Параметры и режимы процесса очеса зерновых культур навесной на комбайн жаткой

На правах рукописи

Бурьянов Михаил Алексеевич

ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ ПРОЦЕССА ОЧЕСА

ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР НАВЕСНОЙ НА КОМБАЙН ЖАТКОЙ

Специальность 05.20.01-Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Зерноград – 2011 2

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор технических наук старший научный сотрудник Пахомов Виктор Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Черноволов Василий Александрович доктор технических наук, профессор Борисова Людмила Викторовна

Ведущая организация: Федеральное государственное учреждение «Северо - Кавказская Государственная зональная машиноиспытательная станция»

Защита состоится «04» июля 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.001.01. при ФГОУ ВПО «Азово- Черноморская государственная агроинженерная академия» по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина 21, аудитория 310, корп.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан «02» июня 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук профессор Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Традиционная комбайновая технология уборки зер новых культур, при которой обмолоту подвергается вся выращенная масса расте ний, является энерго - и ресурсозатратной. Как показывают результаты исследо ваний и передового опыта повысить энерго - и ресурсоэффективность комбайнов на уборке зерновых культур можно путем применения комбайнового очеса. При уборке по этой технологии навешиваемая на комбайн очесывающая жатка осу ществляет обмолот соцветий растений на корню, подавая в молотилку комбайна зернополовистый ворох, вместо всей выращенной массы, соотношение зерна к соломе в которой составляет от 0,9 до 2,0. Производительность комбайна при уборке очесом увеличивается в 1,5-2,0 раза, а расход топлива снижается на 30 40 %. Однако, не смотря на достаточно большое количество разрабатываемых конструкций очесывающих устройств, до настоящего времени не удалось создать жатку обеспечивающую выполнение процесса при допустимом в соответствии с агротребованиями уровне потерь зерна на уборке зерновых культур с различными характеристиками хлебостоя. Фирма Shelbourne Reynolds Engineering Ltd. выпус кает жатки двух типов: для уборки риса RX, и зерновых CX, каждый из кото рых включает 8 модификаций, отличающихся диаметром барабана, что позволя ет хозяйствам, возделывающим монокультуру, выбирать наиболее приемлемый вариант. Применение таких жаток в СХП России неприемлемо, вследствие ис пользования многопольных севооборотов. Другие, в том числе и Российские предприятия с.-х. машиностроения делают лишь попытки разработки и организа ции производства очесывающих жаток.

Цель исследований: получение новых знаний о зависимостях изменения параметров и режимов работы навесной на комбайн очесывающей жатки от раз личных характеристик хлебостоя на уборке зерновых культур на примере озимой пшеницы путем компьютерного моделирования и их проверки в условиях произ водства.

Объект исследования: процесс очеса зерновых культур навесной на ком байн очесывающей жаткой протягиванием колосьев через щель или отверстие на граблинах, закрепленных на вращающихся барабанах.

Предмет исследований: закономерности процесса обмолота зерновых культур протягиванием колосьев через щель или отверстие на граблинах, закреп ленных на вращающихся барабанах.

Научная новизна:

синтезирована математическая модель процесса взаимодействия зубьев граблин и колосьев, учитывающая влияние упругих и фрикционных свойств зер новки;

аналитически исследовано влияние параметров, режимов работы очесы вающего устройства характеристик хлебостоя на процесс отделения зерна от ко лоса;

определены параметры траектории движения зерна с момента отделения от колоса до момента его контакта с внутренней поверхностью переднего кожуха или крыши жатки;

параметры и режимы процесса очеса обоснованы методом математическо го моделирования.

Практическая значимость:

предложенная математическая модель процесса очеса зерновых культур может использоваться при разработке конструкции и обосновании режимов ра боты, однобарабанных жаток;

получены знания, на основе которых может осуществляться проектирова ние и настройка рабочих органов жатки применительно к условиям работы и ха рактеристикам хлебостоя;

разработана жатка трансформируемая, очесывающая, навесная на ком байн, снабженная механизмами:

– пружинно-рычажным механизмом копирования по высоте очеса;

– изменения «угла атаки» переднего барабана или сменного кожуха;

– скорости вращения очесывающего барабана;

– регулировки угла наклона очесывающих зубьев;

– контроля высоты расположения очесывающего барабана относительно поверхности поля и «угла атаки» переднего барабана или сменного кожуха.

Новизна технических решений защищена тремя патентами Российской Фе дерации на изобретения.

Работа выполнена в отделе механизации уборочных работ СКНИИМЭСХ (г. Зерноград, Ростовской обл.) в соответствии с тематическим планом института на 2006-2010 гг.

На защиту выносятся следующие основные положения:

– уточненная математическая модель процесса очеса зерновых культур од нобарабанной очесывающей жаткой;

– конструктивно-технологическая схема очесывающей жатки;

– закономерность движения зерновки после очеса в зависимости от пара метров и режимов очесывающего устройства и характеристик хлебостоя;

– параметры и режимы функциональной схемы жатки, реализованные в опытных образцах машины;

– технико-экономическая эффективность уборки зерновых культур навес ной на комбайн очесывающей жаткой.

