Archiv für Landtechnik: Band 4, Heft 2 1963/1964 [Reprint 2021 ed.] 9783112518823, 9783112518816

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DEUTSCHE DEMOKRATISCHE REPUBLIK DEUTSCHE AKADEMIE DER LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN ZU BERLIN

ARCHIV FÜR

LANDTECHNIK 53 >—( Jl « W n o

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14 i—i a w Q

i w w Q < C

1963/1964 • 4. B A N D • H E F T 2

Inhalt Dresden Die Siebleistung horizontal schwingender Plansiebe in Abhängigkeit von Siebneigung, Schwingungszahl u n d Schwingungsweite 109

BALKIN, WALTER,

Potsdam-Bornim Dichte- u n d Ertragsmessungen in Schlepperfahrspuren

KUNATH, LIESELOTTE,

137

Berlin Ü b e r d e n Schlupf a m t r e i b e n d e n Drillmaschinenrad u n d dessen Wirkung auf die Bestandsdichte der ausgedrillten K u l t u r 145

KRUPP, GERHARD,

Potsdam-Bornim Elektrische F e d e r w a a g e E F W 10/61 mit E i n k a n a l v e r s t ä r k e r T F I / 6 1

MALTRY, WERNER,

. . .

151

Berlin Teilautomatisches Gerät für die statistische Auswertung von Meßschrieben 167

K Ü H N , GERHARD,

109 Aus dem Institut für Landmaschinentechnik der Technischen Universität Dresden (Direktor: Trof. Dr.-Ing. W. GRUNER)

WALTEE

BALKIN

Die Siebleistung horizontal schwingender Plansiebe in Abhängigkeit v o n Siebneigung, Schwingungszahl und Schwingungsweite Hingegangen: 15. 12. 1963

Die Praxis verlangt nachdrücklich eine Vervielfachung der Siebleistungen der Saatgutbereitungsmaschinen. Für die Entwicklung neuer Siebmaschinen ist die Kenntnis des Einflusses der kinematischen Parameter Siebneigung, Schwingungszahl und Schwingungsweite auf die Siebleistung von ausschlaggebender Bedeutung. Daher wurden Grundlagenversuche zur Ermittlung der genannten Abhängigkeiten durchgeführt. 1.

Theoretische Überlegungen

1.1.

Leistung, Durchlauf, kritische Relativgeschwindigkeit

Als L e i s t u n g einer Siebmaschine wird die Siebgutmasse betrachtet, die sie in der Zeiteinheit unter Einhaltung einer bestimmten Sichtgüte (Trennschärfe) verarbeiten kann. Der D u r c h l a u f ist die Feinkornmasse, die in der Zeiteinheit durch die Sieblöcher fließt. J e größer bei gegebenem Feinkornanteil der Durchlauf ist, um so mehr Siebgut kann zur Erzielung einer-bestimmten Siebgüte aufgegeben werden und um so größer ist die Leistung. J e mehr Sieblöcher dem Feinkorn in der Zeiteinheit zum Durchlaufen angeboten werden, um so größer ist der Durchlauf. Die Anzahl der angebotenen Sieblöcher ist der Siebgut-Relativgeschwindigkeit, d. h. der Geschwindigkeit, mit der sich das Siebgut auf dem Sieb hin und her bewegt, proportional. Demnach ist die Siebleistung der Siebgut-Relativgeschwindigkeit proportional. Das gilt jedoch nur bei geringen Relativgeschwindigkeiten. Die Wahrscheinlichkeit, daß ein Feinkorn durch das angebotene Siebloch geht, nimmt von einer bestimmten Relativgeschwindigkeit, der kritischen Geschwindigkeit v krit an, schnell ab, weil die Körner unregelmäßig zu springen beginnen. Die Untersuchung des Einflusses der kritischen Relativgeschwindigkeit auf die Siebleistung und der durch die Überschreitung der kritischen Relativgeschwindigkeit hervorgerufenen Abweichungen der experimentell ermittelten Siebleistungen von der theoretisch zu erwartenden war ein Hauptziel der durchgeführten Arbeiten. 1.2.

