автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Оптимизация типоразмерного ряда валковых жаток и хедеров для комбайновых технологий уборки зерновых колосовых культур
Текст работы Бабич, Светлана Яковлевна, диссертация по теме Технологии и средства механизации сельского хозяйства
Диссертация Бабич Светланы Яковлевны защищена на заседании диссертационного совета К 064.88.01 в Ростовской-на-Дону государственной академии сельскохозяйственного машиностроения (РГАСХМ) 2 июля 1999 г., протокол № 7.
Ученый секретарь диссертационного
СТ^"7
В.П. Димитров
¿¡f ^
'¿b Ус
РОСТОВСКАЯ-ЩДОНУ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ
На правах рукописи
БАБИЧ СВЕТЛАНА ЯКОВЛЕВНА
ОПТИМИЗАЦИЯ ТИПОРАЗМЕРНОГО РЯДА ВАЛКОВЫХ ЖАТОК И ХЕДЕРОВ ДЛЯ КОМБАЙНОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КОЛОСОВЫХ КУЛЬТУР
05.20,01 - "Механизация сельскохозяйственного производства"
Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук
НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: Заслуженный работник высшей школы РФ доктор технических наук, профессор ПЕНЯЗЕВ O.A.
Ростов-на-Дону 1999
СОДЕРЖАНИЕ
Введение_
Глава 1. Проблемы выбора оптимального типажа валковых жаток и хедеров для комбайновых технологий уборки зерновых колосовых культур.
1.1. Состояние вопроса_
1.1.1. Анализ технологий уборки зерновых культур_
1.1.2. Комбайновые технологии уборки зерновых колосовых культур_
1.1.3. Новые направления в развитии технологии комбайновой уборки зерновых колосовых культур_
1.1.4. Индустриально-поточные технологии уборки зерновых колосовых культур_
1.1.5. Исследование потерь зерна, возникающих при комбайновой
уборке зерновых колосовых культур_25
1.1.6. Классификация потерь урожая_26
1.1.7. Зависимость величины биологических потерь зерна от
продолжительности уборки_26
1.1.8. Механические потери зерна при комбайновой уборке
зерновых колосовых культур_29
1.1.9. Типажи валковых жаток и хедеров к зерноуборочным
комбайнам_:_31
1.1.10. Определение ширины захвата валковых жаток и хедеров комбайнов_3 5
1.1.11. Выводы по главе_37
1.2. Цель и задачи исследования_38
Глава 2. Модели выбора.
2.1. Исходные зависимости_40
2.2. Разработка моделей
Стр. 5
_9 .10
.18 22
2.2.1. Оптимизационная модель типоразмерного ряда валковых жаток_45
2.2.2. Модель выбора режима работы_51
2.2.3. Модель оптимального выбора технологии уборки_62
2.2.4. Модель определения перспективной потребности в
валковых жатках и жатках-хедерах_74
2.2.5. Модель определения эффективности использования валковых
жаток оптимального типажа_78
2.2.6. Выводы по главе_82
Глава 3. Исследование различных факторов. Программа и методика
проведения исследований.
3.1. Исследование зависимости ширины захвата жатки от характеристик убираемой культуры_84
3.2. Исследование зависимости рабочей скорости комбайна
от мощности валка_87
3.3. Определение величины удельной ширины захвата жатки для обеспечения полной загрузки единицы пропускной способности зерноуборочного комбайна_89
3.4. Разработка типоразмерного ряда валковых жаток, жаток-хедеров
и хедеров комбайнов на период до 2020 года_100
3.5. Анализ зависимости годовой загрузки от степени универсализации жатвенных машин_108
3.6. Определение потребности в валковых жатках прогнозируемого типажа_113
3.7. Точность оценки при расчёте перспективной потребности
в валковых жатках_118
3.8. Методика экономической оценки_122
3.9. Определение экономической эффективности от использования валковых жаток прогнозируемого типажа_124
3.10. Выводы по главе_133
Заключение Список использованной литературы Приложения
ВВЕДЕНИЕ.
Объекты исследований - типажи валковых жаток и хедеров для комбайновых технологий уборки зерновых колосовых культур.
Целью работы является прогнозирование и разработка научно-обоснованного оптимального для технологий уборки зерновых колосовых культур раздельным способом и прямым комбайнированием унифицированного типажа зерновых валковых жаток и хедеров зерноуборочных комбайнов, обеспечивающих минимизацию материальных затрат и потерь зерна.
Актуальность темы. Для уборки зерновых колосовых культур по технологиям уборки раздельным способом и прямым комбайнированием в конце 80* - начале 90* годов в парке машин страны имелись зерновые валковые жатки двух типоразмеров (6 и 1 Ом) и хедеры для зерноуборочных комбайнов четырёх типоразмеров (3,2; 4,1; 5,0 и 6,0м).
Типоразмерные ряды зерновых валковых жаток и хедеров не были унифицированы между собой. Валковые жатки и хедеры принципиально отличались по конструкции, в связи с чем унификация их узлов и деталей была минимальной, что значительно усложняло их производство и, особенно, эксплуатацию в сельском хозяйстве.
Кроме того, ограниченная номенклатура типоразмеров зерновых валковых жаток и отсутствие в парке машин широкозахватных хедеров для высокопроизводительных комбайнов не обеспечивало оптимальную загрузку молотилок комбайнов на уборке зерновых колосовых культур при существующем диапазоне урожайности в различных регионах страны.
В середине 90* годов ГСКБ АО "Ростсельмаш" разработало блочно-модульное семейство зерновых валковых жаток и жаток-хедеров с высокой степенью унификации. Типаж этих машин включает 5 базовых моделей шириной захвата 5,0; 6,0; 7,0; 8,6 и 11,0м, унифицированных между собой по основным узлам конструкции: мотовила, режущего аппарата, транспортёра и приво-
дов. Разработаны также 4 типоразмера хедеров для комбайнов семейства "Дон" шириной захвата 5,0; 6,0; 7,0 и 8,6м.
Типоразмерные ряды зерновых валковых жаток, жаток-хедеров и хедеров комбайнов унифицированы между собой также по ширине захвата.
Однако следует отметить, что выбранный ГСКБ АО "Ростсельмаш" типоразмерный ряд жаток и хедеров по ширине захвата не оптимален и экономически недостаточно обоснован. Отсутствует гармоничность характеристик ряда: диапазон колебания ширины захвата соседствующих в типоразмерном ряде жатвенных машин находится в пределах 1,16-1,28.
Экономически не обоснована также целесообразность использования хедера шириной захвата 8,6м.
Разработка оптимального типажа валковых жаток и хедеров является сложной проблемой, зависящей от большого количества разнообразных факторов: агроклиматических, технологических, технических, экономических и др. Оценить каждый из этих факторов, и особенно, в их взаимодействии, является весьма сложной задачей.
В связи с изложенным, задача проведения исследований с целью разработки прогнозируемого нового унифицированного оптимального типоразмер-ного ряда валковых жаток, жаток-хедеров и хедеров для зерноуборочных комбайнов является своевременной и актуальной, а её решение требует создания научно-обоснованного метода.
Научная новизна заключается в разработке усовершенствованной системы математических и экономико-математических моделей, предусматривающих определение основных характеристик для принятия решений при прогнозировании оптимального типоразмерного ряда валковых жаток и хедеров зерноуборочных комбайнов и методов оптимального выбора зерноуборочной техники в различных регионах РФ исходя из условий минимизации материальных затрат и потерь зерна, а также в уточнении методики оптимизационных мето-
дов проведения технико-экономических расчётов и решения задач по определению потребности в валковых жатках.
Практическая ценность заключается в том, что номенклатура валковых жаток и хедеров разработанного типоразмерного ряда позволяет оптимизировать технологии уборки урожая во всём разнообразии диапазонов урожайности, складывающейся в реальных условиях зернопроизводящих хозяйств во всех регионах РФ.
Разработанные номограммы и таблицы позволяют в условиях конкретного хозяйства региона без проведения сложных расчётов достаточно просто и легко решать ряд задач оптимизации.
Диссертационная работа состоит из краткого введения, трёх глав, заключения, перечня использованных источников и приложений.
В первой главе "Проблемы выбора оптимального типажа валковых жаток и хедеров для комбайновых технологий уборки зерновых колосовых культур" на основании материалов литературных источников проведён анализ технологий уборки зерновых колосовых культур; исследованы зависимости величины биологических потерь зерна от продолжительности уборочного процесса; рассмотрены и проанализированы существовавшие типажи валковых жаток и хедеров; подробно изложены известные публикации, посвящённые рассматриваемой научной задаче с указанием достоинств и недостатков известных решений, а также изложены поставленные перед диссертационной работой задачи по уточнению и усовершенствованию этих решений; отражён большой вклад отечественных учёных и специалистов в теоретические исследования, разработку и испытания зерноуборочной техники и в разработку её типажей. Даны выводы по главе. Сформулированы цель и задачи исследования.
Вторая глава посвящена разработке программы и методики проведения исследований и разработке экономико-математических моделей оптимизации для решения задач, возникающих при выборе оптимального типоразмерного ряда валковых жаток и хедеров комбайнов, при сравнении вариантов режима
работы и оптимального выбора технологий уборки, при определении оптимальной потребности в валковых жатках и эффективности их использования в сельскохозяйственном производстве. Даны выводы по главе.
В третьей главе выполнен ряд исследований, в том числе:
- зависимости оптимальных диапазонов работы жаток и хедеров от урожайности и пропускной способности комбайнов;
- зависимости между величиной удельной ширины захвата жатки и полной загрузкой единицы пропускной способности комбайна;
- влияние мощности образованного валковой жаткой валка на рабочую скорость комбайна;
- зависимость ширины захвата жатки от характеристик убираемой культуры;
- зависимости годовой загрузки от степени универсализации жатвенных машин.
Определена потребность в валковых жатках прогнозируемого типажа, усовершенствована методика экономической оценки, определён годовой экономический эффект от использования валковых жаток предлагаемого типажа. Даны выводы по результатам исследований.
В заключении приводятся общие выводы и предложения. Апробация работы. Предложения по оптимизации типоразмерного ряда валковых жаток и хедеров к зерноуборочным комбайнам переданы для реализации ГСКБ по комплексам зерноуборочных машин АО "Ростсельмаш".
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.
Объём работы. Диссертационная работа содержит 157 страниц машинописного текста, 15 рисунков, 13 таблиц, 2 приложения, список использованной литературы из 175 наименований, в том числе 9 на английском и немецком языках.
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО ТИПАЖА ВАЛКОВЫХ ЖАТОК И ХЕДЕРОВ ДЛЯ КОМБАЙНОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КОЛОСОВЫХ КУЛЬТУР.
1.1.Состояние вопроса.
Экономическая эффективность применения зерноуборочной техники в сельскохозяйственном производстве зависит от качества выполнения ею технологического процесса, стоимости, производительности и надёжности, соответствия параметров физико-механическим свойствам убираемой культуры, а также от ряда других факторов.
Взаимосвязь между указанными элементами системы очень сложна и многофакторна.
Решение задач по выбору оптимальных параметров машин и технологий, обеспечивающих максимальную эффективность, выполняется методами математической оптимизации [4, 9, 10, 15, 22, 25, 27, 28, 29-, 45, 46, 59, 70, 71, 73, 78, 90,95, 121, 143, 147, 149, 154, 157, 170, 171].
В различных источниках [7, 52, 58, 68, 103, 105, 155, 170] приводятся основные условия и оценка целесообразности применения в нашей стране прямого комбайнирования или раздельного способа уборки зерновых колосовых культур, однако до настоящего времени не полностью решены вопросы, касающиеся оптимального, экономически обоснованного предпочтения способа уборки с учётом урожайности, соломистости, состояния хлебостоя и других факторов.
Как известно, с увеличением производительности комбайна возрастают потери зерна за молотилкой, а при снижении - уменьшаются.
Согласно ГОСТ26684-85 "Комбайны зерноуборочные. Общие технические требования " механические потери зерна при уборке хлебов комбайнами в
зависимости от степени полёглости не должны превышать 2-3%, в том числе потери за молотилкой - не более 1,5%[35].
В развитых зернопроизводящих странах, например в Канаде, где годовая нагрузка на один комбайн превышает 150 га, стандартами предусмотрен уровень потерь за молотилкой 3%, а в Германии, где годовая нагрузка на комбайн составляет 32 га — 1% потерь. В России в 1997 году годовая нагрузка на один комбайн превышала 500 га [109].
Пока не отработана экономико-математическая модель, позволяющая реально определять оптимальный экономически обоснованный уровень механических потерь зерна за молотилкой в зависимости от годовой нагрузки на комбайн, производительности машины, сроков уборки и связанных с ними биологических потерь зерна.