Реализация результатов исследований. Результаты теоретических и экс периментальных исследований использованы СКНИИМЭСХ при разработке конструкторской документации, переданной по хоздоговору ОАО «Пензмаш», которое выпустило и реализовало опытную партию жаток и изготавливает образ цы для проведения сертификационных испытаний в 2011году.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доло жены и одобрены на научных конференциях ВНИПТИМЭСХ и СКНИИМЭСХ ( г.

Зерноград 2007-2011г.г.), АЧГАА, (г. Зерноград 2010-2011г.г.) ВИМ ( г. Москва 2010 г.), НИТПИМЭСХ С-З, (г. Пушкин 2010 г.), на международной научно практической конференции 4-5 марта 2010г г. Ростов-на-Дону в рамках13 между народной агропромышленной выставки «ИНТЕРАГРОМАШ-2010».

Публикация результатов исследований. Основные результаты выполнен ных исследований отражены в 12 печатных работах, в их числе 3 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ и 3 па тентах РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация содержит: введение, 5 глав, об щие выводы, библиографический список из 116 наименований, в том числе 10 на иностранных языках, и приложения. Работа изложена на 155 страницах машино писного текста, содержит 55 рисунков, 16 таблиц и приложения на 34 стр.

СОДЕРЖАНИЕ Во введении обоснована актуальность темы исследования, формулирована ее научная новизна, приведены методы исследования и положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ состояния исследований процессов и средств, очеса растений на корню» проанализированы этапы развития и результаты науч ных исследований способов и средств уборки зерновых культур очесом, дана оценка математических моделей, применяемых для исследования.

Вопросам очеса зерновых культур на корню посвящены исследования П. А. Ша банова, Л. В. Погорелова, В. А. Шаршунова, А.К. Скворцова, А. М. Леженкина, Н.И. Косилова, Н.И. Кленина, М. Н. Данченко, И.К. Голубева, Б. И. Гончарова, М. М. Мороза, Д.В. Скрипки, Л.В. Родионова, В.П. Чеботарева и других.

Анализ выполненных исследований показал, что внедрение в повседнев ную практику уборки зерновых культур очесом сдерживается отсутствием мате матических моделей, не обеспечивающих адекватное отображение процессов функционирования очесывающих жаток. В существующих методиках обоснова ния параметров и режимов работы жаток не учитываются кинематические и ди намические последствия ударного взаимодействия зерна с очесывающим зубом.

Это приводит к неверным результатам при определении абсолютной скорости зерна в момент его схода с зуба, неправильному определению траектории движе ния зерна, а применение таких методик при проектировании очесывающих уст ройств - к большим потерям зерна в процессе их эксплуатации.

Рабочая гипотеза: качество технологического процесса очесывающей жатки будет обеспечено если:

– зерновка после ее схода с зуба контактирует с внутренней поверхностью транспортирующего канала выше нижней кромки переднего кожуха;

– угол между вектором скорости зерновки и перпендикуляром, проведен ным к внутренней поверхности кожуха в точке контакта, больше угла трения;

– траектория зерновки в момент пересечения ею вертикальной плоскости, проходящей через верхнюю кромку ложа интегрирующего шнека, проходит выше этой кромки.

В задачи исследований входило:

– исследовать физико-механические и морфологические характеристики озимой пшеницы, как основной культуры убираемой очесом;

– разработать математическую модель процесса очеса зерновых культур на весной на комбайн очесывающей жаткой;

– исследовать изменения зависимостей параметров и режимов работы жат ки от различных характеристик хлебостоя озимой пшеницы путем проведения компьютерного моделирования процесса очеса;

– проверить эффективность алгоритма и моделей, обосновать параметры процесса очеса и его адаптацию к условиям функционирования путем разработки и испытаний, опытных образцов жатки;

– определить экономическую эффективность применения навесной на ком байн очесывающей жатки на уборке зерновых культур.

Во второй главе «Разработка математической модели, обоснование пара метров и режимов работы очесывающего устройства с учетом условий функцио нирования». Процесс работы очесывающей жатки рассматривали как ряд после довательных, взаимозависимых этапов, в которых выходные параметры преды дущего этапа являются входными данными для последующего. Этап взаимодей ствия стебля растения с очесывающими зубьями, приняли по исследованиям, П.

А. Шабанова. На втором этапе при взаимодействии зубьев с колосом происходит ударное воздействие на зерновку. Стержень, связывающий зерновку с колосом, растягивается до тех пор, пока связь не разрушится, а зерновка до момента раз рушения связи будет испытывать сжатие. Величина сжимающего зерновку уси лия, равна величине усилия, разрушающего е связь с колосом. Необходимую скорость можно определить на основе теории Герца, определяя усилие отрыва, либо на лабораторной установке, подбирая скорость вращения барабана, обеспе чивающую полноту очеса колоса.

