Взаимодействие сопутствующих примесей с вальцом сепарирующего устройства капустоуборочного комбайна Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 631.358:635.34

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОПУТСТВУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ С ВАЛЬЦОМ СЕПАРИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА КАПУСТОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

С. С. Алатырев, доктор техн. наук, доцент; Н. Н. Тончева, канд. техн. наук, доцент; И. С. Алатырева, инженер

ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия», г. Чебоксары, т. 8(8352) 62-41-25, e-mail: info@academy21. т

В работе приведено описание сепарирующего устройства капустоуборочного комбайна. Аналитически исследовано механическое взаимодействие сопутствующих примесей с вальцом сепарирующего устройства. Обоснованы его основные конструктивные параметры.

Ключевые слова: капустоуборочный комбайн, сепарирующее устройство.

Уборка белокочанной капусты комбайнами характеризуется значительными затратами ручного труда при инспектировании и доработке продукции до товарного вида. Предварительное выделение на комбайне сопутствующих примесей из вороха капусты улучшает качество инспектируемой продукции, тем самым позволяет снизить затраты ручного труда при ее доработке.

Сопутствующие примеси из вороха можно выделить сепарирующими рабочими органами различной конструкции, применяемыми в машинах для уборки овощей, отличающимися по принципу действия. Это и прутковые контурные и барабанные сепараторы, грохотные, шнековые и пневматические сепарирующие устройства, а также наклонные горки. Практическое применение в капустоуборочных комбайнах нашли щеточно-транспортерные, шнековые сепарирующие устройства и наклонные горки. Наибольший практический интерес представляют наклонные горки. Они работают в щадящем режиме, что важно с точки зрения снижения повреждаемости продукции. Это устройство способно отделять крупнолистовые примеси. Однако габариты наклонной горки по длине вызывают определенные трудности при ее размещении в технологической линии капустоуборочного комбайна. Этот недостаток устранен путем

уменьшения длины прямолинейного участка наклонной горки до минимума, т. е. заменой транспортера вальцом с эластичной зубчатой поверхностью [1].

Валец сепарирующего устройства (рис. 1) состоит из насаженных на вал 1 дисков 2 с эластичными выступами, прижатых между собой специальными втулками 3 и контргайками 4 таким образом, чтобы выступы образовали цилиндрическую винтовую поверхность. Компоновка вальца сепарирующего устройства в капустоуборочном комбайне показана на рис. 2. Новизна такой компоновки подтверждена патентом на изобретение [2]. Валец установлен в хвостовой части режущего аппарата 1 за ленточным транспортером 2.

Рис. 1. Валец сепарирующего устройства

Для выявления условий эффективного функционирования необходимо обосновать основные параметры сепарирующего устройства, для чего подетально проана-

Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 29

лизируем рабочий процесс взаимодействия сопутствующих примесей с вальцом сепарирующего устройства. Он состоит из трех фаз.

Рис. 2. Компоновка вальца сепарирующего устройства в капустоуборочном комбайне

В первой фазе кочаны капусты под действием упругого полотна прижимного транспортера сбрасываются с выносного транспортера на переборочный транспортер. Листья капусты также сходят с выносного транспортера на поверхность (на участок ВС) вальца сепарирующего устройства (рис. 3).

Рис. 3. Схема к обоснованию условия эффективного функционирования сепарирующего устройства

Во второй фазе вращающийся валец сепарирующего устройства доставляет листья капусты в зону затягивания (точку В).

В третьей фазе листья капусты и другие сопутствующие отходы затягиваются в зазор между выносным транспортером и вальцом сепарирующего устройства, а потом падают на землю.

Следует заметить, что для устойчивой доставки листьев капусты в зону затягивания необходимо обеспечить их сход на участке ВС, так как здесь каждый последующий зубец вальца (в направлении от В

к С) выступает над предыдущим на величину Ah, что позволяет надежно подхватывать лист капусты выступающей частью зубца в процессе вращения вальца навстречу потоку.

При падении листа капусты на валец сепарирующего устройства за пределами участка ВС захват листа может не произойти, так как последующий зубец находится на вальце сепарирующего устройства ниже предыдущего.

Таким образом, для устойчивого протекания процесса отделения свободных листьев в потоке от кочанов капусты валец сепарирующего устройства необходимо установить относительно барабана выносного транспортера таким образом, чтобы траектория схода сопутствующих отходов не уходила за его верхнюю точку С. Это обеспечивается тогда, когда расстояние от точки схода свободных листьев до верхней точки вальца будет больше горизонтальной дальности полета imax (рис. 4).

Следовательно, расстояние 1 между осями вращения барабана выносного транспортера и вальца сепарирующего устройства должно быть:

1 > 1 max-б sintf, (1)

где гб, а - радиус барабана и угол наклона

выносного транспортера к горизонту соответственно.

При этом минимальное значение расстояния между осями вращения барабана выносного транспортера и вальца сепарирующего устройства (когда точка схода свободного листа капусты совпадает с точкой С)

1 min max -Гб Sina . (2)

Для определения горизонтальной дальности полета imax рассмотрим падение

свободного листа от барабана выносного транспортера до поверхности вальца сепарирующего устройства. На тело, покинувшее выносной транспортер и движущееся к поверхности вальца, будут действовать сила тяжести P и сила сопротивления воздуха R (рис. 4).

Силу сопротивления будем считать пропорциональной первой степени скорости движения тела, т. е.

R=-kj,

где kn - коэффициент парусности.

Представив свободный лист как материальную точку, составим дифференциальные уравнения его движения в проекциях на оси х и у:

<2 х _ т-^т=-кпи0со$а ,

т-

<к2

d2 у

1—f=

2

-mg-кпи 0^1па,

(3)

(4)

где кп - коэффициент парусности.

Рис. 4. Схема к определению расстояния между осями вращения барабана выносного транспортера и вальца сепарирующего устройства

Дважды проинтегрировав дифференциальные уравнения (3), (4), получим:

ти0соБа( —А 0 11-е

У=-

к 11-ет), г

С

Г .

ти0соъа-\ ц^тан—5-|е т 2 кп ) I т I

ТО.

(5)

(6)

Исключим время t из уравнений (5) и

- кп. t

(6). Для этого выражение е т разложим в степенной ряд по биному Ньютона:

4* „ кп t Г кп Л 21 Г кп Л 31 Г кп Л4 1

=1-

т

т

т

6 ^ т) 24

Пренебрегая в этом выражении всеми членами после третьего, находим

. кп t Г кп Л 21 Гкп Л 31

=1-

т

т

(7)

И=-и0$1па4-—^ и0ъ1па

2 т

(к )2

t Зи081па+

6т

Ч2 t3

. (8)

2 6т

В момент падения свободного листа на поверхность вальца сепарирующего устройства х=1тах, У=-Ь.

Тогда выражения (7) и (8) примут вид:

1 !тах=^)СОа1 t

(. к, , к2 Л

-г \ 2 2т 6т

тГ

(9)

к к2 Ь=- $^1па-—^2 $0 Б1па—Vt3 $0 Б1па+

2т

6т

& 2 ^t3 2 6т

Тогда расстояние 1 между осями вращения барабана выносного транспортера и вальца сепарирующего устройства с учетом выражения (1) будет иметь вид

Г к к2 I

1 > ^соа t—3\-гбБ1па (11) ^ 2т 6т

Г

или с учетом кп =и

(и - коэффициент

сопротивления воздуха, у - удельный вес воздуха, а - площадь Миделева сечения, g - ускорение свободного падения, т -масса свободного листа)

1 > соБа

т2 g 2 ^ т

-гбБ1па . (12)

Подставляя положительный корень кубического уравнения (10) в выражение (12) в соответствии с равенством (2), получим значения минимального расстояния 1 т1п между осями вращения барабана выносного транспортера и вальца сепарирующего устройства (при т = 0,108 кг; а = 0,0027 м2, у= 1,3 Н/м3 и допуская в первом приближении свободный лист капусты как тонкий . . кгм .

