автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование скоростных режимов работы зерноуборочного комбайна "Дон-1500" в условиях Южного Урала

РГб од

1 ДПР 1998

На пкаЕах еуксписи

ень'чаЕКС Владимир Александрович

ОБОСНОВАНИЕ СКОРОСТНЫХ РЕЛШЙСВ РАБОТЫ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА "ДОН- 1ШО" В УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО УРАЛА

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОРЕНБУРГ 1338

Работа выполнена в Оренбургском ордена Трудового Красного Знамени государственном аграрном университете

Научный руководитель :

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор М.М. КОНСТАНТИНОВ

доктор технических наук, профессор Р.Т.Абдрашитов, кандидат технических наук, доцент H.A.Жариков

Ведущая организация - научно-производственное объединение " Южный Урал",г.Оренбург.

Защита диссертации состоится " " 1998 г.

в часов на заседании диссертационного совета Д 120.96:01. в Оренбургском государственном аграрном университете по адресу: 460795,ГСП,г. Оренбург,ул.Челюскинцев,18, ОГАУ,диссертационный совет.

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного аграрного университета. Автореферат разослан " " марта 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

П.И.ОГОРОДНИКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность теш. Увеличение производства зерна и снижение его себестоимости было и остается одной из важнейших народнохозяйственных задач.

Успешное выполнение поставленных задач может быть обеспечено за счет дальнейшего технического перевооружения сельскохозяйственного производства и рационального использования имеющейся в хозяйствах техники.

В системе работ по производству зерна наиболее ответственным и напряженным этапом является уборка урожая. Большое разнообразие условий уборки зерновых культур оказывает существенное влияние на рациональное использование зерноуборочных комбайнов.

Наличие в производстве нескольких типоразмеров жаток настоятельно выдвигает вопрос по рациональному их сочетанию с соответствующими диапазонами пропускной способности молотильно-селарирую-щих устройств комбайнов. Производительность труда при уборке зерновых может быть повышена за счет увеличения пропускной способности молотилки единичного комбайна, то есть использованием комбайнов "Дон-1500". Высокая цена комбайнов "Дон-1500" и их технологические возможности требуют определения условий их эффективного использования.

Поэтому задачей настоящего исследования является определение оптимальных скоростных режимов работы зерноуборочного комбайна "ДОН - 1500" с учетом зональных особенностей уборки.

Научная идея работы состоит в установлении закономерных связей между мощностью подбираемого валка, скоростными режимами работы зерноуборочного комбайна и его производительностью.

Исследование путей повышения эффективности работы зерноуборочных комбайнов, составляющее содержание данной работы, является одной из актуальных задач, решаемых сельскохозяйственной наукой в настоящее время в связи с большим диспаритетом цен на сельскохозяйственные машины и продукцию аграрного сектора.

Работа проводилась в соответствии с планами НИР Оренбургского ГАУ.

Целью работы является повышение эффективности работы комбайнов "Дон-1500" за счет обоснования режимов их работы.

Предметом исследования являются закономерности изменения

производительности МСУ от мощности подбираемого валка и природ-но-шшматических условий уборки , а также изменения экономических и эксплуатационно-технологических показателей процесса уборки зерновых культур от производительности комбайнов.

Объектом исследования служит технологический процесс подбора и обмолота хлебной массы зерноуборочными комбайнами.

Методы исследований .Закономерности изменения производительности комбайна "Дон-1500" в зависимости от мощности валка и условий уборки изучены на основе методов математического программирования , моделирования и планирования экспериментов. Экспериментальные исследования проводились на комбайне "Дон-1500" с использованием тензометрической аппаратуры , стандартных и частных методик .Расчеты и обработку экспериментальных данных проводили с использованием теории вероятностей и математической статистики на ПК IBM-486.

Научная новизна работы. Разработана и обоснована экономико-математическая модель режимов использования комбайнов при уборке зерновых культур . Установлена зависимость изменения производительности МСУ и комбайна "Дон-1500" от мощности подбираемого валка,разработаны рекомендации по обеспечению максимальной производительности комбайна на подборе валков . Установлено изменение удельных интегральных затрат при. подборе и обмолоте хлебной массы комбайнами в зависимости от мовдости валка и других факторов уборки.

Достоверность основных положений .выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований .корреляционным анализом экспериментальных данных с определением доверительных интервалов случайных величин.

Практическая ценность. Использование зерноуборочных комбайнов "Дон-1500" с оптимальными режимами работы на подборе и обмолоте зерновых культур позволяет сократить сроки уборки и уменьшить потери зерна как за комбайном, так и от осыпания .

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на годичных научно-технических конференциях ОГАУ (Оренбург),1394-1998гг.; НТС ГУСХ Оренбургской области ; научно-практических конференциях Оренбургского ИПК,НПО"Южный Урал".

