К оценке бесподпорного среза растений сои аппаратом нормального резания Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ PROCESSES AND MACHINERY OF AGRO-ENGINEERING SYSTEMS

УДК 635.655+631.354 ГРНТИ 68.85.35; 68.35

Бумбар И.В., д-р техн.наук, профессор; Петренко А.Н., аспирант;

Лазарев В.И., канд.техн.наук, доцент

ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ, г. Благовещенск

E-mail: xaki-ist@mail.ru

К ОЦЕНКЕ БЕСПОДПОРНОГО СРЕЗА РАСТЕНИЙ СОИ АППАРАТОМ НОРМАЛЬНОГО РЕЗАНИЯ

Режущий аппарат жатки зерноуборочного комбайна оказывает существенное влияние на качество его работы. Проведены значительные исследования воздействия сегмента режущего аппарата на стебли зерновых культур и трав. Растения сои существенно отличаются от растений зерновых культур и трав, так как имеют большую толщину стебля и его твердость, и размещение плодов (стручков) по всей высоте растения. Кроме того, эти стебли располагаются на поверхности поля разрозненно (5055 штук на одном квадратном метре). Поэтому при работе сегментно-пальцевогорежущего аппарата срез может происходить как с защемлением, так и без защемления (свободным рубящим). Это требует анализа происходящих явлений и устранения возможных негативных последствий рубящего бесподпорного среза растений сои. Рассмотрены теоретические вопросы влияния конструктивно-кинематических параметров на процесс рубящего бесподпорного среза единичных стеблей сои. Установлена теоретическая величина абсолютной скорости рубящего резания и ее фактическое значение. Методом скоростной киносъемки изучено явление рубящего резания стебля сои, вибрация стебля и разрушение стручков, что является одним из факторов потери семян. Предложена конструкция режущего аппарата низкого резания, способствующая снижению площади бесподпорного рубящего резания сои и устранению существующего недостатка работы аппарата нормального резания на уборке сои.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: РЕЖУЩИЙ АППАРАТ, СОЯ, СКОРОСТЬ, ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН.

UDC 635.655+631.354

Bumbar I.V., Dr Tech.Sci.; Petrenko A.N., Postgraduate; Lazarev V.I., Cand.Tech.Sci., Associate Professor, Far Eastern State Agricultural University, Blagoveschensk E-mail: xaki-ist@mail.ru

ASSESSMENT OF NON BUTTRESS CUTTING OF SOY PLANTS BY MEANS OF NORMAL CUTTER

The reaper of the combine harvester cutter has a strong influence on the quality of its work. Considerable researches into impact of cutter on the stems of cereals and grasses have been carried out. Soy plants differ from cereals and grasses because soy has bigger stem thickness and hardness, also soy has pods allocated across the whole plant. In addition the stems are located on the surface of the field fragmentary (50-55 pieces per square meter). Therefore the

segment-finger cutter can cut soy plants with jamming and without it (free chopping hit) as well. This requires an analysis of ongoing processes and elimination of possible negative consequences of non buttress chopping cut of soy plants. We considered theoretical questions of structural and kinematic parameters' influence on the process of non buttress chopping cut of single soy stems. Theoretical value of the absolute speed of chopping cut and its actual value were determined. By using high-speed filming method we have studied the process of chopping cut of soy stems, vibration of the stems and destruction ofpods which is one of the factors of soybeans loss. We propose the design of low cut cutter that can help to decrease the section of non buttress chopping cut of soy and eliminate the failure in normal cutter operation during soy harvesting.

KEY WORDS: CUTTER, SOY, SPEED, COMBINE HARVESTER.

В известной теории резания стеблей зерновых культур сегментно-пальцевым режущим аппаратом отмечается, что этот процесс складывается из двух явлений: подвода растений сегментом ножа к проти-ворежущей пластине и срезания стеблей, защемленных между лезвием сегмента и режущей кромкой этой пластины [2]. По сравнению с травами и зерновыми культу-

рами стебель сои толще в 3-4 раза, и их количество на 1 м2 не превышает 50-55 шт. Таким образом, на уборке сои сегменты режущего аппарата жатки могут срезать без защемления одиночные стебли, попадающие в межпальцевое пространство [1]. В этом случае действие сегмента на стебель сои может быть представлено схемой (рис. 1).

