автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Исследование технологического процесса разгрузки и обоснование параметров подъемного элеватора зерноуборочного комбайна

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ МЕХАНІЗАЦІЇ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

(ІМЕСГ У А АН)

УДК 621. 867. 133

ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ РОЗВАНТАЖЕННЯ ТА ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПІДЙОМНОГО ЕЛЕВАТОРА ЗЕРНОЗБИРАЛЬНОГО КОМБАЙНА

05.20.01 - Механізація сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ-2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті механізації та електрифікації сільські

господарства Української академії аграрних на

1996...2000р.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, Сакало Лев Григоровг

Полтавський державний сільськогосподарсм

інститут, професор кафедри машиновикористання виробничого навчання

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітн,

Котов Борис Іванович, Інститут механіза електрифікації сільського господарства УАА

завідувач лабораторії

кандидат технічних наук, старший науков співробітник Єсепчук Микола Іванові

Держдепартамент тракторного

сільськогосподарського машинобудування Украгром: Мінпромполітики України, заступник директора начальник управління науково-технічної політл галузі прогнозування та створення нової техніки

Провідна установа: Національний аграрний університет Міністерсі

аграрної політики України, кафед сільськогосподарських машин, м. Київ

Захист відбудеться “ Л_- ■І/І/Лі.е

_ 2000 року о -/V годині

засіданні спеціалізованої вченої ради 358.01 в ІМЕСГ УААН за адресо 08631, Глеваха Київської області Васильківського району, ІМЕСГ УААН.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці ІМЕСГ УААН адресою: 08631, Глеваха Київської області Васильківського району, ІМЕ( УААН.

Автореферат розісланий

/6.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

року.

/-ГуковЯ. С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми досліджень. Якість транспортування зерна підйомними іеваторами зернової групи комбайнів РСМ-10 “Дон-1500А” та КЗС-9 “Славутич” не дповідас сучасним вимогам: спостерігається неповнота розвантаження та, як її іслідок, — підвищене подрібнення зерна в елеваторі; не враховуються умови роботи т обмолоті маловрожайних культур. Тому вдосконалення підйомного елеватора £ ггуальною проблемою в складі модернізації вітчизняного зернозбирального >мбайна “Славутич”. Ступінь дослідженості тематики дисертації дає змогу безпечити якісну роботу модернізованого підйомного елеватора та складових істем зернової групи з використанням нового комп’ютерного обладнання для [значення кількісних характеристик зернових потоків.

Зв’язок роботи з науковими темами і відповідність паспорту спеціальності, исертацію виконано в ІМЕСГ УААН за темою 02,: “Розробити енегро- та :сурсоощадні технології і комплекси машин для вирощування, збирання, слязбиральної обробки та зберігання урожаю зернових і зернобобових культур, ісінників трав, кукурудзи, соняшника, соі” та по проекту 02.02.Ф “Розробити гханіко-технологічні та технічні основи створення енерго-ресурсозберігаючих собів комбайнового збирання зернових культур на перспективу”. Дисертаційна )бота відповідає вимогам паспорту спеціальності 05.20.01. - Механізація

льськогосподарського виробництва (пункти 1,2,3), який затверджено Президією АК України від 14.10.1998 року № 18-08/7.

Мета роботи полягає у визначенні та обгрунтуванні оптимальних параметрів дйомних елеваторів зернозбиральних комбайнів типу РСМ-10 “ДОН-1500А” та ЗС-9 “Славутич” за умов забезпечення номінальної продуктивності при іанспортуванні зерна з урахуванням особливостей збирання сільськогосподарських 'льтур і повноти відцентрового розвантаження. '

Основні задачі дослідження полягають у наступному:

На основі аналізу теоретичних залежностей, що описують процес взаємодії зерна зі .ребком елеватора під час транспортування та розвантаження, запропонувати адель руху порції зерна та визначити кращі параметри елеватора за умови повноти ццентрового розвантаження для зернозбиральних комбайнів РСМ-10 “Дон-1500А” і КЗС-9 “Славутич”.

Обгрунтувати спосіб, розробити та запропонувати обладнання для практичного ізначення продуктивності підйомного елеватора та дослідження особливостей >боти зернової групи комбайна на збиранні різноманітних сільськогосподарських 'льтур в реальних польових умовах.

Провести лабораторні дослідження для підтвердження можливості використання іладнання по визначенню продуктивності підйомного елеватора на зернозбиральних імбайнах РСМ-10 “Дон-1500А” та КЗС-9 "Славутич”.

Розробити методики використання запропонованого обладнання для наукових >сліджень, виробничих випробувань і експлуатації вдосконалених елеваторів рнозбиральних комбайнів КЗС-9 “Славутич” та РСМ-10 “Дон-1500А”. Використовуючи зернозбиральний комбайн типу РСМ-10 “Дон-1500А” або КЗС-’Славутич”, що оснащено обладнанням для обчислення продуктивності зернового

потоку, як експериментально-польову установку, визначити інтенсивність нерівномірність завантаження підйомного елеватора, а також дослідити особливос транспортування зерна на збиранні різноманітних сільськогосподарських культур.

6. Спроектувати установку та провести експериментальні дослідження по якісн оцінці роботи скребкового підйомного елеватора комбайна. Показником оптимізаі обрати колову циркуляцію зерна - продуктивність зернового потоку в холост частині елеватора. Визначити оптимальні параметри роботи елеватора комбайна швидкість транспортування, сектор відцентрового розвантаження за умови отримані номінальної подачі зерна різноманітних сільськогосподарських культур • підтвердження висновків теоретичних досліджень.

