Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 8
1.1 Значение сои и перспективы соеводства в Амурской области 8
1.2 Особенности растений сои, как объекта уборки 11
1.3 Анализ исследований процесса среза растений 17
1.4 Обзор и анализ конструкций режущих аппаратов 30
1.5 Влияние режимных параметров работы шнека жатки
зерноуборочного комбайна на обмолот растений сои при уборке 38
1.6 Особенности применения комбайнов марки «John Deerel048»
на уборке сои в Амурской области 43
1.7 Выводы 47
1.8 Задачи исследований 48
2 Теоретические исследования 49
2.1 Колебания растения сои и раскрытие створок боба при срезе 49
2.2 Обоснование параметров и режимов работы сегментно-пальцевого режущего аппарата нормального резания на уборке сои 59
2.3 Выводы 63
3. Программа и методика экспериментальных исследований 64
3.1 Методика проведения лабораторно-полевых исследований физико-механических свойств растений сои 65
3.2 Методика исследования влияния механического травмирования на рост и продуктивность растений сои 70
3.3 Методика лабораторных исследований среза стеблей растений сои методом моделирования реального процесса 71
3.4 Методика применения высокоскоростной цифровой видеокамеры при моделировании среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания 73
3.5 Методика исследования потерь сои за жаткой 79
3.6 Методика определения биологической урожайности 80
3.7 Методика исследований влияния частоты вращения шнека жатки, скорости резания и влажности семян сои на потери за жаткой зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» 81
4. Результаты и анализ экспериментальных исследований 86
4.1 Характеристика растений, бобов и семян сои 86
4.2 Результаты исследования влияния механического травмирования на рост и продуктивность растений сои 93
4.3 Результаты исследований среза древесных стеблей растений сои методом моделирования реального процесса 95
4.4 Результаты исследования реального процесса среза растений сои 99
4.5 Результаты исследований влияния частоты вращения шнека жатки, скорости резания и влажности семян сои на потери за жаткой зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» 107
5. Экономическая эффективность применения оптимальных значений технологических параметров рабочих органов жатки зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» на уборке сои 121
5.1 Общие выводы 124
5.2 Список использованных источников
- Анализ исследований процесса среза растений
- Обоснование параметров и режимов работы сегментно-пальцевого режущего аппарата нормального резания на уборке сои
- Методика исследования влияния механического травмирования на рост и продуктивность растений сои
- Результаты исследований среза древесных стеблей растений сои методом моделирования реального процесса
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важнейших культур в мире, возделываемых человеком по праву считается соя. Она используется человеком в пишу наравне с рисом, пшеницей, просом. Ценный и разнообразный химический состав сои, а это - 36 - 55 % белка, более 20 % жира, свыше 30 % углеводов, 5-6 % различных минеральных элементов, обуславливает ее большой удельный вес среди производимых культур.
Одной из важнейших операций при возделывании сои является уборка, во время которой происходят значительные потери урожая. Небольшая урожайность культуры в Амурской области, в среднем 0,7 - 0,12 т/га, ещё более остро ставит вопрос о повышении качества её уборки. В ходе проведения многолетних исследований за работой зерноуборочных комбайнов на уборке сои было установлено, что потери за жаткой составляют до 80% от всех потерь. Такое большое наличие потерь связано с неудовлетворительной работой мотовила, режущего аппарата и шнека жатки. Вступая во взаимодействие с активными рабочими органами жатки, растение сои подвергается силовому воздействию: удару, колебанию, сжатию, защемлению. При этом в биологическом материале (бобе) возникают такие напряжения, которые, превышая пределы прочности створок, приводят к их разрушению и потерям семян сои за жаткой.
Уменьшить величину потерь при уборке можно за счёт создания принципиально новых или модернизации существующих рабочих органов жатки, приспособленных к физико-механическим свойствам сои. Одним из способов решения проблемы снижения потерь может быть нахождение таких режимно-конструктивных параметров рабочих органов жатки которые бы свели потери сои к минимуму.
Цель исследований - Изучение недостаточно изученных физико-механических свойств растений сои, а так же обоснование режимно-конструктивных параметров работы режущего аппарата, шнека жатки зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048» для снижения потерь.
