Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы использования соломы в качестве органического удобрения при комбайновой уборке зерновых 13
1.1 Предпосылки использования соломы в качестве органического удобрения 13
1.2 Комбайновые технологии уборки зерновых культур с измельчением и разбрасыванием незерновой части урожая 20
1.3 Агротехнические требования к машинам и устройствам для измельчения и разбрасывания соломы 24
1.4 Обзор конструктивно-технологических схем измельчителей-разбрасывателей соломы и классификация их рабочих органов 30
1.5 Анализ теоретической базы процессов измельчения и распределения стебельных материалов 56
1.6 Постановка цели и задач научного исследования 77
1.7 Выводы по Главе 1 79
Глава 2. Теоретическое исследование процессов измельчения и разбрасывания соломы измельчителем зерноуборочного комбайна. Оптимизация параметров лопастных ножей и противорезов с криволинейным лезвием 82
2.1 Анализ взаимодействия частиц НЧУ с вогнутой поверхностью направляющей пластины разбрасывателя и выбор принципиальной конструкции ножей 82
2.2 Исследование процесса перемещения и разбрасывания измельченных частиц НЧУ лопастными ножами с угловым расположением лопастей 91
2.3 Элементы геометрической теории и обоснование процесса резания растительного материала в зазоре режущей пары с противорезом, имеющим вогнутую режущую кромку в форме логарифмической спирали, с полюсом на оси вращения ротора 103
2.4 Выводы по Главе 2 117
Глава 3. Программа и методика экспериментальных исследований. Усовершенствование измельчителя-разбрасывателя зерноуборочного комбайна .119
3.1 Программа экспериментальных исследований .120
3.2 Общие методы исследований, лабораторные приборы и оборудование 121
3.2.1 Краткая методика планирования и проведения экспериментов и статистической обработки полученных данных .121
3.2.2 Контрольно-измерительные приборы и оборудование 122
3.3 Оригинальные экспериментальные установки и оборудование .125
3.3.1 Ротационный копер 125
3.3.2 Экспериментальная установка для оценки качественных и энергетических показателей работы измельчителя-разбрасывателя 130
3.3.3 Устройство для отбора проб измельченной соломы от зерноуборочных комбайнов 136
3.3.4 Усовершенствование рабочих органов измельчителя-разбрасывателя зерноуборочного комбайна и подготовка его к полевым испытаниям 138
3.4 Методики проведения частных экспериментов .143
3.4.1 Определение влажности растительного материала 143
3.4.2 Определение работы разрушения стеблей соломы .143
3.4.3 Методика исследования аэродинамических характеристик измельченных соломистых частиц .145
3.4.4 Оценка степени торцевого расщепления продуктов измельчения 147
3.4.5 Оценка неравномерности распределения измельченной соломы по поверхности поля .147
3.4.6 Определение гранулометрического состава и средневзвешенной длины продуктов измельчения 149
3.4.7 Методика определения энергетических показателей измельчителя-разбрасывателя в модельных и полевых условиях 151
3.4.8 Методика проведения многофакторного эксперимента по оптимизации параметров рабочих органов измельчителя 153
3.5 Выводы по Главе 3 .158
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований конструктивно-технологических параметров рабочих органов соломоизмельчителя-разбрасывателя и их анализ .160
4.1 Результаты лабораторных исследований 160
4.1.1 Исследование аэродинамических показателей измельченной соломы 160
4.1.2 Исследование энергии разрушения стеблей некоторых зерновых и крупяных культур .162
4.2 Влияние конструкционных характеристик режущей пары и режимных параметров измельчителя на качественные и энергетические показатели рабочего процесса (результаты многофакторного эксперимента) 164
4.3 Результаты полевых испытаний зерноуборочного комбайна, оборудованного экспериментальным измельчителем-разбрасывателем НЧУ .173
4.3.1 Секторное исследование распределения размеров и однородности частиц измельченной соломы 173
4.3.2 Равномерность распределения измельченной НЧУ по ширине разбрасывания .181
4.3.3 Результаты оценки степени торцевого расщепления стеблей методом влагонасыщения 183
4.3.4 Анализ расхода топлива при работе экспериментального комбайна 185
4.4 Выводы по Главе 4 188
Глава 5. Оценка технико-экономической эффективности применения зерноуборочного комбайна с экспериментальным измельчителем НЧУ 192
5.1 Объект экономической оценки. субъекты наложения расчет 192
5.2 Показатели экономической оценки .197
5.2.1 Исчисление эксплуатационных затрат 197
5.2.2 Расчет основных показателей экономической эффективности .206
5.2.3 Расчет дополнительных показателей экономической эффективности 208
5.3 Выводы по Главе 5 209
Заключение 211
Публикации автора по теме диссертации 214
Термины и определения 217
Список литературы 219
Приложения 239
- Обзор конструктивно-технологических схем измельчителей-разбрасывателей соломы и классификация их рабочих органов
- Экспериментальная установка для оценки качественных и энергетических показателей работы измельчителя-разбрасывателя
- Секторное исследование распределения размеров и однородности частиц измельченной соломы
- Исчисление эксплуатационных затрат
Введение к работе
Актуальность работы. Производство продукции растениеводства,
интенсивное земледелие обусловливают агрохимические и биологические
процессы, связанные с обеднением и деструктуризацией пахотных почв
России, снижением их плодородия. Одним из видов новых
высокоэффективных, низкозатратных и экологически безопасных технологий использования органических удобрений, с успехом может стать заделка измельченной зерноуборочными комбайнами соломы зерновых и других культур.
Однако, при механизированном способе использования соломы в качестве удобрения, следует уделять особое внимание качеству ее подготовки и распределения по площади поля. Весьма важной является энергоемкость устройств, предназначенных для выполнения операции измельчения и разбрасывания незерновой части урожая (НЧУ).
Одним из путей решения этой задачи может стать выбор рациональной
конструкции рабочих органов и оптимизация технологических режимов
работы измельчителя-разбрасывателя зерноуборочного комбайна,
обеспечивающие снижение энергопотребление при измельчении соломы и
качественное распределение измельченной НЧУ по полю. Поэтому,
обоснование параметров соломоизмельчителя-разбрасывателя
зерноуборочного комбайна, обеспечивающих повышение качества
измельчения и разбрасывания НЧУ, при минимальном энергопотреблении, является актуальной задачей.
Степень разработанности темы. Работа направлена на решение задачи повышения качества работы и снижения затрат энергии измельчителей-разбрасывателей зерноуборочных комбайнов, на основе оптимизации конструктивно-технологических параметров режущей пары.
В известных трудах показано, что существенного улучшения процесса подпорного резания лезвием можно добиться применением криволинейных ножей; управление процессом рассеивания возможно за счет изменения траектории частиц. Однако не рассмотрена теория резания лезвием сложной геометрической формы, не изучено влияние косо установленных бил на траекторию перемещения частиц.
Цель исследования. Повышение эффективности и снижение затрат энергии технологии уборки зерновых и других культур с использованием соломы в качестве органического удобрения, путем обоснования параметров рабочих органов соломоизмельчителя-разбрасывателя зерноуборочного комбайна.
Задачи исследований:
- разработать классификации измельчителей-разбрасывателей
зерноуборочных комбайнов и их рабочих органов, а также типологию ножей;
- обосновать аналитические зависимости для расчета ширины зоны
разбрасывания измельченной соломы лопастными ножами, с угловым
расположением лопастей и мощности, потребной на измельчение
соломистых продуктов, при использовании противорезов с криволинейным лезвием;
- разработать и изготовить комплекс лабораторных приборов и
оборудования для проведения лабораторных исследований и полевых
экспериментов;
- изучить физико-механические свойства соломистых материалов, в
применение к процессам их измельчения и распределения; спланировать и
провести факторный эксперимент по оптимизации параметров измельчителя-
разбрасывателя;
- разработать комплект усовершенствованных рабочих органов
измельчителя-разбрасывателя и провести полевые экспериментальные
исследования работы зерноуборочного комбайна, с целью определения
влияния его использования на основные качественные и энергетические
показатели работы и оценки технико-экономической эффективности.
Объект исследования. Процесс измельчения и разбрасывания
соломы роторным комбайновым измельчителем, оснащенным
лопастными ножами и противорезами, с криволинейным лезвием.
