автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Параметры устройства для нормализации хлебной массы в наклонной камере комбайна перед обмолотом сухих короткостебельных зерновых культур

На правах рукописи

005059266

БАИЗАКОВА ЖУМАКУЛЬ СЕЙТКАДЫРОВНА

ПАРАМЕТРЫ УСТРОЙСТВА ДЛЯ НОРМАЛИЗАЦИИ ХЛЕБНОЙ МАССЫ В НАКЛОННОЙ КАМЕРЕ КОМБАЙНА ПЕРЕД ОБМОЛОТОМ СУХИХ КОРОТКОСТЕБЕЛЬНЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 МАЙ 2013

Новосибирск 2013

005059266

Работа выполнена в научно-исследовательском институте «Агроинженерных проблем и новых технологий» при Казахском национальном аграрном университете

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Садыков Жарылкасын Сарсембекович

Домрачев Виктор Андрианович, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник ГНУ СибНИИСХоз

Кузнецов Александр Васильевич, к.т.н., заведующий лабораторией уборки зерновых и технических культур, ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии

Ведущая организация

Новосибирский государственный аграрный университет (НГАУ)

Защита состоится «13» июня 2013 г. в 9-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ006.059.01 при Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск-1, а/я 460, ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии; телефон, факс (383) 348-12-09; e-mail: sibime-@ngs.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, с авторефератом на сайте www.sibime-rashn.ru.

Автореферат разослан « 19 » апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Коротких

Владимир Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Стратегией технологического развития Республики Казахстан для обеспечения производства сельскохозяйственной продукции на период до 2020 года намечено довести производство зерна до 25...30 млн. т. 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. В южных регионах республики из-за сухого климата зерновые колосовые быстро созревают, растения получаются короткостебельными и имеют низкую влажность, что являются причиной значительных (до 15%) потерь их зерна при уборке.

Использование известных технических решений при прямом комбай-нировании сухих короткостебельных зерновых культур из-за несоответствия длина стеблей оптимальным параметрам расстановки гофр снижается степень расслоения и ориентация коротких стеблей по ширине молотилки, что вызывает потери зерна при обмолоте, причем значительные от общего урожая. При этом, однообразные воздействия гофр на хлебную массу по длине наклонной камеры, оказывают низкую механическую ориентацию стеблей по ширине и длине МСУ (молотильно-сепарирующего устройства) уборочной машины. Более полной ориентации сухих коротких стеблей зерновых по ширине и длине МСУ зерноуборочного комбайна способствуют комбинированные воздействия, т.е. на пути к МСУ хлебной массе необходимы переменные зазоры на выходе из наклонной камеры зерноуборочного комбайна. Это объясняется тем, что однообразные, единичные способы воздействия действуют на массу коротких стеблей односторонне, тогда как их комбинации являются более универсальными.

В связи с этим исследования, направленные на разработку устройства, установленного в наклонной камере, обеспечивающего снижение потерь зерна при уборке сухой короткостебельной хлебной массы, актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение.

Работа проводилась в соответствии с планом НИР Казахского национального аграрного университета, по теме: «Параметры устройства для нормализации хлебной массы в наклонной камере комбайна перед обмолотом сухих короткостебельных зерновых культур».

Цель исследования - повышение эффективности уборки сухих короткостебельных зерновых культур за счёт равномерного распределения обмолачиваемой хлебной массы, поступающей в МСУ комбайна.

Объект исследования - физико-механические свойства хлебной массы сухих короткостебельных зерновых культур и технологический процесс работы однобарабанного зерноуборочного комбайна.

Предмет исследования - закономерности перемещения и равномерного распределения хлебной массы сухих короткостебельных зерновых культур в наклонной камере зерноуборочного комбайна.

Научная гипотеза: повысить эффективность работы однобарабанного зерноуборочного комбайна на обмолоте сухих короткостебельных хлебов можно за счет обеспечения равномерного слоя хлебной массы, поступающей в МСУ.

Методы исследования. Исследования осуществлялись с использованием стандартных и частных методик с применением математического моделирования и математической статистики, современных приборов и вычислительной техники.

