CC BY
26
УДК 631.17
ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО УБОРОЧНОГО АГРЕГАТА НА БАЗЕ ПРИЦЕПНОГО ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА
Палапин Алексей Витальевич к.т.н., доцент
ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», Россия
Разработана математическая модель и блок-схема алгоритма оптимизации параметров и режимов работы многофункционального агрегата на базе прицепного зерноуборочного комбайна на прямом комбайнировании
Ключевые слова: МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АГРЕГАТ, ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН, ПАРАМЕТРЫ, ОПТИМИЗАЦИЯ, ЭНЕРГОЗАТРАТЫ
За рубежом, например, в Канаде, на уборке зерновых колосовых используются, наряду с самоходными, еще и прицепные зерноуборочные комбайны [1]. Хорошо известны преимущества и недостатки последних, но бесспорно, на наш взгляд, что на базе прицепных комбайнов легче синтезировать многофункциональные агрегаты, которые одновременно с уборкой урожая могут выполнять и другие сопутствующие работы уборочного комплекса, например, лущение стерни, прямой сев пожнивных культур, внесение минеральных удобрений и др.
Известны работы, в которых синтез уборочно-
почвообрабатывающих агрегатов (УПА) реализован на базе энергонасыщенных полноприводных зерноуборочных комбайнов [2, 3]. Однако еще не до конца продумана динамика такого агрегата, которую легче решить прицепным зерноуборочным комбайном.
В рамках данной статьи нами сделана попытка разработать математическую модель и блок схему алгоритма оптимизации параметров и режимов работы прицепного многофункционального уборочно-
UDC 631.17
THE REASONS OF THE MULTIFUNCTIONAL HARVESTER’S OPTIMAL PARAMETERS ON THE BASIS OF A PULL-TYPE COMBINE HARVESTER
Palapin Aleksey Vitalyevich
Cand.Tech.Sci., associate professor
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
The mathematical model and the flow chart of the algorithm of the parameters and operating modes optimization of the multifunctional harvester on the basis of a pull-type combine harvester on the straight combining with the winnowing of grain are developed
Keywords: MULTIFUNCTIONAL HARVESTER, COMBINE HARVESTER, PARAMETERS, OPTIMIZATION, POWER INPUTS
посевного агрегата в составе уборочно-транспортного звена. Многофункциональный агрегат включает трактор, прицепной зерноуборочный комбайн и присоединенную к нему сеялку прямого посева пожнивных культур. В состав уборочно-транспортного звена входит также агрегат для транспортировки зерна от комбайна, включающий трактор и накопитель-перегрузчик, и агрегат, состоящий из трактора и прицепа М6350 для загрузки сеялок семенами и минеральными удобрениями.
В качестве критерия оптимизации разрабатываемой модели принят минимум совокупных затрат энергии на выполнение всех перечисленных работ уборочно-транспортного комплекса. Принятый критерий, в общем, известен [4], но пока еще не достаточно используется в решении прикладных задач.
Блок-схема алгоритма оптимизации параметров прицепного зерноуборочного комбайна в агрегате с зерновой сеялкой прямого посева представлена на рисунке. Она включает 44 оператора, из которых 8 логических. Целевая функция предложена в 42 арифметическом операторе.
В 4-ом операторе по сравнению с агрегатом для невейки необходимо уточнить формулу рабочей скорости движения агрегата, которая составит:
_ 36 • q • К п _ 36 • q • 0,53 _ 20,2 • q (-,)
Ьр _ 0,95 • B • U _ 0,95 • B • U _ B • U , ()
где: д - пропускная способность молотилки комбайна, кг/с;
КП - коэффициент снижения пропускной способности молотилки по сравнению с очесок на корню;
В - ширина захвата жатки, м; и - урожайность зерна, т/га.
