Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния проблемы уборки кукурузы на зерно 14
1.1. Кукуруза, ее физико-механические свойства, влияющие на убо рочный процесс 14
1.2. Способы и машинные технологии уборки кукурузы 73
1.3. Аспекты повышения эффективности кукурузоуборочных машин 39
1.4. Анализ теоретических исследований початкоотделяющих аппаратов кукурузоуборочных машин 42
1.5. Выводы изадачи исследований 51
2. Математическое моделирование и оптимизация ресурсосберегающих процессов уборки кукурузы и рабочих органов кукурузоуборочных машин 54
2.1. Принципы системного подхода и иерархия решения задач оптимизации процессов уборки зерна кукурузы 54
2.2. Выбор ресурсосберегающих технологий уборки кукурузы на зерно и рациональный технологический комплекс машин (ТКМ) 58
2.3. Определение рационального комплекса машин для уборки кукурузы, транспортировки, послеуборочной обработки и хранения зерна 64
2.4. Оптимизация параметров и режимов работы машин уборочно-транспортного звена (УТЗ) на уборке кукурузы 75
2.5. Теоретические исследования процесса початкоотделения 83
2.6. Определение пропускной способности жатки 101
2.7. Мощность, затрачиваемая на работу одного русла жатки с уче з том пропускной способности 110
2.8. Выводы 118
3. Методика и оборудование для проведения исследований 120
3.1. Определение биометрических показателей кукуру зы 120
3.2. Разработка прибора для определения допустимого ударного импульса 125
3.3. Методика определения скорости протягивания стебля в зависимости от зазора между вальцами 131
3.4. Методика планирования эксперимента іос
3.5. Определение сжимаемости резиновых прокладок 137
3.6. Определение времени разрушения связи "початок плодоножка" при ударе о стрепперные початкоотделяющие
пластины 139
3.7. Выводы 143
4. Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств растений кукурузы ... 144
4.1. Биометрические показатели и физико-механические свойства кукурузы как объект проектирования кукурузоуборочных машин j 44
4.2. Прочностные свойства кукурузного растения и его частей 151
4.3. Аспекты повышения производительности кукурузоуборочных машин при уборке различных гибридов кукурузы 170
4.4. Выводы 172
5. Экспериментально-теоретическое обоснование параметров новых конструктивно-технологических решений 174
5.1. Обоснование параметров новых конструктивно технологических решений 174
5.2. Конструктивно-технологические схемы с функцией дополнительной очистки початков 178
5.3. Технологические решения, обеспечивающие улучшение качественных показателей при работе на повышенных скоростях... 216
5.4. Протягивающие вальцы стрепперного початкоотделяющего аппарата с расширенными функциональными свойствами 229
5.5. Новые способы и конструктивные решения для модернизации кукурузоуборочных машин 233
5.6. Обобщение результатов обоснования новых конструктивно-технологических решений 238
5.7. Выводы 240
6. Оптимальные варианты технологий и технических средств для уборки и послеуборочной обработки кукурузы 241
6.1. Альтернативные варианты технологий уборки и послеуборочной обработки кукурузы 241
6.2. Оптимальные параметры и режимы работы машин УТЗ на уборке кукурузы 250
6.3. Выводы 256
7. Экономическая эффективность результатов исследования 258
7.1. Программа и методика технико-экономической оценки 258
7.2. Результаты расчета экономической эффективности 259
7.3. Вывод 265
Общие выводы 266
Список использованных источников
- Аспекты повышения эффективности кукурузоуборочных машин
- Определение рационального комплекса машин для уборки кукурузы, транспортировки, послеуборочной обработки и хранения зерна
- Методика определения скорости протягивания стебля в зависимости от зазора между вальцами
- Прочностные свойства кукурузного растения и его частей
Введение к работе
Актуальность проблемы. Кукуруза является важной продовольственной и кормовой культурой.
Потребность России в кукурузном зерне составляет более 10 млн т, в то время как его валовой сбор находится на уровне 2-3 млн т при средней урожайности 3,3 т/га, что в 1,5-2 раза ниже, чем в европейских странах.
Основным направлением увеличения производства кукурузы и освобождения зависимости от импорта является повышение ее урожайности и снижение потерь на всех этапах уборочного цикла.