Научная новизна. Определены физико-механические свойства сухих короткостебельных зерновых культур, влияющие на процесс уборки комбайном. Обоснованы пути повышения эффективности уборки сухих короткостебельных зерновых культур за счёт обеспечения равномерного распределения хлебной массы, поступающей в МСУ комбайна. Обоснована принципиальная технологическая схема устройства и его параметры для равномерного распределения хлебных масс перед обмолотом. Выявлено влияние конструктивных параметров устройства на качественные показатели работы комбайна. Новизна технического решения защищена инновационным патентом № 23913 «Ускоритель обмолота для уборочных машин».

Практическая ценность и реализация результатов. Результаты исследований использованы при разработке опытного образца устройства для уборочных машин (УО-1), а также применяются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов на инженерном факультете.

Результаты работы включены в издание научных разработок казахстанских ученых, рекомендуемых для внедрения в сельскохозяйственное производство. Устройство УО-1 включено в программу развития сельскохозяйственного машиностроения и перечень машин и оборудования для агропромышленного комплекса на 2009-2015 гг. АО «АгромашХолдинг» г. Костанай освоено опытное производство УО-1. По состоянию на 1.01.2012г. выпущено 5 единиц УО-1, которые успешно использовались на уборке сухих короткостебельных зерновых культур в Алматинской области.

Положения, выносимые на защиту:

- принципиальная технологическая схема устройства, расположенного в наклонной камере, обеспечивающего равномерное распределение хлебной массы на стадии ее подачи в молотилку комбайна;

- закономерности влияния конструктивных параметров для определения количественного состава и равномерности распределения хлебной массы по ширине и длине МСУ комбайна при уборке в зависимости от длины стеблей и подачи хлебной массы;

— конструктивные параметры и режимы работы устройства для равномерного распределения хлебной массы по ширине и длине МСУ зерноуборочного комбайна.

Апробация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях Казахского национального аграрного университета; на международных научно-практических конференциях; на международной научно-практической Интернет-конференции, V межднародна научна практична конференция «БЪДЕЩИ ИЗСЛЕДВАНИЯ - 2009», София, «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2009, XII-й международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Казахстана, Сибири и Монголии» (Шымкент, 2009), Gabor can you check please, is everything correctly written, на заседаниях HTC КБ АО «АгромашХолдинг» (г. Костанай, 2008 г.) и отражены в научных отчетах.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 печатных работ, в том числе 4 публикации в рецензируемых журналах ВАК РФ, и 2 патента на изобретения.

Структура и объём работы: диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложений. Она изложена на 130 страницах компьютерного текста, включает 16 таблиц и 45 рисунков. Список использованных источников литературы включает 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит актуальность проблемы и необходимость повышения эффективности уборки зерна сухих короткостебельных зерновых культур за счёт совершенствования дообмолотного распределения стеблей по ширине и длине МСУ комбайна и разработки технических средств для её реализации, сформулированы цель и задачи исследований, приводятся объект и предмет исследования, показаны научная новизна полученных результатов, выносимых на защиту и практическая ценность работы, отражены вопросы реализации и апробации полученных научных результатов, дана общая характеристика выполненных исследований.

В первой главе «Состояние вопроса, постановка цели и задач исследований» представлен аналитический обзор влияния способов уборки и обмолота сухих короткостебельных зерновых культур, их физико-механических свойств на посевные качества семян, а также этапов развития и перспектив совершенствования технологии уборки зерновых, применяемых технологий и технических средств.

Качественные показатели сухой короткостебельной хлебной массы при обмолоте имеют повышенную склонность к разрушениям и микроповреждениям. Совершенствование технологии и технических средств для уборки сухих короткостебельных хлебных масс с целью получения высококачественного зерна выдвигает соответствующие требования к средствам

подачи и равномерного распределения хлебных масс в наклонной камере зерноуборочного комбайна.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

— обосновать возможность качественной работы зерноуборочного комбайна при уборке сухих короткостебельных зерновых культур за счет равномерного распределения хлебной массы, поступающей в МСУ комбайна;

— обосновать принципиальную технологическую схему устройства для равномерного распределения хлебной массы перед обмолотом;

— определить конструктивные параметры устройства гофрированного типа;

— выявить влияние устройства гофрированного типа, установленного в днище наклонной камеры зерноуборочного комбайна, на показатели его работы;

— провести оценку эффективности основных результатов исследования.

