автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности работы аксиально-роторного зерноуборочного комбайна ПН-100 "Простор"

ВСЕРОССИЙСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

; ' ! (вим)

На правах рукописи

СУЛЕЙМАНОВ МАГОМЕДСАЛАМ ИМИНОВИЧ

УДК 631.354.2.026

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ АКСИАЛЬНО-РОТОРНОГО ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА ПН-100 "ПРОСТОР"

05.20.01. - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —1997

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ВИМ ).

Научный руководитель — ЖАЛНИН Э.В.- доктор технических наук, профес-

сор, Лауреат Государственной премии РФ в области науки и техники.

Официальные оппоненты

- РУСАНОВ А.И.-доктор технических наук, профессор

• ГОРБАЧЕВ И.В.-кандидат технических наук, профессор •

Ведущее предприятие

— ОАО 'Тульский комбайновый завод"

Защита состоится ^ 1997 г. в 14 часов на заседании Специализиро-

ванного совета D-020.02.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства ( ВИМ ) по адресу: Москва, 109428,1-й Институтский пр., д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИМ.

Автореферат разослан 1997 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

совета, канди- ^

Мамедова.Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. В комплексе работ по повышению эффективности производства зерна важное значение имеет совершенствование зерноуборочных комбайнов. В настоящее время наибольшее распространение получили комбайны с так называемой "классической" схемой молотилки, то есть с традиционным сочетанием бильного молотильного барабана, клавишного соломотряса и ветрорешетной очистки.

За последние годы большой интерес был проявлен к изысканиям новых нетрадиционных технологических и конструктивных схем комбайновых молотилок, основанных на применении аксиально-роторных молотильно-сепарирующих устройств. В ряде стран (США, Канаде, России и др. ) организовано производство комбайнов с таким устройством. Данные испытаний этих комбайнов и широкая эксплуатационная практика выявили существенные преимущества новых комбайнов. Они имеют большую удельную производительность, меньшее повреждение зерна, более просты в эксплуатации. Вместе с тем была выявлена их повышенная энергоемкость, увеличенный расход топлива и т.п. На этом основании исследования по совершенствованию конструкции аксиально-роторного устройства зерноуборочного комбайна сейчас продолжаются во многих странах мира, в том числе и в России, где поставлен на производство новый прицепной комбайн ПН-100 "Простор" с аксиально-роторным молотильно-сепарирующим устройством (АР МСУ), расположенным поперек молотилки.

Комбайнов с подобной схемой молотилки в мире очень мало (три-четыре модели), по этому исследование эффективности их работы, получение сопоставительного анализа с другими комбайнами представляет собой актуальную проблему для дальнейшего совершенствования конструкции комбайнов с АР МСУ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с "Государственной программой развития машиностроения дня агропромышленного комплекса России на 1993-1997 гг.", а также планами НИР ВИМ на 1995-1997 гг.

Цель работы. Цель настоящей работы заключается в обосновании путей повышения эффективности работы комбайна ПН-100 "Простор" с поперечно расположенным аксиальным ротором в направлении уточнения его конструктивных параметров и режимов работы в условиях рядовой эксплуатации.

Объекты исследований. Серийные и макетные образцы зерноуборочных комбайнов с различными схемами молотильно-сепарирующих устройств, комбайн ПН-100 "Простор", процессы обмолота н сепарации в аксиально-роторном МСУ с тангенциальной подачей массы, показатели работы ПН-100 "Простор" в условиях рядовой эксплуатации.

Методика исследований. Сопоставительный анализ работы молотилок различных комбайнов проведен по результатам их лабораторных и полевых испытаний на уборке зерновых культур с применением обобщенного критерия эффективности работы МСУ ( удельная пропускная способность на единицу площади развертки подбарабанья и решет очистки МСУ ). Исследование процессов обмолота и сепарации выполнено на математической модели с применением персонального компьютера IBM-PC АТ286. Показатели работы комбайнов получены с применением общепринятых стандартов на испытании зерноуборочных машин. Обработка опытных данных проведена с помощью методов математической статистики.

Научную новизну представляют:

— математическая модель процессов обмолота и сепарации в аксиально-роторном МСУ с тангенциальной подачей хлебной массы в ротор комбайна ПН-100 "ПРОСТОР" в которой учитывается спиралевидный путь прохождения обмолачиваемой хлебной массы по развертке подбарабанья и угол направления потока хлебной массы по отношению к образующей кожуха в зависимости от параметров МСУ;

— метод сравнительного анализа зерноуборочных комбайнов с различными типами МСУ по критерию "удельная пропускная способность на единицу площади развертки подбарабанья и решет очистки МСУ";

— классификация аксиально-роторных молотильно-сепарирующих устройств по критерию "способ подачи хлебной массы в ротор".

Практическую ценность представляют:

— методика, алгоритм и программа расчетов параметров аксиально-роторного МСУ с поперечно расположенным ротором на основе математической модели его работы;

— рекомендации по уточнению параметров и режимов работы комбайна ПН-100 "Простор" в направлении повышения его производительности и качества работы;

— рекомендации по технологиям уборки зерновых и других культур с применением комбайна ПН-100 "Простор".

Достоверность основных положений и рекомендаций подтверждена экспериментальными данными лабораторных и полевых исследований. Расхождение теоретических показателей процессов обмолота и сепарации, рассчитанных по математическим моделям с опытными данными находятся в среднем в диапазоне 5-10%.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-практической конференции "Hill в инженерной сфере АПК России и повышение качества техники" 15-17 октября 1996 г., научной конференции Пензенскр^ Хрссельхозака-дёмии 11-13 марта 1997 г., техническом совете ОАО "ТУКЗ" в мае 1997 г.

Публикации. Основные положения и результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах.

На защиту выносятся основные положения научной новизны и практической полезности выполненной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов и списка использованной литературы в количестве 112 наименований.

Во введении раскрыта актуальность темы, обосновано направление исследований, сформулирована цель работы.

В первой главе "Современное состояние проблемы совершенствования зерноуборочных комбайнов" дан анализ развития конструкций современных зерноуборочных комбай: нов. Отмечено, что совершенствование комбайнов идет по двум направлениям: улучшение технико-эксплуатационных характеристик комбайнов с так называемой "классической" схемой молотилки и создание комбайнов с АР МСУ.

Наибольшее распространение получили комбайны с продольно расположенным ротором. Однако были отмечены большие энергозатраты на работу такого ротора, особенно в зоне входа хлебной массы в ротор. На этом основании стали изыскивать другие варианты компоновки ротора. Установлено , что в комбайнах с поперечно расположенным ротором обеспечивается тангенциальная подача массы в ротор с меньшими энергозатратами. Однако по такому варианту компоновки комбайнов глубоких исследований не проведено. Фактически только идет их широкомасштабная проверка в хозяйственных условиях работы.

В связи с этим большой интерес представляет теоретическо-экспериментальное исследование работы первого отечественного комбайна с поперечно расположенным аксиальным ротором ПН-100 "Простор" и изыскали^ nyfeft его дальнейшего совершенствования и повышения эффективности его работы.

I Большой вклад в создание отечественных комбайнов с АР МСУ внесли российские Ученые Н.И. Кленин, С.Г. Ломакин, A.B. Шевцов, И.И. Ирков, В.Н. Мысливцев, В.В. Солда-тенко, А И. Русанов, Э.В. Жалнин, И.С. Вызов, А.Т. Табашников, В.В. Нагичев и др., а также российские конструкторы и организаторы производства JO.H. Ярмашев, Ю.А. Песков, И.К. Мещеряков, O.E. Ефимов, A.A. Баранов и др.

В связи с поставленной целью были определены следующие задачи диссертационной работы:

1. Разработать математическую модель, программу и алгоритм расчетов на ЭВМ ос-

новных показателей процессов обмолота и сепарации хлебной массы в АР МСУ с поперечно расположенным ротором .

2. На основе разработанной модели теоретически изучить зависимость потерь зерна за АРП МСУ от конструктивных параметров ротора и-дать предложения по дальнейшему совершенствованию комбайна ПН-100 "Простор".

3. Выполнить анализ результатов лабораторно-полевых исследований АР МСУ различных конструкций и дать их сравнительную оценку по агротехническим показателям работы.

4. Разработать классификацию современных АР МСУ.

5. Провести регистрируемую проверку эффективности работы комбайна ПН-100 "Простор" в реальных условиях эксплуатация.

6. Разработать технологию уборки зерновых культур с применением комбайна ПН-100 "Простор".

7. Выполнить технико-экономический расчет эффективности работы ПН-100 "Простор" и определить граничные условия его эффективности.

Во второй главе "Математическое моделирование процесса работы АР МСУ с тангенциальной подачей хлебной массы" дана постановка задачи, изложены общая структурная модель работы АР МСУ, допущения и ограничения, принятые при разработке модели, проведена проверка модели на адекватность и выполнены примеры расчетов на ЭВМ с предварительным изложением программы и алгоритмов расчетов.

Процессы обмолота -и сепарации в АР МСУ имеют много общего с аналогичными процессами, протекающими в классическом бильном молотильном аппарате (КМА), но имеется ряд принципиальных отличий, особенно в аксиально-роторных молотильносепарн-рующих устройствах с поперечным расположением ротора (АРП МСУ) по отношению к направлению подачи массы.

Отличия послужили основанием для разработки новой математической модели работы АРП МСУ тем более,что в известных математических моделях для описания работы КМА и АР МСУ не учтены такие важные моменты как возможность превышения коэффициента интенсивности сепарации над коэффициэнтом интенсивности обмолота, изменение средней скорости движения вороха по подбарабаныо в зависимости от подачи массы ( плотности вороха), изменение угла наклона пути движения вороха к образующей кожуха ротора от параметров ротора и т.д.

На рис.1 показана принципиальная схема АРП МСУ комбайна ПН-100 "Простор". Структурная схема математической модели работы АРП МСУ представлена в работе.

и-

Л-А

ф>!5О

Рис.1 Схема аксиально-роторного молотильно-сепарярующего устройства с тангенциальной подачей хлебной массы комбайна ПН-100 " Простор ": 1-входное окно; 2-корпус молотилки; 3-бичи молотильной части ротора; 4-ротор; 5-планки сепарирующей части ротора; 6-выходное окно; 7-накладки; 8- подбарабанье сепарирующей части ротора; 9 - подбарабанье молотильной части ротора; 10-верхний щит; 11-питающий транспортер.

Входные параметры модели: подача хлебной массы - ч,.кг/с; скорость подачи вор - у„, 1/с; исходная плотность вороха на входе в МСУ - р., кг/м? частота вращения ротора - п* |б/мин.

Внутренние параметры системы: диаметр внутренней окружности кожуха ротора - О,; гол наклона направителей на кожухе ротора- Р„", угол наклона бичей ротора - у^молотияь-иле зазоры на входе-Ь и выходе-Ьз'ущнна молотильной части ротора - ширина входного

окна - bo; диаметр кожуха сепаратора - Dc", длина сепараторной части ротора - Lt; сепарирующие зазоры-Ьк.

Параметры текущего процесса: коэффициенты интенсивности обмолота и сепарации - pi и ц2; средняя скорость потока вороха - v„; угол направления потока движения массы относительно образующей ротора - а,; степень сжатия хлебной массы в молотильном зазоре -а', плотность вороха в молотильном зазоре - р„; количество невымолоченного зерна в ворохе на подбарабанье - q,(x) и свободного зерна q2(x); интенсивность процесса сепарации зерна -3(х); интегральная характеристика выделения зерна - ш(х).

Выходные параметры: количество зерна в ворохе на подбарабанье на выходе из ротора в функции длины ротора - q(L), т.е. потери зерна; количество выделенного зерна - m(L) и полный путь сепарации зерна x(L) при его спиралевидном движении по внутренней поверхности кожуха ротора.

При расчете процессов обмолота и сепарации зерна в АРП МСУ пуп. сепарации разбивается на несколько участков дайной Xi: на каждом из которых направление потока вороха а,'" и коэффициент интенсивности ц«(|) постоянны. Тогда перемещение вороха на ¡-том участке в окружном Ду и аксиальном Дг направлениях связаны соотношением:

Azj. Лу,. tga,0) (1)

Путь сепарации вороха на этом участке равен:

X, = Ay./cosa,*'1 (2)

Полный путь сепарации представляет собой сумму

Х„= X k, Xi, - (3)

где ki - коэффициент (в общем случае нецелочисленный), учитывающий количество проходов вороха по i-му участку.

Зависимость длины пути сепарации при аксиальном перемещении вороха при раз-яичных координатах точки входа порции массы (по ширине окна) приведена на рис. 2. Порция массы, входящая в крайней левой точке окна, проходит путь сепарации почти в два раза больше, чем порция массы, входящая в крайней правой точке окна. Скачок зависимости x(z) обусловлен тем, что в исследуемой конструкции комбайна имеются прямые бичи. Поэтому в зоне деки осевой угол наклона вектора потока вороха равен нулю, т.е. движение массы на этом участке происходит аналогично как и в КМА.

До некоторого значения входной координаты z = z, порция массы, сделав один оборот, снова возвращается во входное окно. Доля этой массы оценена коэффициентом возврата

Полный путь сепарации зерна в ЛРП МСУ представляет собой сумму приращений пути на отдельных участках, а время нахождения массы в МСУ определяется по формуле:

где Хмсу - полный путь сепарации,м.

О

0,2

ОЛ

0,5 0,8 \0 Д/Ч

Рис.2. Влияние длины подбарабанья ротора в аксиальном направлении 2 на путь сепарации X: 1^вх=0; 2-2вх=гг(слева); 3-гвх=гг(справа); 4-2вх=в» ■Процесс обмолота и выделения зерна в АРП МСУ описан системой дифференциальных уравнений:

К

ах ёх

(б)

где х - текущая координата по пути движения вороха,М.

Принимая коэффициенты Ц1 „ Цг в пределах "Г-го участка постоянными получим решение системы дифференциальных уравнений в виде:

41 (Л)-Ч1.о е

(?)

О)1 «.»-Ц^Ч^е-"'4 -ИЛ',!'«-'!"*], (8) ц, -ц2 I 1

где ц,1", Ц2(1) - коэффициенты интенсивности обмолота и сепарации на "¡"-ом участке;

Я1.о10 и q21oCl) - соответственно количество связанного (в колосе) и свободного (вымолоченного) зерна в начале "Г'-го участка; ц0(1) - полное количество зерна в ворохе на подбарабанье ¡-го участка

длиной Хь

Тогда О^хгЖ,

Ч»0) = Ч1.о№ + Ч2.О(" (9)

В частном случае при Ц1(|)= Ц2(1) = ц*'1 решение системы (6) имеет вид:

чЛх^Ч./'е"'*; ' (10)

ЧДх) = е-*"* (Ч,.о( + Ф.о,!)) (11)

Общее количество зерна в ворохе на подбарабанье в некотором сечении х:

ч'"(х) = ч/"(х) + ч,">(х). (12)

Количество выделившегося зерна

т(х) = я» - Ч("(х), (13)

где q0 - количество зерна в хлебной массе на входе в МСУ (обычно принимается q0 =

100%).

Интенсивность выделения зерна МСУ по пути сепарации равна

Пх) = Ц2%® (14)

■ L Т-Ь

Координата максимума интенсивности процесса выделения зерна:

п ри ц!" * (15)

L I " J

об)

д Y иГч?

Для расчета процессов обмолота и сепарации разработано программное обеспечение для персонального компьютера ШМ-РС АТ-286 на алгоритмическом языке Quick Basic.

Проверка предложенной математической модели работы АРП МСУ на адекватность была проведена по двум критериям: потерям зерна при фиксированной производительности и среднему направлению движения вороха по внутренней поверхности кожуха ЛРП МСУ по экспериментальным данным А.В. Шевцова. По обоим критериям модель оказалась адекватна.

Для оценки второго критерия было предложено выражение:

Рг=(Р-+Г«У2, (17)

где рт - усредненный угол, определяющий направление движения потока вороха

(угол между линией потока вороха и горизонтальной осью ротора),град; р„ - угол наклона направителей на кожухе ротора,град; у„ - угол наклона бичей ротора,град. С помощью предложенной модели были выполнены необходимые расчеты по выявлению влияния ряда основных параметров ротора АРП МСУ на потери зерна. Была выявлена важная особенность работы поперечного аксиально-роторного молотильного аппарата с боковым входным окном: путь сепарации зернового вороха не постоянен для всех участков слоя вороха по ширине входного окна и в большой степени зависит от места расположения входного окна, линейной координаты подачи частей вороха по ширине окна, угла наклона бичей ротора н направителей кожуха.

Для порций хлебной массы, находящихся в крайнем правом углу входного окна (по ходу движения комбайна) коэффициент возврата массы может доходить до 40%, и они совершают в итоге 3-5 оборотов вокруг ротора. Возврат массы в зоне входного окна приводит к неравномерности подачи массы, повреждению зерна, повышенному перебиванию соломы.

Минимальный возврат массы получен при угле наклона бичей ротора 9-10° и угле наклона направителей на кожухе ротора 60-70°, ширине входного окна 670 мм.

Как видно из рис.2 фактический путь перемещения зернового вороха по спирали вокруг ротора превышает геометрическую дайну подбарабаяья ротора в 1,5-2,75 раза, что и объясняет высокий обмолачивающий и сепарирующий эффект аксиально-роторных молотилок.

В третьей главе "Анализ результатов лабораторно-полевых исследований АР МСУ различных конструкций и их сравнительная оценка" обобщены многочисленные материалы по агротехническим и энергетическим показателям работы различных комбайнов за последние годы, полученных В ИМ, СКФ ВИМ, КНИИТиМ и ЦМИС с частичным участием автора. Главной методической направленностью обобщенного анализа работы различных комбайнов было получение различных сравнительных показателей интенсивности процессов обмолота и сепарации в МСУ и их энергетическая оценка.

Было изучено одиннадцать различных объектов: комбайны с аксиально-роторными МСУ — ДОН-2600 ВД, КТР-ЮРВ, СК-10 "Ротор", ПН-100 "Простор", СК-6 АРС (ЖМ) ВИМ, КР-2100, ИХ-1460, ИХ-1480, Вестерн 8570 и комбайны с "классическим" МСУ — ДОН-1500 и СК-5М "Нива".

Программой анализа различных МСУ предусматривалось получение фактической и

теоретической пропускной способности в удельном выражении на единицу площади развертки МСУ комбайна. Это соотношение определено нами как коэффициент интенсивности работы молотилки комбайна-Ки, который даст обобщенную характеристику эффективности совместной работы единицы площади молотильного подбарабанья ,соломосепаратора и решет очистки, как основных рабочих органов, определяющих производительность комбайна.

Фактическая пропускная способность комбайнов определена как среднестатистическая величина их производительности ( Чф ) в кг/с хлебной массы при соотношении зерна к соломе по массе 1 : 1,5 и Потерях зерна за молотилкой 1,5%. Для этого была составлена статистическая выборка частных значений ( qi ) по всем названным комбайнам за все их годы испытаний на территории СССР(до 1991г.) и России. После обработки этой выборки методами математической статистики определено среднее значение q,),, которое в определенной мере можно назвать математическим ожиданием величины чистой производительности комбайна в кг/с при ограничении потери зериа не выше 1,5%.

Теоретическая пропускная способность комбайна qT получена по методике Э.В. Жал-нина, основанная на расчете параметрического индекса комбайна.

Для расчета (^аксиатьно-роторных комбайнов получены совместно с А.В. Барановым следующие уравнения:

Параметрический индекс комбайна с АР МСУ

V= ^-+0,5(F„C + FP) (18)

Теоретическая пропускная способность комбайна с АР МСУ

qT= [0,015Ng+ 0,9 (Fnc+Fp)] - 0,83,кг/с, (19)

где Ыэ - эффективная мощность двигателя, (л.с.);

Fnc - общая площадь развертки подбарабанья молотильной части ротора и сепаратора, м2,

Fp - площадь решет очистки, м2

Как видно из приведенных данных (табл.1)почти все аксиально-роторные комбайны имеют коэффициент эффективности работы МСУ в 1,5-2,35 раза выше, чем комбайны с классической молотилкой. Исключение составляет комбайн СК-6 АРС ( ЖМ ), что дает возможность сделать вывод, что сочетать в молотилке аксиальный ротор и клавишный соломотряс не рационально. Это увеличивает габариты комбайна, но не повышает пропорционально его пропускную способность.

Характерно отметить, что по этому критерию малогабаритный комбайн ПН-100 с массой менее 4 тонн и поперечно-расположенным ротором имеет большую в 1,5 раза эффективность работы 1м2 площади МСУ в сравнении с классическим комбайном "Дива" мас-

сой более В тонн. К тому же решета очистки комбайна ПН-100 и СК-5М унифицированы.

Из таблицы 1 также следует, что все аксиально-роторные комбайны с продольно расположенным ротором (тип А) имеют примерно одинаковый коэффициент эффективности работы МСУ в диапазоне 1,21-1,32. Учитывая, что параметры роторных МСУ сравниваемых комбайнов ДОН-2600, КТР-10В, СК-10, ИХ-1480, Вестерн-8570 примерно одинаковы (± 15%), то полученные близкие значения коэффициентов Ки свидетельствуют об адекватности предложенных уравнений (18,19) для расчета параметров и 1* аксиально-роторных комбайнов.

Таблица 1.

ОБОБЩЕННЫЕ ДАННЫЕ ПО СОПОСТАВИТЕЛЬНОМУ АНАЛИЗУ РАЗЛИЧНЫХ КОМБАЙНОВ.

№ п/п Марка комбайна Параметрический индекс, iK Фактич. проп.спо-соб-ность Ч*кг/с Теоретич проп. спо-собн.а-, КГ/С Общ.пло-щадь развертки МСУ> Рпс+Рр, м2 Коэффициент интенсивности работы молотилки ,Ки

1 2 3 4 5 6 7

1. ДОН-2600 ВД 7,13 12,4 12,2 9,6 1,27

2. КТР-10РВ 5,86 8,5' 9,9 7,55 1,3

3. СК-10"Ротор" 5,72 9,9 9,6 7,28 1,32

4. ПН-100 "Простор" 2,59 3,3 3,9 3,84 1,01

5. СК-6 АРС ( ЖМ ) 3,7 _* 6,0 10,93 0,55

6. КР-2100 5,04 _» 8,4 6,58 1,28

7. ИХ-1480 (США) 5,22 8,4 8,7 7,21 1,21

8. ИХ-1460 ( США ) 4,2 6,8 6,9 5,55 1,24

9. Вестерн 8570 ( Канада) 5,86 10,4 9,9 7,71 1,28

10. ДОН-1500 5,53 8,9 9,2 12,79 0,72

11. СК-5М "Нива" 3,33 5,3 5,3 7,79 0,68

' Г^эимечаиие: Комбайны KTP-IOPB, СК-6АРС ( ЖМ ) и KP-2I0Q ижга неустойчивый теавлтичсосий процесс.

13

В работе приведена сводная таблица энергозатрат на привод рабочих органов различных комбайнов и их передвижение по полю в рабочем режиме. Данные являются также статистическими, полученные нами после обработки многочисленных материалов, полученных институтами В ИМ и КНИИТиМ.

Удельная мощность на единицу подачи хлебной массы в аксиально-роторных комбайнах с продольным расположением роторов - ДОН-2600 и СК-10 "Ротор" в 1,5 — 1,9 раза выше,чем у комбайна ДОН-1500 и в 2,0 — 2,63 раза ,чем у комбайна СК-5М "Нива", имеющих классическую схему молотилки.

В комбайне ПН-100 "Простор" с поперечно расположенным ротором н тангенциальной подачей хлебной массы в ротор удельные энергозатраты выше, чем в классическом комбайне соответственно только в 1,12 — 1,58 раза и ниже в 1,3 — 1,66 раза, чем в комбайне с продольным расположением ротора.

Совокупная оценка аксиально-роторных комбайнов с различным расположением роторов показала, что комбайны с поперечным расположением ротора и тангенциальной подачей хлебной массы в ротор (типа ГЩ-100 "Простор") имеют преимущества по удельной материалоемкости в 1,2 — 1,5 раза, коэффициенту эффективности работы молотильно-сепарирующего устройства в 1,5 раза в сравнении с "классическим" комбайном, а удельные энергозатраты на единицу подачи хлебной массы у них меньше в 1,3 — 1,66 раза, чем в комбайнах с продольным ротором.

В четвертой главе "Результаты проверки эффективности работы комбайна ПН-100 "Простор" в реальных условиях эксплуатации", в которой изложены материалы широкой хозяйственной проверки комбайна ПН-100 "Простор", организованной ВИМ'ом ( с участием автора) и ОАО "ТУКЗ" на полях ОГК ВИМ "Каменка" Подольского района Московской области.

