Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время остро стоит вопрос о сокращении затрат при производстве сельскохозяйственной продукции.
Применяемые в настоящее время технические средства для уборки зерновых культур не в полной мере удовлетворяют агротехническим требованиям. В основном возникают трудности с уборкой зерновых. Среди многих нерешённых проблем производства зерна наиболее острой является проблема уборки урожая в агротехнические сроки (7-12 дней) и устранения, таким образом, значительных потерь зерна. Потери зерна от самоосыпания через 20 дней после наступления полной спелости составляют от 18,4 до 20,2%. В связи с этим наиболее целесообразно производить уборку хлебов в короткий период времени, обусловленный агротехническими сроками.
По мнению таких специалистов как, Бурьянов А.И. Бурьянов М.А. Жалнин Э.В. Мо-исеенко О.В. Jiang Yi-Yuan. Klinner W. E. и др., одним из действительно эффективных методов, благодаря которому можно добиться существенного повышения производительности уборочных машин, является оснащение комбайнов очесывающими жатками. Метод основан на очёсывании колосков зерна, при этом на поле остаётся нескошенная стерня. Очёсывающие жатки особенно эффективны при работе в районах повышенной влажности, при уборке полеглых хлебов и высокой засорённости посевов. Жатки могут эксплуатироваться при повышенных скоростях, так как солома не поступает в молотильное устройство комбайна, за счёт чего снижается загрузка молотилки зерноуборочного комбайна соломой. По данным ПАО «Пензмаш», потери урожая за молотилкой уменьшаются в два раза, производительность комбайна повышается на 30-50 %, расход топлива снижается на 15-20 %.
В настоящее время отечественный производитель серийно выпускает только жатки под брендом «ОЗОН», но они не в полной мере удовлетворяют агротехническим требованиям по потерям зерна при работе комбайна на повышенных скоростях, что связанно с работой очёсывающего ротора: гребёнки, установленные на нём, при уборке на высокой урожайности и повышенных скоростях работы не справляются с большой массой, которую необходимо очесать, поэтому создание ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами очёсывающего устройства, который будет справляться с вышеуказанными проблемами, станет серьёзным шагом в развитии такой важной для сельского хозяйства отрасли, как производство зерна.
Зарубежные производители представлены на рынке двумя компаниями: «Shelboyrne Reynolds» и «Укр.Агро-Сервис», выпускающие очёсывающие устройства однороторного и двухроторного исполнения. Но средняя стоимость данных устройств зарубежного производства является высокой для отечественного сельхозтоваропроизводителя.
Поэтому работа, посвященная разработке и применению ротора, оснащённого гребёнкой с тангенциальным каналом, способствующая повышению качества уборки зерновых и семенников трав на повышенных скоростях (до 10 км/ч), снижению процента потерь зерна и себестоимости его производства, является актуальной и практически значимой для сельскохозяйственного производства.
Степень разработанности темы. В настоящее время разработаны устройства для очёсывания растений различных типов конструкций: роторные, дисковые, вальцевые, транспортёрные, стриперные и др. Практическое применение из этих машин нашли только конструкции некоторых роторных очёсывающих устройств, выпускающиеся серийно. Однако эти машины не позволяют произвести качественную уборку зерна на повышенных скоростях работы жатки. Для получения минимальных потерь зерна при работе очёсывающей жатки однороторного исполнения при работе на скоростях до 10 км/ч необходимо, чтобы колос при его счёсывания не только отрывался ударным воздействием гребёнки, но и подрезался при помощи тангенциального движения колоса в канале между зубьями гребёнки, тем самым уменьшая нагрузку и количество ударов гребёнок о колос. Обеспечить такое движение колоса возможно сложным геометрическим каналом между зубьями гребёнки.
В настоящее время устройств, обеспечивающих такое движение колоса при его счёсывании, не создано. Поэтому данный вопрос требует теоретических исследований и конструкторских решений.
Вопросом метода очёса занимались: Бурьянов А.И. Бурьянов М.А. Жалнин Э.В. Мо-исеенко О.В. Ридный С.Д. Алдошин Н.В. Ожерельев В.Н. Никитин В.В. Савченков А.И. Шабанов П.А. Мороз М.М. Сисолiн П. В. Kalsirisilp R. Jiang Yi-Yuan. Klinner W. E. и другие.
Из выше изложенного следует, что проблема повышения качества уборки очёсывающими жатками на повышенных скоростях работы применением экспериментального ротора в серийно выпускаемой очёсывающей жатке «ОЗОН» актуальна и практически значима для отрасли АПК РФ.
Работа проводилась по планам НИОКР ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ (тема №11 «Ре
сурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции расте
ниеводства и животноводства»), программы «УМНИК» фонда содействия развитию малых
форм предприятий в научно-технической сфере (тема «Разработка инновационных техни
ческих средств для уборки зерновых очёсывающим методом», договор
№ 11335ГУ/2017 от 21.08.2017 г.) и заказу Минсельхоза России за счёт средств федераль
ного бюджета в 2018 году.
Цель исследования. Разработка и применение очёсывающего ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, позволяющего снизить потери зерна за очёсывающей жаткой комбайна.
Задачи исследования:
-
Разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, с учётом физико-механических свойств современных сортов и гибридов зерновых культур.
-
Провести теоретические исследования траектории движения гребёнки при вхождении в стеблестой растительной массы с определением высоты очёса ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, его частоты вращения и ширины зоны очёса.
