Технологическое обоснование повышения производительности зерноуборочных комбайнов на основе оптимизации структурно-топологической модели Тронев Сергей Викторович

Содержание к диссертации

Введение

1 Состояние проблемы. Цель и задачи исследования .13

1.1 Оценка функционирования зерноуборочного комбайна с помощью математических моделей 13

1.2 Оценка функционирования зерноуборочного комбайна в условиях использования 25

1.3 Основные направления повышения производительности зерноуборочного комбайна 33

1.4 Циркуляционные потоки в зерноуборочном комбайне 44

1.5 Моделирование сложных технических систем .50

Выводы по первой главе 56

Цель и задачи исследования 57

2 Теоретическое обоснование оптимизации структурно-топологической модели 59

2.1 Структурно-топологическая модель зерноуборочного комбайна 59

2.1.1 Этапы составления структурно-топологической модели 59

2.1.2 Технологический процесс прямого комбайнирования 59

2.1.3 Покомпонентный состав технологических потоков на рабочих органах 61

2.1.4 Виды, источники и стоки технологических потоков на рабочих органах 64

2.1.5 Параметры технологических потоков и показатели рабочих органов .67

2.1.6 Графическое изображение структурно-топологической модели 70

2.2 Анализ графического изображения структурно-топологической модели зерноуборочного комбайна 84

2.2.1 Разрезы связанных графов технологических потоков компонентов хлебной массы 84

2.2.2 Простые цепи и циклы связанных графов технологических потоков компонентов хлебной массы 92

2.2.3 Особенности поиска рабочего органа с неоптимальными параметрами технологического процесса 110

2.3 Оптимизация параметров технологического процесса 113

2.3.1 Теоретическое обоснование способов обеспечения пропорционального сечетания внутренних параметров рабочих органов 113

2.3.2 Снижение неравномерности технологического потока по ширине рабочих органов молотилки 118

2.3.2.1 Принцип наложения друг на друга технологических потоков различного типа неравномерностей 118

2.3.2.2 Методика расчета конструктивных параметров распределителей колосового вороха .123

2.3.2.3 Описание адаптированной конструкции малого колосового шнека 127

2.3.2.4 Факторы малого колосового шнека 129

2.3.2.5 Описание адаптированной конструкции распределительного шнека 133

2.3.2.6 Факторы распределительного шнека 135

2.3.3 Повышение производительности рабочего органа молотилки 137

2.3.3.1 Расчет основных конструктивных параметров и режимов работы домолачивающего устройства 137

2.3.3.2 Описание адаптированной конструкции домолачивающего устройства .139

2.3.3.3 Факторы домолачивающего устройства 140

2.4 Методология оптимизации структурно-топологической модели зерноуборочного комбайна 142

2.5 Теоретический расчет параметров контрольных участков при определении потерь зерна за зерноуборочным комбайном 151

Выводы по второй главе .160

3 Программа и методика экспериментальных исследований 164

3.1 Программа исследований 164

3.2 Методика проведения лабораторно-полевых экспериментов .165

3.2.1 Подготовка к проведению полевых экспериментов 165

3.2.2 Экспресс-метод определения потерь зерна за зерноуборочным комбайном 165

3.2.2.1 Область применения 165

3.2.2.2 Средства, применяемые для измерения потерь 166

3.2.2.3 Подготовка и измерение потерь зерна .167

3.2.2.4 Обработка результатов измерений 173

3.2.2.5 Методика сравнения результатов 174

3.2.3 Методика определения параметров управляемых и неуправляемых технологических потоков 177

3.2.4 Методика оптимизации адаптированных конструкций рабочих органов 182

Выводы по третьей главе 188

4 Результаты экспериментальных исследований 189

4.1 Результаты сравнения методов определения потерь зерна за комбайном 189

4.2 Исследования структурно-топологической модели серийных зерноуборочных комбайнов 195

4.2.1 Анализ структурно-топологической модели 195

4.2.2 Поиск рабочего органа с неоптимальными параметрами технологического процесса 201

4.2.3 Оценка загрузки рабочих органов молотилки зерноуборочного комбайна 210

4.3 Оптимизация структурно-топологической модели зерноуборочного комбайна 213

4.3.1 Оптимизация адаптированной конструкции малого колосового шнека 213

4.3.2 Оптимизация адаптированной конструкции распределительного шнека с шириной молотилки 1200 мм 219

4.3.3 Оптимизация адаптированной конструкции распределительного шнека с шириной молотилки 1500 мм 224

4.3.4 Оптимизация адаптированной конструкции домолачивающего устройства 229

4.4 Исследования структурно-топологической модели зерноуборочного комбайна с адаптированной конструкцией рабочего органа 235

4.4.1 Анализ структурно-топологической модели 235

4.4.2 Оценка загрузки рабочих органов молотилки зерноуборочного комбайна 255

Выводы по четвертой главе 258

5 Экономическая эффективность технических решений 261

5.1 Технико-экономические показатели применения экспресс-метода определения потерь зерна за зерноуборочными комбайнами 261

5.2 Технико-экономические показатели применения адаптированных конструкций рабочих органов 263

Заключение 268

Список литературы 273

Приложение А. Сертификаты о поверке измерительных средств 329

Приложение Б. Заключения о научно-исследовательской работе и приемочного испытания .334

Приложение В. Апробация результатов исследований .341

Приложение Г. Экспонирование результатов исследования 347

Приложение Д. Патенты РФ на изобретения 349

Приложение Е. Акты внедрения результатов научно-исследовательских работ 359

Приложение Ж. Режимы и показатели качества выполнения технологического процесса 369

Приложение И. Статистические показатели 395

Приложение К. Параметры управляемых и неуправляемых потоков 426

Приложение Л. Матрица плана Рехтшафнера .447

Приложение М. Результаты расчетов оптимизации рабочих органов .448

• Оценка функционирования зерноуборочного комбайна в условиях использования
• Особенности поиска рабочего органа с неоптимальными параметрами технологического процесса
• Поиск рабочего органа с неоптимальными параметрами технологического процесса
• Анализ структурно-топологической модели

Введение к работе

Актуальность темы исследования. В соответствии с Доктриной продовольственной безопасности Российской Федерации, утвержденной Указом Президента РФ от 30.01.2010 № 120, производство зерна является критерием оценки состояния продовольственной безопасности. В Доктрине выделены технологические риски, которые могут приводить к несоблюдению пороговых значений критериев продовольственной безопасности. Для ослабления влияния технологических рисков на критерии оценки состояния продовольственной безопасности, в частности на производство зерна, была утверждена распоряжением Правительства РФ от 7 июля 2017 г. № 1455-р «Стратегия развития сельскохозяйственного машиностроения России на период до 2030 года». В Стратегии отдельным сегментом выделены «комбайны зерноуборочные», для которых определен тренд - достижение более высокой производительности.

Основным средством уборки зерновых и зернобобовых культур является зерноуборочный комбайн. Об эффективности использования зерноуборочных комбайнов можно судить по реализации показателей агротехнической оценки: производительность, пропускная способность молотилки и потери зерна.

В реальных условиях использования возникает необходимость снижать скорость движения зерноуборочного комбайна из-за того, что суммарные потери зерна превышают допустимое значение (2,0 %). Снижение скорости движения приводит к уменьшению производительности зерноуборочного комбайна. При этом не обеспечивается теоретическая пропускная способность комбайна и нарушается основная составляющая принципа гармоничности конструкции -пропорциональное сочетание внутренних параметров рабочих органов, исходя из заданных показателей по производительности и качеству работы.

Моделирование сложной технической системы, учитывающее технологические особенности функционирования в различных условиях использования, позволяет определить внутренние источники повышения производительности зерноуборочного комбайна.

Выдвинута научная гипотеза: для обеспечения высокой производительности зерноуборочного комбайна в условиях использования необходимо оптимизировать структурно-топологическую модель за счет реализации основной составляющей принципа гармоничности конструкции - пропорционального сочетания внутренних параметров рабочих органов, исходя из заданных показателей по производительности и качеству работы.

Степень разработанности темы исследований. Функционирование зерноуборочного комбайна с помощью математических моделей оценивали А.С. Лаевский, А.И. Русанов, Э.И. Липкович, М.А. Пустыгин, Э.В. Жалнин, В.В. Баев, А.Т. Табашников, Ю.А. Царев, Н.Д. Занько, В.Ф. Федоренко, В.Е. Бердышев, Н.И. Стружкин, Д.Я. Паршин, Д.Г. Шевчук, В.Я. Гольтяпин и др.

Методы и способы определения потерь зерна за зерноуборочным комбайном рассмотрены в исследованиях ученых Б.П. Кутепова, Л.М. Воскобойникова, М.К. Балодиса, Е.А. Машкова, Э.В. Жалнина, А.П. Тарасенко, А.Т. Табашнико-ва, Л.М. Панфилова, А.И. Ряднова, W. Fechner и др.

Теоретические исследования и практические решения, направленные на повышение производительности зерноуборочного комбайна, представлены в трудах В.П. Горячкина, М.Н. Летошнева, В.Г. Антипина, С.А. Алферова, М.А. Пустыгина, Е.С. Босого, И.Ф. Василенко, К.Г. Колганова, Н.И. Кленина, Э.И. Липковича, Г.Ф. Серого, Б.Н. Четыркина, А.И. Русанова, Ю.Н. Ярмашева, Г.А Кузина, М.И. Липовского, А.И. Дорощука, А.И. Бурьянова, Е.И. Трубилина, Г.Г. Маслова, К.З. Кухмазова, Е.В. Труфляка и других ученых и конструкторов.

Изучали циркуляционные процессы и потоки в зерноуборочном комбайне Н.И. Косилов, Б.П. Кутепов, В.М. Урайкин, И.Я. Чумаченко, С.Т. Корнилов, А.Г. Рыбалко, В.И. Оробинский, А.П. Тарасенко, М.А. Ульяненко и др.

Моделированием сложных технических систем занимались ученые Н.П. Бусленко, В.В. Калашников, И.Н. Коваленко, Г. Крон, А.Д. Вильсон, В.В. Кафа-ров, А.И. Бояринов, Т.Н. Гартман и др. Большой вклад в развитие теории графов внесли зарубежные и отечественные ученые: Л. Р. Форд, Т. Ху, Р. Басакер, Т. Саати, К. Берж, Д. Филлипс, У. Татт, О. Оре, А.А. Зыков, В.А. Емеличев и др.

Данная работа дополняет эти исследования с позиции технологического обоснования технических решений, направленных на повышение производительности зерноуборочного комбайна на основе оптимизации структурно-топологической модели за счет реализации основной составляющей принципа гармоничности конструкции - пропорционального сочетания внутренних параметров рабочих органов, исходя из заданных показателей по производительности и качеству работы.

Цель исследования – технологическое обоснование технических решений, направленных на повышение производительности зерноуборочного комбайна на основе оптимизации структурно-топологической модели.

Задачи исследования:

1. Дать анализ методов оценки функционирования зерноуборочного ком
байна; изучить основные направления повышения производительности зерно
уборочного комбайна.

