автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование конструктивных и технологических параметров активного винтового стеблеподъемника для уборки полеглых хлебов

На правах рукописи

■¿л

у

МАМАЕВ АЛЕКСАНДР ГЕННАДЬЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АКТИВНОГО ВИНТОВОГО СТЕБЛЕПОДЪЕМНИКА ДЛЯ УБОРКИ ПОЛЕГЛЫХ ХЛЕБОВ

Специальность 05 20 01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□0317460 1

Новосибирск 2007

003174601

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Сибирский научно-исстедоватетьский институт механизации и электрификации сетьского хозянства Сибирского отделения российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СибИМЭ СО Россельхозакадемии)

Научный руководитель кандидат технических паук

Александр Васильевич Кузнецов

Официальные оппоненты член-корреспондент РАСХН,

доктор сельскохозяйственных наук Виктор Андрианович Домрачев

кандидат технических наук Владимир Павлович Демидов

Ведущая организация ФГУ Сибирская машиноиспытательная станция

Защита диссертации состоится "2.^ 2007 г в " " часов на заседании

диссертационного совета Д-1120 ГНУ Сибирский научн0-исслед0ва1сльскин институт механизации и электрификации сетьского хозяйства (СибИМЭ) по адресу 630501, СибИМЭ, р п Краснообск, Новосибирский район, Новосибирская область, Россия

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета

Автореферат разослан сентл^гш г

Ученый секретарь диссертационного совета х^у

кандидат технических наук НН Назаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Удовлетворение возрастающих потребностей населения в продуктах питания, промышленности - в сырье, животноводства - в концентрированных кормах требует постоянного увеличения валового сбора зерна

Одним из важнейших резервов увеличения производства зерна является сокращение его потерь при уборке, которые часто превышают прибавки, полученные за счет применения отдельных агротехнических приемов Потери урожая зерна существенно зависят от применяемых в технологии уборки машин и соответствия их рабочих органов выполняемому технологическому процессу Особенно большие потери (25-30%) наблюдаются при уборке полеглых зерновых культур, которые занимают значительные площади не только в Сибири, но и в фугих зонах страны

В связи с этим исследования технологического процесса уборки полеглых зерновых культур имеют важное народно-хозяйственное значение

Данная работа посвящена совершенствованию технологического процесса скашивания полеглых зерновых культур путем применения винтового стеблеподъемника и обоснованию технологической схемы, кинематических и конструктивных параметров винтового стеблеподъемника

Исследования по теме выполнялись в соответствии с госзаданием Сибирского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства (тема Разработать технологические схемы новых технических средств для уборки зерновых и технических культур) и соответствуют специальности 05 20 01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Цель исследований. Повышение качества уборки путем применения винтового стеблеподъемника при скашивании полеглых зерновых культур, обеспечивающего качество уборки в соответствии с агротребоваииями

Объект исследований Технологический процесс скашивания полеглых зерновых культур жаткой с винтовыми стеблеподъемниками

Предмет исследований Закономерности взаимодействия винтового стеблеподъемника с полеглым стеблестоем зерновых культур

Научная новизна Установлены закономерности технологического процесса взаимодействия при скашивании стеблей зерновых культур различной степени полеглости с помощью винтового стеблеподъемника, дано обоснование конструктивных параметров и режимов работы винтового стеблеподъемника Новизна технического решения подтверждена получением патента Достоверность основных результатов исследовании подтверждается при достаточном числе повторностей опытов обработкой опытных данных с применением методов математической статистики и корреляционного анализа

Практическая ценность и реализация результатов исследований Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке исходных требований на разработку винтовых стеблеподъемников для уборки полеглых зерновых культур Материалы исследований переданы Назаровскому фичиалу ОАО «Красноярский завод комбайнов» для изготовления

опытного образца винтовых стеблеподъемников В 2005-2006 гг проведены приемочные испытания в ФГУ Алтайская МИС, по результатам испытаний рекомендовано изготовить опытную партию

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научных конференциях Сибирского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства, Новосибирского государственного аграрного университета и Сибирского научно-исследовательского института сельского хозяйства в 2004-2006 гг

Публикации По теме исследований опубликовано 6 работ Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из шести глав, общих выводов, списка литературы из 110 наименований и 2 приложений Работа изложена на 120 страницах, из них 17 таблиц и 27 рисунков

На защиту выносятся принципиальная конструктивно-технологическая схема винтового стеблеподъемника к жатке, зависимости взаимодействия рабочих органов стеблеподъемника с полеглыми стеблями зерновых культур, конструктивные и технологические параметры винтового стеблеподъемника для уборки полеглых хлебов

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы

В первой главе дана характеристика существующих способов и технических средств для уборки полеглых зерновых культур

При уборке зерновых культур сплошной полеглости жатвенным агрегатам приходится работать в одном направлении против полеглости, чго снижает их производительность на 25- 30%

С целью сокращения потерь урожая и повышения производительности труда при уборке полеглых зерновых культур в хозяйствах Сибири рекомендуются различные конструктивные решения по переоборудованию режущих аппаратов жаток и рабочих органов мотовила

Проведенные в полевых условиях исследования рабочего процесса жагок при скашивании полеглых зерновых культур показали, что для снижения потерь урожая зерна необходимо, чтобы рабочие органы мотовила и технологические регулировки обеспечивали подъем полеглых стеблей над линией среза, подвод их к режущему аппарату, очистку его после среза и доставку срезанных стеблей на платформу жатки Наиболее значительные исследования в этом направлении проведены Н Е Авдеевым, И Ф Василенко, М Н Летошневым, О А Клия, С В Башкировым, Г Д Тереховым, А Д Логиным

