Научные основы повышения пропускной способности зерноуборочных комбайнов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, доктор технических наук Серый, Георгий Федорович

• Серый, Георгий Федорович
• доктор технических наук
• 1977

Оглавление диссертации доктор технических наук Серый, Георгий Федорович

Общая характеристика работы.

I. Состояние и тенденции развития зерноуборочных комбайнов, /а. Обзор и анализ работ по увеличению пропускной способности зерноуборочных комбайнов и задачи исследований.

Глава I.

Теоретические основы повышения удельной пропускной способности комбайнов и разработка молотильно-сепарирующего устройства. ¿$

I. Теоретическое обоснование повышения интенсивности использования рабочего объема комбайнов. 27. Обзор работ в области молотильных аппаратов и регуляторов загрузки молотилки комбайна. J4. 3. Обоснование и разработка нового молотильно-сепарирующего устройства. S5.

Глава II.

Исследование процесса преобразования потока хлебной массы и обмолота в молотильно-сепарируодем устройстве. 7Q,

I. Исследование процесса преобразования потока хлебной ¡даосы в комбайне с молотильно-сепарирующим устройством с шарнирно-закрепленными бичами. ТО.

Исследование процесса обмолота с помощью скоростной киносъемки. ///,

Глава III.

Теория молотильно-сепарирующего устройства с шарнирно-закрепленными бичами. //&

I. О цюрме бичей барабана. //

Взаимодействие мезду бичем и хлебной массой ка входе в молотильном устройстве. ¿&L

3. Ударное воздействие бича но слою хлебной массы на входе в молотильное устройство. ¡

4. Определение мощности, потребной на обмолот. б. Действие ударных сил на бич.

6, Относительное движение шарнирно-заодепленного бича после удара.

Глава и.

Экспериментальные исследования мо лотильно-сепарируще го устройства с шарнирно-закрепленными бичами и комбайна, оборудованного этим устройством.

1. Программа экспериментальных исследований. /¿

Методика экспериментальных исследований. /Ж

3. Результаты лабораторных исследований. /62.

4. Результаты полевых исследований. № о. Исследование энергетических показателей работы молотяльносепарирующего устройства. /д&,

0, К вопросу создания комбайна семеноводческой модификации.

Глава У.

Автоматическое регулирование загрузки молотилки комбайна. 2/9.

1. Исследование устойчивости САР загрузки молотилки комбайна.^/ Оценка точности работы САР загрузки молотилки зерноуборочного комбайна, находящейся под действием случайных возмущений.

Глава У1.

Внедрение и хозяйственная проверка результатов исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научные основы повышения пропускной способности зерноуборочных комбайнов»

Одной из важнейших задач, поставленных ХХУ съездом КПСС в области сельского хозяйства, является дальнейшее увеличение производства зерна» В основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы, принятых ХХУ съездом КПСС, намечено довести среднегодовой валовый сбор зерна до 215-220 млн,т, Решение этой задачи, наряду с другими агротехникесикии мероприятиями, во многом зависит от повышения производительности зерноуборочных комбайнов, являющихся в настоящее время основным средством механизации уборки зерновых культур.

Повышение производительности зерноуборочных комбайнов в условиях больших площадей, занятых под посевы зерновых культур, и неуклонного повышения их урожайности является мощным средством снижения потерь урожая зерна при уборке, а следовательно и важнейшим средством увеличения его сбора, В последние годы на основе разработок научно-исследовательских и конструкторских организаций отечественной промышленность!) были выпущены новые зерноуборочные комбайны СКД-5 "Сибиряк", СК-5 "Нива и СК-6 " Колос "♦ Повышение производительности этих комбайнов достигнутой за счет интенсификации работы молотильно-сепарирующих устройств, увеличения размеров молотилки, внедрения средств автоматизации регулирования и контроля рабочего процесса, установки более мощных двигателей, повышения надежности и улучшения условий работы комбайнеров.

Указанные мерн позволили увеличить производительность комбайнов в, сравнительно небольших пределах* Увеличение размеров молотилок ведет к значительному увеличению массы комбайнов, создает проблещу выравнивания слоя хлебной массы по ширине и затруднения при транспортировке.