круговой диск и = 1,1-).

с

На рис. 5 показаны зависимости минимального расстояния между осями вращения барабана выносного транспортера и вальца сепарирующего устройства от угла а наклона и скорости выносного транспортера.

При численных значениях параметров а = 35+40° и и0 = 0,8+1,35 м/с, имеющих место в капустоуборочном комбайне, I = 0,1+0,23 м.

Диаметр вальца сепарирующего устройства определяется исходя из условия затягивания листьев капусты после доставки в зазор между ним и выносным транспортером.

Для того, чтобы листья капусты захватывались тонкой стороной, необходимо касание зубцов вальца сепарирующего устройства поверхности полотна выносного транспортера. Наружный диаметр вальца сепарирующего устройства в этом случае можно найти исходя из расстояния между его осью и осью барабана выносного транспортера (рис. 6) по формуле

=2(л/12\я2-Гб), (13)

е

е

Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 31

S 0,5

S

s

0,4

0,3

0,2

0,1

0

20 25 30 35 40 45 50

а, град.

Рис. 5. Расстояния I т1п между осями вращения барабана выносного транспортера и вальца сепарирующего устройства в зависимости от угла а наклона его к горизонту при различной скорости 30 выносного транспортера: 1 - 0,75 м/с; 2 - 0,9 м/с; 3 - 1,05 м/с; 4 - 1,2 м/с; 5 - 1,35 м/с; 6 - 1,5 м/с

где Н - расстояние между осями бараба-

на выносного транспортера и вальца сепарирующего устройства по вертикали.

N1 sina1 +N2sina2 -F1 cosa1 -F2cosa2 <0 ;

N1 cosa -N2 cosa2 + F1 sina1 -F2 sina2 =0 ,

r6 -c/2 r -c/2 где cosa -; cosa2 =—-;

r r

б в

Л -f -c/2)) , l r2 -f -c/2)

(14)

sina

sina

c«2e

Выразив силы трения Р-| и Р2 через силы реакции N и Ы2 соответственно, после преобразований получим:

зта2 - / соБа2 < / ео8а1 -бШ^

Рис. 6. Схема к обоснованию диаметра вальца сепарирующего устройства

Наихудшим является случай, когда лист капусты подводится в зазор между выносным транспортером и вальцом сепарирующего устройства черенком толщиной с. Уточним диаметр вальца сепарирующего устройства в этом случае.

При подводе листа капусты черенком в зазор со стороны вальца сепарирующего устройства и полотна выносного транспортера на него начинают действовать силы М, N2, Л = /Ы1, ¥2 = N (здесь/- коэффициент трения скольжения листа капусты о названные поверхности). Силы ^ и ¥2 способствуют захвату и затягиванию листа капусты в зазор. Силы N и N2 препятствуют этому процессу.

Условие захвата листа капусты за черенок представляется выражениями:

соБа2 + /Бта2 еоза1 + /Б1па1

или, представив зта2 и соза2 через гб и с, получим:

/ (гв -с/2)) гб ~(гб-с/2) </ созд -81па1 с/2-гв + -с/2)2 _со8а1 +/*[па1

Отсюда

cosa,

cf+1-f) -б ~c/2))1+Of 2-)-2f\r¡ -f -c/2)

Гб >

2fcosa1+sina1 (f2 -1) cosa1 [cf+r6 ¡1-f2 )sina1 J+sina1 |c(f2 -1)/2-2 fr6sina1 J

или

2 fcosa1 +sina1 ( f2 -1)

Тогда наружный диаметр вальца сепарирующего устройства для худшего случая должен определяться из условия

d >

cosa

\f4( 1-f2)sinaJ+sina|c(f2 -1))2-2fr6sma

fcosa+sina (f2 -1)/2

. (15)

r

r

Значения наружного диаметра вальца сепарирующего устройства, соответствующие условию (15), вполне согласуются с данными, полученными по формуле (13).

