автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования жатки очесывающего типа совершенствованием параметров и режимов работы обтекателя

На правах рукописи

Фусточенко Алексей Юрьевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЖАТКИ ОЧЕСЫВАЮЩЕГО ТИПА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБТЕКАТЕЛЯ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства (по техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 МАЙ 2015

Ростов-на-Дону — 2015

005568862

005568862

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ставропольский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО СтГАУ)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Рпдный Сергей Дмитриевич

Официальные оппоненты: Жалнпн Эдуард Викторович

доктор технических наук, профессор, ФГБНУ Всероссийски научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства, заведующий отделом зерноуборки и послеуборочной обработки зерна

Бурьянов Михаил Алексеевич

кандидат технических наук ФГБНУ Северокавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства, старший научный сотрудник отдела механизации уборочных работ

Ведущая организация: ФГБУ «Кубанская государственная зональная

машиноиспытательная станция», г. Краснодар

Защита диссертац! ги состоится 16 июня 2015 г. в 13—00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.058.05, созданного при ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет» по адресу: 344000, Россия, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться н библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», www.donstu.ru.

Автореферат разослан « » 20

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Л- Борисова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Уборка урожая - заключительный этап технологической цепочки возделывания сельскохозяйственных культур. Зерновые культуры по своим морфологическим особенностям имеют склонность к самоосыпанию, поэтому для проведения уборочных работ отводится относительно небольшой срок, составляющий 8-10 дней от наступления полной спелости. В последующие дни резко возрастают потери зерна от самоосыпания и на 20-й день для разных культур могут достигать 18 %. По этой причине логично наблюдать сложившуюся у комбайновых производителей тенденцию к повышению производительности уборочных машин. Значительное повышение производительности зерноуборочного комбайна, до 2 и более раз, позволяет получить его агрегатирование с очесывающими жатками. Сегодня технология очесывания растений применяется в ряде сельскохозяйственных предприятий Ставропольского края, Ростовской, Пензенской, Самарской, Белгородской областях, а также в Казахстане, Украине и др.

Следует отметить, что практически во всех случаях очес имеет место в так называемой технологии «по-till» как один из главных элементов ресурсосберегающих технологий и эффективный метод борьбы с эрозией почв. Более широкое применение очеса сдерживается отсутствием научных исследований по его внедрению в интенсивную и минимальную технологию возделывания сельскохозяйственных культур. Не имеет смысла скрывать и тот факт, что агротехнические требования по уровню потерь зерна не всегда удается выполнить, несмотря на достаточно большое количество проведенных исследований и предложенных рекомендаций в данной области. Анализ этих исследований показывает, что все они посвящены изучению параметров и режимов работы очесывающего барабана, в то время как первоначально с растениями взаимодействует обтекатель очесывающей жатки, и именно от того, как он подготавливает растительную массу к очесыванию, зависит результат работы очесывающих органов. При этом и сам обтекатель может являться источником потерь зерна, что говорит об актуальности исследований параметров и режимов его работы.

Цель исследований - повышение эффективности функционирования жатки очесывающего типа совершенствованием параметров и режимов работы обтекателя.

Задачи научных исследований:

— выполнить системный анализ взаимодействия обтекателя очесывающей жатки с растениями, учитывающий морфологические и физико-механические свойства растений и параметры и режимы работы обтекателя с целью выполнения качественных показателей процесса очеса;

— теоретически установить и экспериментально подтвердить зависимость контактного взаимодействия обтекателя с растительной массой, позволяющую определить параметры и режимы работы обтекателя с учетом морфологических свойств и состояния убираемой массы;

— определить условия эффективной работы обтекателя, обеспечивающие качественную подготовку растений для подачи на очесывающий барабан и снижение потерь зерна;

— дать технико-экономическую оценку эффективности внедрения полученных результатов исследований.

Объект исследований — технологический процесс взаимодействия обтекателя с растениями при уборке зерновых колосовых культур методом очеса.

Предмет исследований — закономерности взаимодействия обтекателя очесывающей жатки с растениями.

