автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности работы жатвенной части зерноуборочного комбайна "John Deere 1048" на уборке сои в условиях Амурской области

005005»»!

ВЯЗЬМИН МИХАИЛ ИГОРЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЖАТВЕННОЙ ЧАСТИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА «JOHN DEERE 1048» НА УБОРКЕ СОИ В УСЛОВИЯХ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

2 2 ЛЕН 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Благовещенск - 2011

005005881

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Бумбар Иван Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Емельянов Александр Михайлович

кандидат технических наук Дектярёв Дмитрий Анатольевич

Ведущая организация Государственное научное учреждение

Дальневосточный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 29 декабря 2011 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.027.01при ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» по адресу: 675005, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, корпус 12, ауд. 82.

Телефон/факс. 8-(4162) 49-10-44

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Автореферат размещен на сайтах ДальГАУ и ВАК РФ.

Автореферат разослан 25 ноября 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Якименко А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из важнейших культур в мире, возделываемых человеком по праву считается соя. Она используется человеком в пищу наравне с рисом, пшеницей, просом. Ценный и разнообразный химический состав сои, а это - 36 - 55 % белка, более 20 % жира, свыше 30 % углеводов, 5-6 % различных минеральных элементов, обуславливает ее большой удельный вес среди производимых культур.

Одной из важнейших операций при возделывании сои является уборка, во время которой происходят значительные потери урожая. Небольшая урожайность культуры в Амурской области, в среднем 0,7 - 0,12 т/га, ещё более остро ставит вопрос о повышении качества её уборки. В ходе проведения многолетних исследований за работой зерноуборочных комбайнов на уборке сои было установлено, что потери за жаткой составляют до 80% от всех потерь. Такое большое наличие потерь связано с неудовлетворительной работой мотовила, режущего аппарата и шнека жатки. Вступая во взаимодействие с активными рабочими органами жатки, растение сои подвергается силовому воздействию: удару, колебанию, сжатию, защемлению. При этом в биологическом материале (бобе) возникают такие напряжения, которые, превышая пределы прочности створок, приводят к их разрушению и потерям семян сои за жаткой.

Уменьшить величину потерь при уборке можно за счёт создания принципиально новых или модернизации существующих рабочих органов жатки, приспособленных к физико-механическим свойствам сои. Одним из способов решения проблемы снижения потерь может быть нахождение таких режимно-конструктивных параметров рабочих органов жатки которые бы свели потери сои к минимуму.

Цель исследований - Изучение недостаточно изученных физико-механических свойств растений сои, а так же обоснование режимно-конструктивных параметров работы режущего аппарата, шнека жатки зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048» для снижения потерь.

Объект исследования - Процесс среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания и транспортирования их шнеком жатки к подающему транспортёру комбайна. Режущий аппарат и шнек жатки комбайна «JOHN DEERE 1048».

Методы исследования. При проведении исследований применялись аналитический и экспериментальные методы. Экспериментальный метод использовался при разработке методик проведения лабораторных, полевых исследований и обработке результатов опытов. Обработка результатов исследований осуществлялась с помощью программ Virtual Dub, Adobe Photoshop CS3, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint, Advanced Grapher, Компас 3DV8, Fastvideo Lab (проведение скоростной видеосъёмки).

Научная новизна. В работе разработано экспериментально-теоретическое обоснование метода снижения потерь семян сои за жаткой зерноуборочного комбайна за счёт оптимизации кинематических параметров рабочих органов жатки. Определены теоретические предпосылки разрушения бобов сои при ударе по стеблю. Разработаны средства и методики моделирования среза растения сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания с помощью скоростной цифровой видеосъёмки.

Установлены оптимальные режимно-конструктивные параметры работы режущего аппарата и шнека жатки (скорость резания, частота вращения шнека) комбайна «JOHN DEERE 1048» на уборке сои в условиях Амурской области.

Практическая значимость работы. Использование результатов теоретических и экспериментальных исследований позволили предложить оптимальные режимно-конструктивные параметры рабочих органов жатки комбайна (режущий аппарат и шнек) «JOHN DEERE 1048» на уборке сои в условиях Амурской области.