Die Abhängigkeit der Siebleistung vom Siebneigungswinkel

Das Siebgut geht bei seiner Bewegung über das .Sieb relativ zum Sieb eine gewisse Strecke sv vorwärts und danach eine gewisse kleinere Strecke sr zurück. Es voll8«

110

BALKIS, Siebleistung horizontal schwingender P l a n s i e b e

führt, hierbei relativ zum Sieb einen Gesamtweg (1)

Sges

=

2Jsr

¿JsV

und einen resultierenden Weg (2)

«res =

L ^ v

-

St).

Bei einer voll ausgenutzten Siebmaschine muß theoretisch 1. Sges so groß sein, daß auf dieser Strecke die der geforderten Sichtgüte entsprechende Menge Feinkorn in den Durchlauf gegangen ist, und 2. Sges der Sieblänge L gleich sein. Wir nehmen an, daß in einer bestimmten Saatgutreinigungsmaschine ein bestimmtes Saatgut mit einem bestimmten horizontal schwingenden Plansieb gereinigt wird und an einer bestimmten Stelle des Siebes der Siebvorgang beendet ist. Die Siebleistung läßt sich zunächst dadurch steigern, daß man die in der Zeiteinheit dem Sieb zugeführte Saatgutmenge so erhöht, daß das Ende des Siebvorganges am Siebende zu liegen kommt. Damit braucht aber die maximale Siebleistung noch nicht erreicht zu sein, denn es ist noch zu ermitteln, ob sich nicht bei einem anderen Siebneigungswinkel und (p werden aus dem Siebneigungswinkel a, dem Reibungswinkel g für Korn auf Sieb und dem k i n e m a t i s c h e n K e n n w e r t tu2 • r (3)

* =

—

ermittelt. Es ist 2 7i d sin (o — a) (4)' tan w ' —— pnc(eI c+J a — j>) ktr an. cos 2 ti d sin (a + q) (5) t a n

=

r n n (a F1 — 8 Ft) 3öd~a

[m'S]

oder (19 K

'

v. 7i(a • F. - 6 • F.) —«- = * , [min/s n•r 30 • d • a '

J

Wie für den Ausdruck (15) lassen sich auch für den Ausdruck (19) Diagramme zeichnen (Feld I I von Bild 3). Mit Hilfe der gewonnenen Beziehungen sind Nomogramme für k — 1,5 (Bild 3) und k = 3,0 entwickelt worden, die für die Ermittlung der theoretischen Siebleistung in Abhängigkeit vom Siebneigungswinkel verwendet werden können. Die Felder I und I I enthalten die Kurven £ = f(a) und = /(«) mit f> als Parameter. Die Felder I I I und V enthalten Strahlentafeln, mit deren Hilfe man für die jeweils vorliegenden Werte der Sieblänge L oder des Produktes n • r aus den auf den Ordinatenachsen aufgetragenen Werten für f oder vjn • r auf den Abszissenachsen die Werte des Siebgutgesamtweges sges oder der effektiven Siebgutgeschwindigkeit ve ermitteln kann. Feld IV enthält die jeweilige, experimentell gewonnene Kurve h0 = /(.sgCä) (s. Abschnitt 2.2.). Ziehen wir in Nomogramm den Linienzug ABCD, so erhalten wir bei D die am 'Anfang des Siebes erforderliche reduzierte Schichthöhe h0. Ziehen wir den Linienzug AEFG, so erhalten wir bei G den Wert für ve.

115

Archiv für Landtechnik, 4. Band, Heft 2,1963/1964

Ziehen wir die Gerade ID parallel zu GH, so erhalten wir nach dem Strahlensatz und unter Verwendung von Gl. (17) {/om 20)

^™

=

A,

JO

=

h-ve

=

Q' T .

Mit Hilfe der eingezeichneten Linienzüge läßt sich also auf der Abszissenachse des Feldes IV die auf das Feinkorn reduzierte spezifische Siebleistung Q'/b ablesen (zugeführte Feinkornmenge in cm 3 /s für eine Siebbreite von 1 cm). Wiederholt man diese Konstruktionen für verschiedene Neigungswinkel a, so erhält man Kurven für die Abhängigkeit der reduzierten spezifischen Siebleistung von der Siebneigung (Bild 10 und 11). Die theoretische Abhängigkeit der Siebleistung von der Siebneigung läßt sich also mit Hilfe des Tomogramms (Bild 3) und der jeweiligen experimentell ermittelten Kurve h0 = f(sges) bestimmen, wenn man die reduzierte spezifische Siebleistung Q'/b auf die absolute Siebleistung Q umrechnet. 1.3.