На рис. 3 представлены графики изменения дневного намолота зерна в тоннах в течение наблюдаемого периода. Максимальный намолот зерна шпешщы составил 10 августа около 11,5 т в день, убрано было около 5,7 га, соответственно зерна овса 24 августа — 13,3 т, убрано 5,3 га в день. Среднедневная выработка комбайна ПН-100 безусловно была ниже, чем выработка комбайна "Нива", которые работали в хозяйстве рядом, но было замечено, что все же во многом эта разница вызвана искусственным занижением скорости движения трактора "Беларусь" с комбайном. При контрольных замерах средняя рабочая скорость движения трактора с комбайном составила 3,57 км/час. Рабочая ширина захвата хедера у комбайна "Нива" была 4,8 м, а у ПН-100.—2,70 м. Наши наблюдения обосновали важное положение для выбора оптимальной структуры комбайнового парка хозяйства: прицепной комбайн ПН-100 не может полностью заменить самоходные комбайны "Нива" и не должен это-

го делать. Потребность в прицепных комбайнах ПН-100 ограничивается наличием в хозяйстве свободных тракторов кл. 1,4-2 в уборочный период, которые в это время можно использовать иа уборке урожая зерновых в агрегате с комбайном ПН-100. В итоге общехозяйственная полезность ПН-100 будет высокой, ввиду меньшей стоимости общего агрегата и меньших амортизационных отчислений. Затраты на хранение прицепного комбайна также намного меньше, чем самоходного.

£/2 Г«

ь- 5

£

о

ц

6 5 Ч 3

г /

о

ИИ

3 У&ОрКа о£са

—у Н-

Г 2 £ -1

г — ✓ { 4 3

% £

■И г= г

■у 20 V ¿2 23 гч 25 26 2? 28293031 1 2 3 Календ, дли _Двист_Л

к» 8

ь ?

Ч 6

^ 3 2 1

7 1111 Марка пшеницы

А V

Л *

% 3 Й [V

Л1

ч £ * к

8 9 10 И 12 &1Ч 15 16 17 18 19 Капенд. дни- у5орки\ /¡¿густ • . .1

Рис.3. Графики динамики намолота зерна комбайном ПН-100 " Простор Определение общих потерь зерна за комбайном проведено на уборке овса. Они составили 2,3%, что вполне допустимо в хозяйственных работах в Центральном регионе России. Чистая производительность комбайна была рассчитана по времени заполнения бункера зерном и массе зерна, находящегося в бункере при полном его заполнении.

У комбайна "Нива" масса зерна в бункере составила овса — 1200 кг за время 10,76 мин, у ПН-100 соответственно 800 кг за 14,5 мин. По этим данным чистая производительность у комбайнов составила соответственно 1,85 кг/с и 0,91 кг/с, то есть разница между комбайном "Нива" и ПН-100 составила всего около 2 раз. В то же время мощность двигателя у "Нивы" выше в 1,5 раза, ширина захвата хедеров в 1,75 раза, а удельная масса в 2,16 раза по сравнению с комбайном ПН-100 "Простор".

На уборке пшеницы масса зерна в бункере составила у "Нивы" 1600 кг, ПН-100 — 1060 кг. Соответственно чистая производительность на уборке пшеницы составила 1,97 кг/с и 0,97 кг/с в сложившихся условиях уборки зерновых в ОПХ В ИМ "Каменка" в 1996 году. Для комбайна "Нива" это довольно типичный показатель чистой производительности в Нечерноземье. Средняя эксплуатационная рабочая скорость движения комбайна "Нива" составила 5 км/ч, а ПН-100 около 3,0 км/час. Среднее время выгрузки зерна из бункера комбайна ПН-100 было 2,56 мнн, комбайна "Нива" — 1,5 мин. Чистота бункерного зерна у ПН-100 была на уровне 98-99%, дробление зерна не превышало 1%, у "Нивы" соответственно 94-95% и 1,5-1,8%.

Весьма важным показателем для оценки работы молотилки комбайнов является степень перебиваемости соломы. Выявлено, что аксиально-роторный комбайн ПН-100 перебивает солому в 1,51 раза больше, чем бильно-клавишный комбайн СК-5М "Нива", но получаемый средний размер соломистых частиц 15-18 см является достаточным для использования соломы в качестве мульчи без дополнительного измельчения. Это дает возможность использовать комбайн ПН-100 в технологии уборки хлебов с разбрасыванием незерновой части урожая по полю. Но для гарантии все же целесообразно после прохода комбайна обработать поле тяжелыми дисковыми боронами.

По данным проверки комбайн в целом обеспечивает качественную уборку урожая в условиях Центрального района. Комбайн удобен в работе. Небольшие габариты делают его маневренным, затраты времени на техническое обслуживание и ремонт минимальны. Технологический процесс осуществляется нормально, особенно положительно зарекомендовал себя беспальцевый режущий аппарат.

По своим технико-эксплуатационным характеристикам комбайн соответствует зональным условиям уборки и представляет интерес'для хозяйств региона, так как позволяет использовать эффективно во время уборки колесный парк тракторов класса 1,4. наиболее массовых в хозяйствах региона.

Наряду с этим для дальнейшего более эффективного использования комбайна рекомендовано внести в него ряд усовершенствований. На уборке высокоурожайных хлебов перспективно использовать его в агрегате с трактором типа ЛТЗ. Необходимо также преду-

смотреть сбор соломы комбайном в стожки ( маленькие копны ) или возможность сдваивания валков для последующего их подбора пресс-подборщиком. Рекомендовано также устранить некоторые конструктивные недостатки, выявленные в ходе проверки.

По итогам хозяйственной проверки комбайна ПН-100 "Простор" в ОПХ "Каменка" и других хозяйствах, а также наших предложений по его совершенствованию составлена программа модернизации комбайна, которую намечено выполнить в 1997-1998 гг.