Внедрение. Результаты экспериментальных исследований по оптимизации кинематических параметров рабочих органов жатки внедрены в отделе семеноводства ФГБОУ ВПО «ДальГАУ» и в ОАО «Агроразвитие Тяньхэ».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях ДальГАУ (2009-2011 г.г.) и на межвузовских конференциях «Молодёжь XXI века» (2009-2011 г.г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 в журналах,рекомендованных ВАК России.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, основной текст сопровождается 20 таблицами и 64 рисунками. Список литературы содержит 110 наименований, из них 8 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность работы, её цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» рассмотре-ныосновные причины и источники возникновения потерь семян сои за жатками зерноуборочных комбайнов. Проведён обзор количественного и модельного ряда комбайнов марки «JOHN DEERE», работающих в Амурской области. Дан анализ существующих режущих аппаратов комбайнов. Проведён анализ литературных источников по срезу растений, влиянию режимных параметров работы шнека жатки зерноуборочного комбайнана обмолот растений сои. На основании проведённого анализа обоснована необходимость уменьшения потерь семян сои за жаткой за счёт оптимизации режимно-конструктивных параметров рабочих органов жатки на примере зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048», сформулированы цель и задачи исследований.

Исследованию процесса уборки сои, вопросам совершенствования рабочих органов жатки и МСУ посвящены работы Бумбара И.В., Н.П. Гречачина, А.Т. Волкова, В.А. Кармашева, В.В. Назаренко A.B. Парубенко, С.П. Присяжной, Ю.В. Терентьева, MP. Цехместера и других учёных.

Рассматривая основные факторы, влияющие на эффективность работы зерноуборочного комбайна на уборке сои, наибольшую проблему в технологиче-

ском процессе составляет неудовлетворительная работа жатвенной части (хедера), так как потери здесь значительно превышают допустимые агротребования-ми.

Наличие большого количества потерь за жаткой комбайна обусловлено несоответствием конструктивных и режимных параметров рабочих органов жатки (скорость резания, частота вращения шнека) физико-механическим свойствам растения сои.

Одним из способов снижения потерь сои за жаткой может быть нахождение таких режимных и конструктивных параметров, которые позволят снизить потери семян сои при уборке.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследований:

1. Исследовать недостаточно изученные физико-механические свойства растений сои.

2. Провести теоретические и экспериментальные исследования процесса среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания, а так же исследования по оказываемому воздействию шнека жатки на растения сои.

3. Установить оптимальный диапазон режимно-конструктивных параметров работы режущего аппарата и шнека жатки зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048» на уборке сои в условиях Амурской области.

4. Провести оценку экономической эффективности качественных показателей работы комбайна в зависимости от режимно-конструктивных параметров работы режущего аппарата и шнека жатки зерноуборочного комбайна "JOHN DEERE 1048" на уборке сои.

Во второй главе «Теоретические исследования» изложены теоретические предпосылки раскрытия створок бобов растения сои при срезе сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания и обоснование режимов работы сегментно-пальцевого режущего аппарата.

Принято считать, что при движении жатки стебли растений сельскохозяйственных культур между каждыми двумя соседними пальцами режущего аппарата вначале отгибаются перпендикулярно боковым поверхностям противоре-жущих пластин и сегментов ножа навстречу друг другу. Стебли, уплотняясь до соприкосновения, препятствуют увеличению размаха собственных колебаний, образуя пучок, а затем срезаются. При этом количество срезаемых стеблей уменьшается по мере движения ножа. Данное обстоятельство имеет место при уборке растений злаковых культур, число которых может достигать до 800 штук на 1 м2.

У сои же число растений на одном квадратном метре меньше в разы и колеблется от 20 до 80 штук. Конструктивные особенности сегментно-пальцевого режущего аппарата нормального резания и низкая плотность растений сои способствуют тому, что стебель растения сои в зависимости от расположения на поверхности поля может значительно отгибаться в продольном и поперечном направлениях до момента встречи с противорежущим пальцем, а затем срезаться (рис. 1).

