Розділ 8

Розділ 8

ОСНОВИ ТЕОРІЇ РОБОЧИХ ПРОЦЕСІВ МАШИН ДЛЯ ЗБИРАННЯ КУКУРУДЗИ НА ЗЕРНО

8.1.Фізико-механічні властивості кукурудзи

вперіод збирання

Вирощують кукурудзу, як правило, пунктирним способом з між- ряддями 70, 90 і 140 см, найпоширенішим є міжряддя 70 см. Кіль- кість рослин на 1 га становить 20…55 тис.

Висота і діаметр стебла кукурудзи, висота кріплення, розміри качанів, вологість окремих частин рослин і механічні властивості залежать від сорту та кліматичних умов у період росту і помітно відрізняються між собою.

Висота рослин кукурудзи коливається від 1 до 4 м, висота кріп- лення качанів — 0,4…2,0 м, довжина качана — 30…50 см, маса — 100…300 г. Діаметр стебла кукурудзи на висоті 15 см від поверхні ґрунту — 15…40 мм. Вологість зерна в період збирання — 20…30 %. Маса зерна становить 75…80 % від маси качанів. Середня об’ємна вага качанів у обгортках 280…300 кг/м3, без обгорток —

350…400 кг/м3.

Характеристика кукурудзи істотно змінюється залежно від фаз стиглості. Фазу стиглості кукурудзи визначають за станом зерна:

а) молочна фаза стиглості характеризується виділенням рідини молочного кольору під час роздавлювання зерна;

б) молочно-воскова фаза характеризується виділенням рідини молочного кольору і пластичної маси під час роздавлювання зерна; в) воскова фаза стиглості характеризується виділенням пластич- ної маси під час роздавлювання зерна, яка не розминається між ва-

льцями, але легко розмазується ножем; г) повна стиглість, при якій зерно стає твердим, від удару плю-

щиться з утворенням тріщин і розпадається на куски при розтиран- ні між вальцями.

Фаза стиглості кукурудзи змінюється залежно від календарних строків розвитку рослин і кліматичних умов. Найкраще збирати ку- курудзу (без застосування додаткових витрат на сушіння качанів) тоді, коли вологість зерна не перевищує 20 %. Вимолочене з качанів зерно добре зберігається в купах за вологості 13…14 %.

336

Основи теорії робочих процесів машин для збирання кукурудзи…

До механічних властивостей частин кукурудзяної рослини нале- жать:

y зусилля різання стебла (при діаметрі 30 мм на висоті 10 см від поверхні ґрунту становить від 220 до 600 Н);

y зусилля розриву стебла (мінімальне зусилля розриву для ком- левої частини сухої рослини 1840 Н, для середньої частини — 1150 Н). Максимальне зусилля розриву стиглого стебла становить

5900 Н;

y зусилля відриву качанів кукурудзи від плодоніжки (для фази повної стиглості 300…1500 Н), під час згину зусилля зменшується в

3 – 4 рази;

y зусилля кукурудзяного стебла згину (залежить від діаметра стебла і його стиглості), середнє значення 150…450 Н;

y коефіцієнти тертя (залежать від матеріалу і стану поверхні тер- тя, а також від стану продукту). Для всіх продуктів кукурудзи най- вищими є коефіцієнти тертя по гумі, найменшими — по фанері.

8.2.Основні робочі органи кукурудзозбиральних машин

До основних робочих органів кукурудзозбиральних машин на- лежать різальні апарати, пристрої для захоплення і подавання сте- бел, качановідокремлювальні, качаноочисні та стеблеподрібнюваль- ні апарати.

Подільники та стеблепідіймачі призначені для піднімання поле- глих стебел і підведення їх до різального апарата або до західної частини відривних вальців.

Подавальні органи призначені для подавання зрізаних, а у де- яких машинах і незрізаних стебел кукурудзи до відривних вальців. Залежно від способу подавання стебел і конструкції подавальних органів кукурудзозбиральні машини поділяють на два типи:

а) машини для суцільного зрізування; б) машини у вигляді русел.

Найпоширенішими є машини у вигляді русел, які мають окремі для кожного рядка кукурудзи пристрої для захоплення і подавання її. Функції стеблеподавальних органів найчастіше виконують спеці- альні ланцюги з лапками, розміщені в один або кілька ярусів. Такі ланцюги своїми лапками переміщують стебла вздовж русел до від- ривних вальців.

Качановідокремлювальні апарати призначені для відокремлен- ня качанів від стебел. Усі вони, як на вітчизняних, так і на зарубіж- них кукурудзозбиральних машинах вальцьового типу. Поділяють їх на дві групи:

337

Розділ 8

Рис. 8.1. Схема качановідокремлювального пікерного апарата:

1 — подавальні ланцюги з лапками; 2 — пікерні кулачкові відокремлювальні валь- ці; 3 — конвеєр для відірваних качанів; 4 — привідні шестерні; 5 — активна поверх- ня відокремлювальних вальців; 6 — кулачки робочої частини відокремлювальних вальців; 7 — гвинтова реборда; 8 — рухома опора; 9 — конуси заходу

1) качановідокремлювальні апарати з відкритими вальцями (пі- керні), в яких технологічні операції протягування стебел і відри- вання качанів поєднані (рис. 8.1). Такі апарати відрізняються між собою конфігурацією поперечного перерізу вальців, або активністю їх робочої поверхні. Недоліком їх роботи є пошкодження качанів. Це пояснюється тим, що вальці виконують одночасно дві технологічні операції, які різко відрізняються з погляду активності їх робочої по- верхні. Для забезпечення надійного протягування без ковзання ро- боча поверхня вальців має бути якомога активнішою (наявність ри- фів, ребер тощо), а для зниження пошкодження качанів слід вико- ристовувати вальці з гладенькою поверхнею;

Рис. 8.2. Схема кача- новідокремлювально- го пікерно-стри- перного апарата:

1 — подавальні ланцю- ги; 2 — стриперні плас- тини; 3 — протягувальні вальці; 4 — стебло; 5 — качан

338

Основи теорії робочих процесів машин для збирання кукурудзи…

2) апарати з окремими операціями протягування стебел і відокрем- лення качанів, у яких ці операції виконують різні робочі органи. Такі апарати називають стриперними, або пікерно-стриперними (рис. 8.2). Вони є досконалішими і використовуються як на вітчизняних кукурудзозбиральних комбайнах (приставках до зернозбиральних комбайнів), так і на зарубіжних. Стриперні апарати забезпечують високу пропускну здатність і майже не пошкоджують качанів.

Качаноочисні пристрої призначені для очищення качанів від об- горток і листостеблових домішок. Такі пристрої складаються з очис- них апаратів, притискних і розподільних пристроїв.

Рис. 8.3. Принцип дії качаноочисних вальців:

1 — очисний прогумований валець; 2 — металевий очисний валець; 3 — качан; 4 — відірвані обгортки

Очисний апарат має вигляд батареї з кількох пар очисних валь- ців, які очищають ворох качанів від листостеблових домішок і від- ривають обгортки з качанів. Пара вальців, що обертаються назу- стріч один одному (рис. 8.3), захоплюють і відривають обгортки з качанів, що рухаються по вальцях, одночасно прокочують униз об- гортки і листостеблові домішки. Щоб поліпшити процес захоплення обгорток, робочі поверхні суміжних вальців виготовляють з різних матеріалів, коефіцієнти тертя яких істотно відрізняються (напри- клад, чавунні і обгумовані). Металеві вальці мають на робочій по- верхні гвинтові реборди для ефективнішого переміщення качанів уздовж вальців.

8.3.Умови захоплення, протягування

івідокремлення качанів вальцями

Для того щоб забезпечити процес відокремлення качанів, потріб- но забезпечити надійне захоплення стебел відокремлювальними вальцями.

Для процесу захоплення стебел велике значення має співвід- ношення сил (рис. 8.4), які виникають у місці контакту стебел з

339

Розділ 8

Рис. 8.4. Схема захоплення і протягування стебел вальцями

ϕ > αc ; tg ϕ = f ≥ tg αc ,

вальцями. Стебле- подавальні робочі органи притиску- ють стебла до ва- льців зусиллям Р. У точках контакту на стебло з боку вальців діє норма- льний тиск Q і си- ли тертя вальців по стеблу F.

Для захоплення стебел потрібно, щоб кут тертя ста- новив

де f — кут тертя вальця по стеблу.

Тоді горизонтальна складова рівнодійної R буде напрямлена в бік прокочування стебла і воно буде втягнуте в робочий зазор h між вальцями.

При цьому захоплення стебел відбуватиметься за умови (див. розд. 5):

α	c	= arccos	1 −	(dкс − h)		,	(8.1)
				Dв
де αс — кут захоплення стебла вальцями; Dв							— діаметр відокрем-

лювальних вальців.

Під час обертання вальців горизонтальні складові нормального тиску Qx і сила тертя Fx прокочують стебла, а вертикальні складо-

ві Qy і Fy деформують (стискають) їх.

Якщо сила Р незначна (стебла часто втрачають пружність або ламаються), то умовою прокочування стебла буде:

2Fx > 2Qx .

Зусилля прокочування (тяги) стебла Pпр визначають за формулою

Рпр = 2(Fx −Qx ).

(8.2)

Дослідженнями встановлено, що зусилля захоплення і прокочу- вання стебла зростає зі збільшенням діаметра вальців. Однак при цьому збільшується ймовірність пошкодження качанів, а інколи — захоплення і прокочування (разом із стеблами) дрібних і недозрілих качанів.

340