7. Впровадити результати досліджень у виробництво та підрахувати планов» економічний ефект.

Методи досліджень. Для розв’язання поставлених задач застосовано мето; диференційно-інтегрального обчисленім, кореляційного та регресійного аналі: даних. Обладнання для визначення кількісних характеристик зернових поток спроектовано як застосування комп’ютерних технологій на мобільні сільськогосподарських машинах. При розв’язанні диференційних рівнянь теоретичні частини дисертації та проведенні статистичного аналізу експериментальних дані використано ПЕОМ.

Наукова новизна:

1. Одержані теоретичні рівняння взаємодії зерна з поверхнею скребка під ч; розвантаження враховують коливання в ланцюгу елеватора та можуть буї використані при обгрунтуванні кінематичного режиму транспортування, тиг розвантаженій, параметрів вивантажувального отвору, кута нахилу елеватор відносно горизонту.

2. За результатами лабораторних досліджень отримані залежності відображені зернового потоку у вигляді функції від продуктивності транспортування для озим< пшениці, гречки, кукурудзи, гороху, ячменю, соняшника.

3. Розроблені методики експериментальних досліджень, які можуть бут використані для подальшого вивчення та удосконалення технологічного процес транспортування зерна в підйомному елеваторі.

4. За результатами експериментальних досліджень, що проведені на комбайнах РСГ»'

10 “Дон-1500А” одержано математичні моделі відображення комп’ютерної

системою зернового потоку у вигляді лінійних та квадратичних функцій ві продуктивності елеватора, швидкості транспортування, вологості та засміченос зерна озимої пшениці сої, ячменю, гороху, люцерни.

5. За результатами досліджень, що проведені на експериментальній установи обчислені математичні моделі другого порядку колової циркуляції зерна в елеваторі вигляді поверхонь відгуку від швидкості транспортування та величини сектор відцентрового розвантаження для озимої пшениці, соняшника, кукурудзи, гречкі ячменю, гороху, сої.

Практичне значення одержаних результатів. На основі результатів виконали досліджень виготовлені та відкалібровані експериментальні зразки датчикі намолоту зерна для комбайнів РСМ - 10 “ДОН-1500А” таКЗС-9 “Славутич”.

з

Запропоновано два кінематичних режими роботи зернової групи: Пі=300 об/хв, >=360 об/хв (а - швидкість обертання ваіа верхньої привідної зірочки ланцюга зі фебками), збільшення сектора розвантаження підйомного елеватора до 140°, а також эладнання елеватора додатковим направляючим кожухом для врахування вложения натяжного механізму.

Отримані лінійні математичні моделі відображення зернового потоку на виході підйомного елеватора використані при створенні програмного забезпечення щодо означення продуктивності, нерівномірності транспортування та загального намолоту ірна на комбайні КЗС-9 “Славутич” для системи автоматичного контролю та грування заваїггаженням комбайна (САКК) виробництва київського НВО Славутич”, а також нового варіанта - системи С АКР (система автоматичного энтролю та регулювань для КЗС-9-1), виробництва ТОВ НВФ “Монада”.

Встановлено 30 датчиків намолоту зерна - ДНЗ-01 на комбайни КЗС-9-1 Славутич” у складі системи САКК.

Наукова робота була проведена згідно з завданням та на договірній основі між Б “Південне” (м. Дніпропетровськ), НВО “Славутич” (м. Київ), ІМЕСГ УААН "леваха Київської обл.), ВАТ “Херсонські комбайни” (м. Херсон), ТОВ НВФ Монада (м. Херсон) та ТОВ БПФ “Полтвіль” (м. Полтава).

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної пботи отримані самостійно, а саме:

- проведено аналіз якості роботи підйомного елеватора зернозбиральних змбайнів РСМ-10 “Дон-1500А” та КЗС-9 “Славутич” і виявлено недоліки щодо звноти розвантаження та ефективності кінематичного режиму роботи зернової )упи;

- віднайдені математичні моделі руху зерна по скребку елеватора під час дцентрового розвантаження з урахуванням коливань кутової швидкості обертання сребка, що зумовлені коливаннями транспортного ланцюга елеватора;

- обгрунтовано використання нового комп’ютерного обладнання для визначення оодуктивності та нерівномірності проходження зернового потоку при розвантаженні іеватора;

- обгрунтоване місце встановлення комп’ютерного обладнання на комбайнах ЗС-9 та РСМ-10;

- отримані математичні моделі відображення зернового потоку комп’ютерною істсмою від таких факторів, як продуктивність, швидкість транспортування, ісміченість та вологість зерна у вигляді множинної лінійної регресії та поліномів зугого ступеня для озимої пшениці, ячменю, гороху, сої, люцерни. Розрахунки іконані за допомогою ПЕОМ;

- розроблена методика лабораторних і польових досліджень та виробничих іпробувань нового обладнання на комбайнах “Дон” та “Славутич”;

- обірунтовано доцільність варіації кінематичного режиму транспортування ;рна в діапазоні п=300. ..360 об/хв у залежності від умов роботи комбайна;

-запропоновано “від’ємний” кут нахилу повздовжньої осі симетрії елеватора дносно горизонту - 100° за умови оптимізації повноти розвантаження;

- спроектована нова конструкція верхньої частини кожуха елеватора;

- підготовлено рекомендації щодо впровадження у виробництво модернізованог підйомного елеватора та обчислено плановий економічний ефект його використання.

