4. Методика виконання курсової роботи: Розрахунок основних технологічних параметрів робочих органів зернозбиральних машин.

4.1. Розрахунок технологічних і енергетичних параметрів різального апарату зернозбиральних машин.

Основні відомості.

У комбайнах і жниварках застосовуються різальні апарати нормального різання (одноперебіжні і двохперебіжні), низького і середнього різання.

У цей час найбільше розповсюдження отримали різальні апарати нормального різання одноперебіжні і двохперебіжні.

Параметри різальних апаратів підбираються з таким розрахунком, щоб вони забезпечували зріз стебел за принципом ножиців, тобто без ковзання стебел по лезах. Виконання цієї вимоги необхідне для зменшення втрат зерна зрізаними стеблами.

Для косіння рослин зернових колосових культур, що мають жорсткі трубчасті стебла діаметром 2-4 мм, застосовують насічені сегменти, які навіть при значному затупленні утримують стебла в розчині різальних пар.

Насічений сегмент спочатку проколює стебло зубцями, потім розщеплює його на окремі пучки, переламує у леза пластини пальця і зрізає із зламом і розривом стебла. Напруження зрізу при насічених сегментах значно більше, ніж при гладких.

Для чистого зрізу рослин відстань між зубцями насічок повинна бути в декілька разів менше діаметра стебел, що перерізаються. Сегменти для комбайнових і валкових жаток має насічку з кроком 1...1,2 мм, для косарок – 2 мм.

Нормальні одноперебіжні різальні апарати застосовуються у машин, працюючих з поступальною швидкістю до 2 м/с.

На машинах, працюючих з поступальною швидкістю більше 2 м/с, частіше застосовуються нормальні двохперебіжні різальні апарати.

Технологічні параметри різального апарату залежать від культури, що скошується, типу і швидкості зернозбиральної машини, конструкції сегмента і пластини пальця, а також від подачі хлібної маси на різальний апарат.

Вихідні дані до розрахунку вміщені в табл. 1, рис. 1.

Рис. 1. - Розташування пластини пальця відносно сегмента

Таблиця 1 - Розміри сегмента і пластини пальця, в мм

Тип різального апарата	СЕГМЕНТ						ПЛАСТИНА ПАЛЬЦЯ
	B	t1	m	h	h1		B1	b	b1	1	
S=t=t0=76,2 мм	80	76	16	55	48	28^0	59	37	21	7,4^0	5
S=2t=2t0=152,4 мм	75	76	16	54	54	29^0	58	24	21	1,3^0	3

4.1.1. Припустима подача на різальний апарат (шлях, який проходить комбайн за один хід ножа) визначається з умови припустимого відхилення стебел вперед до моменту зрізу по такій залежності:

– для нормального одноперебіжного різального апарату

L ≤ 1,5h1 ,

(4.1.1)

– для нормального двохперебіжного різального апарату

L ≤ 3h1 ,				(4.1.2)
де	L	–	припустима подача на різальний апарат, см;
	h1	–	висота робочої частини сегмента, см.

Якщо дійсна подача на різальний апарат більше припустимої, то стебла отримують велике відхилення уперед і при зрізі падають на землю, що приводить до збільшення втрат зерна.

4.1.2. Частота обертання кривошипа, що приводить в рух ніж різального апарату, визначається по формулі:

				(4.1.3)
де	n	–	частота обертання кривошипа, хв^-1;
	V	–	швидкість машини, м/с;
	L	–	припустима подача на різальний апарат, м.

4.1.3. Кутова швидкість кривошипа визначається по формулі:

				(4.1.4)
де	ω	–	кутова швидкість кривошипа, рад/с.

4.1.4. Відносні швидкості сегмента на початку і в кінці різання стебел визначаються графоаналітичним методом.

Для цього в масштабі 1:1 креслиться сегмент і пластина пальця, як показано на рис. 2. для нормального одноперебіжного різального апарату і на рис. 3 для нормального двохперебіжного апарату.

Розміри сегмента і пластини пальця приймаються по таблиці 1 і рис. 1. Проводиться горизонталь a₀a і з точки O описується півколо радіусом 0,5·S. Півколо визначає зміну відносної швидкості сегмента в залежності від переміщення в масштабі м/с в 1 мм.

Рис. 2. - Визначення відносних швидкостей початку і кінця різання стебел нормальним одноперебіжним різальним апаратом

При переміщенні сегмента зліва направо на ділянці, що визначається відрізком Х_н, його лезо a₀c₀ буде підводити рослини до леза пластини пальця. Різання при цьому відбуватися не буде. Початок різання визначається розташуванням леза a₀c₀ по лінії a₁c₁. Швидкість ножа при цьому в прийнятому масштабі визначиться вертикальним відрізком a₁b₁. При подальшому рухові сегмента праворуч лезо його, стикаючись з лезом пластини пальця, буде затискувати рослини і перерізати їх.

