Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 13
1.1 Технологии уборки льна-долгунца и их особенности 13
1.2 Мониторинг схем очесывающе-транспортирующих аппаратов 18
1.3 Обзор теоретических и экспериментальных исследований процесса очеса семенных коробочек и транспортирования продуктов очеса 26
1.4 Обзор исследований физико-механических и технологических свойств стеблей льна 32
1.5 Научная гипотеза 35
1.6 Выводы и задачи исследования 35
2 Аналитическое обоснование параметров очесывающе-транспортирующего устройства для отделения семенных коробочек со стеблей льна 38
2.1 Обоснование рациональной схемы очесывающе– транспортирующего устройства 38
2.2 Результаты изысканий конструктивно-технологической схемы гребневого очесывающе-транспортирующего устройства 41
2.3 Теоретический анализ отгиба стеблей зубьями очесывающего барабана 44
2.4 Фазы очеса стеблей гребнями барабана и определение угла отгиба стеблей при очесе 59
2.5 Взаимодействие щитков барабана с продуктами очеса 74
2.6 Анализ процесса очеса стеблей очесывающе-транспортирующим барабаном с подпружиненными гребнями 86
2.7 Расчет мощности, потребной на привод очесывающе-транспортирующего барабана 97
3 Программа и методика экспериментальных исследований 104
3.1 Программа экспериментальных исследований 104
3.2 Приборы и оборудование 105
3.3 Методика лабораторных исследований 111
3.4 Методика полевых исследований 113
3.5 Методика обработки результатов исследований 121
4 Результаты экспериментальных исследований 122
4.1 Физико-механические и технологические свойства льна-долгунца 122
4.2 Определение зависимости толщины стенки стебля льна-долгунца от его диаметра 124
4.3 Влияние частоты вращения очесывающе-транспортирующего барабана на величину и распределение поля скоростей воздушного потока в выходном окне камеры очеса 126
4.4 Влияние длины стеблей, скорости агрегата и установки зажимного транспортера на показатели качества очеса 128
4.5 Влияние установки транспортера вороха на потери семян 1 4.6 Влияние последовательного очеса стеблей льна на показатели качества работы льнокомбайна 139
4.7 Влияние жесткости гребней очесывающе-транспортирующего барабана льнокомбайна на выход и качество волокна 143
4.8 Технологическая оценка льносоломы и льнотресты в опытах с льноуборочными комбайнами 145
4.9 Влияние производительности, влажности льна и способа очеса на мощность, потребляемую гребневым очесывающе-транспортирующим аппаратом. 148
5 Эффективность применения разработанного очесывающе-транспортирующего устройства на льнокомбайнах 152
5.1 Результаты испытаний льнокомбайнов с последовательным очесом семенных коробочек со стеблей льна 152
5.2 Экономическая эффективность применения разработанного очесывающе-транспортирующего устройства на льнокомбайне 158
Заключение 164
Список использованных источников 167
Приложения
- Обзор теоретических и экспериментальных исследований процесса очеса семенных коробочек и транспортирования продуктов очеса
- Результаты изысканий конструктивно-технологической схемы гребневого очесывающе-транспортирующего устройства
- Приборы и оборудование
- Влияние длины стеблей, скорости агрегата и установки зажимного транспортера на показатели качества очеса
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящие время стратегическое значение льна для России, из-за отсутствия хлопка, крайне важно. В связи с этим увеличение выпуска в стране льнопродукции является важной национальной проблемой. Наиболее важным документом для решения этой проблемы является Поручение президента РФ Пр.-79 от 20.01.2016 г. председателю правительства РФ, направленное на решение задач по обеспечению легкой промышленности сырьем, и принятию мер по ежегодному наращиванию объемов производства отечественного льна и льноволокна для обеспечения в среднесрочной перспективе стратегических потребностей государства [28, 89, 132].
Поэтому повышение урожайности льна и качества льнопродукции являются приоритетным направлением для обеспечения стратегических потребностей страны.
Модернизация выпускающихся и разработка новых технических средств является существенным резервом в решении этой проблемы.
В связи с этим, совершенствование процесса очеса стеблей и гребневого очесывающе-транспортирующего устройства для льнокомбайна, с целью повышения его эффективности, является важной задачей, имеющей практическое значение для льноводства.
Работа выполнена в соответствии с Программой фундаментальных и прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ Россельхо-закадемии на 2006-2010 годы (проблеме 9) и на 2011-2015 годы (проблеме 9), Целевой программой ведомства (МСХ РФ) «Развитие льняного комплекса России на 2008-2010 годы» и государственным заданием ФГБНУ ВНИИМЛ на 2015-2017 годы по теме № 0653-2014-0004.24.03.
Степень разработанности темы. Все значительные теоретические и экс
периментальные исследования по обоснованию параметров и режимов работы
гребневых очесывающих аппаратов льноуборочных машин базируются на ос
новополагающих работах академиков ВАСХНИЛ В.П. Горячкина,
М.Н. Летошнева, чл.-кор. ВАСХНИЛ А.С. Маята, д.т.н. М.И. Шлыкова, их уче
ников и последователей.
Большой вклад в разработку и исследование процессов очеса стеблей и транспортирования продуктов очеса внесли также такие ученые, как: П.Ф. Прибытков, П.К. Шрамко, Л.Г. Ляднов, М.С. Латышев, П.А. Сторц, Г.А. Хайлис, М.Н. Шрейдер, Л.Ю. Гурвич, Н.Н. Быков, С.Г. Порфирьев, Б.П. Можаров, В.Г. Черников, Н.И. Кленин, И.В. Горбачев, В.Ф. Федоренко, Э.В. Жалнин, А.Г. Левшин, А.Н. Скороходов, В.Ю. Савин, Л.В. Родионов, Н.А. Смирнов, М.М. Ковалев, Р.А. Ростовцев, А.Н. Зинцов, А.В. Галкин, П.П. Казакевич, Ю.Н. Бельдейко, О.О. Налобина, В.А. Шейченко, Л.О. Талах, K. Bernhard, J. Kremenak и многие другие ученые.