Апробація результатів дисертації. Про основні результат дисертаційної роботи доповідалося на міжнародних науково-технічних конференція) 1-3 жовтня 1996р., ІМЕСГ УААН, с. Глеваха; MICROPROCESSOR SYSTEMS її AGRICULTURE" у Варшавському технічному університеті, Польща, 15-16 червен 1999 року; “Стан та перспективи розвитку механізації сільського господарства н рубежі сторічч” (до 70-річчя з дня заснування факультету механізації сільськог господарства Національного аграрного університету), 20-21 грудня 1999р., НАУ Київ. Робота обговорю-валась на виїзному засіданні президії Української академ аграрних наук, липень 1996р., дослідне господарство “Степне” Полтавської державне дослідної станції УААН, с. Степне Полтавського району Полтавської області; н обласній науково-практичній конференції “Науково-технічний прогрес-основ забезпечення конкурентоспроможності виробництва”, 29 лютого 1996р., м. Полтав: на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького склад Полтавського державного сільськогосподарського інституту в 1996-1999р.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 11 робіт, 5 яких (в тому числі 2 одноосібні)- в фахових виданнях, затверджених “Переліком... ВАК України.

Структура та обсяг роботи. Дисертація, основний зміст якої викладено на 15і сторінках машинописного тексту, складається зі вступу, п’яти розділів, загальни: висновків, бібліографічного списку із 125 найменувань (з них 9 іноземною мовою) т додатків. Загальний обсяг роботи становить 252 сторінки, і містить 79 рисунків, І таблиць та 65 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність проблеми, що досліджувалась визначається наукова новизна та практична цінність отриманих результаті] досліджень і подана коротка характеристика роботи.

У першому розділі “Стан питання та завдання дослідження” наведен; характеристика видів сільськогосподарських культур, що збираються зерновимі комбайнами, визначені їх технологічні властивості з точки зору вдосконаленні методів контролю зернових потоків. Розглянуті основні технологічні потоки, щ< мають місце в комбайні, дана їх характеристика

У найбільш відомих роботах Е.С. Босого, М.І. Кленина, Г.Є. Листопада, Р.Л Зенкова, І.І. Івашкова, Л.Н. Колобкова, Ю.А. Петрена, Ю.І. Михайлова, Л.Д Тищенка, В.І. Святошника та ін. учених розглядаються теоретичні дослідження щод( визначення продуктивності, взаємодії з робочими органами, потужності приводу ті визначення геометричних параметрів елеваторів різних типів.

Щодо крутонахилених та вертикальних елеваторів, то найбільша увал приділялася дослідженням їх роботи при гравітаційному типові розвантаження і умовах промислових підприємств. Робочі органи таких машин подані у вигляді

:овшів, люльок або палиць. Особливості використання елеваторів на мобільних ільськогосподарських машинах розглянуті недостатньо.

На основі аналізу основних елементів щодо виконання умов відцентрового юзвантаження крутонахиленого чи вертикально розташованого скребкового леватора у випадку використання на зернозбиральному комбайні були виділені їх [едоліки, суть яких складається в неповноті розвантаження та, як наслідок, - у [Ідбищєних енергетичних витратах на транспортування та збільшеному ступені іодрібненгог зерна.

Визначені мета та основні задачі наукового дослідження.

У другому розділі “Теоретичні дослідження процесу розвантаження зернового ілеватора комбайна” розглянуто рух порції зерна при відцентровому розвантаженні, ік відносний рух по скребку елеватора.

Відокремимо зернину, або порцію зерна, яка рухається однаково та юзташована біля основи скребка, висотою Ь. Спочатку проаналізуємо варіант із >ертикальним розташуванням елеватора, що має місце на зернозбиральних комбайнах ‘ДОН-1500А” - кут р=0 (рис.1).

Рис. 1. Розрахункова схема сил, що діють на зерно у верхній частині елеватора.

На зернину діють сили: Рин = тгш2 - відцентрова сила інерції; в = пщ - вага зерна; Ркор = 2т\т - сила Коріоліса; N - нормальна реакція поверхні; = )^' сила тертя іернини по скребку від 14; - сила тертя від Ркор; Рпов = кіот - сила опору повітря.

Додатній напрямок руху - рух зерна вгору по скребку під дією сили Рш.

Диференційне рівняння руху у векторній формі прийме вигляд:

т(с12хЛЗі2) - Ри„ + О + Ртр +РТр+ + Рпов, (1)

Підставимо в (1) значення сил, діючих на зернину, тоді:

іг.(с12х/(І12)= гасо2х - кш <1х/&; - 2&псо дхІ& - [mg Со5(я/2-соі)+іпщ 8іп(л/2-ш0]> (2

де: тш2х — сила інерції; кт сіх/сії - проекція сили опору повітря на вісь ОХ

2йш> йхійї - сила опору тертя, що виникає під дією сили Коріоліса; т§ Соз(я/2-со0 ■

проекція сили тяжіння на вісь ОХ; Лгщ 8іп(я/2-огі) - проекція сили тертя на вісь ОХ, = 1§<р - коефіцієнт тертя зерна по скребку.

Загальним розв’язком диференційного рівняння буде сума:

Холі,(І) ^ ^неодн(0* (З

де ХаднО) - загальний розв’язок однорідного рівняння х" +(к+2ґо))х' - со2х =0; хнеодн(1) частковий розв’язок неоднорідного рівняння (3).