Предмет исследования. Закономерности, характеризующие процесс измельчения и разбрасывания стебельных материалов измельчителем-разбрасывателем, с учетом его конструктивно-технологических параметров в соответствии с установленными агротехническими требованиями.
Методика исследований. Теоретические исследования базируются на
теориях упругости, удара, механики разрушения, подобия. Использованы
методы системного исследования, методы математической статистики и
моделирования, методы планирования и обработки результатов
эксперимента. Полевые испытания проводились по ГОСТ Р 54783-2011, ГОСТ 20915-2011, ГОСТ 28301-2015.
Научная новизна. Научную новизну представляют:
- теоретическая закономерность взаимодействия частиц НЧУ с
вогнутой поверхностью направляющей пластины разбрасывателя;
- математическая зависимость, устанавливающая взаимосвязь
пространственных координат траектории свободного движения частицы, а
также результаты анализа процесса резания стебельных материалов в зазоре
режущей пары с противорезом, имеющим вогнутую режущую кромку в
форме логарифмической спирали, с полюсом на оси вращения ротора;
- способ секторного отбора проб измельченной соломы за
зерноуборочным комбайном, обеспечивающий повышение точности
измерений, а также устройство для его осуществления. Способ и устройство
защищены патентом РФ на изобретение № 2556073;
- конструкция измельчителя-разбрасывателя зерноуборочного комбайна,
оснащенного лопастными ножами с косо установленными лопастями, а
также противорезами, режущая кромка которых выполнена вогнутой, в виде
логарифмической спирали с полюсом, расположенным на оси вращения
ротора, защищенная патентом РФ на изобретение № 2647902;
- закономерности изменения энергозатрат измельчителя и
неравномерности распределения соломы от окружной скорости точки рабочей поверхности ножа ротора, угла установки лопасти ножа и формы режущей кромки противореза с использованием метода факторной оптимизации.
Теоретическая и практическая значимость работы:
- классификация измельчителей-разбрасывателей зерноуборочных
комбайнов и их рабочих органов, а также типология ножей;
метод и устройство для отбора контрольных проб измельченной соломы от зерноуборочного комбайна, способ вычисления статистических показателей по процентному содержанию размерных фракций частиц, снижающие погрешность измерений, а также рекомендации к качеству выполнения технологической операции, могут использоваться при испытаниях зерноуборочной техники;
предложенный измельчитель-разбрасыватель соломы зерноуборочного комбайна, оснащенный лопастными ножами, с косо установленными лопастями, а также противорезами, режущая кромка которых выполнена вогнутой, в форме логарифмической спирали, с полюсом, расположенным на оси вращения ротора обеспечивает высокие качественные показатели работы и снижение энергопотребления, при выполнении технологической операции;
получены новые данные о физико-механических свойствах стебельных материалов в применение к процессам резания и разбрасывания;
содержащиеся в работе научные положения и выводы, позволяют оптимизировать конструктивно-режимные параметры измельчителей, как на стадии проектирования, так и при доработке имеющихся в хозяйствах устройств;
разработанный комплекс лабораторных приборов и оборудования, а также материалы диссертации используются в учебном процессе ФГБОУ ВО Орловский ГАУ.
Вклад автора в проведённое исследование. Представленные в работе научные данные получены при непосредственном личном участии автора в период с 2011 по 2017гг в результате исследований, проведенных на базе ФГБОУ ВО “Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина” (г. Орел) и на полях ООО «ЭлитБиоПродукт» (д. Шепино Орловского района Орловской области).
Достоверность результатов работы. Достоверность результатов
исследований подтверждена экспериментальными данными. Ошибка в
определении контролируемых показателей не превышала 5 %. Адекватность
теоретических положений подтверждена экспериментальными
исследованиями по критериям согласия К. Пирсона, А.Н. Колмогорова, Р. Фишера.
Научные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся основные положения научной новизны и практической значимости выполненных исследований.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований доложены и одобрены на Всероссийских и Международных
научно-практических конференциях на базе ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, г. Орел (2011-2017 гг.), 67-ой Международной научно-практической конференции «Инновационные подходы к развитию агропромышленного комплекса региона», г. Рязань, (2016 г.), XX Международной научно-производственной конференции », г. Белгород (2016 г.), региональном Круглом столе «Современные ресурсо- и энергосберегающие технологии в сфере агропромышленного комплекса, природопользования и экологии как основа повышения эффективности сельскохозяйственного производства, развития экологических процессов на территории региона. Проблемные аспекты их внедрения. Пути решения», г. Орел, (2017 г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы
опубликованы в 15 печатных работах, из них 6 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также получены патенты РФ на изобретение №№ 2556073 и 2647902. Объем публикаций составляет 9,58 п.л., из них автору принадлежит 7,72 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 272 страницах, из них 238 страниц основной части, содержащая 100 иллюстраций и 26 таблиц, а также 18 приложений.
Обзор конструктивно-технологических схем измельчителей-разбрасывателей соломы и классификация их рабочих органов
Современный зерноуборочный комбайн - это многоцелевая энергонасыщенная сельскохозяйственная машина, позволяющая совмещать несколько технологических операций при уборке зерновых, зернобобовых, крупяных, масличных и других культур. Кроме скашивания, подбора и обмолота хлебной массы, первичной очистки и выгрузки зерна, функциональным назначением комбайна является обработка незерновой части урожая. В большинстве случаев, задача такой обработки заключается в измельчении поступающей с клавиш соломотряса или соломоотводной части молотильного ротора соломы и разбрасывании ее по поверхности поля, с целью последующей заделки, в качестве органического удобрения.
Затраты на выполнение этих операций весьма значительны и могут достигать 50% и более, от общей энергоемкости зерноуборочного комбайна, при выполнении им уборочных работ. Кроме того, от качества измельчения НЧУ и распределения измельченных частиц по поверхности поля, зависят скорость процесса гумификации соломистых частиц, а также физико-механические и технологические свойства почвы. В свою очередь, это определяет такие важные для растениеводства условия, как плодородие почвы и возможность качественного и своевременного проведения последующих технологических операций по механической обработке почвы.
Очевидно, что мероприятия, направленные на дальнейшие улучшения конструкции и оптимизацию рабочих режимов соломоизмельчителя-разбрасывателя, разработка инновационных технологических схем его применения в общем цикле уборочных работ, могут способствовать повышению качественных показателей функционирования, снижению энергопотребления в общем балансе энергозатрат комбайна, создать предпосылки для благоприятных условий проведения других работ и вегетации возделываемых сельскохозяйственных растений. Этим определяется актуальность рассмотрения со-ломоизмельчителя-разбрасывателя, как одного из основных объектов изучения зерноуборочного комбайна.
Измельчитель-разбрасыватель зерноуборочного комбайна предназначен для измельчения и равномерного распределения на поверхности поля незерновой части урожая, а также подачи измельченной массы в прицепную тележку или укладывания в валок на стерню, в процессе уборки урожая зерновых и других культур. Монтируемые на комбайнах измельчители универсальны и, в зависимости от природно-климатической зоны и интересов хозяйств, позволяют не только измельчать солому, но и укладывать ее весте с мякиной в валки, формируемые на поверхности поля или собирать в прицепные емкости (тележки).
В общем виде универсальный измельчитель-разбрасыватель зерноуборочного комбайна состоит из заключённого внутри корпуса вращающегося в вертикальной плоскости ротора, с закрепленными ножами (молотками), горизонтально расположенного бруса с противорежущими элементами, соломо-половопровода и распределительного устройства (рис. 1.5). Система регулируемых щитков, в зависимости от требуемой технологической схемы уборки, обеспечивает использование различных режимов работы устройства.
Схемы основных технологий применения универсальных комбайновых измельчителей хорошо известны [93; 116; 151; 155; 72].
Работа по оснащению зерноуборочных комбайнов устройствами для уборки НЧУ, была начата в России в 60х годах прошлого века [150]. Тогда было разработано и поставлено на массовое производство несколько универсальных приспособлений для имеющегося парка зерноуборочных машин. Так, для комбайна СК-5 "Нива" многие годы выпускались измельчители соломы навесные ИСН-3,5А [64; 148] и измельчитель навесной комбайновый ИНК-3,5. Позднее, Донским НИИСХ был предложен измельчающий аппарат ИСН-4, обладающий большей универсальностью [151].