Q,

A

E

T

N A

a

E

A

\ - и

T к

\f

N

у=ф

и

E

б

Стручок сои Огебель

Режущий аппарат

Рис. 1.Действие сегмента на стебель сои (точка т), а - с возможным отбрасыванием к малому основанию сегмента; б - с возможным отбрасыванием к большему основанию сегмента; в - действие (удар) сегмента режущего аппарата на стебель сои.

T

в

Из рисунка 1 видно, что значение абсолютной скорости стебля сои в точке m иабс зависит от скорости машины (комбайна) и и скорости сегмента ножа ин. Разложив силу нормального давления N на направление лезвия сегмента(сила Т), можем получить в зависимости от соотношения скоростей ин и и различные направления скорости иабс и силы Q. На схеме а (рисунок 1) будет наблюдаться отбрасывание стебля к малому основанию сегмента (линия А-А), а по схеме б - стебель увлекается к большему основанию сегмента (линия ЕЕ). На схеме в показан удар сегмента по стеблю сои без защемления. Проанализируем явления, происходящие в случае б (рисунок 1), то есть когда стебель сои увлекается в направлении обратном движению машины. Так как угол у=ф илиу=а-в, где в - угол между линиями иабс и ин, то стебель сои не будет скользить по лезвию сегмента, и произойдет рубящее резание, при условии а-в<ф, или

tgв>tgа- tgф, (1)

где ф - угол трения стебля о лезвие сегмента; а - угол наклона режущей кромки сегмента.

Из выражения (1), используя теорему тангенсов, можем записать условие рубящего (бесподпорного, без скольжения) резания

tga- tgp

tgв>■

1 + tg^tga

Из рисунка 1 (б) также следует, что

(2)

V

tgв = — -

V

V швтш

(3)

Подставив (3) в выражение (2), получим скорость машины для рубящего (бесподпорного) резания стебля

V =

ш вт шt(tga- Г)

(4)

1 + {■ tga

где г - радиус кривошипа, м; f - коэффициент тре ния стали по стеблю сои;ю - угловая скорость кри вошипа привода ножа.

Исходя из того, что максимальное значение скорость сегмента имеет при Я

= —, получим минимальную скорость

машины, при которой стебель сои не будет отбрасываться к малому основанию сегмента, то есть в направлении движения комбайна, что может приводить к потерям (sinюt=1)

ш(^а - Г)

Цлм >'

, (5)

1 + Г ■ tga

Из выражения (5) и рисунка 2 видно, что скорость машины шм прямо пропорциональна радиусу ги угловой скорости ю и уменьшается с увеличением коэффициента f трения стали по стеблю сои. Для наиболее характерных условий состояния растений сои, когда f=0,3-0,4, а частота вращения кривошипа привода ножа п^ превышает 500 мин-1, теоретическая скорость комбайна V=0,29 -0,47 м/с достаточна для подвода стебля сои к большему основанию.

В действительности скорость комбайна Vк на уборке сои составляет 1,5-2,0 м/с, что соответствует 5,4-7,2 км/ч. Выбор этой скорости связан с ограничением возможности копирования жаткой поверхности поля. При большей скорости комбайна резко возрастают потери сои, которые возникают из-за увеличения высоты среза растений, а, следовательно, перерезания низко расположенных стручков[3]. При такой скорости комбайна (1,5-2,0 м/с) величина абсолютной (максимальной) скорости удара сегмента по стеблю сои для значения f=0,4 и возможных значений пв пределах 300-500 мин-1приведена на рисунке 3 и определяется из выражения

VАБС =

л> г ■ п

30

(6)

Примем, что в полосе, срезаемой сегментом между двумя соседними пальцами есть три характерных участка (рис. 4).