В решении этой проблемы наряду с внедрением новых высокоурожайных сортов и гибридов кукурузы, использованием прогрессивных приемов их возделывания важнейшая роль принадлежит разработке современных, высокоэффективных, ресурсосберегающих технологий и технических средств уборки и послеуборочной обработки кукурузы в едином комплексе.
Представляемый материал является результатом многолетних исследований, проведенных на кафедре сельскохозяйственных машин Кубанского государственного аграрного университета и в полевых условиях учхоза «Кубань». Исследования включены в планы научно-исследовательской работы Кубанского ГАУ: на 2001-2005 гг. по теме «Разработать новые рабочие органы для энергосберегающих технологий возделывания и уборки зерновых колосовых и кукурузы» (№ 11.1.1 ГР 01200113467), на 2006-2010 гг. по теме «Разработать механико-технологические основы уборки кукурузы на зерно» (№ 9.8.8 ГР 01.2.006 06833).
Научная проблема состоит в отсутствии целостного системного подхода к обоснованию ресурсосберегающих технологий, параметров рабочих органов и режимов функционирования кукурузоуборочных машин, учитывающих биологические особенности и физико-механические свойства сортов и гибридов кукурузы.
Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору В. С. Кравченко за сотрудничество в проведении исследований
Цель работы - повышение эффективности процесса уборки кукурузы на зерно путем совершенствования ресурсосберегающих машинных технологий и оптимизации рабочих органов кукурузоуборочных машин.
Объекты исследований - технологии и технические средства для уборки кукурузы.
Предмет исследований - закономерности влияния технологических и конструктивных параметров рабочих органов кукурузоуборочных машин на ресурсосберегающие процессы и показатели качества уборки кукурузы.
Методика исследований. В качестве методов исследований использовались системный подход и структурный анализ, математическая статистика и сравнительный эксперимент. Аналитическое описание технологических процессов выполнялось с использованием оригинальных методик, методов классической механики, математического анализа, теории планирования эксперимента, скоростной киносъемки. Исследование способов и средств механизации проводилось в лабораторных, лабораторно-полевых и полевых условиях в соответствии с действующими стандартами и разработанными частными методиками. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались на ПЭВМ с использованием программ MathCad, Excel и разработанного пакета прикладных программ. Экономическая эффективность предлагаемых разработок определялась с использованием ГОСТа Р 53056-2008 «Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки».
Научная новизна работы.
-
Концепция многоуровневого системного подхода к оптимизации параметров ресурсосберегающих машинных технологий и режимов работы технических средств для уборки кукурузы.
-
Математические модели оптимизации параметров и режимов работы технических средств уборочно-транспортного звена (УТЗ).
-
Параметры ресурсосберегающих технологий при уборке кукурузы на основе новых конструктивно-технологических решений.
4. Методики определения допустимого ударного импульса и коэффициента восстановления початка, времени разрушения связи «початок - плодоножка» при ударе о стрепперные початкоотделяющие пластины; скорости протягивания стебля в зависимости от зазора между вальцами.
Практическая значимость результатов исследования.
-
-
Получены биометрические показатели и определены физико- механические свойства растений новых гибридов кукурузы для конструктивно- технологических расчетов рабочих органов кукурузоуборочных машин.
-
Разработаны новые технические решения, реализующие технологические операции: декапитация стебля с отделением початка, протягивания и измельчения стеблей, отделения початка с одновременной очисткой от оберточных листьев.
-
Разработан комплект программ и алгоритмов, позволяющих рассчитывать статистические данные, технологические и энергетические показатели уборочной машины.
-
Предложены конструкторским организациям технологические схемы, параметры и режимы работы кукурузоуборочных машин.
Новизна предложенных способов уборки кукурузы и отделения початков подтверждена тремя патентами Российской Федерации на изобретение (№ 2303345, № 2294082, № 2368120), новизна кукурузоуборочных комбайнов - тремя патентами (№ 2267252, № 2362293, №2415549), новизна отдельных конструктивных решений - семью патентами (№ 2202875, № 2229209, № 2314671, № 2303344, № 2351114, № 2368119, № 2380884), а также 17 свидетельствами о регистрации программ для ЭВМ.
Реализация результатов исследований. Разработанные автором рекомендации по подготовке и модернизации кукурузоуборочной техники утверждены Департаментом научно-технической политики и образования МСХ РФ. Материалы исследований используются в учебном процессе Кубанского ГАУ и в ряде аграрных вузов РФ.
Результаты научных исследований использованы Министерством сельского хозяйства Республики Адыгея при разработке программы технического обеспечения АПК и перспективной программы сельхозмашиностроения; в хозяйствах Краснодарского края при изготовлении рабочих органов к кукурузоуборочным машинам. Данные исследований по модернизации кукурузоуборочной техники, методике расчета початкоотделяющих аппаратов, а также материалы по физико-механическим свойствам районированных и перспективных гибридов кукурузы использованы в УГК ТЦ ООО «КЗ "Ростсельмаш"» при анализе и разработке початкоотделяющих аппаратов. Кроме того, согласованы технические задания на разработку дополнительного комплекта рабочих органов к приспособлению КМД-6 и на усовершенствование комбайна «Нива» для уборки кукурузы в початках.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на ежегодных научно-практических конференциях молодых ученых Кубанского ГАУ «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в 2004-2009 гг.; на конференциях грантодержателей конкурса Российского фонда фундаментальных исследований и администрации Краснодарского края «Юг России» в 2006-2008 гг.; на международных конференциях: молодых ученых и студентов (г. Самара) - 2003 г. и конференции, посвященной 65-летию победы в Сталинградской битве (г. Волгоград) - 2008 г.; в МГАУ им. В. П. Горячкина (г. Москва) - 2006, 2009 г.; в АЧГАА (г. Зерноград) - 2006-2011 гг. и СГАУ им. Н. И. Вавилова (г. Саратов) - 2010 г.; на Международном агропромышленном форуме «Югагро-2009» и XIV Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед-2011». Результаты исследований отмечены золотой медалью на 9-й и 11 -й Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» за разработку и внедрение энергосберегающей технологии уборки кукурузы на зерно (2007, 2009 г.), сертификатами фирмы Claas в номинации «Интернациональный проект» (г. Харзевинкель, Германия) - 20092010 гг.
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 75 научных работах, включая 13 патентов РФ, 17 свидетельств о регистрации программ для ЭВМ, 17 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 2 монографии, учебное пособие и рекомендации.
Общий объем опубликованных работ составил 95,45 п. л., в том числе 82,63 п. л. с учетом долевого участия автора в коллективных публикациях. Без соавторства опубликованы 25 печатных работ, 2 монографии и учебное пособие.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, выводов, списка использованных источников, который включает 167 наименований. Диссертация изложена на 283 страницах основного текста, содержит 162 рисунка и 63 таблицы.
Положения, выносимые на защиту.
-
-
-
Концепция многоуровневого системного подхода к оптимизации параметров машинных технологий и режимов работы технических средств для уборки кукурузы.
-
Математические модели оптимизации параметров и режимов работы технических средств УТЗ.
-
Параметры ресурсосберегающих технологий при уборке кукурузы на основе новых конструктивно-технологических решений.
-
Результаты изучения основных биометрических показателей и физико- механических свойств растений новых гибридов кукурузы.
-
Методика и теоретическое обоснование определения допустимого ударного импульса и коэффициента восстановления початка, времени разрушения связи «початок - плодоножка» при ударе о стрепперные початкоотделяю- щие пластины; скорости протягивания стебля в зависимости от зазора между вальцами.
Аспекты повышения эффективности кукурузоуборочных машин
Нами выполнен анализ известных технологических схем уборки- кукурузы как в нашей стране, так и за рубежом [3, 23, 53, 60, 70, 74, 84, 90, 92; 93, 113, 115, 116, 117, 129, 140, 141, 142, 152, 156].
Обобщение материалов [90, 92, 93] позволило разработать структуру технологических схем уборки кукурузы на зерно (рис. 1.3). С его помощью наглядно представлены процессы уборки, транспортировки, послеуборочной обработки урожая и закладки его на хранение.
Вершины схемы обозначают окончание каждого этапа процесса уборки, дуги — операции, выполняемые соответствующими машинами. Дуги: 1—2 - уборка урожая и транспортировка на стационар; 2—3 - очистка початков, обмолот, измельчение; 3-4 — обработка урожая (уборка с обмолотом); 4—5 — транспортировка на хранение; 5-6 - хранение.
Выбор способа уборки определяется назначением зерна и укомплектованностью парка хозяйства техникой. Каждый из принятых способов уборки может быть описан следующими маршрутами. Рассмотрим маршруты различных способов уборки. 1. С обмолотом початков в поле 1 -1.2- 1.2.1 -2(2.1; 2.2; 2.3;2.4)-4.1(4.2)-4.2(4.1)-5(5.1; 5.2; 5.3)-6(6.1) При уборке кукурузы с обмолотом отпадает необходимость в ряде специальных машин (очистителе початков, погрузчике, специальной молотилке), ликвидируется ряд операций по перевалке початков, снижается объем транспортных операций, требуется в 2—3 раза меньше складских помещений, в три раза меньше машин (металлоемкость снижается на 36%). Сушка зерна экономичней сушки початков, так как при этом исключается высушивание стержней, в которых сосредоточено около одной трети всей влаги. Уборку кукурузы начинают в фазе полной технологической спелости при влажности зерна 32% и ниже. Однако в молотильный аппарат комбайна початки поступают в оберточных листьях, что усложняет процесс обмолота [93].
В России для этих целей используют комбайны СК-5 «Нива» + ППК-4; «Дон-1500Б» + КМД-6, КМС-6, ПКП-8, ЖЗС-6, Oros; «Вектор» + Argus, Oros; «Acros» + Argus, Oros; «Torum-740» + OROS 8258 + HSA; K3C-9 «Славутич» + ПЗКС-6[93, 141].
За рубежом применяют комбайны и адаптеры таких производителей, как «Geringhoff» (Германия); «Claas» (Германия) - «Lexion 570», «Lexion 580», «Lexion 600» + «Conspeed» (Германия); «John Deere» — «John Deere 9550», «John Deere 9660STS», «John Deere 9880STS» + Comstar (США); «Challenger» - «Challenger 660» + СН-1218- M04 (США); «Fendt» - «Fendt 5270C» (США); «Massey Fergusson» — «Massey Fergusson 7200 Cerea», «Mas-sey Fergusson 9690», «Massey Fergusson 9790» (Канада); «New Holland» — «New Holland CX -860» + 986F; «Case» - «Case-2388» + серия 1000; «Гом-сельмаш» - «Полесье-Ротор» с комплектом КОК-6 (Беларусь) и другие [93, 141]. 2. В початках с обмолотом в стационарных условиях
Этим способом убирают всю семенную кукурузу, а также часть фуражной. Особенностью уборки кукурузы в початках является очистка початков от оберточных листьев. Рисунок 1.3 - Структура технологических схем уборки кукурузы на зерно: / - уборка кукурузы; /. / — уборка в початках; 1.2 - уборка с обмолотом початков; 1.1.1 -самоходные машины; 1.1.2 - прицепные машины; 1.2.1 - жатки; 2 - транспортировка на стационар; 2.1 — прицепы тракторные и автомобильные; 2.2 - автомобили; 2.3 - большегрузные транспортные прицепы; 2.4 - накопители-перегрузчики; 3 — обработка початков; 3.1 - очистители початков; 3.2 — сортировпщки початков, 3.3 - измельчение початков; 3.4
- обмолот початков; 4 — обработка урожая; 4.1 — зерносушилки; 4.2 — очистка зерна, калибрование; 4.3 - упаковка готовой продукции; 4.4 - измельчение стеблей; 5 - транспортировка на хранение; 5.1 — прицепы тракторные; 5.2 — автомобили; 5.3 — большегрузные транспортные прицепы; 5.4 - накопители-перегрузчики; б — хранение; 6.1 - металлические хранилища; 6.2 - в буртах; 6.3 - хранилища из полимерных рукавов; 6.4 - траншеи Оба применяемых для этой цели в России кукурузоуборочных комбайна (КСКУ-6 «Херсонец-200» и ККП-2, ККП-3 «Херсонец-9») снабжены початкоочистительными аппаратами, очищающими от 75 до 95% всех початков. Поэтому поступающие на тока початки требуют доочистки [93]. Кукуруза, предназначенная на семена, сдается на кукурузокалибровочные заводы, где початки досушиваются до требуемой влажности (14,5%) в сушильных камерах. Затем выполняют их обмолот и дальнейшую обработку семян. По такой схеме обрабатывают и початки-продовольственно-фуражной кукурузы. Кукурузу, оставленную в хозяйствах для фуражных целей, закладывают на хранение для естественной сушки початков и обмолачивают по мере необходимости.
За рубежом применяют комбайны «BOURGOIN» (Франция), «Majevica», «4YZ-3» (Китай), «TORNADO 40(80)» (Молдова).
