close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Снижение потерь зерна за очёсывающей жаткой комбайна разработкой и применением ротора оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ФЕДИН МИХАИЛ АНДРЕЕВИЧ
СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЗЕРНА ЗА ОЧЁСЫВАЮЩЕЙ ЖАТКОЙ КОМБАЙНА,
РАЗРАБОТКОЙ И ПРИМЕНЕНИЕМ РОТОРА,
ОСНАЩЁННОГО ГРЕБЁНКАМИ С ТАНГЕНЦИАЛЬНЫМИ КАНАЛАМИ
Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Пенза – 2018
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Пензенский государственный
аграрный университет» (ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ) на кафедре «Механизация технологических процессов в АПК»
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор
Кухарев Олег Николаевич
Официальные оппоненты:
Жалнин Эдуард Викторович,
доктор технических наук, профессор,
ФГБНУ ФНАЦ ВИМ,
заведующий отделом «Механизация уборки
зерновых и послеуборочной обработки зерна
и семян»
Алдошин Николай Васильевич,
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева,
заведующий кафедрой «Сельскохозяйственные машины»
Ведущая организация
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего образования
«Брянский государственный университет»
(ФГБОУ ВО Брянский ГАУ)
Защита диссертации состоится «13» декабря 2018 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02. при ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ
по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая 30, ауд. 1246.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ и на сайте https://pgau.ru
Автореферат разослан «05» ноября 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Мачнев Алексей Валентинович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В последнее время остро стоит вопрос о сокращении затрат при производстве сельскохозяйственной продукции.
Применяемые в настоящее время технические средства для уборки зерновых культур не в полной мере удовлетворяют агротехническим требованиям. В основном возникают
трудности с уборкой зерновых. Среди многих нерешённых проблем производства зерна
наиболее острой является проблема уборки урожая в агротехнические сроки (7-12 дней)
и устранения, таким образом, значительных потерь зерна. Потери зерна от самоосыпания
через 20 дней после наступления полной спелости составляют от 18,4 до 20,2%. В связи
с этим наиболее целесообразно производить уборку хлебов в короткий период времени,
обусловленный агротехническими сроками.
По мнению таких специалистов как, Бурьянов А.И. Бурьянов М.А. Жалнин Э.В. Моисеенко О.В. Jiang Yi-Yuan. Klinner W. E. и др., одним из действительно эффективных методов, благодаря которому можно добиться существенного повышения производительности
уборочных машин, является оснащение комбайнов очесывающими жатками. Метод основан на очёсывании колосков зерна, при этом на поле остаётся нескошенная стерня. Очёсывающие жатки особенно эффективны при работе в районах повышенной влажности,
при уборке полеглых хлебов и высокой засорённости посевов. Жатки могут эксплуатироваться при повышенных скоростях, так как солома не поступает в молотильное устройство
комбайна, за счёт чего снижается загрузка молотилки зерноуборочного комбайна соломой.
По данным ПАО «Пензмаш», потери урожая за молотилкой уменьшаются в два раза, производительность комбайна повышается на 30-50 %, расход топлива снижается на 15-20 %.
В настоящее время отечественный производитель серийно выпускает только жатки
под брендом «ОЗОН», но они не в полной мере удовлетворяют агротехническим требованиям по потерям зерна при работе комбайна на повышенных скоростях, что связанно с работой очёсывающего ротора: гребёнки, установленные на нём, при уборке на высокой урожайности и повышенных скоростях работы не справляются с большой массой, которую
необходимо очесать, поэтому создание ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами очёсывающего устройства, который будет справляться с вышеуказанными
проблемами, станет серьёзным шагом в развитии такой важной для сельского хозяйства отрасли, как производство зерна.
Зарубежные производители представлены на рынке двумя компаниями: «Shelboyrne
Reynolds» и «Укр.Агро-Сервис», выпускающие очёсывающие устройства однороторного
и двухроторного исполнения. Но средняя стоимость данных устройств зарубежного производства является высокой для отечественного сельхозтоваропроизводителя.
Поэтому работа, посвященная разработке и применению ротора, оснащённого гребёнкой с тангенциальным каналом, способствующая повышению качества уборки зерновых
и семенников трав на повышенных скоростях (до 10 км/ч), снижению процента потерь зерна и себестоимости его производства, является актуальной и практически значимой
для сельскохозяйственного производства.
Степень разработанности темы. В настоящее время разработаны устройства
для очёсывания растений различных типов конструкций: роторные, дисковые, вальцевые,
транспортёрные, стриперные и др. Практическое применение из этих машин нашли только
конструкции некоторых роторных очёсывающих устройств, выпускающиеся серийно. Однако эти машины не позволяют произвести качественную уборку зерна на повышенных
скоростях работы жатки. Для получения минимальных потерь зерна при работе очёсывающей жатки однороторного исполнения при работе на скоростях до 10 км/ч необходимо,
чтобы колос при его счёсывания не только отрывался ударным воздействием гребёнки,
но и подрезался при помощи тангенциального движения колоса в канале между зубьями
гребёнки, тем самым уменьшая нагрузку и количество ударов гребёнок о колос. Обеспечить
такое движение колоса возможно сложным геометрическим каналом между зубьями гребёнки.
3
В настоящее время устройств, обеспечивающих такое движение колоса
при его счёсывании, не создано. Поэтому данный вопрос требует теоретических исследований и конструкторских решений.
Вопросом метода очёса занимались: Бурьянов А.И. Бурьянов М.А. Жалнин Э.В. Моисеенко О.В. Ридный С.Д. Алдошин Н.В. Ожерельев В.Н. Никитин В.В. Савченков А.И.
Шабанов П.А. Мороз М.М. Сисолiн П. В. Kalsirisilp R. Jiang Yi-Yuan. Klinner W. E. и другие.
Из выше изложенного следует, что проблема повышения качества уборки очёсывающими жатками на повышенных скоростях работы применением экспериментального ротора в серийно выпускаемой очёсывающей жатке «ОЗОН» актуальна и практически значима для отрасли АПК РФ.
Работа проводилась по планам НИОКР ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ (тема №11 «Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства»), программы «УМНИК» фонда содействия развитию малых
форм предприятий в научно-технической сфере (тема «Разработка инновационных технических
средств
для
уборки
зерновых
очёсывающим
методом»,
договор
№ 11335ГУ/2017 от 21.08.2017 г.) и заказу Минсельхоза России за счёт средств федерального бюджета в 2018 году.
Цель исследования. Разработка и применение очёсывающего ротора, оснащённого
гребёнками с тангенциальными каналами, позволяющего снизить потери зерна за очёсывающей жаткой комбайна.
Задачи исследования:
1. Разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, с учётом физико-механических свойств
современных сортов и гибридов зерновых культур.
2. Провести теоретические исследования траектории движения гребёнки при вхождении в стеблестой растительной массы с определением высоты очёса ротора, оснащённого
гребёнками с тангенциальными каналами, его частоты вращения и ширины зоны очёса.
3. Разработать и изготовить экспериментальный образец ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, провести исследования по определению его оптимальных конструктивных и режимных параметров в лабораторных условиях.
4. Выполнить исследования очёсывающего устройства с ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами, в лабораторно-полевых производственных условиях
и оценить его технико-экономические показатели.
Объект исследования. Процесс очёсывания зерновой массы очёсывающим
ротором жатки, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами.
Предмет исследования. Показатели, характеризующие изменение качественных
и количественных показателей потерь зерна за очёсывающей жаткой (количество потерь
зерна за жаткой и процент дробления зерна на разных режимах работы).
Научная новизна:
- теоретическое обоснование траектории движения гребёнки при вхождении в стеблестой растительной массы до момента счёсывания с определением высоты установки ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, его частоты вращения,
а так же ширины очёса;
- конструктивная схема очёсывающего ротора, оснащённого гребёнками
с тангенциальными каналами;
- оптимальные конструктивные и режимные параметры очёсывающего ротора,
оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами;
Новизна технического решения подтверждена патентом на изобретение
РФ № 2646054 «Съёмная гребёнка очёсывающего оборудования».
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическую значимость работы составляют полученные аналитические зависи4
мости позволяющие описать траекторию движения гребёнки при вхождении в стеблестой
растительной массы, определить высоту установки ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, его частоты вращения и ширины очёса.
По сравнению с существующими аналогами предлагаемая конструкция ротора,
оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, обеспечивает качественную уборку
урожая зерновых культур при минимальных материальных затратах.
Практической значимостью применения разработанного ротора является повышение
качества уборки зерновых и семенников трав при уборке на повышенных скоростях
(до 10 км/ч), повышение производительности уборочного агрегата на 29 %, снижение потерь зерна на 6 % в сравнении с серийно выпускаемой жаткой, снижение количества травмированных зёрен до 1%; снижение погектарных затрат на топливо до 0,3 т/га.
Реализация результатов исследований.
Очёсывающие жатки с экспериментальным ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами, изготовлены и внедрены в производство серийных жаток
в ПАО «Пензмаш» (г. Пенза), прошли проверку в производственных условиях и внедрены
в КФХ «Люфт» (Омская область), ООО «Лебедянское» (Липецкая область), ЗАО «Калининское» (Ставрапольский край), ТОО «Жанахай» (р. Казахстан, Костанайская область),
Сельскохозяйственная артель «Колхоз Маяк» (Калужская область).
Методология и методы исследований. В работе использовались теоретические
и экспериментальные методы: сравнение, моделирование, наблюдение, эксперимент. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях
на основе общепринятых методик в соответствии с действующими отраслевыми стандартами, а также разработанных частных методик исследований. Обработка результатов исследований проводилась на ПЭВМ с использованием стандартных компьютерных программ Microsoft Excel, Statistica, КОМПАС-3D.
Основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
1. Траектория движения гребёнки при вхождении в стеблестой растительной массы
с определением высоты установки ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, его частоты вращения, а также ширины очёса.
2. Конструктивная схема ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами.
3. Оптимальные значения конструктивных (ширина зоны очёса, количество рядов
очёсывающих гребёнок, ширина тангенциального канала очёсывающей гребёнки, ширина
зазора между очёсывающим ротором и центральной трубой каркаса) и режимных (частота
вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, скорость движения комбайна, высота установки ротора) параметров очёсывающего устройства.
4. Числовые значения показателей, характеризующие количество потерь зерна
за очёсывающей жаткой, с установленным на ней ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами.
Степень достоверности и апробация результатов исследований.
Достоверность результатов исследований подтверждается использованием методов
математической статистики и теории многофакторного эксперимента, применением современных приборов и средств измерения, отвечающих требованиям соответствующих стандартов.
Основные результаты исследований представлялись в качестве инновационного
проекта на научно-инновационном конкурсе «УМНИК» фонда содействия развитию малых
форм предприятий в научно-технической сфере (г. Пенза, 2017 г.), по результатам которого
заключен государственный контракт (договор № 11335ГУ/2017 от 21.08.2017 г.) на выполнение НИОКР по теме: «Разработка инновационных технических средств для уборки зерновых очёсывающим методом».
Апробация результатов исследования подтверждается участием во всероссийской
5
НПК молодых ученых «Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России», проводимой на базе ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ
(2014 – 2018 г.г.), в международной НПК «Участие молодых учёных в решении актуальных
вопросов АПК России», проводимой на базе ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ (2016 г.), в 9 всероссийской научно-практической конференции молодых учёных «Развитие научной, творческой и инновационной деятельности молодёжи», проводимой на базе ФГБОУ ВО «Курганская ГСХА» (2017 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 14 статей (четыре без соавторов),
в т.ч. 3 в рецензируемых изданиях. Общий объём 7,21 п.л., из них автору принадлежит
1,25 п.л. Получен патент на изобретение: РФ №2646054.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения,
пяти разделов, общих выводов, списка литературы из 121 наименования и приложения на
26 с. Работа изложена на 144 с., содержит 16 табл. и 64 рис., приложение содержит 8 табл.
и 25 рис.
Автор выражает свою благодарность доктору технических наук, профессору Кухареву О.Н.; кандидату технических наук, доценту Сёмову И.Н., преподавателям, аспирантам
и лаборантам кафедр «Механизация технологических процессов в АПК» ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ за оказание помощи в решении научной проблемы, а также в производственной проверке и внедрении полученных результатов исследований. С указанными сотрудниками имеются совместные публикации по разрабатываемой тематике. Также автор выражает благодарность руководству Публичного акционерного общества «Пензмаш» за помощь
в изготовлении и внедрении в производство очёсывающих жаток «ОЗОН» ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности выбранной темы исследований и общую характеристику работы.
В первом разделе «Состояние вопроса уборки зерновых культур» проведен анализ
существующих способов уборки зерновых культур. На основе проведенного анализа научных работ сформулирована проблема. Отмечено, что метод уборки зерновых очёсом растения на корню является наиболее перспективным среди существующих методах уборки.
В данном разделе представлена классификация очёсывающих устройств различных типов
и конструкций.
Вопросом метода очёса занимались: Бурьянов А.И. Бурьянов М.А, Жалнин Э.В, Моисеенко О.В. Ридный С.Д. Алдошин Н.В. Ожерельев В.Н. Никитин В.В. Савченков А.И.
Шабанов П.А. Мороз М.М. Сисолiн П. В. Kalsirisilp R. Jiang Yi-Yuan. Klinner W. E. и другие. Анализ существующих конструкций очёсывающих устройств позволяет сделать вывод
о том, что данные устройства представляют определённый интерес. Двухроторные и однороторные жатки наиболее перспективны в своём конструктиве и технологичности. Однако
установлено, что на данный момент мало изучен вопрос влияния конструктивных и режимных параметров ротора очёсывающих устройств различного типа на качество процесса
уборки. На основе анализа литературной и патентной информации в работе поставлены
цель и задачи исследований.
Во втором разделе «Теоретические исследования процесса взаимодействия ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами» предложена конструктивная схема очёсывающей жатки комбайна с ротором, оснащённый гребёнками с тангенциальными каналами (рис 1), при работе которого колос будет совершать движение по тангенциальному закону, гребёнка с тангенциальными каналами будет не только производить отрывание колосьев от стеблестоя растения но и подрезать колос у его основания. Для реализации
такого движения нами предлагается конструкция съёмной гребёнки очёсывающего оборудования (патент РФ №2646054).
Очёсывающая жатка комбайна с ротором, оснащённого гребёнками с тангенциальны6
ми каналами работает следующим образом. Жатка, приводимая в движение комбайном, передвигается по полю на опорных лыжах 8, вращение с наклонной камеры комбайна передаётся на редуктор, далее на цапфу очёсывающего ротора 2 с изменением частоты вращения,
вращение на шнек 4 передаётся без изменения частоты. Во время работы очёсывающего оборудования гребёнка с тангенциальными каналами 3, состоящая из зубьев 10 и прорезей 12
с каналом 11, ведёт себя следующим образом.
Рис. 1 – Технологическая схема работы однороторной жатки комбайна с ротором, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами: 1 – каркас; 2 – очёсывающий
ротор; 3 – съёмные гребёнки; 4 – шнек; 5 – зона очёса; 6 – подбарабанье;
7 – обтекатель; 8 – лыжа; 9 – направления вращения шнека и ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами
Внедряясь в хлебостой, направляет стебли растений в прорезь 12. При дальнейшем
движении по кромке зуба 10 колос попадает в канал 11 и начинает перемещаться
в нём как в поперечном, так и в продольном направлениях в этот момент начинается отрыв
колоса основанием рабочей поверхности. При дальнейшем движении колоса в канале 11
происходит косой срез колоса, и в момент контакта с дугой, находящейся в конце канала
происходит его полный отрыв от стебля с выделением продуктов очёса – зерен и остатков
колосьев. В дальнейшем продукты очёса за счёт кинетической энергии полученной от гребёнки с тангенциальными каналами 3, и воздушным потоком, создаваемым ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами, перемещается к транспортирующему
шнеку 4. Шнек 4 транспортирует продукты очёса в зерноуборочный комбайн для полного
обмолота, сепарации зерна от растительных остатков и сбора его в бункер.
Рассмотрим взаимодействие гребёнки тангенциальными каналами с колосом в вертикальной плоскости. При работе очёсывающей жатки обтекатель, наклоняя стебель, отклоняет
его на угол раст , зависящий от высоты расположения обтекателя, а именно, от положения
его нижней кромки, и высоты ℎж работы очёсывающей жатки. Высотой начала очеса будет
считаться точка контакта гребенки с наклоненным стеблем растения. Для нахождения точки
высоты очёса будем рассматривать взаимодействие очесывающего ротора с предварительно
наклоненным стеблем. После прохода нижней кромки обтекателя растение удерживается
в наклоненном положении гребёнкой ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными
каналами проскользнув в прорезь между зубьями. При этом приняты следующие допущения:
угол наклона растения раст в момент перехода от контакта с обтекателем
к контакту с очёсывающем ротором неизменяется. Скорость движения м агрегата постоянна,
движение агрегата равномерное и прямолинейное, длина lраст стеблестоя растений равномерная и постоянная, угловая скорость вращения  ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами постоянна. В данный момент гребенка с тангенциальными каналами будет располагаться таким образом, чтобы растение находилось перпендикулярно радиусу R
ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, проведенному к гребенке
с тангенциальными каналами (рис. 2).
7
После перемещения колоса от контакта с обтекателем и вступления в контакт с зубом
гребёнки с тангенциальными каналами стебель растения под действием очёсывающего зуба
выпрямляется до угла β поворота ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами. Другими словами угол наклона стебля раст в данный промежуток времени будет равен
αраст=β
При повороте ротора от своего первоначального положения на угол 1 , при котором
растение ещё будет находиться в зоне очёса, определим из рисунка 2 высоту очёса hочёс, ширина вочёс зоны очёса и частоту вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными
каналами.
Рис. 2 – Схема взаимодействия ротора оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами со
стеблестоем растений: раст – длина стеблестоя
растения; ℎочёс – высота очёса; ℎж – высота работы жатки; раст – угол наклона стебля;
β – угол поворота ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами; 1 – угол вращении ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами; н.о – величина угла начала
очёса
−гр
1 =   ,
(1)
где R – радиус ротора, оснащённого гребёнками
с тангенциальными каналами, м; гр – длина рабочей
части гребёнки с тангенциальными каналами, м.
Величину угла начала очёса н.о можно определить выражением:
−гр
н.о = раст −   .
(2)
Для определения высоты очёса ℎочёс , составим уравнение:
ℎж +  = ℎочёс +  cos н.о ,
(3)
где ℎочёс – высота очёса, м.
Выразив из формулы (3) высоту очёса ℎочёс , получим:
hочёс = hж − R cos βн.о + R.
(4)
Подставив в формулу (4) значение βн.о из выражения (2) окончательно запишем:
−гр
hочёс = hж − R cos (раст −   ) + R.
(5)
Из выражения (5) следует, что высота очёса ℎочёс находится в прямой зависимости
от высоты, на которой должна устанавливаться жатка в рабочем положении.
Задаваясь средними значениями высоты работы очёсывающих жаток, радиусом ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, углом наклона растений,
а также средними значениями известных на данный момент длин очёсывающих гребёнок,
получим высоту очёса.
Тогда ширина вочёс зоны очёса будет зависеть от длины растения раст и высоты ℎж
работы очёсывающей жатки по следующей закономерности:
вочёс = √раст ∙ ℎж
(6)
Решая данное уравнение исходя из средних значений раст и ℎж , получаем значение
ширины очёса.
Значение частоты вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными
каналами, определим по формуле (7):
60 ∙ ω
n=
.
(7)
π ∙ 2
 – угловая скорость вращения гребёнки с тангенциальными каналами, с−1 .
8
Рассмотрим силы, действующих в горизонтальной плоскости на колос при взаимодействии
с гребёнкой с тангенциальными каналами в момент захвата ей колоса (рис, 3), разложим
их по осям x и y составим систему уравнений:
х:  cos  − уп cos  − тр sin  = 0;
{
(8)
у:  sin  − уп sin  + тр cos  − ц + у = 0,
где N – сила реакции опоры, действующая на колос со стороны зуба гребёнки с тангенциальными каналами, Н; уп – сила упругости стебля, Н; тр – сила трения колоса о зуб гребёнки
с тангенциальными каналами, Н; ц – центробежная сила, действующая на колос со стороны
гребёнки с тангенциальными каналами, Н; у – сила удара зуба гребёнки с тангенциальными
каналами по колосу, Н; R – расстояние от центра ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами до места контакта зуба гребёнки с тангенциальными каналами
с колосом (радиус ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами), м.
Расписав каждый показатель по формулам и подставив их в систему уравнений (8) получим:
{
х:  ( +
2

2
) cos  − (10−3 



) cos  − () sin  = 0;
(9)
(к −н )
у:  ( +  ) sin  − (10−3   ) sin  + () cos  − 2  +
=
0,

где m – масса колоса, кг; g – ускорение свободного падения, м/с2 ; R – радиус очёсывающего
ротора, м; S – площадь поверхности, по которой распределено действие силы м2 ; K – коэффициент упругости стебля; I – осевой момент инерции, м3 ;  – коэффициент трения между зернами в колосе и зубом гребёнки с тангенциальными каналами (определен при исследовании
физико-механических свойств колосовой и незерновой составляющих стебля); t – время воздействия гребёнки с тангенциальными каналами на колос, с; н , к – начальная и конечная
скорости колоса, до и после удара соответственно, м/с.
Рассмотрев силы, действующие в горизонтальной плоскости на колос при взаимодействии с гребёнкой с тангенциальными каналами в момент захвата колоса (рис. 3).
Рис. 3 – Схема сил, действующих в горизонтальной плоскости на колос при взаимодействии
с гребёнкой с тангенциальными каналами в момент захвата колоса: 1 – зуб гребёнки с тангенциальными каналами; 2 – колос растения;
Fу – сила удара зуба по колосу; Fтр – сила трения колоса о зуб гребёнки с тангенциальными
каналами; Fтр.х и Fтр.у – горизонтальные
и вертикальные составляющие силы трения;
N – сила реакции опоры; Nх и Nу – горизонтальные и вертикальные составляющие силы реакции опоры; Fуп – сила упругости стебля растения; Fуп.х и Fуп.у – горизонтальные и вертикальные составляющие силы упругости стебля
растения; Fц – центробежная сила
Систему уравнений (10) представим в дифференциальной форме:
 2
{
х:  + (  ) ∙
cos 

у 2  
у:  + ( )

10−3 
−(

10−3 
−(

) cos  − () sin  = 0;
у 2
1
1 у
)   + ()   − ( ) +  +  ∙  , = 0.
9
(10)
Интегрируем полученную систему уравнений (10).
 = √{
10−3 

cos 
∙(

) + () sin  − } ∙ ,
√4(
sin  1
− )


1
1
1
− 2  (
sin  1
2(
− )


4(
+ (√
4(
−√
1
10−3 
∙(
∙(
1
4(
+ (√
) sin  − () cos  ∙  2 + 1 −
∙ 2) +
1
sin  1
− )


− 2  (

sin  1
10−3 
) sin −() cos 
− )∙(



1
1
sin  1
2(
− )


(
sin  1
− )


[
у=
10−3 
∙(
(

10−3 

) sin  − () cos  ∙  2 + 1 − 1)
]
) sin  − () cos  ∙  2 + 1 −
sin  1
10−3 
) sin −() cos 
− )∙(



∙ 2) +
1
sin  1
− )


1
10−3 
∙(

(11)
) sin  − () cos  ∙  2 + 1 + 1)
{
{
[
]
При этом в системе уравнений (11) действует условие: если неравенство (12) выполняется,
то расчёт ведётся по верхнему уравнению, в остальных случаях – по нижнему.
4(
(
sin  1
10−3 
) sin −() cos 
− )∙(



1
∙  2 ) > 1.
(12)
В результате получили уравнения траектории движения гребёнки с тангенциальными каналами при вхождении в стеблестой растительной массы в любой момент времени при захвате колоса гребёнкой с тангенциальными каналами и продвижении его до входа
в тангенциальный канал гребёнки. Принимаем в этой системе уравнений постоянные величины
за определённый коэффициент:
10−3 
10−3 
sin 
1
) + () sin  −  = , (  ) sin  − () cos  = , (  − ) = 

Получим уравнения траектории движения гребёнки с тангенциальными каналами,
при вхождении в стеблестой растительной массы в любой момент времени, при захвате колоса
гребёнкой с тангенциальными каналами и продвижении его до входа в тангенциальный канал.
(

 = √{  ∙ } ∙ ,
4
√
1
1
∙
∙  ∙  2 + 1 − 2  (
1
1
+
2
4
[
=
 (−1 + √ 1 ∙  ∙  2 + 1)
4
1
∙
−√ 1 ∙  ∙  2 + 1 − 2  (
1
{ [
1
.
]
∙ 2 ) +
+
2
{
∙ 2) +
4
 (1 + √ 1 ∙  ∙  2 + 1)
10
]
(13)
Путём математических преобразований и вычислений выразили угол α, вычислив который, можем определиться с углом сужения между зубьями гребёнки с тангенциальными каналами.
( +
 =  (
2


) − (10−3   )
⁄
())
(14)
Далее рассмотрим силы, действующие в горизонтальной плоскости на колос в момент
входа колоса в тангенциальный канал гребёнки с тангенциальными каналами. Аналогично вычисляем угол поворота асимптоты тангенциальной функции, образующей боковую стенку зуба
гребёнки с тангенциальными каналами.
Рассмотрев силы, действующие в горизонтальной плоскости на колос при взаимодействии с гребёнкой с тангенциальными каналами в момент входа колоса в тангенциальный канал гребёнки.
Аналогичным способом получены уравнения траектории движения гребёнки с тангенциальными каналами, при вхождении в стеблестой растительной массы в любой момент
времени, при входе колоса в тангенциальный канал гребёнки.

 = √{  ∙ } ∙ ,
4С
√
1
1
1
1
4С
[
 (−1 + √ 1 ∙  ∙  2 + 1)
4С
1
С∙
−√ 1 ∙  ∙  2 + 1 − 2  (
1
{
{ [
1
]
,
(15)
∙ 2) +
+
2С
10−3 KgI
∙ 2) +
+
2С
=
С∙
∙  ∙  2 + 1 − 2  (
4С
 (1 + √ 1 ∙  ∙  2 + 1)
]
10−3 KgI
sin β
1
где M = ( S ) − (μg) sin β + g, B = ( S ) sin β − (μg) cos β, С = ( R − R).
Имея значения выражений координат гребёнки с тангенциальным каналом в любой момент времени при захвате колоса гребёнкой с тангенциальными каналами и продвижении
его до счёса колоса в тангенциальном канале, можно получить кривую движения гребёнки
с тангенциальным каналом при вхождении в стеблестой растительной массы.
Анализируя и решая систему уравнений, можно построить график траектории движения гребёнки с тангенциальным каналом. Траектория движения близко похожа на график положительной ветви тангенциальной функции.
Так же путём математических преобразований и вычислений выразили угол , вычислив который, можем определиться с углом поворота асимптоты тангенциальной функции образующей боковую стенку зуба гребёнки.
 =  (
−(+
2

)−(10−3  )