Объект исследования - Процесс среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания и транспортирования их шнеком жатки к подающему транспортёру комбайна. Режущий аппарат и шнек жатки комбайна «JOHN DEERE 1048».
Методы исследования. При проведении исследований применялись аналитический и экспериментальные методы. Экспериментальный метод использовался при разработке методик проведения лабораторных, полевых исследований и обработке результатов опытов. Обработка результатов исследований осуществлялась с помощью программ Virtual Dub, Adobe Photoshop CS3, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint, Advanced Grapher, Компас 3DV8, Fastvideo Lab (проведение скоростной видеосъёмки).
Научная новизна. В работе разработано экспериментально-теоретическое обоснование метода снижения потерь семян сои за жаткой зерноуборочного комбайна за счёт оптимизации кинематических параметров рабочих органов жатки. Определены теоретические предпосылки разрушения бобов сои при ударе по стеблю. Разработаны средства и методики моделирования среза растения сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания с помощью скоростной цифровой видеосъёмки.
Установлены оптимальные режимно-конструктивные параметры работы режущего аппарата и шнека жатки (скорость резания, частота вращения шнека) комбайна «JOHN DEERE 1048» на уборке сои в условиях Амурской области.
Практическая значимость работы. Использование результатов теоретических и экспериментальных исследований позволили предложить оптимальные режимно-конструктивные параметры рабочих органов жатки комбайна (режущий аппарат и шнек) «JOHN DEERE 1048» на уборке сои в условиях Амурской области.
Внедрение. Результаты экспериментальных исследований по оптимизации кинематических параметров рабочих органов жатки внедрены в отделе семеноводства ФГБОУ ВПО «ДальГАУ» и в ОАО «Агроразвитие Тяньхэ».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях ДальГАУ (2009-2011 г.г.) и на межвузовских конференциях «Молодёжь XXI века» (2009-2011 г.г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 в журналах,рекомендованных ВАК России.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, основной текст сопровождается 20 таблицами и 64 рисунками. Список литературы содержит 110 наименований, из них 8 на иностранных языках.
Анализ исследований процесса среза растений
В.Г. Александров в своих исследованиях отмечает, что у дикорастущего растения за счёт пергаментного слоя боб сои раскрывается не только по шву, но и каждая створка, скручиваясь, способствует разбрасыванию семян. В бобах культурных сортов пергаментный слой почти отсутствует, поэтому способность самораскрываться у них выражена в значительно меньшей степени. Замечено лишь частичное скручивание створок вымолоченных бобов, в основном в нижней части стебля [41].
В зависимости от соотношения длины, ширины и толщины семена бывают шаровидной, овально-выпуклой, удленённо-плоской и овально-плоской форм (рис. 1.7) [12]. Масса тысячи семян в зависимости от сорта и условий выращивания может значительно варьировать. В.Б. Енкен по крупности семян выделил шесть групп - от очень мелких (40 г) до исключительно крупных (425 граммов) [36].
В отличие от зерновых культур, семена сои не имеют эндосперма. Основная часть массы (90 %) приходится на две развитые семядоли, которые служат хранилищем питательных веществ. Семядоли являются частью проростка и удерживаются семенной оболочкой. Семенная оболочка плотная, практически непроницаемая для воды и составляет 7-8% от общей массы семени. Под оболочкой располагаются занимающие центральную и наибольшую часть семени крупные осевые органы зародыша - корешок и почечка. Окраска семян преимущественно жёлтая, изредка встречаются сорта с чёрными, зелёными и коричневыми семенами. .
Исследования размерных характеристик и формы семян сои показали, что большинство сортов сои имеют семена с коэффициентом сферичности (показатель, который характеризует объект на близость к шару) 0,8 - 0,9 [85]. Семя сои, имея форму близкую к шару, обладает способностью перекатываться, а в некоторых случаях и осыпаться с платформы жатки.