Отрыв зерновки от колоса при форме зубьев, боковые кромки которых рас положены параллельно друг другу, происходит по всей длине зуба. При втором варианте формы зуба, отрыв зерновки происходит в отверстии.

Зона возможного контакта зерновки с зубом (рис.1) составляет примерно четверть поверхности очесывающего барабана, а отклонение линии действия от рывающей зерновку от колоса силы от проведенного к плоскости зуба перпен дикуляра, может достигать значений, близких углу трения. Для определения скорости движения зерновки после удара предложен метод, базирующийся на ос нове гипотезы сухого трения:

а) б) Рисунок 1 – Схема взаимодействия колоса с зубом а) расположенным радиально;

б) наклоненным вперед по ходу вращения на угол p, (1) где - тангенциальная и нормальная составляющие зерновки до и после удара;

f - коэффициент сухого трения зерновки по зубу.

Скорость движения зерновки с колосом относительно поверхности очесы вающего зуба в случае его радиального расположения:

, (2), (3) где – частота вращения барабана, рад/с;

r – радиус-вектор очеса, м;

Vк – ско рость движения агрегата, м/с;

b – угол поворота радиус-вектора от нижнего поло жения, рад.

Коэффициент восстановления скорости:

, (4) где h1;

h2 - высоты падения и «подскока» зерновки полученные эксперименталь но, м.

Тогда нормальная и тангенциальная составляющие зерновки после удара:

. (5) (6) Если зубья очесывающего барабана наклонены под углом то нормальная и тангенциальная составляющие зерновки:

до удара – (7) (8) после удара –. (9) (10) Нормальная составляющая Vn2 зер новки после удара частично гасится за счет сил трения о стержень колоса и располо женный выше колосок с зернами, а так же создает условия для подскока зерновки на зубе. Движение зерновки по зубу после е отделения от колоса может быть рассмот рено путем составления дифференциально го уравнения, схема решения которого предложена П.М Василенко. Схема дейст вия сил, действующих на зерновку в про цессе е движения по зубу, представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема сил, действующих на зерновку Если зерновка начинала движение по зубу в момент, когда очсывающий зуб повернут вперед от нижнего вертикального положения на угол b (см. рис. 1) и по сле отрыва от колоса она получила начальную скорость по зубу, то ее ускоре ние может быть представлено уравнением:

, (11) где i – угол трения зерновки по зубу, рад.

Решение уравнения (11) и нахождение значений переносной Ve и абсолют ной Va скоростей выполняли численным методом в пакете программ МВТУ (огра ниченная) в режиме «Моделирование».

Если точка схода с зуба рас положена ниже нижней кромки пе реднего кожуха (очес полеглого и неравномерного по высоте хлебо стоя), то зерновка начинает движе ние в расширяющемся воздушном потоке. Процесс движения зерновки после ее схода с зуба рассмотрели на модели, предложенной П. А.

Савиных и В. Л. Касьяновым для описания движения частицы в ка мере дробилки. Схема взаимодейст вия зерновки с воздушным потоком представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема движения зерновки в канале с учетом расширяющегося воздушного потока Ускорение зерновки в расширяющемся воздушном потоке:

, (12) – коэффициент парусности, м-1;

где – скорость воздушного, потока, м/с;

– ускорение свободного падения, м/с.

Скорость расширяющегося воздушного потока:

, (13) где – скорость воздушного потока в тангенциальном и радиальном направлении, м/с.

Проекции воздушного потока на оси X и Y:

. (14) Радиальная составляющая скорости воздушного потока:

, (15) где Q – расход воздуха, м3/с;

B – ширина воздушного канала, м;

k1– приведенный расход воздуха, м2/с.

После преобразований получена система уравнений:

.(16) Если точка схода зерновки рас положена на уровне или выше нижней кромки переднего кожуха, то она движется во вращающемся без расширения воздушном потоке, так как ширина канала на этом участке постоянная. Схема движе ния зерновки с момента схода ее с Рисунок 4 – Схема движения зерновки с зуба в канале, образованном кожу момента схода ее с зуба в канале, образо- хами жатки и концами гребенок ванном кожухами жатки и концами граб- барабана (рис.4).

лин очесывающего барабана При отсутствии радиальной составляющей движение зерновки в постоянном по ширине канале представлено системой уравнений следующего вида:

. (17) При точке схода зерновки в зоне закрытого расширяющегося канала до верхней кромки ложа шнека со стороны очесывающего барабана (обычно при х0), как показали замеры, скорость воздушного потока изменяется по линейной зависимости, а движение зерновки для этого случая выражается системой урав нений:

, (18) где 2,3 – эмпирический коэффициент, м-1.

Решение систем уравнений (16-18) осуществляли, используя пакет про грамм «MathCad».

Во втором подразделе представлены результаты теоретических исследова ний параметров и режимов работы очесывающего устройства от условий его функционирования на уборке зерновых культур, полученные путем моделирова ния процесса очеса на синтезированной математической модели.