Методология и методы исследования. Методология теоретических исследований представляет собой системный подход, рассматривающий физико-механические свойства растений зерновых культур с параметрами, режимами и качественными показателями работы обтекателя. Экспериментальные исследования выполнены с применением сертифицированных измерительных приборов, существующих и разработанных лабораторных установок и стендов. С помощью программ для ЭВМ проведена статистическая обработка результатов исследований и определена их экономическая эффективность.

Научную новизну представляют:

— математическая модель работы очесывающей жатки, представляющая собой сложную многоуровневую систему с обратной связью, включающую биологическую и техническую подсистемы, формирующие качественные показатели работы жатки;

— теоретическая зависимость контактного взаимодействия обтекателя с растением, устанавливающая параметры и режимы работы обтекателя с учетом морфологических особенностей и состояния растительной массы;

— теоретически определены и экспериментально подтверждены условия эффективной работы очесывающей жатки, при которых снижается вероятность потерь свободным зерном и колосом и обеспечивается качественная подготовка растений к подаче на очесывающий барабан;

— технологическая схема усовершенствованного обтекателя, позволяющая регулировать высоту расположения нижней кромки обтекателя и сохранить угол наклона нижней поверхности обтекателя.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретически обоснован процесс взаимодействия обтекателя очесывающей жатки с растительной массой. Установлена зависимость высоты положения очесывающей жатки от состояния стеблестоя. Предложена технологическая схема очесывающей жатки с модернизированным обтекателем, позволяющая изменять высоту расположения нижней кромки обтекателя при сохранении угла наклона нижней поверхности (патент РФ № 2528723).

Положения, выносимые на защиту:

— теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение условий контактного взаимодействия обтекателя с растениями, позволяющие снизить потери зерна;

— теоретически обоснованные параметры и режимы работы обтекателя очесывающей жатки, обеспечивающие качественную подготовку растений к подаче на очесывающий барабан с учетом морфологических и физико-механических свойств растений;

— технологическая схема очесывающего устройства с модернизированным обтекателем, позволяющим изменять высоту положения нижней кромки

обтекателя без изменения угла положения нижней поверхности обтекателя, обеспечивающим снижение потерь зерна.

Апробация результатов. Результаты исследований доложены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Ставропольский ГАУ» (2010— 2013 гг.); диплом и золотая медаль 5-й Биотехнологической выставки-ярмарки «РосБиоТех-2011» (Москва - 2011 г.); почетная грамота победителя программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК») (Ставрополь - 2011 г.); международный форум сельской молодежи «Устойчивое развитие сельских территорий в условиях современного мира» (Ульяновск -2011 г.); диплом конкурса «Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года» (Санкт-Петербург - 2012 г.); диплом за I место во втором этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (Нальчик - 2012 г.); диплом за IV место в третьем этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых еысших учебных заведений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (Саратов - 2012 г.).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 9 печатных трудах, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК. Получен 1 патент РФ на изобретение, 3 патента РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы из 106 наименований, в том числе 25 на иностранных языках, и приложении. Работа изложена на 125 страницах, содержит 61 рисунок и 19 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель исследования, рабочая гипотеза и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ конструктивных особенностей и результатов исследований очесывающих жаток. Цель и задачи исследований» приведен анализ существующих конструкций очесываюших жаток, а также питающих устройств жаток, в большинстве случаев роль которого играет обтекатель. На основании анализа известных работ установлено, что все предыдущие исследования посвящены изучению взаимодействия растении с очесывающим барабаном, обоснованию параметров и режимов его работы. Исследованиям в области очесывающих жаток посвящены работы П. А. Шабанова, Н. И. Косилова, Э. В. Жалнина, А. И. Бурьянова, А. С. Кушнарева, А. Н. Леженкина, В. И. Кравчука, В. М. Алаки-на, О. В. Моисеенко, Е. И. Трубилина, П. И. Чуксина и др.

Рабочая гипотеза - эффективность работы очесывающей жатки может быть повышена за счет изменения высоты положения нижней кромки обтекателя при сохраненин угла наклона нижней поверхности обтекателя, что обеспечит снижение потерь зерновой части урожая за жаткой и подготовку стеблей к очесывающему барабану.

Во второй главе «Теоретическое описание процесса взаимодействия растений с обтекателем очесывающей жатки» получена зависимость для определения

силы, действующей на растение со стороны обтекателя, рассмотрены условия, определяющие устойчивое состояние зерновки в колосе и колоса на стебле при воздействии обтекателя на растение.

Процесс очеса можно представить как взаимодействие биологической и технической систем.

Для анализа технологического процесса взаимодействия растений и рабочих органов при очесе рассмотрим биотехническую систему «растение - обтекатель - очесывающий барабан» и представим её в виде блок-схемы (рис. 1).

Биологическая система характеризуется следующими основными параметрами: Уб - биологическая урожайность; Нр - высота стеблестоя; - влажность зерна (связь зерновки с колосом); тс — масса стебля; т3 - масса зерновки; Е - модуль продольной упругости стебля; 1Х — осевой момент инерции стебля растения в нижнем основании.

Рисунок 1 - Взаимодействие биологической и технической систем в процессе очеса

Параметры биологической системы формируют вектор входных воздействий для технической системы

ЖО; ля(0; ^(0; KJO-i (1)

Векторная функция FB({i) условий функционирования биологической системы в период уборки урожая включает

^(0= [Ш fM ffi'Y ■••}, (2)

где fjjt) — влажность воздуха; fj,t) — рельеф поля;^(У) — направление и скорость движения воздуха (ветровая нагрузка).

На эффективность функционирования обтекателя оказывают влияние параметры биологической системы, представленные вектором <2(0 входных воз-6

действий, конструктивные и технологические параметры. К конструктивным параметрам относятся: ф - форма рабочей поверхности; а - угол положения нижней поверхности (угол атаки). К технологическим параметрам относятся: Л„ — высота расположения нижней кромки обтекателя над поверхностью поля; с/ — расстояние от нижней кромки обтекателя до очесывающих гребенок; Ум -скорость движения машины.

На выходе обтекателя формируются условия качественного очеса, представленные в виде векторной функции внутренних связей 0(1), вида

где (¡(1) — подача растений к очесывающему барабану; ПС1(/) - потери свободным зерном; Пск(1) - потери свободным колосом.

Потери свободным зерном П„{1) могут возникать в случае нарушения связи зерновки с колосом которое возможно при превышении допустимого предела прочности [о]:

Пс: © = а,(0 < [о]. (4)

Потери свободным колосом Пск0) могут возникать в случае нарушения связи колоса со стеблем ак{(), которое возможно при превышении допустимого предела прочности [а]:

Пск (I I = <тк(1) < [а]. (5)

В свою очередь пределы прочности ст.(О связи зерновки с колосом и ак(!) связи колоса со стеблем будут иметь следующие зависимости:

с"3(0 =./{Е1х, т3, (('0, ...), МО тю г4 ...),

где тъ — масса зерновки; тк - масса колоса; с1ц — диаметр зоны контакта зерновки со стеблем; с1к — диаметр стебля в месте крепления колоса; Е — модуль продольной упругости растения; 1Х - осевой момент инерции стебля растения в нижнем основании.

Таким образом, задачей рассматриваемой технической системы являет ся минимизация потерь урожая.

Рассмотрим контакт обтекателя очесывающей жатки с растением (рис. 2).

Процесс взаимодействия обтекателя с растением условно можно разделить на фазы:

- контакт растения с обтекателем;

- наклон стебля обтекателем;

- движение стебля по обтекателю и подача растения к очесывающему устройству.

Рисунок 2 - К анализу процесса взаимодействия растения обтекателем

В момент соприкосновения растения с обтекателем жатки (первая фаза процесса взаимодействия) кинетическая энергия ТР, сообщенная растению, равна

= (6) ' 2 '

где тр - масса растения, кг; Ум- посту пательная скорость машины, м/с.

На основании принятых допущений и анализа процесса взаимодействия, в первом приближении можно считать, что вся кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию Пр деформации

Пр = }'о, (7)

где Рм~ сила давления машины на растение, Н; у о - прогиб (перемещение) стебля в точке контакта, м.

Из теории изгиба известно, что прогиб балки в точке К приложения сосредоточенной силы равен

Я,Л3

ЗЕ-1

(8)

С учетом (8) потенциальная энергия Пр деформации стебля растения будет равна

Г2 й3 ' 3 Е1, '

где Е - модуль продольной упругости растения, Па; 1Х — осевой момент инерции стебля растения в нижнем основании, м4; 1ь - высота положения точки контакта, м.

Приравняв правые части выражений (6) и (9) и решив относительно получим

(10)

Анализ полученного выражения позволяет заключить, что сила давления Ем обтекателя на стебель растения зависит от скорости Ромашины, массы тр, высоты Ър растения и жесткости его стебля Е1Х в нижнем основании.

При взаимодействии зерновки с рабочими органами обтекателя возможны потери урожая свободным зерном. Для анализа данного процесса рассмотрим зерновку на колосе (рис. 3). При этом будем считать, что стебель в зоне расположения зерновки не деформируется.

_ Уи \Ът]Е1х

502

(П)

где с/о - диаметр зоны контакта зерновки со стеблем, мм; т, - масса зерновки, кг; 8() — площадь точки контакта зерновки со стержнем колоса, мм2.

Из полученного выражения следует, что для снижения потерь урожая свободным зерном необходимо увеличивать высоту расположения точки контакта обтекателя с растением и снижать скорость движения агрегата.

В процессе взаимодействия растения с обтекателем возможны потери урожая свободным колосом. Эти потери возникают за счет излома колоса в нижнем основании (рис. 4).

При анализе этого процесса сделаем следующие допущения:

— колос представляет собой консольную балку;

— зерна по длине колоса распределены равномерно;

— сила инерции распределена по длнне колоса равномерно.

Рисунок 3 - Силы, действующие на зерновку

Ц

<ш,

тХ

\\,т,п, I 3Е1,

/А

2Кт

(12)

I" /

где с!к - диаметр стебля в месте крепления колоса, м; п5 - количество зерен в колосе, шт.; 1К - длина колоса, мм; авр - предел прочности стебля в месте крепления колоса, Н/мм2.

Анализ зависимостей (11) и (12) позволяет заключить, что на возможность возникновения потерь урожая свободным зерном и колосом значительное влияние оказывает высота расположения точки контакта растения с обтекателем, скорость машины и прочностные характеристики мест закрепления зерновки и колоса.

При рассмотрении процесса перемещения растения по обтекателю будем исходить из следующих положений механики деформированного тела.

Из теории изгиба известно, что при изгибе консолъно закрепленных стержней упругая линия представляет собой четверть синусоиды. Будем считать, что стебель растения является стержнем постоянной по длине жесткости. Тогда упругая линия будет иметь вид части синусоиды (пунктирная линия на рис. 5). Это позволяет в первом приближении принять стебель прямолинейным. За время деформации стебля машина переместится на расстояние 1'м!, а точка К, принадлежащая стеблю, за это время сместится по нижней кромке обтекателя на расстояние (1Ыг + 1К) до взаимодействия с гребенками очесывающего барабана

Тогда угол ар наклона растения будет зависеть от расположения точки К контакта передней кромки стебля.

Рисунок 4 - Расчетная схема для оценки прочности крепления колоса к стеблю

%

Если точка К контакта располагается у нижнего основания колоса, то

а, = агсят -

кп+1.

(13)

где Ино - расстояние от поверхности поля до нижней точки обтекателя; 1К -длина колоса.

Если точка К контакта принадлежит нижней кромки обтекателя, угол наклона будет равен

ар =агс8т —, (14)

Рисунок 5 - Расчетная схема к анализу подачи растений к очесывающему барабану ГД£ ^ _ высота растеннЯ-

Для обеспечения оптимальных условий подачи растений в зону очеса желательно угол наклона нижней поверхности обтекателя а,,,-, выбирать близким или равным ушу ар наклона растений.

«об~ Яр-

Анализ зависимостей (рис. 6) позволяет заключить, что угол наклона нижней поверхности обтекателя имеет зависимость от расстояния Инк от поверхности поля до нижней кромки обтекателя и высоты хлебостоя ИР. При этом диапазон изменений угла «„,; возрастает с уменьшением высоты растений. Так, при высоте растений Ир == 800 мм диапазон изменений угла около 15 град, а при высоте растений 1гр = 400 мм диапазон изменений угла й0б составил 26 град. Кроме того, следует заметить, что для всех значений высоты растений Ир имеется общее значение угла положения нижней поверхности обтекателя а.,,,-, = 22 град, но при этом каждому значению высоты растений соответствует свое значение высоты нижней кромки обтекателя Ино.

