автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров и режимов работы прицепного очесывающего устройства для уборки зерновых культур

На правах рукописи

4852373

САВИН Владимир Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПРИЦЕПНОГО ОЧЕСЫВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 АВГ 2011

Воронеж 2011

4852373

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

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Алакин Виктор Михайлович

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАСХН, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор Горбачев Иван Васильевич

кандидат технических наук, доцент Солнцев Вячеслав Николаевич

Ведущая организация: ГНУ Калужский научно- исследовательский

институт сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита диссертации состоится « 22 » сентября 2011 г. в ¡4 часов на заседании диссертационного совета Д 220.010.04 при ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К. Д. Глинки» по адресу 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1.

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

Автореферат размещен на сайте Мрр:/Лул\чу.у8аи.ги

Автореферат разослан « 15 » августа 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Я

И. В. Шатохин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

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

Одним из ключевых моментов, определяющих актуальность использования прицепной зерноуборочной машины очесывающего типа, является практическая возможность использования в хозяйствах зернового вороха. Выделены следующие направления использования очесанной зерносоломи-стой массы:

- выделение зерна из убранной массы для продовольственных или фуражных целей;

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

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

Целью работы является совершенствование процессов очеса зерновых культур и выгрузки зернового вороха на основе исследований однобарабанного прицепного очесывающего устройства.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Разработать конструктивно-технологическую схему однобарабанного прицепного устройства для уборки зерновых методом очеса с использованием:

- направляющего козырька;

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

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

2. Обосновать параметры конструкции и установки очесывающих гребенок.

3. Определить рациональные кинематические характеристики работы однобарабанного очесывающего устройства.

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

5. Исследовать процесс движения очесанной массы в выгрузном трубопроводе.

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

7. Экспериментально подтвердить положения теории, определить рациональные параметры и режимы работы экспериментального очесывающего устройства.

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

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

Научная новизна работы состоит в том, что:

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

- получены аналитические зависимости, позволяющие определить рациональные кинематические характеристики работы однобарабанного очесывающего устройства, необходимый момент инерции элементов шарнирной подвески очесывающих гребенок;

- получены экспериментальные данные по потерям и уровню дробления зерна;

- получена математическая модель процесса работы машины, позволяющая оценить потери зерна в зависимости от изменения настроек и режимов работы машины.

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

Реализация результатов исследований. Разработанное устройство для уборки зерновых методом очеса внедрено в сельхозартели «Колхоз Ма-

як» Калужской области Перемышельского района.

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

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

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 94 наименований. Работа изложена на 137 страницах текста компьютерной верстки, содержит 18 таблиц, 42 рисунка и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель работы, объект и предмет исследований, научная новизна. Представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние вопроса уборки зерновых методом очеса и задачи исследования» приведен анализ литературных, патентных и электронных источников.

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

Основным направлением продвижения технологии очеса зерновых в нашей стране и за рубежом явилось рассмотрение возможности замены традиционной жатки зерноуборочного комбайна на очесывающий адаптер. Предпосылкой к данному техническому решению явилась возможность увеличения производительности комбайнов за счет снижения доли соломы в убранной массе.

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

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

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

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

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

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

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

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

При движении трактора направляющий козырек очесывающего устройства наклоняет стебли растения вперед. Гребенки очесывают наклоненные вперед растения и с большой скоростью подают зерносоломистую массу вверх через зазор между неподвижной стенкой кожуха и гребенками барабана. Очесанный ворох при прохождении через зазор движется вверх по трубопроводу, обладая определенным запасом кинетической энергии, и дефлектором направляются в прицеп-емкость. Листостебельные частицы вороха с невысоким удельным весом и обладающие высокой парусностью транспортируются под действием воздушного потока в трубопроводе.

Результаты исследований известных конструкций и предложенные аналитические зависимости позволили определить исходные конструктивные параметры очесывающего устройства: диаметр очесывающего барабана £) =0,57 м; высота очеса растений /г = 0,15...0,2 м; высота установки направляющего козырька относительно центра очесывающего барабана 1гк = 0,14...0,28 м; зазор между стенкой кожуха и вращающимися гребенками <7=12 мм.

Рисунок 1 - Схема агрегата в составе трактора класса 1,4, очесывающего устройства и прицепа-емкости

Для обоснования угла установки и выбора рациональной формы гребенки, осуществляющей швыряние зерносоломистой массы, исследовали процесс движения материала по гребенке как лопасти метателя (рис. 2).

Сходя с гребенки, частица приобретает результирующую скорость Урез, являющуюся результатом геометрического сложения максимальной

окружной скорости Уе и максимальной скорости Уг движения вдоль лопасти. Окружная скорость равна

«■о

(1)

Рисунок 2 - Схема для анализа движения частицы материала по граб-лине очесывающего барабана

где Я - радиус очесывающего барабана, м; п - частота вращения очесывающего барабана (мин~^).

Скорость движения частицы вдоль гребенки Уг = (¡и/Ж возникает в результате действия на частицу сил, связанных с ускорениями. Если массу частицы обозначить через ш, постоянную угловую скорость гребенки через ш и радиус-вектор положения частицы на гребенке через р , то центробеж-2

ная сила С = тт р .

Составляющая этой силы С^, действующая вдоль гребенки, отклоненной назад на угол а , перемещает частицу по гребенке:

С к = т ш р зш а. (2)

Действующая перпендикулярно к гребенке сила Сн влияет на силу трения:

Сн=тш рсоъа (3)

^ „

Кориолисова сила Ф^-2тт— направлена перпендикулярно греЛ

бенки. Она также создает силу трения. Тогда

Ртр=/{Фк-Сн)^/(2тш^-т(01рс0ъа), (4)

где / - коэффициент трения материала частицы о поверхность гребенки.

Уравнение движения частицы по гребенке имеет вид:

2

^ _ й? и

Ск ~ ^тр = • <-5>

с1Г

Подставляя значения С^ и Ртр, выразив р$'та = и, рсоъа = г и

разделив обе части выражения на гп получим следующее уравнение движения частицы по гребенке: 2

¿и „ , с1и 2 г 2 п 1<1\

йг *

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

/

щуюся по грани гребенки

В качестве основного комплексного кинематического параметра приняли шаг подачи гребенки , являющийся расстоянием между одинаковыми точками двух соседних циклоид. Пределы изменения оптимального шага % применительно к малогабаритному прицепному очесывающему адаптеру были приняты на основании исследований работы экспериментального очесывающего адаптера к комбайну «Енисей». Исследования однобарабанного очесывающего адаптера были проведены кафедрой «Агропромышленная инженерия» МГТУ имени Баумана в 2002 году. По результатам исследований выявили рациональный диапазон значений шага подачи гребенок Бх =0,03...0,05 м.

