 |
Анализ работы режущего аппарата
|
|
|
|
Цель анализа – изучить процесс резания стеблей режущими аппаратами с различными типами механизмов привода. Для этого необходимо:
1) Установить закономерности изменения скорости перемещения сегмента режущего аппарата;
2) Определить рабочие скорости резания хлебной массы лезвием сегмента и сравнить с допустимой;
3) Построить графики траекторий перемещения сегментов режущих аппаратов и графики пробега активной части лезвия;
4) Построить диаграммы высоты стерни для стеблей, расположенных:
− по линии m – m −у кромки противорежущей пластины пальца (рисунок 6.4);
− по линии m 1– m 1, смещенной относительно этой кромки на некоторое расстояние (рисунок 6.5).
Современные зерноуборочные комбайны снабжены однопробежными режущими аппаратами нормального резания с одинарным ходом ножа, у которых шаг сегментов t и шаг пальцев t о равны между собой, т. е. t = t o = 76,2 мм. При этом ход S ножа равен
S = k t = k t 0, (6.1)
где k = 1 – для комбайнов типа СК - 5А «НИВА»;
k = 1,115 – для комбайнов КЗС - 7 и «ЛИДА-1300»;
k = 1,155 – для комбайнов «ДОН - 1200» и «ДОН - 1500».
Параметры сегментов и противорежущей части (пластины) пальца режущего аппарата приведены в таблице 6.1.
Для комбайнов «ДОН» активная кромка лезвия сегмента
h = b − (f + m), (6.2)
где m – неактивная часть кромки лезвия сегмента.
Таблица 6.1 − Размерные характеристики сегментов и противорежущей
части (пластины) пальца режущего аппарата
| Марка комбайна | Размеры, мм | ||||||||
| t | l | b | f | b 2 | b 1 | h | S | m | |
| СК – 5М | |||||||||
| «ДОН – 1500», «ДОН – 1200» | |||||||||
| КЗС – 7, «ЛИДА - 1300» |
а) б)
|
|
|
Рисунок 6.1 – Детали режущей пары:
а – сегмент; б – противорежущая пластина пальца
На комбайнах установлены различные по конструкции механизмы привода ножа:
− СК- 5А «НИВА» – кривошипно-шатунный;
− «ДОН - 1200» и «ДОН - 1500» – механизм качающейся шайбы;
− КЗС - 7 и «ЛИДА - 1300»– механизм Шумахера.
Каждый из этих механизмов привода имеет отличительные особенности в закономерности скорости перемещения ножа.
Исходные данные:
− размеры сегмента и противорежущей пластины пальца;
− шаг сегментов t, шаг пальцев t о и ход S ножа;
− рабочая скорость машины V м, м/c, определенная из условия обеспечения максимальной загрузки рабочих органов;
− частота вращения вала кривошипа n н, частота вращения или колебаний вала соответствующего механизма привода ножа (приложение В);
− закономерность изменения скорости движения ножа.
6.1 Режущий аппарат с использованием кривошипно-шатунного механизма (КШМ) привода (СК - 5А «НИВА»).
Для этого типа привода ножа k = 1. Тогда:
−ход ножа
S = t = t 0 = 76,2 мм. (6.3)
− скорость перемещения ножа
u н = ω √ r 2 – x 2 = ω y. (6.4)
6.1.1 Определение скорости начала и конца резания (рисунок 6.2).
Так как процесс резания происходит по принципу ножниц, то начало резания осуществится в момент встречи точки A лезвия АВ с противорежущей пластиной пальца в точке A 1 (лезвие займет положение А 1 В 1). При дальнейшем движении сегмента вправо режущая кромка, соприкасаясь с противорежущей пластиной пальца, будет защемлять растения и перерезать их. Резание закончится, когда точка B лезвия сегмента встретится с противорежущей пластиной пальца в точке B 2, а лезвие сегмента АВ займет положение А 2 B 2 .
Скорость начала и конца резания:
− в принятом масштабе на расстоянии S по оси x нанести оси симметрии пальцев и сегментов ()рисунок 6.2);
− согласно данным, приведенным в таблице 6.2, нанести противорежущие пластины пальцев и сегменты режущего аппарата;
|
|
|
− обозначить режущие кромки AB и A 3 B 3 сегментов;
Рисунок 6.2 –Определение скорости резания
для режущего аппарата с кривошипно-шатунным приводом
− обозначить положение точек А – начала координат xAy и 0 – центра полуокружности;
− радиусом r = S / 2 провести полуокружность;
− переместить режущую кромку AB в положение A 1 B 1.