Рис. 2. Влияние частоты вращения кривошипа ножа п и коэффициента трения стебля сои

по стали f на скорость машины и

Рис. 3. Влияние частоты вращения кривошипа ножа пи скорости комбайна она абсолютное значение максимальной скорости удара сегмента по стеблю сои при f=0,4.

Диаметр стебля i I

Палец

Противорежущая пластина

Рис. 4. Схема участков, на которых срез растений сои будет происходить с защемлением (участки I и III) и участок II, на котором возможен рубящий (бесподпорный) срез растений

Из рисунка 4 видно, что между линиями 1-1 и 2-2 количество попадающих стеблей сои срезаемых без защемления зависит от ширины этой полосы (в нашем случае L=S-b=39,2 мм) и подачи растений определяемой из выражения: 30о

h =

n

(7)

где и - скорость машины, м/с. п -число оборотов кривошипа, мин-1.

Таким образом, за один ход сегмента у аппарата нормального резания площадь участка с рубящим (бесподпорным) срезом составит

§БП = hL =

30и

n

• 0,5t

(8)

где t - расстояние между осями соседних пальцев, равное у аппарата нормального резания 76,2 мм.

Из выражения (8) видно, что указанный участок будет тем меньше, чем больше частота вращения кривошипа, то есть больше скорость ножа и меньше расстояние 1. Задавшись значением

п=300...400...500 мин-1, получим следующие значения SБП при постоянной скорости комбайна. Примем эту скорость равной 1,5 и 2 м/с. Тогда получим:

1. При и=1,5 м/с

о300 г <71 2 с 400 л то 2 с500 о Лп. 2

Ь = 5,71 мм ; ь = 4,28 мм ; ь = 3,42 мм

БП БП БП

2. При и=2 м/с

о300 п О 2 с400 £ 71 2 с500 л гП 2

Ь = 7,62 мм ; Ь = 5,71 мм ; Ь = 4,57 мм

Для реального технологического процесса варианта (и=2 м/с, п=500 мин-1), приняв количество растений Кна 1 м2=50 шт, или 5 105 шт/га, получим количество растений сои, попавших под рубящий срез при полном обороте кривошипа (то есть два хода сегмента) 0,0457 шт. За одну минуту таких ходов будет 500, а за один час -30000, за 10-часовую смену - 300000 ходов. Отсюда количество растений, попадающих в зону рубящего (бесподпорного

среза) N составит 13710. При работе

жатки с шириной захвата Вж=7м, это количество растений составит 2448214 растений или 4,9 га при количестве растений 500000 шт/га (9).

" (9)

В.

• NP =-

L P 0,0392

•13710 = 2448214 шт.

Таким образом, процесс рубящего На рисунке 5 показан процесс рубящего

(бесподпорного) среза растений, состав- среза стебля сои и происходящее при этом

ляет значительное количество, что явля- разрушение стручков. ется одной из причин потери урожая сои.

Рис. 5. Процессы, происходящие при бесподпорном срезе режущим аппаратом нормального резания:

А - попадание растения в межпальцевое пространство режущей пары приводит к вибрации стебля; Б - вымолот семян сои при раскрытии стручков в результате сил инерции семян; 1 - стручок; 2 - стебель;

3 - режущий аппарат; 4 - семена сои

В связи с этим необходимо стремиться уменьшить зону L межпальцевого пространства режущего аппарата, где существует большая вероятность рубящего (бесподпорного) среза растений сои, приводящего к вибрации стебля и разрушению стручков (рис. 4). Устранить данное отрицательное явление можно, если применять

в качестве режущего ножа аппарат низкого резания с характеристиками t=to=S, где 10 -шаг противорежущей части, равный 38,1 мм. Работа такого режущего аппарата практически исключает потери семян сои, связанные с явлением рубящего резания стебля.

Список литературы

1. Бумбар, И.В. Исследование среза растений сельскохозяйственных культур методом моделирования реального процесса [Текст] / И.В. Бумбар, Н.С. Кузнецов, М.И. Вязьмин // Вестник Даль-ГАУ. - 2009. - №3. - С. 75-79: рис., граф.

2. Кленин, Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н.И. Кленин, В.А. Сакун. -М.: Колос, 1994. - 711 с.: ил.

3. Технологии и комплекс машин для производства зерновых культур и сои в Амурской области: Коллективная научная монография / В.А. Тильба, В.Т. Синеговская, А.Н. Панасюк, М.М. Присяжный [и др.]. - Благовещенск: Изд-во: ООО «Агромакс-Информ», 2011. - 134 с.: ил.

Reference

1. Bumbar, I.V., Kuznecov, N.S., Vjaz'min, M.I. Issledovanie sreza rastenij sel'skohozjajstvennyh kul'tur metodom modelirovanija real'nogo processa (Research into Cut of Plants of Crops by Using the Method of Modeling Real Process)[Tekst], VestnikDal'GAU, 2009, No 3, PP. 75-79, ris., graf.

2. Klenin, N.I., Sakun, V.A. Sel'skohozjajstvennye i meliorativnye mashiny (Agricultural and Land Reclamation (Meliorative) Machines), M.: Kolos, 1994, 711 p., il.

3. Tehnologii i kompleks mashin dlja proizvodstva zernovyh kul'tur i soi v Amurskoj oblasti: Kollektivnaja nauchnaja monografija (Technologies and Machine Complex for Grain Crops and Soy Produce in the Amur Region: Collective Scientific Monograph), V.A. Til'ba, V.T. Sinegovskaja, A.N. Panasjuk, M.M. Prisjazhnyj [i dr.], Blagoveshhensk, Izd-vo: OOO «Agromaks-Inform», 2011,134 p., il.

УДК 631.3+631.5 ГРНТИ 68.29; 68.33

Кислов А.А., канд. техн. наук; Кислов А.Ф., канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ, г. Благовещенск, E-mail: alekkislov@mail.ru

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ

В статье предложена методика энергетической оценки технологических процессов в растениеводстве, предполагающая оценивать биологическую энергию всего урожая, произведенного на единице площади, с учетом потерь основной продукции, урожая пожнивных остатков, урожая сопутствующей и побочной продукции. Определение прямых затрат энергии предлагается осуществлять по энергосодержаниям используемых материалов, а косвенных — по энергоемкостям. Определение овеществленных энергозатрат предлагается осуществлять по фактическим срокам службы и фактическим наработкам. При этом предлагается учитывать синтезированную выросшими растениями солнечную и биологическую энергию, поступающую в почву с биологической массой растений.Предложенная методика повысит точность энергетической оценки в растениеводстве, позволит количественно оценивать энергетический баланс почв и даст объективную энергетическую оценку использования и содержания средств механизации.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЭНЕРГОЁМКОСТЬ, ЭНЕРГОСОДЕРЖАНИЕ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

UDC 631.3+631.5

Kislov A.A., Cand. Tech. Sci., Associate Professor; Kislov A.F., Cand. Tech. Sci.

Far Eastern State Agrarian University, Blagoveshchensk E-mail: alekkislov@mail.ru

ENERGY ASSESSMENT PROCESSES IN PLANT GROWING

The article suggests energy evaluation methodology of technological processes in crop production, which assumes estimating the bioenergy of the harvest, gathered on each unit of area with taking into account the losses of major produce, harvest of stubble remains, harvest of accompanying and sideline products. The authors go on suggesting that determining of direct energy expenditure is to be done according to the energy content of the materials used in the production, and indirect ones - according to power intensity. Determining of materialized power inputs is to be done according to actual service life and groundwork. At the same time, the authors suggest taking into consideration solar and biological energy, synthesized by grown plants and entering soil with biological mass of plants.The suggested methodology will increase the precision of energy evaluation in crop production. It will also allow quantitatively evaluate the energy balance of soil and give a fair energy estimation of mechanization means and tools usage and maintenance.

KEY WORDS: POWER INTENSITY, ENERGY CONTENT, BIOENERGY, ENERGY EFFICIENCY