Во второй главе «Теоретические предпосылки к обоснованию параметров устройства для равномерного распределения хлебной массы перед обмолотом» рассмотрены основные факторы, вляющиие на повреждение зерна, теоретически исследовано движения хлебной массы перед обмолотом в наклонной камере и выявлено их влияние на качественные показатели работы комбайна. Описанию процесса движения хлебной массы в наклонной камере зерноуборочного комбайна посвящено значительное количество работ, но исследований степени равномерного распределения сухой короткостебельной хлебной массы в подобном процессе не проводилось.

Установлено, что при прямом комбайнировании исходное состояние плотности сухой короткостебельной хлебной массы имеет минимум по толщине в середине потока и максимум по краям. Шнек подает массу (при уборке высоту скошенной массы считаем одинаковой) к окну наклонной камеры. В центральной части окна высота слоя массы равна йо- Ближе к краям окна высота слоя будет изменятся за счет плотности хлебной массы, поступающей с краев жатки, здесь за счет дополнительных витков на шнеке разравнивания масс полностью не происходит (Рисунок 1).

Ь

Рисунок 1 - Предполагаемая форма сечения потока массы: /-ширина входного окна наклонной камеры; Ь - ширина захвата жатки; Н - высота окна наклонной камеры.

Устройство для нормализации хлебной массы, содержит наклонную камеру 1, размещенную в зерноуборочном комбайне, корпус с днищем 5, рабочая поверхность которой выполнена гофрированной, причем гофры имеют V - профиль 3, планчатый транспортер 2, приемный битер 6 и одна растаскивающая ветвь выполнена дискретной 4.

Общая длина растаскивающей ветви гофр определяется по формуле:

I = п (Ск + £'), (2)

где I - общая длина растаскивающей ветви гофр, мм;

п - количество дискретности, ед;

4 - среднеарифметическое значение длины колосьев, мм;

С - длина дискретной части гофр, мм.

Рассмотрим процесс движения хлебной массы сухих короткостебель-ных в наклонной камере с устройством. В наклонной камере при перемещении нижележащие слои стеблей хлебной массы, взаимодействуя с прерывистыми гофрами данного устройства, за счет ударного импульса изменяют свое направление, т.е. перемещаются вдоль стенки гофры вправо и влево с некоторой относительной скоростью и. Одновременно при этом движущийся поток массы сверху увлекает в направлении своего движения смещенные частицы массы вдоль гофра (Рисунок 4).

Изменение количество движения стебля при взаимодействии с гофрами в момент удара происходит согласно по Рисунку 5.

т

= ; (3)

о

где т - масса единичного стебля;

у0 - скорость стебля сухих короткостебельных масс в момент подхода к гофрам;

и - скорость стебля в момент выхода из стенки гофра;

Буд - ударный импульс;

Руд - ударная сила;

- составляющая силы удара вдоль гофры, способствующая перемещению стебля вдоль гофры;

р - составляющая силы удара вдоль главной нормали, способствующая появлению силы реакции гофра на стебель, т.е. Рудп = N;

Ртр - сила трения, возникающая при перемещении стебля вдоль гофра

^ = = Руд^та ; Руд = Рудсо*а; = (4)

где /- коэффициент трения скольжения между стеблем и гофром;

В тот момент когда стеблевая масса, уже в некоторой степени выровненная по ширине наклонной камеры, освобождается от гофры, основной поток массы движущийся сверху подхватывает ее, и в дальнейшем они перемещаются по дискретности, еще более улучшая равномерность распределения движущейся массы в направлении молотильного аппарата (Рисунок 6).

Рисунок 6 - Нормализации хлебной массы за счет повышения степени расслоения и ориентации коротких стеблей по ширине молотилки: ■С - общая длина растаскивающей ветви гофр; С - длина дискретной части гофр; \>с - скорость стебля в момент подхода к гофрам; и - скорость стебля в момент

выхода из стенки гофра; Буд - ударный импульс; Руд - ударная сила; Гуд - составляющая силы удара вдоль гофры; - составляющая сила удара вдоль главной нормали; Ртр - сила трения; а - угол между направляющей гофра и

направлением перемещения стебля вдоль наклонной камеры;

N - сила реакции гофра на стебель; т - промежуток времени в течение которого действует ударная сила

Таким образом, при работе комбайна стебли сухих короткостебельных хлебных масс в результате движения по наклонной камере, за счет ударного импульса подхватываются слоем основного потока, взаимодействуя с дискретной частью гофра, изменяют свое направление и в молотильный аппарат поступают более выровненным потоком.

Устройство, установленное в наклонной камере, обеспечивающее более равномерное распределения потока сухой короткостебельной зерновой массы по ширине молотилки, способствует снижению нагрузки на соломотряс и очистку комбайна, лимитирующих производительность. При прочих равных условиях это дает увеличение производительности комбайна. Полученные теоретические зависимости описывают взаимодействие рабочих органов устройства и режимы их работы.

Для поиска оптимальных условий взаимодействия сухой короткостебельной хлебной массы с устройством используется метод планирования эксперимента.

Дискретности

„ . гоФРа к,,..

Гофры

В третьей главе «Программа и методика проведения экспериментальных исследований» изложены программа и методика экспериментальных исследований.

Программа экспериментальных исследований предусматривала решение следующих вопросов:

- определить физико-механические свойства сухой короткостебельной хлебной массы зерновых культур;

- определить коэффициент трения скольжения сухих стеблей по стали;

- определить коэффициент внутреннего трения стеблей сухой короткостебельной хлебной массы;

- выявить влияние подачи хлебной массы сухих короткостебельных, скоростного режима и угла постановки направляющих дискретности гофра на показатели работы устройства;

- определить конструктивные и технологические параметры устройства;

- определить эксплуатационно-технологические показатели работы комбайна с устройством и дать оценку эффективности его работы.

Физико-механические свойства сухой короткостебельной массы зерновых культур, коэффициенты ее скольжения по стали и внутреннего трения определены общепринятыми методами.

На первом этапе экспериментальных исследований использовалась

лабораторная установка УНК-1 (сертификат № В А 03-082/06, Рисунок 7).

Від в

ВидА Вид Б

Вяд до Л

Рисунок 7 - Технологическая схема работы устройства с хлебной массой сухих короткостебельных: 1 - транспортер; 2 - шнек; 3 - мотовило; 4 - транспортер питателя; 5 - П-образная измерительная рамка; 6 - прорез рамки; 7 - фиксатор; 8 - метрическая линейка; 9 - разгрузочный транспортер; 10 - рама; 11 — гофры устройства; 12- дискретность гофр.

Установка включала наклонную камеру с устройством, питающий и приемный транспортеры, измерительное устройство с метрической линей-

кой для замера исходных и смещенных координат стеблей хлебных масс сухих короткостебельных (патент № 23913). Привод рабочих органов установки дает возможность регулировать скоростной режим.

В ходе исследований определялись коэффициенты, физические величины и рациональные параметры элементов устройства. Конструкция позволяла изменять углы атаки и высоту направляющих гофр.

Для обоснования оптимальных параметров и режимов работы устройства для хлебных масс сухих короткостебельных использованы методы статистического планирования многофакторного эксперимента. Для этого был поставлен полный четырехфакторный эксперимент на трех уровнях варьирования в трехкратной повторности (Таблица 1):

Таблица 1 - Регулируемые факторы и уровни их варьирования

Регулируемые факторы: натуральные (кодированные) Кодированные уровни

-а -1 0 +1 а

х] - подачи хлебной массы (а, кг/пм) 1,2 1,5 2,0 2,5 2,8

х2 — количество дискретности гофр в устройстве (п, ед) 1 2,0 3,0 4,0 5

- угол атаки К-образных гофр (а, град) 25,6 29,0 37,0 40,0 45,4

Х4 - зазор между транспортером и рабочей поверхностью устройства (8, мм) 3,2 10,0 20,0 30,0 36,8

Примечание - звездное плечо а = 1,682

В качестве критериев оптимизации приняты степени равномерности распределения, деформированность колосьев и свободного зерна.