Дальнейшее повышение производительности зерноуборочных более комбайнов может быть получено за счет интенсивного использования рабочего объема комбайна путем интенсификации процесса обмолота и сепарации зерна в молотильных аппаратах и автоматизации загрузки комбайна. Возможности интенсификации применяемых молотильно-оепарирующий устройств во многом исчерпаны. Поэтому остается путь создания принципиально новых рабочих органов и устройств, обеспечивающих повышение пропускной способности комбайна при сохранении его размеров, т.е. повышение удельной пропускной способности ( пропускной способности, отнесенной к единице площади или объема комбайна )• Это вызывает необходимость дальнейшей разработки теоретических и экспериментальных основ интенсификации процесса обмолота и сепарации зерна в молотилках комбайнов*

Цель и задачи исследований«

Разработка теории, исследование процесса обмолота и сепарации и создание нового молотильно-сепарирующего устройства для решения проблемы повышения пропускной способности зерноуборочных комбайнов. Эта проблема предусматривает решение следующих основных задач:

- разработка теоретических основ повышения интенсивности использования рабочего объема комбайна;

- создание теории молотильно-сепарирувдишустройств, отвечающих современным требованиям эффективности обмолота;

- установить закономерности процесса обмолота, сепарации и травмирования зерна;

- разработать теоретические основы рациональных методов стабилизации загрузочных режимов молотилки комбайна и на основе этого, с учетом соответствующих экспериментальных исследований, выдать рекомендация по рациональному техническому решению нового молотильно-сепарируодего устройства и регулятора загрузки для комбайна высокой пропускной способности ;

- испытание комбайна с новыми молотильно-сепарирувдим устройством и системой автоматического регулирования загрузки молотилки;

- определение эффективности разработанного комбайна.

Методы исследований*

Теория молотильно-сепарируящего устройства основана на методах классической механики с использованием уравнения материального баланса и теории случайных функций. Теоретические исследования автоматической стабилизации загрузочного режима молотилки комбайна выполнены методами, разработанными в теории автоматического регулирования. Достоверность теоретических зависимостей проверялась экспериментально.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях на специально спроектированных и подготовленных установках при уборке урожая различных культур при широком диапозоне изменения влажности. Исследование процесоа обмолота и сепарации в молотильно-сепари-рукщем устройстве с шарнирно-з а креоле нными бичами производилось с помощью скоростной киносъемки. к

Обработка экспериментальных данных проводилась методами теории вероятностей и математической статистики. Научная новизна исследований.

Разработаны теоретические основы повышения интенсивности использования-рабочего объема комбайна и теория нового молотиль-но-сепарирующего устройства с шарнирно-зап'реияепшшя блчами, позволяющего дифференцированно воздействовать на изменяющийся поток хлебной массы; установлены закономерности преобразования потока хлебной массы в комбайне с новым молотидьно-сепарирующим устройством с повышенной удерживающей способностью и выявлены дополнительные резервы повышения эффективности работы комбайна; проведены экспериментальные исследования, которые позволили выявить закономерности процесса обмолота и сепарации в зависимости от величины подачи хлебной массы для различных культур в молотилъно-сепарирующем устройстве с шарнирно-закрепленными бичами и в комбайне, оборудованном таким устройством; определены аналитические выражения динамических характеристик для комбайна, как объекта регулирования с учетом переменности его массы, звеньев и системы автоматического регулирования загрузки комбайна по двум параметрам, разработана методика анализа динамической точности САР при случайных возмущениях. Практическая ценность.

Результаты выполненой работы являются основой для повышения пропускной способности комбайна при сохранении его габаритов, разработок молотильно-сепарирующих устройств, отвечающих современным требованиям эффективности обмолота, и регуляторов загрузки молотилки по двум параметрам. Созданные совместно с КБ Тульского комбайнового завода молотильно-сепарирующее устройство и регулятор загрузки позволяют решить одну из важнейших народно-хозяйственных задач - повышение производительности комбайнов и облегчение труда комбайнеров.

Реализация работы.

Проведенные исследования прошли широкую хозяйственную проверку и получили практическую реализацию в опытно- конструкторских работах КБ Тульского комбайнового завода.