Уборка кукурузы в селекционном процессе также проводится в початках с обмолотом на стационаре или в поле. Для этого используют селекционный комбайн Hege-140 (Германия) или серии Plotmaster Universal (Австрия). Во Франции применяют комбайны LBT, TBI, TZ8. 3. С получением зерностержневой смеси 1 - 1.1 - 1.1.1(1.1.2) - 2(2.1; 2.2; 2.3; 2.4) - 3.3 - 5(5.1;5.2;5.3;5.4) - 6(6.3;6.4)
Маршрут соответствуют процессу уборки кукурузы на зерностержне-вую смесь с целью приготовления корма. Применяются те же комбайны, что и при уборке в початках. Анализ машинных технологий уборки кукурузы представлен в работе И.А. Петуниной [93]. Обмолот кукурузы в поле зерноуборочными комбайнами наиболее простой в организационном плане, требует меньше оборудования и складских помещений и широко применяется, где не требуется сушка зерна. Одним из наиболее удачных уборочных агрегатов для обмолота кукурузы в поле, созданных нашей промышленностью, является агрегат из роторного зер 29 ноуборочного комбайна TORUM-740 с вращающейся декой с приспособлением для уборки кукурузы OROS 8258 + HSA (рисунок 1.4).
По данным приемочных испытаний в 2008 г. на Кубанской МИС он показал хорошие результаты и был рекомендован к серийному производству [97].
Рисунок 1.4 - Комбайн зерноуборочный самоходный TORUM-740 в агрегате с приспособлением для уборки кукурузы OROS 8258 + HSA
На основании анализа технологий уборки кукурузы на зерно определено, что показатели эффективности зависят от варианта технологии уборки, поэтому ее обоснование с позиций ресурсосбережения и выбор лучшего из числа альтернативных вариантов является актуальной задачей. Наибольшая эффективность ее решения достигается с помощью многоуровневого системного подхода. Некоторые общие принципьі применительно к механизированным сельскохозяйственным процессам представлены в работах [1, 45, 46, 70, 47, 48, 49, 80, 108]. Для этих целей необходимы самостоятельные комплексные исследования - от обоснования параметров рабочих органов кукурузоуборочных машин, ресурсосберегающих технологий уборки урожая до закладки его на хранение. Совершенствованию подлежит структурная схема иерархии решения поставленных задач с точки зрения экономии ресурсов и взаимосвязанного функционирования всех подсистем производственного процесса.
Определение рационального комплекса машин для уборки кукурузы, транспортировки, послеуборочной обработки и хранения зерна
Анализ представленных критериев оптимизации Е3 по двум вариантам расчета в априори позволяет предположить существенное снижение энергоемкости уборочного процесса за счет внедрения новых конструктивно-технологических решений.
По минимальному значению целевой функции находят оптимальные параметры машин УТЗ (зерноуборочного комбайна, агрегата для перевозки зерна от комбайна), режимы их работы, оптимальную продолжительность уборки кукурузы, оптимальный размер уборочных площадей, оптимальный состав УТЗ (количество комбайнов, тракторов для отвоза зерна и накопителей-перегрузчиков), оптимальную длину гона. Таким образом, нами предложены общие принципы исследования высокоэффективной ресурсосберегающей уборки кукурузы на зерно. С позиции многоуровнего системного подхода (рис. 2.1) во взаимосвязи исследованы все производственные процессы от уборки зерна в поле до закладки урожая в хранилище для последующего ис 83 пользования (на корм или реализацию). Изучены и применялись в исследованиях все факторы, влияющие на ход производственных процессов уборки зерна, транспортировки, очистки, сушки и хранения. При выборе перспективных технологических схем уборки кукурузы (1-й уровень) мы не учитываем вероятностный характер изменения учитываемых факторов, используя только математическое ожидание их значений. Однако это не снизило достоверности полученных результатов, так как выбранная нами технология уборки кукурузы существенно превышает альтернативные по выбранному критерию ресурсосбережения.
Высокоэффективная работа технических средств на всех шести уровнях рассматриваемой системы заготовки кукурузы обеспечена комплексным взаимоувязанным решением проблем ресурсосбережения.
Повреждение зерна початков кукурузы Особенности ударных явлений в природе и технике были замечены и оценены учеными уже во времена Ньютона; тогда же были предложены первые, правда, несовершенные решения соответствующих задач механики [95]. За истекшие с тех, пор столетия проблема удара все более тщательно изучалась как в теоретическом направлении, так и экспериментально; в наши дни она представляет собой важный для приложений и в значительной мере самостоятельный раздел механики.