− из точки A 1 восстановить перпендикуляр до пересечения с окружностью в точке k 1;
− обозначить ординату y н и соответствующее ей перемещение x н – начало резания;
− переместить режущую кромку A 1 B 1 в положение A 2 B 2;
− из точки A 2 восстановить перпендикуляр до пересечения с окружностью в точке k 2;
− обозначить ординату y к и соответствующее ей перемещение x к – окончание резания;
− нанести перемещение x н ножа до начала резания, x к – в конце резания и x р – в течение процесса резания;
− замерить ординаты y н и y к, определить скорости начала и окончания резания
V р н = ω y н и V р к = ω y к. (6.5)
Сравнить полученные значения скорости резания V р н и V р к с допустимыми (V р ≥ 1,5 м/с).
6.1.2 Построение траектории абсолютного движения точек ножа. Сегменты ножа режущего аппарата во время движения комбайна участвуют в двух видах движения – относительном по отношению к пальцам жатки и переносном вместе с комбайном.
Для построения:
− разделить полуокружность на части (не менее 6) и обозначить точки 1; 2; 3…6 (рисунок 6.3);
− определить величину перемещения машины за один ход ножа – подачу на нож
L = (π V м) / ω = (30 V м) / n; (6.6)
Рисунок 6.3 – Построение траектории абсолютного движения точек сегмента режущего аппарата с кривошипно-шатунным приводом
− отложить на оси ординат A 2 z (по направлению движения комбайна)величину подачи L на нож и разделить ее на 6 частей (что и полуокружность), обозначив соответственно точки 1¢; 2'; 3'...6';
− провести из точек 1; 2; 3…6 на полуокружности вертикальные линии, а из точек 1¢; 2'; 3'...6' – горизонтальные до их взаимного пересечения в точках, которые и будут промежуточными точками траектории;
− соединить точки кривой, которая представляет собой траекторию перемещения точек активной части лезвия сегмента ножа (А–А1);
|
|
|
− соединить этой траекторией точки В и В 1.
Траекторию использовать при построении графика пробега режущей кромки сегмента с кривошипно-шатунным приводом (рисунок 6.4).
6.1.3 Построение графика пробега активной части лезвия сегмента и диаграммы высоты стерни.
Для кривошипно-шатунного привода ножа шаг сегментов t, шаг пальцев t о и ход S ножа равны между собой – 76,2 мм (таблица 6.1). Величина перемещения L машины за один ход ножа определяется по формуле 6.5.
Вычертить график пробега активной части лезвия сегмента:
− на расстоянии S провести осевые линии перемещения двух соседних пальцев режущего аппарата и ширину противорежущей пластины;
− вычертить четыре (I, II, III, IV) положения сегмента на расстоянии L друг от друга;
− используя шаблон траектории абсолютного перемещения точексегмента (рисунок 6.3), соединить крайние точки соответствующих режущих кромок сегмента;
− определить графически величину угла θ (направление отгиба стеблей), для этого отложив по горизонтали π R, а по вертикали – L;
− отметить точки a, b, c, d, e пересечения траекторий с линией m – m;
− предполагая, что срезаются стебли, растущие по линии m – m, графически определить отгибы: поперечный – q 2 и максимальный продольный – q 3.
Рисунок 6.4 – Построение графика пробега активной части лезвия сегмента
и диаграммы высоты стерни для стеблей, растущих по линии m – m
Из графика пробега активной части лезвия сегмента следует, что стебли, которые расположены на отрезках ab и de срезаются режущей кромкой AB сегмента без отгиба у противорежущей пластины правого пальца при прямом ходе ножа (слева направо − соответственно из положения I в положение II и из III в IV). Стебли, расположенные на отрезка bc, отгибаются режущей кромкой CD сегмента при обратном ходе ножа (справа налево − из положения II в положение III) и срезаются с поперечным отгибом q 2 у левого пальца.
Стебли, расположенные на отрезке cd, отгибаются пальцевым брусом вперед по ходу комбайна и срезаются в точке d с разным по величине продольным отгибом, максимальная величина которого равна q 3. При каждом последующем ходе ножа картина изменения высоты стерни будет циклически повторяться.
|
|
|
Построение диаграммы высоты стерни (рисунок 6.4). Для этого:
− провести линию, соответствующую поверхности поля;
− из точек a, b, c, d и e провести линии до пересечения с поверхностью поля;
− на участках ab и de высота среза соответствует высоте установки режущего аппарата – h (срез осуществляется без отгиба – q = 0);
− для определения высоты стерни при срезе стеблей с отгибом, расположенных на участке bc, отложить величину поперечного отгиба q 2 и определить высоту стерни;
− для определения величины отгиба на участке cd отложить величину продольного отгиба q 3, разделив на несколько равных по величине частей, и определить высоту стерни с учетом переменной величины отгиба.
Стебли, растущие в треугольнике cdk, срезаются в точке d с разными отгибами при перемещении сегмента из положения III в положение IV.
Для определения величины отгиба стеблей, расположенных на линии m 1 – m 1 (рисунок 6.5), необходимо:
− на графике пробега активной части лезвия сегмента между режущими кромками левого и правого пальцев провести линию m 1 – m 1;
Рисунок 6.5 – Построение графика пробега активной части лезвия сегмента
и диаграммы высоты стерни для стеблей, растущих по линии m 1 – m 1
− обозначить точки a 1, b 1, c 1, d 1, e 1 пересечения траекторий с линией m 1 – m 1;
− графически определить отгибы этих стеблей при срезе: поперечные – q 21 и q 22 и максимальный продольный – q 3.
Стебли, которые растут на отрезках a 1 b 1 и d 1 e 1, отгибаются режущей кромкой AB сегмента и срезаются с поперечным отгибом q 21 у противорежущей пластины правого пальца при прямом ходе ножа. Стебли с отрезка b 1 c 1 отгибаются режущей кромкой CD сегмента при обратном ходе ножа и срезаются с поперечным отгибом q 22 у левого пальца. Стебли с отрезка c 1 d 1 срезаются в точке d с разным по величине продольным отгибом, максимальная величина которого равна q 3.
6.1.4 Большинство стеблей срезаются с некоторым отгибом от вертикального положения. В результате высота стерни получается больше высоты установки режущего аппарата над поверхностью поля.
Потери возможны, если высота стерни больше или равна минимальной длине стеблестоя
L min ≤ l ст max, (6.7)
где l ст – высота стерни (определить из диаграммы (рисунки 6.4, 6.5) или аналитически по нижеприведенным выражениям);
L min – минимальная длина стеблестоя.
Высота стерни для второй и третьей (максимальное значение) зон отгиба
l ст2 = √ h 2 + q 22 и l ст3 = √ h 2 + q 32max , (6.8)
где h – высота установки режущего аппарата относительно поля;
|
|
|
q 2 и q 3 max – соответственно значение поперечного и максимального продольного отгиба стеблей (рисунки 6.4 или 6.5).
Сравнить полученные расчетные значения l ст3 и l ст3 с построением.
Предельная высота h пр установки режущего аппарата должна соответствовать условию: минимальная длина (l ср min) срезанных стеблей должна быть больше или равна максимальной высоте стерни
l ср min ≥ l ст max. (6.8)
Предельно допустимый отгиб q пр (приняв l ст = L min)
q пр= √ L 2min − h 2. (6.9)
Сравнить полученный результат с величиной отгиба q 2 и q 3 max, и сделать заключение об их соответствии и, при необходимости, дать предложения по выполнению необходимых условий выполнения технологического процесса работы рабочих органов жатки.
6.2 Режущий аппарат с использованием в приводе механизма качающейся шайбы ( «ДОН - 1200» и «ДОН - 1500»).
В зерноуборочных комбайнах типа «ДОН» ход S ножа больше шага сегментов t и пальцев t о:
S = 1,155 t =1,155 t 0 = 88 мм, (6.10)
где t = t o = 76,2 мм.
Согласно [8] и [9], закон изменения скорости перемещения ножа с механизмом качающейся шайбы отличается от используемого в комбайне СК - 5А «НИВА».
Для привода с механизмом качающейся шайбы
u н кш = μ ω r sinω t = μ ω √ r 2 − x 2, (6.11)
где μ – параметр, учитывающий отличие в изменении скорости ножа с приводом через механизм качающейся шайбы от кривошипно-шатунного привода.
μ = (1 / cosα) [1 – (x 2 / r 2) sin2α]. (6.12)
6.2.1Определение скорости начала и конца резания(рисунок 6.6):
– на расстоянии t = t o = 76,2 ммпровести осевые линии перемещения двух соседних пальцев режущего аппарата и отметить ширину противорежущей пластины;
− определить величину относительного смещения осей симметрии сегментов по отношению к осям симметрии пальцев
∆ S = (S − t) / 2 = (88 − 76) / 2 = 6 мм;
− вычертить сегменты согласно рисунку 6.6;
Рисунок 6.6 – Определение скорости резания
для режущего аппарата с приводом качающейся шайбы
− обозначить режущие кромки AB и A 3 B 3 сегментов;
− провести ось ординат 0 y;
− по приведенным в таблице 6.2 результатам расчетов [по формулам (6.11) и (6.12) для S = 88 мм] отложить значения ординат yi = μi y i в зависимости от значений аргумента x i;
− соединить точки 1, 2, 3, … 6 плавной кривой и 6–13;
− переместить режущую кромку АВ сегмента в положение А 1 В 1 и из точки А 1 провести ординату А 1 k 1 = y н до пересечения с левой частью параболы.
− переместить режущую кромку А 1 В 1 сегмента в положение А 2 В 2 и из точки А 2 провести ординату А 2 k 2 = y к до пересечения с правой частью параболы;
− показать перемещение x н ножа до начала резания, x к – в конце резания и x р – в течение процесса резания;
− определить скорости начала и окончания резания
V р н = ω y н и V р к = ω y к.
Таблица 6.2 − Значения изменения скорости перемещения
ножа с приводом качающейся шайбы в зависимости от угла поворота качающей шайбы
 i
| μi | x i | y i | μi y i | μiω | μiω y i |
| 0,951 | 47.11 | |||||
| π /12 | 0.713 | 42,5 | 11,4 | 47.44 | 0.54 | |
| π /6 | 0,976 | 38,1 | 21,5 | 48.35 | 1.06 | |
| π /4 | 1.001 | 31,1 | 31,1 | 31.1 | 49.60 | 1.54 |
| π /3 | 1,026 | 38,1 | 39,1 | 50.84 | 1.94 | |
| π /2.4 | 1.045 | 11,4 | 42,5 | 44.4 | 51.77 | 2.21 |
| π /2 | 1,051 | 46,2 | 52.08 | 2.29 |
Ординаты y н и y к представляют собой скорость перемещения ножа в масштабе ω. Вид кривой изменения скорости резания с приводом качающейся шайбы является парабола. Однако ее использовать для определения скоростей резания в зависимости от перемещения ножа неудобно. С целью повышения точности определения примем полуокружность радиуса r = S / 2 = 44 мм. Тогда ординаты y н и y к будут представлять собой скорость резания в масштабе μω.
Сравнить полученные значения скорости резания V р н и V р к с допустимыми (V р ≥ 1,5 м/с).
6.2.2 Построение траектории абсолютного движения точек сегмента (рисунок 6.7).
Вычертить взаимное расположение сегментов и пальцев согласно рисунку6.7. Затем:
− для удобства дальнейшего построения провести радиусом r = S / 2 полуокружность с центром в точке 0;
− разделить полуокружность на шесть частей и обозначить точки 1; 2; 3…6;
− определить величину перемещения машины за один ход ножа – подачу на нож по выражению 6.6;
Рисунок 6.7 – Построение траектории абсолютного движения сегмента режущего аппарата с приводом качающией шайбы
− из точки D провести ординату z, отложить на нейвеличину подачи L на нож и разделить на части, как и полуокружность, обозначив соответственно точки 1¢; 2'; 3'...6';
− провести из точек пересечения лучей-радиусов с параболой вертикальные линии, а из точек 1¢; 2'; 3'...6' – горизонтальные – до их взаимного пересечения в точках, которые и будут промежуточными точками траектории;
− соединить эти точки кривой А – А 1, которая представляет собой траекторию абсолютного движения сегмента режущего аппарата с приводом качающией шайба и также В и В 1.
6.2.3 Построение графика пробега активной части лезвия сегмента и диаграммы высоты стерни.
Вычертить график пробега активной части лезвия сегмента для стеблей, растущих по линии m – m (рисунок 6.8) или m 1 – m 1 (рисунок 6.9 согласно методике приведенной в разделе 6.1.3).
Рисунок 6.8 – Графика пробега активной части лезвия сегмента
и диаграммы высоты стерни для стеблей, растущих по линии m – m
Рисунок 6.9 –Построение графика пробега активной части лезвия сегмента
и диаграммы высоты стерни для стеблей, растущих по линии m 1 – m 1
6.3 Режущий аппарат с использованием в приводе механизма Шумахера.
В зерноуборочных комбайнах КЗС - 7 и «ЛИДА-1300» ход S ножа превышает шаг сегментов t и пальцев t о:
− ход ножа:
S = 1,115 t =1,115 t 0 = 85 мм,
где t = t o = 76,2 мм;
− скорость перемещения ножа
u н ш = (30 ω V р) / π n ш.
