Научная статья на тему 'МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОДПРОЦЕССОВ ВЕТРО-РЕШЁТНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА'

МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОДПРОЦЕССОВ ВЕТРО-РЕШЁТНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
102
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД / ВЕТРО-РЕШЁТНАЯ ОЧИСТКА / ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН / ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА / ЗЕРНОВОЙ ВОРОХ / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ВОЗДУХ / МНОГОСКОРОСТНАЯ СМЕСЬ / METHODICAL APPROACH / WIND-SIEVE CLEANING / COMBINE HARVESTER / TECHNICAL SYSTEM / GRAIN HEAP / PROCESS AIR / MULTI-SPEED MIXTURE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Ловчиков Александр Петрович, Бжезовский Александр Олегович, Турчанинов Семён Андреевич, Шагин Олег Сергеевич

Исследование проведено с целью обоснования методического подхода к моделированию технологического подпроцесса ветро-решётной очистки зерноуборочного комбайна. Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе. Показано, что зерноуборочный комбайн можно представить в виде преобразующей технической системы, состоящей из совокупности как технических подсистем, так и подпроцессов, к которым относится и воздушно-решётная очистка, где подвергается технологическому воздействию зерновой ворох. Выявлено, что зерновой ворох можно рассматривать как многокомпонентную и многоскоростную смесь, состоящую из твёрдых и воздушных сред. Установлено, что при движении зернового вороха по решету комбайна как многокомпонентной и многоскоростной смеси возможно образование динамических эффектов, возникающих из-за несовпадения скоростей отдельных фаз. При этом кинетическая энергия данной смеси, т.е. зернового вороха, определяется не только её движением как целого, но и скоростями относительного движения составляющих компонент. Наличие скелета в виде технологического воздуха в смеси позволяет рассматривать зерновой ворох как пористую среду при моделировании техпроцессов воздушно-решётной очистки зерноуборочного комбайна.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Ловчиков Александр Петрович, Бжезовский Александр Олегович, Турчанинов Семён Андреевич, Шагин Олег Сергеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

METHODICAL APPROACH TO STUDIES ON THE EFFICIENCY OF TECHNOLOGICAL SUB-PROCESSES OF WIND-RIDDLE CLEANING OF A GRAIN-HARVESTING COMBINE

The study was conducted in order to justify a methodological approach to modeling the technological subprocess of wind-sieve cleaning of a combine harvester. The study is based on the general logical method and mathematical analysis. It is shown that the combine harvester can be represented in the form of a transforming technical system consisting of a combination of both technical subsystems and subprocesses, which include air-sieve cleaning, where the grain heap is exposed to technological impact. It was revealed that grain heaps can be considered as a multicomponent and multispeed mixture consisting of solid and air media. It is established that when the grain heap moves along the sieve of the combine as a multicomponent and multispeed mixture, the formation of dynamic effects is possible due to the discrepancy between the velocities of individual phases. In this case, the kinetic energy of this mixture, i.e. grain heap is determined not only by its movement as a whole, but also by the relative speeds of the component components. The presence of a skeleton in the form of process air in the mixture allows us to consider the grain heap as a porous medium when modeling the technological processes of air-sieve cleaning of a combine harvester.

Текст научной работы на тему «МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОДПРОЦЕССОВ ВЕТРО-РЕШЁТНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА»

Артюхин Дмитрий Александрович, аспирант

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина» Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13 E-mail: artyukhin_d@mail.ru

Devices for small-seed crops sowing

Artyukhin Dmitry Alexandrovich, postgraduate Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina 13 Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia E-mail: artyukhin_d@mail.ru

The article shows the results of the patent search on the problem improving the quality of sowing of small grain crops. The purpose of the research is to identify the current state and trends in the development of devices for sowing of small grain crops. Patent search was conducted at the "Tractors, cars and technical mechanics" faculty in accordance with SIS 15.011-96 "Patent research. Content and procedure for holding". The classification of devices for sowing of small grain crops by types of working bodiesand principles of operation is determined. The shortcomings were identified for each type of device used for sowing small grain crops. The dynamics of activity is shown in the development and improvement of various types of devices for sowing of small grain crops. It's defined that the most intensively developing mechanical principle of operation is the sowing device. The main tendencies of development of technical means of sowing devices for small grain crops. Key words: small grain crops, sowing device, rate seeding, patent search, dispenser.

-Ф-

УДК 631.554.001.57

Методический подход к исследованию эффективности технологических подпроцессов ветро-решётной очистки зерноуборочного комбайна

А.П. Ловчиков, д-р техн. наук, профессор; А.О. Бжезовский, аспирант;

С.А. Турчанинов, аспирант; О.С. Шагин, аспирант; П.Е. Бураков, соискатель

ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ

Исследование проведено с целью обоснования методического подхода к моделированию технологического подпроцесса ветро-решётной очистки зерноуборочного комбайна. Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе. Показано, что зерноуборочный комбайн можно представить в виде преобразующей технической системы, состоящей из совокупности как технических подсистем, так и подпроцессов, к которым относится и воздушно-решётная очистка, где подвергается технологическому воздействию зерновой ворох. Выявлено, что зерновой ворох можно рассматривать как многокомпонентную и многоскоростную смесь, состоящую из твёрдых и воздушных сред. Установлено, что при движении зернового вороха по решету комбайна как многокомпонентной и многоскоростной смеси возможно образование динамических эффектов, возникающих из-за несовпадения скоростей отдельных фаз. При этом кинетическая энергия данной смеси, т.е. зернового вороха, определяется не только её движением как целого, но и скоростями относительного движения составляющих компонент. Наличие скелета в виде технологического воздуха в смеси позволяет рассматривать зерновой ворох как пористую среду при моделировании техпроцессов воздушно-решётной очистки зерноуборочного комбайна.

Ключевые слова: методический подход, ветро-решётная очистка, зерноуборочный комбайн, техническая система, зерновой ворох, технологический воздух, многоскоростная смесь.

В опубликованных ранее работах [1 - 4] отмечается, что зерноуборочный комбайн можно рассматривать как сложную многопараметрическую преобразующую техническую систему, состоящую из различных технико-технологических подсистем, которые включают в себя модели отдельных подпроцессов и их взаимосвязи. В связи с этим технологический процесс зерноуборочного комбайна можно рассматривать как явление многоплановое, для которого характерны различные структуры и подпроцессы [1, 5 - 9].

Вышеизложенное можно представить на схеме (рис. 1).

Настоящее исследование проводили с целью обоснования методического подхода к моделированию технологического подпроцесса ветро-решётной очистки зерноуборочного комбайна. Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе.

Результаты исследования. По рисунку 1 видно, что при выполнении технологического процесса преобразуются входные воздействия

в виде условий функционирования Х(Т^) в выходные ДТ^), определяющие количественно-качественные показатели работы машины: Ур(?) — рабочая скорость комбайна, м/с; Wч(t) — часовая производительность комбайна, га/ч; qуд(t) — удельный расход топлива, кг/га; Пз(0 — потери зерна; Кпз(0 — качественные показатели зерна. В зерноуборочном комбайне технологический процесс - это в основном последовательно соединённые подпроцессы, выполняемые такими техническими устройствами, как скашивание зерновых культур 1; подбор валка хлебной массы 2; обмолот хлебной массы 3; сепарация мелкого вороха 4; сепарация крупного вороха 5; измельчение и разбрасывание или валкообразование, или сбор соломы 6. На основе этого зерноуборочный комбайн можно представить в виде преобразующей технической системы (рис. 2).