-
Разработать и изготовить экспериментальный образец ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, провести исследования по определению его оптимальных конструктивных и режимных параметров в лабораторных условиях.
-
Выполнить исследования очёсывающего устройства с ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами, в лабораторно-полевых производственных условиях и оценить его технико-экономические показатели.
Объект исследования. Процесс очёсывания зерновой массы очёсывающим ротором жатки, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами.
Предмет исследования. Показатели, характеризующие изменение качественных и количественных показателей потерь зерна за очёсывающей жаткой (количество потерь зерна за жаткой и процент дробления зерна на разных режимах работы).
Научная новизна:
- теоретическое обоснование траектории движения гребёнки при вхождении в стеб
лестой растительной массы до момента счёсывания с определением высоты установки ро
тора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, его частоты вращения,
а так же ширины очёса;
- конструктивная схема очёсывающего ротора, оснащённого гребёнками
с тангенциальными каналами;
- оптимальные конструктивные и режимные параметры очёсывающего ротора,
оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами;
Новизна технического решения подтверждена патентом на изобретение РФ № 2646054 «Съёмная гребёнка очёсывающего оборудования».
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическую значимость работы составляют полученные аналитические зависи-4
мости позволяющие описать траекторию движения гребёнки при вхождении в стеблестой растительной массы, определить высоту установки ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, его частоты вращения и ширины очёса.
По сравнению с существующими аналогами предлагаемая конструкция ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, обеспечивает качественную уборку урожая зерновых культур при минимальных материальных затратах.
Практической значимостью применения разработанного ротора является повышение качества уборки зерновых и семенников трав при уборке на повышенных скоростях (до 10 км/ч), повышение производительности уборочного агрегата на 29 %, снижение потерь зерна на 6 % в сравнении с серийно выпускаемой жаткой, снижение количества травмированных зёрен до 1%; снижение погектарных затрат на топливо до 0,3 т/га.
Реализация результатов исследований.
Очёсывающие жатки с экспериментальным ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами, изготовлены и внедрены в производство серийных жаток в ПАО «Пензмаш» (г. Пенза), прошли проверку в производственных условиях и внедрены в КФХ «Люфт» (Омская область), ООО «Лебедянское» (Липецкая область), ЗАО «Калининское» (Ставрапольский край), ТОО «Жанахай» (р. Казахстан, Костанайская область), Сельскохозяйственная артель «Колхоз Маяк» (Калужская область).
Методология и методы исследований. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы: сравнение, моделирование, наблюдение, эксперимент. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими отраслевыми стандартами, а также разработанных частных методик исследований. Обработка результатов исследований проводилась на ПЭВМ с использованием стандартных компьютерных программ Microsoft Excel, Statistica, КОМПАС-3D.
Основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
-
Траектория движения гребёнки при вхождении в стеблестой растительной массы с определением высоты установки ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, его частоты вращения, а также ширины очёса.
-
Конструктивная схема ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами.
-
Оптимальные значения конструктивных (ширина зоны очёса, количество рядов очёсывающих гребёнок, ширина тангенциального канала очёсывающей гребёнки, ширина зазора между очёсывающим ротором и центральной трубой каркаса) и режимных (частота вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, скорость движения комбайна, высота установки ротора) параметров очёсывающего устройства.
4. Числовые значения показателей, характеризующие количество потерь зерна
за очёсывающей жаткой, с установленным на ней ротором, оснащённым гребёнками с тан
генциальными каналами.
Степень достоверности и апробация результатов исследований.
Достоверность результатов исследований подтверждается использованием методов математической статистики и теории многофакторного эксперимента, применением современных приборов и средств измерения, отвечающих требованиям соответствующих стандартов.
Основные результаты исследований представлялись в качестве инновационного проекта на научно-инновационном конкурсе «УМНИК» фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (г. Пенза, 2017 г.), по результатам которого заключен государственный контракт (договор № 11335ГУ/2017 от 21.08.2017 г.) на выполнение НИОКР по теме: «Разработка инновационных технических средств для уборки зерновых очёсывающим методом».
Апробация результатов исследования подтверждается участием во всероссийской
НПК молодых ученых «Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России», проводимой на базе ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ (2014 – 2018 г.г.), в международной НПК «Участие молодых учёных в решении актуальных вопросов АПК России», проводимой на базе ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ (2016 г.), в 9 всероссийской научно-практической конференции молодых учёных «Развитие научной, творческой и инновационной деятельности молодёжи», проводимой на базе ФГБОУ ВО «Курганская ГСХА» (2017 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 14 статей (четыре без соавторов), в т.ч. 3 в рецензируемых изданиях. Общий объём 7,21 п.л., из них автору принадлежит 1,25 п.л. Получен патент на изобретение: РФ №2646054.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы из 121 наименования и приложения на 26 с. Работа изложена на 144 с., содержит 16 табл. и 64 рис., приложение содержит 8 табл. и 25 рис.
Автор выражает свою благодарность доктору технических наук, профессору Куха-реву О.Н.; кандидату технических наук, доценту Сёмову И.Н., преподавателям, аспирантам и лаборантам кафедр «Механизация технологических процессов в АПК» ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ за оказание помощи в решении научной проблемы, а также в производственной проверке и внедрении полученных результатов исследований. С указанными сотрудниками имеются совместные публикации по разрабатываемой тематике. Также автор выражает благодарность руководству Публичного акционерного общества «Пензмаш» за помощь в изготовлении и внедрении в производство очёсывающих жаток «ОЗОН» ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами.