Mathematical models for energetic loads of withdrawing-compacting rolls set and chopping unit in the forage harvester

Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW
Agriculture No 60 (Agricultural and Forest Engineering) 2012: 59–73
(Ann. Warsaw Univ. Life Sci. – SGGW, Agricult. 60, 2012)

Mathematical models for energetic loads of withdrawing-compacting rolls set and chopping unit in the forage harvester

JAROSŁAW CHLEBOWSKI
Department of Agricultural and Forest Machinery, Warsaw University of Life Sciences – SGGW

Abstract: There are presented the developed mathematical dependences for determination the effective power and specific energy related to dry matter mass of plant material for the set of withdrawing-compacting rolls and chopping unit in forage harvester. In both models the technical parameters of the machine and plant material properties were considered. In the model for effective power for driving the withdrawing-compacting rolls the Hooke’s law was used with the author’s coefficient of plant material elasticity for the layer as well as the spring characteristics. In the model for effective power for driving the chopping unit there were distinguished four phases connected with cutting of material in the throat, transporting material over the housing and in the slot between vanes of thrower and the bottom plate, and also with throwing particles outside the chopping unit. There was introduced the notion of deformation coefficient that characterizes the complex phenomena connected with friction of the material on corrugated bottom plate, its crushing, grinding, compressing and tearing up in the slot between this plate and vanes of the thrower. The obtained models were positively verifi ed under fi eld conditions during maize plants harvesting. The coefficients of correlation between the values calculated by analytical model and the values obtained in investigations exceeded 0.9. Average relative error for the set of withdrawing-compacting rolls amounted to 5.2%, while for the chopping unit to 6.1%.

Key words: mathematical model, withdrawing-compacting rolls, chopping unit, forage harvester

Streszczenie: Modele matematyczne obciążeń energetycznych zespołu walców wciągająco-zgniatających i rozdrabniającego sieczkarni polowej. Celem pracy było opracowanie modeli matematycznych opisujących procesy zachodzące w zespole walców wciągająco-zgniatających i toporowym zespole rozdrabniającym sieczkarni polowej. W opracowanym modelu matematycznym określającym zapotrzebowanie na moc efektywną, potrzebną do napędu walców wciągająco-zgniatających, uwzględniono parametry techniczne walców, obciążenie zewnętrzne działające na walce, strumień wilgotnego materiału roślinnego i jego gęstość oraz nowy współczynnik sprężystości roślin w warstwie, wyznaczony doświadczalnie. W modelu matematycznym określającym zapotrzebowanie na moc efektywną do napędu toporowego zespołu rozdrabniającego uwzględniono moc potrzebną na cięcie materiału roślinnego, przemieszczanie cząstek po obudowie zespołu rozdrabniającego i w szczelinie między łopatkami wirnika i płytką denną, oraz moc niezbędną do wyrzucenia cząstek poza zespół rozdrabniający. Modele zweryfikowano przez porównanie średnich wartości mocy i energii jednostkowej uzyskanych z modeli, oraz z badań polowych przy zbiorze kukurydzy. Wyznaczone współczynniki korelacji pomiędzy wartościami obliczonymi z modelu analitycznego i uzyskanymi z badań wynosiły powyżej 0,9.

Please use the following format to cite the selected article:
CHLEBOWSKI J. Mathematical models for energetic loads of withdrawing-compacting rolls set and chopping unit in the forage harvester. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW. Agriculture No 60 (Agricultural and Forest Engineering) 2012: 59–73

Authors’ addresses:
Jarosław Chlebowski
Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW
02-787 Warszawa
ul. Nowoursynowska 166