Рис.1. Технологический процесс резания растения сои: Ум- скорость движения машины, Ус- скорость сегментов, 8- отклонение стебля

Под действием ножа жатки центр тяжести стебля сои описывает дугу, и отклоняясь, начинает колебаться. Бобы сои вместе со стеблем так же совер-

шают колебательные движения в различных направлениях с определённой скоростью, в то время как свободно расположенные в них семена, имеющие шарообразную форму, отстают от движения стебля и створок. Как следствие между створками бобов и семенами сои возникает удар. Напряжение в зоне контакта достигает такой величины, при которой створки деформируются и раскрываются, при этом каждая створка, скручиваясь, способствует разбрасыванию семян за пределы платформы жатки (рис. 2)

Рис. 2. Схема сил, действующих на растение сои при срезе: Рср - сила среза, Fab- сила инерции стебля для участка АВ, FEC - сила инерции стебля для участка ВС, Fj, F2 - силы инерции семян, G - вес семени, I - длина участкаВС, h -длина участка АВ.

Как отмечалось выше, при большой скорости резания стебель поддерживается не пальцами, а упругой силой инерции Рср, следовательно, для описания процесса колебания растения сои рассмотрим срез свободностоящего стебля. При этом, стебель будет нами рассматриваться как защемлённая одним концом

балка, с одной степенью свободы. Ввиду того, что стебель является сложной конструкцией, телом равного сопротивления изгибу, будем считать его площадь поперечного сечения постоянной.

Учитывая сделанные допущения, решим задачу о перемещении системы с сосредоточенной в точке приложения силы Рср массой т„р под воздействием указанной силы, изменяющейся во времени PcpAt. Уравнение движения такой системы

Рупр'У-РЮ^Рш, 0)

где Fynр- сила упругости, соответствующая упругому перемещению X = 1, или иначе жёсткость системы;

d2y

Fmi - сила инерции эквивалентной системы. Fmt — mnp • —j Внося значение в уравнение (1) получим:

Fynp -mnpg = P(t) (2)

или: -у = £p(t), (3)

If

где со = — - частота колебаний.

у т

При ударе по стеблю последнему сообщается импульс: PAt = тпр ■ V. В этом случае уравнение (2) имеет следующее решение:

y = (4)

где у - перемещение точки приведения массы стебля, т.е. прогиб в месте удара, М = шпр+ m (m- приведённая к точке удара масса ударяющего тела), ш - частота колебаний системы

где х ~ перемещение в направлении действующей силы при условии, что последняя равна единице (так называемое единичное перемещение).

Величина силы инерции вычисляется следующим образом. Элементарная сила инерции бесконечно малого участка стебля

где q - вес единицы длины стебля:

с

где О - вес стебля, I - длина стебля Отсюда силы инерции

Л)

(7)

С, тврч 312 |Ч

4Мд к

(8)

где тпр- масса, сосредоточенная в точке приложения силы Рср, q- вес единицы длины стебля, М - масса равная сумме тпр и т (т- приведённая к точке удара масса ударяющего тела), & - ускорение свободного падения, I - длина участка ВС, ¿1- высота среза, длина участка АВ, ю - частота колебаний системы, V-скорость ударяющего тела.

При увеличении скорости ножа изменяется объём материала, вовлекаемого в деформацию, которая не успевает распространиться на большой объём. Для среза необходим некоторый промежуток времени, зависящий от скорости 1 ножа и диаметра растения. Определим скороста резания при условии, что диаметр стебля с1» 0. Для этого необходимо определить координату начала хя и конца резания хк.

где

а1+а2 2

начала резания

а

хн —Ч) ~ я0 — 2

(10)

Координата конца резания

~ ^о £о — Во

(П)

Скорость лезвия определится

Зная координаты начала и конца резания можно определить скорости сег-

мента К, = "-Ч-^-Г*- С1 ~ (13)

Ук = (14)

где Б - ход ножа

В процессе среза толстого стебля скорость начала среза зависит от его диаметра, а скорость конца среза - от конструктивных и кинематических параметров работы режущего аппарата. При деформировании стебля в процессе среза, впрочем, как и при деформировании всех реальных тел нельзя не учитывать время среза.

Определим время среза стеблей в растворе лезвий

¿ср = - «», (15)

где: время начала резания,

время конца резания. Величина^ определится

(16)

где (1 - диаметр стебля, ^ - расстояние между центрами пальцев, Б - ход ножа

Время конца резания

Гк = ^агссоз(1-^0) (17)

Следовательно, время среза (:ср

^ = 1[агссо8 (1 - ^о) - агссоз(1 - (18)

Время среза одиночного стебля

ТсР = Ш^'

где V - скорость резания.

От величиныТф напрямую зависит отгиб стебля, чем больше Т^, тем больше отгиб стеблей в процессе среза Если за время среза стебля -Т^, режу-

щий аппарат переместится по полю со скоростью - Ум, то за время от начала резания и до его конца стебель будет, отогнут в продольном направлении на величину у

Если представить, что у противорежущей пластины располагается группа последовательно расположенных стеблей числом п, то за время резания

Следовательно, для уменьшения величины Гср необходимо уменьшать^. Таким образом, как показывают формулы (19) и (20) уменьшить колебания и отгиб стеблей растений сои при срезе можно достигнуть за счёт увеличения скорости резания (за счёт изменения конструкции аппарата или увеличения числа оборотов кривошипа).

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» приведены программа и объекты экспериментальных исследований. Про-

граммой экспериментальных исследований предусматривалось:

1) Исследование физико-механических свойств растений, бобов и семян сои, влияющих на потери за жаткой зерноуборочного комбайна

2) Оценка влияния механического травмирования семян на рост и продуктивность растений сои

3) Проведение моделирования и разработка методики исследования среза одиночных стеблей растений сои при помощи скоростной видеосъёмки.

4)Исследование явления среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания в реальном рабочем процессе.

5) Исследование влияния частоты вращения шнека жатки, скорости резания и влажности семян сои на потери за жаткой зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048».

В четвёртой главе «Результаты и анализ экспериментальных исследований» приведены результаты экспериментальных исследований и дан их анализ. При рассмотрении факторов влияющих на потери семян сои за жаткой было выявлено, что они обусловлены:

(20)

tq? — El Тс

(21)

1) Физико-механическими свойствами бобов растений сои, которые обуславливают его прочность (сорт, размеры, вес, тип боба, форма и строение бо-

2) Влажность растений и семян сои.

3) Конструктивно-режимных параметров режущего аппарата и шнека жат-

В целях определения оптимальныхрежимных параметров работы шнека жатки зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048», скорости резания и влажности семян на уборке соибыл проведён многофакторный эксперимент.

Для получения математической модели реализован полный факторный эксперимент 23. Уровни и интервалы варьирования перечисленных факторов выбирались на основании предварительных лабораторных и полевых исследований, в ходе которых были выявлены пределы варьирования частоты вращения шнека жатки п = 120-160 об/мин, скорости резания У= 1,4 - 2,6 м/с и влажности семян сои \У=10 - 14%.

Для определения парного влияния факторов на критерий оптимизации (потери) были построены поверхности откликов:

- от влажности и от скорости резания, при постоянном уровне частоты вращения шнека 140 об/мин (рис.3),

Рис. 3. Поверхность отклика <3= V) при нулевом уровне п= 140 об/мин.

ба).

(.0

- при изменении частоты вращения шнека и скорости резания, при постоянном значении влажности 12% (рис.4).

Рис. 4. Поверхность отклика 0= £(У, п) при нулевом уровне ^У - 12%

- при изменении частоты вращения шнека и влажности, при постоянном значении скорости резания 2 м/с (рис. 5).

Рис. 5. Поверхность отклика (2= \¥) при нулевом уровне V = 2,0 кг/с

В результате проведения многофакторного эксперимента было получено следующее уравнение регрессии:

У = 2,3 + 0,21-х! - 0,62'х2 - 0,16-хЗ (21)

Результаты позволили обосновать режимно-конструктивные параметры (скорость резания, частота вращения шнека жатки) рабочих органов жатки «JOHN DEERE 1048» при уборке сои.

Полевые исследования показали, что общие потери семян сои за жаткой с экспериментальными режимно-конструктивными параметрами рабочих органов ниже на 1,95 % по сравнению с эталонной.

В пятой главе «Экономическая эффективность применения оптимальных значений технологических параметров рабочих органов жатки зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048» на уборке сои» приведены расчёты экономической эффективности применения оптимальных технологических параметров режущего аппарата и шнека жатки «JOHN DEERE 1048» на уборке сои.

По результатам производственной проверки годовой экономический эффект от использования оптимальных технологических параметров работы жатки зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048» на уборке сои за счёт уменьшения потерь составил 314 р/га.

Выводы

1. Изучение физико-механических свойств растений сои показало, что наибольшее количество бобов независимо от сорта у растения сои составляют бобы с тремя семенами, меньше с двумя и еще меньше с одним семенем. Наибольшую массу семян имеют трехсемянные бобы, которая в среднем в три раза превышает массу семян в односемянных бобах. Однако у трехсемянных бобов длина линии стыка створок всего в 1,5-1,6 раза превышает длину линии стыка односемянных, что предопределяет разрушение таких бобов.

При исследовании влияния механического травмирования на рост и продуктивность семян сои было выявлено, что растения, получившие микроповреждения, отстают в росте, имеют меньшую высоту прикрепления бобов, а продуктивность их была ниже в 1,18... 1,24 раза по сравнению с контролем.

2. В результате проведённых лабораторных исследований по срезу одиночных стеблей, исключающих воздействие мотовила были получены данные, что при срезе одиночных стеблей при частоте вращения кривошипа 300 об/мин. и скорости подачи транспортёра 1,0 м/с 95 % стеблей отбрасывалось в

направлении обратном движению подающего транспортёра (в реальных условиях за пределы платформы жатки). С увеличением частоты вращения кривошипа до 500 об/мин и скорости подачи транспортёра до 2 м/с число стеблей отбрасываемых в направлении обратном движению подающего транспортёра снизилось до 80 %.

3. Проведённые исследования реального процесса среза растений сои показали, что срез стеблей сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания может происходить:

а) Без отгиба, при использовании в качестве подпора противорежущего пальца.

б) С отгибом стеблей, в зонах при скоростях резания ниже 2,5 м/с.

в) Без отгиба, при использовании инерционного подпора стебля, при скоростях резания свыше 2,5 м/с.

При анализе кадров скоростной видеосъемки среза стеблей растения сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом при скоростях резания от 0,5 до 2,5 м/с нами были получены амплитуды колебаний стеблей сои. Было выявлено, что приувеличении скорости резания (2,5-3 м/с) деформация сосредотачивается в месте среза. Как следствие снизилось раскрытие створок бобов: в зоне А- раскрытие происходило в 4 случаях из 100, в зоне В в 8 случаях из 100 и в зоне С в 6 случаях из 100.

4. В результате проведенной скоростной видеосъёмки работы жатки комбайна «JOHN DEERE 1048» в полевых условиях было зафиксировано, что при ударе рабочих органов жатки по растению сои происходит раскрытие створок бобов.

5. Проведённые исследования влияния частоты вращения шнека жатки, скорости резания и влажности семян сои на потери за жаткой зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048» показали, что наименьшие потери семян сои наблюдаются при частоте вращения шнека жатки 120 об/мин, скорости резания 2,6 м/с и влажности семян сои 14%.

6. По результатам производственных исследований годовой экономический эффект от использования оптимальных технологических параметров рабо-

ты жатки зерноуборочного комбайна «JOHN DEERE 1048» на уборке сои за счёт уменьшения потерь составил 314 р/га.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах

Список работ, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Вязьмин, М.И Спутниковый мониторинг комбайнов/ МИ. Вязьмин, ИВ. Бумбар и др. // Сельский механизатор,- 2009,- №9 - С. 10

2. Вязьмин, М.И. Моделирование реального процесса среза растений сои на экспериментальной установке/ МИ. Вязьмин, И.В. Бумбар // Достижения науки и техники в АПК,- 2010,- № 7 - С.61-62.