В результате последующих расчетов обоснованы рациональные параметры конструкции очесывающего барабана: радиус г =0,285 м, число рядов гребенок г =4 и определены кинематические характеристики работы однобарабанного очесывающего устройства: частота вращения и =1000 мин ^рабочая скорость Ум =2.7 м/с.

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

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

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

Мт>Мр + Мр. (7)

Момент силы трения

Jш2

Мр=1Сг0=-—-г0, где / м0

коэффициент трения; С = JnP^|Г<о - центробежная сила очесывающего элемента; 3 - момент инерции очесывающего элемента относи-

2

тельно оси шарнира, кг-м ; ст - угловая скорость вращения очесывающего барабана; У?0 - радиус вращения центра тяжести Сд очесывающего элемента, м; /ф - радиус пальца шарнира, м.

Момент от окружного усилия Р

МР = РЯ=Ц-, (8) пк

где Я - радиус вращения очесывающей гребенки в точке приложения силы Р ; N - мощность, передаваемая на ротор; п - частота вращения ротора; к - число гребенок на роторе.

Подставляя значения моментов в неравенство (7) получаем:

2

Мт=Тг>/^-щ+—- (9)

Минимальный необходимый момент инерции переходной пластины, при которой очесывающий элемент под воздействием внешней силы Т будет сохранять жесткость связи, равен:

Рисунок 4 - Схема приложения сил к очесывающей гребенке барабана

/®2и

Определив момент инерции переходной пластины =0,0014 кг-л< , ее размеры=0.11 м, /=0,1 м вычислили минимальную толщину пластины 6=0,12 мм, при которой шарнирную связь очесывающей гребенки с ротором можно рассматривать как жесткую.

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

Часть передней стенки выгрузной трубы выполняем по дуге окружности, касательная к которой является продолжением этой трубы, а угол с вертикалью /?о - углом наклона передней стенки (рис. 5). Наиболее благоприятным является случай, когда частица после схода с гребенки летит параллельно передней стенки трубопровода.

Проекции всех сил, действующих на частицу, на направление внутренней поверхности гребенки, по которой движется частица, есть сила

Рисунок 5 - Схема для определения угла наклона трубопровода

2 2 2 Р-тЯгп %mт-tg(pmRш со%т = тКш вт(г-

■(р)/со%<р, (11)

где т - масса частицы, кг; Я - радиус барабана, м; ш - угловая скорость вращения очесывающего барабана, 1/с; Щ<р - тангенс угла трения; г -угол между векторами переносной скорости зерна Уг и относительной скорости зерна Уе.

Зная Р , в конечном итоге найдем время г, Уе = _//, абсолютную скорость частицы и угол наклона передней стенки выгрузного раструба Д) •

У = у1 у} + Vг -2УеУг соб(7г - т) = 11

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» представлена программа экспериментальных исследований, описаны методика и технология проведения экспериментов в лабораторных и полевых условиях. Основными задачами экспериментальных исследований явилась проверка достоверности аналитических зависимостей и теоретических выводов. С целью исследования процесса очеса зерносоломистой массы изготовлен экспериментальный образец прицепного очесывающего адаптера, схема которого представлен на рисунке 6.

В соответствии с программой экспериментальных исследований разработаны методики и планы экспериментальных исследований в полевых условиях:

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

- определении уровня дробления зерна в зависимости от частоты вращения барабана;

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

VI.

структивная схема малогабаритного прицепного однобарабанного очесывающего адаптера: 1 -очесывающий барабан; 2

- кожух; 3 - трубопровод; 4 - дефлектор; 5 - направляющий козырек; 6 -рама; 7 - ходовая часть; 8

- прицепное устройство

Рисунок 6 - Кон-

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

Методика проведения опытов предусматривала следующую последовательность проведения эксперимента: устанавливали частоты вращения двигателя, которые обеспечивали частоты вращения вала ротора в значениях

равных 550, 700, 800, 900, 1100 мин~1, на каждом из режимов производили замер частоты вращения вала очесывающего барабана и запускали агрегат в работу. Высоту очесывающего барабана устанавливали равной 0,15 м; скорость движения агрегата - 7... 10 км/ч. В процессе исследований фиксировали следующие показатели рациональности работы экспериментального устройства: наличие устойчивого выброса и подачи массы в прицеп-емкость; диаметр струи материала, достигающей прицепа-емкости; забивание трубопровода.

Диаметр струи материала фиксировали с помощью двух складных метров, закрепленных на дне прицепа-емкости. В процессе эксперимента использовали фото- и видеосъемку. Опыты повторяли в трехкратной повторно-сти.

Определение уровня дробления зерна проводили по методу однофак-торного эксперимента.

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

п, мин~1.

Методика проведения опытов предусматривала следующую последовательность проведения эксперимента: устанавливали частоты вращения двигателя, которые обеспечивали частоты вращения вала ротора в значениях

равных 700, 800, 900, 1000, 1100 мин~], на каждом из режимов производили замер частоты вращения вала очесывающего барабана и запускали агрегат в работу. Высоту очесывающего барабана устанавливали равной 0,15 м. Скорость движения агрегата VM во всех опытах поддерживали в диапазоне 7... 10 км/ч и контролировали с помощью тахоспидометра ТХ 135 трактора.

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

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

Полагаясь на уже определенные цели исследования, в качестве параметра оптимизации выбрали потери зерна , %. В качестве факторов выбрали следующие параметры работы очесывателя: V - скорость движения агрегата, км/ч; п - частота вращения очесывающего барабана, мин~1; Ик - высота установки козырька относительно поверхности почвы, м.

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

Таблица 1 - Условия эксперимента

Уровень XI, км/ч х2, мин 1 Хз, м

Верхний(+1) 14 1300 0,26

Основной(0) 9 1100 0,21

Нижний (-1) 4 900 0,16

Неизвестную функцию отклика аппроксимировали полиномом вида у = Ь0 + Ь[Х\ + ¿2*2 + ЬХЪ + Ь 2*1*2 + Ь\ 3*1*3 +

¿23*2*3+^1*12+^12*2 +^13*з > (13)

где Ьо , Ь\,... коэффициенты регрессии при соответствующих переменных.

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

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

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

Критерием оптимальности данного плана принята ортогональность. Исходя из данного критерия число опытов в центре плана равно =1.

