Обоснование рациональных параметров и режимов работы прицепного очесывающего устройства для уборки зерновых культур

На правах рукописи

САВИН Владимир Юрьевич ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПРИЦЕПНОГО ОЧЕСЫВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 2011

Работа выполнена на кафедре «Агропромышленная инженерия» ГОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н. Э.

Баумана».

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Алакин Виктор Михайлович

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Горбачев Иван Васильевич кандидат технических наук, доцент Солнцев Вячеслав Николаевич

Ведущая организация: ГНУ Калужский научно- исследовательский институт сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита диссертации состоится « 22 » сентября 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 220.010.04 при ФГОУ ВПО «Воронеж ский государственный аграрный университет им. К. Д. Глинки» по адресу 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Во ронежский государственный аграрный университет им. К. Д. Глинки».

Автореферат размещен на сайте htpp://www.vsau.ru Автореферат разослан « 15 » августа 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент И. В. Шатохин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Производство зерновых культур решает продо вольственные вопросы, обеспечивает развитие животноводства, организа цию полноценных севооборотов, повышение плодородия почв. В коллектив ных и фермерских хозяйствах возделывание зерновых сдерживается отсутст вием недорогой прицепной зерноуборочной техники к тракторам класса 1,4 в т.ч. МТЗ-80, 82. Известны, но не предложены на рынке прицепные зерно уборочные комбайны и очесывающие устройства, которые имеют высокую метало- энергоемкость и практически не подходят для агрегатирования с тракторами класса 1,4. Поэтому задача разработки и предложения произ водству эффективных прицепных устройств с низкой энерго- и металлоемко стью для уборки зерновых культур является весьма актуальной. Наибольшие возможности для реализации данной задачи дает использование принципа очесывания растений на корню. Применение малогабаритных очесывающих устройств позволит в значительной мере решить проблему уборки зерновых в условиях коллективных и фермерских хозяйств, снизить потери урожая и повысить уровень обеспечения хозяйств концентрированными кормами.

Анализ результатов исследований опытного образца однобарабанного очесывающего адаптера к комбайну «Енисей», проведенных в Калужском филиале МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2001-02 годах, указал на возможность разработки эффективного прицепного очесывающего устройства.

Одним из ключевых моментов, определяющих актуальность использо вания прицепной зерноуборочной машины очесывающего типа, является практическая возможность использования в хозяйствах зернового вороха.

Выделены следующие направления использования очесанной зерносоломи стой массы:

- выделение зерна из убранной массы для продовольственных или фу ражных целей;

- измельчение и приготовление кормосмесей, гранулированных, брике тированных кормов из всей массы убранного урожая.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ на кафедре «Агропромышленная инженерия» ГОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана».

Целью работы является совершенствование процессов очеса зерно вых культур и выгрузки зернового вороха на основе исследований однобара банного прицепного очесывающего устройства.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Разработать конструктивно-технологическую схему однобарабанно го прицепного устройства для уборки зерновых методом очеса с использова нием:

- направляющего козырька;

- швырково - пневматического эффекта для транспортировки зерносо ломистого вороха из зоны очеса в прицеп-емкость;

- шарнирного подвеса гребенок, обеспечивающего надежность работы и простоту конструкции данного узла.

2. Обосновать параметры конструкции и установки очесывающих гре бенок.

3. Определить рациональные кинематические характеристики работы однобарабанного очесывающего устройства.

4. Исследовать инерционно-динамические процессы очеса для опреде ления размерно-массовых параметров очесывающего узла.

5. Исследовать процесс движения очесанной массы в выгрузном тру бопроводе.

6. Определить рациональную ширину захвата очесывающего устройст ва в зависимости от использования предполагаемой модели трактора.

7. Экспериментально подтвердить положения теории, определить ра циональные параметры и режимы работы экспериментального очесывающе го устройства.

8. Провести исследования в производственных условиях, определить эксплуатационые показатели и экономическую эффективность эксперимен тального устройства.

Объект исследования. Технологический процесс уборки зерновых ма логабаритным однобарабанным прицепным очесывающим устройством в агрегате с трактором класса 1,4 и прицепом 2ПТС-4.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- разработано, создано и апробировано однобарабанное прицепное оче сывающее устройство для уборки зерновых, отличающееся шарнирным под весом гребенок и швырково-пневматической выгрузкой очесанного вороха в прицеп-емкость;

- получены аналитические зависимости, позволяющие определить ра циональные кинематические характеристики работы однобарабанного оче сывающего устройства, необходимый момент инерции элементов шарнирной подвески очесывающих гребенок;

- получены экспериментальные данные по потерям и уровню дробле ния зерна;

- получена математическая модель процесса работы машины, позво ляющая оценить потери зерна в зависимости от изменения настроек и режи мов работы машины.