Иногда задачи об ударе рассматриваются в предположении об идеаль ности связей системы. При этом основным признаком классификации удар ных ситуаций служат свойства этих связей, а именно их способность сохра няться, возникать или исчезать при ударе. Эта предложенная П.Аппелем [7] классификация содержит четыре типа задач; она представляется интересной даже с учетом того обстоятельства, что во многих случаях понятие об иде альныхсвязях должно быть отброшено. пластины, связанного со стеблем связью в виде плодоножки и разрушающуюся после удара можно отнести по этой классификации к задачам типа 3. Согласно [7], при этом удар происходит вследствие приложения заданных ударных сил (или заданных мгновенных ударных импульсов), которые разрушают существовавшие до удара связи и затем вызывают конечные изменения скоростей точек системы. Здесь предполагается, что вследствие заданного, приложенного к телу импульса, материальная ось шарнира (плодоножка) не выдерживает удара и ломается, так что початок отрывается от стебля, а затем начинает свободное движение. При этом связи, существовавшие до удара, исчезают после удара.
При отрыве початок ударяется о стрепперные пластины. Различают две фазы удара початка [71]: Первая фаза — деформация — от момента соприкосновения початка с пластинами до момента наибольшей деформации. В течение этой фазы початок деформируется (сжимается) до тех пор, пока скорость его не станет равной нулю. При этом кинетическая энергия початка, которой он обладает в момент соприкосновения с поверхностью, частично превращается в работу , силы трения внутренних слоев початка, которая, превращаясь в теплоту, рассеивается в окружающую среду.
Вторая фаза - восстановление - протекает от момента окончания первой фазы до момента отделения початка от поверхности пластин. В течение этой фазы полностью или частично восстанавливается форма початка благодаря его упругим свойствам и также частично теряется теперь уже потенциальная энергия, которая затрачивается на работу сил связи "початок-плодоножка". В связи с этим скорость початка в конце удара обычно меньше скорости початка в момент удара.
Механическое повреждение зерна початков происходит в результате динамических воздействий, испытываемых им при контакте с початкоотде-ляющими пластинами. В работе [145] для оценки повреждаемости растительных материалов вводится понятие энергетического порога повреждаемости, равное тому количеству поглощенной материалом энергии, при котором внутри материала возникает критическое напряженное состояние.
Экспериментами [79] установлено: повреждение продуктов зависит от длительности столкновения, геометрической формы сталкивающихся тел и их механических характеристик; степень повреждения материала определяется количеством энергии, поглощенной початком; энергия, соответствую-щая повреждению зерна, составляет 1,2, а яблок - 0,2 Дж/см .
Согласно выдвинутой гипотезе [139], повреждение зерна происходит в случае, когда величина суммарной поглощенной зерном энергии превышает порог, соответствующий макро- или микроповреждению.
Методика определения скорости протягивания стебля в зависимости от зазора между вальцами
Цель эксперимента - определение степени сжатия и эффективности протягивания стеблей в различных частях протягивающих вальцов.
Для проведения экспериментальных исследований нами с однорядного русла кукурузоуборочной жатки демонтировались подающие цепи и почат-коотделяющие пластины (рис. 3.16). Это было сделано для того, чтобы можно было наблюдать лишь протягивание стебля в определенных точках вальцов. Далее активная часть протягивающих вальцов L, длиной 70 см была разделена 6 равных участков (рис. 3.17). При этом использовались стандартные настройки русла жатки. Стебли подавались вручную на каждый участок перпендикулярно вальцам в трехкратной повторности (рис. 3.18).
Перед протягиванием стеблей предварительно измерялась их длина и диаметр. Настройка русла Частота вращения вальцов, мин"1 860 Угол наклона вальцов, град 33 Зазор между пластинами, мм: -в начале 30 - в конце 25 Зазор между вальцами обеспечивал прокатывание стеблей в средней части
При протягивании стеблей в каждом участке весь процесс снимался цифровой камерой OLYMPUS FE-240. Затем по кадрам в программе Quick Time Player определялось время протягивания стебля.
Перед проведением экспериментальных исследований мы решили понаблюдать за деформацией стебля при протягивании. Для этого был сделан искусственный стебель диаметром 25 мм (равный среднему диаметру стебля) и длиной 170 мм из пластилина (рис. 3.21).