При определении коэффициента распределения стебельной массы хлеба сухих короткостебельных в отвешенной порции находили исходные координаты окрашенных стеблей относительно центральной оси наклонной камеры. Хлебная масса подавалось питающим транспортером в наклонную камеру, проходила через исследуемые рабочие органы и попадала на приемный транспортер, где замерялись координаты смещенных стеблей относительно той же системы отсчета. Подсчет среднего значения отклонения окрашенных стеблей позволял оценивать коэффициент равномерности распределения хлебной массы сухих короткостебельных по формуле:

(Ю)

X '

где X „ах - максимальное смещение окрашенных стеблей, мм; Хт,„ - минимальное смещение окрашенных стеблей, мм; ц - коэффициент равномерности распределения слоя хлебной массы. На втором этапе проверялись и уточнялись параметры устройства. Методами факторного планирования определялось влияние на показатели равномерности распределения массы: деформированных колосьев и

Полученные модели регрессии второго порядка (11X13) являются адекватным процессом равномерного распределениям хлебной массы сухих короткостебельных и качества обмолота в зависимости от параметров устройства, полно характеризуют процесс и имеют 95%-ную достоверность.

Объемный график на Рисунке 8 дает наглядное представление о том, как показатель У і - степень оптимального распределения хлебной массы сухих короткостебельных связан с подачей масс (х\) и количеством дискретности в гофрах (х2) при фиксированных на основном уровне угле атаки У-образных гофр (х3=0) и зазоре между транспортером и кромками рабочих элементов (гофра) устройства (х4 = 0).

Рисунок 8 - Отклик и изолинии обмолота зерна сухих короткостебельных пшеницы

Задача решена в программе Excel 2003. Получены следующие оптимальные параметры устройства: количество дискретности в гофрах п = 4 ед.; угол атаки V-образного гофра а = 40,0 град; зазор между транспортером и рабочей поверхностью ускорителя обмолота 5 = 20,8 мм, при которых подачи сухой короткостебельной хлебной массы q = 3,5 кг/пм и степень равномерного распределения хлебной массы сухих короткостебельных Yi = 84,1%, деформированных колосьев У2 = 6,4%; свободного зерна У3 = 3,3%.

По результатам исследований была разработана и изготовлена заводом АО «АгромашХолдинг» (г. Костанай), наклонная камера с устройством для уборки сухих короткостебельных хлебных масс (Рисунок 9).

Полевые испытания проведены на полях СПК «Жетысу» Карасайского района, Алматинской области. Было убрано 148 га сухих короткостебельных зерновых культур.

Для определения травмированности, макро- и микроповреждаемости зерна сухих короткостебельных яровой пшеницы Кдзакстандьщ 10 и озимой пшеницы Алмалы нами проведены эксперименты с комбайном, оборудованным устройством, установленным в наклонной камере. Результаты исследований представлены на Рисунках 10, 11а,б.

РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НА ПРАВЕ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ВЕДЕНИЯ «КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201360758

БАЙЗАКОВА ЖУМАКУЛЬ СЕЙТКАДЫРОВНА

ПАРАМЕТРЫ УСТРОЙСТВА ДЛЯ НОРМАЛИЗАЦИИ ХЛЕБНОЙ МАССЫ В НАКЛОННОЙ КАМЕРЕ КОМБАЙНА ПЕРЕД ОБМОЛОТОМ СУХИХ КОРОТКОСТЕБЕЛЬНЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

: 5 »

Научный руководитель: д.т.н., профессор Садыков Жарылкасын Сарсембекович

Новосибирск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................................................4

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................................................................8

1.1 Производство зерна в Республике Казахстан.................................................8

1.2 Характеристика хлебной массы сухих короткостебельных

зерновых культур............................................................................11

1.3 Особенности уборки короткостебельных хлебных масс зерноуборочными комбайнами..........................................................14

1.4 Исследования по обоснованию конструктивных параметров

наклонной камеры комбайна, обеспечивающих качество обмолота............16

Заключение...............................................................................................................24

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОБОСНОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ УТРОЙСТВА ДЛЯ РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛЕБНОЙ МАССЫ ПЕРЕД ОБМОЛОТОМ..............25

2.1 Теоретические предпосылки для обоснования параметров

устройства.....................................................................................25

2.2 Обоснование принципиальной технологической схемы

устройства установленного в наклонной камере.....................................28

2.3 Определение длины пути зоны равномерного распределения

хлебной массы при работе устройством................................................30

2.4 Определение динамического коэффициента трения хлебной

массы в устройстве.........................................................................34

2.5 Анализ движения хлебной массы с предлагаемым устройством

в наклонной камере.........................................................................35

Выводы...............................................................................40

ГЛАВА 3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.....................................42

3.1 Программа экспериментальных исследований...................................42