3. Вязьмин, М.И. Моделирование среза растений сои ножом жатки// Тракторы и сельхозмашины,- 2011,- № 5 - С. 37.-39.

Список работ опубликованных в других изданиях

4. Вязьмин, М.И. Отечественные и зарубежные комбайны на уборке сои в Амурской области/ МИ. Вязьмин, И. А Лонцева // Материалы К региональной научно практической конференции, посвящённой 150-летию Амурской области Молодёжь XXI века: шаг в будущее - г. Благовещенск: 2008,- С. 95-96.

5. Вязьмин, М.И. Исследование среза растений сельскохозяйственных культур методом моделирования реального процесса/ М.И. Вязьмин, И.В. Бумбар, Н.С. Кузнецов // Научно практический журнал Дальневосточный аграрный вестник, вып. №3(11) - г. Благовещенск: 2009,- С.75-79.

6. Вязьмин, М.И. Лабораторная установка для моделирования среза растений сои/ М.И. Вязьмин, Н.С. Кузнецов // Материалы X региональной научно практической конференции, посвящённой Году молодёжи в РФ Молодёжь XXI века: шаг в будущее - г. Благовещенск: 2009 - С. 174 - 176.

7. Вязьмин, М.И. Результаты исследовательской работы зерноуборочного комбайна «Вектор» на ПГХ с применением сигналов GPS// Молодёжь 21 Века:

шаг в будущее: Сб. научн тр. 10-й регион. науч.-практ.конф. - г. Благовещенск. Изд-во Поли-М, 2009. - С. 176 - 177.

8. Вязьмин, М.И. «Колебания растения сои и раскрытие створок боба при срезе»/ Вязьмин М.И., Бумбар И.В. // Сб.науч. трудов «Механизация и электрификация технологических процессов в с.х производстве» - Благовещенск: ДальГАУ, вып. 17,2010. - С.165 - 171.

9. Вязьмин, М.И. Влияние вынужденных колебаний растения сои при срезе на раскрытие створок боба // Агротехнические и биологические исследования в сельскохозяйственном производстве Дальнего Востока: Материалы научно практической конференции молодых учёных - Благовещенск: ГНУ Даль-НИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2010. - С.127-132.

10. Вязьмин, МИ. Исследование работы жаток-хедеров на уборке сои/ М.И. Вязьмин, Н.С. Кузнецов, И. А. Лонцева // Современное состояние и перспективы развития комплексной механизации производства и переработки сельскохозяйственной продукции АПК Дальнего Востока России: Материалы научно практической конференции, посвящённой 20-летию ГНУ Даль-НИПТИМЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ 11-12 декабря 2008 г. Благовещенск: ГНУ ДальНИПТИМЭСХ Россельхозакадемии, 2010.- С. 171-174.

11. Вязьмин, МИ. Применение высокоскоростной цифровой видеокамеры в изучении процесса работы жатки зерноуборочного комбайна на уборке сои // Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. ДальГАУ. - Благовещенск: ДальГАУ, 2011.-Вып.18.- С.24-31.

12. Вязьмин, М.И. Применение скоростной видеосъёмки при моделировании взаимодействия рабочих органов жатки зерноуборочного комбайна с растением сои // Материалы ХП региональной научно-практической конференции с межрегиональным и международным участием , посвящённая 50-летию полёта в космос Ю.А. Гагарина Молодёжь XXI века: шаг в будущее - г. Благовещенск: 2011. - С. 62- 64.

Вязьмин Михаил Игоревич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЖАТВЕННОЙ ЧАСТИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА «JOHN DEERE 1048» НА УБОРКЕ СОИ В УСЛОВИЯХ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических тук

Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997 г. Подписано к печати 23.11.2011 г. Формат 60x90/16. Уч.-изд.л. -1,0. Усл.-п.л. -1,5. Тираж 100 экз. Заказ 186.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86

Введение.