На основе обобщения работ по созданию навесных технических средств для уборки соломы и половы, начиная с 1976 года Ростовским ГСКБ по комплексам уборочных машин, совместно с ВНИПТИМЭСХ, запущено в массовое производство приспособление универсальное навесное ПУН-5 [80]. Им оснащались комбайны СК-3, СК-4, СК-5 "Нива", СКД-5 "Сибиряк" и их модификации. Одновременно, аналогичное универсальное устройство ПУН-6 было разработано для зерноуборочного комбайна СК-6 "Колос”. В отличие от измельчителей ИСН, эти устройства гарантировали многовариантную уборку НЧУ
На базе ПУН-5, для условий центральных районов Нечерноземной зоны было предложено упрощенное устройство ПУН-5Н. Измельчитель-разбрасыватель позволял укладывать для просушки солому с мякиной в валок, шириной 90... ПО см или разбрасывать солому на ширину до 4 м. Не сколько позже, УНИИМЭСХ, совместно с ГСКБ по машинам для уборки зерновых культур и самоходным шасси, были созданы универсальные приспособления 54-136 к комбайну СК-5 "Нива" и 65-136 - к комбайну СК-6 "Колос”.
Многолетние исследования универсальных навесных устройств в полевых условиях, позволили отечественным разработчикам создать целую гамму обладающих необходимыми параметрами измельчителей-разбрасывателей, устанавливаемых на современные образцы зерноуборочной техники. Взамен копнителей, на зерноуборочных комбайнах СК-5 "Нива", Енисей-1200, РСМ-101 "Вектор" для измельчения и разбрасывания по полю соломы и половы устанавливают измельчители-разбрасыватели соломы навесные ИРСН-1200; на комбайнах Дон-1500 - ИРСН-1500. Современные модификации комбайнов "Дон", "Нива", "Енисей", "РСМ" и др. сходят с конвейера уже оборудованными измельчителями соломы типа ИСН-3 (Дон), ИСН-2 (СК-5 "Нива", Енисей-1200) и ИСН-2-1М (Енисей-1200-1М) [125]. Для комбайнов Дон, оснащенных копнителями, предназначены устройства типа ИСН-ЗУ [79]. Новые модели, а также перспективные концептуальные разработки отечественной зерноуборочной техники оснащены измельчающими устройствами, введенными в основную компоновочную схему машины (рис. 1.6).
Следует отметить, что практически все современные навесные устройства отечественных и иностранных зерноуборочных комбайнов выполняются для 2х вариантной технологической схемы уборки НЧУ [158]. Среди российских машин, исключение составляют лишь измельчители ПУН-5, агрегатируемые с новой модификацией комбайна СК-5М-1 "Нива-Эффект" и ПКН-1500Б, комбайна Дон-1500Б, оснащенные транспортирующими устройствами и позволяющие осуществлять 6 технологических схем уборки соломы и половы [116]. Зарубежные фирмы-производители, машин с универсальными измельчающими устройствами практически не выпускают [58].
Экспериментальная установка для оценки качественных и энергетических показателей работы измельчителя-разбрасывателя
Одна из задач исследований заключалась в экспериментальном обосновании геометрических параметров лопастных ножей и противорезов, и сравнительной энергетической оценке измельчителя-разбрасывателя соломы, снабженного новой режущей парой.
В эксперименте требовалось получить достоверные данные о влиянии формы режущей кромки противорезов на энергетические характеристики устройства, а также, угла установки швырковых лопастей ножей на ширину разбрасывания измельченной соломы.
Эксперимент проводился на специальной опытной установке, созданной на базе сноповой молотилки селекционного назначения МЗ-1. Схема и общий вид установки приведены на рис. 3.6.
Для возможности использования молотилки, в качестве экспериментального стенда, в подшипниковых опорах вала молотильного барабана был смонтирован ротор с шарнирными лопастными ножами. В днище молотильной камеры выполнены вырезы для противорезов, закрепленных в регулируемом брусе, установленном в нижней части каркаса молотилки. С целью обеспечения необходимой стабильной величины загрузки соломы в рабочую камеру и исключения непосредственного контакта обслуживающего персонала с рабочими органами, в комплекте с молотилкой использовался горизонтальный транспортер подачи.
Скорость движения транспортерной ленты Up (м с1), осуществляющей подачу материала в рабочую камеру установки, будет зависеть от расчетной величины загрузки q, длины рабочей ветви транспортера 1тр (м с1) и массы тв уложенного валка (кг).
Длина валка LB равна длине рабочей ветви транспортера. Площадь поперечного сечения валка определяется шириной транспортерной ленты Втр и толщиной хлебной массы hx.
Следует учесть, что поперечное сечение поступающего в рабочую камеру материала (при рассмотрении его, как геометрической фигуры), не имеет прямых боковых сторон и, в общем случае, принимает форму, ограниченную кривой вида
Из (3.11) также следует, что график функции симметричен, относительно прямой х=-Ь/2а. В таком случае, если изменение у высоты сечения hx является функцией ширины валка, равной Втр, то областью определения функции (3.10), являются все числа от 0 до х=-Ь/а.
Исходя из условий обеспечения стабильной ра боты экспериментальной установки, значение толщины валка hx должно удовлетворять условию
Технологический цикл работы экспериментальной установки заключался в следующем (см. рис. 3.6).
В требуемое положение устанавливается брус 7 противорезов 8. В соответствии с заданной величиной подачи осуществляется загрузка незерновой частью урожая (соломой) рабочей ветви транспортера 1. После запуска молотилки 4, при установившемся режиме вращения ротора 3 измельчителя, производится включение подающего транспортера 1. Солома, подаваемая к приемному окну 4, захватывается лопастями приемного битера 2 и подается к вращающимся ножам 5. Увлекаемая ножами 5 по поддону 6 молотилки 4 солома, протаскивается в зазорах режущих пар (ножи 5 и противорезы 8), где активно измельчается. Измельченная масса НЧУ, получив импульс от вращающихся частей установки, выбрасывается наружу через выбросное окно 9.
С целью сравнительных исследований, лопастям измельчительных ножей придавались углы установки, относительно плоскостей ножей 10, 15 и 20 - для соответствующих комплектов.
Секторное исследование распределения размеров и однородности частиц измельченной соломы
Сравнительные полевые испытания проводились для зерноуборочных комбайнов, оборудованных стандартным и экспериментальным измельчителями-разбрасывателями.
В результате исследований установлено [119], что как фракционный состав, так и влажность измельченной соломы неодинаковы по ширине зоны разбрасывания. Влажность измельченных частиц в различных секторах по ширине распределения подчиняется определенной закономерности (рис. 4.10). Независимо от культуры, солома с меньшим уровнем влажности и большей степенью измельчения стеблей находилась в периферийных секторах области распределения.
Результаты многочисленных полевых исследований демонстрируют, что в целом, средняя длина частиц измельченной соломы, при одних и тех же режимах работы стандартного соломоизмельчителя, меньше при уборке колосовых культур и больше - при уборке крупностебельной гречихи (табл. 4.7).
Как и для уровней влажности, фракционный состав и процентное соотношение частиц измельченной массы неодинаковы и во многом определяются сектором полосы распределения. В периферийных областях, как правило, длина измельченных частиц меньше, чем в центральном секторе распределения (табл. 4.8, 4.9). Так, если в среднем, по всем опытам, содержание частиц длиной до 120 мм в крайних областях составило от 80 до 83%, в центральной части их содержание не превышало 71% (рис. 4.11). Вид уравнения регрессии, построенного по точкам, характеризующим процентное содержание размерных фракций частиц с допустимыми значениями длины резки в соответствующих секторах отбора проб, также позволяет утверждать о наличии данной закономерности. По нашему мнению, секторная зависимость фракционного состава распределяемых частиц объясняется различием их аэродинамических свойств и воздействием бокового ветра. Последний фак-тор оказывал существенное влияние на характер распределения измельченных частиц (рис. 4.12).
Расчет коэффициента корреляции (г = ± 0,6) между массивами данных по размерным фракциям и уровню влажности показал, что сравниваемые группы признаков имеют частичный (средний) уровень взаимосвязи. Последнее объясняется тем, что процесс испарения свободной влаги интенсивнее протекает для материала с более деформированной (расщепленной) структурой и поверхностями, имеющими малую общую площадь.
Считаем, что найденная закономерность распределения влажности является косвенным подтверждением преобладания в периферийных секторах количества частиц мелкой фракции соломы, тогда как в центральной части содержится больше крупных частиц.
