К обоснованию конструктивных параметров режущего аппарата жаток с прямолинейным движением несуще-режущих элементов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

К обоснованию конструктивных параметров режущего аппарата жаток с прямолинейным движением несуще-режущих элементов

М.М. Константинов, д.т.н., профессор, Оренбургский ГАУ; А.П. Ловчиков, д.т.н., профессор, П.С. Минин, аспирант, П.А. Косов, соискатель, Челябинская ГАА

Увеличение нагрузки на зерноуборочный комбайн (ЗУК) в условиях Южного Урала приводит к тому, что продолжительность уборочных работ превышает агротехнические сроки в 2—3 раза [1, 2]. Суточная продолжительность использования комбайнов (10—12 час.) не обеспечивает сокращения сроков уборочных работ, что приводит к ухудшению качественных показателей зерна. Эффективность использования высокопроизводительных комбайнов (Дон-1500Б, ЛкгоБ и др.) снижается на полях с низкой урожайностью зерновых культур. Технические возможности молотилок этих машин по пропускной способности зачастую остаются нереализованными, несмотря на применение раздельного способа уборки зерновых культур, в котором используются валковые жатки со значительной шириной захвата. В результате сроки уборки и себестоимость производства зерна увеличиваются.

Соответственно возникает необходимость повышения эффективности использования как высокопроизводительных зерноуборочных комбайнов при прямом комбайнировании, так и валковых жаток в раздельном способе уборки урожая путём увеличения их часовой производительности и загрузки.

Рассмотрим факторы, влияющие на эффективность выполнения уборочных работ. Их можно разбить на четыре группы: агротехнические, природно-климатические, организационнохозяйственные и конструктивные (рис. 1) [3].

Результаты анализа групп факторов показывают, что эффективность использования ЗУК во время уборочных работ зависит от величины потери рабочего времени по организационнохозяйственным, техническим и технологическим причинам. Так, например, организационнохозяйственные простои устраняют путём принятия оперативных мер организационного характера, а технические — путём ремонта или замены комбайна. Уменьшение времени технологических простоев является сложной задачей, и в настоящее время по ней не выработано действенных мер.

Подробнее остановимся на конструктивных факторах, влияющих на производительность зерноуборочных комбайнов, следовательно, и на эффективность выполнения уборочных работ.

Для загрузки молотилки комбайна необходимо увеличить подачу хлебной массы. Это можно реализовать путём повышения поступательной скорости комбайна и ширины захвата жатки. В этом случае часовая производительность равна [4]:

W= W4x = 0,1Bpvpx, (1)

где Вр — рабочая ширина захвата, м;

Vp — рабочая скорость, км/ч;

х — коэффициент использования времени

смены.

Из формулы (1) следует три основных направления повышения часовой производительности машины:

1. Увеличение ширины захвата машины.

Увеличение ширины захвата приводит к

созданию громоздких, маломанёвренных, трудоёмких в обслуживании и транспортировке, технологически технических средств [1].

2. Увеличение рабочей скорости машины.

В настоящее время уборка зерновых происходит при рабочих скоростях ЗУК 6—8 км/ч [1]. Одним из основных препятствий перехода на повышенные рабочие скорости является несовершенство режущих аппаратов зерноуборочных машин, поскольку переход на повышенные рабочие скорости не может быть успешно осуществлён без улучшения конструктивных и кинематических параметров существующих режущих аппаратов или создания новых типов режущих аппаратов. Новые технические решения в области разработки режущих аппаратов (режущий аппарат Шумахера) для зерноуборочной техники свидетельствует, что рабочие скорости можно довести до 12 км/ч [5].

3. Повышение коэффициента использования рабочего времени смены.

Эффективность использования зерноуборочной техники повышается за счёт совершенствования организационно-технологических мероприятий.

Выражение (1) справедливо и для валковых жаток. Принимаем допущение, что х = const. Тогда производительность машин определяется шириной захвата жатки (B) и рабочей скоростью машины (Vp) [6]. Так, расчёты по данной зависимости (при B = 6 м; Vp = 6 км/ч, х = 0,5) показывают, что интенсивность влияния рабочей скорости машины на её производительность более существенна, чем увеличение ширины захвата жатки [1].

Рис. 1 - Факторы, влияющие на эффективность использования комбайнов во время обмолота хлебной массы

Кроме того, некоторые зарубежные учёные считают [6], что уменьшение ширины захвата комбайна почти не влияет на производительность, так как обмолачивающий аппарат сохраняет свои размеры. Узкозахватные комбайны работают со скоростью в 1,5—2,0 раза большей, чем комбайны с жаткой шириной захвата 5 м и более [6]. При уборке пшеницы узкозахватными комбайнами на скорости до 8 км/ч потери зерна составляют 1,7%, у широкозахватных в тех же условиях, но на скорости 4 км/ч достигают 3%. Причём стоимость широкозахватных жаток примерно в 4,5 раза больше, чем узкозахватных [7].

Вышеизложенное свидетельствует о том, что для повышения рабочей скорости высокопроизводительных комбайнов необходимо применять жатки, которые срезают хлебную массу на повышенных рабочих скоростях. Это возможно

за счёт совершенствования конструктивных и кинематических параметров существующих и разработки новых типов режущих аппаратов для комбайновых и валковых жаток.

Улучшение конструктивных и кинематических параметров существующих режущих аппаратов или разработка новых может идти по следующим направлениям [8]:

— применение сегментов ножа с криволинейными лезвиями, что даёт положительный эффект при срезе наклонённых вперёд стеблей;

— расположение сегментов в перевёрнутом положении, гранью заточки вниз, с целью уменьшения напряжений в них, что уменьшает отгиб сегментов при увеличении наклона стеблей вперёд;

— применение ножа с сегментами, имеющими укрупнённую насечку и обратную фаску для

Рис. 2 - Схема режущего аппарата бесподпорного среза стеблей:

1 - ведущая звёздочка; 2 - ведомая звёздочка; 3 - натяжитель; 4 - несущережущий элемент; 5 - цепь

600,0

500.0

400.0

2

2

£ 300,0

200.0 100,0

0,0

■V N ч

ч N 46 г 1/С

- * * - 26 ь “ ~ 1/с - -

Уц

— 6 м/с

- 26 м/с

— 46 м/с

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 м/с

Уц — скорость цепи, т = 20 мм Рис. 3 - Зависимость шага расстановки режущих элементов от скорости движения машины

600,0

500.0

400.0

2

2

£ 300,0

200.0 100,0

0,0

ч > ч Ум

V N Ч* 46 г 1/С 6 м/с - - - 26 м/с — —46 м/с

.

* - 26 1/С - -

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 м/с

Уц — скорость цепи, т = 40 мм Рис. 4 - Зависимость шага расстановки режущих элементов от скорости движения машины

1800,0

1500.0

1200.0

г

£ 900,0

600,0 300,0 0,0

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 Уц

Рис. 5 - Зависимость шага расстановки режущих элементов от скорости движения машины

X X

ч ч V 46 г Уи

% - - - 26 м/с — - 46 м/с

* • * „ 2 6 м/ 3 - -

— - - - -

> м/с

»ц скорость цепи, т = 60 мм

1800,0

1500.0

1200.0

900.0

600.0 300,0

0,0

N

Ч ч ч ч 46

* •-*

* * - , 2 6 м/ — -.

- - - - -

Уи 6 м/с

- - - 26 м/с

— - 46 м/с

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0

Уц — скорость цепи, т = 80 мм

Ур,м/с

Рис. 6 - Зависимость шага расстановки режущих элементов от скорости движения машины

повышения долговечности, или с сегментами, имеющими косинусоидальную форму лезвий;

— разработка конструкций и применение режущих аппаратов роторного и ротационного типа;

— снижение инерционных сил в режущих аппаратах за счёт сокращения веса подвижных деталей и улучшения конструкции привода ножа.

Большинство современных режущих аппаратов комбайновых и валковых жаток для уборки зерновых культур сегментно-пальцевого типа. Данный тип режущих аппаратов осуществляет подпорный срез стеблей при возвратнопоступательном движении ножа. Режущие аппараты, нож которых движется возвратнопоступательно, имеют ряд недостатков, основной из которых — неуравновешенность инерционных сил, приводящих к преждевременному износу узлов и механизмов [9]. Для увеличения поступательной рабочей скорости жатвенных агрегатов, имеющих такие режущие аппараты, необходимо увеличивать число двойных ходов,

что приведёт к увеличению инерционной нагрузки на рабочие органы.

Исходя из вышеизложенного предлагается режущий аппарат жаток, осуществляющий бесподпорный срез стеблей, работающий при высоких скоростях режущих элементов (рис. 2, вид сверху). Режущие элементы, закреплённые на несущих элементах цепи, совершают поступательное движение в одном направлении. Это позволит увеличить поступательную рабочую скорость жатвенного агрегата и, следовательно, его часовую производительность. Высокая скорость среза, по данным ВИСХОМ, позволяет уменьшить энергию, затрачиваемую на срез стеблей зерновых культур [10]. Предлагаемый аппарат не имеет вредных знакопеременных инерционных сил.

Для обоснования конструктивных параметров режущего аппарата был проведён предварительный расчёт шага расстановки режущих элементов (гр), который зависит от длины их режущей

части (т е (20—60 мм) и соотношения рабочей скорости машины (¥р) и тяговой цепи (¥ц). Шаг расстановки (1р) рассчитан при условии отсутствия поперечного отгиба стеблей.

По результатам расчётов построены графические зависимости шага расстановки режущих элементов от скорости движения машины и длины режущей части режущих элементов (т) (рис. 3—6).

По графическим зависимостям (рис. 3—6) видно, что увеличение скорости тяговой цепи (Уц), независимо от длины режущей части элементов (т), ведёт к увеличению шага их расстановки (1р). Повышение поступательной скорости машины (Ур), независимо от длины режущей части элементов (т), ведёт к уменьшению шага их расстановки (1р) на тяговой цепи. Увеличение длины режущей части режущих элементов при постоянных значениях поступательной скорости машины и тяговой цепи ведёт к увеличению шага расстановки (1р).

Выводы. Разрабатываемая конструкция режущего аппарата с поступательным движением несущережущих элементов даёт возможность осуществлять срез на более высоких поступательных скоростях комбайнов и других машин.

Результаты расчётов свидетельствуют о том, что шаг расстановки несущережущих элементов зависит как от скорости тяговой цепи, так и от поступательной скорости машины.

Для обеспечения технической и технологической надёжности режущего аппарата с прямолинейным движением несущережущих элементов необходимо далее уточнить ряд конструктивных параметров и обосновать кинематический режим работы режущего аппарата в зависимости от условий среза стеблей зерновых культур.

Литература

1. Хайбуллин Р. Р. Обоснование конструктивных и режимных параметров механизма привода режущего аппарата с упругими элементами: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Оренбург, 2006. 20 с.

2. Константинов М.М., Хайбуллин P.P. Патент на изобретение № 2288566. Режущий аппарат уборочной машины. Бюлл. N 34. М., 2006. 5 с.

3. ЛовчиковА.П. Повышение эффективности технологических систем уборки зерновых культур (на примере регионов Южного Урала и Северного Казахстана СНГ): дисс. ...докт. техн. наук. Оренбург, 2006. 271 с.

4. Зангиев А. А, Шнилько А. В., Левшин А. Г. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Колос, 2003. 320 с., ил.

5. «ПАЛЕССЕ GS12»: к максимальной эффективности [Электронный ресурс]. URL: http://www.agronews.ru, http:// www.gomselmash.by — Загл. с экрана.

6. Кузьмин М.В. Предельные законы теории производительности машинно-технологических агрегатов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2005. № 10. С. 6—8.

7. StockmanW. And Hersund Nierenuntersich. DLG Mitteilungen. 1986. Jd. 101. № 17. P. 955-956.

8. Карлов M.E. Сельскохозяйственные машины. Ижевск: Удмуртия, 1972. 446 с.

9. Бидеев С.И., Тавасиев P.M. Анализ механизмов привода сегментно-пальцевых режущих аппаратов косилок [Электронный ресурс] //Труды молодых учёных. 2007. Вып. № 4. URL:http://www.tmy.mwport.ru/2067-4-RefRus-TMY. html. Загл. с экрана.

10. Исследование новых технологических процессов и рабочих органов сеноуборочных машин: сб. науч. тр. / ВИСХОМ; ред. Яковлев С,И М.: ВНСХОМ, 1962' Вып. 39. 196 с.