()
).
(16)
Так как полученная функция получилась сложная в своём построении и восприятии,
нами были использованы программные комплексы «GeoGebra» и «FBK Grapher» для построения графика (рис. 4).
11
Рисунок 4 – График траектории движения
гребёнки при вхождении в стеблестой растительной массы: α – угол сужения между
зубьями гребёнки с тангенциальными каналами; β – угол поворота асимптоты тангенциальной функции, образующей боковую стенку
зуба гребёнки с тангенциальными каналами;
А , и  – коэффициент, отвечающий
за сдвиг функции по оси Y;  – угол между касательной к графику движения колоса в межзубовом пространстве, проведённой в точке А,
и осью Х;  – угол между касательной к графику движения колоса в межзубовом пространстве, проведённой в точке В, и осью Х.
В результате анализа графика (рис. 4)
были получены уравнения касательных
в интересующих нас точках А и В:
 = А  + А ,
(17)
 = В  + В ,
(18)
где  – коэффициент наклона функции для касательной в точке А;  – коэффициент наклона
функции для касательной в точке B; А и  – коэффициент, отвечающий за сдвиг функции
по оси Y, для А = 4 мм, для  = 38,7 мм.
А = tg ,
(19)
В = tg ,
(20)
где  – угол между касательной к графику движения колоса в межзубовом пространстве, проведённой в точке А, и осью Х,  = 76°;  – угол между касательной к графику движения колоса в межзубовом пространстве, проведённой в точке В, и осью Х,  = 63°;
Подставляя полученные значения и уравнения (17) и (18), функции  и  запишем:
 = 4,01 + 4,
(21)
 = 1,96 + 38,7.
(22)
Определим значения интересующих нас углов:
1 = 180° − 90° − ,
(23)
1 = .
(24)
Определили угол поворота функции α, который будет отражать угол сужения прорези
между зубьями гребёнок с тангенциальными каналами:
1 = 180° − 90° − ,
(25)
1 = °.
(26)
Аналогично определили угол β, который равняется углу поворота асимптоты тангенциальной функции, образующей боковую стенку зуба гребёнки с тангенциальными каналами.
Полученные данные будут использованы в процессе проектирования, так как по ним,
возможно, определить наиболее изнашивающиеся части зубьев гребёнок с тангенциальными
каналами. Конструктивно усилив данные места, можно значительно повысить долговечность
службы гребёнок.
В работе приведён расчёт геометрических параметров гребёнок с тангенциальными
каналами. Получены уравнения для расчёта рабочей длины о зуба lгp, ширины
тангенциального зазора в, длины сужения зуба lbx, общей длины зуба lo.
На рис. 5 представлена схема к определению геометрических параметров гребёнок
с тангенциальными каналами.
Для определения рабочей длины и ширины зуба воспользуемся формулами
полученными Шабановым П. А.:
12
гр =  +
м ∙ −∙sin 
,
sin(+ )
(27)
где R – радиус ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, принимаем
R=0,27м; St – путь, пройденный комбайном за время, м;  – угол гребёнок
с тангенциальными каналами, относительно горизонтальной оси ротора, оснащёного
гребёнками с тангенциальными каналами, αn = 90°
Рис. 5 – Схема к определению геометрических параметров гребёнок с тангенциальными
каналами
Для определения ширины тангенциального
канала представлена формула (35):
∙∙
в = 2∙ ∙ − К
(28)
м
где Q – количество стеблей, обмолачиваемых за рабочий
ход одним зубом, принимаем Q = 4 шт; Z – число рядов
гребёнок с тангенциальным каналом, Z = 10 шт;
р – густота стеблестоя, принимаем р = 600 шт./м2;
К – ширина зуба, принимаем из конструктивных
особенностей
изготовления
гребёнок
ширину
очёсывающего зуба К = 0,023 м.
Для определения длины сужения х зуба
гребёнки с тангенциальным каналом выведена формула (29):
∙(1+ )
0,135
Общая длина зуба lo, м
Длина сужения зуба lbx, м
Ширина тангенциального
канала в, м
Рабочая длина зуба lгp, м
Угол поворота асимптоты
тангенциальной функции,
образующей боковую
стенку зуба гребёнки с
тангенциальными каналами β, град
Угол сужения прорези
между зубьями гребёнок с
тангенциальными каналами α, град
Частота вращения ротора,
оснащённого гребёнками
с тангенциальными каналами n, мин-1
Ширина зоны очёса, вочёс,
м
Высота очёса жатки, hочёс,
м
х = 2   ,
(29)
где  – угол заострения зуба гребёнки с тангенциальным каналом, принимаем  = 24°.
Зная длину сужения зубьев гребёнок х с тангенциальным каналом и рабочей длины
гребёнки с тангенциальным каналом гр , можно найти общую длину зуба 0 :
0 = гр + х
(30)
Результаты расчётов по вышеприведённым формулам приведены в таблице.
Таблица – Расчётные показатели полученные при теоретических исследованиях
0,295
612,5
14
27
0,0731 0,008 0,054 0,127
Полученные расчётные показатели указывают на конструктивные особенности, которыми должен обладать ротор, оснащённый гребёнками с тангенциальными каналами.
По полученным значениям выполнена конструкторская документация, изготовлен ротор оснащённый гребёнками с тангенциальными каналами.
В третьем разделе «Программа и методика исследований по определению физико-механических свойств стеблестоя, оптимальных конструктивных и режимных
параметров ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами» изложена
программа, методика и результаты лабораторных, лабораторно-полевых исследований
по определению оптимальных конструктивных и режимных параметров ротора, оснащённого
гребёнками с тангенциальными каналами (ширина зазора между зубом гребёнки с тангенциальным каналом и центральной трубой каркаса, количество рядов гребёнок с тангенциальными
каналами, высота очёса жатки, частота вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенци13
альными каналами, ширина тангенциального канала гребёнки, угол установки гребёнок с тангенциальными каналами, скорость движения очёсывающей жатки), приведено описание экспериментальной установки.
Программа исследований включала: лабораторные, лабораторно-полевые исследования жатки комбайна с ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами
с определением оптимальных конструктивных и режимных параметров.
Методика экспериментальных исследований: Исследования проводились с целью
определения оптимальных конструктивных и режимных параметров ротора, оснащённого
гребёнками с тангенциальными каналами. Для проведения экспериментальных исследований
в рамках программы «УМНИК» фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ был разработан ротор, оснащённый гребёнками с тангенциальными каналами, который изготовили на заводе ПАО «Пензмаш». Ротор,
оснащённый гребёнками с тангенциальными каналами, устанавливается вместо серийного
в очёсывающую жатку «ОЗОН». Жатка состоит из каркаса 1, ротор, 2 оснащённый гребёнками
3 с тангенциальными каналами, шнека 4, передающий очёсанный ворох в наклонную камеру
комбайна (рис. 1). Ротор, оснащённый гребёнками с тангенциальными каналами (рис. 8), состоит из съёмных гребёнок с тангенциальным каналом 1, барабана 2, приводной
цапфы 3 (рис. 6).
Для проведения эксперимента в качестве установки использовали серийно изготавливаемую очёсывающую жатку ЖО7 «ОЗОН». Навешивали её на комбайн, вместо серийного ротора устанавливали экспериментальный, затем проводили испытания.
При подготовке к эксперименту, производили настройку и подготовку устройства.
Рис. 6 – Общий вид ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами:
1 – съёмные гребёнки; 2 – барабан; 3 – приводная цапфа
Для этого снимают обтекатель вместе с серийным ротором и устанавливают ротор,
оснащённый гребёнками с тангенциальным каналом (рис. 7).
После установки ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами,
и сборки жатки проводят регулировки натяжения приводного ремня ротора, оснащённый гребёнками с тангенциальными каналами, и установку отсекателей и защитных кожухов.
Рис. 7 – Общий вид ротора, оснащённый гребёнками
с тангенциальными каналами, на серийной жатке ЖО7
«ОЗОН»
Проводится регулировка зазоров ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами.
Определяется уровень естественных потерь от самоосыпания зерен из колоса. Для этого накладывали на поверхность поля металлическую рамку площадью 1 м2,
серпом вырезали все растения с образовавшейся площади и подсчитывали количество зерен, лежащих на поверхности почвы, в том числе в виде необмолоченных колосьев. Зная массу 1000 зерен,
а также определив количество зерен в колосе и количество растений на 1 м2, определяли урожайность на данном поле и уровень естественных потерь.
Лабораторно-полевые исследования проводились согласно СТО АИСТ 10.4-2010.
За критерий оптимизации процесса очёсывания принимали процент потерь зерна (Пж, %), который зависит от множества факторов. Обоснованы возможности применения очёсывающей
14
жатки с ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами в производственных
условиях, а также уточнены оптимальные значения его конструктивных и режимных параметров в лабораторно-полевых условиях.
Рис. 8 – Общий вид гребёнки с тангенциальными каналами
Исследования в производственных условиях проводились в Сельскохозяйственной артели "Колхоз Маяк" (Калужская обл., Перемышльский р-н, д. Горки) в 2017 году согласно отраслевому стандарту СТО АИСТ 8.20-2010 и СТО АИСТ 8.25-2010. При исследованиях использовали
комбайн New Holland CS6090, производили уборку озимой пшеницы сорта «Безенчукская - 380»
урожайностью 35 ц/га, высотой растений 1 м, засорённостью 35 %, влажностью зерна 16 %,
с потерями от самоосыпания 0 %.
В четвёртом разделе «Результаты и анализ экспериментальных исследований ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами» получены данные, анализ которых показывает сказать, что оптимальное значение поступательной скорости движения комбайна
находится в интервале 9...10 км/ч, что позволяет убирать урожай с допустимыми потерями
в 0,31...0,44 % при ширине зоны очёса 0,290...0,310 м. При значениях 0,340...0,360 м, увеличиваются потери свободным зерном в результате «прострела» зерна по ходу движения жатки,
при значениях ширины зоны очёса 0,230...0,250 м, увеличиваются потери оторванными колосьями.
При проведении отсеивающего эксперимента были выделены три наиболее значимых
фактора: hочёс – высота очёса жатки, м; n – частота вращения ротора, оснащённого гребёнками
с тангенциальными каналами, мин−1 ; в – ширина тангенциального канала, м.
Для изучения поверхности отклика строили двухмерные сечения (рис. 9).
0,45
0,3
в - ширина тангенциального канала очёсывающей
гребёнки, мм
n - частота вращения очёсывающего ротора, мин -1
740
0,6
610
480
90
150
210
10
0,3
0,45
0,6
8
90
h очёс - высота очёса жатки, мм
в - ширина тангенциального канала очёсывающей
гребёнки, мм
12
150
210
h очёс - высота очёса жатки, мм
Рис. 9 – Графики двухмерного сечения зависимости процента потерь зерна (Пж, %) от частоты вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами n, ширины
тангенциального канала в и высоты очёса
жатки hочёс
12
10
0,6
0,3
0,45
8
480
610
n - частота вращения очёсывающего ротора,мин -1
740
Анализ графических изображений двумерных сечений (рис. 9) показывает, что наименьшие
потери зёрен за жаткой Пж = 0,3 % от общего количества зёрен возможно достигнуть при высоте очёса
жатки hочёс = 0,125...0,150 м, частоте вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными
каналами n = 632...692 мин-1 и ширине тангенциального канала в = 7,5...8,5 мм.
15
Исследования в лабораторно-полевых и производственных условиях проводились
с целью определения возможности применения жатки с ротором, оснащёный гребёнками
с тангенциальными каналами, а также для уточнения оптимальных конструктивных и режимных параметров.
Достигнуть поставленной цели можно, изучая зависимости процента потерь зерна
за жаткой от высоты очёса жатки, частоты вращения ротора, оснащённого гребёнками
с тангенциальными каналами, а также определив производительность зерноуборочного
комбайна вместе с очёсывающей жаткой с ротором, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами.
На рис. 10 представлена зависимость процента потерь зерна (Пж, %) от частоты вращения ротора, оснащёного гребёнками с тангенциальными каналами (n, мин-1) и высоты
очёса (hочёс, мм) жатки.
Анализ полученных зависимостей (рис. 10) позволяет сделать вывод, что частота
вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами имеет оптимальное значение в интервале 580...620 мин-1, а оптимальное значение высоты очёса жатки
hочёс = 0,130 м, при котором можно получить до 0,32 % потерь зерна за жаткой. Частота
вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами имеет оптимальное значение в интервале 580...620 мин-1.
При проведении лабораторно-полевых исследований были получены результаты частоты вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами
580...620 мин-1, отличающиеся от лабораторных испытаний на 10%, что обусловлено погодными условиями, отличными от условий проведения лабораторных исследований.
Scatterplot (Spreadsheet1.sta 10v*10c)
y = 7,9076-0,0252*x+2,0852E-5*x^2
R=0,83
0,75
0,70
Потери зерна Пж, %
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
460
480
500
520
540
560
580
600
620
640
660
680
700
Частота вращения очёсывающего ротора n, мин
720
740
760
-1
Рис. 10 – Графики зависимости процента потерь зерна (Пж, %) от высоты очёса жатки hочёс
и частоты вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами n
Влажность растений при проведении лабораторно-полевых исследований была ниже, чем при проведении лабораторных исследований, (около 9%), что указывает
на необходимость внести поправки на результат в 9%. Получим 632,2…675,8 мин-1, что соответствует принципу сходимости результатов исследований.
Для уточнения оптимальных значений параметров и рекомендаций сельскохозпроизводителям проводили исследования в производственных условиях по определению производительности очёсывающей жатки с ротором, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами при различных величинах параметров в интервале оптимальных значений (рис. 11).
Ротор, оснащённый гребёнками с тангенциальными каналами в жатке работал в трех режимах:
1 режим – при частоте вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами 480 мин-1, 2 режим – при частоте вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами 610 мин-1, 3 режим – при частоте вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами 740 мин-1. Скорость движения очёсывающей жатки в агрегате
с комбайном изменялась ступенчато 7; 8; 9; 10; 11 и 12 км/ч с погрешностью в 0,1 км/ч.
16
Классическая
жатка
Серийная
очёсывающая
жатка
Очёсывающая
жатка с
эксперементаль
ным ротором
Погектарный расход
топлива зерноуборочных
агрегатов кг/га
Рис. 11 – Графики зависимости производительности
зерноуборочного
агрегата, оснащённого очёсывающей
жаткой с ротором, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, от скорости движения агрегата
при различных режимах работы
Проанализировав полученные значения, можно сделать вывод о том, что
на третьем режиме работы при частоте
вращения
очёсывающего
ротора
740 мин-1, скорости движения зерноуборочного агрегата оснащённого
очёсывающей жаткой с экспериментальным
ротором,
оснащённым
прррррррррррр
гребёнками с тангенциальными каналами, 12,3 км/ч возможно
достичь максимальной производительности в 7,5 га/ч. Но при данном режиме работы жатка с ротором, оснащённого
гребёнками с тангенциальными каналами работает с высоким процентом потерь зерна
и дробление зерна превышает 1 %. Поэтому рекомендованная скорость работы жатки
в 9-10 км/ч является оптимальной, потери зерна за жаткой в этом случае
составляют 0,44 ... 0,56 %.
Оптимальный режим работы – второй, с частотой вращения очёсывающего ротора,
оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами 610 мин-1. При данном режиме работы дробление зерна за жаткой остаётся в пределах 0,5 %, т.е. в пределах агротехнических
норм, при скорости работы 9-10 км/ч. Производительность зерноуборочного агрегата
при данном режиме работы составит 5-5,6 га/ч.
Результаты исследований по определению расхода топлива (рис. 12) на работу зерноуборочного агрегата показали, что при работе с жаткой с ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами расход топлива на работу зерноуборочного агрегата составил 5,9 кг/га тогда как с серийной очёсывающей жаткой – 8,3 кг/га.
Также были проведены замеры при работе с классической жаткой шириной захвата
7м производства New Holland. Расход топлива в этом случае составил 15 кг/га.
Рисунок 12 – Графики погектарного
15
расхода топлива при уборке различными зерноуборочными агрегатами
8,3
5,9
По полученным результатам
построили гистограммы погектарного
расхода топлива для зерноуборочных
агрегатов с разными зерноуборочными жатками, позволяющие сравнить
расход топлива при уборке зерноуборочным агрегатом, оснащённым очёсывающей жаткой шириной захвата 7м
с ротором, оснащённым гребёнками
с тангенциальными каналами с серийно
выпускаемой очёсывающей жаткой шириной захвата 7м и с классической жаткой производства
New Holland шириной захвата 7м.
По результатам исследования можно сделать вывод, что погектарный расход топлива зерноуборочного агрегата, оснащённым очёсывающей жаткой шириной захвата 7м с ротором, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами на 28% ниже, чем при работе с серийно выпускаемой очёсывающей жаткой шириной захвата 7м и на 61% ниже, чем при работе с классической
жаткой производства New Holland шириной захвата 7м.
17
В пятом разделе «Технико-экономическая оценка применения очёсывающей жатки
комбайна с ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами при уборке
зерновых культур»
Проведенные технико-экономические расчеты показывают, что стоимость изготовления
очёсывающей жатки комбайна с ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами
составляет 1595 тыс. руб., а годовая экономия средств – 959,2 тыс. руб. при сроке окупаемости затрат на изготовление 1,77 года. Экономия эксплуатационных затрат на 1 га с убранной площади
составит 1267,2 руб., при этом производительность труда повысится на 44 %. Выход дополнительной продукции за счет уменьшения потерь зерна составляет 0,3 т, что приведёт к дополнительной
прибыли в 1944,3 тыс. руб. Это свидетельствует об экономической целесообразности применения
жатки Ж07 «ОЗОН» с ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Анализ устройств для очёсывании растений на корню показал, что существующие очёсывающие устройства представляют определённый интерес. Двухбарабанные и однобарабанные
жатки наиболее перспективны в своём конструктиве и технологичности. Наибольший практический интерес вызывают однороторные устройства, которые обладают меньшими габаритами
и массой, а также пониженным энергопотреблением и выполняют агротехнические требования
с надлежащим качеством. Существующие конструкции роторов очёсывающих жаток не позволяют выдерживать агротехнические параметры по потерям зерна при работе на повышенных скоростях, а также при работе на полях с высокой урожайностью. Разработана конструктивнотехнологическая схема и конструкция ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами (патент РФ на изобретение №2646054) съёмная гребёнка очёсывающего ротора.
2. Теоретическими исследованиями установлены аналитические зависимости конструктивных и режимных параметров работы жатки комбайна с ротором, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами, такими как высота очёса, ширина зоны очёса, частота вращения ротора,
оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами, уравнения траектории движения гребёнки
с тангенциальными каналами при вхождении в стеблестой растительной массы, угол сужения прорези между зубьями гребёнок с тангенциальными каналами, угол поворота тангенциальной функции образующей боковую стенку зуба гребёнки с тангенциальными каналами, рабочая длина зуба,
ширина тангенциального канала, длина сужения зуба и общая длина зуба. Расчёты, выполненные
по полученным уравнениям, дали возможность определить значение высоты очёса 0,135 м, ширины зоны очёса 0,295 м, частоты вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными
каналами 612,5 мин-1. Определён угол сужения прорези между зубьями гребёнок с тангенциальными каналами 14°. Теоретически определён угол поворота тангенциальной функции образующей
боковую стенку зуба гребёнки с тангенциальными каналами 27°. Также получены: рабочая длина
зуба 0,0731 м; ширина тангенциального канала 0,008 м; длина сужения зуба
0,054 м; общая длина зуба 0,127 м.
3. Результаты обработки и анализа экспериментальных данных по исследованию разработанного и изготовленного ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами в лабораторных, условиях позволили определить оптимальное значение ширины зоны очёса
0,290...0,310 м при скоростном интервале 9...10 км/ч, что позволяет убирать урожай
с допустимыми потерями в 0,31...0,44 %. Полученное в ходе исследований уравнение регрессии
второго порядка позволяет определить оптимальные значения конструктивных и режимных параметров ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами при работе в устройстве:
высота очёса жатки 0,125...0,150 м; частота вращения ротора, оснащённого гребёнками
с тангенциальными каналами 632...692 мин-1 и ширина тангенциального канала
0,0075...0,0085 м. При этом потери зерна за жаткой составят 0,3 %.
4. При испытаниях в лабораторно-полевых и производственных условиях были уточнены
основные конструктивные и режимные параметры очёсывающего устройства: частота вращения
ротора, оснащённый гребёнками с тангенциальными каналами имеет оптимальное значение в интервале 580...620 мин-1, а оптимальное значение высоты очёса жатки 0,130 м, при котором можно
18
получить до 0,32 % потерь зерна за жаткой. Определен оптимальный режим, позволяющий добиться максимальной производительности 5 – 5,6 га/час при частоте вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными каналами 610 мин-1 и скоростном режиме в 9 – 10 км/ч, с потерями зерна за жаткой в пределах 0,5 %. Расход топлива зерноуборочного агрегата оснащённого
очёсывающей жаткой шириной захвата 7м с ротора, оснащённым гребёнками с тангенциальными
каналами, на 28% ниже, чем при работе с серийно выпускаемой очёсывающей жаткой шириной
захвата 7 м. и на 61% ниже, чем при работе с классической жаткой производства New Holland шириной захвата 7м. Проведенные технико-экономические расчеты показывают, что стоимость изготовления жатки с ротора, оснащённым гребёнками с тангенциальными каналами составит
1595 тыс. руб., а годовая экономия средств – 959,2 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,77 года. Экономия эксплуатационных затрат на 1 га с убранной площади составит 1267,2 руб., при этом производительность труда повысится на 44 %. Выход дополнительной продукции за счет уменьшения
потерь зерна составит 0,3 т, что приведёт к дополнительной прибыли в 1944,3 тыс. руб.
Рекомендации производству. Рекомендуемый скоростной режим работы зерноуборочного агрегата с частотой вращения ротора, оснащённого гребёнками с тангенциальными
каналами 610 мин-1, должен находится при 9-10 км/ч, производительность зерноуборочного агрегата на данном режиме работы составит 5,0-5,6 га/ч. При уборке хлебостоя влажностью свыше
20 %, и засорённости посевов выше 8 % рекомендуется работать с частотой вращения 740 мин-1,
при скорости 7-8 км/ч.
Перспективы
дальнейшей
разработки
темы.
Провести
дополнительные
экспериментальные исследования жатки с экспериментальным очёсывающим ротором,
оснащённый гребенками с тангенциальными каналами, при уборке на различных с/х культурах
(рожь, ячмень, овёс, лён, мелкосемянные культуры), в том числе исследования по разработке
обтекателя к очёсывающей жатке «ОЗОН» с изменённой конфигурацией внутренней кривойнаправляющей зернового вороха.
Основные положения опубликованы в следующих работах:
Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК при Минобрнауки РФ
1. Федин, М.А. Определение потерь зерна за очёсывающей жаткой с ротором, оснащённым
гребёнкой с тангенциальным каналом / М.А. Федин, О.Н. Кухарев, И.Н. Сёмов // Нива Поволжья. –
2017. – №4. – С. 175-181.
2. Федин, М.А. Результаты лабораторных исследований по определению оптимальных
конструктивных и режимных параметров ротора / М.А. Федин, О.Н. Кухарев, И.Н. Сёмов // Нива
Поволжья. – 2018. – №4. – С. 160-169.
3.Федин, М.А. Теоретические исследования ротора очёсывающей жатки / М.А. Федин,
О.Н. Кухарев, И.Н. Сёмов // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной
академии. – 2018. – №4. – С. 47-56.
Публикации в изданиях цитируемые в базе данных Scopus
4. Semov, I.N. Raising productivity of harvesting using the combing method/ I.N. Semov,
O.N. Kukharev, M.A.Fedin // Research journal of pharmaceutical, biological and chemical sciences. –
2018. – №3(9). – p. 1085-1088.
Патенты РФ на изобретение
5. Пат. 2646054 Российская Федерация, МПК А 01 D 41/08. Съёмная гребёнка
очёсывающего оборудования / Кухарев О.Н., Сёмов И.Н., Федин М.А; заявитель
и патентообладатель ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ – №2017111437; заявл. 04.04.2017; опубл.
01.03.2018, Бюл. №7 – 2018. – 11с.
Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций
6. Кухарев, О.Н. Исследование размерных характеристик зерна пшеницы / О.Н. Кухарев,
И.Н. Сёмов, М.А. Федин // Участие молодых учёных в решении актуальных вопросов АПК
России: сборник статей всероссийской НПК. – Пенза: РИО ПГСХА, – 2016. – С. 20-23.
7. Кухарев, О.Н. Исследование физико-механических составляющих стебля растения /
О.Н. Кухарев, И.Н. Сёмов, М.А. Федин // Участие молодых учёных в решении актуальных
19
вопросов АПК России: сборник статей всероссийской НПК. – Пенза: РИО ПГСХА, –
2016. – С. 17-20.
8. Кухарев, О.Н. Сравнительная характеристика жаток зерноуборочных комбайнов /
О.Н. Кухарев, М.А. Федин, Т.В. Жаркова // Инновационные идеи молодых исследователей
для агропромышленного комплекса России: сборник статей всероссийской НПК молодых учёных.
– Пенза: РИО ПГАУ, – 2017. – С. 105-107.
9. Федин, М.А. Исследование упругости стебля озимой пшеницы / Развитие научной,
творческой и инновационной деятельности молодёжи: сборник трудов IX всероссийской НПК
молодых учёных. – Курган: Курганская ГСХА им. Т.С. Мальцева, – 2017. – С. 129-132.
10. Федин, М.А. Классификация очёсывающих устройств / М.А. Федин, О.Н. Кухарев,
И.Н. Сёмов, // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса
России:
сборник
статей
всероссийской
НПК
молодых
учёных.
–
Пенза: РИО ПГСХА, – 2016. – С. 72-74.
11. Федин, М.А. Лабораторно-полевые исследования по определению оптимальных
конструктивных и режимных параметров ротора / М.А. Федин, О.Н. Кухарев, И.Н. Сёмов //
Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России:
сборник статей всероссийской НПК молодых учёных. – Пенза: РИО ПГАУ, – 2018. – С. 173-176.
12. Федин, М.А. Методика экспериментальных исследований физико-механических
свойств озимой пшеницы / Развитие научной, творческой и инновационной деятельности
молодёжи: сборник трудов IX всероссийской НПК молодых учёных. – Курган: Курганская ГСХА
им. Т.С. Мальцева, – 2017. – С. 126-129.
13. Федин, М.А. Модернизация очёсывающей жатки типа «ОЗОН» / М.А. Федин //
Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России:
сб. статей Международной НПК. – Пенза: РИО ПГСХА, – 2015. – С. 55-57.
14. Федин, М.А. Расчёт геометрических параметров гребёнок очёсывающего ротора /
М.А. Федин, О.Н. Кухарев, И.Н. Семов // Инновационные идеи молодых исследователей
для агропромышленного комплекса России: сборник статей всероссийской НПК молодых учёных.
– Пенза: РИО ПГАУ, – 2018. – С. 196-199.
15. Федин, М.А. Уборка зерновых методом очёса / М.А. Федин // Инновационные идеи
молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сб. статей Международной
НПК. – Пенза: РИО ПГСХА, – 2014.– С. 231-233.
Подписано в печать .10.2018г. Формат 6080/16. Объем 1,0 усл. п.л.
Тираж 100.
Заказ № 52
Отпечатано с готового оригинал-макета
в Пензенской мини-типографии
Свидетельство № 5551
_________________________________________________________
440000, г. Пенза, ул. Московская, 74.
20
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа