Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1 Агробиологические основы уборки зерновых культур 9
1.2 Обзор существующих технологий уборки зерновых культур 10
1.3 Влияние параметров хлебного валка на работу молотильного аппарата зерноуборочного комбайна 14
1.4 Анализ устройств для аккумулирования хлебной массы 26
1.5 Выводы и задачи исследования 34
2 Теоретическое обоснование режимов работы сплошного накопительного транспортера порционной жатки 35
2.1 Основные требования, предъявляемые к порционному валку 35
2.2 Разработка схемы порционной жатки 35
2.3 Обоснование линейной плотности валка и ширины межвалковых полос 38
2.4 Определение ширины валка из условия устойчивого положения его на стерне 43
2.5 Обоснование скорости движения сплошного накопительного транспортера в режиме накопления хлебной массы 45
2.6 Обоснование скорости движения транспортера в режиме выгрузки 53
2.7 Обоснование длины сплошного накопительного транспортера порционной жатки 56
2.8 Обоснование расположения технологических разрывов сплошного накопительного транспортера, необходимых для установки устройств отвода хлебной массы от колес энергетического средства 59
2.9 Выводы 60
3 Программа и методика проведения экспериментальных исследований 63
3.1 Основные положения и условия проведения экспериментов 63
3.2 Определение характеристики культуры 65
3.3 Определение параметров валка 68
3.4 Определение структуры валков 69
3.5 Определение связности валков 73
3.6. Исследования устойчивости валков на стерне 73
3.7 Определение процесса сушки хлебной массы в экспериментальном и обычном валках 74
3.8 Определение качественных показателей при скашивании в валки, подборе и обмолоте их комбайном 76
3.9 Определение температурного режима в валках хлебной массы 81
3.10 Методика обработки опытных данных 81
4 Результаты полевых испытаний порционной жатки 84
4.1 Условия проведения испытаний 84
4.2 Влияние скорости транспортера в режиме накопления на параметры и качественные показатели валков 86
4.2.1 Определение зависимости линейной плотности валка от скорости транспортера в режиме накопления S6
4.2.2 Влияние скорости транспортера на параметры валка и потери зерна при выгрузке 92
4.3 Определение параметров и качественных характеристик валков 95
4.3.1 Параметры валков 95
4.3.2 Структура и связность валков 97
4.3.3 Устойчивость валков на стерне 105
4.3.4 Динамика сушки хлебной массы в валках 107
4.3.5 Анализ температурного режима хлебной массы в валках ПО
4.3.6 Потери зерна при формировании валков, их подборе и обмолоте 113
4.4 Выводы 115
5 Экономическая эффективность применения порционной жатки 116
Основные выводы и предложения 120
Список использованных источников 122
Приложения ...135
- Влияние параметров хлебного валка на работу молотильного аппарата зерноуборочного комбайна
- Обоснование скорости движения сплошного накопительного транспортера в режиме накопления хлебной массы
- Определение качественных показателей при скашивании в валки, подборе и обмолоте их комбайном
- Определение зависимости линейной плотности валка от скорости транспортера в режиме накопления
Введение к работе
Сельскохозяйственные культуры, как объект механизированной уборки весьма разнообразны по физико-механическим свойствам. Зональность набора зерновых культур и различие в морфологических характеристиках их районированных сортов определяемых урожайностью, высотой, густотой стеблестоя, пониклосгью и полеглостью растений, устойчивостью к самоосыпанию. Такое разнообразие факторов в сочетании с погодными условиями в период уборочного сезона создает трудности при выборе оптимальной технологии уборки и комплекса машин для ее реализации применительно к каждой зоне.
Существуют комбайновые технологии уборки по способу скашивания: прямое комбайнирование и раздельная уборка.
Агрономической основой той или иной технологии являются объективные закономерности процессов зернообразования в растениях злаковых культур в период их вегетации и дозревания зерна.
