Обоснование и разработка процессов и машин для раздельной уборки льна-долгунца

Оборачиватель ОКП-1,5К кроме оборачивания лент льна производит комлеподбивание в них стеблей, что увеличивает выход длинного волокна при переработке тресты на льнозаводе.

Следует отметить, что с целью устранения выявленных дефектов лент все машины указанного комплекса оснащены устройствами для принудительного расстила (УПР).

В третьей главе «Поисковые исследования» приведены методика и результаты исследований точности копирования ленты льна в ее плоскости при подборе с поверхности поля подбирающим рабочим органом, расположенным сзади трактора или сбоку по ходу движения агрегата, а также результаты исследований скорости и количества ударов при комлеподбивании, необходимых для устранения излишней растянутости стеблей в слое.

В табл. 1 представлены числовые характеристики точности копирования ленты при различных способах его осуществления и при работе двух различных схем подборщиков-очесывателей.

Таблица 1

Точность копирования ленты подбирающим барабаном

Способ копирования	Схема с задним расположением подбирающего аппарата		Схема с боковым расположением подбирающего аппарата
	mТ, см	Т, см	mТ, см	Т, см
По средине	-5,80…+6,52	4,31…6,53	-7,60…+8,53	3,97…5,21
По вершинам	-6,00…+11,4	5,08…6,35	-9,20…+7,57	5,78…7,50
По комлям	-8,90…+4,04	4,31…8,14	-11,00…+9,82	4,71…8,82

Точность копирования во всех случаях имеет значительные колебания (Т = 3,97...8,82 см), которые обусловлены индивидуальными способностями механизатора реагировать на все встречающиеся изгибы ленты льна. В большинстве случаев копирование осуществляется с систематической ошибкой yс, которая характеризуется математическим ожиданием mТ исследуемого процесса и колеблется в пределах от -11,0 до +11,4 см. Следует также отметить, что копирование посредине ширины ленты осуществляется несколько точнее, чем в двух других случаях. Данный факт объясняется тем, что механизатор при выборе направления подбирающего рабочего органа на средину ленты визуально ориентируется сразу по трем ординатам: верхушечной, комлевой и по средней частям ленты. Тогда как в других случаях ориентирование осуществляется только по одной ординате — или по вершинной части ленты, или по комлевой.

На основании изложенного, с целью повышения технологической надежности машины и уменьшения необходимого диапазона взаимного перемещения очесывающего аппарата и ориентирующего устройства, копирование при подборе ленты льна рекомендуется выполнять посредине ширины ленты.

Анализ результатов исследований скорости и количества ударов при комлеподбивании, необходимых для устранения излишней растянутости стеблей в слое, показывает, что уменьшение растянутости интенсивно происходит при первых двух…трех ударах. При каждом последующем ударе увеличивается количество стеблей, участвующих в комлеподбивании, и поэтому интенсивность снижения растянутости стеблей в ленте уменьшается. При этом скорость удара оказывает заметное влияние на повышение эффективности комлеподбивания. Наибольший эффект наблюдается при скорости удара V = 2,43 м/c. Если обеспечить такой режим работы комлеподбивающего механизма, то полное устранение растянутости стеблей в слое по комлям произойдет после совершения всего лишь трех ударов. Максимальное количество воздействий (n = 8 ударов) для получения указанного эффекта по результатам исследований наблюдалось при скорости нанесения ударов V = 1,4 м/с. Однако при работе комлеподбивателя на этом, не самом действенном, режиме, требуемые агротехникой значения относительной растянутости слоя ( = 1,2) могут быть достигнуты за два удара.

Таким образом, для устранения излишней растянутости стеблей в ленте при ее оборачивании достаточно нанести по комлевой части слоя два…три удара комлеподбивающей поверхностью со скоростью 1,4…2,43 м/с.

В четвертой главе «Теоретические предпосылки новых технологических процессов раздельной уборки льна» рассмотрены аналитические зависимости влияния случайных процессов при работе теребилки и подборщика-очесывателя на полноту отделения семян от стеблей, обоснована необходимость применения ориентирующего устройства, представлены теоретические исследования по определению рациональных параметров ОУ, разработана теория процесса комлеподбивания в конвейерном комлеподбивателе наклонного типа, теоретически обоснована необходимость увеличения сил трения между стеблевой массой и транспортирующим ремнем УПР.