Практическая значимость работы. Результаты теоретических и экс периментальных исследований могут быть использованы при разработке перспективных технических средств для уборки зерновых методом очеса на корню.

Реализация результатов исследований. Разработанное устройство для уборки зерновых методом очеса внедрено в сельхозартели «Колхоз Ма як» Калужской области Перемышльского района.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (2007, 2008, 2009, 2010 г.г.), ГНУ «Калужский научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСХН» (2010, 2011 г.), в Министерстве сельского хо зяйства Калужской области.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 9 науч ных публикациях, в том числе в двух журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из вве дения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из наименований. Работа изложена на 135 страницах текста компьютерной вер стки, содержит 18 таблиц, 42 рисунка и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель рабо ты, объект и предмет исследований, научная новизна. Представлены основ ные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние вопроса уборки зерновых ме тодом очеса и задачи исследования» приведен анализ литературных, патент ных и электронных источников.

Наибольший опыт в продвижении принципа очеса растений на корню приобрели Мелитопольский ИМСХ и ГСКБ (г. Таганрог), ЦНИИМЭСХ со вместно с ВИМом и НПО ВИСХОМ, Красноярское ПО по зерноуборочным машинам. За рубежом разработкой и серийным изготовлением очесывающих устройств для уборки зерновых занимается фирма «Шелборн Рейнольдс» (Англия). Большой вклад в развитие зерноуборочных устройств, создании теории очеса внесли Кушнарев А. С., Леженкин А. Н., Горбачев И. В., Крав чук В. И., Родионов Л. В., Бурьянов А. И., Жалнин Э. В.

Основным направлением продвижения технологии очеса зерновых в нашей стране и за рубежом явилось рассмотрение возможности замены тра диционной жатки зерноуборочного комбайна на очесывающий адаптер.

Предпосылкой к данному техническому решению явилась возможность уве личения производительности комбайнов за счет снижения доли соломы в убранной массе.

Разработка известных прицепных очесывающих устройств строилась на базе опыта применения технологии очеса на адаптерах к зерноуборочным комбайнам. Так, особенностями данных адаптеров является наличие двух барабанов: направляющего и очесывающего и громоздкой системы дальней шей транспортировки вороха.

Анализ преимуществ и недостатков рассмотренных очесывающих адаптеров позволил сделать следующие выводы:

- однобарабанный очесывающий адаптер является наименее металло емким и энергоемким, при этом удовлетворяет агротехническим требованиям по потерям во всем диапазоне рабочих скоростей;

- в качестве узла, отвечающего за подачу растительной массы на оче сывающий барабан (питателя) наиболее рационален регулируемый козырек, позволяющий обеспечивать требуемое положение стеблей при очесе в зави симости от высоты и степени полеглости растений;

- использование очесывающего барабана как пневмо-механического транспортера в прицепных очесывающих адаптерах позволяет отказаться от приемной камеры и промежуточных транспортирующих механизмов.

На основании анализа предложено разработать и апробировать новое однобарабанное прицепное очесывающее устройство для уборки зерновых культур с граблинами на шарнирной подвеске и швырково пневматическим транспортированием очесанной массы в прицеп-емкость.

Во второй главе «Теоретическое обоснование конструктивных пара метров и режимов работы однобарабанного очесывающего устройства» вы брана и обоснована конструктивно-технологическая схема очесывающего устройства, определены исходные конструктивные параметры, обоснованы угол установки и форма рабочей поверхности очесывающих гребенок, иссле дованы кинематические характеристики работы устройства, инерционно динамические процессы очеса, произведен анализ процесса движения оче санной массы в трубопроводе, определена рациональная ширина захвата оче сывающего устройства в зависимости от модели трактора.

В результате анализа существующих конструкций и изысканий направ ленных, на снижение энергоемкости процесса очеса, повышения надежности очесывающего узла была предложена технологическая схема работы очесы вающего устройства (рис. 1).

