Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи 8
1.1. Краткие сведения из истории развития механизированной уборки кукурузы 8
1.2. Современные способы уборки кукурузы в початках и агротехнические требования 14
1.3. Физико-механические свойства кукурузы как объекта уборки \ б
1.4. Средства механизации для уборки кукурузы в початках 27
1.5. Анализ патентного материала 29
1.6. Обзор экспериментально-теоретических исследований 37
1.7. Выводы. Цель и задачи исследования 45
2. Теоретические исследования 48
2.1. Анализ факторов, влияющих на пропускную способность жатки кукурузоуборочной машины 48
2.2. Условие интенсификации процесса початкоотделения за счет увеличения рабочей скорости комбайна 52
2.3. Обоснование высоты среза и диапазона регулировок дополнительного режущего аппарата по высоте 55
2.4. Процесс перемещения стебля в жатке кукурузоуборочной машины
2.5. Определение зазора в рабочей части вальцов 62
2.6. Условие захвата стебля рифлеными вальцами 67
2.7. Деформация стебля в протягивающих вальцах ^
2.8. Определение скорости стебля 74
2.9.Мощность, потребная на отрыв початков 79
2.10. Мощность, потребная на процесс початкоотделения 84
2.11. КПД початкоотделяющего аппарата 92
3. Программа и методика исследований 95
3.1. Программа исследований 95
3.2. Описание экспериментальных установок 95
3.3. Методика изучения физико-механических свойств кукурузы 100
3.4. Методика планирования эксперимента ,04
3.5. Методика определения качественных показателей процесса початко-отделения 107
3.6. Методика определения фактической скорости протягивания стебля \\j
4. Результаты экспериментальных исследований 118
4.1. Изучение физико-механических свойств кукурузы
4.2. Результаты полевых испытаний 133
4.3. Результаты определения фактической скорости протягивания стебля... 150
5. Экономическая эффективность 152
5.1. Методика расчета экономической эффективности 152
5.2. Расчет показателей эффективности , 54
Общие выводы 156
Список использованных источников 159
Приложения 175
- Краткие сведения из истории развития механизированной уборки кукурузы
- Анализ факторов, влияющих на пропускную способность жатки кукурузоуборочной машины
- Программа исследований
- Изучение физико-механических свойств кукурузы
Введение к работе
Кукуруза - одна из наиболее распространенных культур в мировом земледелии, ежегодно выращиваемая более чем на ПО млн га /97/. По посевным площадям она уступает лишь основной зерновой культуре земного шара - пшенице.
В России площади под этой культурой сократились с 12-14 млн га в конце 80-х годов до 5 млн га в настоящее время. Причем большая часть кукурузы (до 75-80 %) высевается на силос. Но в 1999 году наметилась тенденция роста площадей, занятых под кукурузой, особенно на зерно.
Кукуруза широко используется в пищевой промышленности.
В Краснодарском крае кукуруза возделывается повсеместно, ее площади ежегодно занимают до 500 тыс. га /116/.
По универсальности использования кукуруза превосходит все кормовые и зерновые культуры /97/. В 1 кг зерна кукурузы содержится 1,34 кормовых единиц, в то время как в 1 кг ячменя - 1,2 к. ед., а овса - 1 к. ед.
Уборка кукурузы в настоящее время полностью механизирована. Для уборки кукурузы промышленность выпускает как специализированные комбайны, так и кукурузоуборочные приставки к зерноуборочным комбайнам.
Пропускная способность кукурузоуборочной жатки зависит как от размерно-массовой характеристики убираемой кукурузы, так и от параметров ее рабочих органов. В связи с тем, что все кукурузоуборочные жатки разрабатывались на основе зарубежных аналогов, в нашей стране отсутствуют собственные исследования технологического процесса уборки и влияния геометрических и кинематических параметров рабочих органов применительно к стрепперным початкоотделяющим аппаратам и к отечественным гибридам кукурузы /150/.