В пятой главе "Рекомендации по технологиям уборки зерновых культур зерноуборочным комбайном ПН-100 "Простор" изложены предложения по наиболее эффективному использованию комбайна ПН-100 с учетом выполненных наших теоретических и экспериментальных исследований его работы. Рекомендации подготовлены ВИМ (с участием автора ), ОАО "ТУКЗ" и ВНИИТИМЭСХ. Рекомендации включают предложения по пяти технологическим схемам уборки зерна и незерновой части урожая, комплектованию уборочных агрегатов для реализации каждой технологии уборки комбайном, организации уборочных работ, а также режимам и контролю качества работы комбайна.

Для выбора режимов работы комбайна разработан комплект номограмм. На рис. 4 представлена номограмма для определения производительности комбайна ПН-100 на уборке зерновых колосовых культур. Производительность ( га/ч) рассчитана, исходя из среднестатистической пропускной способности комбайна цф ( глава 3 ) и поправочных коэффициентов, учитывающих разнообразие условий уборки. К примеру, при урожайности озимой пшеницы 25 ц/га, соломистости 1,5 ( 0,6 ), влажности соломы 18-20%, засоренности 10%, пониклости 0,9 производительность комбайна ПН-100 составит 0,92 га/час. Разработана также номограмма для расчета потребного количества транспортных средств .занятых на обслуживании п« комбайнов ПН-100.

Для обслуживания одного комбайна ПН-100 требуется один автомобиль типа ЗИЛ-ММЗ-555 грузоподъемностью 5 т ( 3 бункера ) с продолжительностью рейса 45 мин. а для 3-х комбайнов нужно два таких автомобиля.

В шестой главе "Технико-экономический расчет эффективности применения комбайна ПН-100 "Простор" изложены материалы исследований по выявлению граничных условий эффективности прицепного комбайна ПН-100 "Простор" с учетом его использования в составе машино-тракторного парка хозяйства. Расчеты выполнены методом "наложения" комбайнов ПН-100 на ОПХ ВИМ "Каменка" Подольского района Московской области с учетом сложившихся в нем условий уборки и способов машиноиспользования. Вариантные расчеты проведены с применением специализированной программы "Автоматизированная система формирования агротехнологий" (А С ФАТ ВИМ 1991 г.) и стандартных программных средств для обработки табличных данных.

Общая методическая последовательность расчетов была следующая: выбор сопоставимых технологических схем уборки урожая базовым (СК-5М "Нива") и новым комбайном, раечегг зональных коэффициентов и производительности сравниваемых комбайнов; формирование и расчет технологических карт уборки урожая для каждой технологической схемы уборки возделываемых в хозяйстве культур; определение прямых затрат; расчет потребности хозяйства в комбайнах, определение сравнительной мегаллоемкосги процесса комбайновой уборки; расчет приведенных затрат, годового экономического эффекта и за весь срок службы; анализ результатов расчетов и при необходимости их итерация.

га/ч

Промводиг»льиость комбайна

Рис.4. Номограмма для определения производительности комбайна ПН-100 " Простор " на уборке зерновых колосовых культур.

В результате выполненных технико-экономических исследований выявлено, что наибольшая экономия затрат на уборку урожая достигается за счет снижения затрат на амортизацию, ремонт и техобслуживание новых комбайнов при использовании их на прямом ком-байнировании с разбрасыванием соломы по полю на площади менее 50% от общей уборочной площади. Годовой экономический эффект от применения комбайна ПН-100 в хозяйстве "Каменка" составляет около 29 млн. руб. Эффект, от применения комбайна ПН-100 можно существенно повысить (почти в 2 раза), если доработать конструкцию комбайна, оборудовав его сдваивателем валков соломы.

Для хозяйств типа ОПХ ВИМ "Каменка" с уборочной площадью около 800 га выгодно вместо имеющихся шести комбайнов СК-5М "Нива" иметь шесть комбайнов ПН-100 "Простор" и три комбайна "Нива" при условии, если стоимость прицепного комбайна будет составлять менее 40% стоимости СК-5М "Нива", а производительность не менее 55% от аналога.

При использовании комбайна ПН-100 "Простор" в южных регионах страны на уборке различных культур по разработанным технологическим картам рассчитаны приведенные затраты на уборку зерновых, подсолнечника и кукурузы на зерно.

Получено, что если комбайн ПН-100 применяется на трех видах работ с годовой нагрузкой на комбайн при уборке зерновых 140 га, подсолнечника 50 га, кукурузы — 50 га, то годовой эффект составит около 24,0 млн. руб. со сроком окупаемости порядка 3,5 лет.

В седьмой главе "Методика инженерного расчета параметров й режимов работы комбайна ПН-100 "Простор" обобщены в единую методическую последовательность полученные результаты теоретических (глава 2) и экспериментальных (глава 3) исследований комбайна ПН-100 "Простор", а также рекомендации по технологиям уборки различных культур в конкретных хозяйствах (главы 4 и 5), где комбайн проходил испытания (ОПХ ВИМ "Каменка", КНИИТнМ и Сев-Кав. МИС)

Общие выводы и предложения

1. Разработка и создание аксиально-роторных- зерноуборочных комбайнов с поперечным расположением ротора относительно направления исходной подачи хлебной массы в АРП МСУ является одним из наиболее эффективных путей их совершенствования.

2. Процессы обмолота и сепарации зерна, протекаемые в АРП МСУ имеют ряд особенностей, которые следует учитывать при создании комбайна с такими молоташьно-сепарирующими устройствами: потери зерна и качество обмолота и сепарации зависят от

(

места расположения и ширины входного окна для хлебной массы; при праворасположенном окне путь сепарации крайних правых порций массы в 2-3 раза больше, чем левых порций массы: путь обмолота и сепарации (общий путь прохождения потока хлебной массы по под-баранью и кожуху ротора ) является функцией диаметра, дайны и скорости вращения ротора, угла установки и количества направителей вороха на кожухе ротора; средний путь сепарации вороха превышает геометрическую длину подбарабанья ротора в 1,5-2.75 раза в зависимости от места расположения исходной подачи порции вороха по ширине входного окна.

3. Разработанные математическая модель, программа и алгоритм позволяют расчи-тать потери зерна за АРП МСУ в зависимости от пути сепарации, параметров ротора и угла наклона направителей на кожухе ротора.

4. Для повышения эффективности работы АРП МСУ серийного комбайна ПН-100 "Простор" путем снижения потенциального возврата крайних правых порций хлебной массы, поступающих во входное окно .целесообразно установить в зоне молотильной части ротора угол наклона бичей ротора 9-10°, угол наклона направителей на кожухе ротора 6070° при ширине входного окна 670 мм.

5. Комбайн ПН-100 "Простор" имеет резервы повышения пропускной способности до 4,5 - 5,0 кг/с при параметрах: длина ротора 1,8-2,0 м; ширина молотильной части 0,9-1,0 м; угол наклона бичей ротора 10-12°, угол наклона направителей на кожухе ротора 70-80°.

6. Пропускная способность аксиально-роторных комбайнов может быть расчитана по их прослектным параметрам (мощность двигателя и общая площадь развертки МСУ ) с помощью уравнения (19).

7. Аксиально-роторные комбайны имеют коэффициент эффективности работы МСУ в 1,5-2,35 раза выше ,чем коэффициент эффективности работы МСУ комбайнов с классической схемой молотилйи.

8. Комбайн ПН-100 "Простор" имеет в 1,2-1,5 раза меньше удельную материалоемкость, коэффициент эффективности работы МСУ в 1,5 выше в сравнении с классическими комбайнами, а удельные энергозатраты (1кВтс на 1 кг массы ) в 13 -1,66 раза меньше, чем у комбайнов с продольно расположенным ротором.

9. Граничными условиями эффективного использования прицепного комбайна ПН-100 "Простор" являются : стоимость не более 40 % , а производительность не менее 55% от комбайна СК-5М "Нива" ; наличие в хозяйстве тракторов типа МТЗ класса 1,4-2 свободных во время уборки зерновых культур; уборка зерновых с разбрасыванием незерновой части по оодю.

10. Для выбора эксплуатационных режимов работы комбайна ПН-100 "Простор " целесообразно пользоваться разработанными в работе номограммами.

11. При использовании комбайна ПН-100 "Простор" на уборке урожая зерновых культур, кукурузы на зерно и семян подсолнечника экономический эффект составляет около 24 млн. руб. в год.

Основные положении диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Заявка № 96106738, от 15.03.96 г "Аксиально-роторная молотилка." на выдачу патента (Соавторы Баранов A.A., Жашшн Э.В.,Кузнецов H.A.).

2. Результаты хозяйственной проверки зерноуборочного комбайна ПН-100 "Простор" — Журнал "Техника в сельском хозяйстве".-М;,1997 г., № 3 ( Соавтор Баранов A.A. ).

3. К математическому моделированию работы аксиально-роторной молотилки — Тезисы научно-практической конференции ПГСХА (г. Пенза), 11-13 марта 1997 г. (Соавтор Баранов A.A.).

4. Особенности эксплуатации комбайна ПН-100 "Простор". Тезисы научно-практической конференции ПГСХИ (г. Пенза ),11-13 марта 1997 г. (Соавтор Баранов A.A.).

5. Определение среднестатистической величины пропускной способности зерноуборочных комбайнов. Журнал "Механизация и электрификация сельского хозяйства".-М:, 1997 г., № 5 (Соавторы Баранов A.A., Жалнин Э.В.).

6. Обоснование параметров аксиально-роторных молотшгьно-сепарирующих устройств (математическая модель).—М., 1997г. (Деп. во ВНИИТЭИагропром, №95,ВС-97) Соавторы Баранов A.A., Соловейчик А .Г.

7. Эксплуатационно-технологическая оценка и технико-экономическая эффективность применения комбайна ПН-100 "Простор" в условиях производственной деятельности хозяйства (ОГК ВИМ "Каменка" Подольского района Московской области ). -М., 1997г., (Деп. во ВНИИТЭИагропром, № 100, ВС- 97). Соавторы Баранов A.A., Жалнин Э.В., Мурашов АД. в.Рекомендации по технологиям уборки зерновых и других культур с применением комбайна ПН-100 "Простор".-М,1997г. (Деп. во ВНИИТЭИагропром, № 111 .ВС-97) Соавторы Баранов A.A., Жалнин Э.В., Шабанов Н.И.