На рис. 4.13 представлен сводный график, иллюстрирующий изменение длины и значений влажности измельченной соломы по ширине зоны разбрасывания соломоизмельчителем зерноуборочного комбайна. Здесь же приведены математические модели, полученные с целью сплайн-интерполяции эмпирических кривых. Корректность полученных уравнений подтверждена сравнением фактического значения t-критерия Стьюдента с его стандартной (табличной) величиной t 0,05 (п -1) = t 0,05 4 = 2,78. Так как расчетная величина t-критерия не превышала 0,161 (2,78 0,161), сравниваемые выборки отличаются незначительно, что подтверждает адекватность моделей.
Таким образом установлено, что при работе зерноуборочного комбайна, оборудованного стандартным измельчителем, общее содержание фракций
Размеры частиц в центральной части полосы и ее периферийных секторах отличаются по модальному классу и характеру распределения вариационных рядов. Неравномерность показателей размерных фракций соломистых частиц в пределах ширины зоны разбрасывания может достигать 20% и более (рис. 4.14). Учитывая близкий к нормальному закону распределения характер разброса частиц, легко предположить перенасыщение центральной части зоны разбрасывания преимущественно крупной фракцией измельченной соломы. Именно такая картина, в большинстве случаев, наблюдается в реальных полевых условиях. Это не способствует повышению интенсивности разложения соломы в почве, затрудняет последующую работу почвообрабатывающих и посевных машин, нарушает однородность почвенных условий и выравненность биологического состояния растений при созревании.
Работа зерноуборочного комбайна, оборудованного экспериментальным измельчителем-разбрасывателем, продемонстрировала хорошее качество измельчения и распределения соломистых частиц по ширине захвата жатки.
Так, при средней длине резки, в целом, на 10 мм меньшей, чем при работе стандартного измельчителя, вариабельность процентного содержания частиц одного размерного диапазона в различных секторах отбора заметно снизилась (табл. 4.10). Длина частиц, размером 51... 120 мм составляет от 60 до 72%, что на 6,2... 18,6% больше, чем процентное содержание соответствующей размерной фракции, обеспечиваемой базовым измельчителем. Содержание частиц, длиной более 120 мм - на 0,6...23,8% меньше, по сравнению с подобным показателем качества работы базового аналога.
Нашими исследованиями установлено, что при уборке различных по сортам и состоянию культур, как правило, вариабельность среднего значения размерных фракций соломистых частиц в пределах ширины зоны распределения может находиться в пределах 4... 10%. Следовательно, целесообразно установить ограничение неравномерность фракционного спектра среднего размера соломистых частиц по ширине прохода жатки - не более 10%.
В ходе полевых испытаний оценивалась и предложенная в данной работе методика секторного отбора проб измельченной соломы за комбайном и способ вычисления статистических показателей по процентному содержанию размерных фракций частиц.
Как видно из табл. 4.11, общепринятая методика оценки величины содержания частиц измельченной соломы, с размерной фракцией до 120 мм, распределяемых соломоизмельчителем-разбрасывателем зерноуборочного комбайна, дает значение 83,6%. При этом, средняя арифметическая размеров всех измельченных частиц, составляет 90,0 мм. Оценка данных показателей средним арифметическим взвешенным, при использовании в качестве весов фактические массы материала выборок, показывает величины, равные 81,5% и 93,0 мм - соответственно. Этим подтверждается, что в зависимости от внешних действующих условий, существует наличие погрешности результативных оценок по известной методике до 5...7% и более, по сравнению с предлагаемым методом определения фракционного состава распределяемых соломистых частиц.
Исчисление эксплуатационных затрат
Расходы на содержание и эксплуатацию машин и оборудования являются комплексной статьей затрат в себестоимости продукции растениеводства. К статьям эксплуатационных затрат относят: амортизационные отчисления, затраты на техническое обслуживание и ремонт, хранение техники, топливо и энергию вспомогательные материалы и оплату труда с отчислениями на социальные нужды и прочие затраты.
Расчет стоимости вновь разработанной техники выполняют в соответствии со следующими предпосылками.
Сумма капитальных вложений на приобретение нового технологического оборудования, включая затраты на доставку, монтаж и наладку, рассчитывается по формуле:
Таким образом, если балансовая стоимость комбайна до внедрения инженерного решения составляла 8 750 000 руб., то после внедрения - 8 765 990 руб.