Новизна технических решений подтверждена выдачей авторских свидетельств: Л 357921 - на наклонную камеру зерноуборочного комбайна с молотильно-сепарирующим устройством и й 296508 - на автоматический регулятор загрузки самоходного зерноуборочного комбайна.

На основании выполненных исследований на без серийного комбайна СК-5 "Нива" создан комбайн ТуСК-5 "Ротор" с молотильно-сепарирующим устройством с иарнирно-закрепленными бичами в наклонной камере, который прошел государственные испытания в 1974-77гг. в основных зонах европейской части страны.

Пропускная способность этого комбайна по сравнению с серийным СК-5 "Кива" в 1,5 4- 2 раза выше при значительном снижении повреждения зерна.

Экономический эффект на годовой выпуск комбайнов составляет 100 -I- 150 млн. руб.

Объем работы* диссертация состоит из введения,8 глав,заключения,выводов, приложения и списка использованной литераторы,состоящего из 151

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Серый, Георгий Федорович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Диссертационная работа посвящена разработке научных основ повышения пропускной способности зерноуборочных комбайнов. В ней исследованы и разработаны весьма важные с научной и практической точек зрения вопросы: повышения интенсивности использования рабочего объема комбайна; теория принципиально нового моло-тильно-сепарирующего устройства в наклонной камере, наилучшим образом отвечающего современным требованиям эффективности обмолота; рациональные методы повышения стабилизации рабочего процесса обмолота и сепарации.

На основе разработанной теории молотильного устройства и автоматической стабилизации загрузки молотилки комбайна дано практическое решение частных задач - создание молотильно-сепа-рирующего устройства с шарнирно-закрепленными бичами в наклонной камере ( авторское свидетельство № 357921 ), обладающее повышенной удерживающей способностью и повышенной зоной сепарации, и регулятора загрузки молотилки комбайна по двум параметрам ( авторское свидетельство № 296508 ). выполненная диссертационная работа позволяет сделать следующие выводы:

1. Шполненные теоретический ж экспериментальные исследования открывают возможность повышения пропускной способности зерноуборочных комбайнов за счет увеличения интенсивности использования их рабочего объема без увеличения их габаритов.

2. Разработана теория молотильно-сепарирующего устройства с шарнирно-закрепленными бичами, осуществляющее дифференцированное воздействие на изменяющийся поток хлебной массы и обладающее повышенной удерживающей способностью.

3. Получено уравнение работы, необходимой на выделение зерна из колоса при ударе с учетом физико-механических свойств обрабатываемой хлебной массы и основных кинематических режимов и конструктивных параметров молотильного устройства. Это уравнение определяет массу шарнирно-закрепленного бича, необходимую для выделения зерна из колоса путем ударного воздействия. Расчеты, проведенные по предложенной формуле хорошо согласуются с данными работы, полученными экспериментально.

4. Получено уравнение мощности, требуемой молотильным устройством и показана ее зависимость от физико-механических свойств и скорости движения хлебной массы по подбарабанью, а также от конструктивных и кинематических параметров молотильного устройства С угла обхвата декой , диаметра барабана, угла входа хлебной массы в молотильный зазор и угла встречи бича с хлебной массой).

5. Исследовано действие различных сил на бич в процессе обмолота хлебной массы и получено дифференциальное уравнение относительного движения шарнирно-закрепленного бича при перегрузке, из которого видно, что бич после отклонения от радиального положения, возвращаясь в исходное положение, совершает затухающие колебания.

6. Разработанное молотильно-седарирующее устройство в наклонной камере в сочетании с однобарабанной молотилкой комбайна позволяет осуществить двухфазный обмолот при увеличенной промежуточной зоне сепарации и дифференцированном воздействии на поток хлебной массы, что приводит к повышению пропускной способности комбайна и к снижению травмирования зерна.

7. На основе теоретических и экспериментальных исследований динамики потока материалов в молотильно-сепарирующем устройстве наклонной камеры и в комбайне в целом установлено, что молотильный аппарат в наклонной камере оказывает выравнивающее воздействие на поток хлебной массы, осуществляя фильтрацию высокочастотных составляющих его колебаний, что приводит к более равномерной загрузке основной молотилки и в конечном итоге - к снижению потери и увеличению пропускной способности комбайна.

8. Б результате исследования процесса обмолота и сепарации с помощью скоростной киносъемки установлено, что определяющими факторами обмолота является ударное воздействие бича по колосу. На входе, в молотильное устройство домолачивается основная масса зерна. Хлебная масса в молотильном зазоре совершает колебательное движение с частотой, равной частоте воздействия на нее системы бич-гребенка.

9. Разработана методика, стенды и проведены лабораторно-полевые исследования молотильно-сепарирующего устройсва в наклонной камере и комбайна в целом, оборудованного этим устройством, на различных культурах.

10. Экспериментальными исследованиями установлено, что обмолот и сепарация в молотильно-сепарирующем устройстве наклонной камеры зависят от окружной скорости бичей и подачи. При обмолоте пшеницы " Мироновская 808 и при подаче 8 кг/с и скорости обмолота 18 м/с обмолот и сепарация соответственно составляют 86$ и 64$ от общего.количества зерна в подаче, а при скорости обмолота 25 м/с - 93$ и 81$. При обмолоте ржи "Вятка " сепарация в наклонной камере составила при скорости 18 м/с - 64$, а£ри 25 м/с - 75$.

При -увеличении подачи 4,3 до 9 кг/с при скорости 18 и/с на пшенице " Мироновская 808 " сепарация снизилась с 71$ до 63$, а при скорости 25 м/с - с 86$ до 81$.

При обмолоте риса сепарация в молотильном аппарате наклонной камеры при подаче 8 кг/с при скорости обмолота 18 ц/с составила 50$ от всего зерна в подаче, а при скорости 25 м/с - 63$.

Результаты экспериментов на рисе свидетельствуют о возможности успешного использования комбайна, оборудованного этим устройством, на уборке риса.

XI. Изменение содержания зерна в соломе, прошедшей через сепарирующую решетку б разработанной молотильном устройстве, подчиняется экспоненциальной зависимости.

12. Пропускная способность комбайна СК-4А с молотильным устройством в наклонной камере при допустимом уровне потерь 1,5$ возрастает, в среднем, на 25$ по сравнению с серийным комбайном СК-4А, и составляет 7 + 8 кг/с при дроблении 0,2 + 0,3$.

13. Результаты исследований энергетических показателей показывают, что для нормальной работы комбайна с молотильным аппаратом в наклонной камере с пропускной способностью 6 * 8 кг/с существующей мощности двигателя комбайна СК-5 "Нива" явно недостаточно. Мощность двигателя следует повысить до 150 л.с.

14. В области автоматизации загрузки молотилки комбайна аналитически и экспериментально определено дифференциальное уравнение движения комбайна как объекта регулирования, с учетом переменности его массы, разработаны теория суммирующего устройства в системе автоматического регулирования по двум параметрам, получено дифференциальное уравнение движения системы, установлена ее устойчивость и разработана методика анализа динамической точности САР регулирования по двум параметрам при внешних случайных воздействиях.

15. Разработанный регулятор сочетает б себе эффект регулирования по толщине слоя с эффектом регулирования по крутящему моменту на валу молотильного барабана и достаточно хорошо стабилизирует загрузку молотилки в условиях зоны повышенного увлажнения. Применение руг^ятора повышает производительность комбайна на 10+ 12%.

16. Результаты исследований получили практическую реализацию в опытно-конструкторских работах КБ Тульского комбайнового завода, в виде разработанного там на базе комбайна СК-5 "Нива" комбайна ТуСК-5 "Ротор" с молотильно-сепарирующим устройством в наклонной камере.

17. Ведомственные и государственные испытания в 1974-77гг. в ряде государственных машинноисштательных станциях и КубНИИТИМе показали, что пропускная способность этого комбайна по сравнению с серийным, в среднем , в 1,5 раза выше при одновременном снижении повреждения зерна.

18. Экономический эффект на годовой выпуск комбатов составит 100-150 млн. руб.

19. Выполненные исследования открывают перспективу создания на базе серийных семейства высокопроизводительных комбайнов различных модификаций, в том числе для Нечерноземной зоны РСФСР, для уборки риса и семеноводческую.