Из выражений (9) и (10), являющихся ядром математической модели взаи модействия колоса с зубом видно, что величина нормальной и тангенциальной составляющих скорости отскока зерновки от зуба зависит от радиуса очесываю щего барабана r0, его угловой скорости, углов: начала очеса b, наклона зуба P0, коэффициентов трения f и восстановления К зерновки и скорости движения ком байна. Если усилие отрыва зерновки направлено перпендикулярно поверхности зуба, то происходит прямой удар, в результате которого линия действия восста навливающей форму зерновки силы будет направлена по перпендикуляру к по верхности зуба и вызовет ее движение со скоростью Vn2.. Тангенциальная состав ляющая скорости движения зерновки при этом будет отсутствовать. Из выра жения (9) видно, что максимальное значение Vn2.. достигнет при очесе полеглого хлебостоя барабаном с радиальными зубьями. Вектор скорости будет на правлен вперед по ходу комбайна в плоскости, параллельной поверхности поля или близкой к ней.

Для подачи зерновки в воздушный канал, необходимо создать поток всасы вающей воздушной струи, способный изменить направление и величину скоро сти ее движения, превышающую Качественный анализ формулы (9) показы вает на целесообразность наклона очесывающих зубьев вперед по ходу вращения барабана.

Из уравнения (10) видно, что с увеличением угла наклона зуба P0, влияние окружной скорости на тангенциальную составляющую увеличивается, но если наклон зуба увеличили при уборке полеглого хлебостоя, то влияние скорости движения комбайна может снизиться, так как при этом уменьшается значение уг ла начала очеса (рис.5).

а) б) Рисунок 5 – Графики зависимости Vn2 - а и - б, составляющих начальной скорости зерновки от угла начала очеса b, и угла наклона зубьев P0 очесываю щего барабана Как видно из представленных зависимостей, увеличение угла наклона зуба при очесе полеглого хлебостоя позволяет снизить абсолютное значение Vn2 до 2,7 м/с. С учетом воздействия на зерновку массы колоса, нормальная состав ляющая будет погашена, а, являющаяся начальной скоростью ее движения по зубу вырастет с 5,7 до 14,6 м/с.

а) б) Рисунок 6 – Графики зависимости Vn2 - а и - б от угла начала очеса b и коэф фициента восстановления зерновки К При очесе полеглых растений увеличение коэффициента восстановления от 0,15 до 0,35 вызывает рост нормальной составляющей в 2,5 раза, а тангенциаль ная составляющая при этом увеличивается всего на 8% (рис.6).

Путем компьютерного моделирования были установлены и оценены зави симости Vn2 и от всех параметров, режимов жатки и характеристик хлебо стоя. Начальная скорость влияет на величину относительной Vr и абсолют ной Va скоростей движения зерновки (рис.7 и 8).

При начальной скорости = -9 м/с зерновка будет двигаться к центру ба рабана и пройдет расстояние 0,04 м. Под действием центробежной силы, остано вится и начнет двигаться к концу зуба. В конечном счете, это приводит к сниже нию абсолютной скорости движения зерновки (рис.7).

Рисунок 8 – График зависи Рисунок 7 – График зависимо мости от времени движе сти длины пути от при раз ния зерновки по зубу при личных значениях различных а) б) Рисунок 9 – Графики зависимости: угла схода зерновки с зуба - а;

угла наклона вектора абсолютной скорости к оси Х от угла наклона зуба и угла начала очеса - б Исследованы зависимости - угла схода зерновки с зуба (рис.9а) и угла на клона вектора к оси Х (рис.9б). С увеличением угла наклона зуба зерновка пе ремещается дальше от начала очеса, сокращая тем самым путь, проходимый от точки схода до ложа шнека, а угол наклона вектора относительно оси Х уменьшается. Если угол между нормалью к поверхности канала и вектором ско рости зерновки в точке касания больше угла трения, то она будет скользить по его поверхности, в противном случае произойдет отскок. Если отскок происходит при очесе полеглого хлебного массива, то возможен выброс зерна вперед по ходу жатки. При уборке прямостоящего хлебостоя отскок зерна от внутренней по верхности кожуха создает условия для затягивания зерновки под переднюю стен ку ложа шнека. Траектории движения зерновки при очесе полеглых хлебов при различных углах наклона очесывающих зубьев (рис.10), получены в результате решения системы дифференциальных уравнений (16) в «MathCad».

В результате решения систем уравнений (16-18) получены следующие па раметры движения зерновки: траектория, ее проекции на оси Х и У, а также про екции скорости и ускорения. Фрагмент результатов решения представлен на (рис. 11). Применение в известных конструкциях очесывающих жаток крепле ний очесывающих зубьев на барабане, исключающих изменение их угла наклона создает условия для увеличения потерь зерна при уборке полеглого и неравно мерного по высоте хлебостоя. При изменении угла начала очеса изменяется вели чина и направление абсолютной скорости зерновки, неучет параметров которой создает предпосылки к возникновению потерь как выбрасыванием вперед по ходу жатки, так и затягиванием в зазор между зубьями барабана и передней стенкой ложа шнека. Устранение этих потерь можно достичь, снабдив жатку механизмом, обеспечивающим копирование при любой высоте хлебостоя.

Рисунок 10 – Траектории движения зерновки Рисунок 11– Проекции скорости в вращающемся воздушном потоке при раз- на оси Х и У при b=0,79 рад личных углах наклона зубьев (А-линия внут- и P0= 0,79 рад ренней поверхности кожуха) В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследова ний» изложена программа, предусматривающая проведение следующих работ:

– проведение экспериментальных исследований по изучению характеристик хлебостоя поля озимой пшеницы;

– оценка величины амплитуды колебаний жатки, жестко закрепленной на наклонной камере комбайна при движении по полю со скоростью 2,8-3,5 м/с;

– разработка и создание экспериментальных образцов одно и двухбарабан ных очесывающих жаток и их испытания в опытно-производственных условиях на уборке зерновых культур очесом.

Так как положение очесывающего барабана ориентируют относительно ко лосьев очесываемых растений, то необходимы знания о варьировании их длины и степени изменения этого показателя по длине и ширине убираемого массива.

С этой целью на поле озимой пшеницы в стадии созревания брали пробы по диа гоналям и по длине в средней части поля.

Пробы растений брали в виде снопов. Кроме того на площадке размером м выделенной рамкой у 20 растений, выбранных случайно измеряли рас стояние от поверхности почвы до вершины растения в естественном состоянии и высоту растения в выпрямленном состоянии и длину колоса. У всех растений на площадке, колосья которых расположены менее чем на 0,25 м, производили за мер расстояния от колоса до поверхности почвы. Полученные результаты замеров обрабатывали в пакете программ Excel.

Для оценки влияния колебаний жатки, на процесс очеса зерновых культур использовали комбайн Дон -1500 на котором жатку сплошного среза жестко за фиксировали на наклонной камере. На боковинах жатки было установлено специ альное оборудование в виде лыжи, связанной с рычагом, закрепленным на боко вине жатки. К рычагу и стойке на боковине присоединен реохордный датчик. При движении комбайна колебания лыжи вызывали изменение положения реохордно го датчика, сигналы с которого поступали на усилитель и компьютер, одновре менно записывали сигналы датчика оборотов. Длина зачетного участка 300м. По лученные данные обрабатывали, выделяя по группам максимальные отклонения от среднего положения жатки, которое не изменяли в течение опыта. Затем опре деляли частоту появления этих значений при проходе зачетного участка. Продол жительность нахождения края жатки при максимальном отклонении определяли по числу непрерывно считываемых одинаковых значений величин отклонений и величине скорости опроса каналов, а также проверяли по показаниям счетчика пройденного пути. Зная скорость движения комбайна и продолжительность нахо ждения края жатки при максимальном отклонении, определили длину участка, на котором это событие произошло. Замеры проводили при скоростях движения комбайна 3,4;

2,5 и 1,67 м/с.

При проведении экспериментальных исследований уборки зерновых куль тур комбайновым очесом определяли продолжительность выполнения операций, количество намолоченного зерна, израсходованного топлива, величину потерь двумя комбайнами «New Holland», один из которых был оборудован жаткой сплошного среза, а другой однобарабанной очесывающей, одинаковой шириной захвата-6м изготовленной ОАО «Пензмаш». Сплошной хронометраж за работой машин и замеры других показателей, и обработку полученных данных осуществ ляли в соответствии с действующими стандартами.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований и их анализ» включающей четыре подраздела представлены материалы, часть из кото рых была необходима для проведения теоретических исследований процесса оче са на синтезированной математической модели, другая, для подтверждения эф фективности разработок. В первом подразделе приведены результаты сравнения статистических характеристик длин растений и колосьев, полученных при обра ботке 30 проб, взятых на опытном поле СКНИИМЭСХ. Гипотезу о принадлежно сти выборок к генеральной совокупности проверяли по НСР. Как показали ре зультаты, для большинства сравниваемых пар выборок их средние значения имеют существенные различия. Средние значения высоты растений (рис.12) из меняются от 0,62 до 0,86 м, при изменении коэффициента вариации от 10 до 18%. Фактический размах длины растений составлял 0,86 м, при минимальном и максимальном значениях 0,38 и 1,2 м соответственно. Изменчивость значений длины колоса оказалась менее существенной.

Высота растения, х10 -2м 0 80 160 240 320 400 480 560 640 Расстояние по длине поля, м Прямая Е1-Е10 Диагональ В1-В10 Диагональ А1-А Рисунок 12 – График изменения средних значений высоты растения озимой пшеницы по длине поля Таблица 1– Показатели оценки колебаний жатки при прохождении зачетно го участка со скоростью 3,4 м/с Значение показателей оценки Наименование показателей колебаний жатки при отклонении е боковин от среднего значения Амах=0,45м 1 2 3 4 5 6 Количество опросов ni датчика при от 3,00 4,00 5,00 6,00 8,00 10, клонении Амах с числом случаев mj Количество случаев mj положения жатки 11,00 9,00 7,00 3,00 2,00 2, при Амах и количестве опросов ni Путь, проходимый комбайном за 1 слу 1,02 1,36 1,70 2,04 2,72 3, чай при nj опросов,м Путь, проходимый комбайном за mi слу 11,22 12,24 11,90 6,12 5,44 6, чаев при их количестве опросов ni,м При движении комбайна со скоростью 3,4 м/с максимальные отклонения боковин жатки составляли 0,45 м, а общая длина пути пройденного при таком от клонении на всем зачетном участке составила 59 м. При движении комбайна по зачетному участку со скоростью 2,5 м/с максимальное отклонение боковин жатки составило 0,32 м, а общая длина пути, пройденного на всем зачетном участке при таком отклонении 46 м. При скорости комбайна 1,67м/с максимальное отклоне ние боковин жатки равнялось 0,24м, а длина пути при этом отклонении составила 22,05 м, что в 2,68 раза меньше чем при движении со скоростью 3,4 м/с.

Полученные результаты оценки характеристик хлебостоя показали, что при движении по убираемому массиву необходимо осуществлять оперативное управ ление ее параметрами и режимом работы в соответствии с изменяющимися ха рактеристиками хлебостоя. Так при наиболее распространенном радиусе очесы вающего барабана R=0,35м недоочес колосьев краями жатки и другие виды по терь могут иметь место при движении комбайна со скоростями от 2,5 до3,4 м/с, что и подтверждается на практике.

Результаты проведенных исследований показали, что в конструкции жатки должны быть предусмотрены механизмы, обеспечивающие в соответствии с из меняющимися характеристиками хлебостоя оперативное изменение и поддержа ние на требуемом уровне высоты расположения очесывающего барабана и перед него кожуха относительно соцветий очесываемых растений, скорости вращения очесывающего барабана, угла наклона очесывающих зубьев. Несоблюдение этих требований, как показали наши наблюдения за работой опытных образцов жаток, поступающих в хозяйства от фирм, пытающихся завоевать рынок, приводит к по вышенным потерям зерна. Для устранения перечисленных недостатков нами бы ли предложены конструктивно-компоновочные схемы очесывающих устройств (Патенты РФ № 2340154;

№ 2373681;

№ 2363138, а также заявка № «Способ и средства адаптации очесывающего устройства») Технические решения, предложенные в патентах, были применены при раз работке СКНИИМЭСХ конструкторской документации, по которой ОАО «Пен змаш» изготовил и совместно с институтом испытал опытные образцы жаток (рис.13). Исследования и испытания работы жаток в условиях производства прово дились в период уборки зерновых в КФХ «Лесное» Вадинского района, в ОАО «Агротехсервис» Мокшанского района Пензенской области и в ОАО « Бессерге невское» Октябрьского района Ростовской области. В ОАО «Бессергеневское» в 2010 году проведены сравнительные испытания традиционного и метода комбай новым очесом на уборке озимой пшеницы при урожайности 4,0 т/га.

а) б) Рисунок 13 – Зерноуборочные комбайны с навесными очесывающими жат ками: Дон-1500 с двухбарабанной жаткой - а;

комбайн CLAAS c однобара банной жаткой - б На одном поле, в рядом расположенных загонах работали два комбайна «New Holland», один оборудован жаткой сплошного среза, другой очесывающей.

Испытания показали, что производительность комбайна, оборудованного очесы вающей жаткой за час основного времени выросла на 98,3%, расход топлива сни зился на 42,9%, при увеличении потерь зерна за комбайном на 0,5%. Суммарные потери зерна с учетом биологических ниже при уборке очесом за счет сокращения сроков уборки.

В пятой главе «Экономическая эффективность применения навесной на комбайн однобарабанной, очесывающей жатки на уборке зерновых культур»

оценку эффективности выполняли путем наложения на хозяйство зерново животноводческого направления площадью пашни 9300 га. Такой метод должен применяться в тех случаях, когда применение новой машины приводит к измене нию объемов работ, выполняемых другими машинами, входящими в МТП хозяй ства. В данном случае это обработка стерни, оставшейся после очеса. В базовом варианте весь объем работ в полеводстве выполняли в соответствии рекомендуе мыми зональными технологиями. В предлагаемый вариант отличался тем, что очесом убирали все площади, занятые под озимой пшеницей с обработкой остав шейся стерни. Для этих вариантов с помощью специального пакета программ, разработанного специалистами СКНИИМЭСХ, определили оптимальные составы МТП. Сравнение вариантов показало, что применение очесывающих жаток на уборке пшеницы, позволило снизить на механизированные работы в полеводстве:

эксплуатационные затраты на 12,6%, капитальные вложения на19,1%, расход топ лива на 6,7% затраты труда на13,5%, количество комбайнов на 42,5%. Чистый дисконтированный доход по предлагаемому варианту составил 85908,8 тыс. руб.

