CC BY
40
УДК 631.355.3
UDC 631.355.3.
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН КУКУРУЗЫ НА КОЛИЧЕСТВО ОДНОВРЕМЕННО ПРОКАТЫВАЕМЫХ СТЕБЛЕЙ КУКУРУЗОУБОРОЧНОЙ ЖАТКОЙ
Труфляк Евгений Владимирович к. т. н., доцент
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
В статье показаны результаты экспериментальных исследований определения скорости прокатывания стебля кукурузы в различных точках протягивающих вальцов жатки. Проанализирована возможность работы жатки при скорости комбайна 12- 15 км/ч и повышенной частоте вращения вальцов. В результате теоретических и экспериментальных исследований выбран допустимый режим работы комбайна с учетом интенсификации процесса уборки.
Ключевые слова: КУКУРУЗОУБОРОЧНАЯ МАШИНА, СТРЕППЕРНЫЙ ПОЧАТКООТДЕЛЯЮЩИЙ АППАРАТ, ПРОКАТЫВАНИЕ СТЕБЛЕЙ.
ANALYSIS OF INFLUENCE OF CORN SEEDS GERMINATION ON AMOUNT OF SIMULTANEOUSLY ROLLING STEMS BY CORN-HARVESTER
Truflyak Evgeny Vladimirovich Сand.Tech.Sci., assistant professor
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
Results of experimental researches of determination of corn stems rolling speed in different places of corn- harvester rolls have been shown. Opportunity of corn-harvester work under speed of 12-15 km/h and increased frequency of rolls rotation was analyzed. Available corn-harvester working regime with regard of intensification of harvesting process was chosen in the result of theoretical and experimental researches.
Key words: CORN-HARVESTER, STRIPPER, ROLLING OF STEMS.
Наивысшая урожайность кукурузы - 8,94 т/га - получена в опытах КНИИСХ [1]. При начальной норме высева семян - 92,7 тыс. семян на 1 га и полевой всхожести - 71,5 % с учетом 2 %-й повреждаемости растений при культивации к началу уборки густота стояния составила 65 тыс./га.
Аналогичные результаты получены и при испытаниях гибридов различных групп спелости. Опыты проводили на гибридах: среднеспелом
- Пионер 3978 МВ, среднепозднем - Краснодарский 362 ТВ и позднеспелом - Краснодарский 236 ТВ. При норме высева: 78,8; 78,8; 57,2 тыс. семян на 1 га, полевой всхожести, соответственно - 74,2; 72,7; 74,1 % и гибели растений при культивации - 3,3; 3,0; 4,2 % густота стояния растений к уборке составила 55,6; 55,7; 40,6 тыс./га, что обеспечило получение наивысшего урожая.
Таким образом, можно принять оптимальную густоту стояния растений: 40; 56; 56 и 65 тыс./га.
Представим рядок кукурузы площадью 1 га, длина которого может быть определена по выражению:
10000
L =
0,7
=14286 м.
Средняя норма высева по всем четырем опытам: 92,7 + 78,8 + 78,8 + 57,2
N =
4
= 76875 шт./га.
Средняя густота стеблестоя по этим же гибридам:
,т 65,0 + 55,6 + 55,7 + 40,6 /
Nт = — -------- ----- --------— = 54225 шт./га.
4
Допустим, что семена обладали 100 %-й всхожестью и гибели при культивации не наблюдалось. Это предположение позволяет нам выявить наивысшую пропускную способность жатки.
В этом случае на погонном метре число растений составит:
N 76875
п =
= 5,4 шт.
L 14286
Число растений на погонном метре с учетом полевой всхожести и культивации к уборке:
N ст 54225
пст = ~т- - ._________= 3,8 шт.
L 14286
Зависимость количества растений, подаваемых в единицу времени, от скорости комбайна представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Изменение скорости комбайна в зависимости от количества подаваемых стеблей в жатку за 1 с
Скорость комбайна Vк км/ч 6 8 10 12 14 15
м/с 1,67 2,22 2,78 3,33 3,89 4,16
Количество растений Пр шт. 9 12 15 18; 12* 21 23
* - при уборочной густоте стояния - 54225 шт./га.
Кукурузоуборочные комбайны работают на скорости до 9 км/ч, рассмотрим возможность увеличения скорости до 12 и 15 км/ч.
