автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров жатки для образования шатрообразного валка

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

. На правах рукописи

ЕРМАКОВ НАИЛЬ АЛЬБЕРТОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЖАТКИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ШАТРООБРАЗНОГО ВАЛКА

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РТ, кандидат технических наук, профессор Х.С. Гайнанов,

КАЗАНЬ -1999

АННОТАЦИЯ диссертационной работы Ермакова H.A. на тему: «Разработка и обоснование параметров жатки для образования шатрообразного валка»

Целью работы является повышение эффективности работы зерноуборочной техники на основе совершенствования технологии, разработки и исследования рабочих органов жатки для образования шатрообразного валка, а также обоснование их важнейших параметров и режимов работы.

Научная новизна состоит в разработке конструкции и обосновании основных параметров рабочих органов жатки для образования шатрообразного валка при скашивании сочностебельных культур. В результате выполненных исследований получены аналитические зависимости для обоснования геометрии шатрообразных валков с соблюдением условия наибольшей устойчивости к внешним воздействиям. Кинематиче.ошй и динамический анализ процесса формирования шатрообразного ваша рабочими органами позволил обосновать основные конструктивные параметры рабочих органов жатки. Математическая модель формирования шатрообразного валка позволяет в общем виде описать процессы аккумулирования, транспортирования и сбрасывания на стерню скошенной массы сочностебельных культур.

На основе проведенных исследований создана принципиально новая жатвенная машина с регулируемыми рабочими органами для формирования шатрообразного валка, улучшающая качество скашивания культур, имеющих повышенную влажность растительной массы на начало уборки и обеспечивающая быстрое просыхание валков в период повышенного увлажнения. Результаты работы послужат дальнейшему совершенствованию рабочих органов валковых жаток и могут быть использованы в производстве.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений производству,'списка использованной литературы и приложений. Материал изложен на 163 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц, 61 иллюстрацию, 32 приложения. Список использованной литературы состоит из 205 наименований.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................. 6

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ......... 9

1.1. Агротехнические требования к технологии раздельной уборки................................................................................ 9

1.2. Технологические основы совершенствования способов уборки сочностебельных культур............................................ 19

1.3. Анализ способов формирования валков и технических средств для образования валков шатрообразной формы.......... 25

1.4. Обоснование темы и задачи исследований....................... 43

ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВАЛКА........................................... 46

2.1 . Обоснование геометрии ветроустойчивого валка сочностебельных культур............................................................ 46

2.2 . Исследование процесса формирования шатрообразного валка................................................................................. 53

2.2.1. Анализ взаимодействия рабочих органов жатки при формировании потока скошенной массы на транспортерах ............................................................................. 54

2.2.2. Уравнения движения стеблей при их транспортировании и сбрасывании................................................... 58

2.2.3. Исследование динамики формирования валка шатрообразной формы...................................................... 65

2.3. Математическое моделирование процесса формирования шатрообразного валка.......................................................... 69

ГЛАВА III. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 78 ИССЛЕДОВАНИЙ .......................................................................

А. Методика лабораторных исследований

3.1. Цель и программа лабораторных исследований................ 78

3.2. Методика определения размерно-массовых и физико-механических характеристик стеблестоя................................. 79

3.3. Методика определения влияния динамических нагрузок на вымолот зерна..................................................................... 80

3.4. Методика исследования процесса взаимодействия рабочих органов жатки со скошенной массой с целью обоснования важнейших конструктивных параметров и режимов работы механизмов ................................................................................ 81

3.4.1. Лабораторная экспериментальная установка и этапы исследований......................................................... 82

3.4.2.Математическое планирование экспериментов........ 84

3.4.3. Методика исследования по обоснованию режимов работы мотовила и транспортеров................................. 86

Б. Методика полевых исследований.

3.5. Цель и программа полевых исследований........................ 87

3.6. Методика исследования процесса сушки скошенной массы

в валках различной формы................................................... 88

3.7. Методика определения параметров валка......................... 89

3.7.1. Методика определения устойчивости валков на стерне........................................................................ 89

3.7.2. Методика исследования равномерности распределения скошенной массы............................................... 90

3.7.3. Методика определения характера распределения бобов рапса по высоте и ширине валка.......................... 90

3.8. Методика исследования агротехнических показателей работы жатки для скашивания сочностебельных культур..........................92

3.8.1. Определение равномерности высоты среза растений и потерь за жаткой при скашивании....................................................92

3.8.2. Определение потерь за подборщиком........................................93

3.8.3. Определение потерь зерна за молотилкой комбайна 94

3.9. Методика обработки экспериментальных данных..............................94

Глава IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.............................................................................. 98

А. Результаты лабораторных исследований

4.1. Физико-механические и размерно-массовые характеристики стеблестоя и скошенных растений...................................... 98

4.2. Исследование влияния влажности и ударных нагрузок на осыпаемость зерна.............................................................. 101

4.3. Исследование влияния технологических регулировок мотовила на угол укладки стебля.................................................. 101

4.4. Исследование процесса взаимодействия рабочих органов жатки со скошенной массой........................... ....................... 103

Б. Результаты полевых исследований

4.5. Технологический процесс формирования шатрообразного валка................................................................................. 110

4.6. Исследование динамики сушки скошенной массы в валках различной формы................................................................ 115

4.7. Исследование устойчивости шатрообразных валков.......... 121

4.8. Исследование равномерности распределения и связности скошенной массы в валках.................................................... 126

4.9. Агротехнические показатели работы жатки........................ 128

Выводы по разделу.............................................................. 132

Глава V. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СКАШИВАНИЯ СОЧНОСТЕБЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР В ВАЛКИ ШАТРООБРАЗНОЙ ФОРМЫ 135

5.1. Результаты полевых испытаний экспериментальной жатки

135

для образования шатрообразного валка.................................

5.2. Технико-экономические показатели использования жатки

для скашивания с образованием шатрообразного валка......................138

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ......................................145

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................147

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................ ..............................164

ВВЕДЕНИЕ

Уборка сельскохозяйственных культур является важнейшим видом производственной деятельности сельскохозяйственного предприятия. Сокращение потерь зерна в период уборки - актуальная задача, решение которой находится в прямой зависимости от внедрения прогрессивных технологий и новых технологических приемов, обеспечивающих высокий уровень организации производства и производительного использования уборочной техники.

Наука и передовая практика успешно ищут пути по внедрению в сельскохозяйственное производство новых высокорентабельных культур. В настоящее время в растениеводстве значительно возросла доля технических культур. Технологии возделывания и уборки таких культур как рапс, гречиха, семенники трав, достаточно хорошо разработаны, но уборка этих культур одно из слабых звеньев в технологической цепи. Это обуславливается тем, что технологические процессы сбора урожая базируются на уборочной технике, не приспособленной к культурам имеющим высокую влажность в период уборки. Кроме того, в большинстве регионов страны этот период сопровождается повышенным увлажнением и высокой нормой выпадения атмосферных осадков.

Раздельное комбайнирование в связи с этим, является наиболее полно отвечающим требованиям агротехники уборки вышеперечисленных культур. Оно имеет значительные преимущества с точки зрения дозревания зерна, отдачи влаги скошенной массой, возможности уборки засоренных полей и неравномерно созревающих участков. Однако раздельная уборка с укладкой в лежачий валок сопряжена с риском его порчи ввиду несовершенства рядковых жаток, предназначенных в основном, для уборки зерновых колосовых культур.

Создание новых технических средств для формирования валков, отвечающих требованиям агротехники, производственной технологичности и обладающих эксплуатационной надежностью остается до настоящего времени актуальной проблемой.

Настоящая работа посвящена изысканию, разработке и обоснованию параметров валковой жатки, способной формировать устойчивый и хорошо проветриваемый валок в виде шатра. Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований общереспубликанской научно-технической программы «Механизация» по теме 01-04 «Разработать, изготовить и испытать жатку для скашивания гречихи и рапса с образованием шатрового валка» (номер государственной регистрации 01813001236)

Исходя из изложенного и с учетом современных требований к диссертационным работам, на защиту выносятся следующие основные положения:

1. Теоретические разработки по обоснованию рабочего процесса и определению конструктивных параметров рабочих органов жатки для уборки сочностебельных культур;

2. Схема и конструкция новой жатки для образования шатрообразно-го валка;

3. Аналитические зависимости для определения показателей взаимодействия рабочих органов жатки со срезанными растениями;

4. Математическая модель формирования шатрового валка с оптимальными геометрическими и агротехническими параметрами;

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований работы жатки с новыми рабочими органами и их влияние на снижение потерь при уборке;

6. Технико-экономические показатели применения жатки для скашивания сочностебельных культур с образованием шатрообразного валка.

ГЛАВА I

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Агротехнические аспекты технологии раздельной уборки

Сельскохозяйственное производство в значительной мере подвержено воздействию случайных факторов, что приводит к варьированию урожайности, продолжительности фаз развития растений, сроков и продолжительности уборки и суммарных потерь от недобора урожая. Один из путей снижения потерь урожая при любой технологии - формирование оптимального технического оснащения для уборки урожая в различных погодно-климатических условиях.

К технологии раздельной уборки относятся двухфазный способ и способ уборки всего биологического урожая с последующим обмолотом на стационаре. Раздельная уборка сельскохозяйственных культур рекомендуется в почвенно-климатических зонах с неблагоприятными метеорологическими условиями в период сбора урожая и, в особенности, для уборки ряда крупяных, масличных культур и семенников трав, которые неравномерно созревают и имеют повышенную влажность растительной массы в уборочный период. Способ уборки всего биологического урожая сопряжен с большими затратами трудовых, энергетических и материальных ресурсов на период уборки и требует наличия в хозяйствах достаточного количества транспортной техники /60/. В связи с этим, в дальнейшем нами рассматривается способ раздельной уборки, включающий скашивание растений валковыми жатками и последующий обмолот их в поле комбайнами.