Die Abhängigkeit der Siebleistung von Schwingungsweite und Schwingungszahl

Schwingungsweite r und minutliche Schwingungszahl n = 30 ojIji sind durch den Kennwert k =

cu2 • r 9

miteinander verbunden.

Mit Hilfe des Nomogramms und unter Verwertung von Umformungen des Kennwertes k lassen sich folgende theoretische Abhängigkeiten der Siebleistung von Schwingungsweite und Schwingungszahl ermitteln: Steigert man die Schwingungszahl bei konstanter Schwingungsweite, so vergrößert sich die Leistung stärker als proportional. 2. Steigert man die Schwingungsweite bei konstanter Schwingungszahl, so vergrößert sich die Leistung stärker als proportional. 3. Ändert man gleichzeitig die Schwingungszahl und die Schwingungsweite bei konstantem ¿-Wert, so ändert sich die Leistung proportional der Quadratwurzel aus der Schwingungsweite und dem reziproken Wert der Schwingungszahl. 1.4.

Bezug der auf einem horizontalen Sieb ermittelten Leistungen auf ein geneigtes Sieb

1.4.1.

Bezug bei den Versuchen zur Ermittlung des Einflusses der Siebneigung a

Die Kurven h0 = /(sges) werden auf einem horizontalen Sieb ermittelt (s. Abschnitt 2.2.). Sie gelten nicht ohne weiteres für geneigte Siebe, sondern müssen auf sie bezogen werden. Die Theorie von L E T O S C H N E W [1] [2] ermöglicht es, diese Umrechnung vorzunehmen. Wir tragen nach dem angegebenen Verfahren (Bild 2) die schrägen Geraden A B und BC in die Sinuskurve ein (Bild 4). Zur Ermittlung der Neigungswinkel (p und ip der schrägen Geraden A B und BC verwenden wir folgende Werte:

116

BALKIN, Siebleistung horizontal schwingender Plansiebe

Reibungswinkel Schwingungsausschlag Schwingungszahl

n = 17,5C r = 0,008 m n = 410 U/min

(Roggen), (Petkus-Super und Petkus- Gigant).

Es ergeben sich bei den gewählten Siebneigungswinkeln a folgende Werte für die maximale während einer vollen Schwingung auftretende Relativgeschwindigkeit a

Grad

¡ 0

2

¡

5

| 6

| 7,5 | 10

12,5

15

17,5

%ax Bei anderen Saatgutarten mit anderen Reibungswinkeln liegen ähnliche Verhältnisse vor. Wie Versuche (s. Abschn. 2.1.) ergaben, liegt die k r i t i s c h e G e s c h w i n d i g k e i t , bei der die Körner zu springen beginnen, ungefähr bei t>krit — 0,3...0,4 m/s (Roggen bei 0,33 m/s). Um den Einfluß der kritischen Geschwindigkeit bei a — 7,5° zu ermitteln, ziehen wir parallel zur schrägen Geraden BC im Abstand i>krit = 0,33 m/s die Gerade DE. Aus den Schnittpunkten D und E dieser Geraden und der Sinuslinie ziehen wir die Geraden DF und EG senkrecht zur ¿-Achse. Die zwischen diesen beiden Geraden liegende, durch die Schraffung angedeutete Fläche FGERDF, die den von den Körnern während dieses Zeitabschnittes zurückgelegten Relativweg srci = /frei • dt angibt, ist für den Siebvorgang so gut wie verloren, weil die Körner auf dieser Strecke wegen vrcl > « krit nicht oder nur sehr schlecht durch die Sieblöcher gehen. Wenn diese Konstruktion für alle Siebneigungen a durchgeführt wird, läßt sich die Minderung des Durchlaufs durch die kritische Relativgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Siebneigung a ermitteln. Der für ein bestimmtes Saatgut und einen bestimmten Siebboden bei horizontaler Siebanordnung ermittelte Durchlauf muß im Verhältnis der für den Siebvorgang zur Verfügung stehenden Wegflächen geringer sein, wenn man das Sieb mit a° neigt: (21)

Hierin ist qa q0 Fa

F0

Durchlauf auf dem geneigten Sieb; Durchlauf auf dem horizontalen Sieb; Summe der für den Siebvorgang zur Verfügung stehenden Restflächen HFDH und GJFJJ (Bild 4) des Abwärts- und Aufwärtsweges bei geneigtem Sieb; Summe der entsprechenden Flächen bei horizontalem Sieb.

Bei konstantem prozentualen Besatz und konstanter Sichtgüte ist die Leistung dem Durchlauf proportional. Daher sind die mit dem Nomogramm (Bild 3) ermittelten Leistungskurven, bei denen der durch die Siebneigung hervorgerufene zusätzliche Einfluß der kritischen Relativgeschwindigkeit nicht berücksichtigt ist, in gleicher

117

Archiv £ür Landtechnik, 4. Band, Heft 2, 1963/1964

Weise wie der Durchlauf zu reduzieren, um die bei geneigten Sieben zu erwartende Leistung zu erhalten: (22)

& =

Hierin ist Qa Qü 1.4.2.

0

x

die auf dem geneigten Sieb zu erwartende Leistung; die mit dem horizontalen Sieb ermittelte Leistung.

Bezug bei den Versuchen zur Ermittlung des Einflusses des Schwingungsausschlages r

Wegen des Einflusses der kritischen Relativgeschwindigkeit weichen die Kurven der Leistungskennwerte von der oben (Abschn. 1.3.) angegebenen theoretischen Gesetzmäßigkeit ab. So verlaufen z . B . die die Praxis am meisten interessierenden Kurven für die Abhängigkeit des Leistungskennwertes vom Schwingungsausschlag bei konstantem ¿-Wert nicht proportional mit der Quadratwurzel aus dem Schwingungsausschlag, sondern steigen von irgend einer Stelle an (Überschreiten der kritischen Relativgeschwindigkeit v ^ ) schwächer an und fallen sogar ab. Auf einem horizontalen Sieb wird i/'Mt bei steigendem Schwingungsausschlag später überschritten als auf einem geneigten Sieb, und die ermittelten Ergebnisse gelten daher bei geneigten Sieben für geringere Schwingungsausschläge. Um die für horizontale Siebe ermittelten Kurven (Bild 17—23) auf geneigte Siebe beziehen zu können, sind daher für die Abszissenachsen andere Maßstäbe zu verwenden. Es gilt für ein horizontales Sieb und ein mit rel = 0,21 m/s, sondern bei vtA = 0,4...0,5 m/s eintritt, ist dadurch zu erklären, daß die Inkarnatskleekörner bis ?;rel = 0,34...0,5 m/s in und

132

Balkin,

Siebleistung horizontal schwingender Plansiebe

Bild 22: Maximale Steilheit tan ß und reziproker W e r t der Länge l der Durohlaufkurven für Weizen + Inkarnatsklee ( 2 : 1 ) auf Rundlochsieb mit 2,5 mm 0 in Abhängigkeit vom Schwingungsausschlag r. Kinematischer Kennwert k = 1,5; Aufgabe: 9,6 kg/m 2