Установлено, что раздельная уборка зерновых культур в наибольшей степени соответствует определенной стадии развития растений, так при уборке раздельным способом озимой пшеницы, ржи, овса, ячменя получают самый высокий урожай.
В сложившихся в нашей стране условиях раздельная уборка стала эффективным приемом уборки засоренных, влажных, неравномерно созревающих хлебов, позволяющих на 3...5 дней раньше начинать их косовицу. При этом снижается общая напряженность уборочной компании, увеличиваются производительность комбайнов на подборе валков, снижаются потери зерна от самоосыпания.
В последнее время хозяйства оснащают свой парк высокопроизводительными комбайнами пропускной способностью 10 кг/с и выше. От степени загрузки молотильного аппарата комбайна зависит эффективность его работы.
Загрузка молотилки зерноуборочного комбайна определяется линейной плотностью валка и поступательной скоростью движения комбайна на подборе валков. Скорость комбайна на подборе валков из-за ряда факторов имеет существенные ограничения и не может быть основополагающим фактором в решении вопроса полной загрузки молотильного аппарата зерноуборочного комбайна.
Линейная плотность валка зависит от ширины полосы, с которой аккумулируется хлебная масса и урожайности зерновой культуры. В последние годы средняя урожайность зерновых культур в районах Оренбургской области колеблется в пределах 10... 11 ц/га. Для обеспечения формирования валка необходимой линейной плотности (5-7 кг/пог.м) при такой урожайности необходимо аккумулировать массу с ширины прокоса более 20м.
Существует целый ряд конструктивных решений валковых жаток, позволяющих формировать валки необходимой линейной плотности независимо от урожайности. Наиболее полно отвечает всем требованиям, предъявляемым к формируемым валкам - порционная жатка. Испытания жатки показали, что при формировании валков не всегда обеспечивается выполнение агротехнических требований по потерям зерна, поэтому необходимо дальнейшее совершенствование ее конструкции.
Цель работы - обоснование параметров и режимов работы сплошного накопительного транспортера порционной жатки при формировании валков необходимой линейной плотности для полной загрузки молотилки зерноуборочного комбайна при подборе валков.
Объект исследования - процесс формирования порционных валков зерновых культур. Предмет исследования - зависимость параметров порционного валка от режимов работы сплошного накопительного транспортера порционной жатки.
Методика исследования;
В работе использованы аналитический, экспериментальный и расчетно-конструктивный методы.
Аналитический метод включал изучение технологического процесса с применением современных ЭВМ.
В экспериментальных исследованиях были использованы методы физического моделирования для проверки положений и выводов теории. С помощью расчетно-конструктивного метода на основе результатов математического и экспериментального моделирования были получены оптимальные значения скоростного режима сплошного накопительного транспортера порционной.
Результаты исследований обрабатывали с применением известных методов математической статистики.
Научная новизна.
Разработана конструкция и обоснованы параметры и режимы работы сплошного накопительного транспортера порционной жатки для образования хлебного валка необходимой линейной плотности независимо от урожайности. Получены математические зависимости параметров валка от скорости движения сплошного накопительного транспортера порционной жатки. Определены оптимальные параметры и изучены качественные характеристики хлебных валков. Новизна технического решения подтверждена патентом РФ № 2212780.
Практическую ценность имеют:
конструкция порционной жатки;
параметры и режимы работы сплошного накопительного транспортера порционной жатки. Реализация результатов исследований:
Опытный образец прошел проверку и внедрен в ОПХ «Экспериментальное» Оренбургского района.
Апробация:
Общие положения диссертации доложены и опубликованы в материалах международной научно - практической конференции Оренбургского ГАУ (2003), региональных научно — практических конференциях молодых ученых и специалистов Оренбуржья (2001-2005), научно - практических конференциях сотрудников и преподавателей факультета механизации сельского хозяйства ОГАУ (2001-2005) и отчетах о НИР ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет».
Публикации:
По материалам диссертации опубликовано 6 работ, получен один патент на изобретение РФ. Результаты научных исследований по диссертации отмечены бронзовой медалью и дипломом третьей степени российской агропромышленной выставки «Золотая осень» (2002), дипломом лауреата областной выставки научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2004», серебряной медалью и дипломом V Московского международного салона инноваций и инвестиций за лучший инновационный проект (2005).
Объем работы:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, включая список литературы из 136 наименований, 43 рисунков, 3 таблиц и 6 приложений.
Влияние параметров хлебного валка на работу молотильного аппарата зерноуборочного комбайна
На работу молотильного аппарата влияют параметры хлебного валка[98, 103, 121] : линейная плотность валка (масса 1 пог. м валка);
ширина и толщина валка;
структура валка.
С одной стороны необходимо чтобы параметры валка удовлетворяли рабочим процессам молотилки зерноуборочного комбайна, с другой стороны удовлетворяли процессу дозревания зерна в валках и устойчивого положения валков на стерне.
Правильно сформированный валок должен удовлетворять следующим требованиям [10, 32,44,45, 73 и др.]:
- стеблевая масса и колосья должны равномерно распределяться по ширине и длине валка, причем колосья должны располагаться преимущественно на поверхности валка;
- отдельные стебли не должны выпадать из валка при его укладке и лежке;
- стерня под валком не должна прогибаться, валок должен устойчиво держаться на ней;
- связность хлебной массы в валке должна обеспечивать качественный подбор растений при обмолоте;
- линейная плотность валка должна быть достаточной для загрузки молотилки комбайна.
Определяющим фактором эффективности использования зерноуборочного комбайна является загрузка молотилки комбайна, которая зависит от величины секундной подачи хлебной массы в молотилку.
Секундная подача массы в молотилку определяется по формуле [48]:
4 = Ps Vp, (1.3)
где ps - линейная плотность валка, кг/м; Vp - рабочая скорость движения комбайна на подборе валков, м/с. Таким образом, секундная подача массы в молотильный аппарат зависит от линейной плотности валка, скорости движения комбайна на подборе валков.
Средняя скорость движения комбайна составляет 3...6 км/ч [21, 58, 62, 92]. То есть имеет ограничения и не может быть применена в решении задачи по полной загрузке молотилки комбайна, так как при увеличении поступательной скорости движения комбайна, увеличиваются затраты энергии на передвижение комбайна по полю на 3...4,5 кВт [41].
Линейная плотность валка зависит от урожайности зерна и ширины прокоса для формирования валка [48]. Рассматривая динамику урожайности зерновых культур в Оренбургской области видим, что она колеблется в широких пределах от 5,7ц/га до 21,7 ц/га, что требует наличия в хозяйствах валковых жаток с различной шириной захвата, для полной загрузки молотилки комбайна [8, 12, 27, 32, 83].
В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются жатки с шириной захвата до 10 м. Полная загрузка молотилки комбайна, с пропускной способностью 10 кг/с возможна лишь при формировании сдвоенных валков при урожайности 20ц/га (рис. 1.3).
Q=6Kr/c 15 11 21 23
Уз, ц/га Рисунок 1.3 Зависимость подачи хлебной массы в молотильный аппарат зерноуборочного комбайна от урожайности зерна при скорости комбайна на подборе валков 6 км/ч.
Обоснование скорости движения сплошного накопительного транспортера в режиме накопления хлебной массы
Определим зависимость толщины слоя хлебной массы на сплошном накопительном транспортере от скорости транспортера и скорости жатки.
