CC BY
19
КОМБАЙНАМ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ - ВЫСОКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
М.И. ЛИПОВСКИЙ, доктор технических наук Северо-Западный НИИМЭСХ
В конце девяностых годов ушедшего века, крупнейшие комбайностроительные предприятия России
Таблица 1. Технические характеристики комбайнов
«Енисей» яя- 2065
Показатель КЗС- КЗС- 1200- 1200-
957» 954» НМ» 1НМ»
Пропускная спо-
собность, кг/с 9,0 7,6 7,0 6,2 5,2
Мощность двига- 136 136 136 136 102,9
теля, кВт (л. с) (185) (185) (185) (185) (140)
Объем бункера, м3 5,0 5,0 4,5 4,5 4,2
Ширина молотил-
ки, м 1,2 1,2 1,2 1,2 1,12
Молотильно-сепарирующее устройство:
-тип с зубовы- биль- биль- биль- биль-
ми ное ное ное ное
-диаметр бара- бичами
бана, мм 556 550 550 550 500
-число молотиль-
ных барабанов 2 2 2 1 1
-угол обхвата под-
барабанья, град. 135/127 135М27 135/127 135 105
-площадь подба-
рабанья, м2 1,51 1,51 1,51 0,78 0,62
Соломотряс:
-число клавиш 4 4 4 4 4
-длина клавиш, мм 2820 2820 2820 3600 4110
-площадь, м2 3,5 3,5 3,5 4,4 4,6
Площадь очистки,м 2 3,6 3,6 3,15 3,15 3,4
Ширина захвата
жатки, м 6 6 5 5 4,3
развернули работы по созданию уборочных машин нового поколения [1]. В ОАО «ПО Красноярский завод комбайнов» сконструировано несколько моделей, в которых взамен повсеместно в мире применя-
емого бильного молотильного аппарата использован созданный специалистами завода и СЗНИИМЭСХ молотильный аппарат с зубовыми бичами [2]. В 2003 г. на Северо-Западную МИС был представлен двухбарабанный комбайн с такой молотилкой «Енисей-КЗС-957», который проходил испытания в сравнении с «Енисеем-КЗС-954», «Енисеем-1200НМ», «Енисеем-1200-1НМ», «811-2065» фирмы «Батро Ко5еп1е\у» (табл.1).
При уборке ячменя в стадии восковой спелости с влажностью зерна 37%, соломы 54% и пшеницы с влажностью зерна 16,1%, соломы 22,8% потери зерна за молотилкой комбайна «Енисей-КЗС-957» были соответственно в 2 и 1,5 раза меньше, чем за остальными (табл. 2). При приведенных подачах ячменя 4,8...6,5 кг/с потери за «Енисеем-КЗС-957» составляли 0,7...2,1% (в среднем 1,6%),что практически соответствует значению, предусмотренному агротребованиями (1,5%), после «Енисея-КЗС-954», который отличается только бильным молотильным аппаратом, они достигли 2,1...4,3% (в среднем 3,2%). При приведенных подачах пшеницы потери за молотилкой первого комбайна были равны 1,07...1,88%, а второго — 2,1...2,25%. Удельный расход топлива при уборке ячменя составлял соответственно 2,16 и 2,5 кг/т, пшеницы — 1,8 и 2,08 кг/т, то есть у «Енисея-КЗС-957» на 13,5... 13,6% меньше. Пропускная способность новой машины по пшенице — 9 кг/с, ячменю — 5,7 кг/с, аналогичного с бильным молотильным аппаратом, соответственно — 7,6 и 4,5 кг/с.
Существенная разница в показателях работы комбайнов одинаковой конструкции и массы свидетельствует о различном техническом их уровне, обусловленном применением более эффективной молотилки. Как видно из табл. 3, удельные показатели российских и зарубежных моделей с бильным молотильным аппаратом достаточно близки. «Енисей-КЗС-
Таблица 2.Показатели работы молотилок комбайнов при испытаниях на Северо-Западной МИС
Показатели «Енисей-КЗС- 957» «Енисей-КЗС- 954» «Енисей- 1200НМ» «Енисей-12001 НМ» ЯК 2065 «Сампо»
пше- ница яч- мень пше- ница яч- мень пше- ница яч- мень пше- ница яч- мень пше- ница яч- мень
Рабочая скорость, км/ч 6,2 5,3 5,4 4,6 6,5 5,0 4,5 4,0 4,8 4,4
Производительность, т/ч:
- основного времени 11,81 9,81 10.25 8,61 10,23 7,62 7,10 6,14 6,32 5,63
- сменного времени 7,46 6,17 6,74 5,58 6,17 4,63 4,56 3,87 4,52 3,95
- эксплуатационного времени 6,85 5,66 6,23 5,16 5,63 4,22 4,16 3,53 4,23 3,70
Пропускная способность, кг/с 9 5,7 7,6 4,5 - - - - - -
Удельный расход топлива, кг/т 1,8 2,16 2,08 2,50 2,14 2,88 2,76 3,14 3,21 3,59
Подача фактическая, кг/с 8Д..10.5 4,9...6,8 8.1...10.3 4,4...6,7 7.9...8.0 4,0...6,8 5,5...7,3 4,4...6,7 4,6-5,6 3,2...5,2
Подача приведенная, кг/с 8.2...10 4,9...6,5 7.5...10 4.8...6.0 7,8...7,9 3,9...6,4 4,7...7,1 4,4...7,7 4,1 ...5,1 2,9-4,8
Потери, % 1,1...1,9 0.7..Д1 2,1...2,3 2,1...4,3 1.2...1.8 3,1...3,7 1,9...4,3 1,3...5,7 2...3.8 2,3-4,1
Среднее 1,5 1,6 2,2 3,2 1.5 3,4 3,1 3,5 2,9 3,1
Содержание сорной примеси, % 0,30 1,70 0,76 1,70 0,82 1.3 0,78 3,0 0,09 1,40
Дробление, % 1.1 0,20 1,7 0,50 0,8 0,6 1,7 0,5 0,9 0,2
\
957» отличается самой высокой удельной пропускной способностью и эффективно работает при наименьшей энергонасыщенности, а по материалоемкости находится на уровне лучших.
Табл и ца 3. Удельные показатели технического уровня комбайнов
Удельные показатели
Марка комбайна пропускная спо-соб-ность. кг/(см ) * Як уд ~ В мате- риало- емкость, Т/(кг-с1) Г’ - ^ у* ~ Чк энерго- насыщен- ность л.с/(кг-с1) н- -*И ^ уд — Чк
Класс 5...6 кг/с
СК-5М «Нива» 4,55 1,50 22,2
«Дон-091» 5,12 - 24,4
«Енисей-12001М» 4,75 1,66 25,4
«Енисей-950» 5,43 1,63 28,3
«Батро РозеІеу/БР-2065» 4,66 1,34 26,8
Класс 7...8 кг/с
«Вектор» 6,08 1,71 25,3
«Енисей-КЗС-954» 6,33 1,53 24,3
«Оааэ» «Меда 204» 6,53 1,33 25,6
«Маээеу Ре^изоп 5,36 1,38 23,4
МР-32» «МР-7256» 6,10 1,26 27,0
Класс 9...10 кг/с
«Дон-1500Б» 6,18 1,45 23,8
«Дон-141» 6,30 1,46 26,5
«Енисей-957» 7,50 1,29 20,6
«СІаав» «Меда 208» 6,46 1,41 23,0
«І_ехіоп 430» 6,76 1,46 25,0
«ОоттаКэМОв» 5,57 1,38 25,1
«ОеиЬ РаИг» Торіїпіг 6,65 1,28 25,0
4065» 6,45 1,27 25,3
«ІоИп Оееге» «2256» «2258» 7,14 1,18 26,7
*<7 и цк — соответственно пропускная и удельная пропускная способность комбайна;
—масса комбайна; (7^ — удельная материалоемкость комбайна; И—мощность двигателя; Иуд — энер-гонасьщенность комбайна
При эксплуатации важны и другие показатели — производительность, допускаемые потери и травмирование зерна. Условия работы комбайнов в обычных хозяйствах существенно отличаются от тех, при которых они испытываются на МИС. Поэтому эффективность машины зависит не только от ее технического уровня. В случае ручной настройки рабочих органов и выбора режима эксплуатации важнейшую роль играет функционирование системы «оператор-комбайн». Например, по результатам специальных наблюдений, средний уровень потерь за СК-5 «Нива», «Енисей-1200» (класс 5...6 кг/с) и «Дон-1500» (класс 9...10 кг/с) отличаются незначительно (табл. 4), а в хозяйствах они в несколько раз выше зафиксированных во время испытаний на МИС. Очевидно, что при существующем уровне технологического обслуживания снижение потерь зерна вслучае использования в новых машинах традиционных рабо-
Таблица 4. Потери зерна за молотилками комбайнов при уборке ржи в производственных условиях
Тип комбайна Число машин Диапазон потерь зерна, % Среднее значение, %
СК-5М, СКП-5М 6 1,32...13,73 5
«Енисей-1200Н» 3 1,22...10,61 5,5
«Дон-1500» 2 2,34...6,46 4,4
чих органов, в частности, бильного молотильного аппарата, требующего частых регулировок при изменении условий уборки и смене культур, а также весьма чувствительного к отклонению параметров от оптимальных, невозможно. Для эффективной оценки эксплуатационных качеств комбайна целесообразно учитывать, кроме предусмотренных стандартом на испытания и упомянутых удельных показателей, также некоторые другие его свойства. Они влияют на адаптивность к конкретным условиям использования. Это, в частности, вероятность правильной настройки и чувствительность к отклонению регулируемых параметров от оптимальных значений, возможность оперативного устранения нарушений технологического процесса, в том числе при залипании подбарабанья.
Как показали исследования, в Нечерноземной зоне России вероятность того, что молотилки работающей группы комбайнов настроены правильно, составляет Р=0,2. В таком случае потери зерна в 3,3 раза превышают величину этого показателя при правильной регулировке, то есть
Х=П/Пп>
где К — степень возрастания потерь, %;
П — фактические потери, %;
Пц — потери при правильной настройке, %.
Наиболее неблагополучно обстоит дело с установкой зазоров между барабаном и подбарабаньем. Вероятность того, что они отрегулированы так как нужно составляет Рд = 0,26. Значительно лучше ситуация с частотой вращения барабана. Вероятность ее правильности — Р„ = 0,77, что можно объяснить простотой регулировки с помощью гидравлического привода и возможностью контроля посредством тахометра. Вероятность настройки очистки в соответствии с техническими требованиями, составляет Рот = 0,74.
Мы установили зависимость степени возрастания среднего уровня потерь зерна в работающей группе комбайнов от вероятности правильной настройки их молотилок Р (рис. 1). Начальное значение =1 соответствует потерям зерна при правильной регулировке (П).
Функция эта — убывающая и она показывает, что возможный путь снижения потерь зерна — увеличение вероятности настройки должным образом.
Качество работы комбайна, в том числе и уровень потерь зерна обеспечивается действием объективных и субъективных факторов системы «оператор (комбайнер) — молотилка». Использование для увеличе-
Рис. 1. Степень возрастания среднего уровня потерь в зависимости от правильной настройки молотилки
ния вероятности правильности регулировки молотилки субъективного элемента связано с необходимостью изменения, в том числе личностных качеств и квалификации механизатора. Достижение результатов таким путем требует значительных усилий, средств и времени без гарантии продолжительности полученного эффекта, о чем свидетельствует опыт разработки и освоения операционной технологии уборки в 70-х гг. ушедшего столетия. Эту задачу выполняли десятки научно-исследовательских учреждений бывшего СССР, однако по-настоящему технологию применяли в основном сотрудники НИУ или специалисты хозяйств в их присутствии.
Реально добиться повышения правильности настройки молотилки комбайна можно изменением объективного элемента системы «оператор — молотилка комбайна». Наиболее радикальный путь — автоматизация. Однако для практического решения этой задачи таким способом сегодня еще нет достаточных предпосылок, в том числе и необходимых датчиков, способных оперативно оценивать параметры убираемых посевов. Кроме того, применение автоматизированных систем с использованием бортовых компьютеров связано со значительным удорожанием машины. Поэтому в первую очередь нужно использовать наиболее простые средства, позволяющие достичь значительного эффекта в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. Одним из путей может быть создание рабочих органов, малочувствительных к отклонениям регулируемого параметра от оптимального значения и, в частности, способных эффективно функционировать при его неизменных значениях.
Максимальный эффект может быть достигнут в случае устранения необходимости регулировать параметр, вероятность правильной установки которого минимальна. Как следует из выполненного ранее ана-
лиза, для комбайна — это молотильные зазоры. Следовательно можно считать лучшим способом снижения потерь зерна при работе уборочных машин в хозяйственных условиях — применение молотильного аппарата, способного эффективно обмолачивать все зерновые колосовые при постоянных (нерегулируемых) зазорах между барабаном и подбарабаньем независимо от состояния убираемой культуры (влажности, соломистости, полеглости и т.д.). Именно такими свойствами обладает аппарат с зубовыми бичами.
Оценим влияние устранения необходимости регулировать зазоры на уровень потерь зерна молотилкой, рассматривая ее состояние как вероятностное событие. Очевидно, что правильную настройку можно считать результатом одновременно соответствующей установки частоты вращения барабана, молотильных зазоров и очистки. Вероятность совместного появления этих событий равна произведению их вероятностей. С учетом упомянутых значений последних получаем для находящихся в эксплуатации комбайнов:
Р=Р„- РЛ-Рм = 0,77-0,26-О,74=0,15,
что близко к непосредственно полученной величине Р=0,2
Новый молотильный аппарат работает при постоянных зазорах, поэтому будем считать, что они всегда установлены правильно Рд3 6=1. Тогда вероятность настройки обычной молотилки согласно оптимальным рекомендациям Р3 6 равна:
рзб = р .р зб ,Р =0 77. ].0 74=0,57
п Д оч * } ’
Определив по рис. 1 значения средних степеней возрастания потерь для комбайнов с бильным молотильным аппаратом (Р =0,2) А. ср =3,33 и оборудованных молотилками с зубовыми бичами (Р36 =0,57) V6 = 1>73, получаем 5=3,33/1,73=19.
Более разумно оценить рассматриваемый показатель диапазоном возможных значений 5 Для отыскания его второй границы возьмем менее благоприятную зависимость уровня потерь зерна от вероятности правильной настройки, которую примем линейной в интервале изменения вероятностей от экспериментально полученного значения Р = 0,2 до Р = 1 (изображена пунктиром на рис. 1). В этом случае:
К=3,45; Ар36 +2,32; 8=3,45/2,32-1,5
(штрихом здесь и далее обозначены величины, соответствующие прямолинейной зависимости).
Таким образом, использование молотильного аппарата с зубовыми бичами вместо бильного может обеспечить снижение уровня потерь зерна в производственных условиях в 1,5-1,9 раза. Анализ сравнительной производственной проверки работы комбайнов в Ленинградской области (табл. 5), показывает, что полученные теоретические результаты следует рассматривать как минимальные.
Дальнейшее улучшение качества работы молотилки возможно путем автоматизации настроек частоты вращения барабана и очистки. В этом случае
Таблица 5. Потери молотилками комбайнов в производственных условиях,%
Потери
Культура недомоло- том свободным зерном всего
Ячмень СК-5М (3 комбайна) 1.4 7,7 9,1
Овес 1,2 1,3 2,5
Ячмень СК-5, оборудованный молотильным аппаратом с зубовыми бичами 1,1 2,6 3,7
Овес 0,2 0,9 1,1
можно принять значения Рп,= Ри* =0,9. Вероятность ее правильной настойки в этом случае при молотильном аппарате с зубовыми бичами (Р“) составит:
Р°=Р° •/>« ■/>“ = 0,9-1 •0,9=0,81
п Л он ’ *
По рисунку 1 найдем соответствующие значения А.ср*=1,28; (кс‘У =1,58 и определим границы интервала снижения потерь зерна за счет автоматизации настройки рабочих органов:
=1,73/1,28*1,3;
(*■)’ = (А’рб)У(Я;)’=2,32/1,58=1,б
Следовательно, потери зерна при этом можно уменьшить в 1,3-1,6 раза:
Снижению потерь способствует и меньшая чувствительность новой молотилки к отклонению регулировок от оптимальных значений. При испытаниях на Центральной МИС у опытного образца однобарабанного комбайна с таким аппаратом «Енисей-120013» при изменении частоты вращения барабана с 1100 до 1200 мин-1 они возросли в 1,32 раза (с 1,68 до 2,22%), составляя в среднем 1,95%, или 116% по сравнению с оптимальной настройкой. У комбайна СК-5 «Нива» средний уровень потерь при работе с различными регулировками молотильного аппарата составил соответственно 3,6% и 152,5%.
Важное достоинство рассматриваемого молотильного аппарата — меньшее микротравмирование зерна (на 30 % и более).
При уборке посевов повышенной влажности часто происходит залипание подбарабанья частицами почвы и растений. При этом из-за резкого снижения сепарации зерна нарушается нормальное пре-
мируемыми отверстиями [3]. Оно выполнено из двух равновеликих секций, смонтированных одна в другой таким образом, что планки и прутки каждой из них размещены между планками и прутками другой. При работе привода (гидравлического или ручного) элементы, ограничивающие все сепарирующие отверстия подбарабанья, находятся в возвратно-посту-пательном движении, направление которого в каждый момент времени для параллельных элементов противоположно. В частности, смежные продольные прутки секций попеременно сближаются и удаляются, сужая и расширяя заключенные между ними отверстия (рис. 2). Это вызывает интенсивное разрушение и удаление продуктов залипания.
Рис. 2. Вид сепарирующей поверхности подбарабанья с деформируемыми отверстиями: а, б, в—соответственно при среднем, сдвинутом и раздвинутом положениях секций; 1 —крайняя боковина правой секции; 2, 3 — поперечная планка соответственно правой и левой секши; 4,5 — пруток соответственно правой и левой секции.
С учетом отмеченного влияния нового молотильного аппарата на эффективность комбайна можно спрогнозировать возможное повышение технического уровня российских машин (табл. 6).
Таким образом, применение эффективных научных Таблица 6. Повышение технического уровня комбайнов при применении молотильного аппарата с зубовыми бичами
Марка комбайна Удельные показатели
пропускная способность, кг/(с-м'1) материалоемкость, Т/(кг-с1) энергонасыщенность, л.с/(кг-с1)
реальная | возможная реальная \ возможная реальная | возможная
Дон-091» 5,12 6,14 - - 24,4 20,3 • «Дон-141» 6,30 7,56 1,46 1,22 26,5 22,1 «Вектор» 6,08 7,30 1,71 1,42 25,3 21,1
текание технологического процесса и в несколько раз возрастают потери. Для борьбы с этим явлением в СЗНИИМЭСХ разработано подбарабанье с дефор-
разработок позволяет улучшить конкурентоспособность отечественной техники и обеспечить ее хорошую адаптивность к разнообразным условиям страны.
Литература
1.И.КМещеряков. Новая продукция «Ростсельмаша»// Тракторы и сельскохозяйственные машины- 2000, №2.
2.М.И. Липовский. Двухфазный обмолот однобарабанным комбайном//Достижения науки и техники АПК — 2003, №7.
3. М. И. Липовский и др. Дека молотильного устройства. Патент N91384265. Бюллетень № 12, 1998.