6.3.1. Определение скорости начала и конца резания(рисунок 6.10):
− на расстоянии t = t o = 76,2 ммпровести осевые линии перемещения двух соседних пальцев режущего аппарата и отметитьширину противорежущей пластины;
− определить величину смещения осей симметрии сегментов относительно осей симметрии пальцев
∆ S = (S − t) / 2 = (85 − 76) / 2 = 4,5 мм;
− провести оси симметрии сегментов) и вычертить сегменты согласно данным таблицы 6.1;
− обозначить режущие кромки AB и A 3 B 3 сегментов;
− провести ось ординат Сy.
Рисунок 6.10 – Определение скоростей резания
для режущего аппарата с приводом Шумахера
Закономерность изменения скорости перемещения ножа с механизмом Шумахера отличается от закономерностей рассмотренных выше приводов. Изменение скорости перемещения ножа с механизмом Шумахера происходит по трапеции, скорость ножа в пределах среза стеблей по величине постоянна.
В связи с отсутствием информации по теории движения ножа с применением механизма Шумахера, в первом приближении высоту (ординату y ш) трапеции следует определять исходя из допустимой скорости резания ([ V р] = 1,5…3,0 м/c) для зерновых культур и с учетом частоты вращения ведущего вала механизма привода режущего аппарата для комбайнов КЗС - 7 и «ЛИДА - 1300»
y ш = V р / ωш.
Частота вращения ведущего вала механизма
ωш = (π n ш) / 30,
где 
– частота вращения ведущего вала механизма (приложение В).
Высота трапеции с учетом скорости резания V рш:
y ш = (30 V р) / π n ш;
− отметить положение точек А – начала координат xAy и 0 – центра полуокружности;
− радиусом r = S/ 2 = 42,5 мм провести полуокружность с центром в точке 0;
− на высоте y ш, провести горизонтальную линию до пересечения с полуокружностью в точках E и F;
− провести наклонные линии СЕ и DF.
В системе координат xCy ломаная линия CEFD представляет собой закономерность изменения скорости перемещения ножа;
− переместить режущую кромку АВ сегмента в положение А 1 В 1 и из точки А 1 провести ординату А 1 k 1 = y н = y ш;
− переместить режущую кромку А 1 В 1 сегмента в положение А 2 В 2 и из точки А 2 провести ординату А 2 k 2 = y к = y ш;
− нанести перемещение x н ножа до начала резания, x к – в конце резания и x р – в течение процесса резания;
− замерить ординаты y н и y к, определить скорости начала и окончания резания
V рн = ωш y н = ωш y ш и V рк = ωш y к = ωш y ш.
6.3.2 Построение траектории абсолютного движения точек ножа (рисунок 6.11).
Вычертить положение сегментов и пальцев, как показано на рисунке 6.11 и, используя закономерность скорости резания (рисунок 6.10), построить траектории абсолютного движения точек режущего аппарата с приводом Шумахера.
Для этого:
− радиусом r = S / 2 провести полуокружность с центром в точке 0;
− разделить полуокружность на несколько равных частей (не менее 6) и обозначить точки 1; 2; 3…6;
− определить величину перемещения машины за один ход ножа по выражению (6.6);
− из точки D провести ординату z, отложить на нейвеличину подачи L на нож и разделить на шесть частей, как и полуокружность, обозначив соответственно точки 1¢; 2'; 3'...6';
Рисунок 6.11 – Траектория перемещения сегмента ножа
режущего аппарата с приводом Шумахера
− провести из точек пересечения лучей-радиусов с трапецией вертикальные линии, а из точек 1¢; 2'; 3'...6' – горизонтальные – до их взаимного пересечения в точках, которые и будут промежуточными точками траектории (рисунок 6.11);
− соединить эти точки кривой, которая представляет собой траекторию перемещения точек активной части лезвия сегмента ножа;
− соединить этой траекторией точки А и А 1, а также В и В 1.
6.3 Построение графика пробега активной части лезвия сегмента и диаграммы высоты стерни.
Для привода ножа с механизмом Шумахера исходными данными являются: шаг сегментов и пальцев – t = t 0 = 76,2 мм; ход ножа – S = 85 мм; ∆ S = 4,5 мм.
Вычертить график пробега активной части лезвия сегмента и диаграммы высоты стерни для стеблей, расположенных по линии m – m (рисунок 6.12) или m 1 – m 1 (рисунок 6.13), используя методику, приведенную в пункте 6.1.3.
Рисунок 6.12 – График пробега активной части лезвия сегмента
и диаграмма высоты стерни для стеблей, растущих по линии m – m
Рисунок 6.13 – График пробега активной части лезвия сегмента
и диаграмма высоты стерни для стеблей, растущих по линии m 1 – m 1
|
|
|
