Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Обоснование выбора темы и анализ отечественного опыта снижения потерь урожая сои за жаткой комбайна 8
1.2. Анализ зарубежного опыта снижения потерь урожая сои за жаткой комбайна 12
1.3. Анализ исследований по определению влияния неровностей поверхности поля на работу жатки комбайна 16
1.4. Влияние механизма соединения жатки с наклонной камерой на высоту среза растений сои 19
1.5. Обзор по исследованиям динамических характеристик жатки комбайна 24
1.6. Цель и задачи исследования 27
2. Теоретические исследования двухсекционного жатвенного аппарата 33
2.1. Методика теоретического исследования 33
2.2. Уравнения движения двухсекционного жатвенного аппарата для уборки сои ;;... 35
2.3. Динамика движения двухсекционного жатвенного аппарата 46
3. Программа и методика экспериментальных исследований 57
3.1. Программа экспериментальных исследований 57
3.2. Особенности конструкции двухсекционного жатвенного аппарата для уборки сои 59
3.3. Условия проведения полевых экспериментов 64
3.4. Приборы и приспособления для измерения исследуемых процессов 70
3.5. Методика проведения полевых экспериментов 73
3.6. Методика подсчета опытных данных 78
3.7. Оценка влияния неровностей поверхности поля на работу жатвенного аппарата 81.
4. Результаты эксжриментальных исследований 86
4.1. Показатели условий проведения полевых опытов 86
4.2. Сравнение качественных показателей серийной жатки и двухсекционного жатвенного аппарата . 87
4.3. Состояние неровностей поверхности гребней соевого поля перед началом уборки 92
4.4. Статистические характеристики серийной жатки комбайна СКД-5Р с копирующим листом 99
4.5. Зависимость высоты среза и равномерности хода плавающего режущего аппарата от параметров опытного приспособления 103
4.6. Варьирование высот несрезанных растений сои за двухсекттионным жатвенным аппаратом 109
4.7. Динамические характеристики двухсекционного жатвенного аппарата 114
4.7.1. Амплитудно-частотные характеристики 114
4.7.2. Анализ коэффициентов передаточной функции 119
4.7.3. Амплитудно-фазовые характеристики 122
4.8. К определению наивыгоднейших динамических характеристик жатвенного аппарата для уборки сои 124
5. Технико-экономическая оценка работы двухсекционного жатвенного аппарата на уборке сои 132
Общие выводы и рекомендации 140
Литература 143
- Анализ исследований по определению влияния неровностей поверхности поля на работу жатки комбайна
- Динамика движения двухсекционного жатвенного аппарата
- Сравнение качественных показателей серийной жатки и двухсекционного жатвенного аппарата
- Амплитудно-фазовые характеристики
Введение к работе
Основная задача сельского хозяйства, как отмечено в " Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981- 1985 годы и на период до 1990 "ив Продовльственной программе СССР состоит в том, чтобы обеспечить дальнейший рост и большую устойчивость сельскохозяйственного производства, всемерное повышение эффективности земледелия и животноводства для более, полного удовлетворения потребностей населения в продуктах питания и промышленности в сырье, улучшение качества всех видов кормов, решение проблемы кормового бедка, прежде всего за счет увеличения производства сои и других высокобелковых культур / I, 2, 3, 4/.
В материалах июльского (1978 г.) Пленума ЦК КПСС указано на необходимость создания сети специализированных соесеющих хозяйств и оснащения их необходимой техникой для обеспечения роста производства сои / 5 /.
В 1977 году Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление " 0 мерах по увеличению производства сои ". Этим постановлением предусмотрено организовать крупную базу выращивания сои в южных районах РСФСР, Украины, Молдавии, в Закавказье и на юге Казахстана, а также увеличить валовой сбор зерна сои на Дальнем .Востоке. Министерству сельского хозяйства СССР и ВА.СШЛ поручено осуществить в 1979... 1985 годах комплексную программу научных исследований по селекции, семеноводству и технологии возделывания ценной культуры Должны быть также приняты меры к внедрению комплексной механизации возделывания и уборки сои, повышению урожайности и увеличению валовых сборов этой культуры, сокращению потерь при уборке и улучшению качества
В нашей стране соя занимает 850. .900 тысяч гектаров пашни, в основном на Дальнем Востоке / 7,8 /• В этой зоне соя является экономически наиболее выгодной культурой. Она выделяется среди других культур универсальностью использования и имеет большое народнохозяйственное значение /9, 10, II /.