Гибриды американской селекции лучше приспособлены к машинной уборке. Высота крепления початков к стеблям у них колеблется в меньших
5 размерах, а сами растения обладают меньшей высотой и более выровнены по «# диаметру стеблей.
Селекция на приспособленность кукурузы к машинной уборке специально в нашей стране не ведется. Поэтому при уборке гибридов отечественной селекции условия уборки несколько отличаются, что отрицательно сказывается на производительности уборочных агрегатов.
Проблемы повышения производительности кукурузоуборочной техники значительно обострились с сокращением ее выпуска, связанного с распадом СССР и переходом к рыночной экономике. Основной производитель кукурузоуборочной техники ОАО «Херсонские комбайны» остался на Украине и работает не в полную мощность. Имеющиеся на Кубани комбайны и кукурузоуборочные приставки к зерноуборочным комбайнам физически устарели. В связи с этим возникла необходимость организации производства машин в России, а для создания машин нового поколения необходимо проведение НИР и ОКР применительно к условиям нашей страны.
Повысить производительность машин на уборке кукурузы можно за счет разработки новых способов уборки, усовершенствования рабочих органов на основе тщательного изучения процесса початкоотделения, а так же за счет регулировки початкоотделяющих органов, обеспечивающих наивысшую производительность.
Поэтому интенсификация процесса уборки кукурузы, повышение пропускной способности жатки, определение параметров отделения початков стрепперным аппаратом являются актуальными задачами. Этим и обусловлено проведение экспериментальных исследований.
Изложенный в работе материал посвящен исследованию этой проблемы и является итогом научно-исследовательской работы, выполненной на кафедре сельскохозяйственных машин КГАУ.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР * Куб ГАУ (номер государственной регистрации 0196000907).
Целью настоящей работы является определение параметров процесса декапитации стеблей (удаления верхушечной части) и отделения початков стрепперным аппаратом.
Объектом исследования являются технологический процесс уборки кукурузы, процесс декапитации и отделения початков стрепперным аппаратом.
Предметом исследования являются экспериментальные и функциональные связи, определяющие зависимости между биометрическими показателями целых стеблей и стеблей с удаленной верхушечной частью, а также между параметрами стрепперного початкоотделяющего аппарата и качественными показателями его работы.
Научную новизну работы составляют:
1. Механико-математическая модель процесса отделения початков стрепперным аппаратом, позволяющая проанализировать факторы, влияющие на пропускную способность рабочих органов комбайна.
2. Зависимости высоты среза и диапазона регулировок дополнительного режущего аппарата применительно к новому способу уборки кукурузы.
3. Новый способ уборки кукурузы с одновременным удалением верхушечной части растения (патент 2206198 РФ).
4. Методика определения мощности, потребной на работу стрепперного аппарата с учетом физико-механических свойств кукурузы.
Новизна и полезность разработок подтверждена тремя патентами РФ на изобретения и одним положительным решением на получение патента.
Практическую ценность работы составляют: рекомендации по интенсификации процесса уборки кукурузы на основе повышения пропускной способности жатки, методика расчета геометрических и кинематических параметров початкоотделяющего аппарата.
7 На защиту выносятся: стрепперным аппаратом.
Биометрические показатели растения кукурузы применительно к способу уборки с одновременным удалением верхушечной части стебля.
Новый способ уборки кукурузы с одновременным удалением верхушечной части растения.
4. Методика определения мощности, потребной на работу стрепперного аппарата, и рекомендации по интенсификации процесса уборки, вытекающие из нее.
Физико-механические свойства стебля как объекта сжатия в рифленых протягивающих вальцах.
Рекомендации по интенсификации процесса початкоотделения стрепперным аппаратом.
8 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
Краткие сведения из истории развития механизированной уборки кукурузы
Кукуруза, или маис (Zea mays L), принадлежит к числу важнейших и наиболее древних сельскохозяйственных растений мира. Кукурузное зерно издавна используется во многих странах мира для питания населения. Ценность кукурузы состоит в том, что при ее возделывании решаются две задачи - пополнение ресурсов зерна и получение из ее стеблей высококачественного силоса/129/.
Об этом древнейшем хлебном злаке Старый Свет узнал сравнительно недавно - всего около 500 лет назад. Оно не было известно земледельцам древней Индии и Китая, Месопотамии и Египта, Рима и Эллады. А между тем еще на низшей ступени варварства его возделывали, чуть ли не на всем Западном полушарии /146/.
По мнению прогрессивного американского ученого Л.Г. Моргана «маис (кукуруза) способствовал прогрессу человечества больше, чем все осталь-ные хлебные злаки, вместе взятые»/146/.
Десятки тысячелетий прошло с тех пор, как человек заметил дикорастущий злак с задатками высокой продуктивности. Многие века он закреплял эту особенность, отбирая самые лучшие растения. За семь тысяч лет селекционной работы неосознанно, а потом осознанно проводившейся индейцами, маис совершенно преобразовался. Первые американцы ввели кукурузу в хозяйство человечества. И в этом едва ли не важнейший вклад аборигенов Но-вого Света в мировую цивилизацию /146/.
В странах Европы пиккеры имели меньшее распространение, чем в США, так как здесь стремились вместе с початками собрать стебли. Поэтому для уборки кукурузы применяли сноповязалки и хескер-шредеры, либо собирали початки вручную, а затем убирали стебли силосоуборочным комбайном/100/. Прежде чем рассмотреть развитие механизированной уборки кукурузы в нашей стране, обратимся к истории распространения ее в России. Початкоотделителъ «Филипс» (Патент 1870 г.)/125/ отрыв початка от подаваемого вручную стебля Однорядный пиккер с приводом от ходового колеса ( 1904 г.) /44/ отрыв початка без отделения стебля от корня Привод пиккеров от ВОМ трактора (1920 г.) /44/ яді Навесной двухрядный пиккер /100/ Пиккер-шеллер (выпущен в 1930 г.) /44/ отрыв початков, обмолот початков, измельчение стеблей Раздельная уоорка кукурузы (д Раздельная уборка кукурузы . (до 40-х годов)/100/ Кукурузная сноповязалка Хескер-шредер срез стеблей и образование сноп — отделение початков, очистка от обер , ток, измельчение стеблей Уберкакукурузыцазерно (с 1940 г.)/100/ Пиккер Стеблеруб отрыв початков измельчение и разбрасывание стеблей по полю Пиккер-шеллер (введен в производство 1954 г.) /44; 100/ Хедер (1954 г.) /44; 100/ приспособление к зерноуборочным комбайнам Кукурузоуборочные комбайны (середина 50-х годов) /44; 100/ отрыв, сбор початков; измельчение стеблей Пиккер-хескер (1950-1960 гг.) /100/ отрыв, очистка початков от оберток Пиккер-Хескер «Джон-Дир-300» (середина 80-х годов) /150/ Рисунок 1.2 Эволюция развития кукурузоуборочной техники в США Долгое время бытовало мнение, что, кукуруза завезена в Россию из Турции. Первые сведения о кукурузе в русской периодической печати появились 20 ноября 1786 года /146/. Существовало несколько очагов /129/ попадания кукурузы в нашу страну (рисунок 1.3). Распространение кукурузы в нашей стране I л Іочаг Закавказье KoHeiiJCVII века Пути завоза: 1. Закавказье - морским путем из Средиземноморских стран Европы (Италия, Франция, Испания); 2. Центральные горные районы Кавказа - по побережью Каспийского моря из мусульманских стран Ближнего Востока. II очаг Бесарабия Конец XVII века Завезена с Балкан через Молдавию и Валахию. Ш очаг Средняя Азия Конец XVIII века t Завезена из Западной Азии.
