Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований 6
1.1. Сведения о кукурузе и её месте в сельскохозяйственном производстве республики Мали 6
1.2. Способы уборки кукурузы в СССР и за рубежом II
1.3. Агротехнические требования, предъявляемые к початкоотделяющим аппаратам и обзор средств механизации уборочных работ 13
1.4. Анализ способов отделения початков кукурузы от стеблей и выбор початкоотделяющего аппарата для исследований 19
1.5. Цель и задачи исследования 33
2. Программа и методика исследований 35
2.1. Программа теоретических исследований 35
2.2. Программа изучения физико-механических свойств кукурузы 36
2.3. Методика изучения физико-механических свойств кукурузы 37
2.4. Программа экспериментальных'исследований 40
2.5. Методика экспериментальных исследований 43
3. Изучение некоторых физико-механических свойствкукурузы 50
3.1. Сортовое разнообразие и размерная характеристика 50
3.2. Физико-механические свойства различных частей кукурузного растения по литературным данным. 54
3.3. Изучение некоторых физико-механических свойств кукурузы 56
4. Теоретические исследования 59
4.1. Определение сил, необходимых для отделенияпочатков от стеблей кукурузы 59
4.2, Влияние удара початка о рабочие органы планетарно-роликового початкоотделяющего аппарата 66
4.3. Обоснование кинематических параметров планетарно-роликового початкоотделяющего аппарата 101
4.4. Обоснование геометрических параметров планетарно-роликового початкоотделяющего аппарата 106
4.5. Расчёт мощности, затрачиваемой на технологический процесс планетарно-роликового початкоотделяющего аппарата 109
5. Экспериментальные исследования излабораторные исследования ИЗ
5.2. Полевые исследования 127
6. Расчёт зконоішческой эффективности планетарно-роликового початкоотделяющего аппарата 144
7. Общие выводы и предложения производству 149
7.1. Выводы 149
7.2. Предложения производству 151
Список использованной литературы 153
Приложения 162
- Сведения о кукурузе и её месте в сельскохозяйственном производстве республики Мали
- Способы уборки кукурузы в СССР и за рубежом
- Программа изучения физико-механических свойств кукурузы
- Влияние удара початка о рабочие органы планетарно-роликового початкоотделяющего аппарата
Введение к работе
Одним из магистральных направлений социально-экономического развития СССР на I98I-I985 гг. и до 1990 года является неуклонный подъём культурного и материального уровня народа. Основа этого - дальнейшее увеличение эффективности общественного производства.
Продовольственная прогамма СССР, одобренная и принятая майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС, предусматривает получение валового сбора зерна кукурузы в 1985 году не менее 17 млн. тонн, а в 1990 году - 20-25 млн. тонн /34, 397.
Важнейшее условие успешной реализации Продовольственной программы СССР - это индустриализация сельскохозяйственного производства, внедрение прогрессивных технологий и завершение комплексной механизации как земледелия, так и животноводства. Селекционерами выведены высокоурожайные гибриды кукурузы. Применение индустриальной технологии становится всё шире. Она предусматривает возделывание лучших сортов, размещение кукурузы по лучшим предшественникам и обеспечение высококачественной обработки почвы, интенсивную и своевременную борьбу с сорняками, совмещение отдельных видов полевых работ, исключение ручных прополок и снижение общего количества агрооперации на производство продукции в 1,5...2 раза /32, 58/.
Высказанное - лишь одна сторона поставленной задачи, так как уборка является самой трудоёмкой операцией в возделывании кукурузы. Несмотря на внедрение в производство нового кукурузоуборочного комбайна КСКУ-6, проблема уборки решена неполностью.
Одним из недостатков этого комбайна является сильная засоренность вороха початков, что является следствием несовершенства главного рабочего органа - початкоотделяющего аппарата пик-
керного типа. В колхозах и совхозах СССР в процессе эксплуатации находится снятый с производства комбайн "Херсонец-7". Большие повреждения початков и потери зерна также являются результатом плохой.^работы початкоотделяющего аппарата вальцового типа.
До настоящего времени на селекционных участках кукурузу убирают вручную, что объясняется отсутствием машин для выполнения этой трудоёмкой работы.
Из сказанного следует, что создание высокопроизводительных початкоотделяющих аппаратов к кукурузоуборочным машинам как пик-керного, так и комбайного типа, отделяющих початки без повреждении, является актуальной задачей, выполнение которой будет способствовать решению Продовольственной программы. Решению этой задачи посвящена настоящая работа, результаты которой представляют интерес для республики Мали.