Очевидно, кінець різання рослин, що попали в дану різальну пару, визначиться таким переміщенням X_k, при якому верхня точка C₀ леза сегмента торкнеться леза пластини пальця, тобто виявиться в положенні C₂. При цьому лезо сегмента займе положення a₂c₂, а відносна швидкість ножа в кінці різання визначиться вертикальним відрізком a₂b₂.

Значення відносних швидкостей сегмента на початку і кінці різання стебел визначається так:

на початку різання

VH = a1b1				(4.1.5)
де	VH	–	швидкість сегмента на початку різання стебел, м/с;
	a1b1	–	відрізок, відповідний швидкості VH, мм;

в кінці різання

VK = a2b2 				(4.1.6)
де	VK	–	швидкість сегмента в кінці різання стебел, м/с;
	a2b2	–	відрізок, відповідний швидкості VK , мм.

Процес різання рослин буде здійснюватися при переміщенні сегмента на ділянці a₁a₂.

З рис. 2 видно, що у нормального одноперебіжного різального апарату швидкість ножа в кінці різання менше, ніж на початку, тобто

VK < VH

(4.1.7)

Для отримання якісного зрізу необхідно, щоб виконувалася умова:

VТ < Vк або Vк < a2b2 				(4.1.8)
де	VТ	–	технологічна швидкість різання рослин, тобто мінімальна швидкість при якій забезпечується чистий зріз, м/с.

Для колосових V_Т = 1,5 м/с;

Для трав V_Т = 2,25 м/с.

Якщо мінімальна відносна швидкість ножа менше технологічної, то різальний апарат не забезпечує чистий зріз, збільшується потужність на привод ножа і зростають втрати зерна.

Для збільшення відносної швидкості ножа необхідно збільшити кутову швидкість кривошипа.

На рис. 3 представлений графік зміни відносних швидкостей для нормального двохперебіжного різального апарату. Тут зріз відбувається у середнього і крайнього пальців, тобто при різних переміщеннях ножа. Отже, будуть різні швидкості початку і кінця різання стебел у цих пальців.

Значення відносних швидкостей різання будуть:

у середнього пальця

V`H = a1b1;	(4.1.9)
V`K = a2b2;	(4.1.10)

у крайнього пальця

V``H = a3b3;	(4.1.11)
V``K = a4b4.	(4.1.12)

4.1.5. Площа подачі, тобто площа, яку пробігає лезо сегмента за один хід ножа, визначається по формулі:

F = LS ,				(4.1.13)
де	F	–	площа подачі, см^2;
	S	–	переміщення сегмента за один хід ножа, см.

4.1.6. Площа навантаження, тобто найбільша частина площі подачі, що умовно зрізається лезом за одне різання, визначається по формулі:

F1=  F ,				(4.1.14)
де	F1	–	площа навантаження, см^2;
		–	коефіцієнт, що характеризує тип різального апарату.

Для нормального одноперебіжного різального апарату  = 1, для нормального двохперебіжного різального апарату  = 0,32.

4.1.7. Питоме навантаження на лезо по площі, що скошується одним сантиметром леза, визначається по формулі:

f =				(4.1.15)
де	f	–	питоме навантаження на лезо по площі, см^2 /см;
	α	–	кут нахилу леза сегмента до напряму руху машини в градусах.

4.1.8. Питоме навантаження по кількості стебел, що зрізаються одним сантиметром леза, визначається по формулі:

f1 = f k0 10^-4 ,				(4.1.16)
де	f1	–	питоме навантаження на лезо по кількості стебел, що зрізаються, шт/см;
	k0	–	густота стеблостою, шт/м^2.

Різальний апарат комбайнів і жаток працює нормально, якщо f₁ = 0,35...0,70 шт/cм.

4.1.9. Зусилля, що діє на ніж, визначається по формулі:

R = BH (p^2 r + qmax ) ,				(4.1.17)
де	R	–	зусилля, що діє на ніж, Н;
	BH	–	довжина ножа, м;
	p	–	питома маса ножа, яка рівна 1,8...2,3 кг/м;
	r	–	радіус кривошипа, м, рівний 0,5·S;
	S	–	хід ножа, м;
	qmax	–	максимальна сила опору зрізу стебел, що припадає на один метр довжини ножа, яка рівна 600...750 Н/м.

4.1.10. Потужність на привод ножа визначається по формулі:

N = 0,5G^3r^2 ,				(4.1.18)
де	N	–	потужність на привод ножа, Вт;
	G	–	маса ножа, кг. G = BH  p