Очаги распространения кукурузы в нашей стране В восьмидесятых годах девятнадцатого столетия в некоторых руководствах по возделыванию кукурузы, как, например, в популярном руководстве B.C. Засядько, для уборки кукурузы на маленьких площадях пропагандировали применение ручных американских орудий - специальных ножей и резаков. Однако в России эти орудия не получили распространения. Уборка кукурузы, возделывавшейся на площади в 1-2 десятины, как правило, производилась топорами или кустарниковыми косами с коротким широким лезвием. В крупных хозяйствах, возделывавших кукурузу на больших площадях, зеленую массу убирали лобогрейками или американскими жнейками - сноповязалками/129/. Кукурузная сноповязалка (рисунок П8.1) по принципу действия была сходна с хлебными сноповязалками. Она срезала один ряд кукурузных стеб лей, захватывая и направляя срезанные растения особым разделителем. В разделителе на бесконечных цепях двигались направляющие зубья. Они подвигали стебли в определенном положении к узловязателю.
Кроме кукурузных сноповязалок были кукурузные копновязатели. Применение обеих машин в России было весьма ограниченным /129/.
Там, где кукурузу сеяли на более значительных площадях, для отделения початков от стеблей и от оберток иногда использовали кукурузные по-чатко- и оболочкоотделительные машины Филиппа (рисунок П8.2).
В начале девятисотых годов в руководстве по возделыванию кукурузы В.Э. Брунста (губернского агронома Харьковской губернской земской управы) пропагандировалось использование американской машины (рисунок П8.3), которая отделяла листья от початков и одновременно измельчала стебли, заканчивая все операции по уборке кукурузы в один проход. Однако применения в России эта машина не нашла.
Вообще развитие механизированной уборки кукурузы в России началось позже, чем в США и опиралось в основном на американский опыт. Эволюция развития кукурузоуборочной техники в России представлена на рисунке 1.4.
В 1979 году Херсонским комбайновым заводом с участием УкрНИИСХОМа был разработан и поставлен на производство комбайн «Херсонец-200» КСКУ-6. Самоходный комбайн предназначен для уборки спелой кукурузы в початках с очисткой от оберток или обмолотом початков с одновременным срезом, измельчением и сбором листостебельной массы.
Анализ факторов, влияющих на пропускную способность жатки кукурузоуборочной машины
Пропускная способность жатки по массе прокатываемых стеблей определяется из выражения /77/ у q0=zPnia LpuM/p, (2.1) где q0- пропускная способность жатки, кг/с; Є - коэффициент, учитывающий использование площади щели между вальцами, зависящий от состояния убираемой культуры и конструк Щ ции вальцов; его значение колеблется в интервале 0,6-0,7; Рп- условная плотность растительной массы, протягиваемой вальцами, кг/м3; і - число пар отрывочных вальцов; а - зазор между вальцами, а = 0,035м; L р- длина рабочей части вальцов, Lр =0,26-0,70м; им— скорость протягивания массы, м/с. Скорость им определяют по ок ружной скорости вальцов и по их буксованию по массе. Р - коэффициент соломистости, определяется как отношение массы стебля к массе всего растения, то есть Р=тс/т„+тс, (2.2) т где тс - масса стебля без початка, кг; т„ - масса початка, кг;
Коэффициент соломистости колеблется в интервале 0,5-0,6 /77/. С учетом буксования протягивающих вальцов по стеблям пропускная способность жатки по початкам определяется из выражения /77/ qn=ePn (1-rjJ ueiaLp(l-f})/p, (2.3) где Л б - коэффициент буксования, TJ 6 = 0,1-0,2; ив- окружная скорость вальцов, ив =2,6—4,5м/с. Из выражения (2.3) следует, что пропускная способность жатки по початкам находится в прямо пропорциональной зависимости от всех факторов, кроме коэффициента буксования и коэффициента соломистости, влияние которых на подачу носит обратно пропорциональный характер.
С целью определения интенсивности изменения подачи от факторов, ее определяющих, нами выполнен расчет производительности для крайних значений интервалов возможного изменения каждого фактора при постоян tf стве остальных.