3.2 Методика определения физико-механических свойств хлебной массы в период уборки короткостебельных зерновых культур..............................42

3.3 Методика определения коэффициента трения скольжения стеблей

по стали.......................................................................................50

3.4 Методика определения коэффициента внутреннего трения стеблей сухой короткостебельной хлебной массы......................................................52

3.5 Методика исследования процесса работы устройства, установленного в наклонной камере.....................................................................................................54

3.6 Методика определения характера распределения хлебной массы в наклонной камере.............................................................................61

3.7 Методика определения повреждения зерна хлебной массы сухих короткостебельных..........................................................................62

3.8 Методика проведения хозяйственных испытаний устройства для уборки хлебной массы сухих короткостебельных зерновых культур........................63

3.9 Методика экономической оценки основных результатов

исследования.................................................................................66

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ...............................................................................69

4.1 Физико-механические свойства хлебной массы в период уборки.............69

4.2 Коэффициенты трения стеблей по стали...........................................73

4.3 Коэффициенты внутреннего трения стеблей сухих короткостебельных хлебных масс..................................................................................75

4.4 Влияние параметров устройства на распределение хлебной массы для обмолота..............................................................................................76

4.5 Обоснования параметров работы устройства, установленного в наклонной камере............................................................................81

4.5.1 Планирование эксперимента'при линейном описании процесса распределения хлебной массы сухих короткостебельных............................81

4.5.2 Построение квадратичных моделей процесса распределения

хлебной массы сухих короткостебельных...............................................84

4.5.3 Анализ поверхностей отклика для показателей распределения хлебной массы сухих короткостебельных................................................92

4.6 Конструктивные технологические параметры устройства

установленного в наклонной камере, для уборки сухих

короткостебельных хлебных масс.........................................................96

4.7 Повреждения зерна при обмолоте сухих короткостебельных зерновых культур...............................................................................................97

4.8 Эксплуатационно- технологические результаты оценки работы комбайна, оборудованного устройством и эффективность его

применения..................................................................................102

Выводы...........................................................................................104

ГЛАВА 5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТРОЙСТВА...................................................106

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................110

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.........................111

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ................................................112

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................................113

ПРИЛОЖЕНИЯ .....................................................................123

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Стратегией технологического развития Республики Казахстан для обеспечения производства сельскохозяйственной продукции на период до 2020 года намечено довести производство зерна до 25...30 млн. т. 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. В южных регионах республики из-за сухого климата зерновые колосовые быстро созревают, растения получаются короткостебельными и имеют низкую влажность, что являются причиной значительных (до15%) потерь их зерна при уборке.

Использование известных технических решений при прямом комбайнировании сухих короткостебельных зерновых культур из-за несоответствия длины стеблей оптимальным параметрам расстановки гофр снижается степень расслоения и ориентация коротких стеблей по ширине молотилки, что вызывает потери зерна при обмолоте, причем значительные от общего урожая. При этом, однообразные воздействия гофр на хлебную массу по длине наклонной камеры, оказывают низкую механическую ориентацию стеблей по ширине и длине МСУ (молотильно-сепарирующего устройства) уборочной машины. Более полной ориентации сухих коротких стеблей зерновых по ширине и длине МСУ зерноуборочного комбайна способствуют комбинированные воздействия, т.е. на пути к МСУ хлебной массе необходимы переменные зазоры на выходе из наклонной камеры зерноуборочного комбайна. Это объясняется тем, что однообразные, единичные способы воздействия действуют на массу коротких стеблей односторонне, тогда как их комбинации являются более универсальными.

В связи с этим исследования, направленные на разработку устройства, установленного в наклонной камере, обеспечивающего снижение потерь зерна при уборке сухой короткостебельной хлебной массы, актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение.

Работа проводилась в соответствии с планом НИР Казахского национального аграрного университета, по теме: «Параметры устройства для нормализации хлебной массы в наклонной камере комбайна перед обмолотом сухих короткостебельных зерновых культур».

Цель исследования - повышение эффективности уборки сухих короткостебельных зерновых культур, за счёт равномерного распределения обмолачиваемой хлебной массы, поступающей в МСУ комбайна.

Объект исследования - физико-механические свойства хлебной массы сухих короткостебельных зерновых культур и технологический процесс работы однобарабанного зерноуборочного комбайна.