Ими проведены глубокие научные исследования по этому вопросу: разработке способов очеса стеблей, транспортирования семенных коробочек, различных технологических схем устройств для их осуществления.
В достаточной степени разработана теория очеса стеблей применительно к способу полного очеса в льнокомбайнах.
Вместе с тем, требуется более полное проведение анализа очеса стеблей гребневым барабаном, а также процесса транспортирования семенных коробочек щитками.
Кроме того, не исследован процесс отделения семенных коробочек при последовательном их очесе в конструктивно-технологической схеме льнокомбайна с продольно-поперечным технологическим потоком растений при сохранении механизированного транспортирования в емкость. Не определено влияние установки транспортера вороха относительно камеры очеса на потери семян.
Научная гипотеза. Использование универсального рабочего органа гребневого типа для последовательного очеса и устранения пассивной зоны при транспортировании продуктов очеса позволит повысить показатели качества работы и полноту сбора урожая.
Рабочая гипотеза. Повысить показатели качества работы и полноту сбора урожая при очесе и транспортировании семенных коробочек со стеблей льна возможно путем выбора рациональных параметров и режимов работы универсального рабочего органа гребневого типа, и установки транспортера вороха над очесывающе-транспортирующим барабаном.
Цель исследования. Совершенствование процесса очеса стеблей и конструкции очесывающе-транспортирующего устройства с последовательным очесом семенных коробочек, обоснование его параметров и режимов работы, и уточнение установки транспортера вороха относительно камеры очеса в льноуборочном комбайне.
Задачи исследования:
-изучить физико-механические и технологические свойства льна-долгунца;
-обосновать и усовершенствовать конструктивно-технологическую схему гребневого очесывающе-транспортирующего устройства льноуборочного комбайна;
-разработать математические модели, описывающие технологический процесс последовательного очеса семенных коробочек, разработанным очесы-вающе-транспортирующим устройством;
-получить аналитические зависимости для определения мощности, потребной на привод очесывающе-транспортирующего барабана в усовершенствованном устройстве;
-обосновать рациональные параметры и режимы работы разработанного очесывающе-транспортирующего устройства;
-провести полевые испытания разработанного устройства на льнокомбайнах и определить агроэкономическую эффективность;
-определить экономическую эффективность применения очесывающе-транспортирующего устройства на льнокомбайнах.
Объект исследования. Растения льна-долгунца (свежевытеребленные и в воздушно-сухом состоянии), льнотреста, льносолома, льноволокно, льноворох, технологический процесс последовательного очеса семенных коробочек со стеблей и транспортирования продуктов очеса, лабораторно-полевые установ-4
ки, экспериментальные и опытные образцы очесывающе-транспортирующих устройства на льнокомбайнах.
Предмет исследования. Закономерности изменения показателей качест
ва работы льнокомбайна с модернизированным очесывающе-
транспортирующим аппаратом и измененной установкой транспортера вороха.
Методология и методы исследования. Теоретические исследования основываются на методах теоретической механики и математического анализа, а также применении компьютерных программ, для обработки результатов исследований.
Эксперименты проведены в соответствии с ОСТ 108.9-2002 «Машины для уборки льна. Программа и методы испытаний»; СТО АИСТ 8.9-2004 «Машины для уборки льна. Методы оценки функциональных показателей»; СТО АИСТ 1.13-2011 «Машины для уборки льна»; ГОСТ 28285-89 «Солома льняная. Требования при заготовках» и ГОСТ 24383-89 «Треста льняная. Требования при заготовках».
Кроме стандартных составлялись частные методики, разрабатывались необходимые приборы и приспособления. Исследования проводились с применением математических методов планирования эксперимента, математической статистики и тензометрирования.
Опыты проведены в лабораториях ФГБНУ ВНИИМЛ, ФГБНУ ВНИИЛ и ФГУ «Калининская МИС», а лабораторно-полевые опыты на опытных полях ФГБНУ ВНИИЛ и ФГБНУ ВНИИМЗ, ОПХ Калининской МИС и льносеющих хозяйствах Тверской области.
Научную новизну работы составляют:
-закономерности изменения при уборке: силы отрыва цветоножек от стебля, числа семенных коробочек на стебле, диаметра стебля и зоны расположения семенных коробочек от длины стебля; толщины стенки стебля от его диаметра;
-технологический процесс последовательного очеса семенных коробочек со стеблей в льноуборочных машинах с продольно-поперечным технологическим потоком льна и механизированным транспортированием вороха;
-математические модели процессов: последовательного очеса стеблей барабаном с подпружиненными гребнями с лопастями; аналитические зависимости для расчета мощности для привода барабана с учетом ударного воздействия на стебли;
-усовершенствованная конструктивно-технологическая схема гребневого очесывающе-транспортирующего устройства для осуществления последовательного очеса стеблей и транспортирования продуктов очеса.
Новизна технических решений подтверждена патентами Российской Федерации (патент на изобретение № 2321204, патент на полезную модель № 85791).
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическая значимость работы состоит в новых математических моделях, описывающих технологические процессы: последовательного очеса стеблей льна и транспортирования продуктов очеса барабаном с подпружинен-
ными гребнями; усовершенствовании графоаналитического метода определения силовых и геометрических параметров ленты льна при очесе стеблей; получении аналитических зависимостей для определения параметров и режимов работы гребневого очесывающе-транспортирующего аппарата; расчета мощности для привода очесывающе-транспортирующего барабана с учетом ударного воздействия гребней на стебли.
Практическая значимость работы заключается в реализации усовершен
ствованной конструктивно-технологической схемы очесывающе-
транспортирующего устройства для последовательного очеса стеблей и меха
низированного транспортирования продуктов очеса в льноуборочных машинах
с продольно-поперечным технологическим потоком стеблей, обеспечивающей
более высокие показатели качества работы в сравнении с серийной конструк
цией такого устройства.
Реализация результатов теоретических и экспериментальных исследований используется при проектировании льноуборочных машин в ФГБНУ ВНИИМЛ и ОАО «Тверьсельмаш».
Реализация результатов исследований. Разработан, изготовлен в ФГБНУ ВНИИМЛ и проверен в полевых условиях макетный образец льнокомбайна с очесывающе-транспортирующим аппаратом, осуществляющим последовательный очес стеблей, и измененной установкой транспортера вороха.
По результатам научных исследований и проверки в полевых условиях макетного образца льнокомбайна при непосредственном участии диссертанта разработана техническая документация на усовершенствованный очесывающе-транспортирующий аппарат и измененную установку транспортера вороха. В течение 2008-2015 годов в ОАО «Тверьсельмаш» изготовлена опытная партия гребневых очесывающе-транспортирующих аппаратов для последовательного очеса семенных коробочек со стеблей с измененной установкой транспортера вороха в количестве 4 штук, установленных на льнокомбайны ЛК-4АМ, «Русь», «Русич» и ГЛК-1,5. Льнокомбайны с новыми рабочими органами испытаны Калининской МИС в хозяйствах Тверской области (приложение 16).
Результаты испытаний показали, что опытные льнокомбайны с новыми рабочими органами выполняют технологический процесс на уровне требований ТЗ, обеспечивают уменьшение повреждений стеблей, влияющих на выход длинного волокна и отход в путанину, а также снижение невозвратимых потерь семян.
Степень достоверности и апробации результатов. Степень достоверности результатов исследования достигается применением современных методов теории, приборов и оборудования для проведения экспериментов и точного измерения параметров, обработкой опытных данных с использованием методов математической статистики, данными, полученными при полевых испытаниях опытных льнокомбайнов. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Ученых советах ФГБНУ ВНИИМЛ в 2009-2016 гг.; на научных и научно-практических конференциях в ФГБОУ ВО ТГСХА в 2008-2016 гг.; на международных научно-практических конференциях: «Повышение конкурентоспособности льняного комплекса России в современных условиях» (2009г.),
г. Вологда; «Внедрение инновационных разработок в целях повышения экономической эффективности в льняном комплексе России» (2011-2012 гг.), г. Вологда; «Инновационное развитие АПК России на базе интеллектуальных машинных технологий», (2014 г), г. Москва; «Инновационные разработки для производства льна» (2015 г), г. Тверь; «Инновационные разработки для производства и переработки лубяных культур» (2016 г.), г. Тверь.
Работы «Разработка очесывающе-транспортирующего адаптера к льноуборочным комбайнам типа «Русич-М» (2007г.) и «Разработка инновационных процессов и машин для уборки льна-долгунца» (2010г.), исполнителем которых был соискатель, признаны лучшими научными разработками года и награждены дипломами Президиума Россельхозакадемии.
По итогам Всероссийских конкурсов «Инженер года» в номинации «Автоматизация и механизация сельского хозяйства» соискатель отмечен Сертификатом №16-145 (2015г.) и Дипломом лауреата (2016г.).
Научные положения, выносимые на защиту:
-полученные закономерности изменения физико-механических и технологических характеристик растений льна-долгунца при уборке;
-конструктивно-технологическая схема очесывающе-транспортирующего устройства с последовательным очесом семенных коробочек со стеблей и механизированным транспортированием вороха в льнокомбайне с продольно-поперечным технологическим потоком растений льна;
-математические модели, описывающие процессы последовательного очеса семенных коробочек со стеблей и транспортирования продуктов очеса барабаном с подпружиненными гребнями;
-графоаналитический метод определения силовых и геометрических параметров ленты льна с учетом особенностей процесса последовательного очеса семенных коробочек;
-рациональные параметры и режимы работы разработанного очесываю-ще-транспортирующего устройства, позволяющие повысить показатели качества выполнения технологического процесса;
-аналитические зависимости для расчета мощности на привод очесываю-ще-транспортирующего барабана, с учетом ударного воздействия гребней на слой очесываемых стеблей;
-результаты экспериментальных исследований и испытаний разработанного очесывающе-транспортирующего устройства, подтверждающих научную и рабочую гипотезы;
-экономическая эффективность применения очесывающе-
транспортирующего устройства на льнокомбайнах.
Публикации. Всего опубликовано 33 работы, из них 12 статей, включенных в перечень ВАК РФ, и 2 патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и рекомендаций производству, списка использованной литературы из 146 наименования и 22 приложений; изложена на 236 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 21 таблицу.
Обзор теоретических и экспериментальных исследований процесса очеса семенных коробочек и транспортирования продуктов очеса
Вибрационный очесывающий аппарат (рис. 1.3, м) [90] содержит ленточно-дисковый зажимной транспортер 6, 7 и бильный аппарат для отделения семенных коробочек от стеблей льна, состоящий из полиуретанового рабочего органа 1 с кривошипным приводом 2 , свободно вращающегося на эксцентрике 3 и решетчатой деки 4, выполненной в сложной трапецеидальной форме с изогнутой вершинной частью. Обмолот происходит за счет удара эластичного била по верхушечной части стеблей. Рабочая поверхность бича имеет зубчатую форму, что обеспечивает внедрение зубьев на всю толщину слоя и вычесывание коробочек льна с его нижней части.
Конструкция вибрационного очесывающего аппарата (рис. 1.3, н) [89] содержит установленное на валу опорное колесо 1 и расположенный внутри опорного колеса 1 барабан 3 с гребнями. Цилиндрическая поверхность опорного колеса 1 охвачена зажимным транспортером 2, барабан 3 с гребнями соединен с опорным колесом 1 посредством упругих элементов и связан с вибровозбудителем. Зубья гребней расположены по окружности барабана 3 и выступают над цилиндрической поверхностью опорного колеса 1.
Сведений об их работоспособности не обнаружено. Основными недостатками у них являются сложность конструкции, большие габариты, что предопределяет недостаточную техническую и технологическую надежность. Этим аппаратам также присущи недостатки, вызванные трудностями со сбором вороха и его транспортировкой к другим рабочим органам.
Схема аппарата, работающего по методу захлестывания (рис. 1.3, о) [103]. Такие аппараты применяются в основном для очеса риса.
Исполнительный элемент представляет барабан с закрепленными на нем в определенном порядке разновеликими зубьями-рамками 1, которые взаимодействуют с лентой стеблей, подаваемой к барабану транспортером 2.
Для очеса семенных коробочек льна-долгунца аппарат не применялся. Вместе с тем принцип очеса для отделения коробочек льна нецелесообразен, так как при его работе можно ожидать низкие показатели качества работы.
Устройство вальцово-битерного аппарата (рис. 1.3, п) [16, 31] включает подающий транспортёр 1, подпружиненные вальцы 2, а также установленные под углом к подающему транспортёру, битеры 3. Отделение семенных коробочек в этом аппарате производится в два этапа. Вначале вальцы плющат коробочки, а затем битерами они вытряхиваются из ленты. В сравнении с вальцовыми эти устройства более производительны, потери семян у них меньше. Но увеличение влажности растений льна приводит к ухудшению выполнения технологического процесса из-за намоток стеблей на битеры, и повышению потерь семян. У них также имеются сложности с выводом продуктов очеса к последующим рабочим органам уборочной машины.
В вальцово-гребневых аппаратах (рис. 1.3, р) [64] за плющильными вальцами 1, установленных под углом к транспортёру 2, размещается гребневой аппарат 3.
Потери семян у этого аппарата минимальные, так как у него зубья проникают в ленту льна, и обеспечивают полное выведение продуктов очеса из неё.
Однако у этих аппаратов большие габариты, материалоёмкость и сложность с транспортированием продуктов очеса.
Битерно-гребневые аппараты (рис. 1.3, с, т) [77] имеют транспортёр 1 и установленный в камере очеса 2 два очесывающих устройства: гребневое 3 и битерное 6, разделенные перегородкой 5, снабженной окном 4 для перемещения стеблей.
На рисунках 1.3, с, т [1, 4] показаны битерно-гребневые аппараты одинаковые по устройству, но разные по технологическому процессу очеса семенных коробочек. На рисунке 1.3, с очес семенных коробочек битерами начинается с верхушечной части ленты, а на рисунке 1.3, т наоборот, с нижней части.
Рассмотренные устройства (рис. 1.3, с, т) имеют общие недостатки, заключающиеся в соединении вальцовых аппаратов с битерными или гребневыми, так как их производительность и качество работы определяет влажность обрабатываемого материала. Аналогично с другими аппаратами у них имеются трудности со сбором и транспортированием продуктов очеса, большими габаритами и увеличенной массой.
Спирально-щелевой очесывающий аппарат (рис. 1.3, у) [88]. Содержит зажимной транспортер 1, камеру очеса с входным и выходными отверстиями, в которой установлен вдоль зажимного транспортера 1 очесывающий барабан 3, снабженный спиралью 4, закрепленной на его поверхности, с пластинами 5 между витками. Пластины 5 выполнены с прорезями, ширина которых от размера несколько меньше шага спирали до размера меньше диаметра семенной коробочки. Скорость перемещения стеблей зажимным транспортером 1 соответствует скорости передвижения верхушечной части стеблей спиралью 4 очесывающего барабана 3. Прутки 6 расположены в камере 2 параллельно зажимному транспортеру 1 на минимально возможном расстоянии от кромки спирали 4 очесывающего барабана 3 и служат для удержания стеблей между витками спирали 4. Под очесывающим барабаном 3 в камере 2 установлен транспортер 7 для удаления вороха из камеры 2, выполненный в виде шнека. Очесывающий аппарат находится в стадии разработки.
Таким образом, анализом установлено, что требованиям льноводства в наибольшей степени отвечает однобарабанный аппарат с поступательным круговым движением гребней с закрепленными на них щитками и лопастями. Дальнейшее направление исследований по этому аппарату должно быть направлено на повышение показателей качества работы, особенно при уборке полеглых посевов [13, 55, 130].
Результаты изысканий конструктивно-технологической схемы гребневого очесывающе-транспортирующего устройства
Начала А\ A2 и А?, зубьев движутся по окружности с центром 0\ а концы В\ В2 и В2 зубьев движутся по окружности с центром О2. Зубья вертикальны и поочередно пронизывают ленту стеблей отрывая от нее семенные коробочки; лента при этом под действием движущихся зубьев изгибается на угол у в плоскости, перпендикулярной оси барабана. В этом случае очесываемая часть ленты стеблей оказывается на уровне D2D\DA2 здесь D – точка в которой начинается очес стеблей зубьями. Кроме изгиба на угол у стебли изгибаются в плоскости нахождения очесываемой части стеблей. Рассмотрим это явление. При этом примем следующие допущения: а) стебли при их пронизывании зубьями благодаря своей упругости не прогибаются вниз, а оставаясь между зубьями, прижимаются к верхним частям гребней; б) при очесе зубом стебля остальные стебли не мешают захваченному зубом стеблю двигаться вслед за ним; в) у стебля при изгибе сохраняется прямолинейность обоих его частей.
Для анализа данного явления применим к аппарату метод обращения и дадим всей системе (аппарату) движение с линейной скоростью ремней зажимного транспортера, но направленной в обратную сторону, т.е. со скоростью –L T; как видим и - это скорость ремней и одновременно скорость ленты стеблей относительно оси барабана (или рамы аппарата). При таком сообщении системе скорости –UY ветви ремней зажимного транспортера остановятся вместе со стеблями (их скорость vТ-vТ=0), а зубья будут двигаться в плоскости их движения и одновременно будут перемещаться со скоростью –UY относительно остановившихся стеблей. Выберем систему координат xdxy с началом в точке dx в левом конце зажатой части любого стебля hxdxd0, ось dxx направим влево по стеблю, а ось у -перпендикулярно стеблю в сторону, откуда поступают стебли. Считаем, что стебли в камере очеса не мешают левой части стебля hxdxd0 следовать за зубьями, которые ее прочесывают. Рассмотрим движение той точки зуба, которая своим движением с угловой скоростью со и линейной скоростью –иТ влияет на часть dxd0 стебля. Сам этот зуб на горизонтальной проекции (вид сверху) находится левее части Mi стебля. Левая часть dxd0c0 при этом изгибается в ту сторону, куда ее ведет зуб, о котором говорится выше; считаем, что эта левая часть прямолинейна.
Соприкосновение зуба со стеблем произойдет на горизонтальной проекции в точке d0, являющейся горизонтальной проекцией точки D зуба. Так как в точке D находится конец зуба, начало которого обозначено А \, то точка D может быть обозначена еще В\, что и сделано на рисунке 23,а. Точка d0, о которой говорится
выше, отстоит от точки d{ на расстоянии а, где а - ширина пространства, где зубья на стебли не действуют (так называемая «мертвая зона»). Расстояние а на вертикальной проекции для данного стебля представляет собою расстояние DXD. Радиус 02D отклонен от горизонтальной оси, которая параллельна линии D{DA2 стебля на угол а0. Синус этого угла а0 равен (г -/3)/г, где г - радиус барабана, м, а
/3- длина зуба, м. Из точки D на вертикальной проекции и точки d0 на горизонтальной проекции начинается очес стебля. Этот очес на горизонтальной проекции начинается по всей линии d 0d0d"0, соответствующей положению точки D на вертикальной проекции. Через какой-то промежуток времени t в результате поворота барабана на угол а, равный cot, конец зуба перейдет из положения D в положение С, а очесанная часть стебля будет равна DC і, где Сі - точка пересечения линии DA2 стебля с линией зуба при условии, что его конец находится в точке С. Проекция точки С на горизонтальную плоскость будет с0; благодаря этому абсцисса х точки зуба, воздействующей на стебель D2D{DC{A2, будет равна d{d0+ d0c0. Ордината у этой точки зуба будет равна пути его движения по линии, перпендикулярной оси х, начиная от точки d0. Эта ордината зависит не только от времени t, но и от направления скорости UY.
На рисунке 2.3,в показан в увеличенном виде вектор скорости –и . С такой скоростью зуб, производящий очес стебля, движется относительно него в плоскости xd\y после применения метода обращения (это помимо движения зуба относительно стеблей в плоскости, перпендикулярной плоскости xdiy, т.е. в вертикальной плоскости проекций). Разложим скорость – на составляющие –ь ц вдоль оси у и –LT2 вдоль оси х (точнее, противоположно оси х). Из векторного построения видно, что Г-1Л., = -іЛр cos В; (2.1) -v 2 = -v sin/?. Умножая скорость –і 2 на время t, получим путь -uТtSINp, на который зуб вместе со стеблем h1d2d1dосо или D2D1DС1А2 отходит от оси y вправо. Ввиду этого абсцисса x точки зуба, воздействующей на стебель D2D1DС1А2, будет меньше суммы d1dо+ dосо на Тt sin . Таким образом, x равен: x = d1d0 + d0c0 -Тt sin . (2.2)
Умножая далее скорость –Т1 на время t, получим путь -Т1T COS , на который точка со зуба вместе с точкой со стебля h1d2d1dосо отходит от оси x вверх, ввиду чего ордината y этой точки зуба вместе с соприкасающейся точкой со стебля будет равна: y =Тt cos . (2.3)
Расстояние d1dо, равное а, представляет собой ширину «мертвой зоны» по оси x на горизонтальной проекции. Наибольшая ширина «мертвой зоны» будет в момент ввода стеблей в камеру очеса, это расстояние dod1. Точке d1 соответствует на вертикальной проекции положение точки D1 зажимного транспортера. Стебель в зоне его ввода зажимается на участке D1 D2 на вертикальной проекции; этому участку на горизонтальной проекции соответствует расстояние d1d2. Стебель при дальнейшем движении ремней перемещается влево (на горизонтальной проекции) вместе с движущимися ремнями. На схеме показан ряд положений таких стеблей.
Приборы и оборудование
После очеса семенных коробочек со стеблей зубьями гребней барабана, получаемый льноворох (далее продукт очеса - ПО) из камеры очеса перемещается на транспортер вороха. Для этого на гребнях барабана закрепляются лопасти, одна из которых расположена в плоскости гребня, а другая - перпендикулярно ему [5]. С целью повышения транспортирующей способности барабанов они снабжаются дополнительными лопастями [85]. Несмотря на ряд проведенных исследований, наиболее полно они рассмотрены в работах [16, 23, 53]. Вместе с тем в работе [16] транспортирование ПО недостаточно изучено, а в работе [23, 53] зависимости, полученные для определения угла, при котором ПО начинают скользить по поверхности лопасти, или отрываются от нее, не учитывают силу сопротивления воздуха, действующую на него, в связи с чем носят приближенный характер. Рассмотрим эти вопросы с учетом силы сопротивления воздуха, что позволит точнее определить параметры и режимы работы барабана и камеры очеса [36, 110].
