Обоснование параметров молотильно-сепарирующего устройства зерноуборочного комбайна для уборки белого люпина тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Аладьев Николай Алексеевич

• Аладьев Николай Алексеевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Аладьев Николай Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Технологические свойства белого люпина и его место в севообороте

1.2 Способы и средства уборки белого люпина

1.3 Анализ научных исследований по изучению уборки зерновых колосовых и зернобобовых культур

1.4 Выводы по 1 главе

Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТОРСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОЛОТИЛЬНО-СЕПАРИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

2.1 Общая схема исследований

2.2 Анализ показателей работы молотильно-сепарирующего устройства в зависимости от технологических параметрах

2.3 Оценка сепарации белого люпина классическим молотильно-сепарирующим устройством

2.4 Совершенствование конструкции молотильно-сепарирующего устройства для уборки белого люпина

2.5 Коэффициент сепарации

2.6 Процесс сепарации белого люпина в усовершенствованном молотильно-сепарирующем устройстве

2.7 Выводы по главе

Глава 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Объекты исследования

3.2 Планирование эксперимента

3.3 Оценка повреждаемости

3.4 Оценка всхожести

3.5 Полевые опыты

Глава 4. РЕЗУЛЬАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Оценка повреждаемости

4.2 Оценка всхожести

4.3 Обоснование технологических параметров

Глава 5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров молотильно-сепарирующего устройства зерноуборочного комбайна для уборки белого люпина»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Во многих странах мира, в том числе и в России очень остро стоит проблема производства растительного белка, которая может быть решена за счет выращивания и расширения производства зернобобовых культур. Одной из таких культур, быстро увеличивающих посевные площади у нас в стране, является - белый люпин [33, 57].

Кроме того, соя способна произрастать далеко не на всей территории России, по климату лучше всего ей подходит наше Приморье. Сорта люпина же представляют три биологических вида, каждый со своими особенностями, они заполняют различные географические ниши на российских полях, и могут расти практически на всей территории страны, где достаточно влаги [65].

В связи с вышесказанным встает вопрос о качественной уборке белого люпина. Белый люпин легкообмолачиваемая зернобобовая культура, которая требует мягких режимов уборки зерноуборочного комбайна [99].

Значительную долю потерь при уборочных работах составляют потери зерна за молотилкой, где особое место занимает молотильный аппарат, как основной обмолачивающий и сепарирующий орган комбайна. На решающую роль подбарабанья в сложном процессе воздействия на растительную массу в молотильном пространстве указывал ещё основоположник российской земледельческой механики В.П. Горячкин [99].

Данная работа направлена на разработку конструкторских и технологических параметров молотильно-сепарирующего устройства для уборки белого люпина.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева» (ФГБОУ ВПО «РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева»).

Научная гипотеза. Эффективность процесса обмолота и сепарации зерна белого люпина в молотильно-сепарирующем устройстве, может быть достигнута за счет изменения конструкции подбарабанья и его системы подвески, обеспечивающие снижение забивания растительной массой сепарирующих отверстий и обеспечивающие увеличение сепарации зерна через подбарабанье.

Цель исследования - повышение эффективности процесса обмолота и сепарации белого люпина в молотильно-сепарирующем устройстве с обоснованием его конструкторских параметров и режимов работы.

Задачи исследования:

- на основе исследований, выявить основные направления совершенствования процесса обмолота и сепарации зерна белого люпина;

- обосновать конструкторско-технологическую схему молотильно-сепарирующего устройства;

- теоретически исследовать процесс сепарации и обмолота зерна белого люпина в молотильно-сепарирующем устройстве;

- экспериментально исследовать влияние технологических параметров молотильно-сепарирующего устройства и физико-механических свойств материала на качественные показатели работы молотильно-сепарирующего устройства зерноуборочного комбайна;

- провести внедрение результатов исследования в производство;

- провести экономическое обоснование результатов исследований.

Объект исследования - молотильно-сепарирующее устройство

зерноуборочного комбайна, технологический процесс обмолота и сепарации зерна.

Предмет исследования - закономерности процесса сепарации и обмолота зерна белого люпина в молотильно-сепарирующем устройстве.

Научная новизна. Заключается в том, что установлены закономерности обмолота и сепарации зерна белого люпина в молотильно-сепарирующих

устройствах классического типа, позволяющие установить рациональные технологические параметры.

Предложена научнообоснованная конструкция подбарабанья и системы его подвески (патенты №153233 и №153237), позволяющая интенсифицировать процесс обмолота и сепарации зерна белого люпина в молотильно-сепарирующем устройстве зерноуборочного комбайна.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Разработана математическая модель процесса сепарации белого люпина в молотильно-сепарирующем устройстве с гладким подбарабаньем.

2. Изучены технологические свойства зерна белого люпина.

3. Экспериментально обоснована скорость вращения молотильного барабана и технологические зазоры в молотильно-сепарирующем устройстве классического типа на уборке белого люпина.

4. Проведена оценка потерь макро- и микроповреждений при уборке белого люпина зерноуборочными комбайнами с классическим молотильно-сепарирующим устройством.

5. Изучено влияние повреждаемости зерна белого люпина при уборке на всхожесть семян.

Методология и методы исследований. Проведенные исследования основаны на анализе отечественной и зарубежной научно-технической литературы. Теоретические и экспериментальные исследования выполнялись с использованием законов математики, физики и теоретической механики в лабораторных и производственных условиях. Использовались общепринятые и частные методики, подходы планирования многофакторных экспериментов, оборудование в соответствии с действующими ГОСТами и методы математической статистики, программ Microsoft Excel 2010, Statistica 6.0.

Основные положения, выносимые на защиту:

- конструкторские предложения по изменению молотильно-сепарирующего устройства для уборки белого люпина;

- технологические параметры молотильно-сепарирующего устройства при уборке белого люпина;

- оценка качества обмолота и сепарации белого люпина в молотильно-сепарирующем устройстве с «гладким» подбарабаньем;

- экономическое обоснование результатов исследования.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность основных выводов подтверждена результатами полевых испытаний молотильно-сепарирующего устройства и испытаний на лабораторной установке.

Основные положения работы доложены на научно-практических конференциях:

• Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК», СГАУ, Ставрополь, 25-27 марта 2015 г.;

• Научно-практическая конференция «Неделя науки молодежи СВАО», Москва, 21-30 апреля 2015 г.

• Международная научно-практическая конференция «Молодых ученых и специалистов посвященной 150-летию РГАУ-МСХА», Москва, 2-3 июня 2015 г.;

• Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития сельскохозяйственного производства», Нижний Новгород, 5 июля 2015 г.;

• Международная научно-практическая конференция «Продовольственная безопасность и устойчивое развитие АПК», Чебоксары, 2021 октября 2015 г.;

• Международная научно-практическая конференция «Инновации в сельском хозяйстве», ВИЭСХ Москва, 16 декабря 2015 г.;

• Международная научно-практическая конференция «Инновационные направления развития технологий и технических средств механизации сельского хозяйства», Воронеж, 25 декабря 2015 г.

• Международная научно-практическая конференция молодых ученых «Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России», Пенза, 17-18 марта 2016 г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе 3 в рецензируемых изданиях из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ, 3 патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа изложена на 1 33 страницах машинописного текста, не включая страницы приложений. Список использованной литературы включает 167 наименований.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Описание культуры

Люпин белый по-латыни называется Lupinus albus. Это травянистое растение из семейства Бобовые, из рода Люпин. Родина его — Средиземноморье. Это однолетник, вырастающий до 1 м [48].

Во многих странах мира, в том числе и в России очень остро стоит проблема производства растительного белка, которая может быть решена за счет выращивания и расширения производства белого люпина. Содержание растительного белка менее 105...115 г в 1 корм. ед. ведет к тому, что корм получается не сбалансированным по протеину аминокислотам. В результате снижается продуктивность животных, отмечается перерасход кормов, растёт их себестоимость. Общая потребность в кормовых единицах и сыром протеине в 2015 году достигла 18,7 млн. т к. ед. и 2,9 млн. т белка, а к 2020-му — 25,0 и 3,9 млн. т соответственно. При этом на животноводческую продукцию КРС (молоко, мясо) будет затрачено более 81 % всех кормовых единиц и белка [33].

Растительный белок используется и в пищевой промышленности. Потребность человека в белке составляет 100-120 г/сутки, причём желательно, чтобы животный белок составлял 60% от этого количества. А для того, чтобы получить 1 ед. животного белка нужно затратить 3-7 ед. растительного. По данным учёных, (журнал «Белый люпин» № 1 2014г.) дефицит белка в кормах составляет 20-25%. Этот дефицит или приводит к указанным последствиям, или восполняется за счёт импорта, в первую очередь сои. Такая зависимость от импорта подрывает устойчивость отечественного сельского хозяйства, приводит к снижению уровня конкурентоспособности производителей сельскохозяйственных товаров, создаёт угрозу продовольственной безопасности нашей страны.

Наибольшему повреждению зерна люпина подвергаются при уборке зерноуборочным комбайном в молотильно-сепарирующем устройстве. Чтобы

уменьшить повреждение зерен это устройство настраивают на так называемый «мягкий» режим работы.

Белый люпин имеет наибольший продукционный потенциал среди возделываемых кормовых видов люпина - 4-5 т/га. В семенах содержится 35-40% белка и 10-12% жира. Себестоимость выращивания люпина составляет 3-4 тыс. руб./т при цене сои, своего ближайшего конкурента, на отечественном и мировом рынках 14-17 тыс. руб./т (таблица 1.1) [25, 33].

Таблица 1.1 - Сравнительная таблица культур сои, люпина белого и гороха

Культура Себестоимость, руб/кг Рыночная цена, руб/кг Урожайность, ц/га

Белый люпин 5,5-6 12 40

Соя 10 17 20

Горох 3-5 7 40

Помимо высоких достоинств зерна люпина, его зеленая масса по концентрации протеина близка в сравнении с люцерной, а в целом по биологической ценности зеленая масса люпина выше, чем у люцерны [5].

Ни одна известная нам культура не богата таким количеством белка, как кормовой люпин. В 1 ц сухого зерна его содержится 30,5 кг перевариваемого протеина, что в четыре-пять раз больше, чем в ячмене, ржи и пшенице.