Внедрение. Производственная проверка технологического процесса на базе комбайна "Дон-1500" в комплексе с жатками ЖВР-10

проведена в АО им.Гагарина на площади 850га.Рекомендации по оптимальным скоростным режимам комбайна "Дон-1500" приняты НТС отдела механизации ГУСХ Оренбургской области к внедрению,испРльзуются в учебном процессе ОГАУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ. Структура и обьем работы.Диссертация написана на русском языке на 153 стр.машинописного текста и включает общие сведения о работе, пять глав, общие выводы,список использованной литературы из 140 наименований, из которых 4 на иностранных языках и 10 приложений. Содержит 22 рисунка и 10 таблиц. На защиту выносятся:

-методика определения оптимальных скоростных режимов зерноуборочного комбайна на подборе валков ;

-закономерности изменения пропускной способности молотилки комбайна "Дон-1500" от мощности подбираемого валка;

-закономерности изменения производительности комбайна "Дон--1500" от скоростного режима и условий уборки .

Состояние вопроса и задачи исследования.

Основоположник науки о земледельческой механике академик В.П.Горячкин в своих трудах глубоко осветил основные принципы эффективного использования сельскохозяйственных машин и орудий. Он указал, что для наиболее эффективного использования машин необходимо установить связь между условиями работы, характером технологического процесса и конструктивными параметрами.

На этом фундаментальном положении основывались исследования Р. Т. Абдрашитова, В. Н. Болтинского, А. И. Бель, В. Ж. Виноградова, 3. И. Воц-кого, Б.Д.Докина.В.С.Желиговского, Л.П.Карташова, Б.И.Кашпуры, Ю.К. Киртбая,И.И.Киселева, В.А.Кубышева, А.В.Когаяова.К.Г.Колга-нова, М.М.Константинова, Н.И.Косилова.Г.А.Окунева.В.Д.Саклако-ва,М.П.Сергеева, Б.С.Свирщевского,П.Н.Федосеева, Б.Н.Четыркина и многих других ученых.

В последние годы вопросами оптимизации в сельскохозяйственном производстве уделяется серьезное внимание. Определенный вклад в развитие этого направления внесли работы Горячкина М.И.,Кацыгина

B. В. ,Л.П. Картадава, Саакяна Д.Н., Орлова Н.М.,Огородникова П.И., Аблина Л.К., Саклакова В.Д..Важенина А.Н., Хайатова Р.Ш., Шату-новского Г.М..Карпус В.Р., Кутепова В.П. .Орманджи К.С.,Жак

C.B., Пенязева O.A., Репетова А.Н., Влынского Ю.Н., Рыбалко

А.Г., Скороходрова А.Н.и других ученых.

Большой объем вачшых теоретических и экспериментальных исследований выполнен в ВИМе, ВИСХОМЕ, СибИМЭ, РИСХМе.ЧГАУ.ОГАУ, ЛГАУ МГАУ и других институтах, в результате чего получены необходимые зависимости, связывающие между собой параметры конструкций машин с режимами их работы и эксплуатационными характеристиками.

Однако большинство опубликованных работ посвящено тракторным тяговым агрегатам, а выбору оптимальных режимов работы зерноуборочных комбайнов уделено недостаточно внимания. Выполненные в этой области исследования требуют дальнейшего развития в части более полного учета влияния на режимы работы комбайна агроклиматических, эксплуатационных, технологических, экономических и других факторов. Известно, что под действием указанных факторов показатели технологического процесса и эксплуатационные характеристики принимают различные значения, при этом затраты, связанные с потерями продукта, количеством погребной техники и прямыми издержками в эксплуатации, изменяются в разных направлениях. В условиях разнонаправленное™ затрат, выбор оптимальных режимов работы зерноуборочного комбайна представляет собой экстремальную задачу, решить которую без научно обоснованного метода, опираясь только на практический опыт, невозможно.

На основе изложенного в данной работе ставятся следующие задачи исследования:

1. Определить закономерность изменения скоростных режимов работы зерноуборочного комбайна "ДОН-1500" в зависимости от мощности подбираемых валков в реальных условиях уборки.

2. Исследовать влияние мощности подбираемого валка растительной массы на пропускную способность МСУ и энергетические показатели работы комбайна "Д0Н-1500".

3. Обосновать оптимальные режимы работы зерноуборочного комбайна "ДОН-1500" для условий Южного Урала. Разработать рекомендации сельскохозяйственному производству по рациональному использованию зерноуборочных комбайнов.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Одним из основных практических вопросов использования сущест-

вующих зерноуборочных агрегатов является определение их скоростных режимов работы при ограничении пропускной способности МСУ в пределах номинальной, с учетом массы валка и условий уборки.