Реализация опытов в соответствии с данной матрицей планирования с преобразованной квадратичной переменной позволяет построить модель вида у = Ь'о+ Ь\х\ + ¿>2X2 + ¿3*3 + ¿П 2*1*2 + Ь 3*1*3 +

¿23*2*3 +^11(*12 -0,73) + б!2(*2+ -0,73) . (14)

Благодаря ортогональности матрицы коэффициенты регрессии определили независимо друг от друга по формуле:

N / N

М / 7=1

где Xjj - элементы соответствующего столбца матрицы; уj - значение

параметра оптимизации в j-м опыте.

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

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

Условия проведения опытов были следующие: эксперименты проводили на ячмене сорта «Нур» с биологической урожайностью 20 ц/га с общей спелостью зерна 96%, влажностью зерна 16%, высотой /^=0,05...0,06 м и

тритикале сорта «Гермес» урожайностью 28 ц/га с общей спелостью зерна 98%, влажностью зерна 14%, высотой /р=0,1...0,11 м (по данным агрономической службы колхоза «Маяк» в 2009 году).

В результате проведения экспериментов по исследованию рациональности работы очесывающего барабана как швырково-пневматического транспортера была получена графическая зависимость диаметра струи зерносоломистой массы Dc от частоты вращения очесывающего барабана п (рис.

7).

Из рисунка 7 видно, что диаметр струи очесанного вороха увеличивается по мере уменьшения частоты вращения барабана. При уменьшение частоты вращения барабана с 1100 до 700 мшГ1 увеличение диаметра струи незначительно и равномерно. При достижении частоты оборотов диапазона

700...650 мин'1 диаметр струи начинает увеличиваться более резко - происходит разбрасывание очесанного вороха.

Рисунок 7 - Зависимость диаметра струи зерносоломистой массы от частоты вращения очесывающего барабана

В диапазоне значений частот оборотов барабана 650...550 мин~1 процесс транспортирования и выгрузки протекает неустойчиво. Возникают такие явления как забивание трубопровода, срыв струи и сброс очесанного вороха на барабан.

В результате проведенных опытов в полевых условиях установили рациональный диапазон частоты вращения очесывающего барабана

«=800... 1100 мин~^, в пределах которого наблюдали устойчивый выброс зерносоломистой массы и ее транспортирование и по всей длине прицепа-емкости.

В результате проведения эксперимента по определению уровня дробления зерна была получена зависимость уровня дробления зерна Д, % от

частоты вращения очесывающего барабана п, мин~1 (рис. 8).

Анализируя график, представленный на рисунке 8 можно сделать следующие замечания. При частоте вращения очесывающего барабана

700... 1000 лшм-1 уровень дробления зерна остается практически неизменным и не превышает 0,8 %. Далее дробление начинает заметно увеличиваться

и при частоте вращения и =1100 мин~1 достигает 1,4%, что впрочем, не выходит из диапазона допустимых значений.

щения очесывающего барабана экспериментального устройства

Увеличение дробления зерна после достижения частоты вращения очесывающего барабана /7=1000 мин~1 связано прежде всего с достижением окружной скорости концов гребенок критического значения 30 м/с.

Таким образом, рациональный диапазон частот вращения очесывающего барабана в контексте достижения минимального уровня дробления зерна

составляет «=700... 1000 мин 1. При этом работа очесывающего устройства

с частотой вращения барабана «=1100 мин~' так же возможна, так как соответствующий уровень дробления зерна не выходит из границ допустимых пределов.

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

вращения очесывающего барабана п, мин~^; высоты установки направляющего козырька Нк, м:

у = -0,644 - 0,6122У + 0,0019п + 7,26А* + 0,046К2 (16)

Для изучения математической модели процесса очеса зерносоломистой массы составили уравнения регрессии для каждой пары взаимодействующих факторов и построили соответствующие поверхности отклика и соответствующие им контурные графики.

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

Уровень потерь зерна, соответствующий требованиям стандарта находится в переделах изменения скорости движения агрегата V = 4... 11,5 км/ч и

частоты вращения барабана п= 800... 1150 лип Г1, что согласуется с результатами теоретических исследований. Небольшое увеличение потерь зерна при изменении скорости движения агрегата V от 6,5 км/ч до 3 км/ч связано с уменьшением шага подачи граблин ниже критического значения менее 0,03 м.

На основании полученной поверхности отклика и ее двумерного сечения (рис. 10) необходимо отметить характер изменения потерь зерна при вариации высоты установки направляющего козырька Ик. При увеличении расстояния с Нк =0,16 до Ик =0,26 при постоянных V = 9 км/ч, п = 1100

лшн-1, потери зерна увеличились с 0,8% до 1,5%. Данный факт свидетельствует о том, что низко установленный направляющий козырек пригибает растения до такой степени, что выводит их из зоны очеса.

В результате проведения лабораторных исследований в полевых условиях, анализа математической модели процесса очеса растений экспериментальным адаптером определены его рациональные установки и режимы работы, при которых суммарные потери за адаптером не превышают 1,2%:

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

- частота вращения очесывающего барабана и=900... 1100 мин~';

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

А

1350 - -т

' /

П, МИН 1300 г /

1250 1200 1150 1100 1050|~ 1000 950

г/

\ \ \ \

I I

\ I

\ I

\ \

\

\ 1

А ч

10 12 14 16

Рисунок 9 - Поверхность отклика и ее контурный график, характеризующие величину потерь зерна при изменении факторов V и п и постоянной величине фактора Ик = 0,21 м

0 1 о

V, км/ч

- / \ '1 '1 1 ! | ~

/ 1 1 а 1 1 1

/ \

/ \ \ V •

/ \ 1- \

/ / / \ 1 Л \ 1 "

/ \

/ 1 |

/ / / \ ! ■

/ / г / , \ 1 1. ,! 1 1

10 12 14 16

V, км/ч

Рисунок 2 0 - Поверхность отклика и ее контурный график, характеризующие величину потерь зерна м при изменении факторов V и кк и постоянной величине фактора п = 1100 лшн

В пятой главе «Экономическая эффективность использования малогабаритного прицепного очесывающего адаптера» приведены результаты поле-

вых испытаний экспериментального образца адаптера в сельхозартели «Колхоз Маяк» Калужской области, Перемышльского района в 2008-2009 годах.

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

Разработанная конструкция очесывающего адаптера обеспечивает снижение приведенных затрат на 57%, удельной металлоемкости на 70%, удельной энергоемкости на 16%.

Общие выводы и предложения

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

2. Получено уравнение движения частицы по граблине, на основании которого получен рациональный диапазон значений углов наклона граблины. Исходя из выполнения условий оптимальности процессов очеса и метания зерносоломистой массы, в качестве формы передней грани граблины приняли криволинейную поверхность. У конца она имеет максимальный передний угол атзх =25 что обеспечивает выгодный очес, а у основания минимальный угол огт;п =0, способствующий выгодному метанию.

3. Предложена расчетно-аналитическая методика по определению кинематических и конструктивных параметров однобарабанного прицепного очесывающего адаптера: радиус очесывающего барабана г =0,285 м, число рядов граблин г-4, частота вращения очесывающего барабана п=1000

л*ш/-', рабочая скорость агрегата Ум=2.7 м/с, шаг подачи граблин =0,04 м.

4. На основании исследований инерционно-динамических процессов очеса получены аналитические зависимости, позволившие определить необходимый момент инерции очесывающего узла в составе граблины и переход-

2

ной пластины J =0,0048 кг-м (на длину 0,1 м) и размерно-массовые характеристики элементов очесывающего узла при которых шарнирную связь очесывающей граблины с ротором можно рассматривать как жесткую.

5. Получены аналитические зависимости, позволившие определить абсолютную скорость частицы в момент схода с граблины К =31,6 м/с и угол наклона выгрузного трубопровода Д) = 20

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

7. Предложены и реализованы следующие методики проведения экспериментальных исследований в полевых условиях:

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

- определения уровня дробления зерна в зависимости от частоты вращения барабана;

- определение потерь зерна при изменении ряда факторов, влияющих на процесс очеса.

Результаты исследований показали:

- оптимальный диапазон частоты вращения очесывающего барабана, в пределах которого наблюдали устойчивый выброс зерносоломистой массы в

прицеп-емкость составил «=800... 1100 мин

- рациональный диапазон частот вращения очесывающего барабана при котором наблюдали минимальный уровень дробления зерна составляет

и =700... 1000 мин'1.

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

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

-частотавращения очесывающего барабанаи=900... 1100 мин 1;

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

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

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

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

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

2. Алакин, В. М. Кинематические характеристики однобарабанного

очесывающего адаптера / В. М. Алакин, В. Ю. Савин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2010. - №11. - С. 7-8.

Публикации материалов конференций:

3. Савин, В. Ю. Этапы создания математической модели зерноуборочного очесывающего адаптера / В. Ю. Савин, В. Н. Сидоров, В. М. Алакин // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в ВУЗе. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Том 2. - М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. - С. 108-109.

4. Савин, В. Ю. Исследование динамики процесса очеса однобарабан-ного прицепного адаптера / В. Ю. Савин // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в ВУЗе. Материалы региональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Том 1. - М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008.-С. 125-126.

5. Савин, В. Ю. Обоснование процесса лопастного метания при проектировании очесывающего адаптера / В. Ю. Савин // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в ВУЗе. Материалы региональной научно-технической конференции. Том 1. - М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009.

6. Алакин, В. М. Разработка рабочего процесса и конструкции одноба-рабанного очесывающего устройства / В. М. Алакин, В. Ю. Савин // Использование инновационных разработок НИУ региона для повышения эффективности сельскохозяйственного производства: Материалы региональной научно-практической конференции под ред. В.Н. Мазурова - Калуга: ГНУ Калужский НИИСХ Россельхозакадемии, 2010. - С. 74-77.

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

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

9. Алакин, В. М. Испытание однобарабанного очесывающего устройства в производственных условиях СХА «Колхоз «Маяк» / В. М. Алакин, В. Ю. Савин, В. И. Еремеев // Научные основы повышения эффективности систем земледелия и животноводства: Труды региональной научно-практической конференции под ред. В.Н. Мазурова - Калуга: ГНУ Калужский НИИСХ Россельхозакадемии, 2011.-С. 131-133.

Савин Владимир Юрьевич

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 28.07.2011 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Печ. л. 1. Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ № 132

Отпечатано в Редакционно-издательском отделе Калужского филиала МГТУ им. Н. Э. Баумана 248000, г. Калуга, ул. Баженова, 2, тел. 57-31-87

Введение

1 Современное состояние вопроса уборки зерновых методом очеса и задачи исследования

1.1 Предпосылки к разработке прицепных очесывающих устройств для уборки зерновых культур

1.2 Обзор конструкций очесывающих устройств для уборки зерновых

1.2.1 Очесывающие адаптеры к зерноуборочным комбайнам

1.2.2 Прицепные уборочные машины очесывающего типа

1.3 Анализ конструкций очесывающих узлов зерноуборочных комбайнов

1.4 Задачи исследования

2 Теоретическое обоснование конструктивных параметров и режимов работы однобарабанного очесывающего устройства

2.1 Построение блок-схемы функционирования очесывающего устройства

2.2 Выбор конструктивно-технологической схемы и обоснование параметров однобарабанного очесывающего устройства

2.3 Обоснование угла установки гребенки и формы ее рабочей поверхности

2.4 Определение рациональных кинематических характеристик работы однобарабанного очесывающего устройства

2.5 Определение необходимого момента инерции очесывающего узла

2.6 Исследование движения очесанной массы в трубопроводе

2.7 Определение ширины захвата очесывающего устройства

3 Программа и методика экспериментальных исследований

3.1 Программа экспериментальных исследований

3.2 Объект исследований, измерительные приборы и аппаратура

3.3 Методика определения скорости воздушного потока в выгрузном трубопроводе

3.4 Методика проведения экспериментов в полевых условиях

3.4.1 Методика исследования рациональности работы очесывающего барабана как швырково-пневматического транспортера

3.4.2 Методика определения уровня дробления зерна

3.4.3 Методика проведения многофакторного эксперимента

3.5 Планирование многофакторного эксперимента

4 Результаты экспериментальных исследований

4.1 Результаты лабораторных исследований

4.2 Результаты экспериментальных исследований в полевых условиях

4.2.1 Исследование рациональности работы очесывающего барабана как швырково-пневматического транспортера

4.2.2 Определение уровня дробления зерна

4.2.3 Анализ результатов полно факторного эксперимента по определению потерь зерна

5 Экономическая эффективность использования малогабаритного прицепного очесывающего адаптера 112 Общие выводы и предложения 115 Список использованной литературы 117 Приложения

Возделывание зерновых культур в условиях сельскохозяйственных предприятий и в фермерских хозяйствах необходимо для получения продовольственного зерна, обеспечения животноводства кормами и организации севооборота.

Развитие животноводства напрямую связано с уровнем кормовой базы. В затратах на производство продуктов животноводства стоимость кормов составляет 65-75% [50], поэтому рациональные технологии их производства важны для снижения себестоимости продукции.

Зерно злаковых культур является концентрированным кормом и основным источником легкопереваримых и легкоферментируемых углеводов. Солома в рационе животных необходима для поддержания нормальных процессов пищеварения, является незаменимым элементом при приготовлении кормосме-сей и комбикормов.

В сложных почвенно-климатических условиях Нечерноземной Зоны РФ возделывание зерновых и травяных культур в фермерских хозяйствах сдерживается отсутствием недорогой, малогабаритной, прицепной зерноуборочной техники к тракторам МТЗ-80,82. Известны, но не предложены на рынке прицепные зерноуборочные комбайны и очесывающие устройства, которые имеют высокую метало- энергоемкость и практически не подходят для агрегатирования с тракторами класса 1,4. Поэтому задача разработки и предложения производству эффективных прицепных устройств с низкой энерго- и металлоемкостью для уборки зерновых культур является весьма актуальной. Наибольшие возможности для реализации данной задачи дает использование принципа очесывания растений на корню. Применение малогабаритных очесывающих устройств позволит в значительной мере решить проблему уборки зерновых в условиях коллективных и фермерских хозяйств, снизить потери урожая и повысить уровень обеспечения хозяйств концентрированными кормами.

Проведенные в КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2001-02 годах исследования однобарабанного очесывающего адаптера к комбайну «Енисей» показали, что полученные результаты позволяют провести разработку эффективного прицепного очесывающего устройства [4; 77].

Одним из ключевых моментов, определяющих актуальность использования малогабаритной прицепной зерноуборочной машины очесывающего типа, является дальнейшее использование зернового вороха. Выделены следующие направления использования очесанной зерносоломистой массы:

- выделение зерна из убранной массы с использованием его в продовольственных или фуражных целях;

- приготовление кормосмесей из всей массы убранного урожая.

Одним из перспективных направлений в кормопроизводстве является приготовление гранулированных и брикетированных кормов из зернофуражных культур, убираемых безобмолотным способом.

Попытки использовать для кормления скота всю вегетативную массу зернофуражных культур проводились давно. Еще в 1906 г. на Висконской опытной станции (США) в длительных опытах сравнивались рационы, состоящие только из цельных растений пшеницы, кукурузы, овса или их смеси [10]. В современных условиях вновь возник интерес к проблеме кормления жвачных животных цельными растениями зерновых культур в технологически обработанном (гранулированным и брикетированном) виде.

Безобмолотная уборка зерновых методом очеса на корм по сравнению с раздельной уборкой зерна и соломы имеет следующие преимущества:

- быстрее освобождаются площади для пожнивных культур;

- упрощается и удешевляется процесс уборки урожая;

- улучшается технология кормления, что дает возможность эффективно механизировать и автоматизировать процессы уборки и раздачи корма с учетом индивидуальных качеств скота;

- появляется возможность приготовления высокопитательных полнорационных кормов, исключения из рациона грубых кормов и повышение усваяе-мости питательных веществ.

Безобмолотный способ уборки зернофуражных культур дает возможность более целесообразно и эффективно использовать площади, занятые кормовыми культурами. Следует учесть, что затраты труда на сбор и скирдование соломы после уборки на зерно в 2-2,5 раза превышают затраты на сбор зерна, при этом почти полностью теряется полова [10].

В отличие от традиционной жатки, которая косит под корень и оставляет поле без какой-либо растительности, очесывающая жатка оставляет пожнивной остаток. Эта высокая стерня имеет огромную ценность с точки зрения защиты почв. Сохранение влаги в почве благодаря удержанию снежного покрова, защита почвы от прямых солнечных лучей - важнейшие преимущества метода очеса для многих фермеров [48].

Питательная энергетическая ценность зернофуражных культур определяется соотношением зерна и вегетативной массы (соломы). Она будет изменяться как в зависимости от настроек и режимов работы уборочного агрегата так и от вида и сорта зернофуражных культур.

При изготовлении соломенно-зернового гранулированного монокорма из очесанной массы при уборке злаковых зерновых культур в фазе полной спелости отпадает необходимость применения высокотемпературных сушилок [10]. Технология изготовления монокорма в этом случае складывается из уборки массы безобмолотным очесывающим агрегатом, измельчения ее на кормодро-билке КДУ-2 и подачи затем в гранулятор ОМГ-0,8. Одним из вариантов приготовления корма является сохранение размолотой массы с добавками для получения полнорационной смеси в бумажных мешках [10].

Зерносоломистую массу повышенной влажности необходимо досушивать в сушильной установке либо использовать технологию плющения измельченного зернового вороха с последующей закладкой на длительное время с консервантами.

Применение прицепных очесывающих устройств может быть одним из элементов производства кормов для крупного рогатого скота как в условиях фермерских хозяйств, так и в промышленных масштабах.

Таким образом, вопрос разработки прицепного очесывающего устройства для уборки зерновых весьма актуальна и имеет большое значение в развитии кормопроизводства в сельском хозяйстве.

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

Целью работы является совершенствование процессов очеса зерновых культур и выгрузки зернового вороха на основе исследований однобарабанного прицепного очесывающего устройства.

Объект исследования. Технологический процесс очеса зерновых культур на корню агрегатом в составе трактора класса 1,4, малогабаритного однобарабанного прицепного очесывающего устройства и прицепа типа 2ПТС-4.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

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

- получены аналитические зависимости, позволяющие определить рациональные кинематические характеристики работы очесывающего устройства, необходимый момент инерции элементов подвески очесывающих гребенок;

- получены экспериментальные данные по потерям и уровню дробления зерна;

- получена математическая модель процесса работы машины, позволяющая оценить потери зерна в зависимости от изменения настроек и режимов работы машины.

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

Реализация результатов исследований. Разработанная машина для без-обмолотной уборки зерновых методом очеса внедрена в сельскохозяйственной артели «Колхоз «Маяк» Калужской области Перемышльского района. Подтверждается актом внедрения в производство результатов научно-исследовательской работы.

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

Защищаемые положения:

- конструкторско-технологическая схема однобарабанного прицепного очесывающего устройства;

- аналитические зависимости, позволяющие определить рациональные кинематические характеристики работы адаптера, необходимый момент инерции элементов подвески очесывающих гребенок;

- экспериментальные данные по потерям и уровню дробления зерна;

- оптимальные режимы работы очесывающего адаптера, обеспечивающие эффективную уборку зерновых при минимальной энергоемкости процесса;

- оценка экономической эффективности процесса уборки зерновых агрегатом в составе трактора класса 1,4, адаптера очесывающего типа и прицепа типа 2ПТС-4.

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

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 89 наименований. Работа изложена на 135 страницах текста компьютерной верстки, содержит 18 таблиц, 42 рисунка и 5 приложений.