В семенах белого люпина накапливается до 48-60% белка, а в зеленой массе - до 25%.

По содержанию перевариваемого протеина на одну кормовую единицу в зерне зернобобовых культур белый люпин занимает ведущее место: люпин - 341 г, горох - 195 г, соя - 290 г, бобы - 287 г, вика - 227 г. (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Питательность и энергетическая ценность кормов из белого люпина в сравнении с соевыми кормами [18, 20, 22].

Показатели Белый люпин Соя

Зерно цельное Зерно обрушенное (ядро) Оболочка Соя тестированная Соевый шрот Соевая оболочка

Сухое вещество, % 87,92 89,43 89,34 86,00 91,00 87,00

Обменная энергия:

ккал/100 г 268 298 132 330 245 131

МДж/кг 11,21 12,47 5,53 13,82 10,26 5,44

Сырой протеин, % 35,19 42,06 4,31 34,00 42,00 10,00

Сырой жир, % 9,64 11,03 1,28 18,50 1,20 2,20

Сырая клетчатка, % 9,40 1,74 37,90 7,00 7,70 40,00

Сырая зола, % 3,32 3,62 2,09 4,20 6,80 4,10

Безазотистые экстрактивные вещества, % 30,36 31,28 31,50 22,30 33,30 30,70

Минеральные вещества, витамин Е и каротиноиды

Кальций,% 0,30 0.14 0,72 0,22 0,38 0,50

Фосфор, % 0.40 0,49 0,03 0,65 0,65 0,15

Витамин Е, мкг/г 23,11 28,87 57,74 - - -

Каротиноиды, мкг/г 25,54 31,90 1.65 - - -

Данные приведенные в таблицы показывают конкурентоспособность белого люпина в сравнении с соей, выигрывая почти по всем качественным показателям.

Для предотвращения поражения болезнями люпина необходимо соблюдать определенное его чередование в севообороте. Многолетние исследования ученых показывают то, что белый люпин может занимать не более 20 % в севообороте (раз в 5 лет на одном поле). Люпин является самым лучшим предшественником для зерновых культур, это связано с тем, что после его уборки в почве остается

около 150 кг азота на гектар. Кроме этого после люпина для зерновых культур улучшается воздушный и водный режим почвы. При системе нулевой обработки почвы (No-Till) после люпина при высеве озимой пшеницы можно не проводит вспашку поля.

При выращивании белого люпина не требуется больших затрат на минеральные удобрения, поскольку не нужно вносить:

1. Азотные удобрения. Причина этого заключается в том, что 300 кг азота из атмосферы на гектар посевов фиксируют микроорганизмы, живущие в симбиозе с белым люпином. Из этого количество около 200 кг идет на формирования бобов у растения.

2. Фосфорные удобрения. Люпин способен извлекать трех замещенные фосфаты из почвы и превращать их в одно и двух замещенные. Таким образом, он не только себя обеспечивает фосфором в течение всего периода вегетации, но и оставляет фосфор в доступной форме для последующих культур.

3. Калийные удобрения. Калия в почвах центрального Черноземья достаточно для формирования урожая люпина.

В свою очередь люпин требует того, что бы быть обеспеченным всеми макро и микроэлементами.

Их использование целесообразно в том случае, когда их содержание в почве ниже среднего. В этом случае, применять микроэлементы нужно при обработке семян в период их предпосевной обработки. Для этого проводят инокуляцию семян биопрепаратами, содержащие штаммы микроорганизмов фиксирующих азот и микроэлементами с биологически активными веществами.

Ученые рекомендуют внесение органических удобрений и трех замещенных фосфатов (фосфоридная мука и др.) проводить под предшествующие культуры

белого люпина. Таким образом, повышается использование удобрений и эффективность возделывания данного зернобобового растения [16].

Белый люпин относится к тем культурам, которые очень чувствительны к применению средств защиты растений и в первую очередь к гербицидам. В связи с этим перед учеными, занимающихся защитой растений, стоит задача найти гербициды, допустимые в посевах данной культуры. На сегодняшний день, для того, чтобы посевы люпина были свободны от сорняков, необходимо проводить борьбу с ними у предшественников или проводить внесение почвенных гербицидов.

Реализация продукционного потенциала возможна только при наличии качественного семенного материала. Важный момент в технологии производства семян люпина белого - обеспечение их высоких посевных качеств за счет снижения их повреждений в процессах уборки и последующий операций по подготовки к посеву. Имеющиеся в литературе данные о травмировании люпина при уборке говорят о том, что количество травмированных семян и характер травм (дробление) сильно зависят от режима обмолота и от влажности убираемых семян [5].

Приведенные данные свидетельствуют о высокой эффективности производства белка кормового люпина способного дать с гектара 270 ... 360 кг перевариваемого протеина и 2700 ... 3600 корм. ед. при обычной урожайности зеленой массы 300 ... 400 ц/га.

Возможность использования люпина для производства высокоценного белкового корма за счет усвоения за вегетационный период 200 . 250 кг/га атмосферного азота, удовлетворяющего свои потребности в этом важнейшем элементе питания на 70 ... 80%, одновременно повышающего плодородие подзолистых почв при запашке корневой системы и стержневых остатков, содержании более 2% азота и 6...11% сырого протеина, увеличивает

хозяйственную ценность этой культуры в практике сельского хозяйства центральной части России [17].

Данные научно-исследовательских учреждений и опыт передовых хозяйств Российской Федерации показывают, что при строгом соблюдении технологии выращивания люпина дает высокие урожаи семян (25 ... 40 ц/га), что составляет более 10.13 ц белка с гектара [6].

Физико-геометрические параметры зерна белого люпина сорта «Дега», который вывели в учхозе имени Калинина, Мичуринского района, Тамбовской области представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Физико-геометрические параметры люпина сорта «Дега»

Показатель Размерность Среднее значение

Масса 1000 зерен г 260-380

Ширина зерен мм 9,4

Толщина зерен мм 4,4

Доля оболочки (по массе) % 14-19

Толщина оболочки мм 0,27

Содержание белка в зерне % 35-40

Содержание белка в ядре % 42-50

Так, в колхозе им. Калинина Тамбовской области ежегодно получают более чем по 35 ц/га.

Следовательно, в условиях центральной части Российской Федерации при применении правильной агротехники возделывания можно ежегодно получать высокие урожаи семян и зеленой массы люпина, что окажет значительное влияние на решение кормовой проблемы животноводства.

Из зерна белого люпина сорта «Дега», изготавливают разные продукты переработки зерна, которые представлены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Продукты переработки зерна белого люпина сорта «Дега»: верхний ряд (справа налево) - оболочки, цельное зерно, крупка различных фракций; нижний ряд - мука из оболочек цельного зерна, крупки.

В этой связи с каждым годом тенденция увеличения посевов белого люпина только увеличивается. Урожайность семян белого люпина в определенной мере зависит от агроклиматических условий в период вегетации и уборки комбайнами.

У белого люпина ареалом распространения является регионы Центрального Черноземья и регионы, близлежащие к ним.

Сорта современной селекции белого люпина имеют сроки вегетации от всходов до уборки от 90 до 105 дней в зависимости от сорта. Таим образом, если посев производить в конце апреля — начале мая, то уборку можно будет начинать с середины августа.

Обеспечить сбор семян люпина при этом можно путем насильственного прерывания его роста с помощью дефолиации или десикации посевов [5].

Как видно из сказанного, уборка белого люпина проводится при значительно худших агроклиматических условиях, чем зерновых культур, что затрудняет условия работы комбайна.

Размерные характеристики зерен по длине и ширине близки. Длина зерен находится в пределах (8,1 ... 11) мм (математическое ожидание 9,58 мм), ширина (7,6 ... 10,7) мм (математическое ожидание 9,12 мм). Толщина имеет меньшие размеры и находится в пределах (3,5 ... 5,3) (математическое ожидание 4,424 мм).

а)

в)

Рисунок 1.2 - Вариационные кривые размерных характеристик семян белого люпина сорта «Дега»: а) длина; б) ширина; в) толщина.

На повреждения зерна при обмолоте в молотилке основное влияние оказывают окружная линейная скорость молотильного барабана и зазор между барабаном и подбарабаньем (декой). Данный зазор является переменным и изменяется в сторону уменьшения от входа массы в молотильное устройство к ее выходу. Как обобщающий параметр, мы фиксировали зазор на выходе из молотилки. В связи с этим проводить испытания начали при частоте вращения барабана 450 мин-1.

При испытаниях было установлено, что наибольшее влияние на повреждение зерна оказывает окружная линейная скорость бичей молотильного барабана. Так, при увеличении частоты вращение барабана на 100 мин-1 с 450 до 550 мин-1, повреждения увеличивались с 1,5 % до 5,5%, т.е. практически в 4 раза [18].

В связи с этим изыскание эффективных конструкторских и технологических параметров МСУ, устраняющих или уменьшающих влияние неблагоприятных погодных условий при уборке белого люпина, является одной из актуальных задач нашей работы.

1.2 Способы и средства уборки белого люпина

В конце XIX и начале ХХ столетия люпин на семена убирали вручную, связывали в снопы с последующим хранением в скирдах и обмолотом весной перед посевом на токах. При скирдовании между рядами снопов укладывали слой сухой соломы или веток, что улучшало воздухообмен, зеленые бобы подсыхали и дозревали в скирде. Таким образом сохранность и качество семян не ухудшались.

В начале XX века на уборке люпина начали применять жатки-самосброски, жатки-лобогрейки. Однако из-за больших потерь их применение было ограничено. Жатки-сноповязалки, несмотря на их большее совершенство, на уборке люпина почти не применялись, так как высокая влажность стеблей при скашивании (65.82%) приводила к порче снопов. Созревшие бобы обламывались при механическом воздействии вязального аппарата [97].

Внедрение в сельскохозяйственное производство зерноуборочных комбайном коренным образом изменило технологию уборки люпина.

В Нечерноземной зоне СССР эту культуру убирали в основном прямым комбинированием и лишь в лесостепной зоне Украинской ССР, где созревание и уборка семенных посевов происходят в сухую погоду, применяется раздельный способ уборки.

В 1963-1970 гг. ЦНИИМЭСХ и Западной МИС с целью выбора технологических схем, машин и приспособлений к зерноуборочным комбайнам и рекомендаций их производству были проведены исследования ряда технологических схем уборки люпина на зерно:

- прямое комбайнирование недефолированного люпина комбайнами с приспособлением ПЛК [53] и М.М. Беспалова (с отделением зрелых бобов от недозревших) [51];

- раздельная уборка со скашиванием люпина в валки и прокосы [58];

18

- прямое комбайнирование с применением дефолиации посевов [156];

- прямое комбайнирование с применением дефолиации посевов комбайнами, оборудованными приспособлениями ПЛЗ-4 и ПЛЗ-5 [85].

Проведенными исследованиями установлено, что прямая уборка комбайном СК-4А, оборудованным приспособлением ПЛК, сокращает потери в сравнении с непереоборудованным в 1,5-2,0 раза. Однако остаются высокими и превышают допустимые агротехническими требованиями (5%) в два-три раза [99].

Потери урожая при раздельной уборке люпина со скашиванием в валки и прокосы с последующим их подбором комбайном СК-4 с подборщиком ППТ-4 превышают допустимые агротребованиями в шесть-десять раз. Основная часть потерь приходится на подбор валков и прокосов вследствие их лежки, а также провяливания растений через стерню.

Дефолиация семенных посевов - эффективный технологический прием, который ускоряет созревание бобов на пять-десять дней и облегчает условия работы молотилки комбайна.

С 1970 г. в Белоруссии широко применяют технологию уборки люпина на зерно, состоящую из двух операций: предуборочной дефолиации и последующего прямого комбайнирования зерновыми комбайнами, оборудованными приспособлениями для снижения потерь зерна.

С этой целью ЦНИИМЭСХ совместно с ГСКБ (г. Ростов-на-Дону) 1972 г. разработано и рекомендовано в производство приспособление ПЛЗ-4 к комбайну СК-4А, а в 1974 г. ПЛЗ-5 к комбайну СК-5 «Нива» [76].

1.3 Состояние вопроса по механизации уборки люпина и задачи

исследования

В процессе развития и совершенствования уборочной техники особенно много исследований было направлено на усовершенствование молотильных устройств.

Молотильные устройства зерноуборочных комбайнов по конструкции молотильного барабана делят на два типа: бильные и штифтовые (зубовые).

Технологические преимущества бильного молотильного устройства перед штифтовым (меньше механическое повреждение зерна и перебивание соломы при обмолоте, простота и универсальность конструкции, лучшая приспосабливаемость к обмолоту сухих культур и др.), послужили причиной его широкого распространения во всем мире. Комбайны почти всех марок с однобарабанным молотильным устройством выпускаются в данное время с бильными барабанами. Только в двухбарабанных молотильных устройствах для обмолота риса первый барабан устанавливают штифтовый (зубовый).

Академик ВАСХНИЛ Ю.А. Вейс и доктор сельскохозяйственных наук К.Г. Колганов, исследуя процесс обмолота, обнаружили большое количество поврежденного зерна вследствие жесткой работы барабана. На основании своих исследований они предложили новые молотильные схемы, состоящие из двух барабанов. Достоинством х является то, что они снижают дробление и травмирование зерна [160].

Идея двухфазного (дифференцированного) обмолота высказана была ещё академиком В.П. Горячкиным в 1935 г. Она заключалась в том, что зерно более крупное менее прочно связано с колосом. Оно так же менее прочно по отношению к ударным воздействиям, чем мелкое зерно.

Первый комбайн, основанный на двухфазном способе обмолота, был разработан и испытан ВИМОМ совместно с ЧИМЭСХОМ. Результаты испытания этого комбайна подтвердили преимущество двухфазного способа обмолота. На основании работ ВИМа, ЧИМЭСХА, ВИСХОМа, а впоследствии КБ Красноярского комбайнового завода в 1965 г. была создана конструкция 2-х барабанного комбайна - СКД-5 «Сибиряк», принятого к производству с 1969 г. Дальнейшее развитие и обоснование двухфазный способ обмолота получил в трудах других исследователей. Следует отметить, что подавляющее большинство исследований 2-х фазного обмолота проводились на зерновых колосовых культурах.

Развитие конструкций молотильных аппаратов и исследования в этой области в настоящее время идут, в основном, в трех направлениях:

1. Увеличение производительности молотильных аппаратов;

2. Универсальность (способность обмолачивать различные сельскохозяйственные культуры);

3. Полнота вымолота продукта при минимальных механических повреждениях семян.

Раздельный способ уборки связан с проведением дополнительных операций и увеличением затрат, а с другой стороны, имеется возможность на 5-10 дней ускорить созревание скошенного в валки люпина, чем на корню. Раздельную уборку проводят в период побурения 50-70% бобов, а при опасности заморозков - в начале побурения бобов [144].

Скошенная масса подсыхает в валках постепенно. Люпин, скошенный в период блестящего приспевающего боба, подсыхает в зависимости от погоды и толщины валка за 10-15 дней. Чтобы не допустить плесневения массы и порчи семян в валках, необходимо обеспечивать как можно лучшие условия их

проветривания. Мощный травостой косят не на полный захват жатки, а на две трети его или половину, чтобы валок был не очень плотным и хорошо удерживался на стерне. Для раздельной уборки пригодны посевы, имеющие не менее 70-80 растений на 1 м2. Скашивают их на высоте 18-20 см. Такая высота стерни обеспечивает хорошее проветривание валка и улучшает работу подборщика. Изреженные и низкорослые посевы для раздельной уборки непригодны; валок не держится на стерне и в дождливую погоду растения плесневеют, семена портятся. Применение этого способа эффективно лишь тогда, когда после скашивания посевов 10-14 дней не будет дождя. Кроме того, при раздельной уборке люпина, потери зерна возрастают до 30-40%. Так, по данным ЦНИИМЭСХ НЗ СССР, потери при подборе толстослойных валков составили 25,8% (зерном в бобах - 21,5), а при подборе тонкослойных широких валков -48,3% (свободным зерном и в бобах - 27,3 и в неподобранных растениях - 21%). Большие потери возникают в результате обивания бобов пальцами подборщика, проваливания кистей в стерню и опадания бобов за счет ослабления связи их со стеблями и от повреждения растений плесневыми грибками. Сравнительно большие потери зерна бобовых при раздельной уборке наблюдаются и за рубежом. 203-477 кг/га в Польше.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аладьев Николай Алексеевич, 2017 год

Анализ литературных источников

I

Выводы и задачи исследования

Совершенствование конструкторских параметров МСУ

Патентный поиск

Обоснование конструкции подбарабанья

Обоснование конструкции подвеса

Анализ травмированности зерна

Оценка травмируемости зерна

Оценка всхожести зерна

Совершенствование технологических параметров МСУ

>

Моделирование процесса обмолота и сепарации МСУ

\ (

Обосновани молотильно е скорости го барабана

Обоснование зазора в молотильном пространстве

Рисунок 2.1 - Общая схема исследования

Далее этап «Совершенствование технологических параметров МСУ». В данном этапе приводится теоретический обзор на регулировку молотильно-сепарирующего устройства при уборке зернобобовых культур. Затем приводим моделирование процесса обмолота и сепарации МСУ, описываем метод определения коэффициента эффективности сепарации. Далее на основании практических исследований приводим обоснование молотильного зазора в молотильном пространстве и скорость вращения молотильного барабана.

Предпоследним этапом в схеме исследования идет экономическое обоснование проекта, в котором приводятся расчеты экономической эффективности от внедрения гладкого подбарабанья, для уборки белого люпина.

Последний этап «Выводы и рекомендации». На данном этапе приводятся выводы по приведенным исследованиям и рекомендации по настройке зерноуборочного комбайна на уборке белого люпина.

2.2 Анализ показателей влияний параметров технологических свойств культур на показатели работы машин

Основными показателями свойств культур влияющих на показатели работы машин являются влажность, окружная скорость бичей, зазоров в МСУ, величины подачи массы в молотилку, частоты вращения (окружной скорости) шнека, температуры нагрева при сушке на повреждение зерна, влияние молотильного зазора на сепарацию зерна. Степень и вид повреждений зерна (семян) при уборке и послеуборочной обработке определяются совокупностью разнообразных факторов. Проанализируем влияние каждого фактора на повреждаемость зерна.

На рисунке 2.2 представлена зависимость влияния влажности на макро и

микроповреждения зерна. При увеличении влажности зерна увеличиваются и

микроповреждения, так как оболочка зерна и семени при повышении влажности

становятся более мягкими и соответственно более восприимчивыми к

повреждениям, что влечет за собой увеличение микроповреждений (царапины,

трещины, выбоины, повреждения оболочки и т.п.). А уменьшение влажности,

38

приводит к уменьшению микроповреждений, в связи с укреплением (отвердением) оболочки зерна. Обратная зависимость у макроповреждений. С увеличением влажности, зерно становится мягким и упругим, что резко уменьшает шансы на получение макроповреждений (дробление, раздавливание, обрушивание, сколы), а уменьшение влажности увеличивает макроповреждения, так как зерно становится более твердым и при взаимодействии с металлическими поверхностями происходит жесткий удар. Зависимость макро- и микроповреждений отличается в процентном соотношении, так как вероятность получения микроповреждений намного выше, чем макро, это объясняется тем, что зерно сначала получает микроповеждения, а затем при получении дополнительного воздействия переходит в разряд макроповреждений. Так же для получения микроповреждения, силовое воздействие, необходимо намного меньше, чем при получении макроповреждения.