. Научная новизна работы. На основе комплексных исследований выявлена закономерность процесса отделения початков кукурузы исследуемым аппаратом, являющимся модификацией планетарных, но имеющим более простую конструкцию.
На защиту выносятся следующие положения:
Теоретические и экспериментальные закономерности влияния удара на процесс отделения початков от стеблей с учётом физико-механических свойств кукурузного растения.
Обоснование кинематических и геометрических параметров планетарно-роликового аппарата.
Оптимальные режимы работы планетарно-роликового початко-отделяющего аппарата при работе на 14 гибридах и сортах кукурузы.
Экономическая эффективность применения планетарно-роликового аппарата на комбайне типа "Херсонец".
Сведения о кукурузе и её месте в сельскохозяйственном производстве республики Мали
Кукуруза - древнейшее культурное растение, известное многим племенам Америки, жившим более 4 000 лет до нашей эры. Она является одной из основных культур современного земледелия, используемой на продовольственные, технические и кормовые цели /9, 58, 657.
По данным ФАО (1977 г.).мировая посевная площадь под кукурузой составляет более 118 млн. га (см. табл. I) при общеоредней урожайности в 28,3 ц/га со значительными колебаниями по конти нентам.
Из таблицы I видно, что наибольшие площади под кукурузой и самые высокие урожаи - в Центральной и Северной Америке, постав ляющей более половины всего мирового сбора кукурузного зерна (до 51 %) при средней урожайности 45,10 ц/га против 38 ц/га в Европе, 20 ц/га в Азии, 17,0 ц/га в Южной Америке и 13,10 ц/га-в Африке.
Крупнейшими производителями кукурузы являются США, Китай, Бразилия, Мексика, Индия, Румыния, СССР, Индонезия, Югославия, Танзания, Нигерия, Кения /59/.
При правильной агротехнике кукуруза даёт такие высокие урожаи, каких не в состоянии давать никакая другая культура, а среди зерновых она занимает третье место после пшеницы и риса как по площади её посевов, так и по валовому обору мирового зерна. Мировые потребности в кукурузе растут из года в год, а с этим связано постоянное увеличение её посевов. Например, с 1959 по 1977 годы мировая посевная площадь под кукурузой увеличилась более, чем на 15 млн. га, а за последние годы - более, чем на 18 млн. га /58, 59, 65/.
Кукуруза обладает высокими вкусовыми качествами благодаря содержащимся в ней питательным веществам, элементам. В её зерне содержится 65-70 % углеводов, 9-12 % белков, 4-8 % жиров, а в зародыше его - до 40 % витамины А, Е, С, ряд незаменимых аминокислот, минеральные соли и микроэлементы. По количеству жира зерно кукурузы превосходит зерно любой другой зерновой культуры, почти все другие кормовые культуры, а в зерне жёлтой кукурузы содержится почти втрое больше витамина А, чем в пшенице. По калорийности кукуруза превышает все фуражные культуры.
В зелёной массе кукурузы в среднем содержится сырого протеина - 1,5-2,7 %, жиров - 0,6-0,8 %t безазотистых экстрактивных веществ - 9-12 %, золы - 1,0-1,9 %, клетчатки - 5,0-6,0 %, а также каротин, из которого синтезируется витамин А /9 , 65/.
Кукурузный силос из убранных в фазе молочно-восковой спелости початков и стеблей отличается высокими вкусовыми качествами, долго сохраняется, не теряя своих кормовых достоинств и всегда жадно поедается всеми видами сельскохозяйственных животных.
Кукуруза является важным сырьём для промышленности, где из неё получают более 150 продовольственных и технических продук-тов. В отдельных странах мира (в Мали, Гвинее, Верхней Вольте, на Берегу Слоновой Кости, в СССР - в Адыгее, ...) из кукурузной муки готовят многие виды национальных блюд, пекут хлеб, лепёшки и т.п. / 9, 65, 667.
Из кукурузного крахмала получают патоку, идущую на приготовление карамели, сиропов и др. Из жира кукурузного зерна получают различные масла - технические и пищевые, краски, мыла, лекарственные препараты... /657.
Из стержней початков изготавливают многие химические продукты, а из самих початков, стеблей и листьев получают мальтозу, бумагу, линолеум, активированный уголь, ацетон, искусственную пробку, пластмассу, анестезирующие средства и многие другие продукты народнохозяйственного значения /58, 657.
В республике Мали сельское хозяйство характеризуется сравнительно отсталой материально-технической базой. Выращивание кукурузы, как и многих других сельскохозяйственных культур, находится на потребительской стадии развития. Её валовой сбор складывается из незначительных урожаев отдельных хозяйотв, так называемого традиционного (натурального) сектора, скованного отсталыми аграрными формами земледелия. Такие хозяйства не способны вести расширенное воспроизводство, ибо они лишены возможности решить проблему накопления /68, 75/.
В государственном (товарном) секторе сельскохозяйственного производства кукуруза только сегодня получает распространение как пищевая, кормовая и продовольственная культура товарно-экспортного значения.
Значение кукурузы в регулировании пищевых потребностей населения республики Мали -огромное. Это объясняется тем, что кукуруза является единственной сельскохозяйственной культурой, дающей два урожая в год: в конце дождевального сезона и раньше других культур на богаре и летом - на поливе. Поливная кукуруза созревает тогда, когда пищевые запасы в стране у населения уже на исходе.
Сельскому хозяйству Мали свойственно преобладание до 70-80$-малопродуктивных участков посевной площадью 0,5-5,0 га, оказывающих тормозящее воздействие на применение современных технических средств.
В настоящее время прогресс в сельском хозяйстве определяется степенью внедрения в него достижений науки и техники/75,76,77/
Одна из важнейших особенностей сельского хозяйства развитых стран - своевременное обеспечение в сжатые сроки лучшего выполнения передовой агротехники сельскохозяйственных культур применением современных и мощных средств механизации /787.
В республике Мали эффективность использования современных средств производства сельскохозяйственной продукции (тракторов, сельхозмашин, удобрений и т.д.) зависит от ряда факторов, которые можно разделить на физические, экономические, социальные и политические /68,77/»
Способы уборки кукурузы в СССР и за рубежом
Уборка кукурузы - наиболее трудоёмкая производственная операция в её возделывании. Она, с хозяйственной точки зрения, складывается из трёх стадий. Первая стадия - уборка урожая с поля. Вторая стадия - операции по сортировке и сушке початков и зерна. Третья стадия - закладка продукции на хранение, т.е. силосование измельчённой массы, транспортировка и выгрузка початков или зерна в хранилища /527.
Существующие современные способы уборки данной культуры и применяемые средства её механизации относятся лишь к первой стадии. Анализ этих способов позволил выделить два основных способа уборки кукурузы: ручной и машинный.
В СССР и других развитых странах мира (страны содружества СЭВ, США, Канада, Франция и др.) основным способом уборки кукурузы является машинный.
Выбор того или иного способа машинной уборки определяется назначением кукурузы, наличием машин в хозяйстве, их техническим состоянием, условиями хранения урожая и др.
Ручной способ уборки широко применяется при выращивании тех подвидов кукурузы, для которых либо отсутствует уборочная техника, либо она ещё не получила широкого распространения. Примером может служить сахарная кукуруза, из мирового сбора початков которой доля машинной уборки в наши дни незначительна /64, 65/.
Как в СССР, так и за рубежом средства механизации уборки кукурузы обеспечивают сбор её урожаев по двум основным схемам: в початках с очисткой их от листьев обёртки или без неё и в зерне с обмолотом початков. В СССР в том и другом случае измельчается листостебельная масса, тогда как в США последняя оставляется на поле. Производственной практикой и проверкой до казана экономическая эффективность уборки кукурузы в зерне над уборкой в початках /38, 667. Следует отметить, что в тёплую погоду зерно лучше сохраняется и высыхает в початках с обёртками,нежели свободным зерном после уборки с одновременным обмолотом ДЛ 1,3, Агротехнические требования и обзор машин для уборки кукурузы на зерно В СССР комбайны, убирающие кукурузу на спелое зерно в початках с очисткой последних, должны удовлетворять следующим требованиям /3, 39/: а) полнота сбора початков - не менее 96 %\ б) количество неочищенных початков при уборке без очистки - не менее 95 %\ в) повреждённых початков от выщелушивания зерна из них до пускается не более 3 % при очистке их от листьев обёртки; г) общие потери зерном на землю и в силосную массу - не более 2 %; д) количество початков с поломанными стержнями - не более 2%; е) высота среза стеблей должна быть в пределах 8-Ю см. При уборке кукурузы в зерне с измельчением листостебельной массы агротребования включают и такие нормы, как: а) засорённость вороха зерна примесями - не более 3 %; б) повреждённых зёрен - не более 2 %.
В фазе полной спелости зерна в СССР кукурузу убирают комбайнами марки "Херсонец", различными приспособлениями в навесном исполнении на зерновые комбайны. Из них отметим комбайны "Херсонец-7" КОП - 1,4 и его модификацию "Хероонец-7" КОП - І,4В, "Херсонец -200" (КСКУ-6), пиккерный комбайн ОКП - 2, че-тырёхручьевую приставку ППК - 4 для зерновых комбанов типа GK-5 "Нива" и СК - 6 "Колос" и другие /4,40, 66, 67/.
В США наиболее распространены комбайны фирм Нью Холланд -марки - I 550 о приспособлениями "М 9 550" или "М 9 650"; Оливер с приспособлениями "Ml 760" или "Ml 620", комбайны других фирм /35/.
В ФРГ для уборки зрелой кукурузы применяют комбайны "Матадор - Гигант" с приспособлениями "Доминатор 80" или "Доминатор 100" фирмы Класс и другие /35/.
Французские комбайны фирм Симка и Фар также оборудуют навесными агрегатами "М 801", "М 701" или "М 150" для уборки зерновой части кукурузы /35/.
Во многих социалистических странах широко применяются переоборудованные зерноуборочные комбайны, а также навесные тракторные приспособления для уборки с одновременной очисткой початков /7/.
В западных странах, особенно в США, в Канаде, в Англии широкое применение находят пиккерные комбайны, которые не способны убирать листостебельную массу кукурузы.
Программа изучения физико-механических свойств кукурузы
Способность любого початкоотделяющего аппарата давать при правильно выбранном режиме работы высокие качественные показатели отделения початков от стеблей кукурузы говорит о большой степени соответствия его основного, порой единственного принципа работы структурному строению кукурузного растения. Если при больших скоростных режимах эти показатели не ухудшаются, или ухудшаются в допустимых установленных пределах, то данное соответствие становится ещё очевиднее. Оно характеризуется технологической способностью аппарата.
Отрыв початков за счёт растяжения их плодоножек парными вальцами часто сопровождается травмированием початков. Одной из причин является то, что вальцы давят на початки с силой, превышающей допустимую, особенно при ударе. Такие свойства, как допустимое удельное давление на початок, усилие сопротивления початка раздавливанию, допустимая сила удара на початок, максимальный импульс реакции початка при ударе, а также упругие свойства стеблей кукурузы определяют принцип работы и возможность применения початкоотделяющих аппаратов.
Программа исследования физико-механических свойств предусматривала определение максимально допустимого ударного импульса початка кукурузы.
Для определения максимального ударного импульса початка нами был изготовлен специальный прибор (рис. 9). Суть его при-менения - осуществление удара по початку в обёртках от свободного падения груза известной массы с желаемой высоты.
Прибор состоит из горизонтальной рамы I, которая является его основой, вертикального бруса 2 и движка 3. Рама имеет четы-ре ножки 4, регулируемые по высоте. В ней также имеется передвижное приспособление с зажимами для фиксации початка 5, перемещением которого по горизонтали можно поставить под удар любой участок поверхности початка. Початок может находиться в зажимах в вертикальном или горизонтальном положении. По всей длине вертикального бруса 2 просверлены (с постоянным шагом в 50 мм) отверстия. В самое нижнее над рамой вставляется металлическая палочка, опирающаяся своєї нижней поверхностью на початок в зажимах и тем самым определяющая линию отсчёта высоты падения груза на початок. Движок 3 состоит из наклонного бруска 6, к одному концу которого приварена труба 7, а на другом конце - приспособление для поддержания падающего груза. Труба 7 надевается на вертикальный брус и крепится к нему с помощью болтов 8. Для этого к стенке трубы приварены две гайки. Концы болтов имеют специально фаски, что позволяет жёстче крепить трубу к брусу 2. Приспособление для поддержания груза 9 представляет собой два идентичных ".цилиндра, приваренных друг над другом к двум диаметрально расположенным металлическим стержням.
2 выбирают желаемую высоту падения груза над поверхностью початка. Между цилиндрами помещают металлическую пластинку 10, на которую ставят груз. Выбирают на поверхности початка примерное место удара. Металлической палочкой в нижнем отверстии вертикального бруса регулируют правильность установления початка в зажимах.
Резко вытаскивают металлическую пластинку из зазора между цилиндрами движка 3. Груз падает на початок. После удара поча-ток освобождают из зажимов, анализируют его состояние, аккуратно очистив его от листьев обёртки.
При проведении опытов повреждёнными считали те початки, у которых было повреждено или выщелушено зерно, поломан стержень. Повреждение покровных листьев допускалось. Повторность опытов была не менее 10. Опыты прекращали тогда, когда находили ту высоту падения груза, превышение которой приводило к любому из учтённых и упомянутых повреждений початка от удара грузом. При проведении опытов случаи падения груза с одновременным его вращением не учитывались, чтобы не усложнять расчёты ударного импульса. Исследования проводили на десяти гибридах кукурузы при средней влажности зерна - 37 %.
Максимально допустимый ударный импульс определяется следующим образом.
После удара падающего груза с высоты Нгр по поверхности початка, груз выскакивает вверх на высоту Н .
Применяя теорему о движении центрамасс по отношению к гру- v зу при ударе находим ударный импульс по выражению: 5 = Лгр. (VK.+VH) Н-С . ГДе VH - скорость падающего груза в начале удара; Vvc - скорость груза после удара.
Влияние удара початка о рабочие органы планетарно-роликового початкоотделяющего аппарата
Обратимся к рисунку 16 а, показывающему начало удара початка о гладкий барабан, где Iji - начальная угловая скорость гладкого барабана в с_1;\}о - начальная линейная скорость початка в его поступательном движении вместе с протягиваемым стеблем ("l/o = Vc ) в м/с.
В момент удара в точках контакта двух тел возникают ударные импульсы 5А И Se, , удовлетворяющие уравнению (рис. 16 б) 5А= 5е , где (I) ЗА - общий ударный импульс, приложенный к початку в точке контакта А; Ьь - ударный импульс, приложенный к гладкому барабану в точке контакта В. В реальных условиях удар происходит не в точках А и В, а по некоторой площадке на поверхности соударяемых тел. Под действием ударного импульса SB на гладкий барабан в его оси вращения Oi возникает реакция Soi . В конце удара початка о гладкий барабан (рис. 16 в)скоростные параметры становятся иными, чем в начале удара. Принимаем следующие обозначения: Ші - конечная угловая скорость гладкого барабана в с ; Vo - конечная линейная скорость поступательного движения центра масс початка в м/с; Ши, - угловая скорость початка в конце удара в с" .
На рисунках 16 а, б, в оси отсчёта взяты tt и tltl, соответственно являющиеся общими касательной и нормалью к поверхностям соударяемых тел в точках удара А и В. Воспользуемся теоремой о движении центра масс системы применительно к початку и гладкому барабану. Получим в проекциях на oratt и ПИ (рис. 17) /13,28/. Для початка: OobW: X (V. -0?)=55 -, (2) ось па: Ли. (\/Г+ Ш = SA -Для гладкого барабана: Ось tt: JtrO = -SVS !! (3) ОСЬ Hit: JtrO = -SA+SOI В последних двух уравнениях, поскольку центр масс гладкого барабана ОІ всегда неподвижен, находим следующие тождества: -Зе -ОА = Sen -і (4)
Применив к двум соударяющимся телам теорему об изменении момента количества или кинетического момента системы при ударе и, принимая за плюс для каадого из тел его центр масс, будем иметь (рис. 18) /13,28/. Для початка: "lolfljt = 5А а 5А Ь (5), где а - расстояние от центра масс початка до оси Zt в м; D - расстояние от центра масс початка до оси tin в м. Для гладкого барабана:
По своему физическому смыслу это уравнение выражает изменение нормальной составляющей абсолютного импульса удара за всё время мгновенной относительной скорости сжатия соударя-емых тел друг другом, то же уравнение можно называть уравнением сжатия тел. Учитывая и то, что коэффициент восстановления определяется из условия максимального сжатия тел, наше уравнение назовём уравнением максимального сжатия тел. Следовательно, оно показывает предел сжатия тел при ударе, но не позволяет судить о том, каков характер изменения 51 и 5Л при скользящем ударе.
В общем случае удар двух тел происходит в несколько этапов. В начале удара, как правило, тела скользят друг относи тельно друга. Затем наступает момент прекращения скольжения и тела интенсивно начинают сжимать друг друга. Как только сжимающий импульс достигает своего максимума, начинается этап восстановления и тела начинают отходить друг от друга.
При первом этапе удара в нашем случае 5А и -ЗА относятся друг к другу через коэффициент трения, т.е. где Ц) - угол трения.
На втором этапе, когда отсутствует скольжение, тела только сжимают друг друга, т.к. 5А Ьднах" ЬА-ЦЦ? . Происходит деформация тел до тех пор, пока SA не достигнет своего максимального значения, которое в С раз больше своего же значения в конце этапа скольжения. Здесь 6 - коэффициент восстановления /13/.
Для определения ударных импульсов нет смысла рассматривать этап восстановления, т.к. здесь не бывает внезапных изменений характера протекания процесса удара.
Из выше изложенного видно, что для определения ударных импульсов необходимо найти и характер их изменения, когда отсутствует скольжение.
