = 1,8 м^-1; Н₀ = 0,15; m = 0,8...1,2, причем, чем выше влажность и больше подача, тем величина m больше;

з) построить график убывания зерна по длине соломотряса (рис. 10) в осях XY вследующем порядке (зная величины Y = П₀, Y₀ и , значение L_С можно рассчитать на вычислительной машинке через натуральный логарифм, не строя график):

- на оси Y отметить точку А, соответствующую количеству зерна Y₀ в процентах, поступившему на начало соломотряса

Y₀ =100 - в₁ , %, (14)

- на этой же оси отметить точку Б, соответствующую допустимым потерям зерна в соломе По;

- рассчитать количество зерна, содержащееся (оставшееся) в ворохе на сепарирующей поверхности на расстоянии х от начала соломотряса, по формуле

Y = Y₀e^-x, %, (15)

х задают с интервалом 0,5 м до тех пор, пока значение Y не станет меньше допустимых потерь По;

- построить график функции Y;

и) определить длину соломотряса L_С:

- провести линию допустимых потерь зерна По параллельно оси Х;

- отметить точку С пересечения графика Yc допустимыми потерями По; по точке С на оси Х отметить точку Д. Расстояние от начала координат до точки Д представляет искомую длину соломотряса L_С;



Рис. 10. К определению длины соломотряса

к) сделать оценку соломотряса с полученными параметрами (с точки зрения технологического процесса сепарации вороха и размеров соломотряса). Вычертить схему соломотряса.



ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ВЫХОДНОГО КОНТРОЛЯ

Каков физический смысл коэффициента сепарации ?

Нарисовать график изменения потерь свободного зерна в соломе в зависимости от показателя кинематического режима работы клавишного соломотряса.

Почему частота вращения коленчатых валов соломотряса выбираются равной 195...200 мин^-1?

На что влияет залипание решетки клавиш соломотряса?

Объяснить влияние установки фартуков над соломотрясом на показатели его работы.



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

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

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

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

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

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

Методическое обеспечение

1. Машины для уборки и послеуборочной обработки зерновых культур

учебное пособие/Новосиб. гос. аграр. Ун-т. Инженер. Ин-т; сост.: В.А. Головатюк, С.Г. Щукин, и др. -Новосибирск, 2017. - с .

2. Конструкция современной сельскохозяйственной техники (технологии, конструкция, подготовка, регулировка и настройка): метод. указания по изучению дисциплины и выполнению реферата / Новосиб. гос. аграр. Ун-т. Инженер. Ин- т; сост.:С.Г.Щукин, В.А.Головатюк, В.Г. Луцик. - Новосибирск,2015. - 67 с.

Размещено на Allbest.ru