Ещё одним свойством сои, отрицательно сказывающимся на процессе уборки, является упругость. По данным Н.П. Гречачина и В.А.Кармашева величина коэффициента восстановления семян сои по стали изменяется в пределах от 0,4 до 0,7 [31,41,26,27, 67]. Обладая таким коэффициентом, зерно сои может легко покидать платформу жатки.
Другой особенностью сои, не меньше влияющей на потери, является влажность: в процессе образования семян в них обычно содержится 40 - 60% влаги, а в момент уборки влажность снижается до 8 - 11%. Из-за быстрого уменьшения влаги некоторые бобы растрескиваются и осыпаются.
При оценке сортов особое внимание уделяется, в первую очередь, таким показателям растений, как продолжительность периода вегетации, высота прикрепления нижних бобов, высота растений, устойчивость к полеганию, обмолачиваемость, масса семян, содержание белка, жира и другие.
Высота прикрепления бобов является важным технологическим показателем, влияющим на величину потерь при механизированной уборке: чем выше прикрепление бобов, тем меньше потери при уборке. Наибольшее количество бобов (до 60%), по данным амурских исследователей А.Т.Волкова и Н.П. Гречачина, расположены в 10 - 30 см от поверхности почвы [21]. Количество нижних бобов и высота их прикрепления могут меняться в зависимости от климатических условий года, засорённости поля и питательной способности почвы. В засушливые годы на малоплодородных почвах растения имеют меньшую высоту и большее количество бобов, сосредоточенных в нижней зоне. При культивации стебли отгибаются и присыпаются землёй. В этом случае многие бобы оказываются на поверхности поля.
Для уборки сои такое распределение бобов на стеблях оказывается весьма неблагоприятным, так как режущий аппарат существующих жаток производит срез растений на высоте 0,07 и более метра, оставляя на стерне несрезанные бобы. Кроме того, часть бобов попадает в раствор режущей пары и перерезается.
Таким образом, можно сказать, что соя является довольно сложной для уборки культурой. Исходя из вышеизложенного, рабочие органы жатки и приспособлений к ним должны разрабатываться в соответствии с физико-механическими свойствами сои.
Необходимость создания специальных жатвенных машин была продиктована ростом сельского хозяйства, связанного с растениеводством. Рост городского населения и промышленного производства привели к возрастанию потребления продуктов питания. f" Недостаток хлеба в XIX - XX веках особенно остро ощущался в Англии и Германии, которые были вынуждены закупать его у России [83]. Поэтому именно в этих странах, возникло большое количество предложений по созданию высокопроизводительных с.-х. машин для уборки зерновых и других культур.
Первый режущий аппарат, работающий по принципу ножниц, был предложен в Англии в 1800 году, а в 1828 году была построена первая жатвенная машина. Режущий аппарат состоял из полосы с режущими пластинками, которая перемещалась между пальцами.
В России в 1846 году аппарат, работающий по тому же принципу, запатентовал Ф. Языков, а в 1860 г. П. А. Зарубин создал "жатвенную тележку". В описании изобретения говорится: "От колес тележки через вертикальные шкивы движение передавалось на бесконечную цепь. На внешней стороне этой цепи находился ряд острых ножей. Над ножами расположена была гребенка с острыми зубьями. Когда цепь двигалась, то попадающие между ножами и зубьями гребенки колосья срезались, словно ножницами" [17].
Неслучайно именно в России выдающимся учёным академиком В.П.Горячкиным [28] была разработана научная теория резания лезвием ножа, которая послужила основой для последующих исследований целого ряда российских и зарубежных учёных. Его по праву можно считать основоположником теории и расчёта сельскохозяйственных машин.
В своей работе «Теория соломорезок и силосорезок» В.П. Горячкин изложил начало теории резания, показал взаимосвязь технологических основ процесса резания с конструктивными элементами режущего аппарата [28]. Срез растений он рассматривал как процесс взаимодействия подвижного тела (ножа) с неподвижным (стебель), который может происходить двумя путями: статическим (при медленном давлении ножа) или динамическим (при помощи импульса за счёт потерянной энергии). При медленном движении сегмента стебель отгибается в сторону и перерезается, при этом деформация передаётся на всю массу стебля. При быстром движении сегмента стебель также отгибается в сторону до тех пор, пока его упругое сопротивление не сделается равным усилию, необходимому для перерезания стебля, то есть стебель перебивается ударом.