Установлено, что при скашивании полеглых зерновых культур существующими жатками не удается произвести качественный срез, а конструкшвные параметры рабочих органов мотовила не в полной мере удовлетворяют требованиям выполнения технологического процесса Чтобы решить эту проблему, В И Морозовым, Г Е Чепуриным, П П Шибильбейном, А В Кузнецовым проведены згтчительные работы по определению оптимальных вариантов приспособлений к жаткам для уборки полеглых хлебов

Один из таких способов заключается в подъеме полеглых стеблей зерновых культур и подаче их на режущий аппарат винтовыми стеблеподъемниками

Исходя из анализа известных работ, обоснована цель исследования, которая предусматривает повышение качества уборки полеглых зерновых культур путем применения винтового стеблеподъемника

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи

1 Выявить особенности технологического процесса взаимодействия винтового стеблеподъемника с полеглыми стеблями зерновых культур

2 Обосновать конструктивные параметры и режимы работы винтового стеблеподъемника при скашивании полеглых зерновых культур

3 Определить эксплуатационно-технологические показатели работы жатки, оборудованной винтовыми стеблеподъемниками, при скашивании полеглых зерновых культур

4 Оценить экономическую эффективность жатки с винтовыми стеблеподъемниками

Во второй главе, в соответствии с поставленными задачами, рассмотрены особенности технологической схемы и обоснованы конструктивные параметры и кинематические режимы работы винтового стеблеподъемника (рисунок 1)

Основными конструктивно-технологическими и кинематическими параметрами винтового стеблеподъемника являются

п - частота вращения ротора стеблеподъемника, об/мин, Я - шаг спирали винта, м,

/ъ - высота установки наконечника спирали от поверхности поля, м,

- вынос носка наконечника относительно режущего аппарата, м, а - угол наклона оси ротора стеблеподъемника, град , О - диаметр спирали винта по наружному контуру шнека, м, с{ - диаметр спирали по внутреннему контуру шнека, м

Рисунок 1 - Конструктивно-технологическая схема винтового стеблеподъемника

Наиболее существенное влияние на процесс работы винтового стеблеподъемника оказывает его кинематический режим, т е частота вращения ротора стеблеподъемника При работе стеблеподъемника каждый элемент ротора совершает сложное движение (рисунок 2), при котором серповидный наконечник ротора выполняет вращательное движение относительно оси привода ротора и поступательное вместе с перемещением комбайна по полю При этом абсолютное движение материальной точки в пространстве определяется уравнением

x2+f+z2=f (1)

где х, у, z - координаты точки Мротора в пространственной системе координат,

I - координаты абсолютной траектории Как следует из рисунка 2, при равномерном вращательном движении точки М в плоскости хоу с угловой скоростью со и одновременно поступательном движении точки М вдоль оси z со скоростью VK координаты точки определяются в параметрической форме следующими выражениями

x=R cos cot, y=R sin mt, z= VK t (2)

Vk

в абсолютном движении

Тогда уравнение (1) представляется в следующем виде

R2 sin2 cot +R2 cos2«/ + Vk t2 = £ (3)

Учитывая, что sin'to/ + cos2«t - 1,

представим уравнение абсолютного движения точки Мротора в виде

R1 + V 2 t2 = t2 (4)

Данное уравнение представляет собой траекторию точки М ротора стеблеподъемника в абсолютном движении, являющуюся винтовой линией с шагом

При заданных значениях конструктивных параметров стеблеподъемника (R) и кинематических режимов относительного движения (со) и поступательного (К), подставляя в уравнение (4) t= (р/со, co=U/R,

где to- угловая скорость ротора, рад/с, ^-угол поворота ротора, рад , U - окружная скорость наконечника, м/с, R - радиус ротора, м, Кд - скорость комбайна, м/с, получим уравнение абсолютного движения наконечника стеблеподъемника в виде

Л2(1+ V 2<р21U2)=l2 (5)

Принимая отношение VJU в качестве показателя кинематического режима Я получим

R2(\ +Л2 д>2)=£2 (6)

Приведенное уравнение определяет параметры траектории при заданных значениях радиуса ротора и соотношениях скоростей относительного и переносного движений ротора стеблеподъемника

При повороте ротора на один полный оборот (<р=2ж) уравнение(б) примет вид

Л2(1+4тГ Л2)={2т„х (7)

Траектория движения точки М(см рисунок 2), в соответствии с уравнением (7), представляет собой винтовую линию с шагом S и может определяться по формуле

5 = V/2-/?2 (8)

Подставляя значение в формулу (8) и проведя преобразования,

определяем шаг спирали траектории любой точки стеблеподъемника при заданных конструктивных и кинематических параметрах

S=2nRVJU (9)

Учитывая, что со=2кп/60 и а>=и/Я, то 2жп/60=и/Я откуда п=60и/2лЯ

Заменяя и=У/Л, получаем зависимость частоты вращения стеблеподъемника от скорости движения комбайна

30 Vь

(Ю)

лЯЛ '

где п - частота вращения стеблеподъемника, об/мин"1, Ук - поступательная скорость комбайна, м/с, Я - радиус серповидного наконечника стеблеподъемника, м После перевода поступательной скорости комбайна Ук в размерность км/ч зависимость (10) примет вид

30 V.

= 2,6

ЯЛ

3,6 Лл Я " ял

На основании приведенных выше закономерностей рассмотрено взаимодействие рабочих элементов винтового стеблеподъемника со стеблестоем скашиваемых зерновых культур Графоаналитическим построением получена схема взаимодействия стеблеподъемника при горизонтальном расположении оси ротора и фазы взаимодействия серповидного наконечника со стеблями растений

Как видно из рисунка 3, при повороте ротора на угол от 0 до ж (0-180°) его серповидный наконечник совершает холостой ход Активная фаза взаимодействия серповидного наконечника со стеблем происходит при нижнем его расположении, т е при угле поворота ротора от ж до 2ж (180-360°), обозначенная на схеме в виде заштрихованной зоны (абсолютная траектория от точки А до точки В)

Рисунок 3 - Схема фаз взаимодействия стеблеподъемника со скашиваемым стеблестоем

В процессе скашивания зерновых культур стеблеподъемник перемещается поступательно вместе с комбайном со скоростью Ук Из рисунка 2 видим, что шаг спирали определяется только отношением поступательной скорости комбайна Ук к окружной скорости ротора и зависимость (8) На основании зависимостей (7) и (9) в таблице 1 приведены расчетные значения величины поступательного перемещения стеблеподъемника при различных углах поворота ротора в зоне его активной части процесса (от яг до 2ж)

Таблица 1 - Длина пути, проходимого комбайном при отношении поступательной скорости комбайна и окружной скорости наконечника ротора _и углах поворота ф стеблеподъемника__

К/ис <р=2л Ф=п (р=к! 2 <р=п/3 <В = 7Г/6

/ Л {■> 52 А и 54

1 1,977 1,953 1,022 0,973 0,577 0,487 0,449 0,325 0,350 0,162

0,85 1,821 1,794 0,949 0,897 0,545 0,449 0,431 0,300 0,344 0,150

0,75 1,713 1,682 0,898 0,843 0,523 0,421 0,419 0,282 0,340 0,141

0,65 1,599 1,569 0,844 0,785 0,500 0,392 0,406 0,262 0,336 0,131

0,55 1,476 1,443 0,786 0,722 0,476 0,361 0,393 0,241 0,333 0,120

0,45 1,342 1,609 0,723 0,653 0,450 0,326 0,379 0,218 0,329 0,109

0,35 1,192 1,151 0,654 0,576 0,423 0,288 0,365 0,192 0,325 0,096

0,1 0,689 0,615 0,437 0,308 0,346 0,154 0,327 0,103 0,314 0,051

При взаимодействии с полеглыми стеб!ями, расположенными ниже средней линии х-х, фаза активного процесса захвата стеблей снижается и может находиться в меньшем диапазоне угла поворота ротора, например от 4/Зл-до 5/3к

Исходя из указанных соотношений, нами определено значение коэффициента активного действия стеблеподъемника, равного отношению угла поворота ротора в активной фазе взаимодействия стеблеподъемника (в радианах) к углу полного поворота ротора за один цикл (2ж) В таблице 2 приведены расчетные значения коэффициента активного действия стеблеподъемника в зависимости от различных фаз его взаимодействия со скашиваемым стеблестоем

Таблица 2 - Коэффициенты активного действия стеблеподъемника

Я к лг/2 ж/3 тг/6

31 /

1 0,498 0,249 0,166 0,0829

0,85 0,500 0,250 0,167 0,0836

0,75 0,501 0,250 0,168 0,0838

0,65 0,500 0,249 0,167 0,0835

0,55 0,500 0,250 0,167 0,0832

0,35 0,500 0,249 0,167 0,0834

0,1 0,500 0,250 0,167 0,0829

В таблице 3 приведены расчетные значения окружной скорости наконечника стеблеподъемника в зависимости от поступательной скорости комбайна при различных значениях показателя Я

Таблица 3 - Окружная скорость стеблеподъемника

К„,м/с и=Ук/Ь

1 0,85 0,75 0,65 0,5 0,35

1,0 1,0 1,17 1,33 1,54 2,0 2,85

1,5 1,5 1,76 2,0 2,30 3,0 4,29

2,0 2,0 2,35 2,67 3,07 4,0 5,71

2,5 2,5 2,94 3,33 3,85 5,0 7,14

3,0 3,0 3,52 4,0 4,62 6,0 8,57

Частота вращения стеблеподъемника рассчитана по формуле (11) для определенной скорости комбайна и приведена в таблице 4

Таблица 4 - Частота вращения стеблеподъемника (об/мин) в зависимости от скорости движения комбайна при различных значениях Л

Ук Я

0,2 0,22 0,25 0,3 0,32 0,35 0,38

1,8 72 65 58 48 45 41 38

3,6 144 131 115 96 90 82 76

5,2 208 189 166 139 130 119 109

7,2 288 262 230 192 180 165 152

8 320 291 256 214 200 183 168

На рисунке 4 показаны зависимости частоты вращения стеблеподъемника от показателя кинематического режима Я при разных скоростях движения комбайна

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Л

Показатель кинематического режима

Рисунок 4 - Зависимости частоты вращения стеблеподъемника от показателя кинематического режима

При проведении лабораторно-полевых опытов экспериментальным путем был установлен оптимальный режим работы стеблеподъемника в диапазоне показателя кинематического режима А от 0,2 до 0,38, при котором обеспечивается качество скашивания зерновых культур в соответствии с агротребованиями.

