автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров системы стабилизации горизонтального положения решетного стана зерноуборочного комбайна, предназначенного для работы на склонах

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

_ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ р ¡3 0!ЙХАНИЗАЦ1Ш СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИМ)

г ., ( На правах рукописи

УРКИНБАЕВ ДУЙСЕНБЕХ ИСАЕВИЧ

УДК 631.354.001,2

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ РЕШЕТНОГО СТАНА ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ РАБОТЫ НА СКЛОНАХ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-1993

Работа выполнена в лаборатории комбайновых зерпоуборочных н соломоуборочных комплексов Всероссийского научно-исследовательского, института механизации сельского хозяйства (ВИМ).

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Э.В. Жалпии

Научный консультант -

кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.И. Круглов

Официальные оппоненты -

академик РАСХН, доктор технических наук, профессор Г.Е. Листопад,

- кандидат технических паук, старший научный сотрудник А.И. Фплшшоз

Ведущее предприятие - НПО ВИСХОМ

Защита состоится " 1993 г. час.

па заседании Специализированного соестс Д.020.02.01 ьр^ Всероссийском паучио-ссслсдовательском институте ыехаппгз-цш! сельского хозвйства (ВИН) но адресу:

10942В, Москва, 1-й ИпсттутскЕй- проезд, д. 5.

С диссертацией иогш ознакомиться 'в библиотеке ВИМ.

Автореферат разослан " ^ " 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, ,^ у , старший научный сотрудник Мамедоаа

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Ключеисм проблемой сельскохозяйственного производства остается устойчивое наращивание зернопроизводства. Использование склонов и холмистых местностей под посевы зерновых культур является существенным резервом повышения валовых сборов зерна.

Однако, при уборке зерновых культур на склонах потери зерна за комбайном значительно увеличиваются по сравнению с его работой на равнинах из-за смещения зернового вороха на поверхности сепарирующих органов и их неравномерной Сгрузки.

В СНГ более 16 млн.га посевов зерновых приходится на склоны. Резервы увеличения производства зерна в этих условиях за счет снижения потерь при уборке составляют 4...6 млн.т в год. Однако специальных комбайнов для работы на склонах отечественная промышленность не выпускает. Имеющиеся образцы таких машин громоздки и недостаточно надежны из-за сложности их конструкции. Стоимость крутосклонных комбайнов на 50..-.70% выше стоимости их базовых моделей за счет сложного механизма выравнивания молотилки комбайна в горизонатльной'плоскости. Экономическая эффективность таких комбайнов обеспечивается лишь при работе на склонах крутизной от 10° и более. В то же время установлено, что равнинные комбайны достаточно безопасно могут работать на склонах крутизной до 10°. Для таких условий более целесообразно выравнивание не всей молотилки, а только ее гетрорешетной очистки, которая является основным источником потерь зерна. Особенно это актуально применительно к аксиально-роторным комбайнам, у которых потери зерна за ротором практически не зависят от его положения в пространстве.

Работа выполнена в соответствии с научно-технической программой "Зерновой комплекс-2000", утвержденной Министерством науки Г^ на 1991...1995 гг.

Цель работы - обоснование параметров системы стабилизации в двух плоскостях решетного стана зерноуборочного комбайна для снижения потерь зерна при его работе на склонах.

Объекты исследований - математические модели работы ветро-решетной очистки комбайна, стенд-имитатор угловых колебаний остова комбайна, махет системы стабилизации положения решетного стана, зерноуборочный комбайн КЗС-З, макетный образец стабилизированного в двух плоскостях решетного стана в конструкции зерно-

уборочного комбайна КЗС-ЗРС.

Методика исследований. В теоретических исследованиях применены основы теоретической механики, высшей математики с использованием современных методов математического моделирования рабочих процессов на ЭВМ. Экспериментальные исследования проведены в соответствии с ОСТ.70.8.1-81. Результаты исследований обрабатывали методами математической статистики с использованием вычислительного анализатора сигналов экспериментальных исследований 7Л/-П0 (Франция).

Научную новизну представляют:

- математическая модель кинематики решетного стана комбайна при его поперечно-продольных наклонах,

- математическая модель процесса движения зернового вороха по решету при работе комбайна с продольно-поперечными наклонами,

- закономерности изменения толщины слоя вороха на решете и потерь зерна за очисткол при различных углах его нагаона.

Практическую полезность представляют:

- стенд-имитатор угловых колебании рамных элементов машины, позволяющий исследовать системы стабилизации положения рабочих органов различных машин (зерноуборочных комбайнов, землероино-планировочных, чаесборочных, агрегатов склоноходов и т.п.),

- электрогидравлическая схема системы стабилизации горизонтального положения решетного стана комбайна,

- конструктивно-кинематическая схема стабилизированного в двух плоскостях решетного стана комбайна,

- методика расчета основных параметров системы стабилизации горизонтального положения решетного стана комбайна.