Зерноуборочный комбайн имеет конкретные оптимальные параметры, тесно связанные с пропускной способностью молотильно-сепарирующего устройства. Следовательно, для существующего зерноуборочного комбайна основными параметрами, определяющими его технико-экономическую эффективность использования, является мощность подбираемого валка d и скорость движения V . Поэтому, в этих условиях постановка задачи по оптимизации параметров зерноуборочного комбайна ( V и d ), при которых их определение учитывает ограничение величины пропускной способности МСУ (молотшшно-сепариру-ющее устройство), приводит к необходимости применения метода математического программирования. Указанный метод оптимизации параметров зерноуборочного агрегата в данной работе рассматривается на примере зерноуборочного комбайна "ДОН-1500". Общая задача математического программирования заключается в минимизации (максимизации) целевой функции.

W = Ui,X2- • • ,Хп) = min (или max) ( 1 )

при наличии ограничений, имеющих вид балансовых неравенств

fr (xi,x2,...xn) < Cr(r = 1,2,..m) ( 2 )

а также граничных условий, записываемых в виде:

Xj > 0 (1 = 1,2,.. ,п) ( 3 )

Применительно к зерноуборочному комбайну необходимо максимизировать его производительность при наличии ограничения пропускной способности МСУ qnp в пределах номинальной. Так как в процессе эксплуатации можно изменить лишь ограниченное число параметров ( V и d ), то, решая поставленную задачу,необходимо определить допускаемые значения V и d , для которых достигается максимальная производительность комбайна W. В связи с этим на V и d накладываются ограничения:

V > 0 ; d > 0 ; ( 4 )

V < Vnex ; ■ d < dnex; ( 5 )

Ky'Kd-d-V < qnp,

где Vmax - максимальное значение скорости, допускаемое агротехническими требованиями и условиями работы, м/с; dmax • предельное допустимое значение величины валка из условий устойчивости и полного просыхания, кг/пог.м.

Ку - коэффициент, учитывающий условия и параметры уборки (соломистость, влажность растительной массы и др.);

Кс[ = ( ас!2 + Ьс1 +• с ) - коэффициент, характеризующий изменение пропускной способности комбайна в зависимости от мощности подбираемого валка;

Граничные значения V и <3 изображены на рис.1 линиями АВ и СП, причем линия ВС представляет ог-

а,Ь, с - опытные коэффициенты.

а а

и X//// »л

раничение скорости движения и мощности валка по пропускной способности комбайна, а допустимые их значения внутри области ОАВСй.

"Такого типа задачи обычно решаются методом множителей Лагранжа. Для этого предварительно отыскивается вспомогательная функшя Рис.1. Область допустимых значений Лагранжа, которая для неуправляемых параметров. шей задачи запишется так: Р = У + хчлр, ( 6 ) где Л - - неопределенный множитель Лагранжа.

Необходимым условием существования экстремального значения функции Лагранжа является равенство нулю ее частных производных по управляемым параметрам:

ЭГ-(ЭУ)"1 = Эи-^Г1 + Х-Эчпр-(ЭУ)"1 ( 7 )

аг- = аи-оаг1 + х-ачпр-оаг1 с в )

Решив полученную систему уравнений (7) и (8), можно определить оптимальные значения мощности валка и рабочей скорости движения агрегата. Однако непосредственное решение громоздко, поэтому далее поступаем следующим образом.

Делим выражения (7) и ( 8) соответственно на Эдпр-Оу)"1 и на

ЭдПр-(Эй)

-1

и после преобразований получаем:

ЗМ-ОУГ1 СЭчпр' МУ)-1}-1 =31*-(ИГ1 Общую формулу производительности агрегата: VI = 0,36- В -V -х.

-[Эчпр-СЗс»-1]-1

( 9 )

( 10 I

выразим через управляемые параметры:

V = Зб-сЗ-у-С-СГ1, ( 11 )

где Цх - урожайность растительной массы, ц/га.

В выражении ( 11 ) кроме управляемых параметров входит общий коэффициент использования времени смены х , который, в свою очередь, является функцией ширины захвата ( а для зерноуборочного комбайна на подборе валков функцией мощности валка (1 при фиксированном значении урожайности) и скорости движения комбайна V:

х = Г (В) = Ш); х = {(V) { 12 )

Коэффициент использования времени смены X можно выразить через управляемые параметры следующей зависимостью:

х = 1-Цу-ЧрсЗ+ЕГ1^]"1, ( 13 )

где ? - коэффициент, учитывающий кинематические и другие факторы условий работы агрегата;

Е - коэффициент, учитывающий показатель надежности технологического процесса. Подставим х в выражение (11), получим формулу производительности зерноуборочного комбайна через управляемые параметры:

V/ = Б-сЬ (у-1+РС1+Е)~* (14)

где 0 = 36

Анализ формулы (5) и (14) показывает, что они представляют нелинейную зависимость от V и й .

Следовательно, оптимизация скоростных режимов комбайна относится к задачам нелинейного программирования. Возможность применения метода дифференцирования целевой функции позволяет данную задачу отнести к дифференциальному программированию.

Для получения значений оптимальных параметров отыскиваем частные производные от выражения ( 5 ) и ( 14 ) по управляемым параметрам V и с1.

После подстановки частных производных в условие оптимизации (9) и необходимых преобразований получаем:

Уопп)= 2айг + М-СГас^+ЬсН-сЭ-ЕГ1 ( 15 )

Подставляем значение (15) оптимальной скорости в выражение (5) и решаем относительно й. По условию задачи величина пропускной способности известна, поэтому обозначив:

апРЕ-(гаКуКсО-1 = Н; Ь-^аГ1 = К, получим:

й3 + ¡ад2 - н = о ( 16 )

Данное уравнение можно решить методом Кардано.

Подстановкой d = у - R3 уравнение ( 16 ) приводится к неполном виду:

у3 + Ру + g = о, ( 17 )

где Р = - R2-3": ; е = 2•С CR3)•(З3)-1]-1 - Н ( 18 )

Уравнение ( 18 ) имеет один действительный корень, раьный:

у = А + В, ( 19 )

где

А = ( - S-2'1 + Ц1/2)1/3 ( 20 )

В = ( - g-2'1 - q1/2)1/3 ( 21 )

Q = (R-S~1)z/3 + ((R-3~1)3-H-2~1)2 ( 22 )

Сделав необходимые преобразования, получим : donm = С - (R-3"1)3+H-2"1+((R.3-1)6+((R-?r1)3-H-2'1)2)1/2]1/3+ +[-(R-3~1)3+H'2~1-((R-3~1)6+((R-3"1)6+((R-3"1)3-H-2~1)2)1/2]1/3-- R-3-1 , кг/пог.м. ( 23 )

Таким образом, в результате применения дифференциального программирования, получены расчетные формулы, по которым возможно непосредственно определить для конкретного зерноуборочного комбайна и заданных условий уборки оптимальную мощность валка, а, следовательно, и ширину захвата жатки, а затем находить по выражению (15) оптимальный скоростной режим работы комбайна и соответствующую оптимальную производительность. Формула ( 23 ) позволяет избежать метода последовательных приближений, характерного для подобного типа задач оптимизации скоростных режимов сельскохозяйственных машин .

На персональном компьютере по полученным формулам были просчитаны оптимальные значения скорости V , мощности валка d и производительности W зерноуборочного агрегата для различных условий работы.

Результаты математического моделирования показывают, что имеются резервы повышения производительности зерноуборочного комбайна за счет повышения пропускной способности МСУ, а также формирования оптимальных валков и поддержания оптимальных режимов работы зерноуборочного комбайна ( рис.2,3 ).

Таким образом, математическое моделирование режимов работы зерноуборочного комбайна позволило уже на первом этапе исследования установить закономерности изменения производительности и резервы ее повышения в зависимости от скоростных режимов комбайна с учетом условий уборки.

ДИ,2Вга/Ц L = 600 м при к

т/м g, = 8,0 кг/сек

6,5

6,0

5,5

5,0

5,3 5,4 5,5 5,6

d, кг/м

Рис. 2. Влияние мощности подбираемого валка на производительность зерноуборочного комбайна.

d. кг/м

5,0 5,6 5,2

I

М/СЕ.

1,6

1.2

> w

. s

У / / J / /

^il

^—' '¿н28гд/ц l=600m — ки,0 £ =Û,31cek/M —к--1,2

v/,

ГА/ЧАС

5.5

4,5

3.5

5,0 6,5 7,0 7,5 9,0

С^ КГ/СЕК

Рис.3. Изменение оптимальной мощности валка и скорости движения комбайна в зависимости от пропускной сполсобности МСУ.

Моделирование процесса обмолота валков хлебной массы зерноуборочными комбайнами

Для обеспечения оптимальной загрузки молотильно-сепарирующего устройства (МСУ) зерноуборочных комбайнов высокого класса в настоящее время разрабатываются жатки -накопители, способные формировать валок хлебной массы практически любой мощности.

Анализ факторов, влияющих на эффективность использования комбайнов, показывает, что основными из них являются :мощность подбираемого валка .влажность хлебной массы,суточные и сезонные режимы работы комбайна .В результате исследований установлено,что мощность валка влияет на производительность,а следовательно ,и на суточные режимы работы комбайна.

При определении оптимальной мощности валка хлебной массы требуется разрешить противоречие - с одной стороны увеличение мощности формируемого валка уменьшает число проходов комбайна по полю .повышает его производительность за счет полной загрузки МСУ по ширине .уменьшает дробление и микроповреждения зерна.С другой стороны увеличение мощности валка приводит к повышению инерционности изменения влажности ,и в связи с этим к уменьшению суточного режима работы .дневной производительности и сезонной нагрузки комбайна.