Распространенные на Дальнем Востоке сорта сои характеризуются низким прикреплением бобов на стебле и неравномерностью распределения их на растениях. Основная масса зерна сои находится в нижних ярусах растений в непосредственной близости к поверхности почвы Так на высоте до 30 см количество соевых бобов составляет 60...65$. в том числе на высоте до 10 см - 5...9$ от общей массы бобов растения / 12/. Поэтому соеуборочные машины в соответствии с агротребованиями, предъявляемыми к ним, должны срезать растения на высоте не более 7 см и иметь потери за жаткой не более Ъ% урожая / 13, 14/.
Отсутствие специальных сое уборочных машин и сменных приспособлений для уборки сои приводит к большим потерям уже выращенного урожая от не вымолота, невытряса и особенно от высокого среза при уборке.
В условиях Дальнего Востока потери зерна сои за жаткой, при уборке прямым комбайнированием достигают 20...25$ от убираемого урожая / 15, 16/. Одной из главных причин таких потерь является высокий срез - 12...20 см и некачественное копирование неровностей поля режущим аппаратом.
В США потери зерна сои при уборке комбайном достигают четверти урожая Особенно большие потери зерна наблюдаются за жаткой комбайна. Они достигают значительной величины, в среднем 13 / 37 /.
Следовательно, вопрос о снижении потерь зерна сои за жаткой имеет большое значение. В настоящее время в нашей стране и за рубежом ( в основном в (Ж) ведутся работы по созданию специальных соеуборочннх машин и сменных приспособлений для уборки сои / 12, 13, 17, 18, 19 /.
Ценность сои как кормовой и технической культуры и тенденция на расширение занимаемых соей посевных площадей - все это требует нового подхода при создании машин для возделывания и уборки сои.
Жатка уборочной машины должна качественно копировать неровности поверхности поля, обеспечивать надежную работу режущего аппарата в различных почвенных условиях и обеспечивать низкий и равномерный срез растений сои. Только соблюдение этих требований, позволит уменьшить потери зерна сои за жаткой комбайна.
Недостатки, присущие серийной жатке и существенному механизму соединения жатки с молотилкой комбайна, могут быть устранены применением такого механизма соединения режущего аппарата с жаткой, который бы позволил режущему аппарату копировать не-ровности поверхности поля независимо от колебаний жатки Решению этой проблемы должна соответствовать намеченная схема двухсекционного жатвенного аппарата для уборки сои, имеющего механизм навески плавающего режущего аппарата работающего по принципу " волочения".
При обосновании и исследовании конструкции такого приспособления с плавающим режущим аппаратом для уборки сои к жатке зерноуборочного комбайна, в настоящей работе сделан анализ существующих механизмов применяемых на уборке сои в СССР и за рубежом, даны основные направления развития соеуборочннх машин, установлен характер влияния основных параметров на качественные показатели двухсекционного жатвенного аппарата и исследованы основные характеристики его с помощью методов статистической динамики•
Анализ исследований по определению влияния неровностей поверхности поля на работу жатки комбайна
Уменьшение высоты среза зависит от многих факторов: конструкции копирующих органов и конструкции самой жатки, от состояния поверхности почвы к началу уборки, а также от способа возделывания сои ( посевы на гребнях и на ровной поверхности) Качество копирования жаткой, а вместе с ней и режущим аппаратом неровностей поверхности поля зависит от скорости движения комбайна VM , нагрузки на опорный лист жатки, упругости уравновешивающих пружин и др. параметров В ряде работ / 22,26,30,31 / указывается на значительное влияние скорости движения комбайна на высоту среза растений сои и соответственно на величину потерь урожая. В табл. 1.2 показано изменение величины потерь урожая сои за жаткой в зависимости от скорости движения комбайна.
Из табл. 1.2. следует, что чем больше скорость \/м ,тем больше величина потерь за жаткой. Особенно резко величина по - 17 терь й% возрастает при скорости движения более 1,5 м/с. Поэтому, убирают сою в основном на скорости 0,9..,1,4 м/с. Дальнейшее повышение VM приводит к возрастанию потерь свободными и нбсрезанными бобами / 22, 24, 27, 28 / В рассматриваемом диапазоне скоростей потери урожая сои за жаткой составляют значительную величину, причем при уборке сои на гребнях величина потерь еще более возрастает и нередко достигает 20...25$.