Агротехнические требования к технологии раздельного комбайнирова-ния можно условно разделить на две основные группы: требования к скашиванию с укладкой растений в валки и к подбору и обмолоту скошенной массы (рис. 1.1).

Оптимальные сроки уборки крупяных культур и семенников трав ограничены и не должны превышать 5...7 дней /18, 67, 68, 93, 106,139/.

К скашиванию в валки следует приступать когда на растениях созреет около 75% зерен, что соответствуют моменту наступления примерного ра-

Рис

.1.1. Факторы, влияющие на качество раздельной уборки

венства количества ежедневно созревающих продуктивных элементов растений, в частности семян, количеству теряемых из-за осыпания, растрескивания и т. д. Это равновесие продолжается в течении 3...4-Х дней, затем потери быстро возрастают. Скашивание следует закончить не позднее созревания 85...90% зерен /147, 148,151,160/.

На широкорядных посевах косят поперек посева или по диагонали. Во время скашивания в валки огрехи не допускаются. При наличии на поле препятствий валок укладывают не ближе 1,5 м от необработанной части поля .

Потери урожая при скашивании возникают от осыпания зерна ввиду ударно-динамических нагрузок на стебель в процессе срезания и транспортирования, а также срезанными и не срезанными растениями из-за сложных условий уборки.

При благоприятных погодных условиях потери зерна на скашивании в валки прямостоячих растений не должны превышать 1 % и полеглых 1,5%, при неблагоприятных - соответственно 1,5 и 2,5%. Перечисленные выше потери относятся к прямым. При подборе и обмолоте скошенной массы возникают косвенные потери, которые непосредственно зависят от количественных и качественных характеристик валка (мощность, концентрация, равномерность распределения скошенной массы и ее компонентов по ширине, высоте и длине валка, устойчивости его на стерне и др.) /167,153, 137/.

Оптимальная высота среза для различных культур находится в пределах 12...25 см. Она напрямую связана с несущей способностью стерни и должна выбираться в зависимости от высоты и густоты стеблестоя /155, 187, 188/. Отклонение высоты среза от заданной и по ширине захвата жатки не должно превышать 10% /156, 150/.

Ширина валка не должна превышать 90% ширины захвата подборщика /23/, сформированный валок должен быть сплошным по толщине и ширине и обеспечивать хорошее проветривание.

Масса одного погонного метра валка должна соответствовать пропускной способности комбайна при скорости его движения 0,8... 1,2м/с.

Для нормальных условий подбора зазор между основной массой валка и поверхностью почвы должен быть не менее 10 см, что характеризует степень устойчивости валка к атмосферным воздействиям.

Стебли в валке должны располагаться под углом 10...30° к продольной оси. Наклон стеблей в валке должен быть таким, чтобы при атмосферных осадках обеспечивался сток воды к комлевой части растения, а не наоборот.

Для производительной работы комбайна с подборщиком необходимо соблюдать прямолинейность и параллельность укладки валков.

В зависимости от погодных условий подбирать и обмолачивать валки комбайнами начинают через 3...5 суток после скашивания, когда влажность зерна достигает 15... 17%, а стеблей и листьев 30...40%.

При подборе и обмолоте валков комбайн с подборщиком должен двигаться по полю тем же способом, что и жатвенный агрегат. В том случае, когда подбирается сдвоенный валок, сформированный встречными проходами жатки, комбайну с подборщиком следует двигаться по следу первого прохода жатки.

Подбор производят плавно, без разрыва и сгруживания валка. Зерноуборочный комбайн должен свободно перемещаться по полю не повреждая соседние валки и не разваливая копны соломы, сброшенные во время предыдущего прохода.

При нормальных условиях для крупяных культур потери зерна при подборе валков не должны превышать 3%, при неблагоприятных - 4%. Дробление зерна допускается не более 2%, обрушенных зерен в пределах семян основной культуры - не более 5%.

Допустимые пределы потерь для нормальных условий уборки не должны превышать/129,150/:

- недомолотом в соломе 0,3...0,5%;

- недомолотом в полове 0,1...0,3%;

- свободным зерном в соломе 0,5... 1,0%;

- свободным зерном в полове 0,4...0,7%.

Агротехнические требования к уборке незерновой части урожая предусматривают широкий круг ограничений и зависят от применяемых техно-

логий, относящихся к сволакиванию копен к месту скирдования, скирдованию, последующему хранению и вывозу с поля.

Основные из этих требований:

- при подборе и обмолоте валков копны соломы и по