что в 5,265 раза выше, чем в базовом варианте.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ Результаты выполненных в данной работе исследований позволяют сделать следующие выводы:

1.Очес зерновых культур однобарабанной очесывающей жаткой является сложным технологическим процессом, для описания которого предложена мате матическая модель, включающая решения следующих задач:

отделения зерновки от колоса;

движения зерновки по зубу с учетом ее начальной скорости;

движения зерновки в расширяющемся воздушном потоке;

движения зерновки в постоянном по ширине транспортирующем канале;

движения зерновки в транспортирующем канале переменного сечения при линейной зависимости снижения скорости воздушного потока.

2.Нормальная составляющая скорости зерновки после отрыва от колоса прямо пропорциональна величине коэффициента восстановления, угловой скоро сти и радиуса барабана, обратно пропорциональна величине углов наклона зуба и начала очеса, при минимальных значениях которого достигает максимальных значений и на уборке озимой пшеницы изменяется в диапазоне 1,7-10 м/с.

3.Тангенциальная составляющая скорости зерновки после отрыва от колоса, изменяется в диапазоне от 5,7 до 16 м/с. Наибольших значений V2 достигает при:

- угле начала очеса равном 0,8 рад и окружной скорости (r) до 17 м/с на очесе влажного хлебостоя;

- при угле наклона очесывающих зубьев 0,78 рад и угле начала очеса 0, рад, на очесе хлебостоя влажностью 13-14%.

При очесе твердой пшеницы влажностью 11-12% и угле наклона зуба 0, рад максимальное значение V2 составит 6,5 м/с.

4.При уборке полглого и невыровненного по высоте хлебостоя, изменение угла наклона зуба от 0 до 0,78 рад приводит к изменению угла схода на 0,18-0, рад от влажности и изменению угла наклона вектора абсолютной скорости на 0,52-0,63рад.

5.При очесе колосьев зубьями с параллельно расположенными кромками зерновка, после ее отрыва в силу колебания колоса, может двигаться, как к концу зуба, так и к его началу, что создает предпосылки для е неупорядоченного дви жения с последующим затягиванием в зазор между барабаном и передней кром кой ложа шнека. Так, при движении к центру барабана с начальной скоростью м/с, сила трения и центробежная сила тормозят движение и приводят к полной остановке на расстоянии 0,04м от точки отрыва от колоса, и изменению направ ления движения под действием центробежной силы.

6. Высота растений озимой пшеницы в целом по всему массиву изменяется от 0,4 до 1,2 м при вариации от 0,57 до 1,2 м в пробе с максимальным средним значением, от 0,87-0,39 м в пробе с минимальным средним значением. Для гаран тированного очеса и транспортирования зерновки к интегрирующему шнеку при уборке зерновых культур с перечисленными и близкими к ним характеристиками, а так же полеглого хлебостоя очесывающей жаткой, радиус барабана которой r0 = 0,27 м, длина очесывающих зубьев L=0,08 м, ширина транспортирующего ка нала 0,15 м, угол оперативного изменения положения переднего кожуха должен составлять не менее 0,86 рад, а максимальный ход механизма копирования по верхности поля 0,52 м. С учетом влажности полеглого хлебостоя от 11 до 17% изменение угла наклона зуба от 0 до 0,78 рад приводит к изменению угла схода на 0,18-0,26 рад от влажности и изменению угла наклона вектора абсолютной скоро сти на 0,52-0,63 рад, что позволяет устранить потери зерна отбрасыванием вперед по ходу жатки.

7.При движении по убираемому массиву со скоростью от 1,67 до 3,4 м/с комбайна с жаткой, жестко закрепленной на его наклонной камере, вследствие возникающих колебаний, максимальные отклонения боковин жатки от среднего положения достигают соответственно значений 0,24 и 0,45 м, а суммарный путь, проходимый комбайном при таких отклонениях жатки, может составлять от 7, до 19,7% от общего пути, пройденного по полю.

8.На основании результатов исследований, предложена конструкция навес ной на комбайны очесывающей жатки, трансформируемой из однобарабанной в двухбарабанную путем замены: переднего кожуха на кожух с дополнительным барабаном, переходного устройства для е навешивания на комбайны отечествен ного производства с пружинно – рычажным механизмом копирования, установки механизмов оперативного контроля и управления очесывающего барабана и пе реднего кожуха, а так же устройств, обеспечивающих регулировку угла наклона очесывающих зубьев.

9.Применение уборки зерновых культур с использованием навесной на ком байн очесывающей жатки позволяет повысить производительность комбайна на 98,3%, снизить расход топлива 42,9%, что соответствует сокращению сроков уборки в 2 раза.

10.Внедрение очесывающих жаток на уборки озимой пшеницы в хозяйстве площадью пашни 9300 га позволило сократить эксплуатационные затраты на об молоте на 4604,6 тыс. руб., при сокращении комбайнового парка на 42,5%, реали зация которых даже по остаточной стоимости в размере 35% от рыночной цены позволяет получить выручку в размере 17395 тыс. руб.

ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ В изданиях из перечня ВАК 1.Бурьянов М.А. Оценка новых нетрадиционных технологий уборки зерно вых колосовых культур / А.И. Бурьянов, А.И. Дмитренко, М.А. Бурьянов // Тех ника и оборудование для села. – 2010. - №10. – С. 16-19.

2.Бурьянов М. А. Навесная очесывающая жатка / А.И. Бурьянов, М.А. Бурь янов // Сельский механизатор. – 2011. - №1. – С. 8, 9, 15.

3.Бурьянов М.А. Исследование взаимодействия колоса растения с зубьями однобарабанной навесной на комбайн жаткой при уборке зерновых культур оче сом / М.А. Бурьянов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал Куб ГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2011, - №03(67). – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/03/pdf/17.pdf.

В описаниях патентов 4.С1 2340154 RU А01D 41/08 Очесывающее устройство / А.И. Бурьянов, Г.

Е. Колесников, Е.А. Александров, М.А. Бурьянов, В.В. Бондарь. (Государственное научное учреждение ГНУ ВНИПТИМЭСХ) - №2007119063/12;

Заяв. 22.05.07. // Изобретения и патент. – 2008. - №34.

5.С1 2373681 RU А01D 41/08 Очесывающее устройство / А.И. Бурьянов, М.

А. Бурьянов, Е.А. Александров, Г. Е. Колесников. (Государственное научное уч реждение ГНУ ВНИПТИМЭСХ) - №2008133930/12;

Заяв. 18.08.08 // Изобретения и патент. – 2009. - №33.

6.С1 2363138 RU A01D 41/16, A01D 41/08 Устройство для навешивания очесывающих жаток на комбайн / А.И. Бурьянов, Г. Е. Колесников, Е.А. Алексан дров, М.А. Бурьянов. (Государственное научное учреждение ГНУ ВНИПТИ МЭСХ) - №2008120437/12;

Заяв. 22.05.08. // Изобретения и патент. – 2009. - №22.

В сборниках трудов и других изданиях 7.Бурьянов М.А. О методе определения параметров и режимов работы оче сывающего барабана жатки для уборки зерновых культур // М.А. Бурьянов, А.И.

Бурьянов, В.С. Газалов // Ресурсосберегающие технологии и техническое обеспе чение для инновационного развития агропромышленного комплекса: Сб. науч. тр.

5-й межд. науч-практ. конференции «Инновационные технологии – основа эффек тивного развития агропромышленного комплекса России» (27-28 мая 2010 г., Зер ноград): ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии. – Зерноград. – 2010. – С. 244.

8.Бурьянов М.А. Параметры и режимы процесса движения зерна по зубу очесывающего барабана / М.А. Бурьянов // Ресурсосберегающие технологии и техническое обеспечение для инновационного развития агропромышленного комплекса: Сб. науч. тр. 5-й межд. науч-практ. конференции «Инновационные технологии – основа эффективного развития агропромышленного комплекса Рос сии» (27-28 мая 2010 г., Зерноград): ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии. – Зерноград. – 2010. – С. 226.

9.Бурьянов М.А. Результаты исследований процесса обмолота зерновых колосовых культур комбинацией инерционного и инерционно-очесного способов / А.И. Бурьянов, М.А. Бурьянов // Ресурсосберегающие технологии: возделывание и переработка сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. межд. науч-техн. кон ференции «Ресурсосберегающие технологии и инновационные проекты в АПК»

(14-15 апреля 2009 г., Зерноград): ВНИПТИМЭСХ. – Зерноград. – 2009. – С. 201.

10.Бурьянов М.А. Технология уборки зерновых культур со сбором невеяно го вороха / А.И. Бурьянов, М.А. Бурьянов, И.С. Переварюха // Ресурсосберегаю щие технологии: возделывание и переработка сельскохозяйственных культур: Сб.

науч. тр. межд. науч-техн. конференции «Ресурсосберегающие технологии и ин новационные проекты в АПК» (14-15 апреля 2009 г., Зерноград): ВНИПТИМЭСХ.

– Зерноград. – 2009. – С. 193.

11.Бурьянов М. А. Обоснование конструктивно-компоновочных схем поле вых уборочных машин для нетрадиционного способа обмолота зерновых культур / А.И. Бурьянов, Е.А. Александров, М.А. Бурьянов // Инновационные технологии и технические средства в полеводстве юга России: Сб. науч. тр. межд. науч-техн.

конференции «Инновационные технологии для АПК России» (14-15 мая 2008 г., Зерноград): ВНИПТИМЭСХ. – Зерноград. – 2008. – С. 74.

12.Бурьянов М.А. Исследование морфологических и физико-механических свойств растений озимой пшеницы, определяющих параметры и режимы работы уборочных машин / А.И. Бурьянов, М.А. Бурьянов, О.А. Костыленко // Ресурсос берегающие технологии: возделывание и переработка сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. межд. науч-техн. конференции «Ресурсосберегающие тех нологии и инновационные проекты в АПК» (14-15 апреля 2009 г., Зерноград):

ВНИПТИМЭСХ. – Зерноград. – 2009. – С.