При первом проходе на транспортер планкой мотовила укладывается первый слой хлебной массы толщиной ho. На транспортере стебли совершают сложное движение относительно поверхности поля: относительно оси вала жатки, вместе с лентой сплошного накопительного транспортера со скоростью VmH и переносное движение вместе с жаткой со скоростью жатки V
Ж Проведем координатные оси х и у. Ось д: проходит вдоль линии пальцевого бруса жатки, ось у перпендикулярно оси х. Проекции относительной скорости движения стеблей на транспортере на оси х и у. Ух = , (2.20)
Vy=-V"m. (2.21) В процессе формирования слоя хлебной массы стебли постоянно отводятся от режущего аппарата, а вновь срезанные укладываются на предыдущие с некоторым сдвигом ус. Ус = Уг , (2.22) ж где у і - перемещение жатки за время tj. Поступление слоев стеблей принимаем равным частоте воздействия на стеблестой планок мотовила: / = (О п , (2.23) где /- частота подачи стеблей планками мотовила, Гц; со — угловая скорость мотовила, с"1; п — число планок мотовила. Угловая скорость мотовила определяется по формуле: со = - -т-Уж, (2.24) 2 ж -к где = УМ}УЖ ; VM - окружная скорость планки мотовила, м/с; R - радиус мотовила,м. / = т -Уж (2.25) Определим количество слоев стеблей, уложенных на транспортер за время ti: Nc = f, (2.26) Я -n-V Nc= f-U (2.27) Величина сдвига двух следующих друг за другом слоев стеблей: Я п V, Ж Определим толщину стеблей на транспортере жатки. При перемещении жатки на расстояние / на ширине xj будут скошены стебли массой: Щ=Уі-Хх-Ухм. (2.29) Все стебли с этого участка будут уложены на площадке транспортера Si: 51 = х, -(ус +le) (2.30) Площадь сечения слоя хлебной массы в плоскости, перпендикулярной режущему аппарату будет примерно равна: 52 = h0-Ie, (2.31) где ho - толщина слоя стеблей на транспортере, м. Объем хлебной массы скошенной с участка поля и уложенной на площадке транспортера»%: W = хх -h0 -lc (2.32) Так как масса скошенных стеблей с участка поля и масса стеблей уложенных на транспортер равны то: Хі-Уф-Уі =х1-К 1с Г, (2.33) где у - плотность хлебной массы, кг/м3. Тогда h0 = Уу Ух (2.34) К -г Из формулы (2.22): Ух=Ус (2.35) Толщину слоя на транспортере определим по формуле: У -у V х.м. S с а hn = (2.36) у-1 V" Максимальная толщина слоя на транспортере будет при: Ус = К (2.37) Толщина слоя массы, накопленной на сплошном накопительном транспортере в режиме накопления hi определяется по формуле: У V = (2 39) / т где у - плотность хлебной массы, кг/м3; Уж — скорость агрегата, u/c;Vm" -скорость транспортера в режиме накопления, м/с. Толщина слоя массы, накопленной на сплошном накопительном транспортере в режиме выгрузке /?2 определяется по формуле: У V к2= Г У (2-40) / т где Vm - скорость транспортера в режиме выгрузки, м/с. По формулам (2.19, 2.39, 2.40) общая толщина слоя массы на сплошном накопительном транспортере: h = У, Г Гу V \ m my (2.41) Таким образом толщина слоя хлебной массы на транспортере зависит от урожайности, плотности массы на транспортере и соотношения скоростей движения жатки и транспортера в режимах накопления и выгрузки. Плотность хлебной массы определяется по формуле: Р У3+Ус (2.42) где у3 - плотность зерна, кг/м ; ус - плотность незерновой части, кг/м , кс — коэффициент скважности, для порционных валков &с=0,8...0,95. Подставляя (2.42) в (2.41) получим:
Определение качественных показателей при скашивании в валки, подборе и обмолоте их комбайном
Под связностью валка понимается способность валка удерживать составляющие его компоненты от выпадения. До настоящего времени нет установившегося метода определения связности стеблей в валке. А.И. Будко определил усилие, необходимое для вытяжки одиночных стеблей из валка, а Э.В. Жалнин [40] связность всего слоя валка при его подъёме методом динамометрирования.