В исследованиях М.Р.Алшинбаева, В.А.Алиева, В.Х.Зулашева и др. авторов / 42, 43, 44, 45, 46 / при оценке работы жатвенной части комбайна СЕД-5Р показано, что возрастание потерь урожая с увеличением скорости вызывается значительными колебаниями жатки. По мнению указанных авторов варьирование колебаний жатки, а следовательно и режущего аппарата, происходит вследствие взаимодействия уборочной машины с поверхностью поля. Поэтому, потери урожая зависят, в основном, от среднестатистических показателей неровностей поверхности поля / 43, 47, 48, 49 /.
Этот вывод был сделан в результате анализа работы комбайна СКД-5Р, имеющего жатку с опорными башмаками, на уборке зерновых и риса. Для подтверждения влияния неровностей поля на потери урожая за жаткой с копирующим листом комбайна СЩД-5Р на уборке сои, нами было проанализировано влияние среднестатистических показателей ( средней высоты неровностей поверхности поля rr?z и среднего квадратического отклонения 0 ) на качественные показатели жатки ( табл. 1.3.).
Из табл. 1.3. следует, что минимальные потери урожая сои (9,6/0 соответствуют наименьшему значению среднестатистической величины неровности соевого поля ( їТІ =2,0 см). Следовательно, при уборке сои большое значение имеет выровненность соевых полей. Профиль поверхности поля оказывает значительное
Основными видами потерь урожая сои являются потери свободно опавшими и несрезанными бобами. При работе комбайна на поле, имеющем неровности, которые характеризуются среднестатистическими величинами mr 9,5 см преобладают потери несрезанными бобами, а в случае когда Юі 9,5 см потерт свободно опавшими бобами и несрезанными бобами находятся примерно в равных пропорциях.
Результатом потерь свободно опавшими бобами является вымолот зерен сои режущим аппаратом и мотовилом Разделить на количественные пропорции потери, полученные в результате работы режущего аппарата и мотовила - трудно. Величина потерь несрезанными бобами зависит в основном от конструктивной высоты среза и от величины угловых колебаний жатки. Поэтому, целесообразно оценивать работу жатки как общими потерями, так и поте - 19 рями по видам.
Из табл. 1.3. видно, что поверхность соевых полей характеризуется значительными неровностями ( mz = 16,5 см, (fz =7,0 см). Это можно объяснить некачественной обработкой поверхности поля, значительной комковатостью, а также неодинаковой поглотительной способностью почвы, что вызывает усадку почвы на разную глубину.
Динамика движения двухсекционного жатвенного аппарата
Преобразуем полученную систему уравнений (2.27). Для этого, заменим координаты lffc и Срп переменными /? и Z/? , представляющими собой изменение высоты среза ( плоскости резания) растений сои соответственно в продольной и поперечной плоскостях.
Из схемы на рис; 2.2 имеем :
Окончательный вид передаточных функций (2.44 и 2.50) можно будет установить по данным экспериментальных исследований.
В заключении отметим, что полученные выражения для передаточных функций приспособления для уборки сои, установленного на жада-ку комбайна, по основным возмущениям, имеющим место в реальных полевых условиях на уборке сои, дают возможность решить ряд практических задач, связанных с динамикой работы двухсекционного жатвенного аппарата.
Из теоретических исследований следует :
I» Получены общие дифференциальные уравнения движения (2.27) жатвенного аппарата для уборки сои с четырьмя степенями свободы в малых отклонениях обобщенных координат с учетом ущугих свойств уравновешивающих пружин жатки 2. Установлен вид передаточных функций двухсекционного жатвенного аппарата (2 44 и 2.50) по отношению к неровностям поверхности поля и по отношению к возмущениям, обусловленным сопротивлением среды.
Окончательно вид передаточных функций (2.44, 2 50) можно будет получить после проверки экспериментом.
3« Полученные выражения передаточных функций жатвенного аппарата для уборки сои по отношению к внешним возмущениям позволяют решить практичесвую задачу, связанную с определением наивыгоднейших: параметров его.
Основной задачей экспериментального исследования динамики двухсекционного жатвенного аппарата для уборки сои является установление значений коэффициентов его передаточных функций. Также важной задачей экспериментального изучения динамики жатвенного аппарата является уточнение вида передаточной функции.
Полная и исчерпывающая характеристика получается при исследовании жатки комбайна и секций режущего аппарата исследуемого приспособления под воздействием внешних возмущений, таких как неровности поверхности поля. Это позволяет вскрыть со всей полнотой возможности серийного жатвенного аппарата и двухсекционного приспособления, наметить более точно схему нового механизма и улучшить его конструкцию.
При исследовании равномерности хода секций режущего аппарата проводились полевые испытания цель которых - определение наивыгоднейших значений параметров двухсекционного жатвенного аппарата, обеспечивающих низкий и равномерный срез растений сои.
В программу исследований входили следующие вопросы : X. Определение высоты среза Нср и устойчивости движения режущего секций плавающего аппарата ( среднего квадратического отклонения ЄР и коэффициента вариации VP ) по неровностям поверхности поля в зависимости от параметров : длины тяг ; М - массы системы и угла Щ ( угол наклона тяги к горизонту в первоначальном положении, когда опорные поверхности секций режущего аппарата приспособления, жатки и гусениц комбайна лежат в одной горизонтальной плоскости) .
. 2. Определение высоты среза Нср и устойчивости движения секций плавающего режущего аппарата приспособления ( Gp t \/р ) в зависимости от поступательной скорости уборочного агрегата.
Сравнение качественных показателей серийной жатки и двухсекционного жатвенного аппарата
Для сравнения качественных показателей двухсекционного жатвенного аппарата и серийной жатки были определены : средняя высота среза и потери в виде свободных, срезанных и несрезанных бобов по каждому опыту.
Из приведенных данных ( табл.4.1 и табл.4.2) видно, что обще потери и высота среза за жаткой и опытным приспособлением снизились в среднем в 1,8 раза. Высота среза плавающего режущего аппарата практически удовлетворяет агротребованиям, предъявляемым к высоте среза на уборке сои ( высота среза не более 7 см). Благодаря низкому срезу ( рис. 4.1) и надлежащему копированию неровностей поверхности поля режущим аппаратом особенно резко снизились потери несрезанными бобами.
Возрастете потерь за жаткой с плавающим режущим аппаратом по мере увеличения скорости комбайна VM происходит не так интенсивно как за жаткой без двухсекционного приспособления. Но в обоих случаях прослеживается некоторое влияние скорости на рост потерь.
Следует отметить, что основными потерями за жаткой без приспособления являются потери свободными и несрезанннми бобами Преимущественные потери за жаткой с плавающим режущим аппаратом - это потери свободными и срезанными бобами. Несколько меньше по сравнению с ними потери несрезанннми бобами.
Таким образом, величина потерь за жаткой по видам находится в определенной пропорции. Кроме этого, потери зависят от скорости движения комбайна. Поэтому, целесообразно оценивать работу жатки как общими потерями и средней высотой среза, так и потерями по видам.
Изменение скорости движения комбайна оказывает значительное влияние на качественные показатели серийной жатки и жатки с двухсекционным плавающим режущим аппаратом.
Из табл.4.3 и рис» 4.2 следует, что чем больше скорость движения комбайна, тем выше высота среза и потери за жаткой» Причем,высота среза за серийной жаткой возрастает интенсивней, чем за жаткой, с опытным приспособлением. Потери урожая сои за жаткой резко возрастают при скорости движения комбайна близкой к 1,5 м/с и более высоких скоростях для обоих рассматриваемых случаев. Таким образом, исследование динамических характеристик приспособления с двухсекционным режущим аппаратом целесообразно проводить в диапазоне эксплуатационных скоростей, верхний предел которого ограничен величиной VM =1,5 м/с,
Кроме этого, на состояние поверхности гребней сказывается качество обработки почвы и сложность возделывания сои. Обильное количество дождей приводит к образованию наледи на поверхности гребней. В результате, поверхность гребней представляет собой сложный рельеф с глубокими впадинами и значительными выступами.
По данным профилирования были получены значения pzn ( ) и гп( си ) Опытные ф2 ( / ) и G Zn (со ) показаны на графике ( рис, 4.3)» Значения показателей характеристик изменения неровностей поверхности гребней приведены в табл.4.4 /106 /.
Амплитудно-фазовые характеристики
Значения угла сдвига фаз f { ) приведены в табл. 4.10. Как видно из табл. 4.10 и рис. 4.12 на величину А ( со ) и угол (р ( со ) рассматриваемых процессов при одних и тех же частотах изменение скорости движения агрегата и изменение длины тяг оказывает некоторое влияние. Так при очень низких и наиболее высоких частотах с увеличением скорости движения комбайна V м угол сдвига фаз (0 ( и) ) и величина вектора А ( и) ) возрастают. Увеличение расстояния 0А до 47 см, наоборот, вызывает уменьшение значений (р ( со ) и А ( сО ) на низких и наиболее высоких частотах. Следовательно, для того, чтобы изменение амплитуды выходного процесса Aj и сдвиг фазы были как можно меньше, необходимо увеличить длину тяг в пределах возможности конструкции приспособления. Увеличение длины тяг до 47 см позволило получить примерно такие же значения угла (р{ и) ) при Ум - 1,28 м/с, как и при Ум = = 0,90 м/с и 0А = 34 см.
4.8. К определению наивыгоднейших динамических характеристик жатвенного аппарата для уборки сои
На рис. 4.13а построены графики изменения коэффициента демпфирования _Р двухсекционного жатвенного аппарата в зависимости от скорости движения комбайна V м. Как.видно из рисунка, коэффициент демпфирования возрастает с увеличением скорости, причем более интенсивно при 0А=34 см. При увеличении длины тяг до 47 см величина коэффициента демпфирования опытного приспособления и интенсивность возрастания его с увеличением скорости движения комбайна снижаются. В связи с этим улучшается способность копирования плавающим режущим аппаратом неров Для оценки работы двухсекционного приспособления построены графики общих потерь U% ( свободно опавшие бобы, срезанные и не-срезанные бобы) урожая за жаткой при уборке сои в зависимости от скорости V м ( рис. 4.136). При 0А=34 см и 40 см процент потерь за жаткой увеличивается более интенсивно, чем при 0А=47см. Это очевидно объясняется ухудшением копирующей способности плавающего режущего аппарата. При 0А=47 см процент потерь меняется с 7,8 до 8,4 по мере возрастания скорости V м от 0,88 до 1,3 м/с. Коэффициент демпфирования при этом изменяется от 0,37 до 0,44. Амплитудно-частотная характеристика жатвенного аппарата, соответствующая указанным значениям коэффициента демпфирования, лежит в пределах А (о) ) = 2,75...2,55 при СО = 5...6 с""1. В том случав, когда максимум амплитудно-частотной характеристики двухсекционного приспособления находится вне данного предела при указанной частоте, копирующая способность плавающего режущего аппарата ухудшается и величина потерь урожая сои увеличивается.
Анализируя динамику жатвенного аппарата для уборки сои и графики на рис. 136 можно сказать, что качественные показатели и копирующая способность двухсекционного жатвенного аппарата улучшаются по мере увеличения длины тяг. Однако результаты исследований, приведенных в параграфе 4.5 показывают, что увеличение длины тяг за пределы 45...47 см приводит к нарушению технологического процесса уборки сои.
В целом эксперименты показали, что для обеспечения минимальных потерь ( практически не выше 8%, рис. 4.136), низкого среза растений сои и устойчивой работы приспособления с двухсекционным режущим аппаратом необходимо иметь длину тяг в пределах 45...47 см и первоначальный угол наклона ЦГо к горизонту в пределах 26...30.
Графики изменения потерь урожая сои, высоты среза и коэффициента демпфирования ( рис. 4.13 и рис. 4.2) не имеют точек перегиба, то есть они не имеют абсолютного максимума или минимума, поэтому, исходя из имеющихся данных, невозможно определить наивыгоднейший режим работы двухсекционного приспособления на уборке сои.
Для установления наивыгоднейших значений передаточной функции (4.7) и наивыгоднейшего режима работы двухсекционного жатвенного аппарата необходима синтезирующая оценка работы его, пол - 129 ностью учитывающая эксплуатационно-технологические показатели жатвенного аппарата на уборке сои» Такой синтезирующей оценкой являются экономические показатели.
Из анализа результатов экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Потери за жаткой с плавающим режущим аппаратом и высота среза, по сравнению с серийной жаткой, снизились в среднем в 1,8 раза. Причем, полученная высота среза растений сои практически удовлетворяет агротребованиям ( высота среза не более 7 см), предъявляемым к соеуборочным машинам. Вследствие низкого среза потери несрезанными бобами снизились в среднем в 2,5 раза.
2. Поверхность соевого поля с гребневым посевом сои в момент уборки характеризуется значительными неровностями ( Wz п = -10,1 см, 0Z/7 = 1,84 см, \/Zn Bt2%) и является основным источником внешних возмущений колебаний жатвенного аппарата комбайна.
3. Серийная жатка с копирующим листом комбайна СЭД-5Р неудовлетворительно перерабатывает поступающие на нее воздействия в виде неровностей поверхности поля.