Результаты измерений расстояний между рифами протягивающих вальцов и их отпечатками на стебле позволили определить проскальзывание стебля относительно вальцов. Планирование эксперимента - это выбор плана эксперимента, удовлетворяющего заданным требованиям [4, 16, 18, 33, 43,72, 82, 83, 104]. То есть это процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью.
Известно, что наибольший эффект математическая статистика может принести тогда, когда математические методы используются как при планировании эксперимента, так и при обработке результатов опыта [75]. Последовательное выполнение формализованных правил в процессе экспериментирования позволит выполнить основные требования: сократить количество опытов; уменьшить ошибку эксперимента; получить математические модели, наиболее полно отражающие реальный процесс; добиться наибольшей адекватности между математической моделью и реальным процессом.
Выбор типа плана зависит от выбранной математической модели, числа выбранных факторов и цели исследования. Задача планирования - свести ошибку эксперимента к минимуму, получить неискаженную оценку ошибки и неискаженные оценки эффектов основных факторов. В качестве математической модели функции отклика выбрали полином второго порядка.
При планировании эксперимента задавались следующими величинами: 1. Надежностью результатов опыта — а = 0,95; 2. Допустимой ошибкой - Є = +3S [75]. Установили, что необходимое число повторений опытов равно 3.
Задачей исследования являлось изучение влияния кинематических и геометрических параметров- початкоотделяющего аппарата с дополнительными режущими ножами на качественные показатели процесса початкоотде-ления. При составлении плана эксперимента, прежде всего, назначают (выбирают) независимые факторы, исходя из априорной (доопытной) информации или предварительного изучения1 объекта исследования. С учетом проведенного обзора патентной и другой- научно-технической литературы были выбраны факторы и уровни их варьирования, представленные в таблице 3.1.
Основной уровень скорости трактора {V—9 км/ч) выбран с учетом максимальной рабочей скорости комбайна при уборке кукурузы в початках. Нижний (V = 6 км/ч) уровень варьирования соответствует средней рабочей скорости кукурузоуборочного комбайна. Высота режущей кромки ножа выбрана с учетом средней толщины обертки у основания, которая составляет 2...4 мм. Диапазон частоты вращения вальцов принят с учетом априорной информации по отечественным и иностранным машинам. Выбранные факторы оказывают непосредственное влияние на агротехнические показатели работы-и не являются функциями других факторов., Так же они отвечают требованиям совместимости и независимости. При проведении опытов очень важно избежать систематических- ошибок. Это достигается путем рандомизации опытов, т.е. проведением их в случайном порядке.
Обработка результатов экспериментальных исследований проводилась методами общей- теории статистики и теории- планирования эксперимента [34, 16, 18, 33, 43,72, 82, 83, 103] в соответствии с ГОСТ 8.207-76 [26].
Одним из слабых мест стрепперных аппаратов является "жесткий" отрыв початка при ударе о початкоотделяющие пластины, в результате которого происходит вышелушивание и потери зерна. Для предотвращения этого мы решили проверить одно несложное усовершенствование початкоотделя-ющего аппарата, благодаря которому должны снизиться потери зерна за счет "смягчения" удара початка - использование в качестве амортизирующих элементов под пластинами резиновых прокладок.
Для проведения экспериментальных исследований необходимо знать физико-механическое свойство резиновых прокладок, которое характеризуется сжимаемостью и жесткостью. Сжимаемость — способность вещества изменять свой объем под действием всестороннего давления [147]. Сжимаемостью обладают все веще 138 ства. Если вещество в процессе сжатия не испытывает химических, структурных и других изменений, то при возвращении внешнего давления к исходному значению начальный объем восстанавливается. Величину сжимаемости характеризует коэффициент сжимаемости р, который выражает уменьшение единичного объема (или плотности р) тела при увеличении давлении Р на единицу
Прочностные свойства кукурузного растения и его частей
Установка шкивов с бесконечными ремнями, вращающимися навстречу друг другу, обеспечивает "мягкое" отделение початка ремнями, благодаря чему повышается качество отделения и степень очистки початков от стеблей и снижается вышелушивание зерна. Это обеспечивается действием на початок двух сил. Одна из которых, благодаря вращению початкоотделяющих вальцов, тянет стебель и початок вниз, а вторая со стороны вращающихся бесконечных ремней, "снимает" початок со стебля.