На основании этих данных на рисунке 5 показана зависимость частоты вращения стеблеподъемника от поступательной скорости комбайна в зависимости от полеглости стеблей.

х 350

к I 300

§ О

I § 250

з *

р 2 150

Р ч:

§ 1 юо

Т 50 Й 0

1,8 3,6 5,4 7,2 VK

Скорость движения комбайна,км/ч

Рисунок 5 - Зависимости частоты вращения стеблеподъемника от скорости движения комбайна

Полеглость 80%

Полученные зависимости определяют диапазон изменения частоты вращения требуемый для оптимальной работы стеблеподъемника при разных условиях уборки.

В третьей главе представлены программа и методика экспериментальных исследований, которые составлены в соответствии с поставленными задачами. Дано описание экспериментального образца винтовых стеблеподъемников, устанавливаемых на серийную жатку вместо эксцентрикового мотовила при скашивании полеглых зерновых культур, а также применяемые приборы и оборудование для проведения исследований.

Программой полевых исследований предусматрив&чи: выявление влияния кинематических параметров стеблеподъемника на качество скашивания, ; определение влияния кинематического режима работы винтового стеблеподъемника на потери зерна за жаткой, проведение сравнительных испытаний работы жаток, оборудованных винтовыми стеблеподъемниками и серийным мотовилом, оценку экономической эффективности.

Для изучения технологического процесса, выполняемого винтовым стеблеподъемником, использовали опытный образец блока винтовых стеблеподъемников (рисунок 6), устанавливаемый на жатку вместо мотовила.

Частота вращения стеблеподъемников изменяется с помощью вариатора жатки в пределах 90-260 об/мин, высота установки наконечников стеблеподъемников относительно поверхности поля в пределах 0-75 см регулируется с помощью гидроцилиндров подъема мотовила, скорость движения агрегата по полю изменяется в пределах 1,8-7,4 км/ч с помощью вариатора ходовой части комбайна.

Необходимая частота вращения устанавливается в соответствии с расчетными значениями по таблице 4 и контролируется тахометром.

При исследовании работы жатки с винтовыми стеблеподъемниками определяются: потери зерна (срезанным и несрезанным колосом, свободным зерном), средняя высота среза стерни, коэффициент вариации высоты стерни.

••.....»¡ом

' ' ; - ■

' ЦЙЙ

Рисунок 6 — Блок винтовых стеблеподъемников

Полученные данные обработаны с применением компьютера и использованием методов математической статистики

В четвертой главе рассматриваются результаты экспериментальных исследований, и дается их анализ Дчя подтверждения результатов теоретических исследований и определения качества скашивания, согласно разработанной методике представленной в гл 3, экспериментальные исследования проведены в полевых условиях при скашивании зерновых культур различной степени полеглости

Приведенные на рисунке 7 зависимости показывают, что на всех уровнях полеглости имеется оптимальное значение X по критерию потерь

Показатель кинематического режима

Рисунок 7 - Зависимости потерь зерна за жаткой от показателя кинематического режима

Как следует из рисунка 7, оптимальное значение показателя кинематического режима, соответствующее минимуму потерь, находится в пределах 0,2-0,3 для прямостоящего стеблестоя и 0,15-0,2 для уровня высокой полеглости

При работе жатки в оптимальном режиме и оптимальных значениях кинематического режима стеблеподъемников потери зерна за жаткой не превышают 1,5% Объясняется это тем, что вся порция стеблей, поднятая над линией среза, поддерживается в момент среза и доставляется на платформу жатки спиралями стеблеподъемников после среза

При отклонении режима работы лажи от значений А более 0,3 в сторону увеличения, когда частота вращения стебленодьемников не соответствует скорости

движения комбайна, происходит отталкивание стеблей стеблеподъемниками от режущего аппарата и, как следствие, наблюдается возрастание потерь зерна.

Высота скашивания и ее оценка коэффициентом вариации высоты стерни с изменением скорости движения комбайна при оптимальном, значении А. и направлении движения агрегата по полеглости и против полеглости изменяется несущественно. Приведенные на рисунке 8 корреляционное поле точек и полученные по ним регрессионные зависимости показывают, что при изменении скорости движения комбайна в пределах 1,8-7,2 км/ч средняя высота скашивания в опытах стабильно находится в пределах 11-13 см, а коэффициент вариации высоты стерни составляет 16-18%, что отвечает агротребованиям. Суммарные потери зерна срезанным и несрезанным колосом в этом случае также находятся в пределах, допускаемых агротребованиями при уборке полеглого хлеба (1,5%).

V, % Нст, см

Скорость движения комбайна

Рисунок 8 - Зависимости показателей качества скашивания от поступательной скорости комбайна. Условные обозначения: О — коэффициент вариации высоты стерни по полеглости, %; А — коэффициент вариации высоты стерни против полеглости, %; 13 — среднее значение высоты стерни, см

В пятой главе представлены результаты сравнительных испытаний жатки с винтовыми стеблеподъемниками в производственных условиях.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований ГНУ СибИМЭ совместно с Назаровским филиалом ОАО «Производственное объединение Красноярский завом комбайнов» и Сибирским инвестиционным

торгово-промышленным союзом разработан и изготовлен опытный образец жатки с винтовыми стеблеподъемниками для уборки полеглых зерновых и зернобобовых культур в условиях Сибири (рисунок 9).

Рисунок 9 - Жатка с винтовыми стеблеподъемниками

Испытания опытного образца жатки с винтовыми стеблеподъемниками проводились на полях опытного хозяйства ФГУ Алтайская МИС на полеглой и прямостоящей яровой пшенице по ОСТ 108.1-99 в сравнении с серийной жаткой ЖКН-5КП, оборудованной эксцентриковым мотовилом и используемой в качестве эталона.

В целях изучения возможностей новой машины лабораторно-полевые опыты проводились на скоростях агрегата 1,8-7,2 км/ч. Скорость изменялась с помощью вариатора ходовой части комбайна. Перед началом каждого опыта частота вращения стеблеподъемников устанавливалась вариатором оборотов привода мотовила и блока сменных звездочек при оптимальных значениях отношения скорости комбайна к окружной скорости стеблеподъемника Х=0,22 и контролировалась перед началом опыта тахометром часового типа Т4-10Р.

Качество скашивания зерновых культур оценивалось коэффициентом вариации | высоты стерни и потерями зерна за жаткой. Обработка экспериментальных данных ' статистическими методами показывает, что при скашивании полеглого хлебостоя жаткой с винтовыми стеблеподъемниками высота стерни и коэффициент вариации высоты стерни стабильны при изменении скорости движения комбайна в пределах 1,8-7,2 км/ч.

Сравнительные агротехнические показатели работы жаток с винтовыми стеблеподъемниками и эксцентриковым мотовилом приведены в таблице 5 и показывают, что при соблюдении оптимального кинематического режима стеблеподъемников на скашивании сильно полеглых зерновых культур (яровой | пшеницы) жатка с винтовыми стеблеподъемниками удовлетворяет требованиям , технического задания при скоростях движения комбайна от 3,3 до 4,8 км/ч. На

уборке полеглого хлебостоя потери зерна при скорости движения 3,3 км/ч в 3,2 раза, при скорости 4,8 км/ч - 5,6, а при скорости 7,4 км/ч - 4,4 раза меньше по сравнению с жаткой с серийным мотовилом.

При скорости движения жатки 7,4 км/ч потери зерна несколько превышают допустимые, однако они приемлемы для сложных условий уборки

Энергетическая оценка жаток с винтовыми стеблеподъемниками и серийным мотовилом проведена совместно с агрооценкой При одинаковых скоростях движения сравниваемых жаток удельный расход топлива у жатки с винтовыми стеблеподъемниками на 0,5-1 % выше по сравнению с серийной

Таблица 5 - Агротехнические показатели работы жаток на скашивании _ полеглой яровой пшеницы_

Значение показателя

Показатель по ТЗ по данным испытаний на яровой

пшенице

испытываемая базовая машина

машина

1 2 3 4 5 6 7 8

Дата и место проведения оценки 02 09 06 Алтайская МИС 02 09 06 Алтайская МИС

Состав агрегата Зерноубороч ные комбай- ЖКН-5КП с винтовыми стеблепо- ЖКН-5КП с серийным мотовилом

ны всех модификаций дъемниками + Енисей-1200-1 + Енисей-1200-1

Скорость движения, км/ч От 3,6 до 7,2 3,3 4,8 7,4 3,1 4,8 7,7

Пределы регулирования стеблеподъемников по частоте вращения, мин по высоте, мм От 90 до 300 50-500 150 65 230 65 250 65

Положение вала мотови-

ла относительно спинки

ножа режущего аппарата по высоте, мм по ходу движения, мм Нет данных Нет данных 830 440 830 440 830 440

Частота вращения вала мотовила, мин Нет данных 21 32 45

Высота среза установочная, см средняя фактическая, см коэффициент вариации,% От 5 до20 Нет данных 20, не более 15,0 15,2 12,9 15,0 16,5 17,0 15.0 18.1 18,9 15,0 17,4 15,2 15,0 18,2 17,6 15,0 19,7 19,5

Потери несрезанным колосом срезанным колосом свободным зерном всего 0,7 0,52 0,1 1,32 0,76 0,6 0,13 1,49 1,2 1,15 0,18 2,53 1,4 2,79 1,4 4,2 3,9 4,4 0,7 8,3 5,1 4,8 I,3 II,2

Ширина захвата, м 5,0 4,87 4,85 4,85 4,87 4,85 4.84

В шестой главе приведены расчеты показателей экономической эффективности применения винтовых стеблеподъемников для скашивания полеглых зерновых культур

В качестве объекта сравнения принята серийная жатка ЖКН-5КП оборудованная эксцентриковым мотовилом

Оценка эффективности результатов исследования проводится в соответствии с методикой определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники, а также с учетом особенностей, указанных в руководящем документе по испытанию уборочной техники

Жатка, оборудованная винтовыми стеблеподъемниками, позволяет повысить производительность, качество работы при скашивании полеглых зерновых купьтур и значительно снизить потери зерна За счет этого годовой экономический эффект составляет 35604,9 руб (в ценах на 1 декабря 2006 г )

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Технологический процесс взаимодействия винтового стеблеподъемника с полеглыми стеблями зерновых культур принципиально отличается от работы мотовила Абсолютная траектория рабочего элемента винтового стеблеподъемника, в отличие от плоской трохоиды планки мотовила, представляет собой пространственную винтовую спираль, параметры которой зависят от соотношения окружной скорости стеблеподъемника и поступательной скорости комбайна

2 Выявлены зависимости частоты вращения винтовою стеблеподъемника от скорости движения комбайна Прн изменении скорости комбайна от 1,8 до 7,2 км/ч диапазон частот вращения составляет 90-275 об/мин

3 Графоаналитическим nocí роением обоснована схема воздействия винтового стеблеподъемника на полеглые стебли зерновых культур

4 Определены активные фазы взаимодействия наконечника стеблеподъемника с полеглыми стебпями зерновых кулыур

- активное взаимодействие со стеблестоем происходит при нижнем расположении серповидного наконечника стеблеподъемника, при повороте на угол от я до 2л (от 180 до 360°),

- холостой ход наконечник стеблеподъемника совершает в фазах поворота на угол 0 до к (от 0 до 180°)

5 Экспериментально определены оптимальные значения показателя кинематического режима X Для скашивания зерновых культур полеглости свыше 75% X составляет 0,15 - 0,2, а при меньшей полеглости 1=0,25-0,3

6 Определены эксплуатационно-технологические показатели работы жатки с винтовыми ст еблеподъемниками

- производительность за время основной работы при допустимом уровне потерь зерна составляет 2,33 га/ч,

- расход топлива за время основной работы - 15 кг/ч, примерно такой же, как у латки с эксцентриковым мотовилом,

- общие потери за жаткой с шиповыми стеблеподьемникамн при скашивании полеглого хлебосюя на скоростях от 3,3 до 4,8 км/ч не превышают допустимых по

агротребованиям (1,5%) и в 3,3-5,6 раз меньше, чем за жаткой, оборудованной эксцентриковым мотовилом

7 Проведена оценка экономической эффективности применения жатки с винтовыми стеблеподъемниками по сравнению с серийной жаткой, оборудованной эксцентриковым мотовилом Годовой экономический эффект от применения модернизированного варианта жатки с винтовыми стеблеподьемниками составляет 35604,9 руб

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах-

1 Мамаев А Г Теоретическое обоснование кинематических режимов винтового стеблеподъемника для уборки зерновых культур/ А Г Мамаев, А В Кузнецов // Инженерно-техническое обеспечение технологических процессов сельскохозяйственного производства Сб науч тр /РАСХН Сиб отд-ние ГНУ СибИМЭ - Новосибирск, 2006 -С 57-65

2 Кузнецов А В Обоснование частоты вращения винтового стеблеподъемника жатки для уборки полеглых хлебов/ А В Кузнецов, А Г Мамаев // Современные и перспективные технологии в АПК Сибири материалы Междунар науч-практ конф (Новосибирск, 8-9 июня 2006 г ) / Новосиб гос аграр ун-т - Новосибирск, 2006 - С 18-19

3 Мамаев А Г Обоснование частоты вращения винтового стеблеподъемника жатки для уборки полеглых хлебов / А Г Мамаев // Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых тр II Междунар науч -практ конф молодых ученых (20-21 апр 2006 г, пос Краснообск) / РАСХН Сиб отд-ние -Новосибирск, 2006 - С 578-581

4 Мамаев А Г Обоснование выбора частоты вращения винтового стеблеподъемника при скашивании полеглых зерновых и зернобобовых культур / А Г Мамаев // Молодые ученые - аграрной науке материалы междунар конф молодых ученых (г Омск, 11-12 июля 2006 г ) / РАСХН Сиб отд-ние СибНИИСХ Кокшетауский гос ун-т им Ш Уалиханова - Омск ООО «Издат -полиграф центр "Сфера"», 2006 - С 206-210

5 Мамаев А Г Результаты сравнительных испытаний жатки ЖШУ-5 с винтовыми стеблеподъемниками / А Г Мамаев // Инженерно-техническое обеспечение технологических процессов в агропромышленном комплексе Сибири Сб науч тр/РАСХН Сиб отд-ние ГНУ СибИМЭ - Новосибирск, 2007 - С 27-38

6 Мамаев А Г Уборка полеглых зерновых культур жаткой с винтовыми стеблеподъемниками / А Г Мамаев // Сиб вести с -х науки №9 - Новосибирск, 2007-С 117-120

Подписано в печать 17 09 2007 г Формат 60x84 '/,„ Печ п 1,0 Тираж 100экз Заказ №335

ООО 1ПТФ «Агрос» 630501, Новосибирская обтасть, пос Краснообск

Введение.

1 Состояние вопроса, постановка цели и задач исследования.

1.1 Агротехнические требования при скашивании полеглых зерновых культур.

1.2 Анализ конструктивных особенностей рабочих органов и приспособлений к жаткам для уборки полеглых зерновых культур.

1.3 Постановка цели и задач исследования.

2. Теоретические предпосылки к обоснованию конструктивно-технологических параметров рабочих органов винтового стеблеподъемника.

2.1 Кинематические режимы элементов винтового стеблеподъемника.

2.2 Анализ взаимодействия винтового стеблеподъемника с прямостоящим и полеглым стеблестоем.

2.3 Номограмма для определения кинематического режима винтового стеблеподъемника.

3 Программа и методика экспериментальных исследований.

3.1 Программа исследований.

3.2 Экспериментальные рабочие органы винтового стеблеподъемника.

3.3 Методика проведения экспериментальных исследований жатки с винтовыми стеблеподъемниками.

3.4 Методика определения характеристики полеглых зерновых культур.

3.5 Методика определения влияния кинематического режима работы винтового стеблеподъемника на качественные показатели скашивания полеглых зерновых культур.

3.6 Методика измерения, отбора и обработки проб при определении качества работы жатки с винтовыми стеблеподъемниками.

3.7 Методика оценки эксплуатационно-технологических показателей жатки с винтовыми стеблеподъемниками.

3.8 Методика оценки экономической эффективности уборки полеглых зерновых и зернобобовых культур с помощью винтового стеблеподъемника.

4 Результаты экспериментальных исследований работы жатки с винтовыми стеблеподъемниками.

4.1 Условия проведения экспериментальных исследований.

4.2 Результаты исследований влияния кинематического режима работы винтового стеблеподъемника на качественные показатели процесса скашивания полеглых зерновых культур.

5 Результаты сравнительных испытаний работы жаток с винтовыми стеблеподъемниками и эксцентриковым мотовилом.

6 Определение эффективности основных результатов исследований.

Выводы.

Удовлетворение возрастающих потребностей населения в продуктах питания, промышленности в сырье, животноводстве в концентрированных кормах, требует постоянного увеличения валового сбора зерна.

Решающая роль при этом отводится внесению в почву удобрений, мелиорации земель, внедрению прогрессивной технологии возделывания и уборки зерновых культур.

Одним из важнейших резервов увеличения производства зерна является сокращение потерь его при уборке, которые часто превышают прибавки, полученные за счет применения отдельных агротехнических приемов. Потери урожая зерна существенно зависят от применяемых в технологии уборки машин и соответствия их рабочих органов выполняемому технологическому процессу. Особенно большие потери(25-30%) урожая зерна наблюдаются при уборке полеглых зерновых культур, которые занимают значительные площади не только в Сибири, но и в других зонах страны.

Анализ результатов работы зерноуборочных комбайнов показывает, что наибольшие потери урожая наблюдаются за жаткой и составляют 70-80% от общих потерь. При уборке зерновых культур сплошной полеглости жатвенным агрегатам приходится работать в одном направлении против полеглости, что снижает их производительность на 25- 30%.

С целью сокращения потерь урожая и повышения производительности труда при уборке полеглых зерновых культур, в хозяйствах Сибири рекомендуется переоборудовать режущие аппараты жаток и рабочие органы мотовила.

Проведенные в полевых условиях исследования рабочего процесса жаток при скашивании полеглых зерновых культур показали, что для снижения потерь урожая зерна необходимо, чтобы рабочие органы мотовила и технологические регулировки обеспечивали подъем полеглых стеблей над линией среза, подвод их к режущему аппарату, очистку его после среза и доставку срезанных стеблей на платформу жатки.

Установлено, что при скашивании полеглых зерновых культур существующими жатками не удается произвести качественный срез, а конструктивные параметры рабочих органов мотовила не в полной мере удовлетворяют требованиям выполнения технологического процесса.

В связи с этим исследование технологического процесса скашивания полеглых зерновых культур и обоснование технологической схемы, кинематических и конструктивных параметров винтового стеблеподъемника являются актуальной проблемой.

Выводы

1. Технологический процесс взаимодействия винтового стеблеподъемника с полеглыми стеблями зерновых культур принципиально отличается от работы мотовила. Абсолютная траектория рабочего элемента винтового стеблеподъемника, в отличие от плоской трохоиды планки мотовила, представляет собой пространственную винтовую спираль, параметры которой зависят от соотношения окружной скорости стеблеподъемника и поступательной скорости комбайна.

2. Выявлены зависимости частоты вращения винтового стеблеподъемника от скорости движения комбайна. При изменении скорости комбайна от 1,8 до 7,2 км/ч диапазон частот вращения составляет 90-275 об/мин.

3. Графоаналитическим построением обоснована схема воздействия винтового стеблеподъемника на полеглые стебли зерновых культур.

4. Определены активные фазы взаимодействия наконечника стеблеподъемника с полеглыми стеблями зерновых культур:

- активное взаимодействие со стеблестоем происходит при нижнем расположении серповидного наконечника стеблеподъемника, при повороте на угол от л до 2к (от 180 до 360°);

- холостой ход наконечник стеблеподъемника совершает в фазах поворота на угол 0 до к (от 0 до 180°).

5. Экспериментально определены оптимальные значения показателя кинематического режима X. Для скашивания зерновых культур полеглости свыше 75% X составляет 0,15 - 0,2, а при меньшей полеглости А=0,25-0,3.

6. Определены эксплуатационно-технологические показатели работы жатки с винтовыми стеблеподъемниками:

- производительность за время основной работы при допустимом уровне потерь зерна составляет 2,33 га/ч;

- расход топлива за время основной работы - 15 кг/ч, примерно такой же, как у жатки с эксцентриковым мотовилом;

- общие потери за жаткой с винтовыми стеблеподъемниками при скашивании полеглого хлебостоя на скоростях от 3,3 до 4,8 км/ч не превышают допустимых по агротребованиям (1,5%) и в 3,3-5,6 раз меньше чем за жаткой оборудованной эксцентриковым мотовилом.

7. Проведена оценка экономической эффективности применения жатки с винтовыми стеблеподъемниками по сравнению с серийной жаткой оборудованной эксцентриковым мотовилом. Годовой экономический эффект от применения модернизированного варианта жатки с винтовыми стеблеподъемниками составляет 35604,9 руб.

1. Дорофеев В.Ф. Некоторые данные исследования полегания пшениц. -Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 1960, 32, вып. 2.

