Підвищення ефективності роботи зернозбирального комбайна з удосконаленням подрібнювального апарату PowerCast

Abstract

У роботі запропоновано підвищення енергоефективності та якості подрібнення соломи шляхом модернізації вузла зернозбирального комбайна. Інноваційна механіка різання: запропоновано двороторну контр-ротаційну схему («активні ножиці»), що реалізує принцип зустрічного зсувного зрізу. За рахунок ефекту «взаємного підпору» щільного солом'яного потоку (кути захоплення надійно перекриваються приведеним коефіцієнтом тертя), забезпечено чистий зріз вологої маси без використання статичних брусів. Геометрична інтеграція: впроваджено ексцентриковий механізм (зміщення ), що забезпечує виліт ножів (50 мм) лише в зоні різання. Це дозволило вписати двороторний модуль ( ) у штатний кожух комбайна ( ) без зміни кріплень. Розрахунковий зазор між роторами в 7 мм гарантує відсутність колізій при вібраціях. Удосконалення приводу: спроєктовано гелікоїдальне (спіральне) розміщення ножів із кутом підйому . Доведено, що спіральна розстановка зменшує кількість ножів, які одночасно врізаються в масу, в 10 разів (з 30 до 3 шт.), що радикально нівелює ударні навантаження на косозубу передачу та стабілізує крутний момент. Гібридна аеродинаміка: двороторна система функціонує як об'ємний нагнітач (компресор Рутса), формуючи турбулентний струмінь зі швидкістю >26 м/с. Це дозволило знизити енерговитрати на роботу зовнішніх розкидачів у 2,5 раза (з 5,5 до 2,1 кВт) та зменшити загальне навантаження на гідросистему комбайна на 35-40%. Забезпечено рівномірне покриття поля мульчею на ширину до 15 метрів. Матеріалознавче забезпечення: для виготовлення ножів обрано борвмісну сталь 30MnB5 із ТВЧ-гартуванням (55-60 HRC). Трибологічна проблема тертя ножів об барабан вирішена встановленням графітонаповнених поліамідних сухарів, які виконують функцію самозмащування та вібродемпфування.

The work proposes to increase the energy efficiency and quality of straw crushing by modernizing the combine harvester unit. Innovative cutting mechanics: a two-rotor counter-rotation scheme ("active scissors") is proposed, which implements the principle of counter-shear cutting. Due to the effect of "mutual support" of a dense straw flow (the capture angles are reliably overlapped by the reduced friction coefficient), a clean cut of wet mass is ensured without the use of static bars. Geometric integration: an eccentric mechanism (displacement e=25mm) was introduced, which provides a knife extension (50 mm) only in the cutting zone. This allowed the two-rotor module (H=597" mm") to be fitted into the standard combine casing (H=650mm) without changing the fasteners. The calculated gap between the rotors of 7 mm guarantees the absence of collisions during vibrations. Drive improvement: a helical (spiral) arrangement of knives with a pitch angle was designed. It has been proven that the helical arrangement reduces the number of knives that simultaneously cut into the mass by 10 times (from 30 to 3 pcs.), which radically eliminates shock loads on the helical gear and stabilizes the torque. Hybrid aerodynamics: the two-rotor system functions as a volumetric supercharger (Roots compressor), forming a turbulent jet with a speed of >26m/s. This allowed to reduce the energy consumption for the operation of external spreaders by 2,5 times (from 5,5 to 2,1kW) and reduce the total load on the combine hydraulic system by 35-40%. Uniform coverage of the field with mulch up to 15 meters wide is ensured. Materials science support: 30MnB5 boron-containing steel with high-frequency hardening (55-60 HRC) was chosen for the manufacture of knives. The tribological problem of friction of knives against the drum was solved by installing graphite-filled polyamide crumb, which performs the function of self-lubrication and vibration damping