2. Составить структурно-топологическую модель зерноуборочного ком
байна на основе теории графов.

3. Обосновать методологию оптимизации структурно-топологической
модели зерноуборочного комбайна.

1. Теоретически и экспериментально обосновать экспресс-метод для повышения точности определения потерь зерна за зерноуборочным комбайном.

2. Экспериментально определить конструктивные параметры и режимы работы адаптированных конструкций рабочих органов циркуляционного потока.

3. Оптимизировать структурно-топологическую модель зерноуборочного комбайна за счет применения адаптированных конструкций рабочих органов циркуляционного потока.

4. Выполнить экономическую оценку технических решений, направленных на повышение производительности зерноуборочного комбайна.

Объект исследования – управляемые и неуправляемые технологические потоки компонентов хлебной массы в зерноуборочном комбайне.

Предметы исследования – технологические схемы зерноуборочных комбайнов; закономерности равномерного распределения компонентов хлебной массы по ширине рабочих органов молотилки; конструктивные параметры и режимы рабочих органов жатки и молотилки.

Научная новизна результатов исследования:

- структурно-топологическая модель зерноуборочного комбайна;

методология оптимизации структурно-топологической модели зерноуборочного комбайна, учитывающая пропорциональное сочетание внутренних параметров рабочих органов;

методика расчета параметров контрольного участка при определении потерь зерна за зерноуборочным комбайном;

регрессионные математические модели для оптимизации конструктивных параметров и режимов работы распределителей колосового вороха и домолачивающего устройства.

Новизна технических решений и технологических приемов подтверждена 10 патентами РФ на изобретения.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании выполненных исследований доказана возможность моделирования работы зерноуборочного комбайна с использованием структурно-топологической модели, представленной в виде связанных графов технологических потоков: зерна, колоса, сбоины и соломы. Разработан алгоритм решения структурно-топологической модели, который основан на уравнении сохранения потока по каждому компоненту хлебной массы. Обоснованы формализованные признаки, по которым осуществлялся поиск рабочего органа с неоптимальными параметрами технологических процессов из-за непропорционального сочетания внутренних параметров рабочих органов. Использование адаптированных конструкций распределителей колосового вороха и домолачивающего устройства обеспечило оптимизацию структурно-топологической модели и повышение производительности зерноуборочного комбайна по намолоту и площади уборки. Применение экспресс-метода определения потерь зерна за зерноуборочным комбайном позволило исключить систематическую ошибку измерения, вызванную ручным сбором потерянного зерна с учетной рамки на поверхности поля.

Методология и методы исследований. Исследования проводили с использованием системного подхода, математического моделирования и анализа параметров технологических процессов в лабораторных и полевых условиях в соответствии с требованиями межгосударственных стандартов и частных методов. Математическая обработка результатов экспериментов, выполненная на ПЭВМ с помощью стандартных и оригинальных программ, подтвердила разработанные теоретические предпосылки.

Положения, выносимые на защиту:

- структурно-топологическая модель зерноуборочного комбайна, пред
ставленная в виде связанных графов технологических потоков: зерна, колоса,
сбоины и соломы;

методология оптимизации структурно-топологической модели зерноуборочного комбайна, учитывающая пропорциональное сочетание внутренних параметров рабочих органов;

регрессионные математические модели, позволяющие оптимизировать конструктивные параметры и режимы распределителей колосового вороха и домолачивающего устройства;

методика и результаты расчета параметров контрольных участков определения потерь зерна за зерноуборочным комбайном.

Степень достоверности результатов исследований. Исследования подтверждены высокой степенью достоверности и адекватности, полученные по результатам математической обработки достаточного объема экспериментальных данных, а также сертификатами о поверке измерительных средств. Результаты исследований полностью или частично согласуются с результатами, представленными в отчетах Новокубанского филиала «КубНИИТиМ» ФГБНУ «Ро-синформагротех» и ФГБУ «Северо-Кавказская МИС».

Апробация результатов исследований. Результаты исследований были апробированы на научно-практических конференциях в Волгоградском ГАУ (г. Волгоград, 2002-2017 гг.), Пензенской ГСХА (г. Пенза, 2001 г.), Кубанском ГАУ (г. Краснодар, 2003 г.), МГАУ (г. Москва, 2004 г.), X Международной научно-практической конференции (г. Прага, 2014 г.) XXIII Международной конференции (г. Москва, 2016 г.), IX Международной научно-практической конференции (пос. Правдинский, 2017 г.), V юбилейной Международной научно-практической конференции «ИТНО-2017» (пос. Дивноморское, 2017 г.); заседаниях НТС ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ (г. Волгоград, 2015-2016 гг.), ФГБУ «Северо-Кавказская МИС» (г. Зерноград, 2015 г.) и Новокубанского филиала «КубНИИТиМ» ФГБНУ «Росинформагротех» (г. Новокубанск, 2016 г.).

Материалы исследований экспонировались на 17-й Российской агропромышленной выставке «Золотая осень - 2015» и 18-й Российской агропромышленной выставке «Золотая осень - 2016» и отмечены двумя бронзовыми медалями.

Публикации результатов исследований. По теме исследований опубликовано 41 работа, из них 12 – в рецензируемых журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией; 19 работ изданы в сборниках трудов по материалам Международных научно-практических и научно-технических конференций; получено 10 патентов РФ на изобретения. Общий объем опубликованных работ составляет 14,23 п.л., из них 9,17 п.л. принадлежит автору.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и 11 приложений; содержит 328 страниц машинописного текста, в том числе 97 рисунков и 45 таблиц. Список использованной литературы включает 442 наименования литературных источников, в том числе 25 источников на иностранных языках.

Оценка функционирования зерноуборочного комбайна в условиях использования

Оценить функционирование зерноуборочного комбайна в условиях использования возможно, сравнив данные оперативного (текущего) контроля с результатами испытаний [81 и 350]. Если оценочными показателями зерноуборочного комбайна являются пропускная способность и потери зерна, а также отсутствуют результаты испытаний, то данные оперативного (текущего) контроля сравниваются со статистической пропускной способностью комбайна [111, 113, 114, 115 и 351].

Комплексный показатель качества К изменяется от 0 до 1: при К = 0 все данные испытаний по всем трем показателям качества превышают нормативные значения; при К = 1 комбайн работает в пределах нормы.

Бердышев В.Е. [49] обосновал применение комплексного показателя уборки зерновых культур зерноуборочным комбайном, учитывающего единичные показатели (прямые потери и дробление зерна) и их коэффициенты относительной важности.

Методика лабораторно-полевых испытаний основывается на положениях, изложенных в ГОСТе 28301 [86], а для оперативного контроля в условиях использования применяют частные методы [159, 213, 322 и 357].

Обзор литературных источников показал, что определение потерь зерна является сложно определяемым показателем качества функционирования зерноуборочного комбайна.

Вопросам определения потерь зерна при функционировании зерноуборочного комбайна посвящены работы ученых: Б.П. Кутепова, Л.М. Воскобойникова, М.К. Балодиса, Е.А. Машкова, Э.В. Жалнина, А.П. Тарасенко, А.Т. Табашникова, Л.М. Панфилова, А.И. Ряднова, W. Fechner и др.

В соответствии с действующим стандартом ГОСТ 28301, отдельно проводят агротехническую оценку жатки, подборщика и молотилки комбайна. При испытании жатки определяют суммарные потери, в том числе свободным зерном, а также зерном в срезанных и несрезанных колосьях. При испытании подборщика определяют суммарные потери, в том числе свободным зерном и неподобранным колосом. При испытании молотилки комбайна определяют суммарные потери, в том числе потери зерна в соломе, полове, распылом и из-за недостаточного уплотнения молотилки. При сравнительной оценке комбайнов на уборке зерновых колосовых культур основной комплектацией комбайна является капот для укладки соломы и половы в валок. Стандартом предусмотрены два метода измерения: сплошной сбор («больших» проб) и дискретный отбор («малых» проб). При этом пробы отбираются как вручную, так и с использованием измерительных устройств (пробоотборников). Обработку проб по ГОСТу необходимо выполнять на лабораторной молотилке. Оценочные показатели рассчитывают с помощью аналитических выражений.

Частные методики определения потерь зерна за зерноуборочными комбайнами отличаются от ГОСТ 28301 [86] определяемыми оценочными показателями, способами отбора проб, порядком обработки результатов, применяемым оборудованием и т.д.

Ученые СССР [144, 159, 212, 213, 322 и 357] для оперативного (текущего) контроля предлагали использовать рамки для подсчета потерь зерна и опытные образцы из копны. Расчет уровня потерь зерна проводили с использование аналитических выражений [159, 305, 322 и 357], таблиц [212, 213, 322, 357 и 423] и логарифмического определителя [144]. Однако в настоящее время эти методы не находят широкого применения из-за низкой точности измерений.

Повысить точность измерений потерь зерна за зерноуборочными комбайнами при испытаниях и оперативном (текущем) контроле предлагали за счет использования комбайна-контролера [71, 110, 200, 298 и 386], ленточного пробоотборника [303], лабораторной молотилки [176 и 300] и пробоотборника [310].

Авторским коллективом Северо-Кавказской МИС [31] предложено установить под молотилкой испытываемого комбайна ленточный пробоотборник с размером 2х10 м. Пробы соломы и половы обрабатывают на лабораторной молотилке, изготовленной на базе финского зерноуборочного комбайна «Сампо-100/150» или на мобильной установке для обработки агротехнических проб (МУОАП-80).

Следует отметить, что сотрудники Прибалтийской МИС [43 и 74] в 1971 году рассматривали перспективу разработки оперативной методики «малых проб»: инженер В.П. Юферев [417] использовал для определения потерь зерна от самоосыпания и контроля качества работы зерноуборочного комбайна лотки размером 125х800 мм.

В последнее время широкое распространение получил метод определения потерь зерна при испытании зерноуборочных комбайнов, который был предложен Центральной МИС, с использованием пробоотборников половы и соломы [232 и 234] с обработкой проб в лабораторной молотилке ЛМПС-1.

Методика, предложенная коллективом КубНИИТиМ [308, 349 и 404], подробно описывает порядок определения потерь зерна за зерноуборочными комбайнами с помощью резиновых пробоотборников размером 500х100х50 мм. Расчет уровня потерь зерна может выполняться с помощью аналитических формул или компьютерной программы «Агроком».

Ученые КраснодарНИИСХ [348] в методике контроля качества использовали элементы последовательного статистического анализа для снижения числа измерений.

Адась А.В., Яроцкий Я.У. [29] обосновали частную методику оперативного (текущего) контроля и на Белорусской МИС сравнили собственную методику с методиками, предложенными фирмами CLAAS и CASE IH.

Иностранные ученые W. Fechner, Z. Al-Ibrahim [424 и 425] рекомендуют определять потери зерна при комбайнировании с помощью мерного стаканчика.