Общие выводы и предложения

1. В результате исследований конструкций и технологических схем очесывающих адаптеров к зерноуборочным комбайнам и прицепных очесывающих ч устройств разработана конструктивно-технологическая схема однобарабанного прицепного устройства для, уборки зерновых методом очеса, агрегатирующего-ся с трактором класса 1.4.

2. Получено уравнение движения частицы по граблине, на основании которого получен рациональный диапазон- значений углов наклона граблины. Исходя из выполнения условий оптимальности процессов очеса и метания4 зерно-соломистой массы, в качестве формы передней грани граблины приняли криволинейную поверхность. У конца она имеет максимальный передний угол атах =25 что обеспечивает выгодный очес, а у основания минимальный угол атт способствующий выгодному метанию

3. Предложена расчетно-аналитическая методика по определению кинематических и конструктивных параметров однобарабанного прицепного очесывающего адаптера: радиус очесывающего барабана г =0,285 м, число рядов граблин г =4, частота вращения очесывающего барабана «=1000 мин'1, рабочая скорость агрегата 7М=2.7 м/с, шаг подачи граблин 8Х =0,04 м.

4. На основании исследований инерционно-динамических процессов очеса получены аналитические зависимости, позволившие определить необходимый момент инерции очесывающего узла в составе граблины и переходной л пластины /=0,0048 кг-м (на длину 0,1 м) и размерно-массовые характеристики элементов очесывающего узла, при которых шарнирную связь очесывающей граблины с ротором можно рассматривать как жесткую.

5. Получены аналитические зависимости, позволившие определить абсолютную скорость частицы в момент схода с граблины 7=31,6 м/с и угол наклона выгрузного трубопровода /?0 = 20

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

7. Предложены и реализованы следующие методики проведения экспериментальных исследований в полевых условиях:

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

- определения уровня дробления зерна в зависимости от частоты вращения барабана;

- определение потерь зерна при изменении ряда факторов, влияющих на процесс очеса.

Результаты исследований показали:

- оптимальный диапазон частоты вращения очесывающего барабана, в пределах которого наблюдали устойчивый выброс зерносоломистой массы в прицеп-емкость составил «=800. 1100 мин'1.

- рациональный диапазон частот вращения очесывающего барабана при котором наблюдали минимальный уровень дробления зерна составляет «=700. 1000 мин'1.

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

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

- частота вращения очесывающего барабана «=900.1100 чмин~х; высота установки направляющего козырька относительно центра очесывающего барабана кк =0,16.0,2 м.

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

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

1. ГОСТ 23728-88. Техника сельскохозяйственная. Основные положения и показатели экономической оценки. — Введ. 1989 — 01 01. - М.: Изд-во стандартов, 1988.-3 с.

2. ГОСТ 24059-88. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки транспортных средств на этапе испытаний. — Введ.1989 01 - 01. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 16 с.

3. ГОСТ 28301-89. Комбайны зерноуборочные. Методы испытаний. Введ.1990 01 - 07. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 19 с.

4. Алакин, В. М. Определение аэродинамических свойств семян и параметров воздушного потока. Методическое пособие / В. М. Алакин, С. А. Плахов, С. А. Голубина. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. - 16 с.

5. Балдин, А. Пневматическое транспортирование вороха в льноуборочных машинах / А. Балдин // Сельский механизатор. 2008. - №6. - С. 18-19.

6. Баранов, А. А. Параметры воздушного потока в аэродинамическом тракте комбайна ПН-400 / А. А. Баранов // Тракторы и сельхозмашины. — 1997. №9. -С. 28-30.

7. Бергмант, А. Ф. Краткий курс математического анализа для ВТУЗОВ / А. Ф. Бергмант, И. Г. Араманович. М. Наука, 1973. - 720 с.

8. Болдин, А. П. Основы научных исследований и УНИРС. Учебное пособие. / А. П. Болдин, В. А. Максимов.- М.: Московский автомобильно-дорожный институт, 2002. 276 с.

9. Боярский, Л. Г. Производство и использование кормов / Л. Г. Боярский. -М.: Росагропромиздат, 1988.-224 с.

10. Бурьянов, А. И. Навесная очесывающая жатка / А. И. Бурьянов, М. А. Бурьянов // Сельский механизатор. 2011. - №1. - С. 8-15.

11. Бурьянов, А. И. Обоснование класса комбайна для уборки зерновых методом очеса / А. И: Бурьянов, Н. И. Пасечный // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. - №4. - С. 21-23.

12. Гинько, Г. М. Зависимость коэффициента перетирания от условий обмолота зерновых культур // Сб. трудов по земледельческой механике. Т. 9. М.: Машиностроение, 1966.

13. Гольтяпин, В. Я. Характеристика современных самоходных зерноуборочных комбайнов / В. Я. Гольтяпин // Техника и оборудование для села. — 1999. -№3-4.

14. Горбачев, И. В. Уберем зерно без потерь / И. В. Горбачев, Ю. М. Шрейдер // Сельский механизатор. 2010. - №6. - С.

15. Горячкин, В. П. Собрание сочинений / В. П. Горячкин. М.: Сельхозгиз, 1940.-т. 5.-262 с.

16. Гутров, М. А. Метод исследования разрушения связи зерна с колосом / М. А. Гутров // Тракторы и сельхозмашины. 2011. - №1. - С. 33-35.

17. Девяткин, А. И. Рациональное использование кормов / А. И. Девяткин. -М.: Росагропромиздат, 1990. 256 с.

18. Дунаев, П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 496 с.

19. Жалнин, Э. В. Альтернативные технологии уборки зерновых / Э. В. Жал-нин // Сельский механизатор. 2010. - №9. — С. 12-17.

20. Жалнин, Э. В. Выбираем модель комбайна / Э. В. Жалнин // Сельский механизатор. 2010. - №7. - С. 12-13.

21. Жалнин, Э. В. К расчету типоразмерного ряда зерноуборочных комбайнов / Э. В. Жалнин, М. Ш. Жилкибаев, В. С. Пьянов // Тракторы и сельхозмашины. -2009. №7. -С. 7-11.

22. Жалнин, Э. В. От динамики самоосыпаемости зерна к высокоэффективеой уборке / Э. В. Жалнин, В. С. Пьянов // Техника в сельском хозяйстве. 2010. -№4.-С. 8-10.

23. Жалнин, Э. В. Оценка эффективности зерноуборочных комбайнов по стоимости / Э. В. Жалнин // Сельский механизатор. 2010. - №8. - С. 12-13.

24. Жалнин, Э. В., Савченко А. Н. Технологии уборки зерновых комбайновыми агрегатами. -М.: Россельхозиздат, 1985.

25. Жатва без жатки? // Новое сельское хозяйство, 2001. - №2. - С. 34-37.

26. Жатка навесная очесывающего типа «Озон»: листок-каталог: изготовитель ОАО «Пензмаш». Пенза, 2010. - 2 л.

27. Заднепровский, Р. П. Расход энергии на обмолот зерновых культур ударно-вибрационными рабочими органами / Р. П. Заднепровский // Тракторы и сельхозмашины. — 1971. №4.

28. Зангиев, А. А. Эксплуатация машинно-тракторного парка / А. А. Зангиев, А. В. Шпилько, А. Г. Левшин. М.: КолосС, 2003. - 320 с.

29. Занько, Н. Д. Моделирование потерь зерна за молотилкой комбайна / Н. Д. Занько, Н. М. Осипов // Тракторы и сельхозмашины. 1997. - №8. - С. 27-28.

30. Емельянов, П. Измеряем параметры воздушного потока / П. Емельянов, К. Ахраменко, В. Ахраменко // Сельский механизатор. 2008. - №2. - С. 17.

31. Ерохин, Г. Н. Моделирование эксплуатационно-технологических показателей зерноуборочных комбайнов / Г. Н. Ерохин, А. С. Решетов, В. В. Коновский // Тракторы и сельхозмашины. 2011. - №1. — С. 30-31.

32. Исследование ускорителей выброса для кормоуборочных комбайнов / П. Е. Голушко и др. // Тракторы и сельхозмашины. 1990. - №5. — С. 6-7.

33. Исходные требования на базовые машинные технологические операции в растениеводстве / В. И. Анискин, А. А. Артюшин. — М.: ФГНУ «Росинфорагро-тех», 2005.-270 с.

34. Карпенко, Р. Н. Совершенствование процесса уборки семенников люцерны очесом: дис. на соиск. учен. степ. канд. тех. наук. Воронеж, 2007. - 125 с.

35. Кленин, Н. И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины: Элементы теории рабочих процессов, расчет регулировочных параметров и режимов работы / Н. И. Кленин, В. А. Сакун. М.: Колос, 1980. - 671 с.

36. Ковлягин, Ф. В. Уборка зерновых культур методом очеса / В. Ф. Ковлягин, Г. Г. Маслов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1991. ,-№8.

37. Кононенко, А. Ф. Пути улучшения использования сельскохозяйственной техники / А. Ф. Кононенко. М.: Колос, 1980.

38. Коротчиков, П. X. Новое оборудование для переработки фуражного зерна в хозяйствах / П. X. Коротчиков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1996.-№3.-С. 8-10.

39. Красников, В. В. Подъемно-транспортные машины в сельском хозяйстве / В. В. Красников. М.: Колос, 1973. - 464 с.

40. Кутьков, Г. М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства / Г. М. Кутьков. М.: КолосС, 2004 - 504 с.

41. Кутьков, Г. М. Тяговый расчет трактора и его тягово-динамические характеристики: Учебно-методическое пособие / Г. М. Кутьков, В. Н. Сидоров, А. В. Богатырев ; под ред. Г. М. Кутькова. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. - 84 с.

42. Кушнарев, А. Проблемы совершенствования технологии уборки зерновых / А. Кушнарев, В. Кравчук, А. Леженкин // Техника и технологии АПК. 2010. -№2.-С. 6-12.

43. Лаврухина, Н. В. Экономика предприятия. Методическое пособие / Н. В. Лаврухина. Калуга: Калужский филиал МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. - 100 с.

44. Леженкин, А. Н. Машина с очесывающим устройством / А. Н. Леженкин // Сельский механизатор. 2004. - №12. - С9.

45. Леженкин, А. Н. Моделирование полевой уборки зерновой части урожая-машиной для фермерских и крестьянских хозяйств / А. Н. Леженкин // Механизация и, электрификация сельского ¡хозяйства. 2005. - №5. -С. 15-18.

46. Макарцев Н. F. Кормление сельскохозяйственных животных. Калуга: ГУП «Облиздат», 1999.

47. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления / А. Б. Лурье и др.. Л.: Колос, 1979.

48. Недовесов, В. И. Анализ экономичности технологического процесса зерноуборочного комбайна / В. И; Недовесов, Г. А. Хайлис, Н. Д; Занько // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2011. - №1. - С. 27-29.

49. Нелюбов, А. И. Планирование эксперимента при разработке оптимальных конструкций с/х техники / А. И. Нелюбов, Э. П. Флик //. Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1974. - №11. - С. 19-21.

50. Никитин, Н Н. Курс теоретической механики: Учеб: для,машиностроит. и приборостроит. спец. вузов / Н. Н; Никитин. М.: Высш. шк., 1990. — 607 с.

51. ОАО «Пензмаш» г. Пенза Электронный ресурс.: Каталог. — Электрон, мультимедиа, 2010. — 1 электрон, опт. диск (DVD-ROM).

52. Обмолот риса на корню методом очеса / Е. И. Сычугов и др.. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 1977. №10. - С. 23-25'.

53. Ожерельев, В.Н. Современные зерноуборочные комбайны / В. Н: Ожерель-ев. М.: Колос, 2008. - 176 с.

54. Организация и планирование машиностроительного производства / М. И. Ипатов и др. ; под. ред. М.РЕ Ипатова, В. И. Постникова, М. К.Захаровой: — М.: Высшая школа, 1988. — 367 с.

55. Очесывающая жатка «Агро-союз Славянка» Электронный ресурс.: / Сайт корпорации «Агро-союз»: Электрон дан. - Режим доступа: http://www.agrosoyuz.ua/products/techniks-energo/reaping-machine. - Загл. с экрана.

56. Пат. 2056086 Российская Федерация, МПК6 А 01 Б 41/08. Очесывающее устройство / Шамин А. А. и др.; заявитель и патентообладатель Шамин А. А. -№ 93007343/15; заявл. 26.02.1993; опубл. 20.03.1996. 3 е.: ил.

57. Перекопский, А. Переработка фуражного зерна / А. Перекопский, М. Ку-зовников // Сельский механизатор. 2008. - №6. — С. 20.

58. Подъемно-транспортные машины / В. В. Красников и др.. — М.: Агро-промиздат, 1987. — 272 с.

59. Прицепной зерноуборочный комбайн ПН-100 «Простор» Электронный ресурс.; / Каталог ЗАО «Автомат». — Электрон дан. Режим доступа: http://www.avtomash.ru/pred/tula/pnl00.htm. - Загл. с экрана.

60. Расчет измельчителя кормоуборочного комбайна / А. И. Чепурной и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2009. - №12. - С. 31-35.

61. Резник, Н. Е. Кормоуборочные комбайны / Н. Е. Резник. М.: Машиностроение, 1980. - 375 с.

62. Ридный, С. Д. Результаты испытаний очесывающей жатки ЖОНК-7 («ОЗОН») / С. Д. Ридный, А. Ю. Фусточенко // Техника в сельском хозяйстве. -2011. -№1.

63. Рогов, В. А. Методика и практика технических экспериментов / В. А. Рогов, Г. Г. Позняк. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 288 с.

64. Родионов, JI. В. Влияние кривизны монощелевой лопатки на процесс очеса растений / Л. В. Родионов, Б. И. Макаров // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1996. - №12. - С. 17-18.

65. Родионов, JT. В. Динамические особенности привода очесывающего аппарата льнокомбайна / JI. В. Родионов, М. М. Ковалев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1993. - №12. - С. 17-18.

66. Родионов, JI. В. Особенности технических решений по способам очеса стеблей сельскохозяйственных культур / JI. В. Родионов, Б. И. Макаров // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 1993. №4. - С. 18-20.

67. Родионов, JI. В. Энергетические затраты на очес стеблей льна / JI. В. Родионов, Ю. М. Дунаев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1994. -№12.-С. 17-19.

68. Росин, М. Ф. Статистическая динамика и теория эффективности систем управления / М. Ф. Росин. -М.: Машиностроение, 1970. 336 с.

69. Сабликов, М. В. Сельскохозяйственные машины.Ч. 2. Основы теории и технологического расчета / М. В. Сабликов. М.: Колос, 1968. - 296 с.

70. Сравнительная оценка очесывающих адаптеров различных конструкций / Э. В1. Жалнин, и др. // Научно-технический бюллетень ВИМ: — 1992. №83. -С. 21-24.

71. Суханов, В. А. Методы расчета экономической эффективности новой техники / В. А. Суханов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1974. -№11.-С. 35-37.

72. Сычугов, Н. П. Диаметральные вентиляторы с'малым числом лопаток колеса // Н. П. Сычугов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1971. -№2. - С. 25-27.

73. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин: Учебник для сельскохозяйственного машиностроения / Е. С. Босой и др. ; под. ред. Е. С. Босого. М.: Машиностроение, 1977. - 568 с.

74. Шабанов, П. А. Уборка зерновых методом очеса / П. А. Шабанов, А. Н. Шокарев, И. К. Голубев // Техника в сельском хозяйстве. 1985. - №8. - С. 12.

75. Уборка урожая комбайнами «Дон» / И. Э. Липкович и др.. М.: Росагро-издат, 1989.-224 с.

76. Хайлис, Г. А. Очесывающий барабан льнокомбайна: расчет расхода энергии на привод / Г. А. Хайлис, М. М. Ковалев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1999. - №9. - С. 22-24.

77. Хайлис, Г. А. К анализу очесывания ягоды с жесткого цветоноса / Г. А. Хайлис // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 1994. №4. — С. 27-28.

78. Хайлис, Г.А. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных / Г. А. Хайлис, М. М. Ковалев. — М-.: Колос, 1994. 169 с.

79. Халанский, В. М. Сельскохозяйственные машины / В. М. Халанский, И. В. Горбачев. М.: КолосС, 2004. - 624 с.

80. Эксплуатация тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82 — Б. А. Землянский и др.. М.: Россельхозиздат, 1977. - 160 с.

81. Ясенецкий, В. А. Машины для измельчения кормов / В. А. Ясенецкий, П. Ф. Гончаренко ; Под редакцией акад. ВАСХНИЛ Л. В. Погорелого. К.: Тэхни-ка, 1990. - 166 с.

82. Blake, A. Barometer spotlight: stripper header very well Electronic resource.: Farmers weekly interactive. Electronic data. - Mode of access: http://www.fwi.co.uk.

83. Straksas, A. Development of a stripper header for grain harvesting // Agronomy research. 2006. V. 4(1). - P. 79-89.

84. Stripper header Electronic resource.: Selbourne Reynolds: Designers and manufactures of innovative agricultural equipment. — Electronic data. Mode of access : http://www.shelbourne.eom/3/products/l/harvesting/31 stripper-header.

85. Мощность при очесе Ыа расходуется на преодоление сил сопротивления отрыву зерен от растений и на сообщение скорости хлебной массе:1. А.1)где мощность, затрачиваемая на сообщение скорости хлебной массе;

86. Ыо2 мощность, необходимая для отрыва зерен от стеблей.

87. Выражение А.1 можно записать в следующем виде:1. М0=Гб(Р1+Р2), (А.2)где Рх усилие, которое возникает в связи с сообщением хлебной массе скорости, Н; Р2 - сопротивление, которое встречает барабан при очесе хлебной массы, Н.

88. При определении подачи необходимо установить состав очесанного зернового вороха, характеризуемый соотношение массы зерна и соломы (3:1. Р = ™с1(тс+т3), (А.4)где тс масса соломистой части растений в урожае, т3 - масса зерна.

89. Экспериментально установленное значение ¡3 при испытании опытного образца очесывающего адаптера в МГТУ имени Н.Э. Баумана составило 0,3.0,4 4; 77.

90. Исходя из этого, подачу определим по формуле:1. А.5)где В ширина захвата адаптера, м; А3 - урожайность зерна, Уа -скорость агрегата, м/с.

91. Таким образом, усилие, которое возникает в связи с сообщением хлебной массе скорости равно1. А.6)1. О-/?)

92. Приняв урожайность зерна выше средней, равную А3 =40 ц/га, рассчитали усилие Рх:1,5.0,4-29,6-3 (1-0,4)

93. Проведенные исследования 83. указывают, сопротивление Р2 пропорциональны всему окружному усилию Р , т. е.1. Рг=РГ, (А.7)где / коэффициент пропорциональности, равный 0,7.0,8 83.

94. Исходя из этого, полное окружное усилие равно1. Р = ^-=355,2 Н. (А.8)1./

95. Таким образом, полное окружное усилие на сегменте граблины длиной 0,1 м составит 23,6 Н.

96. Коэффициент ах представляет собой силу трения в опорах вала барабана. Для очесывающего барабана ах — 0,85.0,9 Н на каждые 100 кг массы барабана 37.

97. Коэффициент Ъх определяет сопротивление воздуха вращающемуся барабану. Значение коэффициента Ъх на 1 м длины барабана можно принятьравным 0,085 Н-с2/м2 37.

98. Подставив исходные данные: длину барабана Х=1,5м; массу барабана т =92 кг; скорость ¥б =29,6 м/с в уравнение 2.66 получили мощности холостого хода барабанов: Их =2,26 кВт.