Лекция №24. Основы теории молотильного барабана по В.П. Горячкину.

Задача: рассмотреть энергетику и динамику молотильного барабана.

По Горячкину:

1. Вся работа затраченная молотильным барабаном

где - работа идущая на преодоление вредных сопротивлений.

где А – постоянный коэффициент учитывающий трение в осях и другие сопротивления, являющиеся постоянными;

В – коэффициент учитывающий вентиляционные потери или потери на сопротивление воздуха.

А=0,3-1,5 кгм – для реального молотильного барабана;

В=1х10⁴ кгмc²;

- угловая скорость молотильного барабана;

- для нормального барабана;

- работа на полезное сопротивление – работа на обмолот.

Холостой ход молотильного барабана (холостая работа)

;

где - секундная работа затраченная двигателем;

- секундная работа затраченное на вредное сопротивление;

- при холостой работе молотильного барабана часть энергии идет на разгон молотильного барабана:

; .

2. Работа барабана под нагрузкой

где - элемент захваченной массы;

- скорость барабана;

- усилие захвата;

- время захвата.

;

где - секундная подача массы.

3. Общее усилие на захват и обмолот

;

где f – коэффициент перетирания.

;

где f – выбирается на основе эксперимента.

;

;

(1) - ускорение разгонэ

Горячкин назвал ускорение разгона ускорением прихода или приходное ускорение.

(2) - отрицательное ускорение связанное с затратой энергии на обмолот.

Горячкин назвал эту величину расходом ускорения.

В точке K”, когда ускорение положительное и отрицательное будут равны по абсолютной величине, процесс работы будет установившейся с угловой скоростью .

;

- наибольшее рациональное ускорение, найденное в результате опытов;

- мощность для привода.

Современные зерноуборочные машины имеют мощные моменты инерции молотильного барабана, чем полученные из уравнений Горячкина, ввиду значимых мощностей приводных двигателей.

Дифференциальные уравнения движения молотильного барабана.

Принцип Даламбера применяется к молотильному барабану:

Если к силам инерции действующие на тело прибавить все внешние активыне силы, то сумма их будет равна сумме реакций.

;

где А – инерционные силы;

F – внешние активные силы;

R – равнодействующая реакций со стороны связей.

;

;

;

(1) - диф. уравнение движения барабана.

Полученное уравнение решается только численным методом или приближенно аналитическим результатом его решение является функция.

- ускорение молотильного барабана.

Покажем, как в действительности изменяется от

- установившееся рабочая скорость молотильного барабана

В результате подстановки периодических функций (вместо М(t))

Допустим нужно работать с такими данными – находим точки пересечения и находим y’.

2.2.5. Молотильные аппараты

В зерноуборочных комбайнах в основном применяются молотильные аппараты штифтового и бильного типов в однобарабанном и двухбарабанном исполнении. в роторных комбайнах вместо молотильного аппарата и соломотряса используются роторно-молотильное аксиальное устройство, совмещающее обмолот и сепарацию грубого вороха. Используются в некоторых случаях терочные молотильные устройства

Штифтовый молотильный аппарат (рис.1 29,а) состоит из вращающегося барабана и неподвижного подбарабанья. По краям вала барабана посредством клиновых шпонок закреплены два диска 2, средние диски не имеют окружной фиксации на валу. В квадратные отверстия стальных планок З вставлены штифты 4. Хвостовики штифтов имеют квадратные подголовки и закрепляются в планках гайками с пружинными шайбами, для более надёжного крепления планок на диски напрессованы стальные кольца 5.

Рис. . Молотильные аппараты: 1- штифтовый; б – бильный

Подбарабанье 6 имеет три чугунные секции со штифтами, выполненными по форме дуги окружности. Подбарабанье связано с устройством для регулирования зазора между барабаном и подбарабаньем.

Штифты на барабане расположены по винтовой линии. Число планок и число ходов винтовой линии обязательно должно быть кратным.

Рабочая часть штифта подвергается закалке. Расположение штифтов на подбарабанье делается таким образом, чтобы между штифтами барабана и подбарабанья зазор был больше ширины зерна обмолачиваемой культуры. Технологический процесс обмолота штифтовым барабаном происходит следующим образом. Штифты барабана ударяют и захватывают стебли и сообщают им скорость близкую к окружной скорости барабана. Колосья ударяются о штифты подбарабанья, протаскиваются в промежутке между их боковыми поверхностями. При этом происходит выделение зерна, смятие и разрыв стеблей.

Хорошая захватывающая способность штифтового молотильного аппарата повышает его производительность, улучшает обмолот влажных и засоренных хлебов. Однако значительное дробление соломы перегружает очистку и затрудняет выделение зерна.

Бильный молотильный аппарат (рис. ) также состоит из вращающегося барабана и неподвижного подбарабанья.

Молотильный барабан имеет вал 1, штампованные из листовой стали диски 2, закрепленные на валу, опорные промежуточные диски, штампованные подбичники 3. прикрепляемые к каждому диску заклёпками, и бичи 4, которые изготавливаются из стали специального профиля. Бичи имеют ребристую рабочую поверхность. На барабане устанавливается четное количество бичей с попеременным направлением рёбер влево, затем вправо и т. д. Такое расположение улучшает воздействие бичей на хлебную массу, предотвращает сбивание её в одну сторону, уменьшает осевое давление на подшипники вала барабана.

Подбарабанье 5 представляет собой решётку, охватывающую по дуге окружности барабан. Решётка подбарабанья образована поперечными планками, в которые вставлены в продольном направлении металлические прутки. Для лучшей сепарации зерна поперечные планки расставляются с переменным шагом.

Технологический процесс обмолота хлебной массы, по материалам акад. И. Ф. Василенко, протекает следующим образом.

Бичи ударяют по стеблям, увлекают их к подбарабанью, которое благодаря поперечным планкам их задерживает. Обгоняя слой стеблей, находящихся между барабаном и подбарабаньем, бич проходит по нему, сдвигая его перед собой. При этом бичом о6рнуется возвышение, являющееся результатом сжатия к сдвига стеблей. Каждый слой стеблей, расположенный выше, увлекает за собой силами трения слой, лежащий ниже. При этом происходит проскальзывание верхних стеблей по нижним и скорость движения нижних стеблей уменьшается. Наибольшее сопротивление движению встречает самый нижний слой, который движется по ребристой поверхности подбарабанья,

Удары бичей и скольжение их по стеблям, скольжение стеблей один относительно другого и по ребристой поверхности подбарабанья приводят к вымолачиванию зёрен из колосьев и смятию, разрыву, перетиранию соломы. В большинстве случаев деформация стеблей в бильном молотильном аппарате незначительная. В процессе такого сложного движения хлебной массы можно выделять три основные фазы когда происходит обмолот.

Первая фаза — обмолот на входе хлебной массы в молотильный зазор при однократном ударе бича.

Вторая фаза обмолот в молотильном зазоре за счёт многократного ударного воздействия бича на колос, когда выделение зерна происходит за счёт усталостного разрушения связей зерна с колосом

Третья фаза — обмолот в результате перетирания (разрушения) колоса при сочетании ударного воздействия бича и встречного торможения колоса планкамн подбарабанья. В этом случае нарушаются более прочные связи зерна с колосом.

Одновременно с обмолотом, происходит просыпание вымолоченного зерна, мелких фрагментов стеблей и колосьев через отверстия решётчатого подбарабанья При благоприятных условиях иногда до 90% всего обмолоченного зерна просыпается через подбарабанье. К достоинствам бильного молотильного аппарата относительно небольшое дробление соломы и зерна; сравнительно малое поступление соломы на очистку, что облегчает её работу по выделению зерна; возможность обмолота технических культур и семенников трав при несложном переоборудовании молотильного аппарата; удовлетворительное качество обмолота при нестабильной частоте вращения барабана. К недостаткам бильного молотильного аппарата можно отнести ухудшение

качества обмолота и увеличение потерь при обмолоте длинностебельных хлебов и хлебов повышенной влажности

Рис. 36. Силы, действующие на порцию хлебной массы в молотильном зазоре