Существенное влияние на качественные и количественные показатели процесса уборки зерновых колосовых культур оказывает высота растений, от которой производится сбор необходимой продуктивной части. Эта высота, как правило, зависит от состояния стеблестоя непосредственно на момент выполнения уборочных работ, а именно: высоты стеблестоя, ярусности, степени полеглости, степени повреждения растений насекомыми и пр. В случае уборки традиционным методом, основанным на срезании всей биологической массы и последующего её обмолота, такой высотой будет являться высота среза, для случая уборки методом очеса растений на корню -

ш- т

- Ь^ /я

Рисунок 6 - Зависимость угла наклона

нижней поверхности обтекателя от высоты растений 1гр и расстояния /г,,0 от поверхности поля до нижней кромки обтекателя

высота начала очеса. Мы определились, что в момент очеса растение находится не в прямостоячем положении, а под некоторым углом, зависящим от положения обтекателя, а именно от положения его нижней кромки. Высотой же начала очеса будет являться точка начала контакта очесывающей гребенки с наклоненным растением. Для нахождения этой точки рассмотрим взаимодействие очесывающего барабана с предварительно наклоненным стеблем. Поле схода с нижней кромки обтекателя растение удерживается в наклоненном положении очесывающим барабаном, упираясь в очесывающую гребенку, проскользнув в паз между зубьями.

При этом условимся, что угол положения растения в момент перехода от контакта с обтекателем к контакту с барабаном изменился незначительно под действием силы упругости, стремящейся выпрямить его, в виду поступательного движения барабана и таким изменением можно пренебречь. В этом случае в момент контакта гребенка будет располагаться таким образом, чтобы растение находилось перпендикулярно радиусу очесывающего барабана, проведенному к гребенке (рис. 7).

Таким образом высота положения жатки определится по формуле

Рисунок 7 - Расчетная схема к определению высоты ведения очесывающей жатки

к=к

I,-

- + г -соя

а - -агссо.ч-

V

— г.

(15)

Из выражения (15) следует. что высота положения жатки находится в прямой зависимости с высотой, от которой необходимо производить сбор урожая, высотой нижней кромки обтекателя и радиусом барабана, а также в обратной зависимости с длиной растения (рис. 7).

Высота положения жатки в момент очеса может изменяться в пределах 45...75 мм, при этом существенное влияние оказывает высота положения нижней кромки обтекателя /;„„ и меньшее влияние оказывает высота растений 1Р (рис. 8).

350 300 250. ИЮ 150 ЮО 50 О

400,

8СО

- йысота нижней крапхи вВшктт/я^, . Ш ■ высота положения жалки Л., Ш

Рисунок 8 - Зависимость высоты положения жатки

\\ж и высоты нижней кромки обтекателя 1гт от длины растений 1Р при угле нижней поверхности обтекателя «,,,= 22°, радиусе очесывающего барабана г = 350 мм, длине рабочей части гребенки = 40 мм

Для выполнения данных условий подачи растений в зону очеса конструкции применяемых обтекателей мало приспособлены.

Реализация оптимальных условий подачи растений в зону очеса может быть осуществлена разработанным нами устройством (патент РФ № 2528723), представленным на рисунке 9.

1, 1! - шарнир; 2 - обтекатель; 3 - внешняя поверхность обтекателя;

4 - параллелограмный механизм; 5 - гидросистема; 6 - опоры параллелограмного механизма; 7 - шарнир барабана; 8 - очесывающий барабан; 9 - крышка обтекателя;

10 - внутренняя поверхность обтекателя; 12 - пружина; 13 - крьплка корпуса;

14 - корпус: 15 - консольный шнек а - верхнее положение обтекателя, б - нижнее положение обтекателя

Рисунок 9 - Очесывающее устройство по патенту № 2528723

Такая конструкция позволяет изменять положение нижней кромки обтекателя по отношению к растениям. При изменении расстояния от поверхности поля до нижней кромки обтекателя изменяется и высота положения передней кромки обтекателя, а угол положения нижней поверхности при этом остается постоянным, принятый из теоретических расчетов оптимальным. Длина нижней поверхности обтекателя выбирается таким образом, чтобы во всем диапазоне регулировки высоты положения нижней кромки обтекателя точка контакта обтекателя со стеблем находилась как можно выше или же приходилась на расположенную под углом нижнюю поверхность обтекателя.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований процесса очеса растений на корню» изложена программа лабораторно-полевых экспериментов и методика их проведения, дано описание применяемых приборов и оборудования.

