Повышение производительности соргоуборочного комбайна, как и других уборочных машин, влияет на сокращение сроков выполнения работ, повышение качества и снижение себестоимости убираемой сельскохозяйственной культуры. Факторы, влияющие на повышение производительностисоргоуборочного комбайна с принципиально новым молотильно-сепарирующим устройством инерционно-очесного типа, изучены частично, разрозненно. Поэтому исследование данного вопроса является актуальной задачей.
Цель исследования
Анализ факторов, влияющих на производительность соргоуборочного комбайна.
Метод исследования
Использован экспертный метод.
Результаты исследования
Сотрудниками Волгоградского государственного аграрного университета разработаны нескольких модификаций соргоуборочного комбайна [6, 7, 8, 9] с принципиально новым молотильно-сепарирующим устройством инерционно-очесного типа, основным рабочим органом которого является щелевой битер с транспортирующей пластиной [3]. На рисунке 1 представлена схема одномодульного навесного соргоуборочного комбайна модификации 2014 г.
1 – нормализатор, 2 – вальцы, 3 – прямоточная выносная молотильная камера,
4 – зерносборник, 5 – трубопровод, 6 – циклон, 7 – вентилятор, 8 – емкость,
9 – заслонка, 10 – бункер, 11 – жатка, 12 – транспортер растений, 13 – тележка
Рис. 1. Схема одномодульного навесного соргоуборочного комбайна
Комбайн работает следующим образом. При уборке (например, сорго) растения подхватывает нормализатор 1 и отклоняет их, устанавливая перпендикулярно к плоскости вальцов 2 прямоточной выносной молотильной камеры (ПВМК) 3. Растения обмолачиваются ПВМК 3. Обмолоченное ПВМК 3 зерно поступает в зерносборник 4, откуда засасывается вентилятором 7 по трубопроводу 5 в циклон 6. В циклоне 6 происходит отделение пыли и легких примесей, в том числе и половы, от зерна. Зерно под действием силы тяжести падает из циклона 6 вниз в емкость 8, перекрываемую заслонкой 9, в случае открытия которой зерно поступает в бункер 10 комбайна.
Воздух с отделенными от зерна пылью, легкими примесями и половой поступает в вентилятор 7, очищается от пыли с помощью фильтра, установленного на выходе вентилятора, и выбрасывается наружу.
Обмолоченные растения срезаются жаткой 11 и укладываются на транспортер растений 12, который подает их в прицепную тракторную тележку 13. Гидравлическая навеска позволяет устанавливать ПВМК 3 на необходимую высоту обмолота. Высота среза растений жаткой также регулируется.
Базой и энергетическим средством одномодульного навесного соргоуборочного комбайна модификации 2014 г. является самоходное шасси Т-16М.
Предложенный соргоуборочный комбайн, обладая существенными преимуществами перед серийными машинами по энергоемкости обмолота растений и качеству работы, имеет низкую производительность.
Известно, что производительность соргоуборочного комбайна за смену, исчисляемая площадью убранной культуры, определяется по зависимости [4]:
, (1)
где n – число модулей, Вр – рабочая ширина захвата одного модуля, м, Vр – рабочая скорость комбайна, км/ч (если Vр измеряется в м/с, то коэффициент в формуле (1) равен 0,36), Тсм – продолжительность смены, ч; τ — коэффициент использования времени смены.
Рассмотрим составляющие зависимости (1).
1. Число модулей соргоуборочного комбайна (n) обосновано в работе [4], авторы которой определили расчетные значения сменной производительности комбайна в зависимости от числа модулей комбайна при изменении длины гона поля. Установлено, что при уборке веничного сорго на полях с длиной гона до 300 м наиболее производительными являются одно- и двухмодульные комбайны, на полях с длиной гона от 600 до 900 м – трехмодульные, от 1200 до 1500 м – четырехмодульные, а на полях, у которых длина гона более 1500 м, – пятимодульные.
2. Рабочая ширина захвата одного модуля (Вр) соргоуборочного комбайна определяется шириной междурядий убираемой сельскохозяйственной культуры. Так, при уборке веничного сорго Вр= 0,7 м, зернового сорго Вр= 0,45 м, зерновых колосовых культур Вр= 0,15 м и т.д. Следовательно, повысить производительность соргоуборочного комбайна за счет увеличения рабочей ширины захвата одного модуля возможно только путем обмолота нескольких рядков растений. Для достижения этой задачи нами разработан щелевой битер с подвижными лопастями [1]. Разработка дает возможность установления переменного радиуса щелевого битера и минимизации его в нерабочей зоне для обеспечения обмолота двух и более рядков метелочных и зерновых колосовых культур.
3. Рабочая скорость комбайна (Vр). Доказано, что рабочая скорость соргоуборочного комбайна является случайной величиной. Она как по среднему значению, так и по отклонениям от него связана с колебаниями мощности двигателя энергетического средства комбайна, сопротивления обмолота растений на корню и последующего скашивания их. Возможны изменения рабочей скорости комбайна и по другим причинам, например из-за несимметричности агрегата, увода комбайна от прямолинейного направления, изменяющейся влажности почвы на разных участках поля, неровностей микропрофиля поверхности поля.
Увеличение рабочей скорости комбайна ограничено качеством его работы.
4. Продолжительность смены (Тсм) нормирована, Тсм= 7 ч. Время смены Тсм складывается из затрат времени на: производительную или чистую работу Т0; повороты агрегата в конце гона Тх; технологическое обслуживание комбайна Ттех; ежесменное ТО комбайна ТЕТО; приемку и сдачу комбайна в начале и конце смены, переезд к месту работы и обратно, получение наряда и сдачу работы Тпз; возможные простои комбайна Тпр, связанные с физиологическими потребностями комбайнера, Тфиз, организационными причинами Торг и из-за метеорологических условий Тмет. Из всех этих видов простоев в нормируемое время смены Тсм.н включают только Тфиз.
Чтобы повысить производительность соргоуборочного комбайна, необходимо снижать непроизводительные затраты времени.
5. Коэффициент использования времени смены (τ). Данный коэффициент рассчитывается по формуле:
τ = Т0 / Тсм , (2)
где Т0 — время производительной (или чистой) работы комбайна.
С целью повышения коэффициента использования времени смены, а, следовательно, и производительности соргоуборочного комбайна, выявлена необходимость принудительной подачи растений в прямоточную выносную молотильную камеру.
При принудительной подаче важно обеспечить правильный угол наклона растений в момент входа в ПВМК, т.е. перпендикулярно к обмолачивающим вальцам. Эту операцию выполняет предложенный нами «нормализатор», представляющий собой цепочно-планчатый транспортер, установленный перед ПВМК и имеющий скорость планок, пропорциональную скорости комбайна.
При определенном соотношении скоростей планок и комбайна, а также при определенной длине нормализатора растение подается в ПВМК под нужным углом. При изменении высоты растений, а также высоты установки нормализатора и угла его наклона величина требуемого соотношения скоростей изменяется. Необходимое соотношении скоростей планок и комбайна для заданных условий уборки возможно устанавливать с помощью механических устройств (различные вариаторы). Однако лучший способ решения данной задачи – применение электронных управляющих устройств.
Предложена электронная следящая система привода нормализатора, принципиальная схема которой представлена на рисунке 2.
1 – нормализатор; 2 – гидромотор; 3 – ведомое колесо комбайна;4 – датчики Холла;
5 – аналоговый цифровой преобразователь на Pic-контроллере; 6 – гидродроссель
Рис. 2. Схема системы контроля привода нормализатора
Функциональная схема данной системы представлена на рисунке 3.
ОУ – нормализатор, ИЭ – гидромотор, УЭ – дроссель,
элемент сравнения – АЦП, ВЭ – датчики Холла, ЗЭ — резистор
Рис. 3. Функциональная схема системы
Принцип работы следящей системы следующий.
С помощью подстроечного резистора задается необходимое значение соотношения скоростей планок нормализатора Vп и комбайна Vраб.
Датчик Холла по частоте вращения переднего колеса самоходного шасси фиксирует скорость движения комбайна, значение скорости комбайна передается в блок управления системы.
Начальная скорость планок транспортера равна нулю, в этом случае дроссель закрыт. Скорость планок транспортера также измеряется датчиком Холла и подается в блок управления следящей системы.
В блоке управления сначала рассчитывается мгновенное соотношение скоростей планок нормализатора и комбайна «К», которое сравнивается с соотношением этих скоростей, заданным оператором подстроечным резистором. После этого формируется управляющее воздействие шаговому мотору дросселя «открыть» или «закрыть» подачу масла на один шаг. Соответственно этому меняются частота вращения вала гидромотора и скорость планок нормализатора.
Этот процесс происходит непрерывно, точно настраивается реальное значение «К».
Предложенная система контроля привода нормализатора позволяет исключить непроизводительные затраты времени на устранение возможных технологических неисправностей из-за забивания растительной массой ПВМК и тем самым повысить как производительность, так и качество обмолота растений соргоуборочным комбайном.
Для снижения непроизводительных затрат времени, в частности за счет повышения технологической надежности комбайна, при проектировании комбайна нами обоснован тип навесного устройства модуля соргоуборочного комбайна [5]. Предложено использовать в конструкции соргоуборочного комбайна многоступенчатое телескопическое навесное устройство.
На первых модификациях соргоуборочного комбайна мы использовали метатели зерна при транспортировке обмолоченного зерна в бункер комбайна. Метатели зерна не обеспечивали поточность технологического процесса, особенно при высокой влажности зерна (25–35%). В результате исследований предложена пневмовоздушная система транспортировки зерна [1], (рис.1). Лабораторные испытания такой системы показали ее высокую производительность при широком диапазоне урожайности и влажности зерна.
Вывод
Повысить производительность соргоуборочного комбайна возможно за счет применения оптимального количества модулей соргоуборочного комбайна в зависимости от длины гона убираемого поля; использования в прямоточной выносной молотильной камере щелевого битера с подвижными лопастями, обеспечивающего обмолот двух и более рядков метелочных или зерновых колосовых культур; оборудования комбайна нормализатором подачи растений на обмолот с системой автоматического контроля его привода; использования в конструкции соргоуборочного комбайна многоступенчатого телескопического навесного устройства и пневмовоздушной системы транспортировки зерна из зоны обмолота в бункер соргоуборочного комбайна.
Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ по проекту «Разработка и исследование инерционно-очесного способа обмолота зерновых колосовых и метелочных культур на корню и технологии для его реализации», договор № НК 13-08-01085\15.
Рецензенты:
Абезин В.Г., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Процессы и машины в АПК» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград;
Плескачёв Ю.Н., д.с.-х.н., профессор, зав. кафедрой «Земледелие и агрохимия» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград.