Оптимизация режимов обмолота хлебной массы на стационаре

Аннотация

Показано, что система автоматического регулирования обмолота хлебной массы в поле или при стационарном обмолоте снизит сходы зерна в солому и с очистки, недомолот зерна, обеспечит устойчивую работу пневмоконвейера.

Полный текст

УДК 631.354 ТСМ № 11-2014 Оптимизация режимов обмолота хлебной массы на стационаре Канд. техн. наук Г.Н. Поляков, д-ра техн. наук С.Н. Шуханов, П.А. Болоев (Иркутская ГСХА, shuhanov56@mail.ru) Аннотация. Показано, что система автоматического регулирования обмолота хлебной массы в поле или при стационарном обмолоте снизит сходы зерна в солому и с очистки, недомолот зерна, обеспечит устойчивую работу пневмоконвейера. Ключевые слова: молотильный аппарат, комбайн, стационарная молотилка, обмолот, сепарация, система автоматического регулирования режимов обмолота. В комбайнах и стационарных молотилках с молотильными аппаратами, оборудованными решетчатым подбарабаньем, значительная часть зерна отделяется от соломы еще в процессе обмолота. Далее зерно выделяется в соломосепараторе, качество работы которого оценивается по потерям зерна с соломой и засоренности вороха, передаваемого на очистку. Кроме того, следует учитывать приспособленность к работе в различных условиях: на влажном и сухом хлебе, полях с неровным рельефом и т.д. Поступающий из молотильного аппарата ворох на соломотрясе подвергается следующим друг за другом встряхиваниям и ворошениям, при каждом из которых слой перемещается вдоль соломотряса к выходу из молотилки. Вероятность w просеивания зерна под соломотряс за одно встряхивание равна произведению вероятности æ просеивания сквозь слой соломы и вероятности λ просеивания сквозь отверстия рабочей поверхности соломотряса: w= æ λ , (1) причем , где - суммарная площадь отверстий рабочей поверхности; - площадь рабочей поверхности соломотряса. Если промежуток времени между встряхиваниями равен , то перемещение вороха вдоль соломотряса, при котором осуществится вероятность w, равно: . (2) Вероятность просеивания на 1 м пути перемещения слоя вдоль соломотряса: . (3) Для данного соломотряса вероятности w и зависят от толщины, состава, влажности, упругости и ряда других свойств слоя вороха. Процесс просеивания зерна на соломотрясе может быть охарактеризован дифференциальным уравнением: , (4) где - подача зерна на элемент длиной , находящийся на расстоянии у от начала соломотряса. Интегрируя дифференциальное уравнение, получаем: ; , (5) где - сход зерна с соломотряса, кг/с; - подача зерна на соломотряс, кг/с; - длина соломотряса, м. Тогда сход зерна с соломотряса, %, определим по формуле: , (6) где b - количество зерна, выделенного из вороха подбарабаньем молотильного аппарата, %. Длину соломотряса, обеспечивающую при заданной подаче потери не выше допустимых, найдем из выражения [1]: Lc = , (7) где р0 - допустимые расчетные потери свободного зерна с соломой. В первом приближении можно считать, что изменение коэффициента с толщиной слоя подчиняется зависимости: , (8) где m = 0,8…1,2, причем нижние значения относятся к легким условиям работы, а верхние - к тяжелым. Значение коэффициента просеивания , соответствующее толщине слоя Н0, вычисляется на основании опытных данных по формуле: = . (9) По опытным данным значения получены в довольно широких пределах: . Очистка для выделения зерна из вороха, поступающего из-под молотильного аппарата и соломотряса, состоит из решетных станов на подвесках и вентилятора. Качество работы очистки зависит от воздушного потока, размеров решет и их отверстий, а также от кинематики решет. В зависимости от качества вороха силу и направление создаваемого вентилятором воздушного потока изменяют щитками, расположенными внутри канала вентилятора, открытием входных окон вентиляторов или изменением частоты вращения [2]. Сегодня для обеспечения более эффективной работы ведущие производители оснащают тракторы и комбайны электронными средствами контроля и автоматизированного управления - бортовыми компьютерами [3]. Качество выполнения технологических операций обеспечивается системой настройки таких параметров, как частота вращения молотильного барабана и вентилятора очистки, регулировкой зазоров открытия жалюзи, деки и др. Это позволяет поддерживать равномерность потока хлебной массы и стабилизировать выделение зерна из соломистого вороха. Система управления контролирует нагрузку на механизм обмолота, а система поддержания постоянного потока зерна поддерживает эту нагрузку путем автоматического изменения скорости движения комбайна (при стационарном обмолоте - скорости подачи хлебной массы). Функционирование молотилки можно представить в виде математической модели [1]: , (10) где - показатели эффективности работы молотилки (производительность по зерну, потери за молотилкой, потери за адаптером, величина сорной примеси в бункере, величина дробления зерна, удельный расход топлива); z - условия эксплуатации (урожайность зерна, влажность зерна и соломы, коэффициент соломистости, засоренность и щуплость зерна); x - параметры настройки молотилки (скорость движения, частота вращения барабана и вентилятора очистки, зазор на входе и выходе из молотильного аппарата, величина открытия жалюзи верхнего и нижнего решет и др.). На основе этой модели можно решить задачу оптимизации по трем группам параметров, составить алгоритм адаптивного управления технологическим процессом, выявить направление совершенствования технологии уборки зерновых культур и разработать технические средства для его реализации. Например, динамика системы регулирования подачи хлебной массы в молотильный аппарат может быть выражена в следующих безразмерных координатах: - относительное изменение толщины слоя хлебной массы; - относительное изменение подачи хлебной массы в стационарную молотилку; - относительное изменение скорости движения хлебной массы в стационарную молотилку; - относительное отклонение положения датчиков. В связи с тем, что датчик регистрирует изменение толщины слоя хлебной массы на транспортере, выходная координата изменяется пропорционально изменениям входной координаты с определенным запаздыванием. Элемент с запаздыванием можно представить как последовательное соединение двух элементов: и . (11) Для элемента с запаздыванием передаточная функция равна [4]: (12) Поэтому связь между входной и выходной координатами в операторной форме элементов системы регулирования выразим так: (13) Если эту систему уравнений представить в изображениях переменных по Лапласу и решить ее относительно регулируемого параметра , то получим: (14) Передаточные функции этого уравнения для замкнутой системы регулирования: ; (15) , (16) где Тi - постоянные времени; k - безразмерные коэффициенты усиления. Передаточная функция разомкнутой системы: . (17) Характеристическое уравнение: . (18) При исследовании систем этого типа применяем амплитудно-фазовый критерий устойчивости, так как алгебраические имеют бесчисленное количество корней. Передаточные функции разомкнутой системы можно представить в следующем виде: , (19) где . Для частотной характеристики при . (20) Если - модуль функции , а - ее аргумент, то , (21) поэтому . Таким образом, модули векторов и для каждого значения частоты одинаковы, а аргументы отличаются на фазу . Для устойчивости системы с запаздыванием, как в рассматриваемом случае, необходимо, чтобы амплитудно-фазовая характеристика пересекла вещественную ось U в пределах отрезка от начала координат до точки с абсциссой, равной U = -1. Система автоматического регулирования режимов обмолота измельченного вороха при стационарной обработке всего биологического урожая снизит сходы свободного зерна в солому, недомолот и обеспечит устойчивую работу пневмоконвейера соломы и половы.