Причем початок, отрывается не на неподвижных початкоотделяющих пластинах, а на ремнях, которые уменьшают силу удара початка за счет увеличения времени удара. Бесконечные ремни обеспечивают не только качественное отделение початка, но снижают его повреждение.
Предлагаемый початкоотделяющий аппарат работает следующим образом. Стебли, заведенные в аппарат лапками 4 подающих цепей 3, прокатываются вальцами 1, вращающимися навстречу друг другу. При этом початок, попадая в пространство между контурами бесконечных ремней 7, захватыва 180 ется последними и срывается со стебля. Происходит растяжение плодоножки с изгибом, что снижает усилие отрыва (доказано экспериментально см. раздел 4). Ремни так же зажимают початки и вместе с лапками цепей транспортируют для дальнейшей обработки.
Введение дополнительного контура ремней позволяет решить следующие задачи: 1. Увеличить очищающую способность русла за счет создания в момент отрыва початка сил трения, разрушающих рубашку початка; 2. Сократить потери зерна при увеличенном ударном импульсе за счет амортизации ремней; 3. Изменить характер воздействия на плодоножку початка, заменив прямое растяжение плодоножки на растяжение с изгибом. Это позволит снизить затраты мощности на отделение початков.
Пример установки дополнительных шкивов показан на рисунке 5.4. Рассмотрим схему сил, действующих на початок при его отрыве на ременной передаче (рис. 5.5). В предложенном нами техническом решении плодоножка разрушается под действием сложной деформации, включающей растяжение и изгиб.
Початкоотделяюіций аппарат с дополнительным контуром ремней: а - схема: 1 - протягивающие вальцы; 2 - початкоотделяющие пластины; 3 - подающие цепи; 4 - дополнительные ремни; б - силы, действующие на початок: F- , — сила трения, действующая на початок; FB - протягивающая сила вальцов; Fp - результирующая сила; в - силы, действующие на плодоножку: Fpji - сила, растягивающая плодоножку; из.п — сила, изгибающая плодоножку Сила, действующая в течение очень короткого промежутка времени, модуль которой достигает большого значения, называется ударной силой [8, 14].
Как правило, мы не знаем закона изменения ударной силы F, но примерный график ее модуля можно построить (рис. 5.6).
Так как F clv = 118 Н F0 = 80 Н, то ремни будут дополнительно очи щать початки на предложенном нами початкоотделяющем аппарате. G целью проверки теоретических положений, изготовили полевую установка и провели экспериментальные исследования. Общий вид установки, на которой смонтирован початкоотделяющий аппарат с бесконечными ремнями (патент № 2229209) показан на рисунках 5.8. Согласно технической характеристике комбайна КСКУ-6 «Херсонец-200» угол наклона початкоотделяющих вальцов составляет 33, а частота вращения вальцов 860 мин" . Эти же показатели были взяты за основу.
С учетом рабочей гипотезы выбраны следующие факторы: 1. Различные варианты русла: с ремнями и без ремней (две градации фактора) — рисунок 5.9; 2. Скорость трактора (три градации — 6, 9, 12 км/ч). Поле разбивалось на рабочие участки и участки для разгона трактора. Экспериментальные данные обрабатывали дисперсионным анализом многофакторного опыта по методике Б.А. Доспехова [43]. Обработка проводилась в два этапа. Первый этап — разложение общей вариации результативного признака на варьирование вариантов и остаточное: Су = Су + Cz. На втором этапе сумма квадратов отклонений для вариантов разлагается на компоненты, соответствующие источникам варьирования, — главные эффекты изучаемых факторов и их взаимодействия. В двухфакторном опыте Cv = СА + Св + CAB 184
По результатам дисперсионного анализа, можно сделать вывод, что на степень очистки и вышелушивание зерна из початков существенно влияет тип русла, так как на 5 %-ном уровне (F$ F05). Причем использование предлагаемого технического решения на скоростях 6-12 км/ч повышает степень очистки на початкоотделяющем аппарате на 10,8-22,9%, а в среднем на 17% и снижает вышелушивание зерна на 4,2-10,9%, а в среднем на 7,4%.
Зависимость степени очистки початков и вышелушивания зерна кукурузы на предлагаемом початкоотделяющем аппарате и на существующем в зависимости от скорости движения агрегата показаны на рисунках 5.10, 5.11.
Похожие диссертации на Ресурсосберегающие процессы уборки кукурузы на основе новых конструктивно-технологических решений
-
-
-
