Влияние конструктивных особенностей шнека жатки и наработки уборочного комбайна на интенсивность изнашивания лакокрасочного покрытия днища и шнека жатки

Введение. Транспортировка материалов винтовыми конвейерами (шнеками) – сложный процесс, что обусловливает сложность его ма- тематического описания. Многочисленные исследования показывают, что точно рассчитать параметры и режимы работы винтового конвейера (шнека) по существующим формулам достаточно сложно, ошибка, как правило, достигает от 15 до 60 % [1].

Известно, что производительность винтового конвейера выражается следующим образом:

Q=f (D, r o, S, ш, а, ф, p, y) , (1)

где D - диаметр винта; r o - радиус вала винта; S – шаг винта; ω – угловая скорость вращения винта; α – угол подъема винтовой линии по наружному диаметру винта; φ – угол естественного откоса транспортируемого материала; μ – коэффициент трения зернорастительной массы о кожух и винт; γ – плотность транспортируемого материала.

Основным недостатком существующих методик является то, что при расчете различных параметров шнековых транспортирующих устройств (производительности шнека, мощности приводных устройств и других) вместо скоростей транспортируемых материалов определяют и используют скорость самого шнека. Как правило, транспортируемый материал рассматривается как однородное тело с одинаковыми физико-механическими свойствами, а перемещение этого материала осуществляется по однородной поверхности. Однако влияние физикомеханических свойств различных транспортируемых материалов на производительность шнеков и фактическое состояние поверхности, по которой транспортируется материал, на наш взгляд, может быть существенным, особенно у таких материалов, как зернорастительная масса, убираемая зерноуборочными комбайнами (пшеничная, овсяная, ржаная, ячменная и т.д.).

Влияние различных условий, таких как неравномерность подачи и распределения материала между шнеком и корпусом жатки, погодные условия (влажность, скорость ветра и пр.), при которых транспортируется растительная масса, не учитывается ввиду трудности проведения данных исследований.

Следующий недостаток – это отсутствие учета возникающего сопротивления по ходу движения материала (из-за разницы в коэффициентах трения материала о поверхности рабочих орга- нов жатки зерноуборочного комбайна) и наличия подпора у средней части шнека жатки, связанного со спецификой конструкции шнека [2].

Цель. Определить аналитическое выражение интенсивности изнашивания лакокрасочного покрытия днища и шнека жатки уборочного комбайна.

Задачи: выявить влияние изнашивания лакокрасочного покрытия днища и шнека жатки в зависимости от конструктивных особенностей жаток зерноуборочных комбайнов и определить характер износа лакокрасочного покрытия днища и шнека жатки в зависимости от его наработки.

Результаты и их обсуждение. Поверхности рабочих органов жаток зерноуборочных комбайнов окрашиваются на заводе-изготовителе различными лакокрасочными материалами. Однако исследования, проведенные на кафедре надежности и ремонта машин ФГБОУ ВО «Новосибирский ГАУ», в хозяйствах Новосибирской области, показывают, что лакокрасочные покрытия рабочих элементов жаток истираются, как правило, за один-два сезона работы зерноуборочного комбайна, покрытие истирается неравномерно и составляет от нескольких микрометров (у краев жатки) до полного истирания к середине жатки (в районе наклонной камеры) (рис. 1, а, б) [3–5]. Аналогичный характер износа и у шнека жатки.

Установлено, что увеличение износа от краев жатки к середине связано с рядом факторов, один из которых – повышение давления на лакокрасочное покрытие, зависящее от конструкции шнека двустороннего действия, определяющего движение срезаемой зернорастительной массы от краев жатки к середине.

В связи с этим транспортируемый материал – зернорастительная масса фактически перемещается по разным поверхностям, имеющим разные коэффициенты трения (например, это могут быть следующие поверхности: поверхность с эмалью, поверхность с грунтом, поверхность без лакокрасочного покрытия – металл) (рис. 2).

Из рисунка 2 видно, что зернорастительная масса перемещается по 6 участкам жатки с разными показателями коэффициента трения и давления, причем показатели 1–6, 2–5, 3–4-х участков приблизительно равны (в реальности количество и длина участков могут быть другими).

а                                          б

Рис. 1. Истертая поверхность днища жаток зерноуборочных комбайнов: а – комбайн Вектор 410 (1 сезон); б – комбайн Вектор 410 (2 сезона)

Рис. 2. Особенности работы отдельных участков поверхности днища и шнека жатки уборочного комбайна: Р 1 , Р 2 , Р 3 – давление на участках 1, 6; 2, 5; 3, 4 соответственно; µ 1 , µ 2 , µ 3 – коэффициенты трения на участках 1, 6; 2, 5; 3, 4 соответственно

Соответственно, удельная номинальная сила f на этих участках будет различна.

Так, для первого участка f1 = µ1 p1, (2) где µ1 – коэффициент трения на первом участке; p1 – давление на первом участке, кг/см2.

Для последующих участков fi = µi pi, (3) где µi – коэффициент трения на i-м участке; p1 – давление на i-м участке, кг/см2.