1. Влияние случайных процессов при работе теребилки и подборщика-очесывателя на полноту отделения семян от стеблей. Полнота отделения семенной части урожая от стеблей зависит от того, насколько случайный процесс изменения ширины зоны очеса ленты льна BЛ(t) согласован с активной зоной BК гребневого очесывающего аппарата. При этом для полного отделения семенных коробочек должно выполняться условие:

. (1)

Применительно к подборщику-очесывателю с неподвижным очесывающим аппаратом ширина зоны очеса ленты льна определяется по формуле:

. (2)

где , , — процессы изменения ширины зоны очеса, обусловленные, соответственно, колебаниями размера ba зоны расположения коробочек в стеблестое льна, растянутости b стеблей в ленте и ординаты yв расположения вершин стеблей на входе в очесывающий аппарат, определенными неточностью копирования ленты льна подбирающим рабочим органом.

Известно, что наиболее распространенным распределением, хорошо описывающим большинство физических процессов, наблюдаемых при работе сельскохозяйственных машин, является нормальное распределение Гаусса. Анализируя формулу (2) и принятое допущение, становится очевидным то, что мы имеем дело с композицией нормальных законов (рис. 1).

Отсюда плотность вероятности распределения ширины зоны очеса будет определена по выражению:

. (3)

Однако, для определения потерь семян Псем. необходимо знать количество семенного материала, оставшегося за пределами активной зоны очесывающего аппарата. Очевидно, что и распределение количества семенных коробочек Кс по ширине зоны очеса в каждом конкретном поперечном сечении ленты льна также будет соответствовать нормальному закону распределения (рис. 2).

Отсюда, ординаты основных параметров этого процесса будут находиться по выражениям:

, , (4)

где n, согласно правилу «трех сигм» изменяется в пределах от 0 до 3.

Для уменьшения потерь семян очесывающий аппарат должен быть всегда сориентирован таким образом, чтобы проекции середины его активной зоны и центра рассеивания количества семенных коробочек совпадали (см. рис. 3 а).

В этом случае вероятные потери семян – Псем., геометрически выраженные заштрихованными площадями, аналитически можно представить зависимостью, которая характеризуется вероятностью Р попадания случайной величины Кс, подчиненной нормальному закону, на участок от до :

Псем.=1 - Р(

где и — ординаты проекций границ активной зоны очесывающего аппарата на кривую f(Кс).

Результаты исследований точности копирования ленты льна подбирающим аппаратом подборщика-очесывателя показали, что в большинстве случаев присутствует систематическая ошибка ±yс (см. рис. 3 б,в).

Выражаясь через стандартную функцию распределения Ф(Z), формула (5) примет следующий вид:

. (6)

Полученные в результате расчета числовые значения дают основания считать, что при работе подборщика-очесывателя потери семян от несоблюдения условия (1) могут достигать 11 и более процентов.

Наибольшая часть потерь обусловлена случайными отклонениями подбирающего аппарата от ленты льна. При этом снизить указанные потери семян, возможно путем применения в конструкции подборщика-очесывателя устройства для ориентированной подачи ленты льна в очесывающий аппарат. Кроме того, повысить точность копирования можно формированием прямолинейных лент льна при работе теребилки, оборудованной УПР.

2. Оценка возможности исправления ошибок копирования подбираемой ленты льна при раздельной уборке.

Принцип действия ориентирующего устройства основан на смещении стеблевой массы под действием силы тяжести по наклонной поверхности стола 1 до касания комлевой частью ориентирующего конвейера 4 в процессе транспортирования ленты льна от подбирающей части к очесывающему аппарату (см. рис. 4). Основное требование, предъявляемое к ОУ — смещение стеблей, достаточное для исправле-

ния ошибок копирования кривизны ленты льна, полученных в результате неточного ее подбора с поверхности поля.

Рассматривая схему сил, действующих на стебли, при равномерном перемещении их лопатками 3, закрепленными на поверхности конвейеров 2, и проецируя эти силы на оси X и Y, получили систему дифференциальных уравнений:

(7)

После преобразований проекция ускорения стебля на ось Y запишется в виде нелинейного дифференциального уравнения второго порядка:

. (8)

где fк, fс, fл — соответственно, коэффициенты трения скольжения стеблей по резиновой поверхности конвейеров, по неподвижной поверхности стола и по поверхности лопаток.

Результаты решения уравнения (8) представлены графически на рисунках 5 и 6. При этом ширину конвейеров измеряли в долях единицы от ширины стола ориентирующего устройства. В одном случае в качестве конвейеров можно использовать колковый транспортер (h=0), в другом — вся поверхность стола является транспортирующим конвейером (h=1). В связи с тем, что значения fк, fс, fл мало отличаются друг от друга, то для расчетов использовали обобщенный коэффициент трения — f, изменяющийся в пределах от 0,5 до 1,1.

Установлено, что для повышения эффективности работы ориентирующего устройства необходимо уменьшать скорость конвейеров до 1,5 м/с, а угол наклона стола увеличивать до 60. Сопоставляя результаты исследований точности копирования (см. табл. 1) с величиной смещения Y стеблей (рис. 5, 6), видно, что выбранная для расчетов длина конвейеров 1 м достаточна для исправления всех возможных ошибок копирования кривизны ленты льна. Результаты исследований можно также использовать при проектировании конструкции конвейерного комлеподбивателя наклонного типа оборачивателя-комлеподбивателя.

3. Уменьшение растянутости стеблей в ленте при ее оборачивании путем применения конвейерного комлеподбивателя наклонного типа (рис. 7).

При работе оборачивателя-комлеподбивателя в многообразных условиях функционирования стеблевая масса может иметь различные физико-механические свойства, которые случайным образом влияют на характер поведения слоя в процессе комлеподбивания в нем стеблей. Это означает, что контакт слоя с КП может начаться с различной скоростью в любой момент времени — tК после входа в комлеподбиватель и после каждого удара независимо от фазы поворота активатора. Очевидно, что случайная величина времени tК начала

каждого контакта слоя стеблей с КП распределена с равномерной плотностью — на всем участке времени любого i-го воздействия. Для оценки активности процесса комлеподбивания необходимо определить вероятность нанесения эффективных ударов КП по комлям стеблей:

, (9)

где — длительность благоприятной для удара фазы движения КП, когда направления ее движения и скорости противоположны направлению движения слоя стеблей под действием силы тяжести; — длительность любого полного i-го движения КП.

Геометрически эта вероятность представляет собой не заштрихованную площадь на рис. 8.

При работе предложенного конвейерного комлеподбивателя наклонного типа активаторы могут содержать 1, 2, 3…m роликов. В результате проведенных расчетов получены графики движения и скорости любой точки М комлеподбивающей поверхности под воздействием одно-, двух- и трехроликовых активаторов, для

всех случаев определены значения вероятностей нанесения эффективных ударов с учетом длительностей благоприятной и неблагоприятной для удара фаз движения КП, обоснована целесообразность ее наклона в совокупности с двухроликовой конструкцией активаторов.

На основе проведенных расчетов с использованием экспериментальных данных, полученных в результате исследований, разработана номограмма для определения оптимальных параметров и режимов работы комлеподбивающего конвейера (см. рис. 9). В результате получены следующие значения:

R=0,043…0,048 м,

=27,95…46,21 рад./с,

=8,9…14,7 удар./с

n=5,6…9,3 удар.,

= 1,4…2,43 м/с,

= 0,565…0,588,

4. Исследование процесса принудительного расстила ленты. Для устранения дефектов лент стеблей льна в Костромской ГСХА предложено устройство для принудительного расстила одноременного типа, которое может быть установлено на все машины для раздельной уборки, а также на льноуборочные комбайны.

При перемещении ленты растений таким устройством по расстилочному столу траектория центра тяжести стеблей на участке, где происходит их поворот, представляет дугу окружности (см. рис. 10). На протяжении всего пути ленты со стороны транспортера на стебли действуют удельные силы р, осуществляющие их перемещение, удельные силы трения , направленные против движения и удельные силы тяжести G. Расположим оси координат x, y, z так, чтобы плоскость xoy

лежала в плоскости стола, и спроецируем на них все силы, действующие на ленту при ее движении:

(10)

. (11)

В результате решения указанной системы уравнений получены следующие условия транспортирования ленты по заданной траектории:

, (12)

. (13)

Графический анализ представленных зависимостей показал (см. рис. 11), что при небольшой влажности стеблей (20…32 %) лента льна будет перемещаться по расстилочному столу, но при этом будет происходить ее смещение относительно заданной траектории, так как сил трения, действующих перпен-

дикулярно движению ленты недостаточно для ее удержания. Это может привести к перекосу растений в ленте и увеличению ее искривлений.

При повышенной влажности растений (до 50 %) из-за увеличения коэффициентов трения лента льна не смещается относительно заданной траектории, но при этом сил трения стеблей с транспортирующим ремнем недостаточно для перемещения растений. Очевидно, что для нормальной работы УПР недостаточно гладкой рабочей боковой кромки ремня.

Поэтому для удержания стеблей на заданной траектории при их транспортировании к поверхности поля необходимо увеличивать силу трения между стеблями льна и транспортирующим ремнем путем прижатия к нему стеблевой массы и нанесения рифлей на рабочей кромке указанного ремня.

В пятой главе «Экспериментальные исследования» приведены обоснования необходимости плющения стеблей льна-долгунца при раздельной уборке, ориентирования ленты льна перед подачей ее в очесывающий аппарат, представлена оценка величины смещения ленты льна в ориентирующем устройстве подборщика-очесывателя ПОЛ-1,5К, обоснованы основные параметры и режимы работы наклонного комлеподбивателя конвейерного типа оборачивателя ОКП-1,5К, изложены методика и результаты корреляционно-спектрального анализа процесса ориентирования ленты льна в подборщике-очесывателе ПОЛ-1,5К, методика и результаты экспериментальных исследований влияния принудительного расстила ленты стеблей на параметры её кривизны при раздельной уборке льна-долгунца.

1. Обоснование необходимости плющения стеблей льна-долгунца при его раздельной уборке. При производственных проверках технологии раздельной уборки выявлено, что комлевая часть стеблей, расплющенная вальцами при тереблении растений, вылеживалась значительно быстрее. Объясняется это тем, что вершины повреждаются при очесе семенных коробочек спустя некоторое время (5…10 дней) после плющения комлевой части, в которой к этому моменту уже активно происходит процесс вылежки. Кроме того, при раздельной уборке очес семенных коробочек производится, как правило, на подсушенном льне, стебли которого имеют бльшую жесткость и меньший коэффициент трения. Следовательно, можно предположить, что повреждений, наносимых гребневым очесывающим аппаратом, явно недостаточно — нужно плющить весь стебель, комли в первую фазу уборки, а вершины во вторую при помощи плющильных вальцов, вращающихся с разными окружными скоростями.

Для реализации указанных выше предложений разработаны и изготовлены плющильные аппараты в компоновке с устройством для принудительного расстила одноременного типа, которые установлены на теребилку-плющилку ТПЛ-4К и подборщик-очесыватель ПОЛ-1,5К.

Целью экспериментальных исследований является повышение выхода и качества длинного волокна путем применения новых технологических процессов плющения стеблей при раздельной технологии уборки льна.

В результате расчета коэффициентов регрессии получена математическая модель, характеризующая зависимость проценто-номера PN1 длинного волокна от усилия сжатия P, разности окружных скоростей V вращения плющильных вальцов и плотности стеблевой массы:

(14)

Установлено, что максимальный проценто-номер волокна получен из тресты, стебли в которой расплющены с усилием сжатия вальцов Р=2,5 кН при средних значениях плотности стеблевой массы и разности окружных скоростей вращения плющильных вальцов равной V=0,214…0,428 м/с.

Для определения влияния способов уборки и режимов плющения на выход и качество волокна проведен анализ по четырем вариантам технологий (см. табл. 2).

Таблица 2

Проценто-номер волокна в зависимости от технологий уборки льна-долгунца

Комбайновая технология без плющения	Раздельная технология
	без плющения	с плющением комлевой части	с плющением всего стебля
193,0	201,6	225,1	245,4