Способ, предложенный И.Г. Насыпайко, А.М. Бароновым, В.П. Овчаренко [20], позволяет разделить потери за жаткой и молотилкой. Для этого под днищем жатки на всю ширину ее захвата устанавливают ограничивающий щит, который сбрасывается на стерню при учетном проходе комбайна с последующим раздельным подсчетом зерна на щите и под ним.

Автор патента 2290779 РФ [250] предложил при определении потерь зерна за комбайном учитывать фактическую ширину захвата хедера.

Следует отметить, что для повышения точности определения потерь зерна за комбайном необходимо учитывать самоосыпание зерна [281].

Авторы патентов и авторских свидетельств предлагают различные конструкции устройств и пробоотборников в виде: двух катушек с намотанной на них гибкой лентой [17], ленточного сборника из брезентового полотна [244], щита, снабженного резино-тканевой лентой [23], кассеты со сборниками [241], подпружиненных желобков [25], эластичной емкости [295], емкости с внутренней подвижной перегородкой [242], сборников, закрепленных на штанге-волокуше [280], сборника с жестким каркасом и плоским эластичным основанием с перпендикулярными стержнями [297].

Для зерноуборочных комбайнов с копнителем авторы А.с. 954041 [26] предлагают устройство для отбора проб продуктов обмолота, состоящее из трех рам прямоугольной формы, механизмов отсоединения его от копнителя и фиксации емкости в закрытом положении.

Заслуживает внимания способ и устройство для определения потерь зерна за зерноуборочным комбайном, в которых для повышения точности показаний потерь зерна от датчиков потерь, отображаемых на бортовом компьютере, можно измерять фактические потери с помощью пробоотборника [437].

Авторы иностранных патентов предлагают различные выталкивающие устройства [436, 438, 439 и 440] для пробоотборников.

У каждого метода определения потерь зерна за зерноуборочными комбайнами можно выделить характерные признаки, которые разделим на шесть функциональных групп по отличительным особенностям.

Особенности поиска рабочего органа с неоптимальными параметрами технологического процесса

Определить состояние параметров технологических процессов на рабочем органе возможно, решив уравнения сохранение потока структурно топологической модели зерноуборочного комбайна по компоненту хлебной массы и установив функциональную связь параметров управляемых и неуправляемых потоков с показателями рабочего органа.

Принцип гармоничности конструкции по основным параметрам должен соблюдаться при проектировании современных зерноуборочных комбайнов [113], а в условиях использования необходима реализация основной составляющей -пропорционального сочетания параметров всех элементов машины, исходя из заданных показателей по производительности и качеству работы. При этом функциональной связью параметров управляемых потоков с показателями рабочего органа является их равенство по k-му компоненту. Поиск рабочих органов с неоптимальными параметрами технологического процесса выполним с использованием положений и приемов алгоритма дефекта сетевого анализа [393], а также математической логики [133, 225 и 399].

Для определения состояния параметров технологических процессов на рабочем органе используется основной формализованный признак, который основывается на равенстве подачи по управляемому потоку с теоретическим значением производительности рабочего органа по k-му компоненту.

Если подача по управляемому потоку равна теоретическому значению производительности рабочего органа по k-му компоненту, то параметры технологических процессов являются оптимальными: в этом случае рабочий орган назовем бездефектным.

Если подача по управляемому потоку отличается от теоретического значения производительности рабочего органа по k-му компоненту, то параметры технологических процессов являются неоптимальными: рабочий орган назовем дефектным.

Основной формализованный признак определения состояния параметров технологических процессов на рабочем органе может использоваться только для поиска бездефектных и дефектных рабочих органов жатвенной части зерноуборочного комбайна.

Сложность поиска бездефектных и дефектных рабочих органов молотилки обусловлена наличием следующих признаков:

- локальные зоны молотилки содержат разрезы с двумя и более рабочими органами;

- простые цепи управляемых и неуправляемых потоков имеют общие дуги на рабочих органах молотилки;

- простые цепи управляемых и неуправляемых потоков взаимосвязаны с простыми циклами на рабочих органах молотилки.

Соответственно для молотилки применяется дополнительный формализованный признак определения состояния параметров технологического процесса на рабочем органе. Если теоретическое значение производительности i-го рабочего органа равно сумме подач по управляемому и циркуляционному потокам k-го компонента, то в силу условия сохранения потока по дуге неуправляемого потока проходит поток на нулевом или допустимом уровне. Бездефектный i-й рабочий орган молотилки сохранит значение подачи k-го компонента по управляемому потоку от циркуляционного потока по простым циклам, а дефектный приведет к уменьшению значения подача k-го компонента по управляемому потоку. Поэтому молотилка исследуется с циркуляционным потоком и без него [329 и 367].

Приведем графический метод определения бездефектного или дефектного i го рабочего органа по k-му компоненту по основному и дополнительному формализованным признакам определения состояния параметров технологического процесса [380].

Составим систему координат: на оси абсцисс откладываются подача по управляемого потока рабочего органа qik , а на оси ординат – значения производительности ooik /-го рабочего органа (рисунок 2.13) по к-му компоненту.

Проведем линию бездефектности /-го рабочего органа из условия основного формализованного признака: qik =eok, (2.8) где qk- подача к-го компонента по управляемому потоку на /-й рабочий орган (при допустимом уровне потерь или подаче по неуправляемому потоку), кг/с; ооk - значение производительности /-го рабочего органа по к-му компоненту, кг/с. ooik - производительность /-го рабочего органа по к-му компоненту, кг/с; qk -подача к-го компонента по управляемому потоку на /-й рабочий орган, кг/с

По данным ВИМа, отклонение теоретической пропускной способности от экспериментальной составляет около 5 % [113]. Соответственно необходимо выделить зону бездефектного состояния (бездефектности) /-го рабочего органа из условия отклонения ± 5 % значения производительности /-го рабочего органа по k-му компоненту ооk (рисунок 2.13).

Определить состояние параметров технологического процессов на і-м рабочем органе возможно по расположению точки, показывающей значение подачи к-го компонента по управляемому потоку относительно зоны бездефектность.

Если /-й рабочий орган является бездефектным, то значение подачи к-го компонента по управляемому потоку находится в зоне бездефектности (точка 1; рисунок 2.13) и выполняется условие: qkэ 1 = (1,05… 0,95) юkт, (2.9) где qkэ1 - подача к-го компонента по управляемому потоку на /-й рабочий орган в первом варианте, кг/с; соkт - теоретическое значение производительности /-го рабочего органа по к-му компоненту, кг/с.

Если /-й рабочий орган является дефектным, то соответствующее значение подачи к-го компонента по управляемому потоку находится левее (точка 3; рисунок 2.13) или правее (точка 2; рисунок 2.13) зоны бездефектности и выполняются условия:

- подача к-го компонента по управляемому потоку qkэ2, кг/с, (точка 2) во втором варианте qkэ2 1,05cQkт, (2.10)

- подача к-го компонента по управляемому потоку qik э3, кг/с, (точка 3) в третьем варианте

Поиск рабочего органа с неоптимальными параметрами технологического процесса

Суммарные потери зерна озимой пшеницы и ячменя за зерноуборочными комбайнами без циркуляционного потока определялись с помощью экспресс-метода в варианте укладки соломы и половы в валок (таблицы Ж.21…Ж.30). Дробление зерна и содержание сорной примеси в бункере комбайнов рассчитывались по требованиям ГОСТ 28301 [86] (таблицы Ж.21…Ж.30).

По данным таблиц Ж.21…Ж.30 рассчитаны статистические показатели определения потерь зерна за жаткой комбайнов (таблицы И.31…И.40). На прямом комбайнировании озимой пшеницы расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами без циркуляционного потока: t = 0,83 РСМ-101 «Вектор - 410», t = 1,07 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б», t = 1,23 - РСМ-142 «ACROS-530», t = 0,61 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus», t = 0,45 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект». На прямом комбайнировании ячменя расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами без циркуляционного потока: t = 0,66 - РСМ-101 «Вектор - 410», t = 0,58 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б», t = 1,37 - РСМ-142 «ACROS-530», t = 1,28 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus», t = 1,29 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект». Гипотеза о равенстве математических ожиданий нормативных потерь зерна за жаткой (0,5 %) с результатами экспериментов должна быть принята. Поскольку на прямом комбайнировании озимой пшеницы и ячменя расчётные значения статистики t-критерия не попадают в критическую область (значение квантиля t,m = 2,20). Поэтому потери зерна за жаткой достигли предельных значений и ограничивают подачу хлебной массы в молотилку зерноуборочных комбайнов. Для поиска рабочих органов жатки с оптимальными параметрами технологического процесса используем параметры управляемых и неуправляемых технологических потоков зерна и колоса зерноуборочных комбайнов без циркуляционного потока: РСМ-101 «Вектор - 410», РСМ-10Б «Дон – 1500Б», РСМ-142 «ACROS-530», РСМ-152 «ACROS-595 Plus», СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (таблицы К.1…К.10).

По данным таблиц Ж.21…Ж.30 рассчитаны статистические показатели определения суммарных потерь зерна за молотилкой комбайнов (таблицы И.31…И.40). На прямом комбайнировании озимой пшеницы расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами без циркуляционного потока: t = 0,93 - РСМ-101 «Вектор - 410», t = 0,13 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б», t = 0,50 - РСМ-142 «ACROS-530», t = 0,85 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus», t = 1,25 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект». На прямом комбайнировании ячменя расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами без циркуляционного потока: t = 0,45 - РСМ-101 «Вектор - 410», t = 0,08- РСМ-10Б «Дон – 1500Б», t = 0,88 - РСМ-142 «ACROS-530», t = 0,90 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus», t = 0,18 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект». Гипотеза о равенстве математических ожиданий нормативных потерь зерна за молотилкой (1,5 %) с результатами экспериментов должна быть принята. Поскольку на прямом комбайнировании озимой пшеницы и ячменя расчётные значения статистики t-критерия не попадают в критическую область (значение квантиля t,m = 2,20). Поэтому потери зерна за молотилкой достигли предельных значений и ограничивают подачу хлебной массы в молотилку зерноуборочных комбайнов. Для поиска рабочих органов молотилки (кроме рабочих органов циркуляционного потока) с оптимальными параметрами технологического процесса используем параметры управляемых и неуправляемых потоков технологических потоков зерна и колоса зерноуборочных комбайнов без циркуляционного потока: РСМ-101 «Вектор - 410», РСМ-10Б «Дон – 1500Б», РСМ-142 «ACROS-530», РСМ-152 «ACROS-595 Plus», СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (таблицы К.1…К.10).

По данным таблиц Ж.21…Ж.30 рассчитаны статистические показатели содержания сорной примеси в бункере зерноуборочных комбайнов (таблицы И.31…И.40). На прямом комбайнировании озимой пшеницы расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами без циркуляционного потока: t = 3,50 - РСМ-101 «Вектор - 410», t = 6,47 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б», t = 13,65 - РСМ-142 «ACROS-530», t = 11,59 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus», t = 4,06 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект». На прямом комбайнировании ячменя расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами без циркуляционного потока: t = 7,02 - РСМ-101 «Вектор - 410», t = 11,31 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б», t = 11,06 - РСМ-142 «ACROS-530», t = 9,01 -РСМ-152 «ACROS-595 Plus», t = 3,09 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект». Гипотеза о равенстве математических ожиданий допустимого значения содержания сорной примеси в бункере (2,0 %) с результатами экспериментов должна быть отвергнута. Поскольку на прямом комбайнировании озимой пшеницы и ячменя расчётные значения статистики t-критерия попадают в критическую область (значение квантиля t,m = 2,20). Поэтому содержание сорной примеси в бункере меньше допустимого значения. Для поиска рабочих органов с оптимальными параметрами технологического процесса не будем использовать параметры управляемых и неуправляемых потоков технологических потоков сбоины и соломы зерноуборочных комбайнов без циркуляционного потока: РСМ-101 «Вектор - 410», РСМ-10Б «Дон – 1500Б», РСМ-142 «ACROS-530», РСМ-152 «ACROS-595 Plus», СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект».

По данным таблиц Ж.21…Ж.30 рассчитаны статистических показатели дробления зерна в бункере зерноуборочных комбайнов (таблицы И.31…И.40). На прямом комбайнировании озимой пшеницы расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами без циркуляционного потока: t = 6,71 - РСМ-101 «Вектор - 410», t = 12,09 - РСМ-10Б «Дон - 1500Б», t = 16,09 -РСМ-142 «ACROS-530», t = 17,08 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus», t = 7,77 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект». На прямом комбайнировании ячменя расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами без циркуляционного потока: t = 22,65 - РСМ-101 «Вектор - 410», t = 12,16 - РСМ-10Б «Дон - 1500Б», t = 16,67 - РСМ-142 «ACROS-530», t = 15,32 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus», t = 5,65 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект». Гипотеза о равенстве математических ожиданий допустимого значения дробления (2,0 %) с результатами экспериментов должна быть отвергнута. Поскольку на прямом комбайнировании озимой пшеницы и ячменя расчётные значения статистики t-критерия попадает в критическую область (значение квантиля t,m = 2,20). Поэтому дробление зерна меньше допустимого значения и не ограничивает подачу хлебной массы в молотилку зерноуборочных комбайнов.

Определим состояние параметров технологических процесса на рабочих органах жатки и молотилки, используя основной формализованный признак.

Выявим связь теоретической пропускной способности комбайна с производительностью рабочих органов жатки по объединённым компонентам (зерно + колос) на основе уравнения сохранения потока (2.1).

При заданных параметрах теоретической пропускной способности комбайна qт и допустимом уровне потерь зерна за жаткой (0,5 %) теоретическая производительность рабочих органов жатки Юж(І) по объединённым компонентам (зерно + колос) определяется по выражению, кг/с

Анализ структурно-топологической модели

На прямом комбайнировании озимой пшеницы и ячменя суммарные потери зерна определялись с помощью экспресс-метода за зерноуборочными комбайнами с адаптированными конструкциями рабочих органов (рисунки 4.35…4.38): РСМ-101 «Вектор - 410» (рисунок 4.39), РСМ-10Б «Дон – 1500Б» (рисунки 4.40 и 4.41), РСМ-142 «ACROS-530» (рисунок 4.42), РСМ-152 «ACROS-595 Plus» (рисунок 4.43), СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (рисунок 4.44). Режимы и показатели качества выполнения технологического процесса комбайна были определены в варианте укладки соломы и половы в валок (таблицы Ж.31…Ж.40), а также в варианте разбрасывания с измельчением соломы (таблицы Ж.41…Ж.52). Дробление зерна и содержание сорной примеси в бункере комбайна рассчитывались по требованиям ГОСТ 28301 [86] (таблицы Ж.31…Ж.52).

По данным таблиц Ж.31…Ж.40 рассчитаны статистические показатели определения суммарных потерь зерна за жаткой зерноуборочного комбайна с адаптированной конструкцией рабочего органа в варианте укладки соломы и половы в валок (таблицы И.41…И.50). На прямом комбайнировании озимой пшеницы расчётное значение статистики t-критерия равно за зерноуборочными комбайнами с адаптированной конструкцией рабочего органа: t = 0,39 - РСМ-101 «Вектор - 410» (распределительный шнек), t = 0,45 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б» (распределительный шнек), t = 0,84 - РСМ-142 «ACROS-530» (распределительный шнек), t = 0,82 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus» (распределительный шнек), t = 1,69 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (малый колосовой шнек). На прямом комбайнировании ячменя расчётное значение статистики t-критерия равно за зерноуборочными комбайнами с адаптированной конструкцией рабочего органа: t = 1,15 - РСМ-101 «Вектор - 410» (распределительный шнек), t = 0,30 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б» (распределительный шнек), t = 0,61 - РСМ-142 «ACROS-530» (распределительный шнек), t = 0,36 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus» (распределительный шнек), t = 0,45 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (малый колосовой шнек). Гипотеза о равенстве математических ожиданий нормативных потерь зерна за жаткой (0,5 %) с результатами экспериментов должна быть принята. Поскольку на прямом комбайнировании озимой пшеницы и ячменя расчётное значение статистики t-критерия не попадает в критическую область (значение квантиля t,m = 2,20). Поэтому потери зерна за жаткой достигли предельных значений и ограничивают подачу хлебной массы в молотилку зерноуборочного комбайна. Параметры управляемых и неуправляемых потоков используем для расчета приведенной подачи в молотилку зерноуборочных комбайнов с адаптированными конструкциями рабочих органов: РСМ-101 «Вектор - 410», РСМ-10Б «Дон – 1500Б», РСМ-142 «ACROS-530», РСМ-152 «ACROS-595 Plus», СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (таблицы К.11…К.14 и К.16…К.21).