2. Самохвалов Г.К. Полегание как реакция растений на условия выращивания. Конференция по физиологии устойчивости растений. -Тезисы докладов. Киев, «Наукова думка», 168, с. 186-187.

3. Орманджи К.С. Уборка в сложных условиях. В кн. Операционная технология уборки колосовых культур. Россельхозиздат, 1977.

4. Стремнин В.А., Вольф Т.Т., Вельдяскин В.В., Семенов В.В, Приспособления к комбайнам для уборки полеглых, влажных и низкорослых хлебов. Рекомендации. Опыт жатвы - 72 на Алтае. С. 222, 1973.

5. Малерж И. Прямая уборка полеглых зернобобовых культур. Международный с/х журнал, 1975, № 3.

6. Антипин В.Г., Биркан Ф.Р. Методы и результаты изучения способов раздельной уборки и прямого комбайнирования хлебов в условиях СевероЗападной зоны. Научные труды Северо-Западного НИИ Сельского хозяйства. - JL, 1959, вып. 3.

7. Борисов М., Кунц Р. Определители для настройки зерноуборочных комбайнов, «Степные просторы», № 7, 1972.

8. Кутепов Б.П. Контроль работы комбайна (при уборке зерна). Зерновое хозяйство, 1973, № 2, с. 33-39.

9. Орманджи К.С. и др. Операционная технология уборки колосовых культур. Россельхозиздат, 1977.

10. Антипин В.Г. Рациональная оценка состояния стеблестоя. Механизация и электрификация социалистического с/х, 1974, 12.

11. Буромский И.Д. Процессы созревания пшеницы, ржи, ячменя, овса и маиса. Пути сельского хозяйства, 1926, №№ 6-9.12,131617,18,19,20,21,22.23,24,25.

12. Бойлис В.М. Влияние продолжительности уборки озимой пшеницы на потери зерна. В кн.: «Труды ВИМ». М., т. 45, 1968.

13. Ким В. Потери зерна от самоосыпания. Журнал «Сельское хозяйство Сибири», № 9,1957.

14. Новацкий А.И. Руководство к возделыванию важнейших хлебных злаков. Санкт-Петербург, 1889.

15. Уборка низкорослых и изреженных хлебов. Тематическая подборка №8151-76. Новосибирск, ЦНТИ, 1975.

16. Машков Е.А. Исследования влияния технологической настройки комбайнов на потери зерна при уборке колосовых культур. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 1971.

17. Чепурин Г.Е., Попов В.В., Сурилова Г.В. Операционная технология уборки зерновых культур Западно-Сибирское книжное издательство, Новосибирск, 1976.

18. Дворкинд М.Н. Проблемы снижения потерь зерна при уборки урожая. "Зерновое хозяйство". №11, 1972.

19. Кириллов Ю.И. Методы оценки устойчивости сортов овса против полегания. «Селекция и семеноводство», 1969, 4.

20. Ярмизин Д.В. Полегание озимой пшеницы при орошении и меры борьбы сним. Сб. трудов ЮжНИИГиМ. Новочеркасск, 1959,6: 176-182.

21. Meinx R. Saatzeitversuche mit Winterweizen. Bundesanst. Pflb., Wein, 1963,14:82-92.

22. Самохвалов Г.К. Трофика и экология растений в связи с проблемой полегания. Изд-во Харьковского университета, 1960. Морозов А.Ф., Пугачев А.И. Пути снижения потерь зерна при уборки урожая. М., «Колос», 1973.

23. Пугачев А.Н. Потерям зерна надежный заслон. Издательство Колос, М.,1971.

24. Морозов В.И. Уборка полеглых хлебов. В сб.Опыт жатвы-72 на Алтае.1. Новосибирск, 1973.

25. Жук Я., Филиппов А., Жалнин Э. В сжатые сроки убрать урожай. Техника в сельском хозяйстве.№3, 1973.

26. Weiber R.O., Pendleton J.W. Effect of artificial lodging on winter wheat grain yield and quality. Agr. Journ, 1964, 56, 5.

27. Терентьев B.M., Стасенко H.H. О нарушении углеводного обмена при раннем полегании растений ячменя на торфяных почвах. «Физиология растений». 1958, 5, 3, с. 259-263.

28. Крахалев А.Н. Физико-механические свойства зерновых колосовых культур. Труды Челябинского института механизации и электрификации с/х, 1975, вып. 95.

29. Гальченко И.Н. Особенности светового режима в посевах хлебных злаков при орошении как основного фактора устойчивости растений к полеганию.- "Устойчивость растений против полегания". Тезисы к совещанию 29 июня-2 июля 1965 г. Минск, 1965. с.42-46

30. Лавров А.А. Выбор рационального приема раздельной уборки хлебов в зоне повышенного увлажнения. Труды ВИСХОМ, - М., 1969, вып. 57.

31. Федосеев П.Н. Климатические условия уборки хлебов в лесостепной зоне Сибири. «Пути снижения потерь при уборке зерновых в условиях Сибири» (материалы конференции), Новосибирск, Барышево, 1967.

32. Grove-Jones N. Grain Loss a costly problem with mechanical harvesting. -Austral. Country, 1975, 39, 4; c. 29-32.

33. Федосеев П.Н, Уборка зерновых культур в районах повышенной влажности. М., «Колос», 1969, 175 с. с илл.

34. Логин А.Д. Раздельная уборка урожая. Новосибирское книжное изд-во, 1957.37