В нашей стране отсутствует унифицированный, экономически оптимальный типоразмерный ряд валковых жаток и хедеров комбайнов, что снижает их эффективность в эксплуатации.
При экономической оценке и обосновании параметров машин важнейшим элементом является выбор критерия оптимизации.
В качестве критериев в настоящее время применяют ряд натуральных и стоимостных показателей. Например, часовая производительность машины; затраты труда на единицу продукции; минимальный уровень потерь; затраты энергии на единицу продукции и др.
На наш взгляд, наиболее значимым является критерий "приведенные затраты ", дающий возможность комплексно оценивать эксплуатационные затраты с учётом капитальных вложений в технику.
1.1.1. Анализ технологий уборки зерновых культур.
Технологический процесс уборки всего биологического урожая зерновых культур является наиболее сложным и трудоёмким процессом в сельскохозяй-
ственном производстве и требует значительных затрат труда, денежных средств и других ресурсов.
Вопросами развития зерноуборочной техники постоянно занимаются учёные, специалисты и производственники системы сельского хозяйства и сельхозмашиностроения.
Наряду с комбайновой технологией уборки, получившей наибольшее распространение во всех странах мира, во второй половине ХХт века внимание разработчиков продолжают привлекать варианты некомбайновых технологий уборки урожая колосовых культур с обработкой хлебной массы на стационарных и полустационарных пунктах, а также технологии уборки колосовых с очёсом растений на корню и некоторые другие технологии.
1.1.2. Комбайновые технологии уборки зерновых колосовых культур.
Промышленное производство зерноуборочных комбайнов в нашей стране было начато в 1930 году. За период с 1930 года по настоящее время создано и освоено промышленное производство четырёх поколений зерноуборочных комбайнов.
I поколение зерноуборочных комбайнов - это прицепные моторные и безмоторные машины пропускной способностью 1,9-2,2 кг/с хлебной массы.
II поколение - более усовершенствованные по сравнению с I поколением машин прицепные моторные и безмоторные комбайны пропускной способностью 2,2-4,2 кг/с и самоходный комбайн С-4 пропускной способностью 2,5 кг/с.
III поколение зерноуборочных комбайнов - это самоходные машины пропускной способностью от 2,7-3 до 7 кг/с хлебной массы.
Переход промышленности на массовый выпуск самоходных зерноуборочных комбайнов третьего поколения явился большим достижением отечественного комбайностроения. Широкое применение в сельском хозяйстве самоходных комбайнов взамен прицепных обеспечило значительную экономию
трудовых ресурсов и топлива, высвободило тракторный парк для проведения других полевых работ. Отпала также необходимость в предварительной подготовке полей к работе комбайна, т.к. самоходный комбайн сам способен работать в качестве прокосчика. Самоходные комбайны более маневренные и обладают более высокой проходимостью.
Насыщение комбайнового парка страны самоходными машинами третьего поколения дало возможность ощутимо снизить себестоимость уборки, сократить потери зерна и сроки уборки урожая, значительно облегчить труд селян и обеспечить механизацию уборки хлебов на более высоком техническом уровне.
В зерноуборочных комбайнах четвёртого поколения пропускной способностью от 3 до 12 кг/с хлебной массы внедрены последние достижения научно-технического прогресса.
Особое внимание при создании конструкций каждого класса этих машин уделено повышению производительности, обеспечению минимальных потерь и дробления зерна, увеличению надёжности, снижению материалоёмкости, повышению универсальности, снижению энергопотребления, улучшению условий труда, повышению автоматизации управления и контроля за работой основных рабочих органов и агрегатов с применением сложных электронных контрольно-измерительных приборов, автоматизированных механизмов и устройств.
Новые технические решения и усовершенствования, внедрённые в зерноуборочных комбайнах четвёртого поколения, обеспечивают полу
-
Похожие работы
- Универсальное валкообразующее устройство зерновых жаток
- Повышение эксплуатационной вибронадежности и долговечности жаток. Обоснование методики вибрационных испытаний
- Обоснование параметров спецэнергосредства для агрегатирования уборочных машин
- Совершенствование зерноуборочного процесса на основе фронтальной жатки-накопителя
- Исследование параметров и режимов работы приспособления для образования стерневых кулис