Анализ зависимостей позволил установить /141; 142/: 1. Увеличение коэффициента є с 0,6 до 0,7 способствует возрастанию пропускной способности жатки с 5,3 до 6,2 кг/с или на 17 %; 2. Уменьшение коэффициента буксования rj бс 0,2 до 0,1 вызывает увеличение пропускной способности с 5,3 до 6 кг/с или на 13 %; 3. Увеличение длины рабочей части вальцов с 0,26 до 0,70 м ведет к возрастанию пропускной способности на 165 %; 4. Увеличение скорости вальцов с 2,6 до 4,5 м/с способствует повышению подачи на 74 %; 5. Уменьшение коэффициента соломистости (3 с 0,6 до 0,5 вызывает увеличение пропускной способности на 51 %.
Из анализируемых выше параметров, влияющих на пропускную способность жатки, наименее приемлемым является изменение длины рабочей части вальцов. Это связано с тем, что длина рабочей части вальцов в современных кукурузоуборочных жатках уже практически достигла своего предела, а ее дальнейшее увеличение потребует существенного изменения конструкции жатки и увеличения ее металлоемкости.
Увеличение окружной скорости вальцов - легко достигаемый прием. Однако здесь необходимо преодолеть противоречие, связанное с увеличением ударного импульса початков по початкоотделяющим пластинам, что может вызвать повреждение оснований початков. Увеличить время удара, а, следовательно, и снизить возникающие при этом мгновенные силы можно, если установить пластины на прокладках из амортизирующих материалов, например, резины.
Уменьшение коэффициента буксования tj 6 - технически решаемая задача. Один из вариантов ее решения состоит в выборе зазора между вальцами, снижающего буксование, или в активизации рифов вальцов, прокатывающих стебли.
Уменьшение коэффициента соломистости р может быть обеспечено срезом верхушечной части стебля, расположенной выше початка в фазе восковой спелости. Однако этот приём требует разработки специальной машины. Проще удаление производить одновременно с уборкой кукурузы. При этом срезанные части стебля не должны попадать в рабочую щель жатки. Учитывая требования уборки семенной кукурузы в початках (необходимость визуального отбора нетипичных початков кукурузы), комбайн для уборки семенной кукурузы должен иметь как початкоотделительную часть, так и початкоочистительную.
Интенсификация процесса уборки кукурузы в початках требует согласованной работы початкоотделительной и початкоочистительной части.
В связи с этим важное значение имеет соотношение пар протягивающих и початкоочистительных вальцов. Это соотношение рассмотрено нами в работе /143/, из которого следует, что на каждое русло кукурузоуборочной жатки должно приходиться по две пары початкоочистительных вальцов.
Интенсификация процесса очистки початков от обертки может быть достигнута за счет сокращения времени на ориентацию початков при их входе на початкоочищающие вальцы за счет предложенного нами нового технического решения (патент № 2196416 РФ) /103/.
Скорость движения кукурузоуборочного комбайна выбирается с учетом размерно-массовой характеристики убираемой культуры. Чем выше растение, тем меньше рабочая скорость комбайна. Предельное значение скорости 9 км/ч /45/. Интенсификация процесса початкоотделения состоит не в значительном дальнейшем повышении скорости комбайна, например до 12 км/ч, а в увеличении скорости в рабочем диапазоне, зависящем от высоты убираемой кукурузы.
Из анализа графика следует: 1. Снижение высоты растений позволяет повысить скорость движения комбайна при постоянной скорости прокатывания. 2. Принимая, в первом приближении скорость прокатывания равной ( окружной скорости протягивающих вальцов (4,3 м/с) /150/ на основании ри сунка 2.2 можем сделать следующие выводы: а) предварительное удаление верхушечной части растения при прока тывании по одному стеблю при постоянной окружной скорости вальцов (4,3 м/с) обеспечивает повышение скорости движения комбайна на 2,7 км/ч или на 46 %; б) при одновременном прокатывании двух стеблей теоретическая ско рость движения комбайна повышается до 9,1 км/ч, а с удалением верхушеч ной части стебля удваивается. Дальнейшей задачей теоретических исследований является определение скорости движения стебля при прокатывании.