В этой связи с учетом изменения режимов работы комбайна от мощности подбираемого валка по критерию минимума интегральных затрат запишем целевую функцию:

Си= Ci+ С2+ С3+ С4+ С5+ Сб+ С7 —> min, (24)

где Си - интегральные затраты на уборку зерновых культур, руб/га;

Ci,С2,С3 -отчисления на реновацию,ремонт,заработную плату и содержание механизаторов, горюче-смазочные материалы , руб/га;

С4 -потери урожая от длительности выполнения уборочных работ ,руб/га;

С5 - потери зерна за комбайном от скорости движения , руб/га;

Сб - потери будущего урожая от уплотнения почвы ходовыми системами комбайнов,руб/га;

С7 - потери от микроповреждений семян,руб/га;

Затраты на реновацию, текущий и капитальный ремонты определяются по формуле:

Ci = Бк'(Г + гтр+ гКР)-(WM-t-Dp)"1 руб/га. (25)

где Вк -балансовая стоимость комбайна ,руб;

г,гТр,гКр- коэффициенты отчислений на реновацию,текущий ремонт,техническое обслуживание и капитальные ремонты ;

Затраты на заработную плату и содержание механизаторов определяем по формуле :

С2 = (M'Tci-К« + См-Тм"1)'«,/"1 руб/га, (26)

где M -число механизаторов .обслуживают*« агрегат;

Toi- тарифная ставка механизаторов по i-му разряду, руб/чел-ч,

К«-коэффициент ,учитывающий доплаты по расчету за продукцию .премии,надбавки за классность;

См- суммарные годовые затраты на содержание в хозяйстве одного механизатора ,руб/год;

Гм- годовой фонд времени механизатора ,ч/год. Затраты на ГСМ определяются следующим образом :

С3= Gt'IIt-Wh"1 . руб/га. (27)

где G-часовой расход топлива и смазочных материалов,кг/га;

Дгсм- Цена топливо-смазочных материалов, руб/кг. W4 - часовая производительность комбайна, га/ч; t - суточная продолжительность уборки .час. Производительность комбайна определяется по выражению:

, Щ = 36 -CJM -Kq-Kc-Kw-WU-1, (28)

где W4 - часовая производительность комбайна ,га/ч; qM - паспортная пропускная способность МСУ комбайна ,кг/с-, Kq - коэффициент использования пропускной способности комбайна (по данным наших исследований при ширине валка 2,3...2,5 м и мощности свыше 3,4кг/пог.м К= 1,0 );

Kw - коэффициент, учитывающий влажность хлебной массы; К3 - коэффициент, учитывающий засоренность хлебной массы; Кс - коэффициент, учитывающий соломистость хлебной массы; tCM ~ коэффициент использования времени смены ; U - урожайность зерновой части,ц/га.

На основе обработки экспериментальных данных получена следующая зависимость Kw :

Kw = -1,63187'w2 + 3,741 -м + О,787,при 12< VK 33. (29)

Также установлено изменение влажности подбираемого валка от его мощности w =-0,044'd2 + 0,901'd Z, при 1,5 < d < 12, (30) где d - мощность валка, кг/пог.м.

Потери от длительности уборки определяются по формуле :

С4 = 0,5 -Р -Кп -и -0Р ■ Ц , (31)

где Р - коэффициент,учитывающий интенсивность подхода полей ;

К- доля потерь урожая .приходящаяся на один день уборки .доля/день;

II- урожайность зерновых культур ,ц/га; Ц - закупочная цена зерна,рубУц.

Потери урожая от уплотнения почвы можно определить по следующему выражению :

Сб = 2 -10 -Ку-в -и2 -Ц -сГ1 руб/га, (32)

где. Ку - доля потерь урожая от уплотнения почвы ; в - ширина следа машины ,м. Ограничения модели :

УчЛ ,0Р, С^ ,Кч,К«,Кс,Кз< О ;14< и < 30 ; 0< 24 ; 1,0 < с! < 10 ; 4,0 < и < 30 . (33)

Целевая функция определяет эффективность выполнения процесса обмолота валков хлебной массы в определенных технологических условиях использования зерноуборочных комбайнов.

Решая задачу на ЭВМ с учетом экспериментальных данных по изменению потерь .производительности комбайна .микроповревдений,уплотнения почвы от мощности подбираемого валка .получили оптимальное его значение,что позволяет обоснованно подходить к выбору типа жатки для различных, по урожайности групп, хозяйств.

Полученные оптимальные режимы работы зерноуборочного комбайна "Д0Н-1500" были проверены экспериментально на полях АО им ¡0. А.Гагарина, типичных для Оренбургской области.

Иэтодика экспериментальных исследований В настоящей работе, исходя из поставленных задач, предусмотрена следующая программа экспериментальных исследований:

1. Лабораторно-полевые испытания зерноуборочного комбайна "Д0Н-1500" для определения влияния мощности подбираемого валка на пропускную способность МСУ.

2. Исследование влияния мощности подбираемого валка растительной массы на энергетические и эксплуатационные показатели работы комбайна "Д0Н-1500".

3. Хронометражные наблюдения за работой комбайнов в производственных условиях.

Для решения поставленных задач была разработана методика экспериментального исследования. При разработке методики были использованы основные положения ГОСТов.