В этом случае величина расстояния между высеянными семенами в рядке составит:
V 3 33 V 4Л6
Ьр (12 км/ч) = ^=—— = 0,185 м и Ьр (15 км/ч) = ^ = = 0,181 м.
пр 18 Пр 23
Таким образом, время до поступления в русло очередного стебля:
L 0185 Lр 0,181
Тс (12 км/ч) = = —— = 0,056 с и Тс (15 км/ч) = — = = 0,044 с.
су 7 Vк 3,33 су ' Vк 4,16
Все поступившие на жатку стебли сразу же начинают прокатываться вниз с различными скоростями, зависящими от коэффициента деформации. Для определения этого коэффициента и скорости стебля был поставлен специальный опыт.
Цель эксперимента - определение степени сжатия и эффективности протягивания стеблей в различных частях протягивающих вальцов.
Для проведения экспериментальных исследований нами с однорядного русла кукурузоуборочной жатки демонтировались подающие цепи и початкоотделяющие пластины (рисунок 1). Это было сделано для того, чтобы можно было наблюдать лишь протягивание стебля в определенных точках.
Рисунок 1 - Русло жатки для изучения протягивания стебля: а - вид сбоку; б - вид спереди
Далее активная часть протягивающих вальцов длиной 70 см была
разделена на 6 равных участков (рисунок 2). При этом использовались стандартные настройки русла жатки.
Рисунок 2 - Разделение Рисунок 3 - Подача стеблей
вальцов на участки в русло жатки
Стебли подавались вручную на каждый участок перпендикулярно вальцам в трехкратной повторности (рисунок 3). Перед протягиванием
стеблей предварительно измеряли их длину и диаметр, а также определяли расстояние между рифами вальцов в соответствующих точках при сжатии. Коэффициент сжатия стебля определяли по выражению (рисунок 4):
I
Ксж = Л , (1)
ист
где l - расстояние между ближайшими точками вальцов при сжатии стебля, мм; ^ст - диаметр стебля, мм.
При протягивании стеблей в каждом участке весь процесс снимали на цифровую камеру OLYMPUS FE-240. Затем по кадрам в программе Quick Time Player определяли время протягивания стебля.
Рисунок 4 - Сжатие стебля вальцами
Результаты опыта приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты экспериментальных исследований
Положение стебля Коэффициент сжатия Ксж Длина стебля, м Время протягивания стебля, с Скорость протягивания, м/с
I 1,00 1,01 0,53 1,98
II 0,72 0,89 0,31 2,85
III 0,60 0,99 0,33 3,00
IV 0,36 0,99 0,30 3,28
V 0,30 1,03 0,32 3,38
VI 0,30 1,01 0,29 3,45
В таблице 3 представлена скорость протягивания стебля в различных участках вальцов с учетом увеличения их частоты вращения до 1200 мин-1. Таблица 3 - Скорость протягивания стебля на участках вальцов
Частота вращения вальцов, мин Коэффициент сжатия Средняя скорость, м/с
1 0,72 0,6 0,36 0,3 0,3
Скорость протягивания стебля, м/с
860 1,98 2,85 3,00 3,28 3,38 3,45 2,99
1200 2,76 3,97 4,18 4,57 4,71 4,81 4,17
Данная частота вращения вальцов (1200 мин-1) была определена с учетом допустимого ударного импульса початка по початкоотделяющим пластинам.
В основу определения ударного импульса положено выражение [2]:
[Р А ^доп = Уп тш (2)
где [РА ?]доп - допустимый ударный импульс, под действием которого повреждение початка находится в пределах агротребований, Н-с; уп -скорость удара початка по початкоотделяющим пластинам, м/с; тП - масса початка, кг.
Скорость соударения початка с пластиной:
УП = -ЩКд > (3)
где ИпАд - высота падения початка, м.
Для определения допустимого ударного импульса нами была разработана специальная установка (рисунок 5).
Применительно к данной установке разработана методика проведения исследований. Она предусматривала определение допустимого ударного импульса в соответствии с агротехническими требованиями [3] при различной влажности зерна початков гибридов кукурузы, районированных в Краснодарском крае, различных групп спелости.
Методика определения допустимого ударного импульса початка по стрепперным пластинам заключалась в следующем. Взвешенный початок
обвязывали веревкой и опускали в вертикальную трубу на заданную высоту. Затем резко отпускали веревку, и початок совершал свободное падение, ударяясь о пластины и скатываясь в ящик. Затем определяли число вышелушенных зерен.
Экспериментально нами был получен минимальный ударный импульс, равный 1,3 Нс, при котором начинается вышелушивание зерна из початка. Для среднего початка массой X = 0,28 кг с учетом предельного размаха колебаний X +28 = 0,28+2-0,052 = 0,18...0,38 кг (в области X +28 лежит 95,46 % всех наблюдений) и пробуксовывания стебля по вальцам = 0,1 скорость вальцов будет составлять Ув = 3,06 .6,48 м/с, а частота вращения вальцов - п = 615. 1300 мин-1.
а б
Рисунок 5 - Установка для определения допустимого ударного импульса: а - вид спереди; б - вид слева; 1, 2 - опоры; 3 - основание; 4 - вертикальная стойка; 5 - наклонная стойка;
6 - початкоотделяющие пластины; 7 - рамка; 8 - держатель;
9 - труба
Рассмотрим поступление стеблей в жатку с участка 3,33 м (скорость
- 12 км/ч). При этом время поступления всех стеблей составит
Т = Тспр = 0,056 18 = 1 с.
В последней прокатывающей точке вальцов при высоте стебля 2,370 м [2] (рисунок 6, а) высота прокатываемой части стебля составит
Ьпр = 2,370 - 0,581 = 1,789 м.
Расчет произведем по числу высеваемых семян и фактической густоте стояния для двух вариантов: с удалением верхушечной части и без удаления. Нами разработан способ повышения пропускной способности жатки, основанный на уменьшении коэффициента соломистости кукурузы путем среза верхушечной части растения перед прокаткой стеблей початкоотделяющими аппаратами (патент 2206198 РФ [4]).
I
N !
Г"
V* т! 200
б
Рисунок 6 - Соотношение между высотой стебля и параметрами вальцов при уборке кукурузы: а - без удаления верхушечной части; б - с удалением верхушечной части
Срез верхушечной части стебля осуществляется дополнительным режущим аппаратом, установленным сбоку или впереди уборочной машины и выше основного режущего аппарата.
Примем высоту растения кукурузы - 2,370 м, а высоту до верхней точки початка - 1,340 м [2].
Для того чтобы срезающее устройство не повреждало початки, оно должно быть установлено на высоте, равной средней высоте крепления початка [2]:
К = йв.т + 3£ = 134 + 3-18,763 = 1,90 м.
При этом удаляется верхушечная часть, которая составляет
К,ч = 0,237 - 0,190 = 0,047 м.
В этом случае определим длину прокатываемой части стебля: Ьпр = 1,319 м (рисунок 6, б).
Проанализируем возможность работы жатки при скорости комбайна
- 12 и 15 км/ч (таблицы 4, 5, 6).
Так как нам неизвестно распределение стеблей по протягивающим вальцам, примем, что все стебли выстраиваются друг за другом, заполняя рабочую щель.
Таблица 4 - Количество прокатанных стеблей и стеблей, остающихся в русле, при частоте вращения вальцов - 1200 мин-1 и _________________скорости комбайна - 12 км/ч________________
Количество Время Длина Характеристика стебля
ожидаемых нахожде- прокатыв без удаления без удаления с удалением с удалением
стеблей на ния аемой верхушечной верхушечной верхушечной верхушечной
расстоянии стебля в части части части части части
3,33 м при русле, с стебля, м Ьпр = 1,789 м Ьпр = 1,789 м £пр = 1,319 м £пр = 1,319 м
100 %-й при 100 %-й при 70 %-й при 100 %-й при 70 %-й
всхожести всхожести всхожести всхожести всхожести
семян семян семян семян семян
1 стебель 1 4,17 прокатан прокатан прокатан прокатан
2 стебель 0,952 3,97 прокатан прокатан прокатан прокатан
3 стебель 0,896 3,74 прокатан - прокатан -
4 стебель 0,840 3,50 прокатан прокатан прокатан прокатан
5 стебель 0,784 3,27 прокатан прокатан прокатан прокатан
6 стебель 0,728 3,04 прокатан - прокатан -
7 стебель 0,672 2,80 прокатан прокатан прокатан прокатан
8 стебель 0,616 2,57 прокатан прокатан прокатан прокатан
9 стебель 0,560 2,34 прокатан - прокатан -
10 стебель 0,504 2,10 прокатан прокатан прокатан прокатан
11 стебель 0,448 1,87 прокатан прокатан прокатан прокатан
12 стебель 0,392 1,63 в русле - прокатан -
13 стебель 0,336 1,40 в русле в русле прокатан прокатан
14 стебель 0,280 1,168 в русле в русле в русле в русле
15 стебель 0,224 0,934 в русле - в русле -
16 стебель 0,168 0,701 в русле в русле в русле в русле
17 стебель 0,112 0,467 в русле в русле в русле в русле
18 стебель 0,056 0,234 в русле - в русле -
11 11 13 9
ИТОГО прокатано, прокатано, прокатано, прокатано,
7 в русле 4 в русле 5 в русле 3 в русле
В случае 100 %-й всхожести семян без удаления верхушечной части стебля после прокатки 11 стеблей в русле остается 7. Рассмотрим положение этих стеблей в предположении, что время прокатки стеблей увеличивается на 0,056 с. Это время до подхода к 19 стеблю, начинающему новую секундную подачу (см. таблицу 5).