При движении трактора направляющий козырек очесывающего уст ройства наклоняет стебли растения вперед. Гребенки очесывают наклонен ные вперед растения и с большой скоростью подают зерносоломистую массу вверх через зазор между неподвижной стенкой кожуха и гребенками бараба на. Очесанный ворох при прохождении через зазор движется вверх по трубо проводу, обладая определенным запасом кинетической энергии, и дефлекто ром направляются в прицеп-емкость. Листостебельные частицы вороха с не высоким удельным весом и обладающие высокой парусностью транспорти руются под действием воздушного потока в трубопроводе.

Результаты исследований известных конструкций и предложенные аналитические зависимости позволили определить исходные конструктив ные параметры очесывающего устройства: диаметр очесывающего барабана D =0,57 м;

высота очеса растений h = 0,15…0,2 м;

высота установки направ ляющего козырька относительно центра очесывающего барабана hк = 0,14…0,28 м;

зазор между стенкой кожуха и вращающимися гребенками q =12 мм.

Рисунок 1 - Схема агрегата в составе трактора класса 1,4, очесывающе го устройства и прицепа-емкости Для обоснования угла установки и выбора рациональной формы гре бенки, осуществляющей швыряние зерносоломистой массы, исследовали процесс движения материала по гребенке как лопасти метателя (рис. 2).

Сходя с гребенки, частица приобретает результирующую скорость V рез, являющуюся результатом геометрического сложения максимальной окружной скорости Ve и максимальной скорости Vr движения вдоль лопа сти. Окружная скорость равна R Ve = n, (1) Рисунок 2 - Схема для анализа движения частицы материала по граб лине очесывающего барабана где R - радиус очесывающего барабана, м;

n - частота вращения очесываю щего барабана ( мин1 ).

Скорость движения частицы вдоль гребенки Vr = du dt возникает в результате действия на частицу сил, связанных с ускорениями. Если массу частицы обозначить через m, постоянную угловую скорость гребенки через и радиус-вектор положения частицы на гребенке через, то центробеж ная сила С = m 2.

Составляющая этой силы Ck, действующая вдоль гребенки, отклонен ной назад на угол, перемещает частицу по гребенке:

Сk = m 2 sin. (2) Действующая перпендикулярно к гребенке сила Cн влияет на силу трения:

Сн = m 2 cos (3) du Кориолисова сила Фk = 2m направлена перпендикулярно гре dt бенки. Она также создает силу трения. Тогда du m 2 cos ), Fтр = f (Фk Cн ) = f (2m (4) dt где f - коэффициент трения материала частицы о поверхность гребен ки.

Уравнение движения частицы по гребенке имеет вид:

d 2u Ck Fтр = m. (5) dt Подставляя значения Ck и Fтр, выразив sin = u, cos = r и разделив обе части выражения на m получим следующее уравнение движе ния частицы по гребенке:

du 2 du 2u f 2r = 0.

+ 2 f (6) dt 2 dt На основании решения данного уравнения выявлены ограничения по углу наклона гребенки. Исходя из выполнения условий оптимальности про цессов очеса и метания зерносоломистой массы, в качестве формы передней грани гребенки приняли криволинейную поверхность (рис. 3). У конца она имеет максимальный передний угол max =25, что обеспечивает выгодный очес, а у основания минимальный угол min =0, способствующий выгодному метанию.

Рисунок 3 - Схема сил, действующая на частицу материала, двигаю щуюся по грани гребенки В качестве основного комплексного кинематического параметра при няли шаг подачи гребенки S X, являющийся расстоянием между одинаковы ми точками двух соседних циклоид. Пределы изменения оптимального шага S X применительно к малогабаритному прицепному очесывающему адаптеру были приняты на основании исследований работы экспериментального оче сывающего адаптера к комбайну «Енисей». Исследования однобарабанного очесывающего адаптера были проведены кафедрой «Агропромышленная ин женерия» МГТУ имени Баумана в 2002 году. По результатам исследований выявили рациональный диапазон значений шага подачи гребенок S X =0,03…0,05 м.

В результате последующих расчетов обоснованы рациональные пара метры конструкции очесывающего барабана: радиус r =0,285 м, число рядов гребенок z =4 и определены кинематические характеристики работы одноба рабанного очесывающего устройства: частота вращения n =1000 мин1, ра бочая скорость V м =2.7 м/с.

Важнейшим вопросом устойчивой работы очесывающего узла с учетом принятых конструкций и выбранных режимов является сохранение рабочего положения очесывающей гребенки при ее взаимодействии с растениями.

При вращении ротора под действием развивающейся центробежной силы C (рис.4) центры тяжести очесывающих элементов устанавливаются в радиальном направлении, и вследствие возникающего в шарнирах значи тельного трения, очесывающие гребенки относительно ротора становятся неподвижными. Чтобы нарушить жесткость связи очесывающей гребенки с ротором, к ней необходимо приложить такую по величине силу, которая пре одолела бы силу F трения в шарнире. Чтобы заставить очесывающую гре бенку повернуться в сторону, обратную ее движению, к ней также необходи мо приложить силу для преодоления окружного усилия.

Шарнирно-подвешенная гребенка поворачивается тогда, когда момент М Т от действующей на него внешней силы Т больше суммы моментов М F от силы трения и М Р от окружного усилия, т.е.

МТ М Р + М F. (7) Момент силы трения J М F = fCr0 = r0, где f R коэффициент трения;

C = J 2 R0 - центробежная сила очесывающего элемен та;

J - момент инерции оче сывающего элемента относи тельно оси шарнира, кг м2 ;

- угловая скорость враще ния очесывающего барабана;

R0 - радиус вращения цен тра тяжести C0 очесываю щего элемента, м;

r0 - радиус пальца шарнира, м.

Момент от окружного усилия Р N M Р = PR =, (8) nk где R - радиус вращения очесывающей гребенки в точке приложения силы P ;

Рисунок 4 - Схема приложения сил к N - мощность, передаваемая очесывающей гребенке барабана на ротор;

n - частота враще ния ротора;

k - число гребе нок на роторе.

Подставляя значения моментов в неравенство (7) получаем:

J 2 N M T = Tr f r0 +. (9) R0 nk Минимальный необходимый момент инерции переходной пластины, при которой очесывающий элемент под воздействием внешней силы Т будет сохранять жесткость связи, равен:

N Tr R J= nk. (10) f 2r Определив момент инерции переходной пластины J 2k =0,0014 кг м2, ее размеры h2 =0,11 м, l=0,1 м вычислили минимальную толщину пластины b=0,12 мм, при которой шарнирную связь очесывающей гребенки с ротором можно рассматривать как жесткую.

В малогабаритном очесывающем адаптере высота транспортирования материала незначительна (2,5 м от оси барабана), поэтому при исследовании движения материала в трубопроводе, а затем и в дефлекторе представляет интерес определение направления и скорости транспортирования.

Часть передней стенки выгрузной трубы выполняем по дуге окружности, каса тельная к которой является продолжением этой трубы, а угол с вертикалью 0 - уг лом наклона передней стенки (рис. 5). Наиболее благопри ятным является случай, когда частица после схода с гре бенки летит параллельно пе редней стенки трубопровода.

Проекции всех сил, действующих на частицу, на направление внутренней по верхности гребенки, по кото рой движется частица, есть Рисунок 5 - Схема для определе сила ния угла наклона трубопровода P = mR 2 sin tgmR 2 cos = mR 2 sin( ) cos, (11) где m - масса частицы, кг;

R – радиус барабана, м;

- угловая скорость вращения очесывающего барабана, 1/с;

tg - тангенс угла трения;

- угол между векторами переносной скорости зерна Vr и относительной скорости зерна Ve.

Зная P, в конечном итоге найдем время t, Ve = jt, абсолютную ско рость частицы и угол наклона передней стенки выгрузного раструба 0.

V = Ve2 + Vr2 2VeVr cos( ) = sin( ) lR 2 sin ( ) = 2 R 2 + lR 2 + 2R cos. (12) cos cos В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследо ваний» представлена программа экспериментальных исследований, описаны методика и технология проведения экспериментов в лабораторных и полевых условиях. Основными задачами

экспериментальных исследований явилась проверка достоверности аналитических зависимостей и теоретических выво дов. С целью исследования процесса очеса зерносоломистой массы изготов лен экспериментальный образец прицепного очесывающего адаптера, схема которого представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Кон структивная схема мало габаритного прицепного однобарабанного очесы вающего адаптера: 1 – очесывающий барабан;

– кожух;

3 – трубопровод;

4 – дефлектор;

5 – на правляющий козырек;

6 – рама;

7 – ходовая часть;

– прицепное устройство В соответствии с программой экспериментальных исследований разра ботаны методики и планы экспериментальных исследований в полевых усло виях:

- исследования рациональности работы очесывающего барабана как швырково-пневматического транспортера;

- определения уровня дробления зерна в зависимости от частоты вра щения барабана;

- построение интерполяционной формулы для предсказаний значений потерь зерна, зависящих от ряда факторов.

Для исследования рациональности работы очесывающего барабана как швырково-пневматического транспортера предложена методика, разработан ная на основе методики исследования аэродинамических эффектов в трубо проводе-дефлекторе Н. Е. Резника.

Методика проведения опытов предусматривала следующую после довательность проведения эксперимента: устанавливали частоты вращения двигателя, которые обеспечивали частоты вращения вала ротора в значениях равных 550, 700, 800, 900, 1100 мин1, на каждом из режимов производили замер частоты вращения вала очесывающего барабана и запускали агрегат в работу. Высоту очесывающего барабана устанавливали равной 0,15 м;

ско рость движения агрегата – 7…10 км/ч. В процессе исследований фиксирова ли следующие показатели рациональности работы экспериментального уст ройства: наличие устойчивого выброса и подачи массы в прицеп-емкость;

диаметр струи материала, достигающей прицепа-емкости;

забивание трубо провода.

Диаметр струи материала фиксировали с помощью двух складных мет ров, закрепленных на дне прицепа-емкости. В процессе эксперимента ис пользовали фото- и видеосъемку. Опыты проводили в трехкратной повторно сти.

Определение уровня дробления зерна проводили по методу однофак торного эксперимента.

Основным параметром, влияющим на уровень дробления зерна, являет ся окружная скорость точки гребенки в месте ее контакта с частицами зерно соломистого вороха. Исходя из этого, в качестве варьируемого фактора, влияющего на процесс, приняли частоту вращения очесывающего барабана n, мин1.

Методика проведения опытов предусматривала следующую после довательность проведения эксперимента: устанавливали частоты вращения двигателя, которые обеспечивали частоты вращения вала ротора в значениях равных 700, 800, 900, 1000, 1100 мин1, на каждом из режимов производили замер частоты вращения вала очесывающего барабана и запускали агрегат в работу. Высоту очесывающего барабана устанавливали равной 0,15 м. Ско рость движения агрегата V м во всех опытах поддерживали в диапазоне 7…10 км/ч и контролировали с помощью тахоспидометра ТХ 135 трактора.

После каждого опыта определяли уровень дробления зерна по извест ной методике: брали 150…200 г зерна из прицепа, затем отбирали пробу из 100 зерен. Количество дробленых зерен в отобранной пробе и составляло процент дробления. Опыты проводили в трехкратной повторности.

Важным этапом научного исследования процесса очеса зерновой мас сы, обоснования рациональной компоновки и режимов работы прицепного очесывающего адаптера явилось построение интерполяционной формулы для предсказаний значений потерь зерна, зависящих от ряда факторов.

Полагаясь на уже определенные цели исследования, в качестве пара метра оптимизации выбрали потери зерна w, %. В качестве факторов выбра ли следующие параметры работы очесывателя: V - скорость движения агре гата, км/ч;

n - частота вращения очесывающего барабана, мин1 ;

hк - высо та установки козырька относительно поверхности почвы, м.

В результате анализа области определения факторов, выбора степени полиномиальной модели функции отклика и выполнения операции кодиро вания переменных были определены условия эксперимента (см. таблицу 1).

Таблица 1 - Условия эксперимента x2, мин Уровень x1, км/ч x3, м Верхний (+1) 14 1300 0, Основной (0) 9 1100 0, Нижний (-1) 4 900 0, Неизвестную функцию отклика аппроксимировали полиномом вида y = b0 + b1x1 + b2 x2 + b3 x3 + b12 x1x2 + b13x1x3 + 2 2 b23x2 x3 + b11x1 + b12 x2 + b13 x3, (13) где b0, b1,… коэффициенты регрессии при соответствующих пере менных.

Факторный эксперимент осуществили с помощью матрицы планирова ния, в которой использованы кодированные значения факторов.

За исходную точку для построения плана эксперимента приняли соче тание основных уровней в условии эксперимента.

Для построения модели был использован центральный композицион ный план второго порядка. Данный план получен достройкой некоторого количества точек к «ядру», образованному линейным планом.

Критерием оптимальности данного плана принята ортогональность.

Исходя из данного критерия число опытов в центре плана равно n0 =1.

Реализация опытов в соответствии с данной матрицей планирования с преобразованной квадратичной переменной позволяет построить модель вида y = b0 + b1x1 + b2 x2 + b3 x3 + b12 x1x2 + b13x1x3 + 2 2 b23 x2 x3 + b11( x1 0,73) + b12 ( x2 0,73) + b13 ( x3 0,73). (14) Благодаря ортогональности матрицы коэффициенты регрессии опреде лили независимо друг от друга по формуле:

N N xij.

bi = xij y j (15) j =1 j = где xij - элементы соответствующего столбца матрицы;

y j - значение параметра оптимизации в j-м опыте.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены и проанализированы полученные данные.

Для исследования процесса пневмо-швыркового транспортирования и выброса зерносоломистой массы прицепным однобарабанным очесывающим адаптером в прицеп-емкость были проведены опыты на экспериментальном образце адаптера на базе хозяйства сельзозартель «Колхоз Маяк» Калужской области, Перемышльского района в 2009 году.

Условия проведения опытов были следующие: эксперименты проводи ли на ячмене сорта «Нур» с биологической урожайностью 20 ц/га с общей спелостью зерна 96%, влажностью зерна 16%, высотой l p =0,05…0,06 м и тритикале сорта «Гермес» урожайностью 28 ц/га с общей спелостью зерна 98%, влажностью зерна 14%, высотой l p =0,1…0,11 м (по данным агрономи ческой службы колхоза «Маяк» в 2009 году).

В результате проведения экспериментов по исследованию рациональ ности работы очесывающего барабана как швырково-пневматического транспортера была получена графическая зависимость диаметра струи зерно соломистой массы Dc от частоты вращения очесывающего барабана n (рис.

7).

Из рисунка 7 видно, что диаметр струи очесанного вороха увеличива ется по мере уменьшения частоты вращения барабана. При уменьшение час тоты вращения барабана с 1100 до 700 мин1 увеличение диаметра струи незначительно и равномерно. При достижении частоты оборотов диапазона 700…650 мин1 диаметр струи начинает увеличиваться более резко - про исходит разбрасывание очесанного вороха.

Dc, м 400 500 600 700 800 900 1000 1100 - n, мин Рисунок 7 - Зависимость диаметра струи зерносоломистой массы от частоты вращения очесывающего барабана В диапазоне значений частот оборотов барабана 650…550 мин1 про цесс транспортирования и выгрузки протекает неустойчиво. Возникают такие явления как забивание трубопровода, срыв струи и сброс очесанного вороха на барабан.

В результате проведенных опытов в полевых условиях установили ра циональный диапазон частоты вращения очесывающего барабана n=800…1100 мин 1, в пределах которого наблюдали устойчивый выброс зерносоломистой массы и ее транспортирование и по всей длине прицепа емкости.

В результате проведения эксперимента по определению уровня дроб ления зерна была получена зависимость уровня дробления зерна Д, % от частоты вращения очесывающего барабана n, мин1 (рис. 8).

Анализируя график, представленный на рисунке 8 можно сделать сле дующие замечания. При частоте вращения очесывающего барабана 700…1000 мин 1 уровень дробления зерна остается практически неизмен ным и не превышает 0,8 %. Далее дробление начинает заметно увеличиваться и при частоте вращения n =1100 мин1 достигает 1,4%, что впрочем, не вы ходит из диапазона допустимых значений.

1, 1, Д, % 1, 0, 0, 0, 0, 600 700 800 900 1000 1100 - n, мин Рисунок 8 - Зависимость уровня дробления зерна Д от частоты вра щения очесывающего барабана экспериментального устройства Увеличение дробления зерна после достижения частоты вращения оче сывающего барабана n =1000 мин1 связано прежде всего с достижением окружной скорости концов гребенок критического значения 30 м/с.

Таким образом, рациональный диапазон частот вращения очесывающе го барабана в контексте достижения минимального уровня дробления зерна составляет n =700…1000 мин1. При этом работа очесывающего устройства с частотой вращения барабана n =1100 мин1 так же возможна, так как со ответствующий уровень дробления зерна не выходит из границ допустимых пределов.

Уравнение, полученное в результате обработки экспериментальных данных полнофакторного эксперимента описывает зависимость потерь зерна от управляемых факторов: скорости движения агрегата V, км/ч;

частоты вращения очесывающего барабана n, мин1 ;

высоты установки направ ляющего козырька hк, м:

y = 0,644 0,6122V + 0,0019n + 7,26hk + 0,046V 2 (16) Для изучения математической модели процесса очеса зерносоломистой массы составили уравнения регрессии для каждой пары взаимодействующих факторов и построили соответствующие поверхности отклика и соответст вующие им контурные графики.

Анализ графического изображения при высоте установки барабана на уровне hк = 0,21 м (рис. 9), показывает на явно выраженный минимум экспе риментальной поверхности, описывающей потери зерна. Данный минимум находится в области скорости движения агрегата V =6,5 км/ч.

Уровень потерь зерна, соответствующий требованиям стандарта нахо дится в переделах изменения скорости движения агрегата V = 4…11,5 км/ч и частоты вращения барабана n = 800…1150 мин1, что согласуется с резуль татами теоретических исследований. Небольшое увеличение потерь зерна при изменении скорости движения агрегата V от 6,5 км/ч до 3 км/ч связано с уменьшением шага подачи граблин ниже критического значения S X менее 0,03 м.

На основании полученной поверхности отклика и ее двумерного сече ния (рис. 10) необходимо отметить характер изменения потерь зерна при ва риации высоты установки направляющего козырька hк. При увеличении расстояния с hк =0,16 до hк =0,26 при постоянных V = 9 км/ч, n = мин 1, потери зерна увеличились с 0,8% до 1,5%. Данный факт свидетель ствует о том, что низко установленный направляющий козырек пригибает растения до такой степени, что выводит их из зоны очеса.

В результате проведения лабораторных исследований в полевых усло виях, анализа математической модели процесса очеса растений эксперимен тальным адаптером определены его рациональные установки и режимы рабо ты, при которых суммарные потери за адаптером не превышают 1,2%:

- скорость движения агрегата V =6,5…11,5 км/ч.

- частота вращения очесывающего барабана n=900…1100 мин1 ;

- высота установки направляющего козырька относительно центра очесывающего барабана hк =0,16…0,2 м.

- n, мин - n, мин Рисунок 9 - Поверхность отклика и ее контурный график, характери зующие величину потерь зерна w при изменении факторов V и n и посто янной величине фактора hк = 0,21 м Рисунок 10 - Поверхность отклика и ее контурный график, характери зующие величину потерь зерна w при изменении факторов V и hк и по стоянной величине фактора n = 1100 мин В пятой главе «Экономическая эффективность использования малога баритного прицепного очесывающего адаптера» приведены результаты поле вых испытаний экспериментального образца адаптера в сельхозартели «Кол хоз Маяк» Калужской области, Перемышльского района в 2008-2009 годах.

Для сравнения технико-экономических показателей и определения го дового экономического эффекта за прототип принят прицепной зерноубо рочный комбайн ПН-100 «Простор». Годовой экономический эффект от раз работанного технического решения составляет около 153 тыс. руб. ( в ценах 2011 г.) при использовании одного адаптера.

Разработанная конструкция очесывающего адаптера обеспечивает сни жение приведенных затрат на 57%, удельной металлоемкости на 70%, удель ной энергоемкости на 16%.

Общие выводы и предложения 1. В результате исследований конструкций и технологических схем очесывающих адаптеров к зерноуборочным комбайнам и прицепных очесы вающих устройств разработана конструктивно-технологическую схема од нобарабанного прицепного устройства для уборки зерновых методом очеса, агрегатирующегося с трактором класса 1.4.

2. Получено уравнение движения частицы по граблине, на основании которого получен рациональный диапазон значений углов наклона граблины.

Исходя из выполнения условий оптимальности процессов очеса и метания зерносоломистой массы, в качестве формы передней грани граблины приня ли криволинейную поверхность. У конца она имеет максимальный передний угол max =25, что обеспечивает выгодный очес, а у основания минималь ный угол min =0, способствующий выгодному метанию.

3. Предложена расчетно-аналитическая методика по определению ки нематических и конструктивных параметров однобарабанного прицепного очесывающего адаптера: радиус очесывающего барабана r =0,285 м, число рядов граблин z =4, частота вращения очесывающего барабана n = мин1, рабочая скорость агрегата V м =2.7 м/с, шаг подачи граблин S X =0,04 м.

4. На основании исследований инерционно-динамических процессов очеса получены аналитические зависимости, позволившие определить необ ходимый момент инерции очесывающего узла в составе граблины и переход ной пластины J =0,0048 кг м 2 (на длину 0,1 м) и размерно-массовые харак теристики элементов очесывающего узла при которых шарнирную связь оче сывающей граблины с ротором можно рассматривать как жесткую.

5. Получены аналитические зависимости, позволившие определить аб солютную скорость частицы в момент схода с граблины V =31,6 м/с и угол наклона выгрузного трубопровода 0 = 20.

6. Предложена рассчетно - аналитическая методика по определению ширины захвата очесывающего устройства в зависимости от предполагаемо го использования конкретной модели трактора.

7. Экспериментальные исследования очесывающего устройства показа ли:

- оптимальный диапазон частоты вращения очесывающего барабана, в пределах которого наблюдали устойчивый выброс зерносоломистой массы в прицеп-емкость составляет n=800…1100 мин1.

- рациональный диапазон частот вращения очесывающего барабана при котором наблюдали минимальный уровень дробления зерна составляет n =700…1000 мин1.

Математическая модель процесса очеса зерновых экспериментальным очесывающим устройством позволили рекомендовать следующие параметры и режимы работы, при которых обеспечивается уровень потерь зерна до 1,2%:

- скорость движения агрегата V =6,5…11,5 км/ч.

- частота вращения очесывающего барабана n=900…1100 мин1 ;

- высота установки направляющего козырька относительно центра очесывающего барабана hк =0,16…0,2 м.

8. Годовой экономический эффект от разработанного технического ре шения составляет около 153 тыс. руб. ( в ценах 2011 г.) при использовании одного адаптера.

Разработанная конструкция очесывающего адаптера обеспечивает про изводительность агрегата 1,2…1,4 га/ч, снижение приведенных затрат на 57%, удельной металлоемкости на 70%, удельной энергоемкости на 16%.

Основные положения диссертации изложены в следующих рабо тах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Алакин, В. М. Энергетические показатели прицепного очесывающе го адаптера / В. М. Алакин, В. Ю. Савин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2010. - №8. – С. 36-37.

2. Алакин, В. М. Кинематические характеристики однобарабанного очесывающего адаптера / В. М. Алакин, В. Ю. Савин // Тракторы и сельско хозяйственные машины. – 2010. - №11. – С. 7-8.

Публикации материалов конференций:

3. Савин, В. Ю. Этапы создания математической модели зерноубороч ного очесывающего адаптера / В. Ю. Савин, В. Н. Сидоров, В. М. Алакин // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инноваци онной деятельности в ВУЗе. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Том 2. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. – С.

108-109.

4. Савин, В. Ю. Исследование динамики процесса очеса однобарабан ного прицепного адаптера / В. Ю. Савин // Наукоемкие технологии в прибо ро- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в ВУЗе. Ма териалы региональной научно-технической конференции студентов, аспи рантов и молодых ученых. Том 1. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баума на, 2008. – С. 125-126.

5. Савин, В. Ю. Обоснование процесса лопастного метания при проек тировании очесывающего адаптера / В. Ю. Савин // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в ВУ Зе. Материалы региональной научно-технической конференции. Том 1. – М.:

Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009.

6. Алакин, В. М. Разработка рабочего процесса и конструкции одноба рабанного очесывающего устройства / В. М. Алакин, В. Ю. Савин // Исполь зование инновационных разработок НИУ региона для повышения эффектив ности сельскохозяйственного производства: Материалы региональной науч но-практической конференции под ред. В.Н. Мазурова - Калуга: ГНУ Калуж ский НИИСХ Россельхозакадемии, 2010. – С. 74-77.

7. Савин, В. Ю. Построение математической модели потерь зерна при работе прицепного очесывающего адаптера / В. Ю. Савин // Наукоемкие тех нологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятель ности в ВУЗе. Материалы региональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Том 1. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. – С. 131-135.

8. Савин, В. Ю. Исследование инерционно-динамического процесса очеса / В. Ю. Савин // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в ВУЗе. Материалы региональной научно-технической конференции 7-9 декабря 2010 г. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. – С. 319-321.

9. Алакин, В. М. Испытание однобарабанного очесывающего устройст ва в производственных условиях СХА «Колхоз «Маяк» / В. М. Алакин, В. Ю.

Савин, В. И. Еремеев // Научные основы повышения эффективности систем земледелия и животноводства: Труды региональной научно-практической конференции под ред. В.Н. Мазурова - Калуга: ГНУ Калужский НИИСХ Рос сельхозакадемии, 2011. – С. 131-133.

Савин Владимир Юрьевич Обоснование рациональных параметров и режимов работы прицепного очесывающего устройства для уборки зерновых культур Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 28.07. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Печ. л. 1. Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано в Редакционно-издательском отделе Калужского филиала МГТУ им. Н. Э. Баумана 248000, г. Калуга, ул. Баженова, 2, тел. 57-31-