Лабораторно-полевые испытания проводились на подборе ваяков пшеницы "Саратовская 42" и овса "Орел" массой от 3 до 8 кг/пог.м.

В процессе экспериментов оценивались параметры хлебостоя, валка и условий работы ( влажность, твердость почвы и др ).

При проведении экспериментальных исследований особое значение уделялось регулировке частоты вращения и зазоров на входе и выходе барабана, регулировке органов очистки.

Для выполнения указанных операций использовались результаты исследований , рекомендации ВУЗов и НИИ.

В основу энергетической оценки зерноуборочного комбайна "Д0Н-1500" был положен электротензометрический метод. Разработанная методика измерений базировалась на применении высокочастотной тензоусилительной аппаратуры, состоящей из усилителей ТА-5, кабелей и осциллографа Н-700. Питание тензоаппаратуры осуществлялось от аккумуляторных батарей и преобразователя, который преобразовывал для питания усилителя постоянный ток 24 вольта в переменный 220 вольт.

Расход топлива замерялся датчиком индуктивного типа, сердечник которого был соединен жестко с рейкой топливного насоса. Ток "разбаланса" подавался на гальванометр осциллографа. Параллельно замерялся расход топлива за опыт мерным бачком с краном-переключателем топлива.

Регистрация измеряемых величин осуществлялась на ленте осциллографа Н-700. Вся измерительная аппаратура размещалась на автомобиле, идущем рядом с испытываемым комбайном. Осциллограммы проявлялись сразу после опыта в полевых условиях.

Лабораторно-полевые испытания комбайна "ДОН-1500" проводились с применением униформ-рототабельного планирования второго порядка. Полученное уравнение регрессии позволило определить эмпирические коэффициенты, входящие в формулу 5.

Хрономегражные наблюдения проводились для определения элементов времени смены, влияния мощности валка на элементы времени смены, а также для проверки соответствия теоретических и экспериментальных данных.

Осциллограммы были обработаны методом ординат , общая погрей-

ность составила 3,2 %. Эмпирические зависимости устанавливались методом подбора соответсвующей формулы на компьютере.

Результаты экспериментальных исследований.

Исследование энергетических показателей работы зерноуборочного комбайна в эксплуатационных условиях показали, что значительное влияние на энергоемкость процесса уборки при подборе хлебных валков оказывает масса погонного метра подбираемого валка растительной массы.

Так, повышение массы подбираемого валка с 2,4 кг/пог.м. до 6,5кг/пог.м. позволяет снизить удельные затраты мощности на 15 -22 X. Это объясняется тем, что затраты энергии на самопередвижение комбайна уменьшаются на 30-40 %, так как комбайн даже при полной загрузке молотилки движется с меньшей скоростью на подборе валков большей массы.

Удельные затраты энергии на технологический процесс при условии полной загрузки молотилки зависит от массы подбираемого валка и имеют оптимум при 5,2 - 5,8 кг/пог.м. Увеличение затрат энергии при отклонении массы валка в меньшую сторону от оптимальных значений объясняется большей неравномерностью подачи хлебной массы в МСУ.

Увеличение массы погонного метра валка выше оптимальных значений также ведет к повышенным удельным затратам, очевидно из-за того, что наступает нарушение равномерности поступления растительной массы в молотилку, так как происходит разрыв ленты валка подборщиком и создается порцюнность подачи.

Учитывая влияние неравномерности моментов сопротивления на валу двигателя от работы ходовой части и МСУ, значение коэффициента загрузки двигателя не должно превышать значения 0,88,что при полном использовании пропускной способности МСУ соответствует работе комбайна при подборе валков от 4 до 6.5 кг/пог.м. и выше.

Хотя увеличение подачи растительной массы в МСУ комбайна при подборе мощных валков ведет к повышению общих затрат энергии, но удельные затраты снижаются и при подаче б- 8кг/с остаются почти постоянными.

Изучение влияния параметров уборки (влажности растительной массы - V/, мощности подбираемого валка -с! )на пропускную способность с помощью униформ-роготабельного планирования второго по-

рядка позволило получить следующее уравнение регрессии:

у=7,82-0,358X1-0,0б4Х2-0,075Х1Х2-0,032X12-0,235Х22, (34) которое адекватно описывает исследуемую поверхность отклика.

Анализ полученной математической модели дает возможность сделать выводы о том, что основными факторами, влияющими на пропускную способность зерноуборочного комбайна в эксплуатационных условиях, являются влажность растительной массы V и мощность подбираемого валка с! . Значительное воздействие на пропускную способность зерноуборочного комбайна оказывает совместное влияние указанных факторов.

С увеличением влажности хлебной массы пропускная способность уменьшается, поэтому нагрузку комбайна необходимо уменьшить по сравнению с номинальной с целью сохранения технологического допуска по потерям.

Большое влияние на качественные показатели работы зерноуборочного агрегата оказывает мощность подбираемого валка растительной массы,и в зависимости от модности подбираемого валка имеется оптимум пропускной способности комбайна. Наличием такой закономерности в какой-то мере объясняется значительное рассеяние экспериментальных данных по потерям при испытаниях комбайна. Анализ показывает, что при условии полной загрузки молотилки с сохранением технологического допуска по потерям можно работать лишь на подборе валков 5,2-5,8 кг/пог.м.

Наличие оптимума можно объяснить тем, что при малой мощности валка соответственно имеет место увеличение неравномерности подачи растительной массы. Значительная неравномерность маломощного валка возникает вследствие влияния скоростного фактора, когда нарушается равномерность поступления уплотнившейся ленты валка. А также потому, что при малой мощности валка основная масса сконцентрирована в центральной части, что вызывает перегрузку в середине молотилки и неполное использование ее ширины.

Таким образом, с точки зрения наименьших потерь от влияния поступающей в комбайн растительной массы,наилучшими валками следует считать валки, имеющие массу погонного метра в пределах 5,2-5,8 кг/пог.м.

Для определения коэффициентов а, Ь, с уравнения ( 5 ) необходимо поверхность отклика пересечь плоскостями Х1 =сопзЬ. Получившееся при этом уравнение кривой даст необходимые коэффи-

циенты a, b, с при различной величине влажности растительной массы.

Таким образом, полученная математическая модель влияния основных параметров уборки на качественные показатели позволяет установить влияние каждого фактора в отдельности и их взаимодействие на пропускную способность, что возможно использовать для управления процессом уборки в целях уменьшения потерь и повышения производительности комбайна.

Наряду с агротехническими и энергетическими показателями, характеризующими совершенство данной конструкции машин, не менее -важное значение имеют и эксплуатационные показатели, определяющие особенности использования комбайнов в хозяйственных условиях.

Для определения эксплуатационных характеристик исследуемого агрегата в условиях Оренбургской области, в соответствии с методикой, были проведены хронометражные наблюдения в АО им.Ю.А.Гагарина. Хронометражные наблюдения проводились за комбайнами на подборе различных по мощности валков.

Хронометражные данные позволили выявить влияние мощности валков на коэффициент использования времени смены и его составляющие (рис. 4 ). Установлено, что с увеличением мощности подбираемого валка с 4 кг/пог.м. до 7 кг/пог.м общий коэффициент использования времени смены повышается на 15 Z. При этом коэффициент использования времени движения повышается на 12 %, коэффициент технологического обслуживания на 15 X. Увеличение скорости с 3,6 км/час до 7,2 км/час снижает общий коэффициент использования времени смены на 14 % при этом очевидно, что основное снижение х происходит за счет коэффициента использования времени движения тдв и коэффициента надежности технологического процесса тнт. Поэтому при выборе оптимальных скоростных режимов зерноуборочного комбайна учитывается изменение тдв и tHT в зависимости от мощности валка и скорости его движения. Следовательно, оптимально подобранные скорость движения и мощность валка позволяют получить максимальную производительность комбайна с учетом всех побочных факторов в конкретных условиях уборки.

Экспериментальные исследования подтвердили правильность теоретических выводов об экстремальном характере изменения производительности зерноуборочного агрегата в зависимости от мощности подбираемых валков ( рис. 5 ). Установлено, что в зависимости от

< > У*

У*

2,0

3,0

4,0

5,0

, кг/погм

Рис.4. Изменение частных и общего коэффициентов использования времени смены в зависимости от мощности подбираемого валка.

а

Рис. 5. Изменение производительности зерноуборочного агрегата "ДОН-1500" в зависимости от мощности подбираемого валка.

мощности подбираемых валков имеется оптимум производительности на валках мощностью 5,3-5,8 кг/пог.м.

Оптимум производительности зерноуборочного агрегата несколько смещен в сторону более мощных валков, по сравнению с оптимумом пропускной способности МСУ. Смещение оптимума объясняется влиянием на производительность коэффициента использования времени смены. В связи с тем, что коэффициент использования времени смены повышается с увеличением мощности подбираемых валков, производительность агрегата повышается даже при некотором снижении пропускной способности МСУ. При подборе же валков мощность выше 6,1 - 6,5 кг/пог.м. происходит снижение производительности агрегата за счет более интенсивного снижения пропускной способности МСУ.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать номограмму для определения оптимальных скоростных режимов и некоторых эксплуатационных показателей работы самоходного зерноуборочного комбайна "ДОН-1500" для конкретных условий работы.

Экономическая эффективность использования зерноуборочного комбайна с оптимальными скоростными режимами.

При выявлении экономической эффективности технологических приемов уборки с формированием оптимальных валков за базу сравнения принята технология подбора валков комбайном "ДОН-1500" с формированием их жаткой массового выпуска ЖВН-6.

Экономическая эффективность использования зерноуборочного комбайна с оптимальными параметрами определяется путем сопоставления удельных прямых эксплуатационных затрат на единицу выполненной работы комбайнов с оптимальными параметрами V и с1 и работающих в обычных производственных условиях по данным хрономегражных наблюдений.