На рисунке 2 показано, что технологический процесс комбайна можно представить в виде модели, построенной по принципу «вход-выход». Выходные показатели функционирования технологического процесса условно можно представить как дифференциальные, так и интегральные [1, 3, 4, 5]. Дифференциальные - это выходные показатели, которые образуются в результате действия отдельных преобразующих технических подсистем, а интегральные - это те показатели, которые образуются в результате действия совокупности преобразующих технических подсистем. К ним можно отнести такие показатели, как V,, Wч, qуд, Кпз, в частности и потери свободным зерном Пз за воздушно-решётной очисткой комбайна (рис. 3) [6 - 11].

Воздушно-решётная очистка комбайна [9 - 11] состоит из основных рабочих органов, представленных на рисунке 4.

Исходя из вышеизложенного преобразующую техническую подсистему ветро-решётной очистки зернового вороха зерноуборочного комбайна можно представить в виде структурной схемы, построенной по принципу «вход-выход» (рис. 5).

По рисунку 5 видно, что преобразующая подсистема ветро-решётной очистки состоит из двух типов технических устройств, имеющих разное технологическое назначение. Так, подсистема 1 обеспечивает подачу воздуха и разрыхление зернового вороха, а подсистема 2 - сепарацию зерна через отверстия решёт и движение зернового вороха по сепарирующей поверхности.

Кроме того, из структурной схемы (рис. 5) следует, что входные показатели Х(Т^ образуются посредством двух преобразующих технических подсистем комбайна, это молотильный аппарат и соломотряс. В частности, Х1 - зерновая масса, которая состоит из полноценного, щуплого и дроблёного зерна, Х2 - длина измельчённой соломы, Х3 - количество половы, Х4 - соотношение стеблевой части соломы и половы в зерновом ворохе, Х5 - подача зерна соломотрясом, Х6 - подача зернового вороха на очистку с соломотряса, Х7 - пространственное расположение измельчённых стеблей соломы в потоке зернового вороха, Х8 - влажность зерна и растительной массы.

Из вышепредставленного материала следует, что зерновой ворох, поступающий на воздушно-решётную очистку зерноуборочного комбайна, можно рассматривать как смесь или сплошную

Рис. 1 - Структурная схема модели технологического процесса зерноуборочного комбайна

Преобразующая техническая система

1

преобразующая техническая полснсгсмз преобразующая техническая подсистема преобразующая техническая подсистема преобразующая техническая подсистема преобрааующая техническая подсистсм-а

жатка или подборщик молотильный аппарат сепарация мелкого ворохи сепарация крупного пороха измельчитель-разбрасыватель соломы

1 I

Зерноуборочный комбайн

Рис. 2 - Зерноуборочный комбайн как преобразующая техническая система

Рис. 3 - Воздушно-решётная очистка комбайна 1 2 3

зерновой ворох недомолоченные колоски

12 11 Ю 9

- зерно и вымолоченные колоски <]—| - чистое зерно ^ - воздух

Рис. 4 - Воздушно-решётная очистка комбайна:

I - скатная доска; 2 - распределительный шнек; 3 - ротор; 4 - элеватор домолачивающего устройства; 5 -решето дополнительное; 6 - верхнее решето; 7 - удлинитель; 9 - нижнее решето; 10 - недомолоченный колос;

II - колосовой шнек; 12 - чистое зерно; 13 - зерновой шнек

Рис. 5 - Структурная схема ветро-решётной очистки как преобразующей подсистемы зерноуборочного комбайна

зерновая масса чешуйки колоса части колоса и стебля

Рис. 6 - Мелкий ворох, поступающий на воздушно-решётную очистку зерноуборочного комбайна

среду, состоящую из зерновой массы, в которой имеются фракции полноценного, щуплого и дроблёного зерна, и полова, где содержатся фракции: чешуйки колоса, измельчённые части колоса и стебля (рис. 6).

При движении зернового вороха по решету очистки комбайна в сплошную среду или смесь дополнительно вводится технологический воздух (рис. 4), который можно рассматривать как скелет внутри сплошной среды или смеси, движущийся с определённой скоростью (рис. 7).

р = £р« , ри = £ри, (1)

г=1 г=1

где и - скорость движения многоскоростной смеси как целого, м/с;

VI - скорость движения компонентов смеси, м/с.

Кроме приведённых плотностей р, введём истинные плотности компонентов р° , т.е. их плотности при отсутствии других компонентов смеси.

Далее предположим, что в общем объёме V находится смесь, состоящая из т компонентов; пусть VI - часть объёма V, занимаемая 1-й компонентой смеси при истинной плотности р° . Очевидно, согласно закону сохранения массы [12 - 13], имеем:

Р° VI = Vpí ,

откуда (2)

V/V = р, / р- .

т

Так как V = IV, получаем:

г=1

т

I (р / р0)

г=1

= 1.

(3)

Рис. 7 - Зерновой ворох на воздушно-решётной очистке комбайна как многокомпонентная и многоскоростная среда

Для дальнейшего рассмотрения данного вопроса допустим, что в любой точке с заданными координатами Х, У и Z находится несколько сред в один и тот же момент времени. При этом введём допущение, что фракции измельчённой части колоса и стебля достаточно мало, поэтому её можно объединить с чешуйками колоса и далее рассматривать как полову. Тогда зерновой ворох как смесь или сплошную среду рассматриваем из трёх компонентов: зерновая масса, полова и воздух. Причём предполагаем, что в каждой точке пространства находится несколько сред (зерновая масса, полова и воздух) со своей приведённой плотностью р, (рг- - масса I- компоненты в единице объёма), со своими скоростями иг, и1 ... и/,. Введём параметры, характеризующие смесь в целом:

Далее обозначим - интенсивность перехода из}-й компоненты (половы) в 1-ю (зерновую массу) в единице объёма смеси в единицу времени. Очевидно, что:

Ь = -} (4)

Для составления аналитического выражения для закона сохранения массы рассмотрим элементарный объём - параллелепипед со сторонами йх, йу, й (рис. 8).

Рис. 8 - Элементарный объём зернового вороха на решете очистки комбайна как элементарный объём многоскоростной смеси

известия оренбургского государственного аграрного университета

2020 • № 3 (83)

Очевидно, через грани, направленные соответственно осям х, у, z, перемещается в одну секунду количество -й компоненты (зерновой массы) смеси, равное:

д д

dydz • -т-(РМ)дх + dzdх■ -т-^М)дУ + дх ду

д

+^у (Р'т' )дz.

у=1

(5)

дt

дх

+-

дРХ,

- +

дру

дх ду

+ -

дрх±

дг

дz

т

+ Рх -Рг + X Р

2=1

откуда

дt

ёО; ёО; ёО;

•л —- + и 2 —- + т2 —-дх ду дг

дР1

V,

- +

дР1

^ ху

дх ду

+ -

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

дР1

хг дг

Ргх ' рг + ^^ Рх/г

У=1

У=1

или

Рг и = + Рхг ^г +Ё РЛ - "г X■ (7)

дt дх

V У=1 У=1

где Р1^ - сила, действующая на г-ю компоненту, направленная вдоль оси х, приложенная к грани, направленной к оси х; Рх - сила, действующая на единицу массы г-й компоненты вдоль оси х;

Рхуг - сила, действующая вдоль оси х на г-ю компоненту со стороны у-й компоненты, приходящаяся на единицу объёма. Очевидно, уравнение движения вдоль других осей будет иметь аналогичный вид:

дРх

Рг д£ = + Руг •Рг +£ Рл ~~ М Й

р. уг . г уг

иХУ у =1 г=1

(8)

За счёт этого масса рассматриваемого объёма

до ■

смеси уменьшается на величину —-ёхёу.

дt

Кроме того, масса -й компоненты смеси увеличит

вается на величину ёхёуёг за счёт перехода

2=1

массы -й компоненты из других компонентов. Следовательно [12], получим: дР2 „ т

^ + V■p<ц+^,, = 0,

откуда, имея в виду (4), получим:

дР-+v■p,ц=Ъл■

<=1

Одно из т слагаемых (5), а именно равно нулю. Суммируя (5) по < , на основании (1) получим:

-дp<- + V■p■u = 0.