Время поступления всех стеблей с участка длиной 4,16 м (скорость 15 км/ч) составит:
Т = Тспр = 0,044-23 = 1 с.
Таблица 5 - Количество прокатанных стеблей и стеблей, остающихся в русле, при частоте вращения вальцов - 1200 мин-1 и скорости комбайна - 12 км/ч с учетом новой секундной подачи
Количество Время Длина Характеристика стебля
ожидаемых нахожде- прокаты- без удаления без удаления с удалением с удалением
стеблей на ния ваемой верхушечной верхушечной верхушечной верхушечной
расстоянии стебля части части части части части
3,33 м при в русле, с стебля, м Ьпр = 1,789 м ь р II Ьпр = 1,319 м Ьпр = 1,319 м
100 %-й при 100 %-й 1,789 м при 100 %-й при 70 %-й
всхожести всхожести при 70 %-й всхожести всхожести
семян семян всхожести семян семян
12 стебель 0,448 1,868 прокатан - прокатан -
13 стебель 0,392 1,630 в русле в русле прокатан прокатан
14 стебель 0,336 1,400 в русле в русле прокатан прокатан
15 стебель 0,280 1,168 в русле - в русле -
16 стебель 0,224 0,934 в русле в русле в русле в русле
17 стебель 0,168 0,701 в русле в русле в русле в русле
18 стебель 0,112 0,467 в русле - в русле -
ИТОГО 12 прокатано, 6 в русле 8 прокатано, 4 в русле 14 прокатано, 4 в русле 10 прокатано, 2 в русле
Проанализируем перемещение стеблей в русле жатки при скорости движения - 12 и 15 км/ч и частоте вращения протягивающих вальцов -1200 мин-1. Так, при общем количестве стеблей на участке секундной подачи 3,33 м, равном 18, будет прокатано 12 стеблей, а 6 не прокатано, к которым вновь присоединятся 18 стеблей, т.е. при следующем проходе участка 3,33 м необходимо будет прокатать 24 стебля. При этом реально будет пропущено только 12 стеблей и останется 12. Таким образом, будет происходить накопление стеблей, что приведет к забиванию русла.
Аналогичная картина будет наблюдаться при скорости - 15 км/ч. При наличии 23 стеблей на участке секундной подачи 4,16 м будет прокатано 15, а в русле останется 8. К ним при очередной секундной подаче присоединятся 23 стебля. Общее число стеблей составит 31, из которых будет прокатано 15. Число непрокатанных стеблей достигнет 16. Это также приведет к забиванию русла.
Таблица 6 - Количество прокатанных стеблей и стеблей, остающихся в русле, при частоте вращения вальцов - 1200 мин-1 и _________________скорости комбайна - 15 км/ч________________
Количество Время Длина Характеристика стебля
ожидаемых нахожде- прокаты- без удаления без удаления с удалением с удалением
стеблей на ния ваемой верхушечной верхушечной верхушечной верхушечной
расстоянии стебля части части части части части
4,16 м при в русле, с стебля, м Ьпр = 1,789 м Ьпр = 1,789 м Ьпр = 1,319 м Ьпр = 1,319 м
100 %-й при 100 %-й при 70 %-й при 100 %-й при 70 %-й
всхожести всхожести всхожести всхожести всхожести
семян семян семян семян семян
1 стебель 1 4,17 прокатан прокатан прокатан прокатан
2 стебель 0,968 4,04 прокатан прокатан прокатан прокатан
3 стебель 0,924 3,85 прокатан - прокатан -
4 стебель 0,880 3,67 прокатан прокатан прокатан прокатан
5 стебель 0,836 3,49 прокатан прокатан прокатан прокатан
6 стебель 0,792 3,30 прокатан - прокатан -
7 стебель 0,748 3,12 прокатан прокатан прокатан прокатан
8 стебель 0,704 2,94 прокатан прокатан прокатан прокатан
9 стебель 0,660 2,75 прокатан - прокатан -
10 стебель 0,616 2,57 прокатан прокатан прокатан прокатан
11 стебель 0,572 2,39 прокатан прокатан прокатан прокатан
12 стебель 0,528 2,20 прокатан - прокатан -
13 стебель 0,484 2,02 прокатан прокатан прокатан прокатан
14 стебель 0,440 1,83 прокатан прокатан прокатан прокатан
15 стебель 0,440 1,835 прокатан - прокатан —
16 стебель 0,396 1,65 в русле в русле прокатан прокатан
17 стебель 0,352 1,468 в русле в русле прокатан прокатан
18 стебель 0,308 1,284 в русле — в русле —
19 стебель 0,264 1,101 в русле в русле в русле в русле
20 стебель 0,220 0,917 в русле в русле в русле в русле
21 стебель 0,176 0,734 в русле — в русле —
22 стебель 0,132 0,550 в русле в русле в русле в русле
23 стебель 0,088 0,367 в русле в русле в русле в русле
15 10 17 12
ИТОГО прокатано, прокатано, прокатано, прокатано,
8 в русле 6 в русле 6 в русле 4 в русле
В ходе анализа перемещения стеблей в русле жатки при частоте вращения вальцов - 1200 мин-1, скорости комбайна - 12 км/ч в варианте без обрезки верхушечной части растений и с ней при реальной уборочной густоте стояния - 54,2 тыс. шт./га можно заключить, что режим с обрезкой верхушечной части обеспечит бесперебойную работу жатки при равномерном распределении пропусков по длине рядка. Так, первые 10 стеблей в варианте с удалением верхушечной части растения будут прокатаны, а в русле останется 2 стебля, которые из-за отсутствия 15 и 18 стеблей также прокатываются. Эти стебли имеют дополнительное время на свою прокатку, то есть длина прокатываемой части 15 стебля составляет 1,168 м. Она переходит на 16 стебель 1,168 + 0,934 = 2,102 м. Длина 17 стебля составляет 0,701 + 0,467 = 1,168, что меньше 1,319 м. Однако стебель попадает первым в русло жатки при следующей секундной подаче. Его прокатываемая часть при этом составит 1,319 - 1,168 = 0,151 м, что
0,15Ъи_
'с
меньше времени до поступления в русло очередного стебля, то есть он будет прокатан между временем поступления очередного стебля в русло жатки (0,036 < 0,056).
потребует на его прокатку время ^ ^ 17м^ . это значительно
Таким образом, для интенсификации процесса уборки кукурузы на зерно перспективным является способ уборки с удалением верхушечной части стебля.
Работа выполняется при финансовой поддержке РФФИ и администрации Краснодарского края (проект № 06-08-96629).
Список литературы
1. Толорая, Т.Р. Кукуруза (Агротехнические основы возделывания на черноземах Западного Предкавказья) / Т.Р. Толорая, Н.Ф. Лавренчук, М.В. Чумак, В.П. Малаканова. - Краснодар, 2003. - 310 с.
2. Труфляк Е.В. Физико-механические свойства кукурузы. Монография. -Краснодар: КубГАУ, 2007. - 197 с.
3. ОСТ 10 8.13-99. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины для уборки и первичной обработки кукурузы. Методы оценки функциональных показателей - Взамен ОСТ10 8.13-91; Введ. 15.04.2000. - М.: Минсельхозпрод России, 2000 - 58 с.
4. Пат. 2206198 РФ ЯИ С 1 7 А 01 Б 91/04, 45/02. Способ уборки кукурузы /Куб.ГАУ авт. В.С. Кравченко, Е.И. Трубилин, Е.В. Труфляк, В. А. Ткачев, В.В. Куцеев. - Заявл. 17.10.2001, № 2001128114; Опубл. 20.06.2003, в Бюл. № 17.