unter der Weizenschicht liegen und von ihr durch die Löcher gedrückt werden. Erst wenn die Weizenschicht mit steigender Relativgeschwindigkeit lockerer wird, setzt die Leistungshemmung ein. 7. Die Abhängigkeit der Leistung vom kinematischen Kennwert k (Bild 23). Der Wert k = oß-rjg gibt das Verhältnis der maximalen Siebbeschleunigung zur Fallbeschleunigung an und ist ein Kennwert für die in der Siebmaschine auftretenden Beschleunigungskräfte. Über einen bestimmten ¿-Wert kann aus konstruktiven Gründen nicht hinausgegangen werden. Bei höherem ¿-Wert und gleichem Schwingungsausschlag sind die maximalen Relativgeschwindigkeiten größer (Bild 23), daher müssen die Leistungskurven für k = 3 theoretisch von •^krit äb unter den Leistungskurven für k = 1,5 liegen. Das ist auch der Fall, jedoch erst von recht hohen maximalen Relativgeschwindigkeiten (i>re]max = 0,5 bis 1,1 m/s) ab. Unterhalb dieser maximalen Relativgeschwindigkeiten liegen die Leistungskurven für k = 3 über den Leistungskurven für k = 1,5. Die Ergebnisse zahlreicher Versuche wurden in einem Diagramm zusammengefaßt (Bild 24), in dem sowohl die auf dem horizontalen Versuchssieb erzielten Leistungen (punktierte Linien) als auch die auf ein mit a = 7,5° geneigtes Sieb umgerechneten Leistungen (dicke Striche) eingetragen sind. Die aus der Kurvensteilheit (tan ß) und der reziproken Kurvenlänge (1/1) ermittelten Steigerungen sind

Archiv für Landtechnik, 4. Band Heft 2, 1963/1964

133

lan/> 1,

Bild 23: Maximale Steilheit tan ß u n d reziproker W e r t der Länge l der Durchlaufkurven für R o g g e n auf L a n g l o c h s i e b m i t 3,0 m m L o c h b r e i t e in Abhängigkeit vom S c h w i n g u n g s a u s s c h l a g r. Kinematische Kennwerte k = 1,5 u n d 3 ; A u f g a b e : 11,5 k g / m 2

0,37 0S2 ost 0,77 10 20

obere Zahlen für k - 1 S .untere Zahlen für k -J t — 0.U 0,74 0,82 0.10 0.96 0,}t 1.09 1.23 70 mm 30 to SO 10 Sehwtngungtraäiüt I,0° Leistungssteigerung bei 5° (Zahlen bei den Linien • • • optim. Schwingungsausschlag repi in /n/n)

29 4S

60

. l r .

Zahlen an der Kurve • optimaler Schwingungsausschlag r0pi in mm .SS. Jbi

42 40

2

.IL

40 40 32 i 2:3

17 IT

SO

1S.S

IS

*

19

S s'iY

JA 22 Ali 22- '22 17,S_ JJJL

35

J2 m 17 m 13

TT ^r5

i 1 fö 1 0 T tan» T fan0I krit, lassen sich unter Weiterentwicklung einer Theorie von L e t o s c h n e w theoretische Aussagen über die Abhängigkeit der Siebleistung von diesen Parametern machen. Es wurde diese Abhängigkeit für verschiedene Saatgüter und verschiedene Siebe experimentell ermittelt und das Abweichen der experimentellen Kurven von den theoretischen erklärt. Absehließend wurden die möglichen Leistungssteigerungen durch Änderung der Schwingungsausschläge bei unveränderter maximaler Siebbeschleunigung bestimmt. Pe3K>Me Ilp0H3B0nHTeJIbH0CTb

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136

BALKIS, Siebleistung horizontal schwingender Plansiebe

Summary The Screening efficiency is proportional to the number of sieve openings which are, per time unit, available for the passage of the grains, i. e. the relative velocity of the materials to be graded, unless a critical value i'krit is reached with the grains starting to jump irregularly so that they are more and more rarely passed through the sieve openings. The relative velocity of the materials to be graded is a function of sieve inclination, vibratory amplitude, and the number of vibrations. Theoretical statements as to the dependency of the screening efficiency on these parameters may be made on the basis of a development of one of Letoshnev's theories, provided that v [el < ukrit. This dependency was experimentally established for different types of sedds and screens, while the deviation of the experimental curves from the theoretical ones was explained. Finally, the possible increases of efficiency on the basis of changed vibratory amplitudes with constant maximum acceleration of screening were determined. Literaturverzeichnis [1] LETOSCHNEW, M. N.: Landmaschinen. Theorie, Berechnung, Konstruktion und Prüfung. Selchosgis, Moskau, 1955, 442 — 465 [2] BALKIN, W . : Ermittlung der Abhängigkeit der Siebleistung horizontal schwingender Plansiebe von Siebneigung, Schwingungszahl und Schwingungsweite. Dissertation, T U Dresden 1961 [3] GRINKOV, J. V.: Sshnall rotierendes und vibrierendes Zylindersieb für die Getreidesichtung und seine technischen und wirtschaftlichen Kennwerte. Trudy Rostovskogo na Donu instituta sel'skochozjajstvennogo masinostroenija, Rostov am Don, Vyp. 1958, No. 11, 62 [4] BALKIN, W . : Forschungsarbeit: „Entwicklung neuer Verfahren und Vorrichtungen zur Sichtung undReinigung von Saatgut und Getreide." Plan-Nr. 21574f / 2— 14/0, Landwirtschaftsrat der Deutschen Demokratischen Republik [5] KSIFILINOV, CH. A.: Über die kinematischen Verhältnisse bei der Arbeit von Plansieben. Selchozmasina, Moskau 1954, 10, 17 — 21

137 Aus dem Institut für Landtechnik Potsdam-Bornim der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin

LISELOTTE KUNATH

Dichte- und E r t r a g s m e s s u n g e n in Schlepperfahrspuren Eingegangen: 23.10.1963

Im Rahmen von Untersuchungen über zweckmäßige Meßverfahren zur Prüfung der Eignung von Landmaschinenlaufwerken wurden im Institut für Landtechnik Potsdam-Bornim in den Jahren 1960 bis 1962 eine Reihe Feldversuche durchgeführt, bei denen Verdichtungsmessungen über die Vegetationsperiode und Ertragsmessungen in den Fahrspuren erfolgten, die für diese Versuche mit einheitlichen Laufwerken angelegt worden waren. In vielen Veröffentlichungen wird dargelegt, daß Bodenverdichtungen bei Weizen und Gerste unterschiedliche Reaktionen hervorrufen [2; 3; 5; 6; 7; 10; 12]: Weizen reagiert meist positiv, Gerste negativ. Aus arbeitstechnischen Gründen wurden diese Getreidearten auch für unsere Feldversuche als Versuchspflanzen gewählt. Die Untersuchungen erstreckten sich auf vergleichende Messungen der Boden dichte in und neben der Spur und die Feststellung des Kornerträges." Um einen möglichst großen Streubereich zu erfassen, lagen die Versuche an fünf verschiedenen Orten (Tabelle 1). 1.

Methodik

Jeweils kurz nach dem Drillen wurde mit dem Schlepper „Pionier" (RS 01/40) ohne Belastung im 2. Gang (1,4 m/s) eine Schlepperspur quer zur Drillrichtung gefahren und genau vermarkt. Eine mögliche Überdeckung mit der Drillspur wurde auf diese Weise vermieden. In den so angelegten Spuren und im benachbarten Boden wurden Porenvolumenmessungen und Wassergehaltsbestimmungen mit Stechzylindern in 7 cm und 12 cm Tiefe in 6 Widerholungen und Einstichwiderstandsmessungen mit der Bodensonde Typ 0—1 (Eigenbau des IfL [1]) in 9 Wiederholungen durchgeführt. Diese Messungen erfolgten zur Zeit der Aussaat und der Ernte, bei Wintergetreide auch im Frühjahr. Die Sondendiagramme wurden planimetriert und die Einsticharbeit bis zu einer bestimmten Tiefe, die sich nach der Rrumentiefe richtete, als Vergleichswerte benutzt 1 . Die Ermittlung des Korngewichtes erfolgte durch Ziehen der Pflanzen in und neben der Spur in 6...8facher Wiederholung auf einer Fläche von je 0,3 m mal 3,3 m. Die ermittelten Werte für Porenvolumen, Sondenwerte und Kornertrag wurden nach der indirekten Differenzmethode verrechnet und die Differenzen mit Hilfe des ¿-Testes geprüft. 1

Da die gemessenen Sondenwerte wegen ihrer Abhängigkeit von Bodenart und -Wassergehalt nur in der Gegenüberstellung von „Spur" zu „Unbefahren" Aussagekraft besitzen, wurde die Einsticharbeit zum Vergleich herangezogen und der Einstichwiderstand nicht berechnet.

138

KUNATH,

Messungen in Schlepperfahrspuren

fi

M -

S

s z

M