Программа исследований
Для оценки влияния параметров русла кукурузоуборочной жатки на аг ротехнические показатели процесса початкоотделения нами была изготовле на специальная экспериментальная установка, содержащая одно русло ком байна КСКУ-6 «Херсонец-200», агрегатирующаяся с трактором МТЗ-80. Ус тановка позволяла изменять угол наклона русла к горизонту (а), частоту вращения протягивающих вальцов (п) и скорость движения трактора (V).
Для этого на навесную систему трактора МТЗ-80 навешена рама 1, на которой с помощью кронштейнов 16 и держателей 17 крепится одна секция 3 шестирядного кукурузоуборочного комбайна КСКУ-6 «Херсонец-200» (рисунок 3.1 и 3.2). Держатели изготовлены из уголков, которые имеют регулировочные отверстия. Перемещение кронштейнов 16 и русла 3 по отверстиям держателей 17 позволяет изменять угол наклона початкоотделяющих вальцов к горизонту.
Схема экспериментальной установки (вид сверху): 1 -рама; 2 - лыжа; 3 - русло комбайна; 4 - скатной лоток; 5 - ящик для сбора початков; 6 - сменная звездочка; 7 - вал; 8 - редуктор; 9 - ящик для инструмента; 10 - карданный вал; 11-подножка; 12 - трактор МТЗ-80; 13 - подшипники; 14 - цепь; 15 - звездочка; 16 - кронштейны; 17 - держатели а
Для фиксации русла в нужном положении предусмотрены специальные упоры, также имеющие регулировочные отверстия. Диапазон регулирования угла наклона русла комбайна показан в таблице П13.1.
Для сбора початков предусмотрены скатной лоток 4 и ящик 5. На раме с помощью стоек закреплена лыжа 2 для устойчивого хода агрегата. На остановках для изменения режимов работы используется подножка 11.
Привод секции осуществляется от вала отбора мощности трактора через карданный вал 10, уменьшающий редуктор 8, вал 7, цепную передачу. На валу 7 закреплена сменная звездочка 6.
Прибор для изучения деформации стебля Для изучения деформации стебля нами изготовлен прибор, имитирующий положение стебля в момент прокатки его протягивающими вальцами (рисунок 3.3 и 3.4). Рисунок 3.3. Схема прибора для изучения деформации стебля:
Прибор состоит из рамы 1; двух пластин 2, имитирующих смежные рифы одного вальца; направителя 3, в котором, опираясь на подшипники 11, находится подвижная пластина 4, имитирующая противоположный риф второго вальца. Подвижная пластина имеет горизонтальную полочку для грузов 8.
Для измерения прогиба и деформации стебля прибор снабжен индикаторами 6 и 7. Горизонтальная плита 5 предусмотрена для изучения зависимости деформации стебля под нагрузкой от времени и деформации стебля от нагрузки.
Удаление верхушечной части стебля кукурузы направлено на уменьшение коэффициента соломистости. С уменьшением коэффициента соломи-стости (как показано в разделе 2) растет пропускная способность жатки. Чтобы оценить эффективность этого приема необходимо знать исходный коэффициент соломистости и коэффициент соломистости в случае удаления верхушечной части стебля.
Для решения данной задачи методикой предусматривалось изучение биометрических показателей целых растений кукурузы и растений с удаленной верхушечной частью стебля. Для этого нами на полях Краснодарского НИИСХ им. П.П. Лукьяненко было изучено три гибрида различного срока созревания Краснодарской селекции районированных в крае: Краснодарский 200МВ, Краснодарский 299МВ, Краснодарский 421АСВ. Исследования проводились в первой декаде сентября 2001 года.