На рисунках 2.12 и 2.13 представлены схемы подъема и транспортирования ПО лопастями 1 и щитками 2, закрепленными на валах гребней 3 барабана 4, вращающегося с постоянной угловой скоростью со. Рассмотрим процесс транспортирования ПО щитками к выходу из камеры очеса для случая, когда гребни барабана входят в слой льна под острым углом (рис. 2.12), являющегося основным рабочим режимом барабана и под тупым углом f (рис. 2.13).
Цель исследования - определить положение гребней 3, при которых начинается сдвиг (скольжение) ПО по поверхности щитка 2 и их отрыв от этой поверхности. Примем ПО, лежащими на щитке 2, в виде материальной точки М. В процессе вращения барабана на нее действуют: сила G тяжести, сила RВ воздействия воздушного потока, центробежная сила FЦБ, сила FТР трения и нормальная сила реакции лопасти. Вначале рассмотрим схему (рис. 2.12), когда гребни входят в слой льна под острым углом Определим угол АОА1 поворота барабана, равный а, при котором начинается перемещение ПО вдоль поверхности щитка (рис. 2.12,а).
Для того чтобы ПО начал двигаться по этому щитку, необходимо, чтобы сумма всех сил Fx, действующих в проекции на ось х, стала равной силе FТР трения, удерживающей ПО в покое, т.е. Fx - FЦБ cos(a + )- RВ sin(a + ) - FТР - Gsin = 0. (2.32) Согласно рисунку 2.12 сила FТР трения, удерживающая ПО щитке 2, состоит из следующих слагаемых: FТР = /[Gcos + i?В cos(or + ) + FЦБ sin( 2 + )], (2.33) где/- коэффициент трения покоя ПО по поверхности щитка 2. Подставив в (2.32) выражение (2.33) силы FТР трения, имеем: Fyg cos(a + )-RB sm(a + %) - G sin - f[G cos + RB cos(a + %) + F sin(a + )] = 0 или FЦБ cos(a + )-RВ sin(a + ) - G sin - /G cos - yRВ cos(« + ) - yFЦБ sin(a + #) = 0. (2.34) Разделив (2.34) на cos(a + ), получим: / л- n \ / 7 л, /G cos + G sin „ \flЦБ RВpS\a + ь)+ ( ЦБ / В) = - (2.35) cos(a + f) а – начало скольжения (сдвига); б – начало отрыва; 1 – лопасть в плоскости гребня; 2 – щиток; 3–гребень; 4 – барабан
Схема подъема и транспортирования ПО щитками барабана в положениях, когда зубья входят в слой льна под острым углом по отношению к горизонтальной плоскости а – начало скольжения (сдвига); б – начало отрыва 1 – лопасть в плоскости гребня; 2 – щиток; 3–гребень; 4 –Схема подъема и транспортирования ПО щитками барабана в положениях, когда зубья входят в слой льна под тупым углом по отношению к горизонтальной плоскости Для удобства математических преобразований введем обозначения: ( /РЦБ - RВ) = A; (f G cos + G sin# = В; (FЦБ - f RВ) = С. Тогда выражение (2.35) запишется в следующем виде: Atgia + f) + С = 0. cos(or + f) Так как cos( +) 1 ±Jl + tg\a + g) то Atg(a + ) + C = B1 + tg2(a + ). (2.36) Возведя в квадрат левую и правую части равенства (2.36), получим: A2tg\a + ) + 2Atg{a + )С + С2 = 52 + 5 V (а + #). Объединив в этом равенстве подобные члены, получим квадратное уравнение: (А2 - B2)tg2(а + f) + 2ACtg(a + f) + (С2 + 52) = 0 , решая которое, найдем его корни: -2AC ±J4A2C2 -4(A2 - B2)(C2 - B2) 7) tgj 2 (Of + g) = J 2 . (2.3 -2 С±Л/4 2С2-4( 2-52)(С2-52) „ 8) Откуда a-arctg - с. (2.3 2(А2 -В2 ) Подставив в (2.38) вместо А, В и С их значения, получим: - (2.39) -2(-/77цБ -RB)( цБ - fRB)±уІ4(-/Рщ -RB)2(Рур - fRB) ЦБ BLp B — \ ЦБ B ) ЦБ a — arctg — 2[(- цБ- в) -(/Gcos + Gsin ) ] -4[(-fFw-RB)2-(fGcos + Gsm)2][(Fw-jRB)2-(fGcos + Gsm)2] Для определения угла а в зависимости от различных параметров подставим вместо центробежной силы FUB силы G тяжести ПО и сопротивления воздуха RB их выражения: ЦБ = тсо\ G = mg, RB=% Cxpsv, где т - масса ПО, кг; г - радиус ОМ от центра О барабана 4 до точки М ПО на лопасти 2, м; Сx - коэффициент сопротивления воздуха; р - плотность воздуха, кг/м3; s - площадь сечения Миделя ПО, м2; v - окружная скорость ПО, м/с.
Для определения зависимости угла а поворота барабана, при котором начинается перемещение (скольжение) продуктов очеса по щитку, проведены расчеты по формуле (2.39) при следующих исходных данных: т = 510"5 кг; со = 29,9 с"1; г = 0,31 м; g =9,81 м/с2; Сх = 0,5;/? = 1,2 кг/м3; s = 3,410"5 м2; v = 2-10 м/с; = 0-20;/= 0,3-0,7. Результаты расчетов показаны на рисунке 2.14.
Анализ рисунка 2.14 показал, что с ростом окружной скорости v продуктов очеса угол а начала его скольжения по щитку увеличивается от горизонтали АО вниз. С увеличением угла и коэффициента трения/угол а уменьшается. При v = 9,3 м/с,/= 0,6, = 10 угол а равен 47,9. Таким образом, захват и подъем продуктов очеса происходит тогда, когда щиток находится в той нижней части камеры, где процесс очеса заканчивается.
Для определения угла а поворота барабана, при котором происходит отрыв продуктов очеса от поверхности щитка, составим уравнение равновесия сил в проекции на ось у, перпендикулярную плоскости этой лопасти рисунок (2.12,6). от окружной скорости v частиц (при/= 0,6;= 10); от коэффициента трения/ПО по поверхности щитка (при v = 9,3 м/с;/ = 0,6); от угла є отклонения щитка от горизонтальной плоскости (при v = 9,3 м/с; = 10) Рисунок 2.14 - Зависимость угла а скольжения ПО по щитку F = - G cos Е, - RВ cos(a - ) + FЦБ sin(a - ) = 0. Заменив cosfa - ф через sinfa - ф, имеем: -GCOS-RB- 1-SIN2(a-%)+FUBSIN(a-) = 0. (2.40) Перенесем в правую сторону уравнения (2.40) подкоренное выражение, возведем в квадрат и получим: (FЦ2 Б sin( -) -Gcos)2 = RВ2[1-sin2 ( -)] . (2.41) Преобразовав (2.41), получим: FЦ2 Б sin2 ( -) -2FЦБ sin( -)Gcos +G2 cos2 = RB2 - RB2 sin2 ( -) . Объединив в этом уравнении sin (а - ф, получим квадратное уравнение: (FЦ2 Б+R2)sm2(a- )-2FЦБGcos sm(a- ) + G2cos2 -RB2 = 0, решая которое, получим: 2F4BG cos ± MF G2 cos2 - 4(F + Д2 )(G2 cos2 - Д2) sin(ar - ) = . 2( цБ +i?B) Откуда 2FTTRGcos ± ,/4F2 G2 cos2 -4(K2 +2)(G2 cos2 -Л2) a = arcsin - vq. (2.42) 2( ЦБ + B ) Для определения зависимости угла а поворота барабана 4, при котором происходит отрыв ПО от щитка 2, проведены расчеты по формуле (2.42) (исходные данные приведены выше). Результаты расчетов показаны на рисунке 2.15. Из рисунка 2.15 видно, что с ростом окружной скорости v ПО угол а его отрыва от лопасти уменьшается, а с увеличением угла отклонения лопасти от горизонтали угол а возрастает. С целью улучшения качества очеса короткостебельного льна гребенки барабана устанавливают так, чтобы угол между лентой стеблей и входящими в нее зубьями был тупой (рис. 2.13). При этом угол между поверхностью щитка и горизонтальной плоскостью находится под линией горизонта. Рассмотрим начало процесса скольжения (сдвига) ПО, когда гребни входят в слой льна под тупым углом (рис. 2.13, а) от окружной скорости v частиц; от угла є отклонения щитка от горизонтальной плоскости Рисунок 2.15 - Зависимость угла а отрыва ПО от поверхности щитка Условие начала скольжения ПО по поверхности щитка FX = 0. Составим уравнение равновесия ПО на ось х: Gsm + RBsm(a-)+ FЦБcos(a-)-FТР=0. (2.43) Сила трения, удерживающая ПО на щитке: FТР = f[G cos + RВ cos(a - ) - ,РЦБ sin(a - )]. Подставим значение силы трения в уравнение (2.43) и получим: G SIN + RB SIN(a - ) + i COS(a - ) - /[G COS + i?B COS(a - ) -FЦБsin(a- )] = 0. (2.44) Разделив уравнение (2.44) на cos(a - ф, имеем: , „ л-, ч , «- ,,-, /v.4 G sin - /G cos (лB + /ГЦБ Ж(« S ) + С ЦБ / B ) " = cos(a - ) Заменив cosfa - # на fgfa - #, получим: (RB + fFЦБ)tg(a 4) + (FЦБ - fRB) + (Gsin - fGcos )-y1 + tg2 (a - ) = 0. (2.45) Перенесем в правую сторону уравнения (2.45) подкоренное выражение, возведем его в квадрат и получим: (RB + fFnE)2tg2(а- !;) +2(RB + цБ)( цБ - JRB)tg (а - !;) + (FnE - fRB)2 = = (Gsin -/Gcos)2[(l + g2(a- )]. Объединив в нем tg(a - ф, получим квадратное уравнение: [(RB + fFnB )2 - (G sin - fG cos f ]tg2 {a-%) + 2{RB + fFnB )(FnB - fRB )tg(a - ;) + + [(i + B)2-(Gsin -/Gcos)2] = 0. (2.46) Запишем уравнение (2.46) в виде Atg2 ( -)+ Btg( -)+C = 0, решив которое, получим: B± B2-4AC a = arctg — + , (2.47) 2A где A = (RB + fFЦБ )2 -(Gsin - fGcos)2 ; В = 2(RB + fF )(РЦБ -JRB); C = {FЦБ+fRBf -(Gsin -/Gcos )2 Для выявления зависимости изменения угла а, при котором ПО начинает перемещение по поверхности щитка, при различных параметрах необходимо в формулу (2.47) подставить выражения центробежной силы ЦБ, силы G тяжести и сопротивления RB воздуха. Для определения зависимости угла а поворота барабана, при котором начинает скольжение ПО по щитку, проведены расчеты по формуле (2.47) (исходные данные приведены выше). Результаты расчетов показаны на рисунке 2.16, из которого видно, что с ростом окружной скорости v ПО и угла отклонения щитка угол а его скольжения увеличивается от горизонтали вниз; с увеличением же коэффициента трения f ПО по поверхности щитка угол а уменьшается.
Влияние длины стеблей, скорости агрегата и установки зажимного транспортера на показатели качества очеса
Опыт проводили на опытном поле ФГБНУ ВНИИМЗ с использованием МТА в составе: трактор МТЗ-82 + льнокомбайн ЛК-4А, оборудованный сменными транспортерами вороха + тракторный прицеп ГКБ–8876 для сбора вороха.
Для отбора проб потерь семян, выносимых из камеры очеса верхней поверхностью ленты очесанных стеблей, на нижнем ведущем шкиве зажимного транспортера льнокомбайна закрепляли удлиненные прямолинейные направляющие прутки.
Задача исследований заключалась в определении потерь семян от их просыпания с сверху на ленту очесанных стеблей при уборке льна различных фазах спелости (ранней желтой, желтой и полной) и состоянии стеблестоя (прямостоящий и полеглый льён). Сорт льна – Алексим. Характеристика исходного материала приведена в приложении 4 (опыт 4).
Для проведения опыта в массиве льна на поле выделили один опытный участок размером 5050 м прямостоящего льна, а на втором опытном участке, такого же размера, лен был полеглый.
Перед проведением опыта транспортер вороха на льнокомбайне устанавливали либо в нижнем (заводском) положении, либо в поднятом – верхнем его положении. Гребни очесывающе-транспортирующего барабана устанавливали для очеса льна на опытных участках. Скорости агрегата были: на уборке прямостоящего льна – 3,2 м/с, а на тереблении полеглого льна – 1,8 м/с.
Уборку на опытных участках осуществляли комбайновым агрегатом по достижению на них соответствующей спелости льна. Определение потерь семян проводили по методике МИС [107].
Опыты проводили в трехкратной повторности. С целью исключения воздействия неконтролируемых факторов эксперимент проводили рандомизированно.
Задача исследований состояла в обоснования параметров и режимов работы усовершенствованного льноуборочного комбайна ЛК-4АМ, осуществляющего последовательный очес семенных коробочек со стеблей [17, 18, 38, 40, 48, 112].
В течении ряда лет проводили сравнительные полевые испытания экспериментального льнокомбайна ЛК-4АМ с последовательным очесом и серийным льноуборочным комбайном ЛК-4А , на рабочих передачах трактора МТЗ-82. Определение эксплуатационно-технологических показателей их работы проводили по СТО АИСТ 8.9-2004 [107].
Характеристики условий проведения эксперимента 1, 3 приведены в приложении 4 (опыты 2), а эксперимента 2 – в приложении 4 (опыт 3). Схема проведения эксперимента 1, 3 Вариант 1 – льнокомбайн ЛК-4АМ, с последовательным очесом стеблей льна, скорость агрегата м=2,0 м/с; Вариант 2 – льнокомбайн ЛК-4АМ, с последовательным очесом стеблей льна, скорость агрегата м=2,6 м/с; Вариант 3 – серийный льнокомбайн ЛК-4А, скорость агрегата м=2,0 м/с; Вариант 4 – серийный льнокомбайн ЛК-4А, скорость агрегата м=2,6 м/с. Схема проведения эксперимента 2. льна, Вариант 1 – серийный льнокомбайн ЛК-4А, скорость агрегата м=2,2 м/с; Вариант 2 – серийный льнокомбайн ЛК-4А, скорость агрегата м=2,9 м/с; Вариант 3 – льнокомбайн ЛК-4АМ, с последовательным очесом стеблей скорость агрегата м=2,2 м/с; льна, Вариант 4 – льнокомбайн ЛК-4АМ, с последовательным очесом стеблей скорость агрегата м=2,9 м/с.
Цель исследования: выявление влияния жесткости гребней очесывающе -транспортирующих барабанов льнокомбайна на выход и качество волокна.
Опыт проведен на посевах льна-долгунца в колхозе «Первомайский», Лихославльского района, Тверской области. В эксперименте использовался МТА состоящий из: серийного льнокомбайна ЛК-4А, оснащенного четырехгребневым очесывающе-транспортирующим барабаном с подпружиненными гребнями, трактора МТЗ-82 и прицепа 2ПТС-4М для сбора льновороха. В опыте применяли пружины различной жесткости (табл. 3.2).
Опыт проведен на посевах льна-долгунца сорта «Алексим», характеристики которого представлены в приложении 4 (опыт 5). Качество льносоломы, как исходного материала в опыте, представлено в приложении 5 (табл. 5.1).
Льнотресту на волокно перерабатывали в технологической лаборатории ГНУ ВНИИЛ на оборудовании, состоящем из трепальной машины ТЛ-40А и мялки КЛ-25А. Повторность опытов – 3-х кратная.
Технологическая оценка льносоломы и льнотресты на выход и качество волокна проведена в лаборатории технологического анализа ГНУ ВНИИЛ. Исследования проводили в соответствии с действующими методиками по проведению полевых опытов [107] и технологической оценки льносоломы и опытов по первичной обработке [72], а также ГОСТ 10330-76 и ГОСТ 24383-89.
Задача исследования состояла в выявлении влияния последовательного очеса на выход и качество волокна [19, 39, 61]. Технологическая оценка льносоломы и льнотресты на выход и качество волокна проведена в лаборатории технологического анализа ГНУ ВНИИЛ. Исследования проводили в соответствии с действующими методиками по проведению полевых опытов и технологической оценки льносоломы и опытов по первичной обработке [72], а также ГОСТ 10330-76 и ГОСТ 24383-89 на льносырье.
Льнотресту на волокно перерабатывали на оборудовании, состоящем из трепальной машины ТЛ-40А и мялки КЛ-25А.
Эксперимент 1 проведен на посевах льна-долгунца сорта «Алексим» в колхозе «Первомайский», Лихославльского района, Тверской области. Характеристика условий проведения эксперимента приведена в приложении 4 (опыт 1).