Рисунок 2.2 - Влияние влажности на макро- и микроповреждение зерна: 5 - дробление, м - микроповреждение

На рисунке 2.3 представлена зависимость окружной скорости бичей на макро и микроповреждения зерна. При увеличении окружной скорости бичей, у зерна увеличиваются микроповреждения, так как оболочка зерна и семени при повышении окружной скорости бичей становятся более восприимчивыми. Так как увеличивается сила, с которой бич воздействует на зерно, то это влечет за собой увеличение микроповреждений (царапины, трещины, выбоины, повреждения

оболочки и т.п.). Уменьшение окружной скорости бичей, приводит к уменьшению микроповреждений, в связи с уменьшением силы воздействия бича на зерно. Аналогичная зависимость у макроповреждений. С увеличением окружной скорости бичей, зерно получает более интенсивное воздействие, что увеличивает шансы на получение макроповреждений (дробление, раздавливание, обрушивание, сколы). И наоборот, уменьшение окружной скорости бичей уменьшает макроповреждения. Зависимость макро- и микроповреждений отличается в процентном соотношении, так как шансы получения микроповреждений намного выше, чем макро, это объясняется тем, что зерно сначала получает микроповеждения, а затем при получении дополнительного воздействия переходит в разряд макроповреждений. Плюс для получения микроповреждения, силы удара, необходимо намного меньше, чем при получении макроповреждения.

Рисунок 2.3 - Влияние окружной скорости бичей на макро- и микроповреждение зерна: 5 - дробление, м - микроповреждение

На рисунке 2.4 представлена зависимость зазора в молотильном пространстве на макро и микроповреждения зерна. При увеличении зазора в молотильном пространстве, у зерна уменьшаются микроповреждения, так как увеличивается толщина растительной массы в молотильном пространстве в результате уменьшается эффект удара бича по растительной массе и уменьшается

эффект «перетирания», так как увеличивает и сила, с которой бич ударяет по зерну, что влечет за собой увеличение микроповреждений (царапины, трещины, выбоины, повреждения оболочки и т.п.). А уменьшение зазора в молотильном пространстве, приводит к увеличению микроповреждений, в связи с уменьшением силы воздействия бича на растительную массу. Аналогиная зависимость у макроповреждений. С увеличением зазора в молотильном пространстве, зерно получает меньший урон, что уменьшает шансы на получение макроповреждений (дробление, раздавливание, обрушивание, сколы), и наоборот уменьшение зазора в молотильном пространстве увеличвает макроповреждения. Зависимость макро-и микроповреждений отличается в процентном соотношении, так как шансы получения микроповреждений намного выше, чем макро, это объясняется тем, что для получения микроповреждения, силы удара, необходимо намного меньше, чем при получении макроповреждений.

Рисунок 2.4 - Влияние зазора в молотильном пространстве на макро- и микроповреждение зерна: 5 - дробление, м - микроповреждение

На рисунке 2.5 представлена зависимость величины подачи массы в молотилку на макро и микроповреждения зерна. При увеличении величины подачи массы в молотилку, у зерна уменьшаются микроповреждения, так как увеличивается скорость прохождения и плотность растительной массы в молотильном пространстве. В результате уменьшается эффект удара бича по

растительной массе и уменьшается эффект «перетирания», так как уменьшается сила, с которой бич воздействует на зерно, что влечет за собой уменьшение микроповреждений (царапины, трещины, выбоины, повреждения оболочки и т.п.). А уменьшение величины подачи массы в молотилку, приводит к увеличению микроповреждений, в связи с увеличением силы воздействия бича на растительную массу. Аналогичная зависимость у макроповреждений. С увеличением величины подачи массы в молотилку, зерно получает меньшее воздействие, что уменьшает шансы на получение макроповреждений (дробление, раздавливание, обрушивание, сколы), и наоборот уменьшение величины подачи массы в молотилку увеличивает макроповреждения. Зависимость макро- и микроповреждений отличается в процентном соотношении, так как шансы получения микроповреждений намного выше, чем макро, это объясняется тем, что зерно сначала получает микроповеждения, а затем при получении дополнительного воздействия переходит в разряд макроповреждений. Такая же вероятность для получения микроповреждения, силы удара, необходимо намного меньше, чем при получении макроповреждения.

На рисунке 2.6 представлена зависимость частоты вращения (окружной скорости) шнека на макро и микроповреждения зерна. При увеличении частоты вращения (окружной скорости) шнека, у зерна увеличиваются макроповреждения (дробление, раздавливание, обрушивание, сколы), так как увеличивается скорость вращения шнека, соответственно увеличивается сила, с которой шнек воздействует на зерно, так как увеличивается воздействие, с которой бич ударяет по зерну, что влечет за собой увеличение микроповреждений (царапины, трещины, выбоины, повреждения оболочки и т.п.).

Рисунок 2.5 - Влияние величины подачи массы в молотилку на макро- и микроповреждение зерна: 5 - дробление, м - микроповреждение

Уменьшение частоты вращения (окружной скорости) шнека, приводит к уменьшению макроповреждений, в связи с уменьшением силы воздействия шнека на растительную массу. С увеличением влажности, зерно становится мягким и упругим, что резко уменьшает шансы на получение макроповреждений (дробление, раздавливание, обрушивание, сколы). Уменьшение влажности увеличивает макроповреждения, так как зерно становится более твердым и при взаимодействии с металлическими поверхностями происходит большее взаймодействие.

На рисунке 2.7 представлена зависимость влияния температуры нагрева при сушке на трещиноватость зерна. При увеличении температуры нагрева при сушке зерна, у зерна увеличивается трещиноватость зерна, так как увеличивается скорость сушки и соответственно скорость испарения влаги, что влечет за собой увеличение трещиноватости. А уменьшение температуры нагрева при сушке, приводит к уменьшению трещиноватости, в связи с уменьшением скорости сушки и соответственно скорости испарения влаги.

5.% 50

30

1.0

/

2% / у

1у1

' %

150 250 350 2,1 35 43 и_н

-1

Рисунок 2.6 - Влияние частоты вращения (окружной скорости) шнека на макроповреждение зерна: 5 - дробление

Рисунок 2.7 - Влияние температуры нагрева при сушке на трещиноватость зерна:

т - трещиноватость

На рисунке 2.8 представлена зависимость зазора в молотильном пространстве на сепарацию зерна. При увеличении зазора в молотильном пространстве, уменьшается сепарация зерна через подбарабанье, так как увеличивается толщина и плотность растительной массы в молотильном пространстве, в результате уменьшается эффект удара бича по растительной массе и уменьшается эффект «перетирания», так же зерну сложнее пробиться

через растительную массу к сепарирующей поверхности. А уменьшение зазора в молотильном пространстве, приводит к увеличению сепарации зерна, в связи с уменьшением слоя растительной массы.

N >

V ч >

N. > \

V - ■ч |

а АЛГ

Рисунок 2.8 - Влияние зазора в молотильном пространстве на сепарацию зерна: С - сепарация

2.3 Оценка сепарации белого люпина классическим молотильно-сепарирующим устройством

Основную часть потерь семян белого люпина при уборке зерноуборочным комбайнами составляют свободные зерна.

Регулировочные параметры комбайна при этом были следующие: частота вращения барабана 450 мин-1, молотильные зазоры между барабаном и подбарабаньем 20/10, частота вращения крыльчатки вентилятора 700 мин-1, зазоры между сегментами жалюзи верхнего решета - 18 мм, нижнего 12 мм, удлинителя - 18 мм. Средняя влажность стеблей 30%, створок 25%, семян - 18 %.

Очистка комбайна КЗС - 1218 работает сравнительно удовлетворительно. Потери семян в основном образуются из-за неудовлетворительной работы подбарабанья (низкой степени сепарации семян) и соломотряса, так как при выше описанных рабочих режимах, количество потерь свободным зерном составило 10%. Неудовлетворительная работа подбарабанья происходит из-за забивания

площади сепарации растительной массой. Это происходит из-за того, что растительная масса контактирует с поперечными пластинами, которые являются препятствием для движения массы и затормаживание пластинами приводит к забиванию сепарирующих отверстий деки (рисунок 2.14), что опять ухудшает процесс сепарации подбарабанья.

Проведение уборки было в учхозе имени Калинина, Мичуринского района Тамбовской области на зерноуборочной комбайне «Полесье GS 12». Комбайна в целом был в исправном состоянии и полностью соответствовал техническим требованиям, которые предъявляются к технике во время уборки. Параметры регулировок во время уборки не отмечались.

Конструкторские особенности рабочих органов комбайна, влияют на его работу. Например, молотильно-сепарирующая часть. На комбайне КЗС - 1218 была молотилка классического типа с разгонным барабаном. Интенсивное воздействие на обмолачиваемую массу фактически начинается при взаимодействии её с разгонным барабаном. Подбарабанье установлено, также как и под основным барабаном, что дает возможность начать сепарацию зерна уже в начале комбайна. Размер основного молотильного барабана составляет 800 мм. Следовательно, окружная скорость бичей молотильного барабана достаточно высокая.

Зерно белого люпина вымолачивается легко, следовательно потерь не вымолоченным зерном не было на всех режимах работы комбайна. Главной задачей исследования было определение влияния технологических регулировок зерноуборочного комбайна на повреждение зерна и его потери свободным зерном.

Повреждения зерна при обмолоте в молотилке происходит в основном благодаря влиянию окружной линейной скорости молотильного барабана и зазору между молотильным барабаном и подбарабаньем (декой). Поэтому зазор в молотильном пространстве является переменным и изменяется в сторону уменьшения от входа растительной массы в молотильное устройство к его

выходу. Обобщающим параметром, мы использовал зазор в молотильном пространстве на выходе из молотилки. В связи с вышесказанным, начало испытаний было при частоте вращения барабана 450 мин-1.

При испытаниях было установлено, что наибольшее влияние на повреждение зерна оказывает окружная линейная скорость молотильного барабана. Так, при увеличении частоты вращение барабана на 100 мин-1 с 450 до 550 мин-1, повреждения увеличивались с 1,5 % до 5,5%, т.е. практически в 4 раза. Зависимость повреждений зерна от оборотов молотильного барабана показана на рисунке 2.9

Рисунок - 2.9 Зависимость повреждений зерна люпина в зависимости от скорости вращения молотильного барабана (мин-1) при зазоре на выходе молотилки 10 мм.