Неравномерное передвижение зернорастительной массы по отдельным участкам поверхности днища жатки с разными показателями коэффициента трения и давления приводит к возникновению дополнительных сопротивлений, препятствующих продвижению транспортируемой массы к наклонной камере, в связи с чем на практике комбайнеры вынуждены менять технологические режимы уборки (вылет и обороты мотовила, скорость движения комбайна и т.д.), что приводит к дополнительным издержкам и энергозатратам.

Проведенные исследования позволили определить влияние наработки комбайна на интенсивность изнашивания лакокрасочного покрытия днища и шнека жатки. Было выявлено, что различная интенсивность изнашивания лакокрасочного покрытия этих рабочих поверхностей жатки зависит в том числе и от количества зернорастительной массы, пройденной через конкретный участок (рис. 3).

Рис. 3. Распределение зернорастительной массы по жатке во время проведения уборочных работ: М - объем скашиваемой зернорастительной массы на каждом участке жатки во время проведения уборочных работ; У раб i - объем выполненных работ (количество пройденной зернорастительной массы) на определенном участке

По каждому из участков поверхности днища и шнека жатки во время движения комбайна проходит определенный объем зернорастительной массы.

Так, количество пройденной зернорастительной массы V раб1,6 (объем выполненных работ) на первом и на шестом участках жатки будет равным количеству скашиваемой зернорастительной массы M на этих участках

У раб16 = М,                     (4)

где У раб1,в - количество пройденной зернорастительной массы (объем выполненных работ) на первом и шестом участках, ц; М – количество скашиваемой зернорастительной массы, ц.

Для 2-го, 5-го участков

У раб2,5 = 2М,                   (5)

где V раб2,5 – количество пройденной зернорастительной массы (объем выполненных работ) на втором и пятом участках, ц.

Для 3-го, 4-го участков

У рабЗА = 3М,                  (6)

где У рабЗА — количество пройденной зернорастительной массы (объем выполненных работ) на третьем и четвертом участках, ц.

Общее количество зернорастительной массы, убранное комбайном (наработка), ц

W = 6М.                 (7)

В соответствии с ГОСТ 23.224-86 интенсив- ность изнашивания – это отношение износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или к объему выполненных работ, следовательно, интенсивность изнашивания лакокрасочного покрытия поверхности днища и шнека жатки можно представить как

I Vраб. = Δh/V раб , (8) где Δh – толщина изношенного слоя, мкм; V раб – объем выполненных работ, ц.

Так как интенсивность изнашивания лакокрасочного покрытия шнека и днища жаток на отдельных участках различна и их поверхности истираются неравномерно (от краев к середине), то расчет интенсивности изнашивания лакокрасочного покрытия для примера с 6 участками будет иметь вид:

для 1-го участка

1 ураб1 = (й н ~б к1 )/ У раб1 , (9) где h н – начальная толщина лакокрасочного покрытия, мкм;

h к1 – толщина лакокрасочного покрытия на первом участке после проведения уборочных работ, мкм;

для последующих участков

I урабi = (h н -h кi )/ У рабi, (10) где h кi – толщина лакокрасочного покрытия на i-м участке после проведения уборочных работ, мкм.

Таким образом, средняя интенсивность изнашивания лакокрасочного покрытия жатки уборочного комбайна в нашем случае будет иметь вид

һ н -һ к   һ н -һ к   һ н -һ к

Vраб        Vраб        Vраб раб.ср. =

һ н -һ к   һ н -һ к   һ н -һ к

V раб         V раб         V раб

6,

После преобразования получим

6(22ℎ н - 12ℎ к 1 , 6 -6ℎ _к 2 , S -4ℎкЗ, ^ )

раб.ср. =                      W                     • или

J         22ℎ н - 12ℎ к 1 , 6 - 6ℎ _к 2 , 5 -4ℎk3, 4     (13)

В общем случае формула для расчета интенсивности изнашивания жатки уборочного комбайна будет иметь вид

!          __ раб 1 ^ раб 2______ ^раб t

7 раб . ср . =

или

∑

^І Vраб . ср . =

Ahi vрабi

n

где Л ℎ i – потеря толщины покрытия участке поверхности, мкм; V рабi – объем ненных работ (количество пройденной

(15) на i -м выпол-зерно-

растительной массы) на i -м участке поверхно-

сти, ц; n – количество участков.

Полученное аналитическое выражение поз-

воляет определить интенсивность изнашивания лакокрасочного покрытия, в том числе и на их отдельных участках днища и шнека жатки уборочных комбайнов.

Выводы. Выявлено, что на производительность шнека уборочного комбайна существенно влияет фактическое состояние поверхности днища и шнека жатки, по которой транспортируется убираемая зернорастительная масса.

Определен характер износа лакокрасочного покрытия поверхности днища и шнека жатки зерноуборочного комбайна и выявлено, что интенсивность изнашивания лакокрасочного покрытия на этих поверхностях неравномерна, уменьшается от середины жатки к ее краям и зависит от наработки.

Проведенные исследования свидетельствуют о необходимости разработки технологических процессов окрашивания поверхностей днища и шнека жатки уборочных комбайнов, учитывающих специфику работы и интенсивность изнашивания лакокрасочного покрытия жатки с целью формирования покрытия, устой-