дt

Из выражения (6) видно, что закон сохранения масс имеет место для смеси в целом.

Элементарный объём - параллелепипед со сторонами ёх, ёу, (рис. 8) - свидетельствует о том, что масса -й компоненты, находящейся внутри элементарного объёма, равна р < • dх dy dz. Следовательно, по закону потока импульсов, получим:

д , ч д . 2. д . . д . .

—(Р<Ч) = (Р<Ч ) - — (Р<ии<) - —(Р<и<т<) + ду

т дР ■ т т

Рг = лГ + Р 'Рг

VI иху <=1 у=1

Для индивидуальной производительности имеем выражение:

ди до, ёи, ёи, ди ди (9)

—'- = —'- + ц —'- + и< —'- +ГГ)< —'- = —'- + V ■ и ■у. дг дг дх ду дг дt

Из выражения (9) следует, что при движении по решету зерноуборочного комбайна многокомпонентной и многоскоростной смеси, которой является зерновой ворох, возможно образование динамических эффектов, возникающих из-за несовпадения скоростей отдельных фаз.

При этом удельная энергия, приходящаяся на единицу массы, Е имеет вид:

Еу =П + Ку =пг +

где Пгу - внутренняя энергия;

(10)

и

кинетическая энергия массы.

Рассмотрим наиболее простой случай, когда внутренняя (потенциальная) энергия П всей смеси, приходящаяся на единицу массы, и кинетическая энергия К всей смеси, приходящаяся на единицу массы, определяется равенством:

т т и2

РП= X РуПу; РК = X Ру-2Т- (11)

г=у=1 г=у=1 2

Полная энергия смеси в этом случае имеет вид:

( -,2 Л

тг "у ч 2

(12)

РЕ = X Ру Еу = X Ру

г=} =1 г=у=1

Для анализа выражения (12), согласно [12], введём V - диффузионные скорости, которые определяются равенством V = и' - и.

Подставив иу из (12) в (10), и имея в виду (12), получаем:

РК = X

г=у=1

Ру 'К, +и)

2

2

г

+ X

2 2 у 2

Из выражения (13) видно, что кинетическая энергия многокомпонентной и многоскоростной смеси определяется не только её движением как целого со скоростью и, но и скоростями относительного движения составляющих, что также характерно и для полной энергии смеси, т.е. зернового вороха, движущегося по решету очистки зерноуборочного комбайна.

Р V ■ V V

. (13)

Выводы. Вышеизложенное свидетельствует о том, что зерноуборочный комбайн можно рассматривать как преобразующую техническую систему, состоящую из совокупности как технических подсистем, так и подпроцессов, к которым относятся и воздушно-решётная очистка, где подвергается технологическому воздействию зерновой ворох.

Выявлено, что зерновой ворох можно рассматривать как многокомпонентную и многоскоростную смесь, состоящую из твёрдых и воздушных сред. Установлено, что при движении зернового вороха по решету комбайна как многокомпонентной и многоскоростной смеси возможно образование динамических эффектов, возникающих из-за несовпадения скоростей отдельных фаз. При этом кинетическая энергия данной смеси, т.е. зернового вороха, определяется не только её движением как целого, но и скоростями относительного движения составляющих компонент.

Наличие скелета в виде технологического воздуха в смеси позволяет рассматривать зерновой ворох как пористую среду при моделировании техпроцессов воздушно-решётной очистки зерноуборочного комбайна.

Литература

1. Методический подход к моделированию технологического процесса зерноуборочного комбайна / А.П. Ловчиков, Е.А. Поздеев, О.С. Шагин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 6 (74). С. 91 - 93.

2. К разработке стационарного процесса обмолота хлебной массы комбайном с классическим молотильно-сепарирующим

устройством / А.И. Ряднов, А. П. Ловчиков, О.С. Шагин [и др.] // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2019. № 2 (54). С. 314 - 322.

3. Методический подход к исследованию эффективности технологических процессов измельчения и разброса соломы зерноуборочного комбайна / А.П. Ловчиков, С.А. Турчанинов,

A.О. Бжезовский [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (78). С.116 - 119.

4. Ловчиков А.П., Поздеев Е.А., Шагин О.С. Взаимопроникающие движения в воздушно-соломистой смеси при функционировании ИРС зерноуборочного комбайна // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 5(73). С. 152 - 154.

5. Результаты производственной проверки прямого комбайниро-вания с высоким срезом зерновых культур / А.П. Ловчиков,

B.П. Ловчиков, Ш.С. Иксанов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 1 (63). С. 75 - 77.

6. Ловчиков А.П. Технико-технологические основы совершенствования зерноуборочных комбайнов с большим молотильным аппаратом. Ульяновск: Зебра, 2016. 111 с.

7. Снижение потерь и механических повреждений зерна при уборке урожая: метод. рекомендации / А.И. Завражнов, М.М. Константинов, А.П. Ловчиков [и др.] Мичуринск: МГАУ, 2012. 82 с.

8. Комбайн самоходный зерноуборочный РСМ-101 «Вектор». Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию РСМ-101 ИЭ. Версия 8. Ростов-на-Дону: ООО «Комбайновый завод «РОСТСЕЛЬМАШ», 2016. 450 с.

9. Комбайн зерноуборочный самоходный РСМ-152 «ACR0S-590 Plus». Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию РСМ-152 ИЭ. Версия 2. Ростов-на-Дону: ООО «Комбайновый завод «РОСТСЕЛЬМАШ», 2016. 300 с.

10. Рахимов Х.Р. Газовая и волновая динамика. М.: Московский университет, 1983. 200 с.

11. Карташов. Л.П. Системный синтез технологических объектов АПК. Екатеринбург: УрОРАН, 1988. 185 с.

12. Карташов Л.П. Параметрический и структурный синтез технологических объектов на основе системного подхода и математического моделирования. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 225 с.

Ловчиков Александр Петрович, доктор технических наук, профессор Бжезовский Александр Олегович, аспирант Турчанинов Семён Андреевич, аспирант Шагин Олег Сергеевич, аспирант

Институт агроинженерии ФГБОУ ВО «<Южно-Уральский государственный аграрный университет» Россия, 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75

E-mail: alovcikov@mail.ru; bjizzers@gmail.com; sonmorov@mail.ru; shagin958@gmail.com

Methodical approach to studies on the efficiency of technological sub-processes of wind-riddle cleaning of a grain-harvesting combine

Lovchikov Alexander Petrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor

Brzhezovsky Alexander Olegovich, postgraduate

Turchaninov Semyon Andreevich, postgraduate

Shagin Oleg Sergeevich, postgraduate

South Ural State Agrarian University

75 Lenin Ave, Chelyabinsk, 454080, Russia

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

E-mail: alovcikov@mail.ru; bjizzers@gmail.com; sonmorov@mail.ru; shagin958@gmail.com

The study was conducted in order to justify a methodological approach to modeling the technological subprocess of wind-sieve cleaning of a combine harvester. The study is based on the general logical method and mathematical analysis. It is shown that the combine harvester can be represented in the form of a transforming technical system consisting of a combination of both technical subsystems and subprocesses, which include air-sieve cleaning, where the grain heap is exposed to technological impact. It was revealed that grain heaps can be considered as a multicomponent and multispeed mixture consisting of solid and air media. It is established that when the grain heap moves along the sieve of the combine as a multicomponent and multispeed mixture, the formation of dynamic effects is possible due to the discrepancy between the velocities of individual phases. In this case, the kinetic energy of this mixture,

i.e. grain heap is determined not only by its movement as a whole, but also by the relative speeds of the component components. The presence of a skeleton in the form of process air in the mixture allows us to consider the grain heap as a porous medium when modeling the technological processes of air-sieve cleaning of a combine harvester.