Ходй(0 = С1сш + С,еи‘ (4

Позначимо -т—!— = Біп \і/, = Соб ш, тоді:

л/1 + /2 Ф + Ґ

хНЄод (0 = А Соз(о)1-\|/) + В 8іп(сйМ|/) (5

Х11г = С.е^ + С2е>2' + АСоз(соМу) + В 8іп(юІ-ц/) (6

Розв’язком неоднорідного рівняння буде функція: х„=с.дам(22)/(4ш2+(к+2Л,)2)] Со5(оіІ-у>-[(87і+/2 (к/ш+20)/(4 <л2+(к+21 аз)2)]*

*3іп(а>1л|/). (7

Сталі коефіцієнти С| та С2 знаходимо, використовуючи початкові умови руху: Х(0) = г = 0,02м ; Х'(0) = 0 - рух починається зі стану спокою.

(-(к+2/со)/2-(^(к+2/а))2 +4а>2/2))фЗігу/-АСощ/+г)+Аа£іщ/+ВссСоя(/

УІ(к+2/аі)2+4&? ;

({к+2/а)/2-(^](к+2/а>)2 +4&У /2)){ВБіт/г-АСощ/+г)-Ао£іпу/-ВссСощ

2 ,І(к+2/й>)2 +4®2

Коефіцієнт тертя £=0,30...0,50, тобто, і)/= 1,279... 1,107рад., коефіцієнт опор; повітря к =0,07...0,15. Тоді для комбайна РСМ-10 “ДОН-1500А”:

Хзаг =(0.0102.. .0,011)ер7-53-м>81>'+(0,0077.. .0,0057)е(49>866 - 6°і09,'+(0,0034.. .0,00318) *Со5(37,07К1,279...1,107))- (0,0009. ..0,0016)8іп(37,07Ц1,279.. .1,107)) (8

Для комбайна КЗС-9 “Славутич” (рис.1, р*0):

т(<12х/сіР) = тсо2х - кт сіх/А - 2йпш dx/dt - [гп§ Со5(у-оз()+Ст£ 8іп(у-о)1)] (9 Запишемо загальний розв’язок диференційного рівняння (10) у вигляді:

Хз*. = С,еш+ Сге^' + А,Со5(^-шО + В, 8іп(^-юІ). (1С

Для віднайдення С; та С2 використаємо початкові умови:

((к + 2/ш)/2 + (^(к + 2/а>)1 +4а>2 / 2- /4,С<м£ + г) + А^іпд + Д&Оич

-т[(к+2/а>)г +4а>2

п _ ((к + 2/со) / 2 - фк + 2/а>)2 + 4а>2 12)){-В^іп£, - А,Со.^ + г) - Л.яйя^ + В/оСо.^

-тІ(к + 2/а>)2 +4со2 де £ = (/+;', ^g^(/ = 5іпі(//Со5<(/ = 1/Г, тобто і|/ = агсія( 1/0-Якщо р=0, то '{=тЛ, £=к/2-щі; - рівняння (10) перетворюється в рівняння (8). Хім елеваторів комбайнів КЗС-9 “Славутич” рішення запишеться у вигляді:

<заг= (0,0100В...0,01149)е<27.«" гЗДі 4{0,0123...0,01336)е‘(49'8б6- 6009),-(0,001...0,0016) * ■Со5((2,588...2,416)-37,07і)+(0,0034...0,00318)3іп((2,588...2,416)-37,070 (11)

Розглянемо рівняння (1) з урахуванням коливань кутової швидкості ю, природа іких зумовлена коливанням лінійної швидкості ланцюга елеватора:

х" +(к+2йо)х’ - ю2х = g [8іп(ю0 + ГСо5(сдО], (12)

де ш - функція від часу руху - в ю задаємо, як періодичну функцію: а=а+ЬАВ8(СО8(п0), а=37,07*СС«(7і/2)=33.4 с1; т=а=37.07/2*7*1; Ь= Дсо=37.07-3.4=3.67с'1. Маємо неоднорідне диференційне рівняння другого порядку з іереодичними коефіцієнтами. Для вирішення застосуємо метод Лаграюка. Загальну истему рішень шукаємо у вигляді:

Х(і)заг = с10 т+шь, " (13)

де С,(0 та с2(0 - функції від часу 1; гі+г2=СіЄх1,+С2ех2‘, де: С| та С2 - довільні талі; Хі та У.2 ~ функції часу 1. Використовуємо умову методу варіації довільними талими:

| С\(1)С/Ь +С'(0С2е;2' =0

[£(0^7 +с;(0с2(е;л,у =§^и^со&(-уд (14)

Іраховуючи, що ю=а+ЬАВ8[СО8(п0], після спрощення маємо:

?^иГїїС08{бЛ-у)

с,Ч0 = -

С,е

tbnAB^SINjnt)3 + у](к + 2/й>)2+4а

4{k + 2faf+ 4d

g^FcO^at-w)

'■'2W / \

+a/(£+2/ffl)2 +4®2

УІ(к+2/о))г +4w2

:ом диференційного рівняння для РСМ-І0 буде функція:

(0=j-------------------+

" ( . ~ « „о - 2 . _ _

С2е*21

(15)

(16)

tbnABS [S!N(i,t)}^mM=lHM= f іУ(і + 2fm)2 + 4ю2 4(k + 2fm)2 +4 й)2

0,5

0,45

0,4

0.35

0.3

0,25

0,2

0.15

0.1

0.05

0

! 1 1 1 1 1 1 1 1 ! 1

- —■—Найгірші умови розвантаження КЗС - 9 »Найкращі умови розвантаження КЗС • 9 Найгірші умови розвантаження з урахуванням коливань (КЗС-9 —“ Найкращі умови розвантаження з урахуванням коливань (КЗС-

/і

) ( j

9)

А // J

л

-о

Us

і- N N М

Час від початку руху, с/1000

Рис. 2. Діаграма руху порції зерна по скребку елеватора для комбайна РСМ-10

“Дон-1500А”