При исследовании физико-механических свойств стеблей озимой пшеницы использовался лабораторный стенд, изображенный на рисунке 10. Проводились эксперименты по определению упругостных свойств стебля, рассматриваемого в качестве консольно закрепленной балки. Определяли предельное отклонение стебля, остаточную деформацию и реакцию на прогиб стебля.

Целью полнофакторного эксперимента являлось изучение влияния параметров режимов работы обтекателя очесывающей жатки на уровень потерь зерна.

Для этого была изготовлена экспериментальная установка «Обтекатель», представляющая собой модель нижней поверхности обтекателя серийной жатки ЖОНК-7 «ОЗОН», навешиваемая на переднюю навеску трактора (рис. 11).

Поверхность выполнена с возможностью регулирования её параметров и режимов работы.

В процессе проведения эксперимента трактор вели таким образом, чтобы поверхность находилась в постоянном контакте с растениями аналогично нижней поверхности обтекателя очесывающей жатки. После этого подсчитывали количество свободных зерен, лежащих на 1 м2 и находящихся в колосьях, также лежащих в пределах этого же 1 м2. Предварительно определив биологическую урожайность и уровень биологических потерь от самоосыпания культуры определяли уровень потерь от взаимодействия обтекателя.

1 - плоскость; 2 - станина; 3 - зажим; 4 - метрическая шкала; 5 - съемные опоры; 6 - тензодатчик; 7 — кронштейн; 8 - зацеп: 9 - тензостанция

Рисунок 10 - Лабораторный стенд для изучения физико-механических свойств стеблей растений

1 - поверхность обтекателя; 2 - шарниры; 3 - рама; 4 - винтовой раскос; 5 - трактор МТЗ - 1221.51.55 «Белару с»

Рисунок 11 - Общий вид лабораторной установки «Обтекатель», навешенной на трактор

Установлено, что на потери зерна в наибольшей степени влияют три фактора: скорость движения уборочного агрегата К (м/с) и угол положения нижней поверхности «об (град), высоты положения точки контакта растения с обтекателем к0, м. Параметром оптимизации для ПФЭ принят уровень потерь зерна У, %. Уровни варьирования основных факторов представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Основные факторы и уровни их варьирования для трехфакторного эксперимента по исследованию работы питателя

Угол положения контактирующей поверхности обтекателя Высота положения точки контакта обтекателя с растением Поступательная скорость уборочного агрегата

Уровень Значения Значения Значения

натуральное кодированное натуральное кодированное натуральное кодированное

аоб, град /?о, мм Х2 17м- м/с Аз

Верхний 15 + 1 800 + 1 3,05 + 1

Основной 30 0 650 0 2.5 0

Нижний 45 -1 500 -1 1.94 -1

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены результаты скоростной видеосъемки процесса очеса, исследования прочностных характеристик растений зерновых культур, исследование влияния обтекателя на величину уровня потерь зерна.

Проведенная видеосъемка процесса очеса (рис. 12) позволила определить, что линия изгиба стебля от воздействия обтекателя представляет собой 1/4 синусоиды (рис. 12а).

После схода с нижней кромки обтекателя часть стеблей под действием сапы упругости прижимаются к очесывающему барабану и, таким образом, в момент очеса находятся спрятанными под обтекатель (рис. 126). После прохождения жатки и снятия всех воздействий с её стороны на растение (рис. 12в) последнее, несмотря на довольно большой угол отклонения (из вертикального положения практически в горизонтальное в месте расположения опорного башмака системы копирования), под действием силы упругости стремится выпрямиться и вернуться в первоначальное положение, но тем не менее наблюдается остаточная деформация стебля, и он остается на поверхности под углом к поверхности поля.

Результаты исследования физико-механических свойств растений озимой пшеницы представлены в таблице 2.

Как показывает эксперимент, стебель растения представляет собой упругий стержень, причем при отклонении стебля на 18,6 град происходит надлом стебля, но упругие свойства сохраняются и лишь достигнув отклонения 44,4 град наблюдается полный излом стебля. При прогибе стебля на 50 мм возникает усилие 1,292 Н.

В)

Рисунок 12 - Кадры с видеозаписи процесса очеса зерновых

Таблица 2 - Вариационные показатели прочностных характеристик озимой пшеницы

Показатель Средняя. М Дисперсия, Станд. отклонение, а Коэф. вариации, V, °/о Абсолют, опшб., 8 Относит, ошибка Л,%

Отклонение до надлома стебля при сохранении упругих свойств, град 18,6 2,73 1,65 8.87 0,72 3,87

Предельное отклонение стебля, град 44,4 6,71 2,59 5,83 0,82 1,85

Остаточная деформация стебля, град 12.5 0,5 0,7 5,6 0,22 1,76

Усилие, возникающее при отклонении на 50 мм, Н 1,292 0,019 0,436 33,75 0,044 3,4

При исследовании влияния обтекателя на величину уровня потерь зерна провели полнофакторный эксперимент по типу 23 с применением экспериментальной установки «Обтекатель». Результаты, полученные в ходе эксперимента, были подвержены статистической обработке. Обработка выполнялась в программе MathCAD, при помощи программ Microsoft Excel и Statistic выполнено построение графиков.

Определив коэффициенты для уравнения регрессии и оценив их значимость с помощью /-критерия Стьюдента, получили уравнение регрессии в натуральном виде:

Y(nos) = 0,00284- а - 2,365125+ 2,965 • h +1.56125- V+0,00369- а - V -1,85 h-V. (16)

Адекватность математической модели определяли сравнивая дисперсию воспроизводимости с дисперсией адекватности с помощью критерия Фишера. По полученным значениям критерия сделан вывод об адекватности математической модель.

По уравнению регрессии построена поверхность отклика (рис. 13).

Рисунок 13 - Поверхность отклика, характеризующая уровень потерь зерна от воздействия обтекателя 77у(%) в зависимости от поступательной скорости уборочного агрегата Р"(м/с), угла положения нижней поверхности обтекателя а0„ (град)

В ходе полевого эксперимента с помощью экспериментальной установки «Обтекатель» удалось получить минимальный уровень потерь 0,293 % при работе с поступательной скоростью Ум= 1,94 м/с, углом наклона нижней поверхности обтекателя а0е=\5 град, высотой расположения точки контакта обтекателя с растением !го = 0,8 м. Следует заметить, что данный режим работы обтекателя

невозможно установить ни на одной из выпускаемых на сегодняшний день очесывающих жатках.

В пятой главе «Экономическая эффективность внедрения результатов исследования» представлены результаты экономического расчета применения модернизированного обтекателя.

Расчет экономической эффективности позволяет говорить об общей годовой экономии в размере 84090,6 рублей, получаемой за счет сокращения уровня потерь зерна до 0,489 % при сезонной нагрузке на машину 155 ч. Срок окупаемости дополнительных затрат составляет 0,53 года.

Общие выводы

1. На потери зерна при очесе растений на корню влияние оказывают следующие параметры и режимы работы обтекателя; угол наклона нижней поверхности обтекателя, высота точки контакта растения с обтекателем, высота расположения нижней кромки обтекателя, скорость движения уборочного агрегата. Изменение параметров и режимов работ необходимо выполнять с учетов состояния убираемой культуры на момент проведения уборочных работ: высоты стеблестоя, ярусности, степени полеглости, биологической урожайности, влажности зерна.

2. По результатам теоретических исследований установлено, что для снижения потерь урожая от выбивания зерна из колоса и отламывания колоса от стебля при первоначальном контакте обтекателя с растениями необходимо максимально увеличивать высоту точки контакта обтекателя с растением, при увеличении поступателн.ной скорости движения уборочного агрегата наблюдается увеличение потерь зерна.

3. В целях обеспечения наиболее равномерной подачи растений к очесывающему барабану угол наклона нижней поверхности обтекателя должен быть равным или близким 22 град, с увеличением высоты растений необходимо увеличивать высоту положения нижней кромки обтекателя и незначительно увеличивать высоту положения очесывающей жатки.

4. Рациональными режимами работы, обеспечивающими уровень потерь зерна за обтекателем не более 0,5 % в условиях оптимальной влажности зерна озимой пшеницы 14,3 являются:

- высота расположения точки контакта обтекателя с растениями — на высоте 2/3 от высоты растения и более;

- поступательная скорость движения обтекателя и уборочного агрегата в целом - до 2,5 м/с.

5. В ходе полевого эксперимента с помощью экспериментальной установки «Обтекатель» удалось получить минимальный уровень потерь 0,3 % при работе с поступательной скоростью 1 д/ = 1,94 м/с, углом наклона нижней поверхности обтекателя aor-, - 15 град, высотой расположения точки контакта обтекателя с растением /?о= 0,8 м.

6. В результате применения модернизированного обтекателя очесывающей жатки удается снизить уровень потерь и получить общую годовую экономию 84090,6 рублей, при этом срок окупаемости затрат на .модернизацию составит 0,53 года.

Основные положения диссертации изложены

в изданиях, рекамендуемых ВАК:

1. Ридный, С. Д. Результаты испытаний очесывающей жатки ЖОНК - 7 («ОЗОН») / С. Д. Ридный, А. Ю. Фусточенко // Техника в сельском хозяйй-стве.-2011.-.№ 1.-С. 36-38.

2. Ридный, С. Д. К вопросу об уборке зерновых методом очесывания на корню / С. Д. Ридный, А. Ю. Фусточенко // Известия Горского ГАУ. - Т. 49. -Владикавказ, 2012. - С. 244.

3. Фусточенко, А. Ю. Исследование воздушного потока, создаваемого барабаном очесывающей жатки / А. Ю. Фусточенко // Сельскохозяйствнные машины и технологии. -2014. — № 1. - С. 23-25.

в описаниях к патентам:

4. Пэт. № 2528723 1Ш С1, МПК А01Б41/08. Очесывающее устройство / Фусточенко А. Ю., Ридный С. Д. и др. ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ставропольский государственный аграрный университет». - № 2013117511/13 ; заявл. 16.04.2013 ; опубл. 20.09.2014.

5. Пат. № 129349 1Ш С1, МПК А0Ш41/12. Очесывающее устройство комбайна / Фусточенко А. Ю., Ридный С. Д. ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ставропольский государственный аграрный университет». - № 2011140275/13 ; заявл. 05.10.2011 ; опубл. 27.06.2013.

6. Пат. № 108906 1Ш С1, МПК АОШ41/08. Очесывающее устройство / Фусточенко А. Ю., Ридный С. Д. и др. ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ставропольский государственный аграрный университет». — № 2011116758/13 ; заявл. 27.04.2011 ; опубл. 10.10.2011.

в других изданиях

7. Ридный, С. Д. Эффективность работы очесывающей жатки / С. Д. Ридный, Е. В. Герасимов, А. Ю. Фусточенко // Сб. научных трудов 5 \Vorld. Материалы международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований - 2013». - Вып. 6. Т. 6. - Одесса : КУПРИЕНКО, 2013. - С. 58.

8. Фусточенко, А. Ю. Обтекатель очесывающей жатки / А. Ю. Фусточенко, С. Д. Ридный, С. А. Овсяников, В. С. Кобылко // Сб. научных трудов БХУогМ. -Вып. 4. Т. 15. - Одесса : КУПРИЕНКО СВ, 2013. - С. 70.

9. Фусточенко, А. Ю. Определение высоты очесывания колосовых культур / А. Ю. Фусточенко, Д. Н. Сляднев, С. В. Авилов // Сборник научных трудов Б\Vorld. — Вып. 2. Т. 5. - Одесса : КУПРИЕНКО СВ, 2014. - С. 95-98.

Подписано в печать 10.04.2015. Формат 60x84 '/16. Гарнитура «Тайме». Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ Л» 162.

Отпечатано в типографии пздательско-полпграфического комплекса СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Пушкина, 15.