Амортизационные отчисления на эксплуатацию машин и оборудования определяли по формуле:
Балансовая стоимость новой и базовой машин, включая цену завода-изготовителя с НДС (8 765 990 руб. и 8 750 000 руб.) и торговую наценку 12,5% (1 093 750 руб.), составила, соответственно, 9 858 750 руб. и 9 843 750 руб.
Т.к. полезный срок службы комбайна определяется 10 годами, то норма амортизационных отчислений составит: 100%: 10=10%.
Согласно данным испытаний [135], эксплуатационная производительность по площади уборки (WS3) комбайна Acros 550 Ростсельмаш, составляет 3,84 га ч1.
Рекомендуемые нормы годовых затрат на ремонт и техническое обслуживание зерноуборочных комбайнов, в соответствии с [96], принята равной 8,6. Отсюда:
Заработная плата рассчитана исходя из часовой тарифной ставки 4,5 тыс. руб., коэффициента сложности технологического процесса комбайновой где Котч - норматив отчислений на социальные нужды, руб.; Зг - годовой фонд оплаты труда механизаторов, руб. В отчисления на социальные нужды включаются выплаты на социальное страхование (5,4%), в государственный фонд занятости (1,5%), пенсионный фонд (20,6%), фонд медицинского страхования (3,6%), от всех выплат в виде оплаты труда. Оплату труда определяли по формуле (5.9).
Затраты на налоги включают выплачиваемые предприятиями экологический (за загрязнение окружающей среды) и транспортные налоги, сборы Госгортехнадзора за регистрацию и технический осмотр сельскохозяйственной техники.
В соответствии с действующими в Орловской области размерами сборов, взимаемых инспекцией Госгортехнадзора, ежегодно предприятия должны платить (% от величины минимальной заработной платы) за:
- осмотр трактора, самоходного комбайна - 12;
- выдачу талона о прохождении осмотра - 6;
- выдачу государственного регистрационного знака (в расчете на год службы) - 2,4;
- выдачу свидетельства о регистрации (в расчете на один год) - 2,4.
Итого за год - 22,8.
При минимальной заработной плате в размере 83490 руб. общая величина сборов для комбайна Acros 550 Ростсельмаш составит:
83490x22,8 , Н = = 19035,72руб.
Общая сумма налогов определена путем суммирования всех налогов, включаемых в себестоимость и рассчитанных выше.
3%= 19035,72+49843,17+35,16 = 68914,05 руб.
3 = 19035,72+52552,27+ 35,16 = 71623,15 руб.
Эксплуатационные затраты на уборку зерновых культур на годовой объем работ и общие экономические показатели технологического процесса, при включении в систему зерноуборочного комбайна, оборудованного новым измельчающим аппаратом, в сравнении с базовой машиной, приведены в табл. 5.3.
Как видно из таблицы, сумма эксплуатационных затрат на уборку зернобобовых культур составляет для комбайна с новым измельчителем, оборудованным экспериментальными рабочими органами - лопастными ножами и противорезами, с криволинейной образующей режущего лезвия - 75122,77 руб. Это меньше, чем при обмолоте с использованием базовой машины Acros 550 Ростсельмаш на 2735,77 руб. или на 3,7%.
Как показывает практика, годовая загрузка зерноуборочных комбайнов в условиях различных предприятий и технологий может колебаться от 60 до 180% от средней нормативной загрузки, принимаемой за 260 часов [11]. Т.е., реальная годовая загрузка комбайна может составлять от 156 до 468 часов.
Расчеты прямых эксплуатационных затрат по использованию зерноуборочного комбайна Acros 550 Ростсельмаш с новым и базовым соломоиз-мельчителем на уборке зерновых культур (рис. 5.2) показали зависимость повышения эффективности базового комплекса от увеличения годовой загрузки комбайна. Наибольшая эффективность новой машины по сравнению с базовой отмечается при величине годовой загрузки - от 170 часов и более. В этом случае, затраты по использованию новой и базовой машинам составит, соответственно, 78000 и 75000 руб. Т.е., разность по затратам базовой и новой техники составит не менее 500 тыс. рублей.