Предмет исследования - закономерности перемещения и равномерного распределения хлебной массы сухих короткостебельных зерновых культур в наклонной камере зерноуборочного комбайна.

Научная гипотеза: повысить эффективность работы однобарабанного зерноуборочного комбайна на обмолоте сухих короткостебельных хлебов воз можно за счет обеспечения равномерного слоя хлебной массы, поступающей в МСУ.

Методы исследования. Исследования осуществлялись с использованием стандартных и частных методик с применением математического моделирования и математической статистики, современных приборов и вычислительной техники.

Научная новизна. Определены физико-механические свойства сухих короткостебельных зерновых культур, влияющие на процесс уборки комбайном. Обоснованы пути повышения эффективности уборки сухих короткостебельных зерновых культур за счёт обеспечения равномерного распределения хлебной массы, поступающей в МСУ комбайна. Обоснована принципиальная технологическая схема устройства и его параметры для равномерного распределения хлебных масс перед обмолотом. Выявлено влияние конструктивных параметров устройства на качественные показатели работы комбайна. Новизна технического решения защищена инновационным патентом

№23913 «Ускоритель обмолота для уборочных машин». АО «АгромашХолдинг» г.Костанай освоено опытное производство УО-1.

Практическая ценность и реализация результатов. Результаты исследований использованы при разработке опытного образца устройства для уборочных машин (УО-1), а также применяются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов на инженерном факультете.

Результаты работы включены в издание научных разработок казахстанских ученых, рекомендуемых для внедрения в сельскохозяйственное производство. Устройство УО-1 включено в программу развития сельскохозяйственного машиностроения и перечень машин и оборудования для агропромышленного комплекса на 2009-2015 гг. АО «АгромашХолдинг» г.Костанай освоено опытное производство УО-1. По состоянию на 1.01.2012г. выпущено 5 единиц УО-1, которые успешно использовались на уборке сухих короткостебельных зерновых культур в Алматинской области.

Положения, выносимые на защиту:

- принципиальная технологическая схема устройства, расположенного в наклонной камере,« обеспечивающего равномерное распределение хлебной массы на стадии ее подачи в молотилку комбайна;

- закономерности влияния конструктивных параметров для определения количественного состава и равномерности распределения хлебной массы по ширине и длине МСУ комбайна при уборке в зависимости от длины стеблей и подачи хлебной массы;

- конструктивные параметры и режимы работы устройства для равномерного распределения хлебной массы по ширине и длине МСУ зерноуборочного комбайна.

Апробация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях Казахского национального аграрного университета; на международных научно-практических конференциях; на международной научно-практической Интернет-конференции, V межднародна научна практична конференция «БЪДЕЩИ ИЗСЛЕДВАНИЯ -

2009», София, «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2009, XII-й международной научно-практической конференции «Аграрная наука-сельскохозяйственному производству Казахстана, Сибири и Монголии» (Шымкент, 2009), Gabor can you check please, is everything correctly written, на заседаниях HTC КБ АО «Агромашхолдинг» (г.Костанай, 2008г) и отражены в научных отчетах.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 печатных работ, в том числе 4 публикации в рецензируемых журналах ВАК РФ, и 2 патента на изобретения.

Структура и объём работы: диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов,. списка литературы и приложений. Она изложена на 131 страницах компьютерного текста, включает 16 таблиц и 46 рисунков. Список использованных источников литературы включает 106 наименований.

ГЛАВА I СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Производство зерна в Республике Казахстан

В Послании Президента РК народу Казахстана от 29 января 2012 года [1] особое место отведено обеспечению и повышению продовольственной безопасности страны, внедрению в производство наукоемких прогрессивных технологий и технических средств.

Изыскание эффективных путей увеличения производства зерна - проблема комплексная. Она охватывает широчайший круг вопросов. С одной стороны, необходимы централизованные мероприятия, затрагивающие основные производственные элементы формирования урожая зерна, с другой - ощущается потребность в самых конкретных рекомендациях по оптимальным приемам использования и настройки зерноуборочной техники.

Проблеме повышения качества работы зерноуборочной техники посвящены труды В.П.Горячкина, А.Н.Пугачева, Г.Е.Чепурина, Г.В.Коренева, Э.Ф.Жалнина, И.Ф.Василенко, А.Н.Гудкова, К.Г.Колганова, Э.И. Липковича, Г.А.Баснакьяна, Г.Ф.Серого, С.Х.Багирова, И. Г.Строны, И.С. Возовика, Н.И. Кленина, М.Г. Пенкина, А.Ш. Джамбуршина, Ж.С.Садыкова, и других ученых.

Ученый И.Г.Строна в своих работах «Физиолого-биохимические особенности травмированных семян» [2] отмечает, что в настоящее время травмирование семян достигает по твердой яровой пшенице - до 100%, по мягкой пшенице до 46-60%. Из этого результата - полевая всхожесть озимой пшеницы составляет около 75%, яровой пшеницы 60%. При этом 70-85% снижения всхожести происходит из-за травмирования зерна, т.е. травмы снижают полевую

всхожесть на 15-30%. За счет снижения полевой всхожести теряется в среднем 300-600 тыс. т зерна.

Ж.С.Садыков и Т.И.Есполов в статье «Решим проблему уборки биологически ценной части урожая» [3] указывают, что несмотря на достаточно солидный производственный потенциал, уборка зерновых культур зерноуборочными комбайнами в республике Казахстан не отвечает современным требованиям, допускаются значительные количественные и качественные потери зерна.

Специализированных хозяйств, занимающихся отбором, подработкой, хранением семенного материала, фактически не осталось, хозяйственники на свой страх и риск используют в качестве семенного материала урожай прошлых лет, в большинстве своем не отвечающего мировым стандартам. Отсюда низкие, нестабильные урожаи зерновых по южному району Казахстана (Рисунок 1.1).

200"г 2008г 2009Г 2010г I - Посевная площадь пшеницы, тыс. га I - Валовой сбор черна, тыс. тонн

2011 г

UXFl 2008Г 2009т 2010г 2011г Посещая площадь шкпш тыс. га ВалоаоЛ сбор зерна lue. тонн

Валовой сбор зерна сухих короткостебельных хлебных тыс тонн

Рисунок 1.1- Урожайность и валовой сбор зерна по республике (а) и южные

районы Казахстана (б)

Для уборки урожая сейчас в мире выпускаются различные типоразмеры зерноуборочных комбайнов. Массовое производство зерноуборочных комбайнов

9

при низких производственных затратах обеспечивалось применением жестких технологических схем [4].

Рыбалко А.Г., Ширванов Р.Б., Ефремов Ю.Н в своей работе «К вопросу снижения травмирования зерна при обмолоте» [5] указывают, что зерноуборочные комбайны в Казахстане не производятся, а в основном приобретаются из-за рубежа. Парк зерноуборочной техники хозяйств Казахстана на 90...95% представлен в основном комбайнами "Енисей-1200 НМ", "Енисей-1200 IHM" и "Нива" производства ОАО ПО "Красноярский завод комбайнов"; "Дон-1200", "Дон-1500Б" и "Вектор" - ОАО "Ростсельмаш". В небольшом количестве имеются зерноуборочные комбайны зарубежных фирм "Джон Дир", "MEGA -204", "MEGA -208" и др.

Диаметры барабанов почти всех зарубежных комбайнов находятся в пределах от 460 до 560 мм. Однако новейшие модели зарубежных комбайнов оснащены барабанами большого диаметра (Там же). Например комбайны New Holland СХ 860, Claas Lexion 460, John Deere 9680 WTSi, содержащие тангенциальные многобарабанные молотильно-сепарирующие устройства. Показатели работы молотильно-сепарирующего устройства, сепаратора грубого вороха очень высокопроизводительные, однако они не соответствуют условиям уборки в южном регионе Казахстана, в котором зерновые культуры из за природно-климатических условий в основном имеют сухие короткие стебли.

Садыков Ж.С. в своей работе «Протокол государственных испытаний опытного образца, зерноуборочного комбайна «Казакстандык-1» [6] указывает, что комбайны оборудованы однобарабанными молотильными аппаратами бильного типа, которые просты и обладают высокой обмолачивающей способностью. В них хлебная масса с целью выделения зерна подвергается таким видам силовых воздействий как удар, трение, сжатие, сдвиг или их сочетание. Однако преобладающим при обмолоте является ударное воздействие, которое является основной причиной макро- и микроповреждения зерна для сухих короткостебельных хлебных масс.

В условиях южного региона республики, г