Литература

1. Пат. 2329637 РФ, МПК А0Ю 45/26. Капустоуборочный комбайн / И. С Алатыре-

УДК 631.3.004.67

ва, К. А. Савеличев, С. С. Алатырев (РФ). -№ 2006136332; заявл. 13.10.06.

2. Пат. 2365086 РФ, МПК А0Ю 45/26. Капустоуборочная машина / К. А. Саввели-чев, И. С. Алатырева, А. О. Григорьев, Р. В. Андреев, Н. Н. Тончева, С. С. Алатырев (РФ). -№ 2008107374; заявл. 26.02.08.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ НАГРУЖЕНИЯ ВСТРЕЧНЫМИ МОМЕНТАМИ ПРИ ИСПЫТАНИИ И ОБКАТКЕ АГРЕГАТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

П. А. Власов, доктор техн. наук, профессор

ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. 8(8412)629-796

В статье рассмотрены способы обкатки и испытания деталей, узлов и агрегатов под нагрузкой при передаче через них требуемых крутящих моментов. Предложен и теоретически обоснован способ нагружения встречными крутящими моментами инерционными нагружателями, который на несколько порядков сокращает затраты энергии на привод испытательных стендов и упрощает их конструкции.

Ключевые слова: обкатка, испытание, приработка, агрегат, нагрузка, крутящий момент, затраты энергии.

В технологическом процессе ремонта агрегатов машин, передающих крутящий момент, предусмотрена обязательная операция обкатки и испытания их после сборки. Эту операцию проводят без нагружения крутящим моментом и под нагрузкой, ступенчато приближающейся к номинальной.

Для обкатки узлов и агрегатов трансмиссий мобильных машин не созданы универсальные экономичные обкаточные и испытательные стенды ввиду сложности создания нагрузки в виде передаваемого крутящего момента и больших затрат электрической энергии на привод.

Обкатка и испытание агрегатов трансмиссий тракторов, автомобилей, комбайнов и других машин позволяют проверить надежность работы зубчатых передач, подшипниковых узлов, легкость включения передач, а также отсутствие самопроизвольного включения и выключения передач, подтекание масла через сальники и прокладки, шумы и стуки.

Важное значение имеют обкатка и испытание агрегатов под продолжительно действующей нагрузкой, позволяющей контролировать уровень виброускорений соответствующих соединений и их температурные показатели. Особенно это важно после выполнения ремонтных операций, когда размерные цепи нарушаются из-за использования для сборки этих агрегатов новых деталей вместо выбракованных, восстановленных различными способами,

и ранее работавших на этом агрегате деталей и имеющих достаточный ресурс.

Поэтому особенно важное значение имеют обкатка и испытание под продолжи -тельно действующей нагрузкой в виде передаваемого крутящего момента. В науке и практике известны три способа нагружения агрегатов трансмиссий крутящим моментом:

Первый способ состоит в создании и передаче момента через испытуемый агрегат приводным двигателем и тормозным устройством, между которыми располагается испытуемый агрегат. При этом вся мощность приводного двигателя, проходя через испытуемый агрегат, гасится тормозным устройством, т. е. 100 % передаваемой мощности бесследно расходуется тормозом [1].

Второй способ известен как метод замкнутого силового контура [1], который позволяет снизить расход мощности на привод стенда до 50 % от потребной для первого способа нагружения. Большим недостатком стендов, работающих по замкнутому силовому контуру, является использование четного числа испытуемых передающих агрегатов для кинематического согласования силовой цепи, поэтому стенды сложны по устройству, громоздки, занимают большие производственные площади и невозможно создать универсальный стенд для испытания агрегатов различных типоразмеров.

Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 33