На основании данных представленных на рисунке 2.9 можно утверждать, что частота вращения молотильного барабана не должна быть увеличена более 450 мин-1. Это минимально возможное значение данной величины на комбайне «Полесье GS 12». При этом необходимо отметить, что минимальные обороты барабана увеличивают величину крутящего момента на его привод. Это приводит к увеличению нагрузки на ремень привода вариатора молотилки, что может вызвать его проскальзывание. Данный факт увеличивает вероятность забивания

47

молотилки, что приводит к нарушению технологического процесса комбайна и большой трудоемкости устранения отказа. В этом случае повышаются требования к равномерности загрузки молотилки комбайна и не допущению ее перегрузки, даже кратковременной.

При уменьшении зазора на выходе молотилки с 10 до 3 мм величина макроповреждений зерна (дробления) соответственно увеличивалась от 1,6 до 3,0 %. Это значительно меньше, чем при изменении числа оборотов молотильного барабана. Зависимость повреждений белого люпина от зазора на выходе молотилки показана на рисунке 2.10.

Важным фактором является то, что кроме макроповреждений имеются микроповредения зерна, а их величина значительно больше. Зависимость микроповреждений зерна от зазора на выходе молотилки показана на рисунке 2.11. Анализируя данную зависимость видно, что при уменьшении зазора на выходе молотилки с 18 до 3 мм микроповреждения соответственно увеличиваются с 3 до 13 %. Этот факт наиболее значим, чем макроповреждения, так как микроповреждения в несколько раз выше.

К сожалению, нормативными документами, не установлена допустимая величина дробления зерна белого люпина рабочими органами машин при уборке. Если ориентироваться на зернобобовые, крупяные культуры и кукурузу, то для этих культур она составляет 3%. Приняв ее и для белого люпина, мы должны установить зазор на выходе молотилки не менее 18 мм.

Рисунок - 2.10 Зависимость дробления зерна белого люпина от зазора на выходе молотилки при частоте вращения молотильного барабана 450 мин-1.

м, 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% С о/о у = -0,0591п{х) + ОД 963 В2 0,5719

ф

♦

*

) 5 10 15 20 3, ММ

Рисунок - 2.11 Зависимость микроповреждений зерна люпина от величины зазора на выходе молотилки при частоте вращения молотильного барабана 450 мин-1

Как отмечалось выше белый люпин хорошо вымолачивается и потерь

недомолотом нет. Поэтому возникает вопрос, возможно ли дальнейшее

49

увеличение зазора на выходе молотилки, чтобы получить дальнейшее снижение микроповреждений зерна. Рассмотрим зависимость потерь свободным зерном за комбайном в зависимости от зазора на выходе молотилки (рис. 2.12).

у = 0,8111е°'07®х

О 5 10 15 20

Рисунок - 2.12. Зависимость потерь белого люпина свободным зерном от зазора на выходе молотилки при частоте вращения молотильного барабана 450 мин-1

Анализируя представленную на рисунке 2.12 зависимость, необходимо учитывать тот факт, что с увеличением зазора на выходе молотилки снижается интенсивность сепарации зерна в молотильной части через подбарабанье. Это связано с увеличением толщины слоя обмолачиваемой зерновой массы. Зерну значительно труднее в данном случае выделяться из вороха. А нам необходимо, чтобы основная часть зерна (до 80%) сепарировалась именно в молотилке. В нашем же случае, на счет ухудшения процесса сепарации недостаточное количество зерна выделяется в молотилке. Значит, больше его попадает на соломотряс. Тогда соломотряс не справляется в полной мере со своей функцией, что приводит к увеличению потерь свободным зерном за комбайном. Поэтому увеличивать зазор на выходе молотилки не целесообразно более 12 мм.

Основными факторами, влияющими на величину потерь семян люпина при его обмолоте являются подача, фракционный состав и влажность обмолачиваемого материала, конструктивные и режимные параметры молотильно-сепарирующих устройств зерноуборочного комбайна.

Потери семян белого люпина можно снизить следующими способами:

1) увеличить частоту вращения молотильного барабана, для того чтобы быстрее продвигать растительную массу (но при высоких скоростях семена будут сильно дробиться);

2) уменьшить зазор между бичами и подбарабаньем, для того чтобы уменьшить эффект расслаивания растительной массы и увеличить скорость прохождения (но при малом зазоре происходит сильное дробление семян белого люпина);

3) уменьшить подачу растительной массы, для того чтобы уменьшить забивание подбарабанья (при малой подаче, экономически не эффективна уборка культуры);

4) убрать поперечные планки с подбарабанья, тем самым устранить процесс забивания, путем процесса «самоочищения».

5) интенсифицировать процесс сепарации зерна белого люпина.

Из вышесказанного, можно сделать вывод, что зерно имеет крупный размер, легко вымолачивается, поэтому при малом зазоре, будет увеличиваться повреждения зерна, а при большом зазоре будет увеличиваться толщина растительной массы и соответственно ухудшаться сепарация зерна посредством залипания молотильно-сепарирующего устройства, что подтверждается полевыми опытами. Залипание молотильно-сепарирующего устройства представлено на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 - Процесс «залипания» подбарабанья молотилки во время уборки

белого люпина

Выводы. 1. На уборке белого люпина зерноуборочным комбайном «Полесье GS 12» необходимо установить частоту вращения молотильного барабана 450 мин-1.

2. Для обеспечения допустимой величины повреждения семян и снижения потерь белого люпина свободным зерном зазор на выходе молотилки необходимо установить 12 мм.

3. Необходимо изменить конструкцию молотильно-сепарирующего устройства, направленной интенсификацию процесса сепарации устранение процесса забивание подбарабанья.

2.4 Совершенствование конструкции молотильно-сепарирующего устройства для уборки белого люпина

Необходимо изменить конструкцию молотильно-сепарирующего устройства, чтобы не изменять процесс сепарации. Устранить забивание и улучшить очищение можно с помощью подбарабанья. Это возможно при

выполнении подбарабанья в виде гладкой цилиндрической сепарирующей поверхности, причем по всей сепарирующей поверхности выполнены сквозные отверстия продолговатой формы, расположенные рядами разной направленности под углом к направлению движения массы, так же молотильно-сепарирующее устройство отличается от классического прутково-планчатого молотильно-сепарирующего устройства тем, что подбарабанье из листового металла, это эту полезную модель получен патент №153237.

Полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения, и может быть использована при обмолоте зернобобовых культур зерноуборочными комбайнами и на стационарах.

Известно классическое молотильно-сепарирующее устройство зерноуборочного комбайна состоящее из молотильного барабана с бичами и подбарабанья с отверстиями для сепарации зерна [95]. (Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины - М.: С 29 Колос, 1994 - 751 с.)

Недостатком этого молотильно-сепарирующего устройства является снижение сепарирующей способности зерна через подбарабанье из-за его забивания при увеличении толщины слоя обмолачиваемой соломисто-зерновой массы в пространстве между молотильным барабаном и подбарабаньем, что является причиной перегрузки соломоотделителя и в итоге проводит к увеличению потерь свободным зерном за комбайном.

При уборке легковымолачиваемых, крупнозерновых,

легкотравмируемых культур, таких как зернобобовые увеличивают зазоры между молотильным барабаном и подбарабаньем, что ведет к увеличению в нем толщины слоя обмолачиваемой соломисто-зерновой массы и снижает эффект самоочищения поверхности подбарабанья. Конструкция подбарабания из прутков с поперечными пластинами предусматривает, прежде всего,

интенсификацию процесса вымолота зерна. Зернобобовые культуры вымолачиваются легко, поэтому нет необходимости в интенсификации вымолота. Например, при уборке белого люпина зерноуборочным комбайном КЗС-1218 «Палессе GS-12» при зазоре на выходе между молотильным барабаном и подбарабаньем 18 мм и частоте вращения молотильного барабана 450 мин-1 потери недомолотом отсутствовали во всех опытах. В данном случае поперечные пластины подбарабанья являются препятствием для перемещения обмолачиваемой массы в молотильно-сепарирующем устройстве, образуя за каждой планкой мертвое пространство, где скапливаются мелкая составляющая растительной массы. Такая конструкция приводит к забиванию сепарирующих отверстий подбарабанья именно при увеличенных зазорах (рисунок 2.3), что ухудшает сепарацию зерна через них. Из-за этого увеличивается загрузка соломоотделителя и в итоге увеличиваются потери свободным зерном за молотилкой комбайном. Не прошедшее через решетку подбарабанья зерно подвергается дополнительным ударным воздействиям бичей, что так же повышает вероятность дополнительного повреждения зерна.

Известно устройство подбарабанья конструкции Буркова Л.Н. (см. Патент №1259976, кл. А0№ 12/24, А0№ 12/26 2006 г.), содержащий продольные планки и поперечные прутья установлены по краям плоских изогнутых боковин на угле охвата 5+7° симметрично с обоих концов, а остальная часть подбарабанья выполнена в виде нескольких валов, установленных параллельно друг другу в боковинах с возможностью вращения.

Устройство подбарабанья молотильно-сепарирующего устройства (см. Патент №2058709, кл. А0№ 12/24 1996 г.), содержащий подбарабанье, которое снабжено дополнительными поперечными планками с рабочими кромками, выполненными из чередующихся прямолинейных участков, расположенных

на одном уровне с симметричными криволинейными участками, направленными вогнутостью к оси поверхности, огибающей рабочие кромки основных планок.

Недостатками данных моделей является сложность конструкции, а так же не устранение процесса забивания сепарирующих отверстий подбарабанья при уборке зернобобовых культур, требующих больших зазоров между барабаном и подбарабаньем. Так же в них может происходить повышенная повреждаемость зерна при обмолоте зернобобовых культур.

Задача полезной модели повышение сепарации зерна сквозь подбарабанье. Технический результат - снижение потерь зерна и уменьшение повреждения зерен за счет более интенсивного отвода его из зоны воздействия бичей молотильного барабана.

Поставленная задача решается за счет того, что подбарабанье молотильно-сепарирующего устройства выполнено в виде цилиндрической поверхности, с радиусом кривизны несколько большей, чем радиус траектории движения бичей молотильного барабана, что при смещении их центров позволяет выполнить молотильный зазор постоянно уменьшающимся от входа к выходу из молотильного пространства (патент №153237). Цилиндрическая поверхность подбарабанья по которой движется растительная масса гладкая со сквозными продолговатыми отверстиями, большая ось которых расположена под некоторым углом вдоль направления движения массы. Такая форма и расположение отверстий обеспечивает проход (сепарацию) мелкого вороха со свободным зерном по мере его образования, так как проекция движущегося зерна по направлению его движения (касательная к его траектории) должна иметь, как можно меньше препятствий из конструкторских элементов подбарабанья. Причем, чем крупнее зерно и больше радиус кривизны подбарабанья, тем должна быть

больше длина сепарирующих отверстий.

55

Конструкция подбарабанья, выполненная из листового материала, обеспечивает хороший эффект самоочищения при работе, так как отсутствуют мертвые зоны молотильного пространства, где при активном воздействии бичей барабана не происходит движение растительной массы, что не позволяет забиваться сепарирующим отверстиям. Кроме того, расположение продолговатых отверстий при чередующихся от ряда к ряду углах направлений большей оси отверстий к направлению движения массы вызывает поперечное колебания контактирующих с ними слоев растений. За счет этого интенсифицируется процесс сепарации зерна, как через слои растительной массы, так и через подбарабанье.

Устройство поясняется чертежами. На рисунке 2.3 представлена фотография прототипа с забитыми сепарирующими отверстиями подбарабанья.

На рисунке 2.14 показано молотильно-сепарирующее устройство.

Предлагаемое устройство состоит из молотильного барабана 1 с бичами 2 подбарабанья 3 с гладкой сепарирующей поверхностью на которой выполнены продолговатые отверстия 4, которые расположены рядами разной направленности под углом а к направлению движения массы в устройстве.

Работает устройство следующим образом, соломисто-зерновая масса поступает в зазор между вращающимся молотильным барабаном 1 и подбарабаньем 3. За счет удара бичей 2 по массе происходит обмолот, в результате чего образуется ворох, состоящий из зерна и незерновой части (соломы, половы, мякины и т.д.). Большая часть свободного зерна (70-80%) сепарируется (проваливается) через отверстия 4 подбарабанья 3. Остальная часть зерна выделяется из вороха в последствии на соломоотделителе.

Рисунок 2.14 - Молотильно-сепарирующее устройство.

Общий вид секции предлагаемого гладкого подбарабанья показан на рисунке 2.15.

Рисунок 2.15 - Общий вид секции гладкого подбарабанья (Патент

№153237)

Вывод. Предлагаемая конструкция подбарабанья МСУ зерноуборочного комбайна позволяет сократить потери свободным зерном и повреждение зерна при уборке зернобобовых культур.

Интенсифицировать процесс сепарации, предлагается через подбарабанье путем демфирующей подвески подбарабанья, отличающееся тем, что сепарирующее подбарабанье установлено с возможностью осуществления колебательных движений за счет того, что тяги подвески соединены с цапфами сепарирующего подбарабанья через упругие элементы, на эту полезную модель получен патент №153233.

Полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения, и может быть использована при обмолоте зернобобовых культур зерноуборочными комбайнами и на стационарах.

Классическое молотильно-сепарирующее устройство зерноуборочного комбайна состоит из молотильного барабана с бичами и подбарабанья с отверстиями для сепарации зерна. (Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины - М.: С 29 Колос, 1994 - 751 с.)

Недостатком этого молотильно-сепарирующих устройств (МСУ) является снижение сепарирующей способности зерна через подбарабанье при увеличении толщины слоя обмолачиваемой соломисто-зерновой массы в пространстве между молотильным барабаном и подбарабаньем, что является причиной перегрузки соломоотделителя и в итоге приводит к увеличению потерь свободным зерном за комбайном.

Увеличение зазоров в МСУ между молотильным барабаном и

подбарабаньем ведет к увеличению в нем толщины слоя обмолачиваемой

соломисто-зерновой массы. Это происходит при уборке легковымолачиваемых,

крупнозерновых, легкотравмируемых культур, таких как зернобобовые.

Например, при уборке белого люпина зерноуборочным комбайном КЗС-1218

58

«Палессе GS - 12» зазор на выходе МСУ рекомендовано установить 18 мм. Для сравнения при уборке зерновых колосовых культур рекомендуемых зазор 3...4 мм.

Известно устройство для его осуществления обмолота зерновых культур (см. Патент №1259976, кл. А 01 В 91/00, А 01 Б 12/18, 1986 г.), содержащий молотильный барабан и подбарабанье, снабженные жестко установленным под подбарабаньем вибровозбудитель, а барабан двумя синхронизированными вибровозбудителями, каждый вибровозбудитель выполнен в виде дебалансного вала.

Недостатком этого молотильно-сепарирующего устройства является сложность конструкции, повышение энергетических затрат на его привод, недостаточная надежность устройства, повышенные вибрационные нагрузки, увеличенная металлоемкость и значительные трудозатраты на обслуживание.

Задача полезной модели повышение сепарации зерна сквозь подбарабанье. Технический результат - снижение потерь зерна.

Поставленная задача решается за счет того, что в молотильно-сепарирующем устройстве зерноуборочного комбайна, включающем молотильный барабан с бичами и сепарирующие подбарабанье с системой его крепления, которое установлено с возможностью осуществления

колебательных движений за счет того, что подвески и сепарирующее подбарабанье соединены между собой через демпфирующие упругие элементы.

На рисунке 2.16 показана демфирующая подвеска подбарабанья. Предлагаемая конструкция состоит из молотильного барабана 1 с бичами 2 и подбарабанья 3 имеющего отверстия 4 для сепарации мелкого вороха с зерном. Тяги 5 подвески, через упругий элемент 6 соединены с цапфами 7 подбарабанья. Стенка корпуса молотилки 8 находится между тягами подвески 5 и

подбарабаньем 3, в отверстиях которой проходят цапфы 7.

59

Рисунок 2.16 - Демфирующая подвеска молотильно-сепарирующего устройства зерноуборочного комбайна

Работает устройство следующим образом, соломисто-зерновая масса поступает в зазор между вращающимся молотильным барабаном 1 и

подбарабаньем 3. За счет удара бичей 2 по массе происходит обмолот, в результате чего образуется ворох, состоящий из зерна и незерновой части (соломы, половы, мякины и т.д.). Большая часть свободного зерна (70-80%) сепарируется (проваливается) через отверстия 4 подбарабанья 3.

Усилие, возникающее при каждом ударе бича, через растительную массу передается на подбарабанье с жестко закрепленными в нём цапфами 7, соединенными через упругие элементы 6 с тягами 5 подвески подбарабанья. Так как тяги 5 подвески жестко закреплены на корпусе молотилки комбайна, то происходит деформация упругих элементов 6. Пульсирующие силовое воздействие со стороны бичей 2 молотильного барабана 1 и упругие свойства элементов 6 вызывают колебательное перемещение подбарабанья 3 с цапфами 7 в отверстиях стенок молотилки 8. В результате таких колебаний подбарабанья интенсифицируется процесс сепарации зерна через него. Снижается повреждение зерна за счет не жесткого удара по обмолачиваемой массе и более интенсивного выхода из зоны действия бичей за счет улучшения сепарации зерна. Вибрация подбарабанья так же способствует его самоочистки поверхности подбарабанья.

Выводы. Конструкция крепления подбарабанья молотильно-сепарирующего устройства зерноуборочного комбайна обеспечивает высокую эффективность сепарации зерна, позволяет сократить потери свободным зерном за комбайном и уменьшить его повреждение при уборке зернобобовых культур.

2.5 Коэффициент сепарации

Рассматриваем работу молотильно-сепарирующего устройства. Основная задача молотильно-сепарирующего устройства - вымолот зерна из бобов и сепарация его из движущегося потока растительной массы. Вымолот зерна представляет собой разрушение связи зерна с бобом. В современных молотильно-сепарирующих устройствах, происходит за счет ударов бичей по грубому вороху

и протаскивание его с помощью вращающегося молотильного барабана в молотильном зазоре.

Процесс работы молотильно-сепарирующего устройства предусматривает следующие этапы: поступает растительная масса, происходит обмолот, получаем грубый ворох, затем сепарируем из грубого вороха зерно. Отсюда выделяем две важные задачи:

1) вымолот является приоритетным для культур трудно вымолачиваемых, которые неравномерно созревают. Для белого люпина обмолот должен быть мягкий, так как зерно крупное, бобы разрушаются легко. Значит вымолот не является лимитирующим фактором и практически обеспечивается при достаточно мягких режимах работы;

2) сепарация зерна из грубого вороха через подбарбанье, то есть получение мелкого вороха, определяет качество работы молотильно-сепарирующего устройства, так как первый фактор не является лимитирующим для белого люпина. Сепарация зерна белого люпина затруднена тем, что необходимо иметь увеличенный зазор между молотильным барабаном и подбарабаньем. Значит толщина слоя обмолачиваемой массы увеличивается, а выделение (сепарация) зерна при этом ухудшается. Кроме того, для толстого слоя массы ухудшается процесс самоочищения подбарабанья, за счет расслоения массы, так как ее нижние слои тормозятся поперечными планками.

Качество работы молотильно-сепарирующего устройства определяют коэффициентами недомолота, сепарации, дробления и засоренности зерна, которое поступило на очистку. Рассмотрим более подробно коэффициент сепарации, так как он является самым весомым при уборке белого люпина.

Коэффициент сепарации Sм представляет собой массовую долю зерна,

выделенного из обмолоченного грубого вороха в пределах молотильно-

сепарирующем устройстве в общей массе зерна. Совокупность половы и зерна

62

называют мелким зерновым ворохом; совокупность зерна, соломы и половы -грубым. Вместе с вымолотом, молотильно-сепарирующее устройство сепарирует большую часть ^м=0,8...0,95) зерна из вороха. В процессе использования зерноуборочных комбайнов, необходимо повышать коэффициент Sм правильным выбором регулируемых параметров и режима работ молотильно-сепарирующего устройства [95, 172].

Сепарацию зерна в пределах молотильного пространства для МСУ различных модификаций и типов можно определить по зависимости

где ем - сход зерна из МСУ с соломой на начало сепаратора грубого вороха.

Сход вымолоченного зерна с соломой, в свою очередь, определим по уравнению

е.. =100 -е"-"Л

(2.2)

где - коэффициент сепарации зерна, 1/м; е - 2,71 - основание натурального логарифма; 1м - длина деки (молотильной части кожуха ротора), м.

Коэффициент сепарации зависит от большого количества факторов, среди которых одним из главных является величина приведенной подачи массы. В функции подачи зависимость имеет вид

„ ы.

(2.3)

где - пропускная способность МСУ или молотилки в целом, кг/с; -конкретная (реальная или расчетная) величина приведенной подачи в комбайн

(молотилку); - номинальное значение коэффициента сепарации, соответствующее загрузке, равной пропускной способности [94].

Значения 'и' '"лш и ^ для различных МСУ приведены в табл. 2.1.

Значения показателей для расчета потерь зерна недомолотом и сепарации зерна в Для различных модификаций и типов МСУ сепарация, %,

£ = 100(1 - в^ )

(2.4)

где — коэффициент сепарации зерна, м 1; 1м — длина деки или молотильной части аксиально-роторных МСУ, м [94].

Коэффициент сепарации зависит от многих факторов, главным из которых является приведенная подача массы. В функции подачи зависимость имеет вид

Цы = 1^0 -М/ ф (2.5)

где Цш — номинальное значение коэффициента сепарации, соответствующее пропускной способности

— пропускная способность МСУ или молотилки в целом, кг/с;

qi , — конкретная (реальная или расчетная) приведенная подача массы в комбайн (молотилку).

Значения ^ , цмо и для различных МСУ приведены в таблице 2.1 [94].

р я

Таблица 2.1 Значения показателей для определения «и м

Показатели

Тип комбайнов Р0, % м, кг/с кр Ам/А, м Ь0, 1/м къ 1/м

ПН-100 26...30 3,5 2,5 0,68/1,65 3,0 0,20 3,5.3,9

К3С-3 25...28 3,2 2,5 0,65/0,65 5,3 0,90 2,0.2,2

СК-5М 25.28 5,0 2,5 0,78/0,78 5,3 0,90 2,0.2,2

Енисей-1200-1 24.27 5,5 2,5 0,68/0,68 5,4 0,90 2,1.2,4

Дон-1500 28.32 8,0 2,0 0,92/0,92 4,8 0,40 1,8.1,95

СК-10В 8.10 11,0 1,0 1,10/2,30 1,5 0,12 3,4.3,6

Дон-2600ВД 8.10 12,0 1,0 1,10/2,60 1,5 0,12 3,4.3,6

2.6 Процесс сепарации белого люпина в усовершенствованном молотильно-

сепарирующем устройстве

Для повышения эффективности работы молотильно-сепарирующего устройства на уборке белого люпина целесообразно использовать гладкое подбарабанье (патент №153237). Рассмотрим процесс сепарации зерна белого люпина в молотильно-сепарирующем устройстве с гладким подбарабаньем.

Из литературных источников известно [36, 50, 55,78, 87, 155], что интенсивность сепарации зерна изменяется по углу обхвата молотильного барабана, поэтому количество отсепарированного зерна изменяется по зависимости, представленной на рисунке 2.17.

Рисунок 2.17- Зависимость сепарации семян: / (ср) - это функция сепарации в зависимости от угла обхвата подбарабанья (деки), ф - угол обхвата деки, ф1 -

максимальный угол обхвата деки.

Данная зависимость может быть аппроксимирована уравнением следующего вида:

/ = ^Г = а<?2 + + с

(2.6)

Воспользуемся начальными условиями, подставляем ф = 0 (растительная масса находится на входе в молотильный зазор):

/(0) = аО2 + &0 + с

с — 0

Скорость изменения процесса показывает продифференцируем уравнение 2.6, тогда имеем:

/I О) = 2 аср+Л 66

производная,

Для определения значения коэффициентов в выражении 2.7, воспользуемся начальными условиями ф = 0:

/1(0) = 2а- 0+^ = к (2.7)

Параметр характеризует процесс сепарации, обозначим его через к.

Для определения значения коэффициентов в выражении 2.7, воспользуемся начальными условиями ф = ф1:

/'(^1) — 2а(р1 + & = 2 а<р1 + к = 0

касательная к кривой в точке , горизонтальна.

Отсюда находим коэффициент:

_ к

Характеристическая функция сепарации:

Подставляем коэффициент а в формулу 2.1 для нахождения характеристической функции:

^ ( ( г) = ±2 + к ( 1 = ( 1 \ (2.8)

Нам известны два параметра СР1, к), для нахождения сепарированной массы зерна, имеем из (2.8):

т3 = (р (2.9)

Из уравнения 2.9, выражаем к:

к = — (2.10)

<р± '-град

к - коэффициент интенсивности сепарации, показывает скорость сепарации через подбарабанье. Он определяется экспериментально.

2.7 Выводы по 2 главе.

1. Приведенная общая схема исследования, показывает последовательность и структуру выполняемой работы.

2. Степень и вид повреждений зерна (семян) при уборке и послеуборочной обработке определяются совокупностью разнообразных факторов. Влияние данных факторы проанализированы в данной главе.

3. Исследовано влияние технологических параметров молотильно-сепарирующего устройства на повреждения белого люпина. Определено влияние частоты вращения молотильного барабана и зазоров в молотильном пространстве на качественные показатели работы комбайна. Рекомендуемая частота вращения молотильного барабана составляет 450 мин-1, молотильного зазора на выходе из молотилки до 18 мм.

4. Для повышения эффективности работы молотильно-сепарирующего устройства необходимо изменить его конструкцию, для интенсификации процесса сепарации зерна через подбарабанье.

5. Обоснована конструкторско-технологическая схема молотильно-сепарирующего устройства, на основании патентов №153233 и №153237.

6. Разработана математическая модель сепарации зерна через гладкое подбарабанье.

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Объекты исследования

Исследованию работы молотильных устройств уделяется большое внимание. Такой интерес обусловлен ролью, которую играет молотильный аппарат в выполнении всего технологического процесса зерноуборочного комбайна. Его работа во многом определяет режим и качество работы последующих рабочих органов и агрегата в целом. Это основной потребитель энергии машины.

В современных зерноуборочных комбайнах наибольшее распространение получил молотильный аппарат с барабаном бильного типа, который должен обеспечивать:

- полный вымолот зерна из колоса;

- максимально возможное просеивание вымолоченного зерна через деку.

В нашем исследовании мы использовали зерноуборочный комбайн КЗС-1218 (Полессе ОБ-12). Технические характеристики представлены на таблице 3.1, 3.2.

Таблица 3.1 - Технические характеристики зерноуборочного комбайна КЗС-1218

Характеристика Ед. изм. Значение

1 2 3

Двигатель

Марка ЯМЗ-238ДЕ-22

Мощность двигателя номинальная кВт (л.с.) 330

Молотилка

Ширина молотильного барабана мм 1500

Диаметр молотильного барабана:

- первого мм 600 (предварительный ускоритель)

1 2 3

- второго мм 800(молотильный барабан)

Частота вращения вала барабана мин-1 440-875

Тип соломотряса 5-тиклавишный

Площадь сепарации, не менее м2 6,15

Общая площадь решет очистки, не менее м2 5

Общая площадь сепарации подбарабанья, не менее м2 2,39

Очистка трехкаскадная с продувкой каскадов

Бункер зерновой трансформируемый, с автоматической сигнализацией заполнения и принудительной выгрузкой

Объем бункера, не менее м3 8

Погрузочная высота выгрузного шнека, не менее мм 4400

Длина вылета выгрузного шнека, не менее мм 3300

Управление выгрузным шнеком электрогидравлическое с места оператора

Угол поворота выгрузного шнека, не менее град 101

Пропускная способность по хлебной массе, не менее кг/с 12

Производительность по зерну за час основного времени, не менее т/ч 18

Ширина захвата жатки м 6,0; 7,0; 9,2

Ширина захвата подборщика м 3,4

Емкость топливного бака, не менее л. 600

Габаритные размеры и масса

Габаритные размеры в основной комплектации (самоходная молотилка, зерновая жатка шириной захвата 7 метров) в рабочем положении, не более:

1 2 3

- длина мм 10850

- ширина мм 7600

- высота мм 4500

Масса в основной комплектации (без учета транспортной тележки) кг 16600

В качестве опций могут быть поставлены:

Приспособления для уборки рапса. Ширина захвата м 6,0; 7,0

Комплекты оборудования с жаткой для уборки кукурузы на зерно. Число убираемых рядков шт. 6; 8

Жатки для уборки подсолнечника. Число убираемых рядков шт. 8; 12

Жатки для уборки сои. Ширина захвата м 6,0; 7,0

Редуктор понижения числа оборотов барабана

Таблица 3.2 - Техническая характеристика молотилки зерноуборочного комбайна

КЗС-1218 «Палессе GS - 12»

Параметр Един. измерения Величина

Ширина молотилки мм 1500

Диаметр молотильного барабана мм 800

Частота вращения молотильного барабана мин-1 442.876

Диаметр барабана-ускорителя мм 600

Частота вращения барабана-ускорителя мин-1 472.932

Площадь сепарации подбарабаний м2 2,39

Число клавиш соломотряса шт. 5

Площадь сепарации соломлтряса м2 6,15

Количество каскадов очистки шт. 3

Площадь решет очистки м2 5

Объектами исследования, в разной мере влияющими на качество работы молотильного аппарата, являются как формирующие процесс рабочие органы, так и предшествующие ему и следующие за ним, а также объекты их непосредственного воздействия:

- решетчатое подбарабанье (дека);

- рабочая среда (растительная масса);

- сопротивляющаяся среда (воздух);

- приемный и отбойный битеры.

Перечисленные объекты по-разному влияют на процесс сепарации. Воздействие барабана на процесс сепарации состоит в том, что он играет одну из главных ролей в формировании среды, из которой происходит выделение зерна.

С точки зрения сепарации главной характеристикой подбарабанья можно считать его сепарирующую поверхность. Этим влияние деки на процесс сепарации не ограничивается. Вполне очевидно, что она, как и барабан, оказывает воздействие на среду в молотильном зазоре. Непосредственное воздействие растительной массы и воздушных потоков на процесс сепарации общее: они препятствуют перемещению выделяющегося материала. Однако это противодействие различно, и поэтому каждая из сред может быть самостоятельным объектом изучения.

Влияние битеров на процесс сепарации заключается в воздействии их на хлебную массу, находящуюся вне молотильного зазора, но связанную с рабочей средой подбоя силами сцепления элементов.

В настоящее время проведено фундаментальное теоретическое и экспериментальное изучение основных факторов, определяющих процесс обмолота.

Установлено, что большое влияние на его качество оказывают параметры и режим работы молотильного барабана. В этом направлении работа барабана изучена достаточно полно, и получены как экспериментальные, так и аналитические зависимости, но в нашем случае, исследования по обмолоту белого люпина изучены не достаточно.

Недостаточная изученность других объектов может быть объяснена сложностью процессов, трудоёмкостью их изучения и неточным определением функций.

Исследование решетчатого подбарабанья были направлены на изучение его конструкторских и технологических параметров, обеспечивающих удовлетворительный вымолот и минимальное дробление зерна. Изучению сепарации декой не уделялось должного внимания, хотя известно, что она является первым и самым важным сепарирующим органом комбайна, в нашем случае при уборке белого люпина. Кроме того, дека вместе с барабаном оказывает решающее влияние на формирование и деформацию хлебной массы, поступающей на последующие рабочие органы.

Громадная роль молотильного барабана и деки в формировании всех процессов в молотильном зазоре, и в первую очередь процесса сепарации. Слабая изученность этой роли, при уборке белого люпина, делают их предметами первоочередного исследования.

Таким образом, главными объектами изучения являются:

- молотильный барабан;

- решетчатая дека.

3.2 Планирование эксперимента

Для оценки влияния технологических параметров целесообразно провести исследования на основе планирования эксперимента. В качестве технологических воздействий используются: частота вращения молотильного барабана и зазор в молотильном пространстве.

Для определения технологических воздействий целесообразно провести исследования, спланировав эксперимент.

3.2.1 Критерий оптимизации, значимые факторы и их уровни варьирования

Основными критериями, характеризующими процесс работы молотильно-сепарирующего устройства, являются макроповреждения, микроповреждения зерна, сепарация, потери свободным зерном за зерноуборочным комбайном.

Для обоснования технологических параметров молотильно-сепарурующего устройства комбайна на уборке белого люпина были оценены все возможные парметры. Значимыми среди них являются скорость вращения мотильного барабана (фактор А) и зазоры в молотильном пространстве (фактор Б). Выбираем пределы варьирования для этих показателей. Скорость вращения молотильного барабана от 450 до 550 мин-1. Зазор на выходе из молотильного пространства (как обобщающий фактор для зазоров на входе и выходе) от 6 до 18 мм.

На основании однофакторных экспериментов было установлено, что функция отклика от данных факторов зависит не линейно. На основании этого выбираем три уровня варьирования данных факторов: для частоты вращения молотильного барабана 450, 500 и 550 мин-1; для зазора на выходе из молотильного пространства соответственно 6, 12 и 18 мм. Выбираем 2-х факторный план проведения экспериментов 32 (таблица 3.3).

Таблица 3.3 - Интервалы и уровни варьирования факторов

Уровни Факторы, в натуральном виде Факторы, в кодированном виде

А - частота вращения молотильного барабана Б - зазор на выходе из молотильного пространства Х2 Хз

Верхний 550 18 + 1 +1

Основной 500 12 0 0

Нижний 450 6 -1 -1

3.2.2 Оптимизация технологического процесса молотильно-сепарирующего

устройства

В развернутом виде матрица планирования для проведения полевых экспериментов по плану 32 для кодированных факторов представлена в таблице 3.4, где число опытов в рандомизированной последовательности равно 9.

Приведем экспериментальные исследования по матрице расположенной в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Матрица планирования эксперимента по плану 32 при кодированных значениях факторов

№ опыта Х1 частота вращения молотильного барабана Х2 зазор на выходе из молотильного пространства х 12 х 22 х 1X2

1 -1 -1 +1 +1 +1

2 0 0 0 0 0

3 +1 +1 +1 +1 +1

4 -1 0 +1 0 0

5 0 -1 0 +1 0

6 +1 -1 +1 +1 -1

7 -1 +1 +1 +1 -1

8 0 +1 0 +1 0

9 +1 0 +1 0 0

3.3 Анализ повреждаемости зерна белого люпина

В процессе уборки и послеуборочной обработки рабочие органы машин в той или иной мере повреждают зерно или семена, снижая их товарные, технологические (продовольственные), посевные, продуктивные качества.

Зерна с явными механическими повреждениями (битые, раздавленные, обрушенные), раздутые при сушке, поврежденные самосогреванием, являясь зерновой примесью, снижают товарность партии.

Нарушение целостности зерна (семян) приводит к увеличению интенсивности дыхания, ускоренному развитию микроорганизмов, снижению стойкости и сроков безопасного хранения. Наличие в исходном зерновом материале повреждений увеличивает их количество при каждом последующем пропуске через машины, что снижает выход первосортной товарной продукции.

Непосредственные повреждения зародыша и повышенная степень поражения поврежденных семян бактериями, грибковыми организмами и клещами снижают полевую всхожесть семян, замедляют рост и уменьшают продуктивность растений.

Снижение товарности, порча при хранении, перерасход семян от 0,08 до 0,2 ц/га, недобор урожая из-за изреженности и малопродуктивное растений до 1,4...3 ц/га, а также прямые потери наиболее мелких частиц дробленого зерна (10...15 % от его массы) - потери распылом - все это приводит, по подсчетам специалистов, к недобору урожая в стране на 5,5...7 %. Поэтому при оценке качества работы зерноуборочных комбайнов (ОСТ 10 8.1 - 99) и машин для послеуборочной обработки зерна (СТО АИСТ 10.2 - 2004) одним из важных показателей считают повреждение зерна: дробление, дробление + обрушивание (для пленчатых культур), трещиноватость (для риса), микроповреждения.

Агротехническими требованиями установлены следующие предельно допустимые величины повреждения зерна (семян) различных с.-х. культур (табл. 3.5).

Таблица 3.5 - Допустимые величины дробления зерна (семян) рабочими органами машин, %_

Культура Зерновые колосовые Зернобобовые, крупяные, кукуруза Клевер Рис Подсолнечник Злаковые травы Клещевина

При уборке 2 3 5 4* 3* 10* 3*

При послеуборочной обработке 0.8 - - 2* 0,4* 6,5* 2*

Примечание. Звездочкой (*) обозначено дробление + обрушивание

Виды механических повреждений зерна. Все повреждения зерна делят на две большие группы: макроповреждения и микроповреждения (рис. 3.1).

К макроповреждениям относят дробление, раздавливание, обрушивание, т.е. такие повреждения, которые изменяют физико-механические свойства семян (размеры, удельный вес, состояние поверхности, парусность). Большинство макроповрежденных зерен можно выделить на очистительных и сортировальных машинах.

Рисунок 3.1 - Классификация механических повреждений зерна Микроповреждения (царапины, трещины, выбоины, повреждения оболочки и т.п.) практически ни изменяют физико-механических свойств зерна, но оказывают отрицательное воздействие на его посевные и продовольственные качества. Зерно (семена) с микроповреждениями практически невозможно отделить от неповрежденного даже на самом совершенном оборудовании.

Степень и вид повреждений зерна (семян) при уборке определяется совокупностью разнообразных факторов, характеризующих как зерновой материал, так и зерноуборочный комбайн. Анализ причин механических

повреждений зерна приведен на рис. 3.2. Влажность зерна по-разному влияет на его повреждения. Ее увеличение приводит к снижению потерь дроблением. Микроповреждения, напротив, возрастают с ростом влажности. Поэтому рекомендуется проводить уборочные работы при определенной влажности зерна, которая для белого люпина составляет 11—20 %.

Методы определения количества поврежденного зерна. В настоящее время макроповреждения зерна (семян) определяют прямым органолептическим (визуальным) методом, а микроповреждения - как прямыми, так и косвенным биологическим методами.

Определение количества макроповрежденного зерна производится следующим образом, От партии зерна отбирают средний образец (в соответствии с ГОСТ 13586.3-83. «Зерно. Правила приемки и методы отбора проб») и выделяют из него две навески. Для различных культур установлены следующие размеры навесок (таблица 3.6).

Таблица 3.6 - Масса навесок при отборе проб на дробление

Культура Масса навески то, г

Кукуруза, горох фасоль, клещевина, бобы 200

Подсолнечник, соя, люпин, чина, бахчевые 100

Зерновые колосовые, гречиха, вика, рис 50

Просо, сорго, конопля, кенаф, свекла 20

Лен, редис, редька, ревень, спаржа 10

Горчица, рапс, томаты, капуста, брюква, лук, перец 5

Анис, морковь, клевер, люцерна, овсяница, пырей 4

Петрушка, репа, салат, укроп, щавель, тимофеевка 2

Анализ проводят по ГОСТ 30483-97. Каждую навеску разбирают на «разборных досках», отделяя макроповрежденное зерно (семена) от целого. Выделенное макроповрежденное зерно массой тп взвешивают с точностью до

0,01 г и по зависимости 8

т„

шг

■100,% определяют с точностью до второго знака

искомую величину. В отчет заносят среднюю по двум навескам величину.

Количество микроповрежденного зерна при испытаниях зерноуборочных комбайнов чаще всего определяют прямым органолептическим методом.

Рисунок 3.2 - Причины механических повреждений зерна

В соответствии с ОСТ 108.1-99 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины зерноуборочные. Методы оценки функциональных показателей»

79

определение должно проводиться после анализа навесок зерна на дробление (макроповреждение). От основной части навески (целое зерно) отбирают 2 пробы по 100 зерен в каждой, а от среднего образца - 4 пробы (400 зерен). Каждое зерно осматривают через лупу 10-кратного увеличения с целью выявления всех микроповреждений (выбит зародыш, поврежден зародыш, повреждена оболочка зародыша, поврежден эндосперм). Общее число зерен с микроповреждениями в каждой пробе является, естественно, и количеством микроповрежденного зерна в процентах.