По данным таблиц Ж.31…Ж.40 рассчитаны статистические показатели определения суммарных потерь зерна за молотилкой зерноуборочных комбайнов с адаптированной конструкцией рабочего органа в варианте укладки соломы и половы в валок (таблицы И.41…И.50). На прямом комбайнировании озимой пшеницы расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами с адаптированной конструкцией рабочего органа: t = 0,64 - РСМ-101 «Вектор - 410» (распределительный шнек), t = 1,62- РСМ-10Б «Дон – 1500Б» (распределительный шнек), t = 0,93 - РСМ-142 «ACROS-530» (распределительный шнек), t = 0,60 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus» (распределительный шнек), t = 0,93 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (малый колосовой шнек). На прямом комбайнировании ячменя расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами с адаптированной конструкцией рабочего органа: t = 0,51 - РСМ-101 «Вектор - 410» (распределительный шнек), t = 1,16 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б» (распределительный шнек), t = 0,13 - РСМ-142 «ACROS-530» (распределительный шнек), t = 0,47 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus» (распределительный шнек), t = 1,40 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (малый колосовой шнек). Гипотеза о равенстве математических ожиданий нормативных потерь зерна за молотилкой (1,5 %) с результатами экспериментов должна быть принята. Поскольку на прямом комбайнировании озимой пшеницы и ячменя расчётные значения статистики t-критерия не попадают в критическую область (значение квантиля t,m = 2,20). Поэтому потери зерна за молотилкой достигли предельных значений и ограничивают подачу хлебной массы в молотилку зерноуборочных комбайнов. Параметры управляемых и неуправляемых потоков используем для поиска рабочих органов циркуляционного потока с неоптимальными параметрами технологического процесса, а также расчета приведенной подачи в молотилку зерноуборочных комбайнов с адаптированными конструкциями рабочих органов: РСМ-101 «Вектор - 410», РСМ-10Б «Дон – 1500Б», РСМ-142 «ACROS-530», РСМ-152 «ACROS-595 Plus», СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (таблицы К.11…К.14 и К.16…К.21).

По данным таблиц Ж.31… Ж.40 рассчитаны статистические показатели содержания сорной примеси в бункере зерноуборочных комбайнов с адаптированной конструкцией рабочего органа в варианте укладки соломы и половы в валок (таблицы И.41…И.50). На прямом комбайнировании озимой пшеницы расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами с адаптированной конструкцией рабочего органа: t = 3,64 - РСМ-101 «Вектор - 410» (распределительный шнек), t = 5,78 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б» (распределительный шнек), t = 15,37 - РСМ-142 «ACROS-530» (распределительный шнек), t = 9,04 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus» (распределительный шнек), t = 4,74 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (малый колосовой шнек). На прямом комбайнировании ячменя расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами с адаптированной конструкцией рабочего органа: t = 7,42 - РСМ-101 «Вектор - 410» (распределительный шнек), t = 4,21 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б» (распределительный шнек), t = 9,29 - РСМ-142 «ACROS-530» (распределительный шнек), t = 7,71 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus» (распределительный шнек), t = 3,43 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (малый колосовой шнек). Гипотеза о равенстве математических ожиданий допустимого значения содержания сорной примеси в бункере (2,0 %) с результатами экспериментов должна быть отвергнута. Поскольку на прямом комбайнировании озимой пшеницы и ячменя расчётные значения статистики t-критерия попадают в критическую область (значение квантиля t,m = 2,20). Поэтому содержание сорной примеси в бункере меньше допустимого значения и не ограничивает подачу хлебной массы в молотилку зерноуборочных комбайнов.

По данным таблиц Ж.31…Ж.40 рассчитаны статистические показатели дробления зерна в бункере зерноуборочных комбайнов с адаптированной конструкцией рабочего органа в варианте укладки соломы и половы в валок (таблицы И.41…И.50). На прямом комбайнировании озимой пшеницы расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами с адаптированной конструкцией рабочего органа: t = 6,05 - РСМ-101 «Вектор - 410» (распределительный шнек), t = 12,42 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б» (распределительный шнек), t = 11,27 - РСМ-142 «ACROS-530» (распределительный шнек), t = 15,14 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus» (распределительный шнек), t = 3,77 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (малый колосовой шнек). На прямом комбайнировании ячменя расчётные значения статистики t-критерия равны за зерноуборочными комбайнами с адаптированной конструкцией рабочего органа: t = 13,78 - РСМ-101 «Вектор - 410» (распределительный шнек), t = 8,25 - РСМ-10Б «Дон – 1500Б» (распределительный шнек), t = 14,57 - РСМ-142 «ACROS-530» (распределительный шнек), t = 12,80 - РСМ-152 «ACROS-595 Plus» (распределительный шнек), t = 4,10 - СК-5МЭ-1 «Нива-Эффект» (малый колосовой шнек). Гипотеза о равенстве математических ожиданий допустимого значения дробления (2,0 %) с результатами экспериментов должна быть отвергнута. Поскольку на прямом комбайнировании озимой пшеницы и ячменя расчётные значения статистики t-критерия попадают в критическую область (значение квантиля t,m = 2,20). Поэтому дробление зерна меньше допустимого значения и не ограничивает подачу хлебной массы в молотилку зерноуборочного комбайна.