Рис. 3. Діаграма руху порції зерна по скребку елеватора для комбайна КЗС-9

“Славутич”

-g§+f2COS(at-ir)

tbnABS[siN(nt)]-AfiJ: Щ=+- 8--= + J(k + 2fco)2 +4ш‘

4(k + 2fo>)2 +4ш2

УЛ+С,ехи+

+С2ед-21 (17)

У випадку елеватора комбайна КЗС-9 “Славутич” система рішень (14) буде різнитись видом неоднорідної частини та характером коливань со:

- ЯVI + /25ЖУ(ір +у - /а/)

А",

rrfte'"' +

+ J(k + 2fa)2 +4©2

■J(k + 2f а)2 +4й>2

g<Jl +f2 SlN{y+Г-Ш)

\dt +Схём'

Й/гЛЛфЩ л/)] 4^==8=^=^=^= + ^{k + 2fo)f +4т -J(k + 2fa>)2 + 4«2

+С2е“‘ (18)

Сталі коефіцієнти Cj та С2 віднайдено з урахуванням початкових умов.

За допомогою ПЕОМ обчислюємо значення функції Хзаг у випадку РСМ-10 та КЗС - 9 (рис.2,3). Аналіз останніх засвідчує, що умова повного відцентрового розвантаження зерна не виконується для обох марок машин. Для усунення недоліку потрібно, щоб час руху зерна по скребку з нижньої кромки дорівнював часу проходження скребком сектора розвантаження. Пропонується збільшити сектор розвантаження до140° при швидкості транспортування-300...360 об/хв.

У третьому розділі “Методики експериментальних досліджень зернового потоку” обгрунтовується вибір методу контролю та пропонується обладнання для визначення кількісних характеристик зернових потоків.

Рис. 4. Пристрій для визначення кількісних характеристик матеріалів.

Обладнання складається з датчика генераторного типу та комп’ютера для обробки вихідного сигналу (рис.4). Датчик 1 має три електроди 34, генератор електромагнітних коливань 7, засіб екранування зони контролю 31, підсилювач 10 з мережею зворотного від’ємного зв’язку, детектор 18, а також вихідний блок формування сигналів 29.

Рис, 5. Схема лабораторної установки: 1-рама; 2- високочастотний датчик, що досліджується; 3- вивантажувальна місткість; 4- накопичувальна місткість; 5 -калібрована заслонка; 6 - пускова заслонка; 7-бортовий комп’ютер; 8 - блок живлення; 9 — направляючі датчика для вертикального пересування.

Для обчислення вихідних сигналів із датчика використовувався бортовий комп’ютер “МОГТОМАС”, який був розроблений науковцями України - Сакало Н. Г., Сакало Л. Г., Рихвою В. Я.

Методика проведення лабораторних досліджень розроблена для вивчення особливостей сприймання комп’ютерною системою технологічних характеристик зернового потоку. Схема лабораторної установки подана на рис.5. Отримані експериментальні залежності відображення інтенсивності зернових потоків с.-г. культур від продуктивності транспортування при фіксованій швидкості проходження зони контролю датчика 2 (рис.5) подані нарис.8 .

Експериментально - польова установка запропонована як спеціально обладнаний зернозбиральний комбайн (рис.6). Така пропозиція робить можливим дослідження особливостей проходження зернових потоків в реальних умовах роботи елеватора. При вивченні суттєвості впливу окремих факторів експерименту на вихідні параметри датчиків інші фактори фіксуються за допомогою штучно створених режимів транспортування зерна.

З метою перевірки висновків теоретичних розрахунків розділу 2, щодо особливості руху зерна в зоні розвантаження підйомного елеватора комбайна та для якісної оцінки розвантаження елеватора, була спроектована механізована експериментальна установка, схема якої представлена на рис.7.

и

Рис.6. Схема експериментально - польової установки для дослідження зернових потоків на базі комбайна КЗС-9 “Славутич”: 1 - датчик намолоту зерна; 2 -завантажувальна місткість; 3 - зерновий елеватор; 4 - завантажувальний шнек бункера; 5 - колосовий елеватор; 6 - датчик відхідного продукту; 7 - бортовий інформатор; 8 - молотарка; 9 - похила камера; 10 - кабіна; 11 - контрольна ємність; 12 - моторно - силова установка; 13 -датчик ДЧВ-01; 14 - зерновий бункер; 15 -захисний настил.

Рис.7. Схема механізованої експериментальної установки.

Об’єкт досліджень - скребковий елеватор 1, що встановлено на рамі 2 під утом 75° відносно горизонту, та який має збільшений до 140° сектор відцентрового «звантаження. Зерновий потік 10 за допомогою транспортної магістралі 8 здійснює іух по колу. Бункер 7 обладнано регулятором продуктивності транспортування 6.

Електричне живлення та регулювання обертів двигуна 3 здійснюється від силової шафи 5 через трансформатор 4. Сектор розвантаження змінюється за допомогою заслінки 14. Оівір 13 та ємність 11 використовуються для визначення колової циркуляції в елеваторі 1. Шків 9 - заспокоювач пасової передачі 12.

Четвертий розділ - “Статистичний аналіз результатів експерименту. Виробничі випробування розробленого обладнання”. Перша частина розділу містить аналіз результатів експерименту із вивчення впливу технологічних факторів на відображення зернового потоку запропонованим обладнанням. Розрахунки виконано на ПЕОМ. Отримані лінійні математичні моделі залежної змінної У - відображення зернового потоку, як функції від подачі зерна XI, кг/с та швидкості транспортування Х2, 1/хв мають вигляд: У=1009,63+9,81X1-2,69X2 -для озимої пшениці; У=-155,02+8,794X1+0,442X2 -для сої; У=315,967+9,109X1-0,867X2 -для ячменю; У=50,15+90,495X1-0,13X2 - для люцерни; У=117,44+9,23X1-0,32X2 - для гороху. Після чого проведено обчисленій квадратичних моделей:

для озимоїпшениці:У=312,95-1325,86X1+2,91X2-148,21X3+1790,35X4+1,77Х12+ +3,74X1X2 - 0,01Х22 +0,42X2X3-5,06X2X4+1,17Х42; для сої:У=-305,36+0,399X1X2-33,10X1X4-0,002Х22+0,003X2X3+0,409X2X4-0,69X4*; для ячменю: У=20,08-0,75Х12+1,16X1X3-0,003X2X4-0,12Х32; для гороху: У=15,509-0,448Х12+0,882X1X3-0,0071Х32-0,08X3X4; для люцерни:У=-156.77+154.21Х1-172.73Х12+0,035X2X3+0,117X2X4-3,47X3X4; де ХЗ - вологість зерна, %; Х4 - засміченість зерна, %.

К с; =

С 05

Н я 5 я

я о а. © ю в

§ -З .!3 а

Інтенсивність зернового потоку, кг/с

Рис. 8. Експериментальні залежності відображення продуктивності транспортування при фіксованій швидкості.

зернових потоків від

Порівняння коефіцієнтів багатомірної кореляції та багатомірної детермінації за результатами розрахунків лінійних та квадратичних моделей доводить підвищення точності обчислень, але практичне використання квадратичних виразів ускладнено.

Друга частина досліджень розглядається як отримання за допомогою лінійних моделей відображення потоку кривих завантаження елеватора комбайна на збиранні різноманітних с.-г. культур. На рис.9, рис. 10 подано такі криві при транспортуванні озимої пшениці та люцерни з метою порівняння ступеня завантаження елеватора.

Рис.9. Експериментальна крива завантаження елеватора на збиранні озимої пшениці.

« « . і я 0.08 § 0.0 6 И 0,04 0.0 2 0

в <3- •» * & ^ ^ ^ ,£>к ф 4і #

Час вимірювань,с

Рис. ІО.Експериментальна крива завантаження елеватора на збиранні зерна люцерни.

Третя частина - дослідження по визначенню колової циркуляції зерна 7., г/с в елеваторі, як функції від швидкості транспортування X, 1/с та сектора розвантаження У, градус.

Математичні моделі процесу отримані на ПЕОМ у вигляді квадратичних поверхонь (наприклад, для озимої пшениці - рис. 11) та у вигляді аналітичних залежностей: г=638.892+53.256Х-10.98У-10.288Х2-Ю.392ХУ40.033У2-для озимої пшениці; г=244.112-42.805Х-1.751У+3,098Х2+0.041 ХУ+0.006У2 - для соняшника; г=1109.448-205.223Х-8.026У+12.139Х2+0.5 і 1ХУ+0.02Уг - для кукурудзи;

7=408.127+8.435Х-6.115У-6.429Х2+0.459ХУ+0.01 ЗУ2 - для гречки; 2=1484.657-162.053Х-15.653У+4.932Х'!+0.783ХУ+0.045У2-для ячменю; г=2143.292-345.775Х-18.094У+19.796Х2+0.948ХУ+0.051У2- для гороху; 2=2168.73-356.304Х-17.884У+16.014Х2+1.342ХУ+0.041У2- для сої Проведений статистичний аналіз доводить, що найвигіднішим шляхом покращання умов відцентрового розвантаження елеватора є збільшення сектора У, що підтверджує здобутки теоретичних досліджень розділу 2.

3D Surface Pta (ОЗИМЛ 11ШШІЦЯ KUiVI STA3v*25c) z=638,822+53,2S6*x-10,981*y-W.288*x*x+0,392*x*y+0,033*y*y

ES3 29,834 E3 39,350 C3 48,657 C3 58,383 CH 67,899 CD 77.416 СП 86.932 ES3 96,44-1 Egg 105,965 E23 115,401 .

ВЯ above

Рис.11. Квадратична поверхня відгуку циркуляції Z при транспортуванні озимої

пшениці.

Рис. 12. Схема модернізованої перевантажувальної камери комбайна КЗС-9 “Славутич”: 1-зерновий елеватор; 2-ДНЗ-01; 3 - завантажувальний шнек; Аі - А -збільшений розмір висоти вивантажувального отвору; 5 = уі - у - збільшення сектору відцентрового розвантаження; 4 - додатковий направляючий кожух.

Якщо продуктивність елеватора не перевищує 3 кг/с, то доцільно знизити швидкість транспортування з 360 до 300 об/хв. Модернізована перевантажувальна камера зернової групи показана на рис. 12.

У п’ятому розділі “Впровадження результатів досліджень у виробництво та визначення економічної ефективності використання розробленого обладнання” наведені результати виробничих випробувань модернізованого елеватора та визначена планова економічна ефективність його використання. Встановлено, що застосування розробок дисертаційної роботи дозволяє знизити собівартість зерна на 1-3%, отримати додатковий річний прибуток на один комбайн у розмірі 4500грн (за курсом на серпень 1999р), термін окупності проекту - менше одного року.

Основні висновки

1. Обчислені розв’язки диференційних рівнянь руху зерна по скребку елеватора при розвантаженні показують, що однією з причин колової циркуляції частини зерна є незбалансоване співвідношення параметрів - швидкості транспортування, що визначає час проходження зерна по скребку, та сектора розвантаження, що визначає час проходження скребком зони розвантаження.

2. Кінематичний режим роботи елеватора за виконання умови, щодо повного відцентрового розвантаження при швидкості транспортування в діапазоні: п =

300.. .360 об/хв можна вважати оптимальним, якщо збільшити сектор розвантаження з 90° (РСМ-10 “Дон-1500А”) та 115° (КЗС-9 “Славутич”) до 140 для обох марок машин.

3. Аналіз існуючих конструкцій елеваторів та огляд методів контролю зернових потоків обгрунтовує доцільність використання комп’ютерної системи на базі високочастотних генераторних датчиків для вивчення особливостей технологічного процесу транспортування зерна елеваторами на комбайнах РСМ-10 “Дон-1500А” та КЗС-9 “Славутич” з метою оггпшізашї кінематичного режиму транспортування за умови отримання номінальної проду ктивності зернової групи.

4. Лабораторні дослідження визначають структуру зони чутливості датчиків намолоту зерна ДНЗ-ОІ (для КЗС-9) і ДНЗ-02 (для РСМ-10) та підтверджують їх спроможність відображати кількісні характеристики зернових потоків.

5. Результатами факторного експерименту по визначенню технологічних характеристик зернових потоків, що впливають на структуру електромагнітного поля, є обчислені на ПЕОМ математичні моделі відображення інтенсивності проходження зернового потоку в зоні розвантаження підйомного елеватора комбайна РСМ-10 “Дон-1500А”. Моделі, які отримані у вигляді виразів множинної лінійної регресії, засвідчують: факторами, що впливають на зміну структури високочастотного електромагнітного поля є такі технологічні властивості зернового потоку, як вид с.-г. культури, продуктивність елеватора та швидкість транспортування зерна. А моделі, які подані у вигляді поліномів другого ступеня, є більш точними що до реального процесу та додатково визначають суттєвість впливу на залежну змінну таких факторів, як вологість та засміченість потоку зерна.

6. Лінійні регресійні залежності відображення зернового потоку, трансформовані відносно продуктивності елеватора, рекомендується використовувати при розробці програмного забезпечення автоматичних систем контролю типу САКК або САКР (для КЗС-9-1 “Славутич”) для обчислення продуктивності елеватора та нерівномірності транспортування зерна з метою перевірки якості роботи та діагностування зернової групи комбайна в польових умовах. При цьому, як підтверджують виробничі випробування обладнання, досягається середня точність контролю 5.. .7%. Моделі, що отримані у вигляді поліномів другого ступеню,

забезпечують, у порівнянні з лінійними, більш точний контроль та можуть бути корисними для проведення подальших досліджень тематики роботи.

7. Отримані експериментальні криві зміни за часом продуктивності підйомного елеватора для таких сільськогосподарських культур, як озима пшениця, ячмінь, горох, люцерна та соя визначають, що ступінь завантаження підйомного елеватора знаходиться в діапазоні: 0,1...5,5 кг/с; коливання продуктивності елеватора в реальних умовах роботи комбайна знаходиться в межах ± 0,4 кг/с від середнього значення.

8. Розроблені датчики намолоту зерна ДНЗ-01 та ДНЗ-02 рекомендується розглядати як частину модернізації підйомних елеваторів комбайнів КЗС-9 “Славутич” та РСМ-10 “Дон-1500А”. Контроль кількісних характеристик зернового потоку на виході з підйомного елеватора комбайна РСМ-10 “Дон-1500А” за допомогою запропонованої в роботі нової комп’ютерної системи в дослідному господарстві “Степне” Полтавського району Полтавської області підтвердив ефективність отриманої інформації на площі 510 га.

9. Структура основної частини порції зерна, яку викидає скребок, формується внаслідок перерозподілу цієї порції під дією відцентрових сил, поступового викидання зернових шарів із верхнього ребра скребка та вільного польоту останніх в перевантажувальній камері по настильній траєкторії. Така модель відцентрового розвантаження елеватора представлена теоретичними рівняннями та підтверджена експериментальними дослідженнями.

10. Результати статистичного аналізу багатофакторного експерименту із визначення якості відцентрового розвантаження скребкового елеватора підтверджують теоретичні здобутки розділу 2, щодо причин колової циркуляції зерна. Найвшїдніший шлях покращення умов роботи елеватора в діапазоні зміни швидкості транспортування від 300 до 360 об/хв - збільшення сектору розвантаження до 140° та обладнання верхньої частини додатковим направляючим кожухом для врахування дії натяжного механізму.

11. Встановлено, що зменшення колової циркуляції в елеваторі з 7...10% до 2...3% від загальної подачі зерна дає можливість заощадити 0,075...0,085 кВТ енергетичних витрат на транспортування при продуктивності елеватора 5... 5,5 кг/с.

12. Термін окупності додаткових капіталовкладень на модернізацію підйомних елеваторів комбайнів КЗС-9 “Славутич” та РСМ-10 “ДОН-1500А”, порівняно з базовими моделями відповідних марок, за плановими розрахунками не перевищує 1 року.

Основні публікації за темою роботи

1. Бурлака О.А.Особливості транспортування зерна підйомним елеватором зернозбирального комбайна. // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”, т.У :“Сучасні проблеми механізації сільського господарства”, К.: НАУ, 1999.-С.207-214.

2. Бурлака О. А. Дослідження технологічного процесу проходження зернового потоку в зоні розвантаження підйомного елеватора зернозбирального комбайна. // -Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільського господарства”, т.УІ: “Теорія і розрахунок сільськогосподарських машин”, К.: НАУ, 1999.- С.190-201,

3. Булгаков В. М., Бурлака О. А., Ішенко В. В., Орехівський В. Д. Вплив параметрів транспортних систем зернозбирального комбайна на характер проходження зернових потоків. // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”,т.УІІ, К.: НАУ, 1999.-С.217-223.

4. Булгаков В. М., Бурлака О. А., Падалка В. В., Орехівський В. Д. Безконтактні методи вимірювань в техніці сільського господарства. // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”, т.ГУ, К.: НАУ,1998.-С. 86.

5. Борошок Л. А., Бурлака О. А. Підвищення ефективності використання зернозбирального комбайна шляхом вдосконалення системи контролю намолоту та втрат зерна. // Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції “Перспективи розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу сільськогосподарського виробництва”. Глеваха, 1996.-С. 52.

6. Сакало Л. Г., Бурлака О. А. Впровадження комп’ютерної системи для контролю і управління сільськогосподарськими машинами. // Матеріали обласної науково-практичної конференції ’’Науково-технічний прогрес - основа забезпечення конкурентоспроможності виробництва”. - Полтава, 1996.-С. 46-47.

7. Булгаков В. М., Падалка В. В., Бурлака О. А., Орехівський В. Д. Обладнання та технічці засоби для досліджень технологічних процесів сільськогосподарських машин. // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”.т.ГУ, К.: НАУ, 1998.-С. 175-176.

Анотація

Бурлака О. А. Дослідження технологічного процесу розвантаження та обгрунтування параметрів підйомного елеватора зернозбирального комбайна. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробництва. Інститут механізації та електрифікації сільського господарства Української академії аграрних наук (ІМЕСГ УААН), Київ, 2000р.

Дисертацію присвячено питанням підвищення якості транспортування зерна підйомним елеватором зернозбиральних комбайнів РСМ-10 “ДОН-1500А” та КЗС-9 “Славутич”. У роботі розглянуті основні види існуючих конструкцій вертикальних та крутонахилених елеваторів з точки зору можливості використання на комбайні, проведено аналіз сучасних методів контролю зернових потоків. Виявлені недоліки існуючих конструкцій елеваторів - неповнота відцентрового розвантаження та підвищені енергетичні витрати на транспортування при збиранні комбайнами маловрожайних сільськогосподарських культур. Теоретичні та експериментальні дослідження обгрунтовують та підтверджують пропозицію модернізації підйомного елеватора шляхом збільшення сектору розвантаження до 140°, установлення рухомого направляючого верхнього кожуха та комп’ютерного обладнання для визначення продуктивності і нерівномірності проходження зернового потоку, а також двоступеневого кінематичного режиму роботи зернової групи.

Результати роботи впроваджені у виробництво.

Ключові слова: елеватор, зерновий потік, сектор розвантаження, колова циркуляція.

18

Аннотация

Бурлака А. А. Исследование технологического процесса разгрузки и обоснование параметров подъемного элеватора зерноуборочного комбайна. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства.

Институт механизации и электрификации сельского хозяйства Украинской академии аграрных наук (ИМЭСХ УААН), Киев, 2000г.

Диссертация посвящена вопросам повышения качества транспортирования зерна подъёмными элеваторами комбайнов РСМ-10 «ДОН-1500А» и КЗС-9 «Славутич». Рассматриваемые в работе конструкции элеваторов анализируются относительно специфики эксплуатации на зерноуборочных комбайнах.

Недостатками работы подъёмных элеваторов зерновой группы комбайнов РСМ-10 «Дон-1500А» и КЗС-9 «Славутич» является неполнота центробежкой разгрузки, вследствие чего происходит увеличение энергетических затрат на транспортирование, возрастает степень дроблёного и поврежденного зерна, ускоряется износ рабочих органов элеватора. Не учитываются особенности использования элеваторов на зерноуборочных комбайнах.

Предлагается новый метод получения информации о характеристиках зерновых потоков в элеваторе с помощью высокочастотных генераторных датчиков и бортового компьютера комбайна. Установлены причины кругового циркулирования зерна в элеваторе комбайна.

На основе теоретических и экспериментальных исследований предлагается модернизировать подъёмный элеватор путём увеличения сектора разгрузки до 140°, применением вариатора скорости транспортирования в диапазоне 300...360 об/мин., установкой дополнительного направляющего кожуха в верхней части, а также использования мобильного компьютерного оборудования для определения производительности и неравномерности прохождения зернового потока

Ключевые слова: элеватор, зерновой поток, сектор разгрузки, круговая циркуляция.

The summary

Burlaka А.А. Research of technological uploading process and basis of the combine harvesters lifting elevator parameters. Manuscript.

Ph. D. thesis on specialty 05.20.01 - Mechanization of agricultural production. Institute of agricultural mechanization and electrification under Ukrainian academy of agricultural sciences, Kyiv, 2000.

The thesis is dedicated to the quality improvement problems of seed transporting by RSM-10 "DON-1500A" and KZS-9 "Slavutich" harvesters' lifting elevator. The elevator constructions, that are studied, are analyzed relative to the exploiting specifics on combine harvesters. The new method of getting information about the characteristics of seed flows in elevator is suggested. Basing on theoretical and experimental researches it is suggested to modernize the lifting elevator by increasing the uploading sector to 140°, applying the variator of transporting speed over the range of 300...360 1/min, fitting the additional leading casing and also using the mobile computer equipment for determination of productivity and passing unevenness of seed flow.

Keywords: elevator, seed flow, download sector, cyclical circulation.