Мы определяли связность валков динамометрированием по методу А.И. Будко. Стебель захватывался за колос цанговым зажимом (колос при этом не должен цепляться за соседние колосья), и как только он начинал выходить из валка, усилие Рв фиксировали на динамометре.
Связность определяли по поперечному сечению валка через каждые 20 см. Стебли вытягивали из верхней, средней и нижней частей валка. Затем определяли среднюю связность.
В опытах при исследовании устойчивости экспериментальных и обычных валков высота стерни остаётся примерно одинаковой, равной 15...16 см. Для определения просвета под валком производили поперечный разрез его и через каждые 20 см ширины валка замеряли расстояние от почвы до основания валка. Далее подсчитывали среднеарифметическое значение просвета под валком для каждого сечения. Измерение просвета под валком производили в пятикратной повторности по длине учётного валка. Коэффициент осадки валка определяли в день скашивания, затем периодически через 3...5 дней и в конце уборки хлебов в хозяйстве перед подбором валков.
Среднюю высоту стерни определяли с помощью замеров высоты стерни по диагонали поля через каждые 10м, в пятикратной последовательности. Для этого накладывали рамку площадью 0,25м и внутри этой рамки измеряли высоту стерни. Определяли среднюю высоту стерни внутри рамки и среднюю высоту стерни на поле.
Проводили исследование процесса созревания и сушки хлебной массы в валках различной конструкции. Продолжительность цикла определяли временем созревания зерна от восковой до полной спелости. Пробы на влажность зерна и соломы (с помощью экспресс-влагомеров (рис. 3.2) брали один раз за сутки в момент наименьшего влияния росы на влажность хлебной массы, т.е. в интервале между 13...16 часами. Так как зерно и солома в нижней и верхней части сохнет с разной скоростью, то брали отдельные пробы из нижних и верхних частей валков. За границу нижней и верхней части валка условно принимали середину валка. С каждого учётного валка брали пробу низ и верх в одной повторности. Чтобы получить надёжный результат, характеризующий влажность хлебной массы валка по одной пробе, необходимо, чтобы выборка правильно определила изучаемую совокупность. Для этого выборка должна быть случайной и беспристрастной. Случайность в отборе объектов в выборку служит основой, на которой строятся вычисленные точности наблюдения. Пробу зерна (соломы), с учётных делянок брали из случайных точек изучаемого участка методом рандомизации. Для этого учётный валок длиной 20 м делили на четыре интервала по 5 м каждый. Каждый интервал в свою очередь разбивали на пять частей через каждый метр, которые разделены дополнительно на две части осевой линией валка. На ограниченном участке поля 20x6 м вариация хлебостоя незначительна, коэффициент вариации не превышает 10%. Определим необходимое число точек при отборе пробы зерна, при доверительной вероятности 0,95, т.е. при =1,55 и предельной относительной ошибке 5% t2-v2 1552 -102 n = — -= J , =16 (3.20) p2 52 Следовательно, чтобы получить результат достаточной точности и достоверности, необходимо отбирать пробу в 16 случайно рассмотренных точках учётного валка. Чтобы исключить возможный случай, когда все случайные точки могут оказаться в одной стороне валка, применяли не полностью случайную, а зональную выборку. В каждом из четырёх интервалов случайным образом брали пробы в четырёх точках из десяти, т.е. всего в шестнадцати точках учётного валка.
Для выбора четырёх точек использовали метод жеребьевки. Отбирали четыре пронумерованных фишки в интервале от единицы до десяти. В выбранных случайным образом точках брали пучки стеблей (15...20 шт) в каждой точке. Так как на всём контрольном участке случайным образом выделяли 16 точек, то общая проба (снопик) состояла из 250...360 стеблей. Собранный таким образом снопик, растений более полно характеризует влажность хлебной массы в учётном валке. Пробу соломы мелко резали ножницами длиной 10... 15 см и укладывали в банки с герметичными пробками, а вымолоченное зерно собирали в герметически закрывающиеся бюксы. Влажность зерна определяли по общепринятой методике ГОСТ 3040-55. По результатам исследований строили кривые сушки хлебной массы в валках.
Влажность соломы определяли методом высушивания пятиграммовой навески соломенной резки в шкафу типа СЭШ-2 без принудительной продувки при температуре 140С в течении 35...40 минут.
Определение зависимости линейной плотности валка от скорости транспортера в режиме накопления
Исследование влияния скорости транспортера в режиме накопления на параметры и качественные показатели валков включало:
изучение характера изменения линейной плотности валка от скорости сплошного накопительного транспортера в режиме накопления, при условии накопления массы на всей длине транспортера за проход жатки на расстояние, равное ширине межвалковых полос;
определение рекомендуемой скорости транспортера в режиме накопления для формирования валков необходимой линейной плотности для полной загрузки молотилки комбайна «Дон-1500» при скорости движения комбайна на подборе валков 1,5 м/с;
изучение влияния отклонения скорости транспортера от рекомендуемой на параметры валка и потери зерном при накоплении. Линейная плотность валка зависит от характеристик зерновой культуры: урожайности, коэффициента соломистости, а также от ширины межвалковых полос. Накопление массы на транспортере показано на рисунках 4.2,4.3,4.4. Экспериментальные валки формировались при различных скоростях транспортера в режиме накопления (приложение 1) при постоянной скорости движения жатки, накопление массы проходило на всей длине транспортера за проход жатки на расстояние, равное ширине межвалковых полос. Результаты экспериментов представлены на рисунке 4.5. Порционная жатка позволяет формировать валки различной линейной плотности от 2,5 кг/м до 7,8 кг/м (рис. 4.5), с шириной межвалковых полос от 12 м до 37 м, при этом коэффициент неравномерности линейной плотности колеблется от 7,5% до 15%. Следовательно, изменяя скорость движения транспортера в режиме накопления можно сформировать валок необходимой линейной плотности для полной загрузки молотилки комбайна. Линейная плотность контрольных валков 3,4 кг/м, при ширине межвалковых полос 9,1 м, коэффициент неравномерности линейной плотности 21,96 %. Следовательно линейная плотность валков сильнее изменяется по длине валка у контрольных, чем у экспериментальных, так как формирование экспериментальных валков происходит с большей площади поля и изменение урожайности культуры на поле менее воздействует на линейную плотность экспериментальных валков. Для полной загрузки молотилки комбайна «Дон-1500», при скорости движения на подборе валков VmexM=1,5м/с, необходимы валки с линейной плотностью ///=6,5 кг/м. По рисунку 4.5 определили скорость транспортера VmHl=0,14м/с, при этом ширина межвалковых полос Вмт1= 32 м.
При отклонении скорости от необходимой растут потери зерном (рис. 4.6). При уменьшении скорости растет толщина слоя массы на транспортере, в результате чего мотовило захватывает верхний слой стеблей и перекидывает его на поле, увеличиваются потери срезанным колосом. При увеличении скорости транспортера, масса, перемещенная к заслонке имеет скорость относительно ленты транспортера, равную скорости движения ленты транспортера. При этом происходит ослабление связей зерна со стеблями, увеличиваются потери свободным зерном.
Скорость транспортера в режиме накопления для обеспечения агротехнических требований должна быть в пределах от 0,14 м/с до 0,33м/с (рис. 4.6).
Профиль хлебной массы на транспортере представлены на рисунке 4.7. При повышенных скоростях масса подпрессовывается и имеет профиль, приближенный к трапеции. При скорости равной технологической, профиль хлебной массы приближен к прямоугольнику.
На основе анализа слоя хлебной массы на транспортере можно сделать выводы:
1. Изменяя скорость транспортера в режиме накопления можно сформировать валок необходимой линейной плотности для полной загрузки молотилки комбайна независимо от урожайности.
2. Наилучшее расположение колосьев получается при скорости транспортера равной технологической.
