Mähdrescher

Was passiert

Ein Mähdrescher mit einem 6 m breiten Schneidwerk erntet Weizen mit einem Ertrag von 8 t/ha; auf jedes Kilogramm Korn kommen 0,8 kg Stroh und Spreu. Das Erntegut durchläuft fünf Stufen, die jeweils speichern, was sie erhalten, und es mit der Rate M/τ wieder abgeben: das Schneidwerk mit dem Schrägförderer, die Dreschtrommel mit 600 mm Durchmesser über ihrem Dreschkorb, fünf Hordenschüttler, die Reinigung mit Gebläse und zwei Sieben sowie den Körnerelevator zu einem Korntank von 9 m³. Explizite Gesetze teilen auf, was eine Stufe verlässt: Der Anteil der Körner, die in den Ähren bleiben, sinkt exponentiell mit dem Quadrat der Schlagleistengeschwindigkeit und steigt mit der Kornfeuchte; der Dreschkorb lässt den größten Teil der ausgedroschenen Körner durch; der Anteil der Körner, die am Ende der Schüttler noch im Stroh stecken, steigt steil mit der Strohmenge, die über die Schüttler läuft; und das Gebläse bläst die Spreu hinaus und, wenn es zu stark ist, auch die Körner. Die Trommel nimmt das Drehmoment nach Gorjatschkin q·u·R/(1 − f) auf; sie wird von einem 200-kW-Motor angetrieben, dessen Drehzahl unter Last entlang der Reglerkennlinie absinkt, sodass die Trommel, das Gebläse und alle Förderorgane langsamer laufen.

Bei 5 km/h nimmt die Maschine 43,2 t/h Erntegut auf, und der Motor gibt 105 kW bei 2174 U/min ab; die auf 950 U/min eingestellte Trommel dreht mit 918 U/min. In den Ähren bleiben 0,16 % der Körner, 0,39 % verlassen die Maschine mit dem Stroh, und 0,26 % gehen in der Reinigung verloren – zusammen 0,81 %; in den Korntank gelangen 23,8 t/h. Schnelleres Fahren belastet die Schüttler: Die Verluste erreichen 1,5 % bei 6,19 km/h und 3,22 % bei 8 km/h. Oberhalb von etwa 10,1 km/h reicht die Motorleistung für die Maschine nicht mehr aus, und bei 12 km/h verstopft die Trommel nach 10,7 s. Bei 400 U/min lässt das Gebläse 88 % der Spreu als Decke auf den Sieben liegen, und die Reinigung verliert 1,70 %; bei 1450 U/min bläst es 6,19 % der Körner hinaus. Bei 20 % Kornfeuchte bleiben 1,29 % in den Ähren und 0,91 % im Stroh. Bei einem Dreschkorbabstand von 20 mm bleiben 2,06 % unausgedroschen, dafür entstehen nur 0,83 % Bruchkorn statt 1,07 %. Der Korntank ist nach etwa 18 min voll, und die Abtankschnecke leert ihn mit 90 kg/s.

Modell: Jede Stufe ist ein ideal durchmischter Speicher, dessen Durchlaufzeit mit steigender Motordrehzahl kürzer wird; die Abscheidegesetze sind explizite, didaktische Abhängigkeiten, kein Modell der Ähren, der Strohmatte oder der Luft, und das Feld ist gleichmäßig. Die Trommel verstopft, wenn die Last den Motor unter 60 % seiner oberen Leerlaufdrehzahl drückt; beim Freiräumen wird der Gutpfropfen ins Schneidwerk zurückgeschoben. Der Motor wird durch eine statische Drehmomentkennlinie mit dem Drehzahlabfall seines Reglers beschrieben, und die Bewegungsenergie der fahrenden Maschine bleibt außerhalb der Energiebilanz. RK4 mit Schritten von 10 ms; die Massenbilanz des Ernteguts geht exakt auf, und die Energiebilanz stellt die Arbeit des Motors dem Dreschen, der Abscheidung und Reinigung, dem Fahren, dem Abtanken und den rotierenden Teilen gegenüber.

Zum Ausprobieren

Beobachten Sie, wie das Erntegut vom Schneidwerk in den Korntank gelangt und sich die Verluste einpendeln. Fahren Sie dann in einem schweren Bestand schneller, bis die Schüttler Korn verlieren und die Trommel verstopft, probieren Sie Gebläse, Dreschkorbabstand und feuchtes Erntegut aus, und tanken Sie ab, bevor der Korntank voll ist.