1 Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1 Значение сои и перспективы соеводства в Амурской области.

1.2 Особенности растений сои, как объекта уборки.

1.3 Анализ исследований процесса среза растений.

1.4 Обзор и анализ конструкций режущих аппаратов.

1.5 Влияние режимных параметров работы шнека жатки зерноуборочного комбайна на обмолот растений сои при уборке.

1.6 Особенности применения комбайнов марки «John Deerel048» на уборке сои в Амурской области

1.7 Выводы.

1.8 Задачи исследований.

2 Теоретические исследования.

2.1 Колебания растения сои и раскрытие створок боба при срезе.

2.2 Обоснование параметров и режимов работы сегментно-пальцевого режущего аппарата нормального резания на уборке сои.

2.3 Выводы.

3. Программа и методика экспериментальных исследований.

3.1 Методика проведения лабораторно-полевых исследований физико-механических свойств растений сои.

3.2 Методика исследования влияния механического травмирования на рост и продуктивность растений сои.

3.3 Методика лабораторных исследований среза стеблей растений сои методом моделирования реального процесса.^

3.4 Методика применения высокоскоростной цифровой видеокамеры при моделировании среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания.

3.5 Методика исследования потерь сои за жаткой.

3.6 Методика определения биологической урожайности.

3.7 Методика исследований влияния частоты вращения шнека жатки, скорости резания и влажности семян сои на потери за жаткой зерноуборочного комбайна «John Deere 1048».

4. Результаты и анализ экспериментальных исследований.

4.1 Характеристика растений, бобов и семян сои.

4.2 Результаты исследования влияния механического травмирования на рост и продуктивность растений сои.

4.3 Результаты исследований среза древесных стеблей растений сои методом моделирования реального процесса.

4.4 Результаты исследования реального процесса среза растений сои

4.5 Результаты исследований влияния частоты вращения шнека жатки, скорости резания и влажности семян сои на потери за жаткой зерноуборочного комбайна «John Deere 1048».

5. Экономическая эффективность применения оптимальных значений технологических параметров рабочих органов жатки зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» на уборке сои.

Одной из важнейших культур в мире, возделываемых человеком, по праву считается соя. Она используется человеком в пищу наравне с рисом, пшеницей, просом [103,104]. Ценный и разнообразный химический состав сои, а это - 36 -55 %белка, более 20% жира, свыше 30% углеводов, 5 - 6% различных минеральных элементов, обусловливает ее большой удельный вес среди производимых культур.

Близкий по качеству к животным белкам, белок сои рассматривается как наименее затратное решение проблемы белкового дефицита в мире [105, 106, 107]. Соя, кроме того, используется для производства масла, отличающегося высокой биологической ценностью. В мире около 30% растительного масла производится из сои.

Очень высокими темпами происходит увеличение производства сои в мире. В течение последних 30 лет оно возросло более чем в пять раз и составило в 2010 году свыше 250 млн. тонн.

В нашей стране за последние два десятилетия развитию соеводства уделялось недостаточное внимание. В силу географических и климатических особенностей соя возделывается в основном в дальневосточном регионе. Например, на Дальневосточный и Южный федеральные округа приходится! около 75% и 20% площадей культуры, соответственно.

Одной из важнейших операций при возделывании сои является уборка, во время которой происходят значительные потери урожая - 5.10% [12,55,58]. Небольшая урожайность культуры, в среднем 0,5 - 0,12 т/га, ещё более остро ставит вопрос о повышении качества её уборки. В ходе проведения многолетних исследований за работой зерноуборочных комбайнов на уборке сои было установлено, что потери за жаткой составляют до 80% от всех потерь. Это обусловлено неудовлетворительной работой мотовила, режущего аппарата и шнека жатки.

Очесывание бобов мотовилом происходит с момента входа планки в стеблестой на расстоянии до 0,6 метра от режущего аппарата. Бобы сои, расположенные равномерно по всему стеблю, попадая под воздействие мотовила, очесываются по всей длине участка контакта планки со стеблем в процессе подвода стебля к режущему аппарату [12].

По данным Е.И. Давидсона, степень полезности мотовила составляет всего 20%, а степень работы ножа без мотовила - около 70% [33]. Это значит, что 80% своей работы мотовило совершает вхолостую, что ведет к потерям бобов.

Еще одной причиной, приводящей к потерям, является перерезание бобов ножом. В этом случае семена, вымолоченные из бобов, попадают сначала на детали режущего аппарата, а затем скатываются на землю.

Часть семян обмолачивается в результате ударного воздействия режущего аппарата на растения сои. Объясняется это тем, что боб сои представляет собой сложное тело, состоящее из двух створок, с некоторым усилием соединенным между собой менее прочной органической тканью. Причем створки имеют ячейки в зависимости от количества семян. При обмолоте сои происходит разрушение створок или связей между ними. Изменение скорости и ускорения пучка или отдельных растений могут быть достаточными, чтобы возникающие силы инерции семян, действуя изнутри, раскрывали створки бобов [12].

Также к потерям за жаткой относятся потери бобов на стерне. А

Распространённые в Амурской области сорта сои характеризуются низким прикреплением бобов на стебле и неравномерным распределением их на растении. Основная масса бобов расположена на нижних ярусах растения: в зависимости от сорта, на высоте до 30 см от поверхности почвы сосредоточено от 60% до 70% бобов, а на высоте до 10 см - 5 - 9% [21].

Уменьшить величину потерь при уборке можно за счёт создания принципиально новых или модернизации существующих рабочих органов жатки. Одним из способов решения проблемы снижения потерь может быть нахождение таких кинематических параметров рабочих органов жатки, которые бы свели потери сои к минимуму.

Цель работы

Изучение недостаточно изученных физико-механических свойств растений сои, а также обоснование режимно-конструктивных параметров работы режущего аппарата и шнека жатки зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» для снижения потерь при уборке сои.

Методы исследования

В ходе проведения исследований применялись аналитический и экспериментальные методы. Экспериментальный метод использовался при разработке методик проведения лабораторных и полевых исследований. Обработка результатов исследований осуществлялась с помощью программ Virtual Dub, Adobe Photoshop CS3, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint, Advanced Grapher, Компас 3D V8, Fastvideo Lab (проведение скоростной видеосъёмки).

Объект исследования

Процесс среза растений сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания и транспортирования их шнеком жатки к подающему транспортёру комбайна «John Deere 1048».

Предмет исследования

Закономерности влияния кинематических параметров работы режущего аппарата и шнека жатки зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» на качественные показатели работы жатки на уборке сои.

Достоверность исследований

Результаты проведённых полевых исследований по определению оптимальных кинематических параметров работы режущего аппарата и шнека жатки зерноуборочного комбайна «John Deere 1048» на уборке сои успешно согласуются с лабораторными и теоретическими исследованиями.

Научная новизна

В работе разработано экспериментально-теоретическое обоснование метода снижения потерь семян сои за жаткой зерноуборочного комбайна за счёт оптимизации кинематических параметров рабочих органов жатки.

Определены теоретические предпосылки разрушения бобов сои при ударе по стеблю. Разработаны средства и методики моделирования среза растения сои сегментно-пальцевым режущим аппаратом нормального резания с помощью скоростной цифровой видеосъёмки. Установлены оптимальные режимно-конструктивные параметры работы режущего аппарата и шнека жатки (скорость резания, частота вращения шнека) комбайна «John Deere 1048» на уборке сои в условиях Амурской области.

Практическая значимость

Использование результатов теоретических и экспериментальных исследований позволили предложить оптимальные кинематические параметры рабочих органов жатки на уборке сои.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях ДальГАУ (2009-2011 гг.) и на межвузовских конференциях «Молодёжь XXI века: шаг в будущее» (2009-2011 гг.).

Публикации

По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 - в журналах, рекомендованном Перечнем ВАК.

Структура и объём работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, основной текст сопровождается 20 таблицами и 64 рисунками. Список литературы содержит 110 наименований, из них 8 на иностранных языках.