Новизна технических решении, на основе которых создан стабилизированный в двух плоскостях решетный стан очистки комбайна, подтверждена четырьмя положительными решениями ВНИИГПЭ на выдачу авторских свидетельств на изобретения.

Реализация результатов исследовэдий.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований •использованы ГСКБ (г. Таганрог) совместно с ЦОПКБ ВИМ при разработке технической документации и изготовлении макетного образца стабилизированного в двух плоскостях решетного стана зерноуборочного комбайна КЗС-ЗРС.

Разработан макетный образец системы стабилизации положения решетного стана и изготовлен стенд-имитатор угловых колебаний

'раыных элементов машин#.

Методика расчета передана в ГСКБ по комплексам зерноуборочных машин (г. Таганрог).

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на заседании Научно-технического совета ГСКБ (г. Таганрог, I99I...I993 гг.), на заседании Научно-технического совета лаборатории комбайновых зерноуборочных и соломоуборочных комплексов ВИМ и ЦОПКБ ВИМ (Москва, 1990...1993 гг.), Научно-технической конференции по итогам исследований 1992 г. (г. Зерноград, 1993 г.), а также на секции Ученого совета ВИМ»(Москва, 1993 г.).

Публикации. Основные положения и результаты исследовании опубликованы в II печатных работах, в числе которых четыре положительных решения ВНИИГПЭ на выдачу авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и предложений,списка использованной литературы (/32 наименований, из них 52 на иностранном языке) и приложения. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц и 109 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается краткое обоснование актуальности работы и изложены ее основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса, цель и задачи исследований" дан краткий обзор исследований влияния крутизны склона поля на потери зерна рабочими органами комбайна, приведен анализ тенденций развития комбайнов, предназначенных для работы на склонах, определены основные направления совершенствования конструкции ве-трорешетНой очистки комбайнов, работающих на склонах.

Вопросам изучения качественных показателей работы зерноуборочных комбайнов при уборке на склонах посвящены исследования В.Я. Каллюс, И.И. Бойко, С.К. Бабаева, C.B. Каменецкого, М.А.Саркисяна, К.Г. Колганова, Н.В. Чунарева, Л.И. Шпокаса, И.Малержа, ЕЛ. Sltber, 1 ЫехоЪа, A. Rejak, Е. Spiees, H.D. Kutzbach, У. В. Simpson.

На основе анализа их работ установлено, что потери зерна за соломотрясом и молотильным барабаном при работе комбайна на склонах крутизной до 10° изменяются несущественно, а качественные показатели работы ветрорешетнои очистки резко ухудшаются и большая

часть потерь приходится на очистку комбайна.

Исходя из анализа работ зарубежных исследователей М. ЕС тех К. Pfahtex, Е. Spiess, 3. Soros изучавших эффективность использования специальных комбайнов для уборки зерновых на склонах крутизной до 10°, обоснована целесообразность выравнивания не всей.молотилки, а только ветрорешетнол очистки как основного источника потерь зерна.

В соответствии с поставленной целью сформулированы были следующие задачи исследования:

разработать математическую модель кинематики стабилизируемого в продольной плоскости решетного стана очистки комбайна;

разработать математическую модель процесса движения зернового вороха по решету с учетом его продольных и поперечных наклонов;

обосновать рациональную схему, параметры и режимы работы системы стабилизации горизонтального положения решетного стенда комбайна;

разработать и экспериментально исследовать стабилизрованный в двух плоскостях решетный стан комбайна;

разработать методику расчета основных параметров стабилизированного в продольной плоскости решетного стана комбайна;

обосновать технико-экономическую эффективность, применения стабилизированного в горизонтальной плоскости решетного стана комбайна.

Принципиальная схема стабилизированного в двух плоскостях решетного стана комбайна КЗС-З представлена на рисунке I.

Во второй главе "Разработка математической модели процесса движения зернового вороха по решету при различных его углах наклона в продольной и поперечной плоскостях" представлен анализ ранее выполненных исследований по данному вопросу, который показал, что приводимые ими математические зависимости не позволяют оценить влияние одновременно продольного и поперечного наклонов комбайна на характер движения зернового вороха по жалюзийному решету. К/.тому же в нашем случае особенно важно было определить такие кинематические характеристики стабилзированного решетного стана при продольном наклоне комбайна, как амплитуда, угол направления колебания решета, угол установки задней подвески и ход штока гидроцилиндра продольного выравнивания решетного стана (рис. 2).

Известные графические методы определения этих параметров трудоемки и имеют низкую точность. Нами предложена система ма-

Рис. I. Принципиальная схема стабилизированного в двух плоскостях решетного стана комбайна КЗС-З:

I - рама, 2, 3 - нижнее и верхнее решета (блок решет: 4 - гидроцилиндр продольного выравнивания; 5 - ползуны; 6 - повротный рычаг: 7 - гидроцилиндр поперечного выравнивания; 8 - поперечная ось; 9 - подвески; 10 - продольная ось

тематических моделей кинематики решетного стана комбайна с программным обеспечением.

Амплитуду А и угол направления колебания решета б определяли по формулам:

A-f^-i^te-^; (О

где , Г[м и , tf'M - координаты точки М в крайних левом

и правом положениях решета. Находим установочный угол передней подвески решетного стана:

где = ; rjCEP= (q'E + r}l)/Z - координаты точки

Е в среднем положении решета при движении комбайна по горизонтальной поверхности.

Координаты точки подвеса, обеспечивающие требуемый угол наклона решета к горизонту fi0 и ход штока гидроцилиндра продольного выравнивания Ah , определяли по формулам:

t. . <»

где Ъ£ср, ЧЕ и 4icp> *]сСр координаты точек соответственно Е и £ при угле Д продольного наклона комбайна без стабилизации положения решетного стана; Х& , Ус - координаты точки подвеса в системе ХЕУ, связанной с решетным станом.

Программная реализация предлагаемого метода на персональных компьютерах позволила проводить кинематический анализ колебаний решетного стана комбайна при широком варьировании его конструктивных параметров.

По предложенной методике проведена оценка влияния угла установки задней подвески <?2 на параметры колебаний средней точки И решета (см. рис. 2) при углах продольного наклона J3K= 0 и Рк =8° со стабилизацией горизонтального положения решетного стана (рис.3). Как видно из графика, угол установки задней подвески оказывает небольшое влияние на амплитуду колебаний к и весьма существенно при 8

этом изменяется угол направления колебаний б .

Я

25 20

4 10

5

—

•Ч —

1 1 1

1 ff

1 ^

'СУ' У 1 1

У 1 1 1 1 1 1,.

Рис. 3. Зависимости амплитуды А и' угла направления колебания решета б от угла установки задней подвески £г при стабилизации положения решетного стана в продольной плоскости

Наиболее близкое совпадение параметров колебаний точек решета стабилизированной очистки с параметрами базовой очистки (Af= 30,4 мм; 6(f = 9,54° при £g = 13,5°) достигается при установочном угле задней подвески в пределах 17°^ £г £ 19°. В конструкции экспериментальной воздушнорешетной очистки реализовано значение = 18°. Требуемый ход штока гидроцилиндра для данной очистки составляет 186 мм при движении .комбайна вверх и 180 мм при его движении вниз по склону крутизной 10°. .

Дифференциальные уравнения движения частицы вороха по решету имеют вид:

mz = Pz-Fz-Jz + W2 J' (6)

где П) - масса частицы; JX(z)> ^¡c(z)> Px(z) > проекции на

ось X(Z) сил инерции, трения, веса и давления воздушного потока (рис. 4).

На основании анализа сил, действующих на частицу вороха, найдены их зависимости в функции параметров колебаний решета, его наклонов в продольной и поперечной плоскостях и свойств материала. Постановка этих зависимостей в исходную систему (6) позволила записать ее в виде:

X = -g[sin ft- k6 ±fcosу (cos fi cosot - k6 sin d)]+

+ ufx (cos 6±fC0StfSin 6)sinu)t , Z = g[cos jbsLn<*-fsinj(cosfi cosa - k¿ sin d)]+ j- (7) + согг f sin? sin б sin tot, aictg z/x,

где U) - угловая скорость кривошипа, I/c"*; X - амплитуда колебания решета, ы\ fi , А - углы продольного наклона решета к горизонту и поперечного наклона реиета, град., Ц - угол мезду составляющими силы трения, ^рад.; f- копффициент трения скольжения, б - угол направления колебания решета, град.; t - временная координата; k¿ = Иг/- безразмерный коэффициент; U , U¿ - скорости воздушного потока и витания частицы вороха, м/с; б-угол наклона открытия жалюзи решета, град.

Рис. 4. Схема сил, действующих на частицу при дви-. жении материала по решету

Решение системы нелинейных уравнений (7) осуществлялось на ЭВМ численным методом. В результате решения уравнение для углов поперечного наклона решета 3, 6, 9 и 12° получены средние за оборот кривошипа значения продольной и поперечной скоростей движения вороха по решету. Оказалось, что изменение угла поперечного наклона решета с 0 до 12° незначительно влияет на среднюю скорость продольного движения вороха, которая лежит в интервале 0,33...0,35 м/с. В то.же время поперечные скорости движения вороха изменяются весьма значительно и возрастают с 0 до 0,25 м/с (рис. 5).

При движении материала по решету частица вороха может находиться в нескольких качественно отличных состояниях: относи-

тельного покоя, скольжения вверх или вниз по решету с одновременным перемещением ч поперечном направлении (или при отсутствии такового при о< = 0), полета (отрыва от поверхности решета).

*

OjíD 0,40

---

> 5 Í > а о

Рис. 5. Изменение скорости поперечного пере-

мещения 1/,С'3 вороха в

зависимости от угла наклона решета о(

(3)

Возможность каждого вида движения материала определяется соотношением сил, действующих на частицу вороха. По аналогии с классической теорией получено выражение показателя граничных режимов, определяющих возможность скольжения частицы вперед (+) или назад (-):

д sinp±fnco$i(cosfb cosot-k6siná) ~ W2* cos6± fn sin б eos J '

где fn - коэффициент трения покоя.

С целью определения неравномерности распределения толщины слоя вороха по ширине решета и 'ее изменения во времени было изучено движение вороха в по -еречном направлении. В этом случае возможность горизонтального перемещения имеет часть слоя вороха ABC, т.е. поверхностные слоА (рис. 6).

Допустим, что на начале решета поверхностный слои вороха ВС параллелен плоскости решета DE. По мере продвижения вороха к выходу будет происходить его сползание в сторону поперечного крена, и на некотором расстоянии X от начала решета слои вороха займет положение В С . Поперечное скольжение вороха прекратится, когда поверхностный слой займет горизонтальное положение.

Значение скорости движения вороха по прямой ВС получили путем численного интегрирования системы уравнений (7) при наличии поперечного и продольного наклонов решетного стана.

При проверочном расчете по данной методике для частного случая о( = 0, и г= 0,016 м, П = 260 об/мин, ji0= 4°,

б = 26°, f = 25° получено значение средней скорости продольного перемещения вороха по решету равное 0,33 м/с, что говорит об удовлетворительной сходимости теоретических расчетов с результатами экспериментальных исследований других авторов, полученных в аналогичных условиях.

Скорость перемещающегося в ■ поперечном направлении;слоя вороха, при его угле наклона В ,, (см.рис.6) определили по фор-

Рис.б.Расчетная схема для определе- муле ния поверхностного сползания зер- .

нового вороха при поперечном нак- ц= ty-K (о(- 0), ( лоне решета в ■

где k = VSnL- постоянный коэффициент, поперечная ско-

рость поверхностного слоя вороха при в =0, т.е. «а начале решета.

Среднюю скорость горизонтального перемещения центра масс треугольника АБС , представляющего поверхностный слой вороха, определили по формуле _ j

г = 4-

"Чавс 2

COS в

(10)

A ABC в горизонтальном имеет вид:

(11)

Уравнение перемещения центра масс направлении за промежуток' времени А%

А I = ЦГвс

Сделав допущение.о. трапецеидальном виде поперечного сечения слоя вороха, на основании теоремы о центре масс плоской фигуры получили

>0 . с уо (/2)

Л'в'с' ЬАГ-

Здв'с'с Íab'C'C ~ ^АА'С'С ¿эАА'с'с

А'В'С1 >

где 5 - площадь соответствующей фигуры, а верхний индекс "О"

обозначает координату центра масс. .■ .

Из этого уравнения путем геометрических преобразовании последовательно , с интервалом Л Ь , определим значения высоты слоя у правой и левой боковин решета. 12

По изложенной методике построены зависимости максимальной высоты слоя в поперечном сечении в функции времени при различных углах наклона решета (рис. 7). Анализ представленных кривых показал, что по мере продвижения вороха в продольном направлении по решету при наличии поперечного его наклона высота слоя ,на одной из боковин (низкорасположенная сторона) увеличивается. Темп нарастания этой высоты слоя увеличивается с ростом угла поперечного наклона комбайна о*. При этом, на основании анализа ранее проводимых экспериментальных исследований, толщина слоя вороха в пределах 0,17...О,18 м была принята в качестве верхней границы, когда возникает необходимость о стабилизации горизонтального положения решетного стана.

Таким образом, превышение высоты слоя вороха на 0,02 м от номинальной (0,15 м) происходит при ос = 6° за 1,5 с, а при Ы = 9° за 0,5с. При угле поперечного наклона решета 3° высота слоя вороха не достигает верхней границы на всей длине решета.

В третьей главе "Стендовые исследования системы пространственной стабилизации очистки (СПСО) комбайна" дано описание лабораторных установок - стенда-имитатора угловых колебаний остова комбайна и макета СПСО, приведены особенности работы ветрорешетной очистки комбайна и требования, предъявляемые к СПСО, а также изложены программа, методики и результаты стендовых исследований макета СПСО.

Программа стендовых исследований включала изучение влияния внешних воздействий на режим работы СПСО в условиях эксплуатации зерноуборочного комбайна, оценку внешних характеристик СПСО (быстродействие, устойчивость к автоколебательным процессам, точность позиционирования, статическая и динамическая жесткость гид-

П/М

Ц50

а«

(ДО

т №

У

У / Г

V

А У X1

/ /

/ р

с«'

1 1 1 I 1 Л..,,

■н,

а* Ъ ¿о ¿5

Рис| 7. Зависимости максимальном высоты слоя вороха Н в функции времени при различных углах поперечного наклона решета Ы

росистеш, нечувствительность к вибрационным помехам от колебательных механизмов комбайна), а также определение основных требовании к конструктивным элементам СПСО.

Особенностью ветрорешетнои очистки комбайна как объекта регулирования является то, что она представляет собой сложную колебательную систему, работающую в условиях непрерывно изменяющихся внешних воздействии.

Исходя из условии эксплуатации комбайна динамические свойства СПСО должны быть таковы, чтобы она реагировала не на мгновенные значения амплитуд колебаний комбайна, а на достаточно длительные отклонения угла наклона остова комбайна к горизонту. Установлено, что в этом случае нарушение технологического процесса сепарации зернового вороха на решетном стане очистки происходит не сразу после того, как наклонился комбайн, а через некоторый промежуток времени (примерно 8...10 с). То есть некоторое время сохраняется еще инерция движения зернового вороха по решетам в прямолинейном направлении, и только после этого он начинает сползать в сторону уклона.

Динамическая система стабилизации вследствие наличия в своей структуре релейных элементов с существенно нелинейными характеристиками относится к классу нелинейных (релейных) систем. Одной из характерных особенностей релейных систем является возможность возникновения автоколебаний, которые, в особенности большой амплитуды и незначительной частоты, недопустимы, так как это может привести к нарушению технологического процесса сепарации ветрорешетнои очистки.

На этом основании сформулированы следующие требования к СПСО:

1. Обеспечение достаточного быстродействия и устойчивости поддержания заданного режима работы.

2. Достижение приемлемой точностй позиционирования выходного звена гидросистемы СПСО.

3. Обеспечение устойчивости системы к автоколебаниям в условиях эксплутации комбайна.

4. Простота схемы и эксплуатационная надежность работы элементов СПСО.

Для осуществления задачи стендовых исследований был разработан стенд-имитатор угловых колебаний остова комбайна при его движении на склонах (рис. 8), состоящий из рулевого агрегата (позиции 21; 22; 25), выполненного на базе авиационной рулевой машины

типа АРМ-62, блока насосных агрегатов 26, имитатора угловых колебании I. Имитация угловых колебании производится в двух плоскостях посредством двух независимых электрогидравлических следящих приводов САРМ—С2), каждый из которых управляет угловым колебанием имитатора в своей плоскости. Установкой имитатора продольных и поперечных колебании под разными углами к горизонту с разной частотой моделируется требуемая крутизна склона поля (рельеф).

I - имитатор угловые колебании; 2 - основание; 3 -датчик позиционный (ДЩБ); 4 - грузы; 5 - качающаяся рама (имитатор решетного стана очистки); 6, 9 - датчики угловых перемещении; 7 - силовон гидроцилиндр; 8, 9, 16 - датчики давления; 10 - электрогидрорас-пределитель; II - подпорный дроссель;12 - фильтр очистки рабочей жидкости: 13 - переливнои клапан; 14 - плунжерный насос; 15 - регулятор потока; 17 -сумматор СПСО: 18 - блок управления; 20 - датчик инерционный (ДКБ): 21 - датчик обратной связи; 22 -гидродвигатель; 23 - сумматор стенда-имитатора; 24 - генератор сигналов Г6-34; 25 - гидроусилитель; 26 - автономный насосный агрегат; 27 - гидрораспределитель; 28 - постоянный дроссель; 29 - заслонка; 30 - сопла; 31 - электромеханический преобразователь

Для задания требуемой частототы и амплитуды колебании имитатора применен генератор сигналов специальной формы Г6-34.

На этом стенде был исследован макет СПСО, выполненный на базе следящей системы "ПРСШЛЬ-30", применяемой на строительно-дорожной технике. Основными элементами макета СПСО являются инерционный датчик 20 типа ДКБ, позиционный датчик 3 типа ДЩБ, силовой гидроцилиндр 7, распределитель 10 и блок управления 10 (рис.8).

Для имитации колебаний решетного стана комбайна на стевде была установлена качающаяся рама 5 со съемными грузиками 4, воспроизводящими инерционную нагрузи на системы стабилизации со стороны реального решетного стана.

Основными варьируемыми параметрами шкета СПСО при стендовых исследованиях были О - величина расхода рабочей жидкости, подаваемой на питание гвдросистемы СПСО, л/мин; д- величина зоны нечувствительности позиционирования выходного звена СПСО, град; ГП - величина"массы грузов, имитирующих инерционную нагрузку на выходном звене СПСО, кг.

Выбор рабочих параметров СПСО осуществляйся в следующих значениях входного воздействия:

амплитуда колебаний имитатора Ау, град, равна ±3; ¿6; +9; частота колебаний имитатора (а) , Гц, равна 0,02; 0,05; 0,1. При этом задавали следующие значения & : +1,5; +2,5; +3,5,

а изменяли в пределах от 9 до 15 л/мин. Масса грузов Л1 составляла 6 кг при ^имитации поперечных колебаний и 25 кг при имитации продольных колебаний.

Критерием оценки эффективности работы макета СПСО' являлось превышение отклонения качающейся платформы 5 (см. рис. 8) относительно среднего положения на угол до 3° во всей исследуемой полосе частот с соответствующими значениями амплитуд возмущения.

Оценку динамических свойств системы производили по^величинам двух показателей - к(0>) и Л((0), где к(а))=)А^ (СО)/А*(а>)-величина коэффициента усиления входного Ау сигнала на частоте О) по отношению к выходному сигналу Ал ; Л(0))~ величина, связанная с неравномерным характером движения выходного звена - гидроцилиндра, наличием в системе жестких нелинейностей типа контактного трения, которая оценивает возможный диапазон изменения величины под действием указанных эффектов.

Работу СПСО оценивали в режимах без инерционной нагрузки и с инерционной нагрузкой массой 25 кг при $ = 9,1 и 15 л/мин, а также массой 6 кг при (I = 9,1 и 12 л/мин.

В результате проведенных исследований были получены осциллограммы процессов работы макета СПСО. Осциллограммы обрабатыва-16

ли на вычислительном анализаторе сигналов ЭИ -НО и по полученным данным были построены графические зависимости данных показателей в функции входной амплитуды, частоты колебаний, расхода рабочей жидкости и зоны нечувствительности (рис. 9). Анализ приведенных зависимостей показал, что характеристики гидросистемы СПСО при величине зоны нечувствительности 6 = 2,5° являются промежуточными^ отношению к характеристикам, полученным для величин д = 1,5 или & = 3,5°. Поэтому рациональные показатели системы находятся на границах диапазона изменения 1,5°^ д 4 3,5° при расходе рабочей жидкости <? = 9,1 и 12 л/мин, соответственно в продольном и поперечном направлениях стабилизации. При этом давление срабатывания переливных клапанов составляло 4,0 Ша.

б"«^* Рис. 9. Амплитудно-

•р|| I ГТ_ частотные характери-

стики СПСО при А у = = 9,1°; 5= 12 л/м-я; т= 6 кг

У/А ~ область возможного изменения величины к в зависимости от наличия малых осцилляция из-за неравномерности хода гидроцилиндра

у т

В четвертой главе "Экспериментальные исследования зерноуборочного комбайна КЗС-З" дано краткое описание конструкции комбайна класса 3 кг/о - КЗС-З и стабилизированного в двух плоскостях решетного стана очистки. Изложены программа, методики и результаты их экспериментальных исследований.

Программа экспериментальных исследований включала изучение влияния поперечного и продольного наклонов комбайна КЗС-З с классической схемой очистки на качественные показатели его работы, определение качественных показателей работы стабилизированного в двух плоскостях решетного стана очистки в составе комбаДвА,-КЗС-ЗРС с двухроторным соломосепаратором.

Исследования проводили на экспериментально-исследовательскон комплексе ГСКБ по комплексам зерноуборочных машин (г. Таганрог).

Анализом результатов исследований работы комбайна НЗС-З При различных его углах наклона установлено, что с увеличением

угла поперечного наклона комбайна потери за стандартной очисткой резко увеличиваются (рис. 10). При изменении угла поперечного наклона комбайна от 0 до 8° потери ззрна в пологе увеличились почти в 25 раз. Однако, при этом заметных изменени'3 в. потерях зерна за соломотрясом и молотильным барабаном не наблюдалось. С увеличением угла поперечного наклона комбайна от 0 до 8° дробление зерна повышается в .1,8 раза, что можно объяснить увеличением схода зерна в колосовой шнек из-за ухудшения процесса сепарации на решетах.

Рис. 10. Влияние поперечного угла наклона с* комбайна КЗС-З на потери зерна П:

1 - за очисткой;

2 - за соломотрясом;

3 - за молотильным барабаном

ОТ

При изменении угла продольного наклона комбайна /движение вверх по склону) в пределах 0...80 наблвдается нарастание потерь зерна за очисткой и соломтрясом (рис. II) соответственно в 2,4 и 1,5 раза.

Рис. II. Влияние угла /3 продольного наклона комбайна КЗС-З на потери зерна Я~

1 - за соломотрясом;

2 - за очисткой

При угле наклона комбайна 4° (движение вверх по склону) величина дробления зерна увеличилась до 4,9%, против 2,5% при горизонтальном его положении.

При горизонтальном положении р«амного стана комбайна КЗС-ЗРС

«

потери зерна и чистота бункерного зерна как за экспериментальной, так и за базовой очисткой примерно одинаковы и колебались в пределах соответственно 0,5...0,8% и 98,5...99,1%, что подтвердило правильность выбора кинематических праметров стабилизированного решетного стана при его конструировании.

При изменении угла продольного наклона комбайна (движение вверх по склону) к горизонту до 8° наблюдалось увеличение потерь зерна за базовой очисткой в пределах 0,7...2,4$> (рис. 12), а при стабилизации положения решетного стана к горизонту потери зерна в полове и чистоте бункерного зерна оставались практически постоянными и составляли соответственно 0,7...0,9$ л 99,1...95,2$.

При изменении угла поперечного наклона комбайна были получены разные величины потерь зерна в зависимости от того, с каким наклоном работает комбайн - правым или левым. Так, при работе комбайна с правым наклоном в 6° потери составляли 2,3%, а с левым - 3,3% (рис. 13), что в 1,43 раза больше чем при наклоне вправо. Это зависит от направления вращения роторов соломосепа-ратора, влияющего на неравномерность загрузки решет по его ширине. Ротор данного комбайна имет левое вращение.

Стабилизация горизонтального положения решета в поперечном направлении позволила снизить потери зерна с 2,3 до 1,2%, т.е. в 1,9 раза; при наклоне комбайна вправо, а с 3»3 до 1,6%, т.е. в 2,1 раза - при его наклоне влево.

Выявлено, что изменение продольного угла наклона испытываемого комбайна до 3° практически не влияет на потери зерна за очисткой. Однако, при наличии одновременно продольного и поперечного наклонов соответственно 3 и 6° было обнару-

г * а А*?

Рис.12. Зависимость потерь зерна П за очисткой от угла /3 продольного наклона комбайна: I - без стабилизации положения решетного стана; 2 - в стабилизированном положении решетного стана

Рис.13.Зависимость потерь зерна П за очисткой от поперечного угла наклона /3 комбайна: 1,2 - при наклоне комбайна вправо и влево; 3, 4 - в стабилизированном положении решетного стана при Наклона комбайна вправо и влево

жено резкое увеличение потерь зерна в полове, достигающее 3,7%, что в 1,63 раза больше чем при правом поперечном наклоне комбайна. Это обусловлено тем, что при поперечном наклоне комбайна зерновой ворох смещается в сторону по решьту, а продольный наклон (при движении вверх по склону) увеличивает скорость смещенного и неравномерно распределенного слоя вороха по нему, вследствие чего непросепарировавшееся зерно вместе с половой сходит с решета.

В пятой главе "Методика расчета основных параметров стабилизированного положения решетного стака" обобщены результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований зерноуборочного комбайна КЗС-З со стабилизированным положением решетного стана очистки, дан контрольный пример расчета.

В шестой главе "Технико-экономическое обоснование эффективности применения комбайна со стабилизированным положением решетного стана" приведен технико-экономический расчет комбайна со стабилизированным положением решетного стана.в сравнении с двумя базовыми вариантами: зерноуборочным комбайном СК-5М "Нива" и КЗС-З с классической схемой очисток при различных вариантах стабилизации положения решетного стана (ручная или автоматическая).

Расчеты показали, что предполагаемый экономический эффект от использования комбайна СК-5М "Нива" с ручным регулированием положения решетного стана составит 16100 руб/га (при работе комбайна на склой&х до 6...7°), а с автоматическим регулированием -18200 руб/га (при работе комбайна на склонах до 10°)."При применении комбайна КЗС-З в этих условиях он составит соответственно 10500 и 11200 руб/га (цены приведены по состоянию на 10.09.93 г).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. При уборке зерновых на склонах общие потери зерна за обычными, равнинными комбайнами возрастают в 5-10 и более раз при углах склона 6° и более. Это вызывает необходимость разработки специальных комбайнов для работы на склонах.

2. Предложена классификация способов снижения потерь зерна за очисткой комбайна при работе на склонах. В качестве классификационного признака принят способ достижения равномерного слоя зерносоломистого вороха по поверхности решета.- Наиболее эффективным способом снижения потерь зерна при комбайновой уборке зерновых на склонах до 10° является стабилизация горизонтального положения ветрорешетной очистки комбайна.

3. При изменении угла поперечного наклона решета до 3° толщи-! на слоя вороха увеличивается незначительно (5...8$). В этом случае достаточно ограничиться введением в конструкцию ветрсрепеткой очистки пассивных элементов стабилизации слоя вороха (разделительные гребенки, зерноотракающие щитки,рифы и т.п.). На склонах крутизной свыше 3...40 возникает необходимость в активной стабилизации гори-зонатльного положения решета. При этом до 6...7° регулирование положения решета может осуществляться вручную, так как время нарастания толщины слоя до допустимого значения достаточно велико и составляет 1,5...2,5 с, т.е. соизмеримо с временем нахождения вороха на решете при продольном его движении. Дальнейшее увеличение поперечного наклона требует применения системы автоматической стабилизации положения решета вследствие резкого нарастания темпа неравномерности слоя и резкого увеличения потерь зерна.

4. Стенд-имитатор угловых колебаний остова зерноуборочного комбайна позволяет производить имитацию в двух плоскостях во всем рабочем для системы пространственной стабилизации очистки (СПСО) диапазоне частот: от 0,02 до 0,1 Гц.

5. Приемлемое функционирование СПСО в условиях эксплуатации комбайна достигается при расходе рабочей жидкости Ц - 9,1 и

12 л/мин соответственно в продольном и поперечном направлениях стабилизации, зоне нечувствительности датчиков фазовых координат 1,5^ О'-"? 3,5 и давлении срабатывания переливных клапанов - 4,0 Ша.

6. Изменение поперечного наклона решета в пределах 0...120 незначительно влияют на скорость продольного перемещения вороха по решету, а при этом скорость поперечного перемещения слоя вороха изменяется весьма значительно - от 0 до 0,25 м/с.

7. Неравномерность толщины слоя вороха по ширине решета зависит от поперечного наклона и расстояния рассматриваемого сечения слоя от качала решета, или продолжительности продольного перемещения вороха по решету. При угле крена 9° максимальная толщине слоя вороха на расстоянии 0,33 м от начала решета составляет 0,18, а на сходе с решета - 0,23 м.

8. При стабилизации положения решетного стана в продольной плоскости на склонах до 8° под утлом установки задней подвески базовой очистки равным 13,5° угол направления колебания решета изменяется от 9,5 до 6,6°, что отрицательно влияет на процесс перемещения зернового вороха по решету. Рациональный угол установки задней подвески находится в пределах: 17°^ £? £ 19°.

9. Требуемый ход штока гидроцилиндра продольного выравнивания очистки составляет 186 мм при движении комбайна вверх и 180 мм при его движении вниз по склонам крутизной 10°.

10. Стабилизация горизонтального положения решетного стана комбайна КЗС-ЗРС при реализации новых конструктивных элементов (заявка № 4944774, решение о выдаче A.c. 3.01.92 г, заявка

№ 4950525, решение о ввдаче A.c. 3.01.92 г, заявка № 5008576, решение о ввдаче A.c. 21.02.92 г, заявка № 5023907, решение о выдаче патента 30.06.93 г) при его работе на склонах крутизной до 8° (движение вверх по склону) обеспечивает снижение потерь зерна за очисткой в 2...2,5 раза, а при его работе с поперечным креном в 6° снижает потери зерна в 1,9 и 2,1 раза, соответственно при наклонах комбайна вправо и влево.

11. Годовой экономический эффект от применения комбайнов СК-5М и КЗС-З со стабилизированными положениями решетных станов получается в основном за счет снижения потерь зерна при работе на склонах и составляет на один комбайн соответственно (в ценах на 10.09.93 г) I6I00, 10500 руб/га (при ручном регулировании положения решетного стана) и 18200, II200 руб/га (при автоматическом регулировании полокения решетного стана).

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Состояние и тенденции развития крутосклонных и косогоршх зерноуборочных^комбайнов: Обоор. информ. .- М.: ЦНШПЭИтракторсель-хозмаш, 1992. (Соавторы Русанов А.И., Еалнин 3LB., Мвдцаканов A.C., Сумаруков O.E.).

2. Стенд-имитатор угловых колебаний остова комбайна. - НТВ ВИМ, 1992, вып. 84.

3. Стенд-имитатор. - Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1993, * I.

4. К теории пространственного движения материала по решету при работе зерноуборочного комбайна с поперечным ¡феном. - НТБ ВИМ, 1993, вып. 87. (Соавторы Еалнин Э.В., Соловейчик A.A.).

5. Определение интервалов возможных режимов движения материала по решету зерноуборочного комбайна при наличии•поперечного крена. - HIB ВИМ, 1993, вып. 88 (в печати).

6. Влияние поперечного и продольного наклона зерноуборочного комбайна КЗС-З на показатели его работы. - ШБ ВИН, 1993, вып. 88 (в печати).

7. О стабилизированной в двух плоскостях ветрорешетной очистке зерноуборочного комбайна. - М., 1993 (Деп. в ЦНИИТЭИавтосель-хознаш, № I550-TC93). (Соавторы Мнацаканов A.C., Круглов А.И.).

8. Заявка № 4944774, решение ВНИИГПЭ о вьщаче авторского свидетельства на изобретение 3.01.32 г. Очистка зерноуборочного комбайна. (Соавторы Жалнин Э.В., Мнацаканов A.C.).

9. Заявка $ 4950525, решение ВНИИГПЭ о выдаче авторского свидетельства на изобретение 3.01.92 г. Очистка зерноуборочного комбайна. (Соавторы Мнацаканов A.C., Жалнин Э.В., Савенков A.A.).

10. Заявка № 5008576, решение ВНИИГПЭ о выдаче авторского свидетельства на изобретение 21.02.92 г. Очистка зерноуборочного комбайна. (Соавторы Мнацаканов A.C., Круглов А.И.).

11. Заявка № 5023907, решение НИИГПЭ о выдаче патента 30.05.93 г. (Соавторы Ярмашев D.H., Жалнин Э.В., Решетников И.А., Шацаканов A.C., Филатов С.Д., Запанди В.А., Савенков A.A.).

Подписано х печати 21.09.93г. Формат бум. 60x90 1/1В

Эбьем 1Д) уч.вза.п.л. Тираж 100 Заказ 73

[Гечатио-мзсгкитеяьвыв участок ЦОПКБ В ИМ 109428, Москва, 1-9 Институтский проезд, о. 3