В опытах фиксировались: высота растений кукурузы, высота растений без верхушечной части (срезалась часть стебля выше початка, положение по # чатка естественное), масса всего растения (срезанного на уровне 12 см), масса срезаемой верхушечной части, масса початка.
Порядок проведения замеров: у стоящего на корню растения рейкой с делениями через 1 см измерялась высота растения и высота верхней точки початка, затем растение срезалось на высоте 12 см и взвешивалось на лабораторных весах со шкалой 1 кг с точностью до 5 г. После этого производился срез верхушечной части стебля над верхней точкой початка и повторное взвешивание обеих частей растения. Затем взвешивали початок в обертке с этого стебля.
Для изучения зависимости деформации стебля протягивающими вальцами в момент их прокатки использовался стебель кукурузы, положенный поперек пластин 2 (рисунок 3.5). Причем расстояние между пластинами устанавливалось равным расстоянию между рифами (40 мм). Стебель сдавливался подвижной пластиной 4, толщиной, равной толщине рифа вальца (6 мм), с установленной на нее грузом 8 массой 5 и 7 кг.
Масса подвижной пластины с полочкой для груза составляла 1,6 кг. Показания с индикаторов 6 и 7 снимались через 1 мин после каждого нагружения при прикладываемом усилии 64,7; 113,7; 162,7; 211,7; 260,7; 309,7; 358,7; 425,3; 495,9; 564,5; 633,1 Н.
Интервал прикладываемого усилия выбирался с учетом предыдущих исследований по сжатию стебля круглыми вальцами /42; 122/.
Учитывая то, что при приложении усилия реологические свойства стебля максимально проявляются в первую минуту нагружения, то время действия каждого груза принималось равным 1 мин.
Изучение физико-механических свойств кукурузы
Данные измерений: высоты растения, высоты до верхней точки початка, длины стебля выше початка и взвешиваний: массы срезанного стебля, массы початка в обертке, массы верхушечной части растения, показали, что почти все изучаемые параметры гибридов кукурузы Краснодарский 200 MB, Краснодарский 299 MB, Краснодарский 421 АСВ в среднем подчиняются закону нормального распределения (таблица П15).
Высота растения зависит от гибрида кукурузы. Средняя высота растений этих гибридов по данным 2001 - 2002 г.г. составляла 164 см и колебалась в пределах от 133 до 210 см. Средние значения высоты с учетом ошибки выборочной средней составляла: Краснодарский 200 MB - 133+5,5 см, Краснодарский 299 MB - 158+6 см, Краснодарский 421 АСВ - 164+4,8 см (измерение 2001 г.), 210+11 см (измерение 2002 г.).
Высота до верхней точки початка так же зависит от гибрида кукурузы, и в среднем составляла: Краснодарский 200 MB - 87+3 см, Краснодарский 299 MB - 73+4 см, Краснодарский 421 АСВ - 110+3 см (2001 г.), 128+4 см (2002 г.). В среднем по трем гибридам 99,5 см.
Коэффициент соломистости для целых растений и растений с удаленной верхушечной частью приведен в таблице 4.1, а отношение высоты растения с удаленной верхушечной частью стебля к целому растению в таблице 4.2.
В целом по трем - с удаленной 0,48 0,16 0,019 36,1 гибридам верхушечной частью HCPos 0,025 Из данных таблицы следует, что удаление верхушечной части стебля (в целом по трем) гибридам уменьшает коэффициент соломистости с 0,52 до 0,48, то есть на 8 %, что вызывает рост пропускной способности кукурузоуборочной жатки на 17 %. Статистическая обработка данных методом сопряженных выборок при 5 % уровне значимости доказывает существенность разницы между выборками, а НСР в этом случае 0,025.
Отношение ([і ) высоты растения с удаленной верхушечной частью he к высоте целого растения Я, то есть ц = hj Н позволяет выбирать высоту установки режущего аппарата и пределы его регулировки (рассмотрено в разделе 2.3).