Анализ хронометражных данных показывает, что средняя производительность зерноуборочного агрегата составляет 3.1 га/час. При таких же условиях агрегат с оптимальными параметрами имеет производительность 3.8 га/час.

При оптимальном использовании зерноуборочного комбайна допол-

нительная выработка на один комбайн составляет 80 га. Следовательно, удельные прямые эксплуатационные затраты для зерноуборочного комбайна "ДОН-1500" с оптимальными эксплуатационными параметрами составляют 414.34 руб/га, а для комбайна, работающего в обычных производственных условиях 487.47 руб/га. Отсюда экономическая эффективность от использования зерноуборочного комбайна с оптимальными скоростными режимами составляет Э = 73.13 руб/га, а годовой экономический эффект составляет 3 год=31445.9 руб на один комбайн.

Общие выводы и рекомендации производству.

1. В результате теоретических и экспериментальных исследованиях установлено, что закономерность изменения производительности самоходного зерноуборочного комбайна "ДОН-1500" в зависимости от "мощности" подбираемого валка имеет экстремальный характер. В условиях Южного Урала максимум производительности достигается при подборе валков мощностью 5,3 - 5,3 кг/пог.м.

2. Установлено, что для зерноуборочного комбайна , работающего в конкретных условиях, существуют единственные оптимальные значения скорости движения и мощности подбираемого валка , определяемые по предложенным в работе формулам (15, 23), которым соответствует максимальная производительность при соблюдении агротехнических требований к качеству его работы.

3. В результате применения метода дифференциального программирования получены формулы (15, 23), которые позволяют обосновать оптимальные скоростные режимы не только существующих, но и перспективных типов комбайнов с предварительным определением значений их эмпирических коэффициентов.

4. Экспериментальные исследования подтвердили правильность основных выводов об экстремальном характере изменения пропускной способности МСУ комбайна "Дон-1500" в зависимости от "мощности" подбираемых валков. При этом установлено, что оптимальная пропускная способность достигается при подборе валков 4.1 - 4.8 кг/пог.м.

5. Установлено, что при соблюдении агротехнических требований к качеству работы зерноуборочного комбайна производительность, полученная при неоптимальных скоростных режимах значительно ниже

оптимальной. Следовательно, работа комбайна на неоптимальном режиме существенно снижает технико-экономические показатели процесса уборки.

6. Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что на характер расхода мощности двигателя основное влияние оказывают ходовая часть и молотильно-сепарирующее устройство. С уменьшением "мощности" валков и увеличением скорости движения комбайна величина колебаний крутящих моментов увеличивается, что обуславливает переход работы двигателя на безрегуляторную ветвь ( с неизбежным снижением частоты вращения рабочих органов). Поэтому, значение коэффициента загрузки двигателя, с учетом агротехнических требований, предъявляемых к кинематическому режиму рабочих органов молотилки, не должно превышать величины 0,86 ( К3 = 0,86).

7. Наличие вероятностного характера подачи растительной массы оказывает существенное влияние на качественные и эксплуатационные показатели работы зерноуборочного агрегата, что вызывает необходимость учета данного фактора при определении режимов работы комбайна и, главным образом, при определении оптимальной "мощности" подбираемых валков.

8. Разработана методика выбора ширины жатки для формирования оптимальных валков с учетом условий уборки.

9. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать номограмму для определения скорости движения зерноуборочного комбайна "ДОН-1500" я мощности подбираемого валка в производственных условиях.

10. Экономическая эффективность использования зерноуборочного комбайна "ДОН-1500" с оптимальными параметрами составляют 73.13 руб/га, а годовая экономия составляет Э год = 31445.9 руб. на один агрегат.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1.Моделирование процесса обмолота валков хлебной массы зерноуборочными комбайнами. Труды ОГАУ том 1 1997г.

(в соавторстве Константинов М.М., Горячев C.B.)

2.Резервы повышения эффективности использования зерноуборочных комбайнов на подборе валков. Труды ОГАУ том 1 1997г.

(в соавторстве Константинов М.М., Горячев C.B.)

3. Результаты исследования влияния основных параметров уборки на показатели работы зерноуборочного комбайна "ДОН-1500". Труды ОГАУ 1998г. (в соавторстве Константинов М.М., Горячев C.B.)

4.Результаты исследования энергетических показателей работы комбайна "ДОН-1500" на подборе валков. Труды ОГАУ 1998г.

( в соавторстве Константинов М.М.)

5. Эффективность работы комбайна "ДОН-1500" на подборе оптимальных валков. Тезисы ежегодной научно-практической конференции молодых ученых. Оренбург 1998 г.

Лицензия No ЛР020716 от 02.02.93. Подписало в печать 17.01.98 Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл. неч. л. 1,6 Тираж 100 Закат 2022

Отпечатан по в Оренбургском государственном университете. 4С0352, г.Оренбург, ГСП, пр. Победы, 13. Издательство О ГУ