Key words: methodical approach, wind-sieve cleaning, combine harvester, technical system, grain heap, process air, multi-speed mixture.

DOI 10.37670/2073-0853-2020-83-3-178-184

-♦-

УДК 631.3.06

Силовой анализ комбинированной почвообрабатывающей машины

А.С. Иванов, канд. техн. наук; М.С. Пузырев, соискатель ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья

В России и за рубежом в современных технологиях обработки почвы широко применяются ротационные машины комбинированного действия с приводом рабочих органов от вала отбора мощности или через прицепное (навесное) устройство. Рабочие органы таких машин движутся в почве по различным траекториям. Анализ существующих конструкций комбинированных почвообрабатывающих машин показал, что имеется ряд проблем, связанных с обеспечением эффективного процесса обработки почвы. Конструктивные, кинематические и технологические параметры работы ротационных сельскохозяйственных машин существенно влияют на показатели энергоёмкости и качества процесса обработки почвы. Цель исследования - обоснование силовых нагрузок, действующих на разработанный комбинированный ротационный двухдисковый рабочий орган. Опыты проводились на установке, включающей в себя рабочий орган, силовой агрегат, регулирующую и контрольно-измерительную часть. Рассмотрена структурная и принципиальная схема установки. Для построения аналитических зависимостей работы двухдискового ротационного рабочего органа рассмотрены действия сил по отдельности для пассивного и активного диска, и разработаны аналитические зависимости для совместной работы дисков. Обоснованы силовые нагрузки, действующие на разработанный комбинированный ротационный двухдисковый рабочий орган. Определены кинематические и конструктивные параметры, при которых наблюдается выровненность дна борозды до 80 %. Обосновано снижение удельной энергоёмкости фрезерования по сравнению с серийными машинами на 11 - 17 %.

Ключевые слова: почва, обработка, ротационная машина, рабочий орган.

В России и за рубежом в современных технологиях обработки почвы широко применяются ротационные машины комбинированного действия как с активным приводом рабочих органов от ВОМ трактора, так и с пассивным приводом. Рабочие органы таких комбинированных машин осуществляют движение в почве по различным траекториям. В работе Ю.И. Матяшина изложены вопросы динамики ротационных машин приводного и бесприводного действия. Рассмотрен силовой анализ на примере почвенных фрез с вертикальной осью вращения, а также горизонтальной, установленной фронтально [1].

У комбинированных машин существует резерв в повышении эффективности процесса обработки почвы [2 - 4]. Конструктивные, кинематические и технологические параметры работы ротационных сельскохозяйственных машин существенно влияют на показатели энергоёмкости и качества процесса обработки почвы.

Цель исследования - обоснование силовых нагрузок, действующих на разработанный комбинированный ротационный двухдисковый рабочий орган.

Материал и методы исследования. Опыты проводились на установке, включающей в себя

рабочий орган, силовой агрегат, регулирующую и контрольно-измерительную часть (рис. 1). В качестве силовой части использовали электродвигатели серии АИР-80 переменного тока с фазовым ротором мощностью (0,75; 1,5 кВт), с частотой вращения (920, 1500, 3000 об/мин). Рабочий орган состоял из двух дисков (активного и пассивного) с режущими элементами (рис. 2) [5]. Один жёстко закреплён на валу болтовым соединением, второй свободно вращается в подшипнике. Регулирующую, в то же время приводящую роль выполняет электродвигатель с автоматическим управлением частоты вращения вала от 0 до 900 об/мин, частотный преобразователь Е-МГ№ LP7. В программе исследований в качестве контрольно-измерительной части использовали цифровой измеритель переменного тока MD-1614В с возможностью передачи данных на персональный компьютер.

Результаты исследования. Для построения аналитических зависимостей работы двухдискового ротационного рабочего органа рассмотрим действия сил по отдельности для пассивного и активного диска.

Пассивный рабочий орган вращается от взаимодействия ножей с почвой, при этом возникают

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.