Обоснование параметров и режимов работы сегментно-пальцевого режущего аппарата нормального резания на уборке сои
В процессе транспортирования и технологической обработки соевая масса и её компоненты подвергаются силовому воздействию: удару, колебанию, сжатию, сжатию со сдвигом, защемлению и свободному соударению. Это сопровождается механическим повреждением семян сои, которые многократно подвергаются ударным нагрузкам в результате происходящих в рабочих органах различных физических процессов [66].
Как видно из схемы (рис. 1.21), семена сои к рабочему органу (шнек, транспортёр, молотильный аппарат) поступают в различном состоянии: а) связанными с материнским растением (невымолоченными); б) в свободном состоянии; в) кроме того, по мере перемещения, соевая масса подвергается механическому воздействию, в результате которого часть семян вымолачивается и покидает рабочую зону (платформу жатки), приводя к потерям. Другая часть вымолоченных рабочим органом семян остаётся в рабочей зоне в свободном состоянии и подвергается силовому воздействию, что приводит к дроблению семян [12,32,30,64,69].
Величина предельных напряжений боба определяется типом боба, его физико-механическими свойствами и обусловливается влажностью, сортом, размерами и другими факторами. Величина же действующих напряжений, возникающих в бобе, в первую очередь зависит от режимов работы рабочих органов жатки и их конструкции.
Существует ряд научных работ, в которых описывается силовое взаимодействие боба с рабочей поверхностью и его разрушение.
В работе [12] отмечается: «При ударе какого-либо рабочего органа комбайна, например, планки транспортера, мотовила по соевому бобу при его разрушении происходит также удар и по семенам, которые могут в дальнейшем перемещаться в направлении, определяемом кинематическими и конструктивными параметрами рабочего органа, а также формой и упругими свойствами семян».
Исходя из особенности устройства боба сои, автором была оценена его прочность, то есть способность сопротивляться действию сосредоточенной силы в зависимости от формы и поперечного сечения, определяемого соотношением толщины (Ь) и ширины (а) боба (рис. 1.23), а также направления приложения нагрузки. зерно створка
Схема боба и его размеры: а - ширина; b - толщина; 1 - длина Одним из главных факторов, влияющих на обмолот бобов сои, является скорость соударения рабочего органа с растением сои.
И.В. Бумбар при исследовании усовершенствованной жатки-хедера и транспортёра наклонной камеры приводит данные, подтверждающие, что при уменьшении частоты вращения шнека со 165 мин-1 до 105 мин-1 для эталонной жатки и до 125 мин- для экспериментальной потери зерна уменьшаются в первом случае с 7,34% до 6,24%, а во втором - с 6,04% до 5,45%. Дробление зерна, поступающего в бункер, также уменьшается соответственно с 4,70% до 4,52% и с 4,33% до 4,21% [12].
Объяснить это можно тем, что с увеличением частоты вращения шнека возрастает осевая скорость воздействия боковых поверхностей спирали на растения, подаваемые планкой мотовила, а это интенсифицирует процесс протягивания (перетирания) стеблей по поверхности днища жатки, а также поверхности планок мотовила и ведет к увеличению обмолота бобов и потерь зерна. 1.6 Особенности применения комбайнов марки «John Deere 1048» на уборке сои в Амурской области
С 1997 года комбайностроительный завод компании «Джилиан», расположенный в г. Дзямусы провинции Хэйлунзян (КНР) выпускает зерноуборочные комбайны марки «John Deere» по американской технологии [13].
Низкая стоимость комбайнов и комішектующих к ним послужила основополагающим фактором того, что комбайны в 2000 году начали поступать в Амурскую область. Впервые в Амурской области комбайны данной марки серии 1075 и 1042 появились в 2002 году в хозяйствах Михайловского и Ивановского районов. В 2006 на полях Амурской области работало уже десять комбайнов семейства «John Deere», а два года спустя их количество достигло 95 штук [94].
Сегодня в области работают более 140 комбайнов «John Deere» производства КНР моделей 1048, 1075, 3316 и 3518 (рис.1.24). Как видим, доля комбайнов марки «John Deere» растёт. Причинами увеличения количества комбайнов служат низкая стоимость машин и запчастей к ним, простота в эксплуатации и обслуживании комбайнов, удовлетворительные качественные показатели работы МСУ и жаток.
Второе место по количеству комбайнов данной марки в области занимает модель «John Deere 1048», общая компоновка которого показана на рисунке 1.26, на рисунке 1.27 - технологическая схема процесса работы, а технологические характеристики комбайна представлены в таблице 8 приложения. 5 6 Общая компоновка комбайна «John Deere 1048»: 1 - жатка, 2 - наклонная камера, 3 - кабина комбайнёра, 4 - зерновой бункер, 5 - соломотряс, 6 - решёта и удлинитель, 7 - измельчитель, 8 - молотилка, 9 - вентилятор очистки Жатка комбайна при правильной её регулировке на полях с ровным микрорельефом почвы может скашивать сою на высоте среза 0,05 - 0,07 м. Поэтому нет необходимости в переоборудовании режущего аппарата жатки этого комбайна на низкий срез.
Несмотря на то что комбайны марки «John Deere» завозились в область с 2002 года, исследования по работе жаток комбайнов на уборке сои в Амурской области не проводились. Отсутствие информации о влиянии режимных параметров работы шнека и режущего аппарата на качественные показатели работы жатки на уборке сои послужили основополагающим фактором для проведения исследований по оптимизации кинематических параметров рабочих органов жатки на примере комбайна «John Deere 1048».
Методика исследования влияния механического травмирования на рост и продуктивность растений сои
При перерезании стеблей сои режущим аппаратом под действием удара вызывается волна, распространяющаяся по всему стеблю. Под воздействием возникающих волн стебель приобретает особую жесткость, вследствие чего он не сгибается, а перебивается ударом. Для нас представлялось важным проследить, что происходит со стеблем после перерезания, чтобы определить экспериментальным путем, исключающим воздействие мотовила, по каким траекториям перемещаются одиночные стебли в зависимости от скорости резания и скорости движения комбайна. Данные исследования помогут наиболее полно охарактеризовать работу режущего аппарата, его влияния на растения сельскохозяйственных культур, а также помогут при проведении расчетов о степени полезности мотовила.
Моделирование проводилось на специально изготовленной экспериментальной установке (рис. 3.6) с целью изучения влияния некоторых конструктивных и кинематических параметров сегментно-пальцевого режущего аппарата жатки на растения сои в условиях, близких к уборке зерноуборочным комбайном.
Привод установки осуществлялся от электродвигателя 2 через редуктор, который позволял изменять частоту вращения кривошипного вала в пределах от 50 до 600 оборотов в минуту, что соответствует скорости ножа 0,2-2,5 м/с.
Регулировка частоты вращения кривошипного вала производилась при помощи вариатора. От этого же электродвигателя осуществлялась передача на приводной валик питающего транспортёра, к которому крепилась планка со стеблями, подаваемая в раствор режущей пары по центру (рис. 3.7). Скорость вращения приводного валика изменялась при помощи сменных шкивов, а регулировка частоты его вращения производилась при помощи вариатора.
Закрепление стеблей происходило путём установки их в отверстия планок, которые расположены на ленте транспортёра. При проведении эксперимента использовались стебли высотой 500±50 мм и диаметром 4±1 мм, одинаковой массы. Для каждого стебля находился центр масс, на котором прикреплялся светодиод, незначительно изменяющий общую массу стебля (1,5%).
При помощи видеокамеры была проведена видеосъемка стократной повторности для каждого режима работы режущего аппарата, т.е. при значениях частоты вращения кривошипа - 300, 400 и 500 об/мин и соответственно скорости транспортера 1,0 м/с, 1,5 м/с и 2,0 м/с.
3.4 Методика применения высокоскоростной цифровой видеокамеры при моделировании среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания
Ранее было отмечено, что в момент среза и транспортировки растения сои неоднократно подвергаются ударным нагрузкам, вследствие чего бобы сои, потерявшие прочность ввиду низкой относительной влажности воздуха растрескиваются, а семена либо осыпаются на землю, либо скатываются с платформы жатки.
Для изучения работы зерноуборочного комбайна на уборке сои нам было необходимо зафиксировать высокоскоростные тысячные доли секунды процессы, происходящие в жатке комбайна с помощью скоростной видеокамеры (рис. 3.8), а затем понять природу его возникновения [25]. Рис.3.8 Скоростная цифровая видеокамера Fastvideo-200
Данная скоростная цифровая видеокамера Fastvideo-200, сделанная на базе 10-битной монохромной или цветной КМОП-матрицы формата 1/2" с разрешением 640 х 480 и прогрессивной развёрткой, позволяла нам регистрировать видеосигнал с частотой 200 кадров в секунду при максимальном разрешении.
Пропорциональное повышение частоты сканирования осуществлялось нами уменьшением разрешения: для области размером 320 х 240 получали до 750 кадров в секунду, а для области 160 х 120 - до 2700 кадров в секунду. В онлайне повышение частоты кадров при уменьшении размера картинки происходило автоматически, если не была зафиксирована необходимая частота сканирования.
Передача данных камерой во время скоростной видеосъёмки в непрерывном режиме со скоростью до 585 мегабит в секунду происходило с помощью кабеля Camera Link в оперативную память компьютера через фреймграббер (рис. 3.9).
Для изучения работы жатки в реальных условиях на уборке сои использовалась мобильная система видео регистрации скоростных процессов на базе скоростной видеокамеры Fastvideo-200 и ноутбука (рис. 3.10). При этом обеспечение непрерывной записи в оперативную память ноутбука осуществлялось через фреймграббер (рис. 3.10), который вставлялся в разъём ExpressCard/54. Управление всеми параметрами скоростной камеры, а так же настройками для проведения съёмки производилось с помощью стандартного программного обеспечения Fastvideo Lab. При помощи программного обеспечения мы осуществляли как непрерывный просмотр серии кадров с заданной скоростью, так и покадровый просмотр. Полученные изображения сохранялись нами на диск компьютера в формате BMP или записывались в виде AVI-файла.
С помощью скоростной цифровой видеокамеры для изучения оказываемого влияния работы сегментно-пальцевого аппарата нормального резания с одинарным пробегом ножа на растения сои и установления факта раскрытия створок боба при срезе нами было проведено моделирование среза растений сои на экспериментальной установке, представляющей собой раму, на которой смонтирован режущий аппарат (рис. 3.11).
Схема подвода растения сои к режущему аппарату: Vc скорость сегмента, VT - скорость подачи питающего транспортёра, А, В, С зоны среза растений: А - наиболее благоприятная, В - менее благоприятная, С-неблагоприятная.
При помощи видеокамеры была проведена видеосъемка стократной повторности для каждого режима работы режущего аппарата. Опыты проводили при скоростях резания от 0,5 м/с до 2,4 м/с. 3.5 Методика исследования потерь сои за жаткой
Контроль качества работы комбайнов на уборке сои является важной частью общей организации проведения уборочных работ. При проведении измерений пользовались методикой ГОСТ 28301-89. Комбайны зерноуборочные. Методы испытаний.
На поле вдоль прокоса размещали рамки размером 100x100 см. выделив десять площадок с обеих сторон рабочей ширины захвата жатки (рис. 3.15). Для этого протягивали нить по ходу движения комбайна на расстоянии А=1 м от краев скошенной жаткой части поля. В местах I, II, III, IV вбивали колья, высотой 50 см. Вдоль шпагата, начиная от крайних кольев I, II, III, IV на расстоянии В (ширина захвата жатки) накладывали рамки размером 100x100 см. Внутри рамки, расположенной на поверхности скошенной полосы, собирали в отдельные ёмкости вымолоченное и опавшее зерно, оборванные бобы и бобы оставшиеся
Рис. 3.15. Схема накладывания рамок на скошенный участок поля: А - удаление от делителей жатки А=1/4В, В - ширина площадки, равная рабочей ширине захвата жатки, С - расстояние между площадками, L -длина выбранной площадки. В лабораторных условиях проводили обработку собранных потерь, вымолачивая и взвешивая каждую пробу в отдельности, а затем усредняли полученные результаты. Суммируя собранные потери по видам (при этом зерно из бобов вымолачивали и суммировали отдельно), получили потери семян в бобах и вымолоченном зерне на площади 10м.
При определении биологической урожайности согласно ГОСТ 28301-2007. Комбайны зерноуборочные. Методы испытаний. [100] и ГОСТ 20915-75. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний [101].
Для проведения измерений и учетов при определении высоты растений, потерь зерна от самоосыпания, отношения массы зерна к массе соломы, биологической урожайности и засоренности сорняками на поле вдоль всего прокоса с помощью рамки 100x100 см, отступив на 100 см в нескошенный стеблестой, выделили десять площадок (по пять площадок на каждой стороне прокоса). Внутри рамки на каждой площадке подсчитывали естественные потери путем сбора зерна на земле. У двадцати растений, выбранных случайно, измеряли высоту в естественном состоянии.
Результаты исследований среза древесных стеблей растений сои методом моделирования реального процесса
Из рисунка 4.24 видно, как отношение окружной скорости планки мотовила к поступательной скорости машины X может приводить к обмолоту бобов. Растение сои сначала отгибается планкой мотовила в сторону, обратную движению комбайна, а затем, выходя из-под планки, движется в противоположном направлении и соударяется с последующей планкой, движущейся на встречу растению. Оказываемое планкой мотовила воздействие благодаря большой изгибающей способности растения заставляет его сопротивлятся. В данном случае растение сои выступает в роли своеобразной «катапульты».
При силовом взаимодействии растений сои с рабочими органами жатки зерноуборочного комбайна, бобы сои не должны перегружаться выше своих естественных пределов прочности. Несоблюдение этого требования ведёт к обмолоту бобов и потерям.
На рисунке 4.25 представлено ударное взаимодействие пальца шнека с бобом растения сои, в результате которого произошло раскрытие створок бобов. Снимки, представленных на рисунке 4.25, позволяют предположить, что раскрытие створок бобов сои будет напрямую зависить от частоты вращения шнека жатки.
Таким образом, определяя факторы, влияющие на прочность боба сои, можно сказать, что раскрытие сворок боба сои зависит от: 1) физико-механических свойств боба, которые обуславливают его прочность (размеры, вес, тип боба, форма и строение боба); 2) погодных условий (влажность, температура); 3) режимов работы рабочих органов жатки и их конструкции. В целях определения оптимальных режимных параметров работы шнека жатки зерноуборочного комбайна «John Deere 1048», скорости резания и влажности семян на уборке сои был проведён многофакторный эксперимент.
Для получения математической модели реализован полный факторный эксперимент 23. Уровни и интервалы варьирования перечисленных факторов, представленные в таблице 4.7, выбирались на основании предварительных лабораторных и полевых исследований, в ходе которых были выявлены пределы варьирования частоты вращения шнека жатки п = 120-160 об/мин, скорости резания V= 1,4 - 2,6 м/с и влажности семян сои W=10 - 14%. Матрица факторного эксперимента у = 23 представлена в таблице 4.8.
Основная задача исследований в полевых условиях - определение наилучшего сочетания частоты вращения шнека, скорости резания и влажности, которые позволят снизить дробление семян сои и уменьшить величину потерь за жаткой комбайна.
Из графиков (рис. 4.29 - рис. 4.31) видно, что наименьшие потери семян сои наблюдаются при частоте вращения шнека жатки 120 об/мин, скорости резания 2,6 м/с и влажности семян сои 14%.
Экономическая эффективность применения оптимальных значений технологических параметров рабочих органов жатки зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» на уборке сои При расчёте экономических показателей были использованы нормативно-справочные материалы для определения экономической эффективности новой сельскохозяйственной техники [100, 101, 102].
Определение эффективности снижения потерь семян сои осуществлялось с использованием данных, полученных при проведении опытов с серийной частотой вращения жатки (160 об/мин), скоростью резания (2,0 м./с), влажностью семян сои 14% и данных, полученных при проведении опытов с экспериментальной частотой вращения шнека (120 об/мин), скоростью резания 2,6 м./с. и влажностью семян сои 14%. где Цр - цена реализованной продукции, руб. Ар - количество реализованной продукции. Экономический эффект определялся как разность издержек нового и базового варианта комбайнов от величины потерь семян сои при уборке на объём работ, выполняемых комбайном (табл. 5.1).
Расчёт экономической эффективности применения оптимальных технологических параметров работы жатки зерноуборочного комбайна
Энергетическая оценка проводилась в соответствии с ГОСТ 28301-2007 [100], по результатам которой были получены данные, что у комбайна с экспериментальными режимно-конструктивными параметрами рабочих органов жатки увеличение энергозатрат составило 2% по сравнению с эталонным комбайном. Полученный годовой экономический эффект был рассчитан с учётом показателей энергетической оценки.
1. Изучение физико-механических свойств растений сои показало, что наибольшее количество бобов независимо от сорта у растения сои составляют бобы с тремя семенами, меньше - с двумя и еще меньше - с одним семенем. Наибольшую массу семян имеют трехсемянные бобы, которая в три раза превышает массу семян в односемянных бобах. Однако у трехсемянных бобов длина линии стыка створок всего в 1,5 - 1,6 раза превышает длину линии стыка односемянных.
При исследовании влияния механического травмирования на рост и продуктивность семян сои было выявлено, что растения, получившие микроповреждения, отстают в росте, имеют меньшую высоту прикрепления бобов, а продуктивность их была ниже в 1,18 - 1,24 раза по сравнению с контролем.
2. Теоретические исследования процесса среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания позволили обосновать уменьшение потерь семян сои при срезе с увеличением скорости резания.
Проведённые теоретические исследования процесса среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания позволили обосновать уменьшение потерь семян сои при срезе с увеличением скорости резания.
3. В результате проведённых лабораторных исследований по срезу одиночных стеблей, исключающих воздействие мотовила, были получены данные, что при срезе одиночных стеблей при частоте вращения кривошипа 300 об/мин и скорости подачи транспортёра 1,0 м/с 95% стеблей отбрасывалось в направлении, обратном движению подающего транспортёра (в реальных условиях - за пределы платформы жатки). С увеличением частоты вращения кривошипа до 500 об/мин и скорости подачи транспортёра до 2 м/с число стеблей, отбрасываемых в направлении, обратном движению подающего транспортёра,снизилось до 80%.
4. Проведённые исследования реального процесса среза растений сои показали, что срез стеблей сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания может происходить: а) без отгиба, при использовании в качестве подпора противорежущего пальца; б) с отгибом стеблей, в зонах при скоростях резания ниже 2,5 м/с; в) без отгиба, при использовании инерционного подпора стеблей, при скоростях резания свыше 2,5 м/с.
При анализе кадров скоростной видеосъёмки среза стеблей растения сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом при скоростях резания от 0,5 до 2,5 м/с нами были получены амплитуды колебаний стеблей сои. Выявлено, что при увеличения скорости резания до 2,5 - 3 м/с деформация сосредоточивается в месте среза. Как следствие, снизилось раскрытие створок бобов: в зоне А- раскрытие происходило в 4 случаях из 100, в зоне В - в 8 случаях из 100 и в зоне С в 6 случаях из 100.
5. В результате проведенной скоростной видеосъёмки работы жатки комбайна «John Deere 1048» в полевых условиях было зафиксировано, что под воздействием рабочих органов жатки на растение сои происходит раскрытие створок бобов.
6. Проведённые исследования влияния частоты вращения шнека жатки, скорости резания и влажности семян сои на потери за жаткой зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» показали, что наименьшие потери семян сои наблюдаются при частоте вращения шнека жатки 120 об/мин, скорости резания 2,6 м/с и влажности семян сои 14%.
7. По результатам производственной проверки годовой экономический эффект от использования оптимальных технологических параметров работы жатки зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» на уборке сои за счёт уменьшения потерь составил 314 р./га.