Из данных таблицы 4.2 следует, что это отношение различно для разных гибридов и колеблется в пределах 0,47-0,67 в среднем по всем гибридам составляет 0,61, что близко к золотому сечению Леонардо да (Винчи.
Экспериментальная проверка способа уборки кукурузы с предварительным удалением верхушечной части стебля Для проверки предложенного нами способа уборки кукурузы (патент 2206198 РФ /105/), основанного на искусственном понижении высоты растения кукурузы в процессе ее уборки за счет среза верхушечной части стебля, был выполнен следующий эксперимент.
Перед началом уборки кукурузы в трехкратной повторности определялась скорость работы комбайна в обычных условиях. Агрегат двигался на III передаче. Затем на этом же поле по ширине захвата комбайна была вручную срезана верхушечная часть растений, расположенная выше верхней точки початка (рисунок 4.2). Уборка этого участка производилась на следующей (IV) передаче трактора. При этом было учтено в трехкратной повторности время на участках длиной 200 м. Полученные результаты приведены в приложении 5.
Рядки со срезанной верхушечной частью стебля (обведе 123 Таким образом, на участке с удалением верхушечной части стебля скорость составила 5,77 км/ч против 4,64 км/ч при уборке в обычных условиях. Это означает, что операция удаления верхушечной части растений позволяет увеличить теоретическую производительность комбайна на 24,4 %. 4.1.3. Изучение упруго-пластичных свойств стебля Деформация сжатия стеблей кукурузы возникает при протягивании их через рабочую щель между протягивающими вальцами. Сжатие стеблей в комбайнах является необходимым условием успешной операции протягивания стебля вниз и отрыва початков. В случае недостаточности сжатия неизбежно буксование вальцов относительно стебля, приводящее к забиванию рабочих органов. Забивание является одной из причин недостаточно высокого коэффициента эксплуатационной надежности комбайнов для уборки кукурузы.
Зависимость между нагрузкой и деформацией в принципе отражает все основные этапы, выявленные предыдущими исследованиями /122/. Здесь для стеблей, достигших полной зрелости (рисунок 4.3), можно выделить три основные фазы, присущие деформации растительного материала. Первая -упругая деформация (участок от 0 до 1), исчезающая после снятия нагрузки /119/; в этой фазе происходит сжатие опорного остова, состоящего из скле-ренхимных (механических) тканей /123; 124/; зависимость усилия и деформации выражается почти прямой линией; на сжатие работает главным образом остов стебля. Вторая - пластическая деформация (участок от 1 до 2), остающаяся после удаления нагрузки /119/; этот участок начинается с точки 1 - разрушение остова с раскалыванием его вдоль волокон; происходит замедленное возрастание усилий при больших деформациях; сопротивление сжатию оказывает главным образом сердцевина стебля. Третья - прессование материала (участок от 2 до 3); замедленное возрастание деформации при больших нагрузках; в этой фазе происходит сжатие тканей с выходом остатков влаги и воздуха и уплотнением клеток.
Относительная деформация в % Рисунок 4.4. Зависимость относительной деформации зелёного стебля линии Кр 773 от нагрузки
Нами, благодаря конструктивным особенностям выполнения прибора, наличию в качестве регистрирующего прибора индикатора, удалось показать наличие реологических (связанных со временем) свойств стебля, одним из проявлений которых является ползучесть, то есть развитие деформации во времени даже при неизменной нагрузке (рисунок 4.5).
Таким образом, в целом стебель при моделировании процесса сжатия следует рассматривать как упруго-пластично-вязкое тело. Наличие реологических свойств, на наш взгляд, имеет смысл рассматривать в процессах, сопровождающихся значительным течением времени, например при силосовании. Применительно к изучаемому нами явлению, учитывая быстродействующий процесс прокатки стебля вальцами (порядка 1 секунды) реологические свойства стебля не успевают отразиться на диаграмме сжатия, поэтому нами в первую очередь была изучена фаза упругой деформации.