Масса комбайна в отличие от очесывающего варианта будет повышена за счет массы измельчителя соломы, который не используется
при очесе, плюс масса очистки зерна. Тогда дополнительно к слагаемым оператора 23 необходимо добавить массу измельчителя и очистки зерна:
Соответственно повысятся затраты энергии на перекатывание комбайна Е/г (оператор 32), а также на изготовление Е'МУПА (оператор 35). Также существенно возрастут затраты энергии на расходуемое топливо комбайном (операторы 40а, 40б) и конечно общие совокупные затраты ЕЗ (оператор 42).
Изменится в варианте прямого комбайнирования с измельчением соломы потребная мощность двигателя трактора NТр (оператор 30) по сравнению с очесом на корню. По данным профессора Жалнина Э.В. [2] на измельчитель требуется 3,6 кВт/кгс-1 и столько же на очистку зерна. Тогда формула для расчета NТр примет вид:
где 0Тр - масса трактора, агрегатирующего комбайн с прицепной сеялкой,
Затраты совокупной энергии на выполнение стационарных работ (оператор 41) зависят от мощности электродвигателей разделительного сепаратора вороха, семеочистительных и сортировальных машин, площади посева ^ убираемых культур, урожайности и отношения массы мякины к массе зерна 5м. В технологическую линию стационара включен также пневмопровод для транспортировки мякины на расстояние до 70 м, который формирует ее в курган высотой 10 м, а также новая универсальная семеочистительная воздушно-решетная машина ВИМ-12/25 для предварительной, основной и окончательной очистки семян до норм, предусмотренных ГОСТом на семена. Установленная мощность http://ej.kubagro.ru/2012/09/pdf/06.pdf
Ок = 295-В + 700-д + 300-д = 295-В + 1000-д.
(2)
кг.
двигателей на этой машине 18,5 кВт, масса 1060 кг, производительность на очистке семян - 12 т/ч, продовольственного зерна - 25.
Новым в нашей блок-схеме (см. рисунок) является использование встроенной функции и ключевых слов Math CAD [5], которые применяются для округления дробных значений чисел в целые (операторы 11; 16 см. рисунок), где слово ciel (х) - наименьшее целое, не превышающее х.
F = 1000-7000 (шаг 1000); Lp = 0,50-1,5 км (шаг 0,5);
U = 3-12 т/га (шаг 1); S = 1-9 км (шаг 2); ? =0,8 кг/м3 (шаг 50); 1Vg = 10-30 м3 (шаг 2); прд = 1-20 (шаг 2); п”к = пк; ? = 5-15 % (шаг 5)
к13
6
2 q = 1-30 кг/с (шаг 1,0)
3
__ 0,928 ln q
B = e
V4 max 20,2q , \ u = -< 12 км ч р BU ' 1
5 VHn = 2V
10,6
нет
10,6 + -
0,0003^1900В ■ Ьр + 29,8В2 + 0,02В - 0,002
2,34
А
В v ■ U
+0,061
+ 0,0003J1900В ■ Ь„ + 29,8В2 + 0,02В - 0,002
7
9 1В + 4 3 v
1 + 9,1В + 4,3 ■ + 0,0036В„
1000■L„ 4 р
1
00 Wаrр= 0,095В-ир Т1Т2
9 №к= ^^агр ■ и
10 П к 18' ^Уагр'"рд
11 п'к = сеН(п 'к)< 1,3 ^ а п'к = сеН(п'к) >1,31
12 "к=1 12а «к=2
от 5
13
V — г' = 0,08++— ц 175 15
14
нет
К 1
15
П"к = "к
,/ //
V п
п" =' гадм+„,„03^
Ж
V пк
■V
у и
16 П НП = се1(п' НП)<1,3
17 пнп = 1
(16а П нп = сег7(и'нп)>1,31
17а
пнп = 2
00 пНП 1 0,001 Р + 0,003 1 г _ ^ ^к ' V 1ц » у НП П
19 1 и
20 гг _ УНП Р 0,001 1ц
21 . ^-и Пнп 18 -Ж п 10 П НП рд
(22 \ пк • = пнп • Пнп'^
23 Gк = 295 •В + - 1000^
24 аТр _ 1000- ^ 14,731 - 1п (д)+10,334 - д + 3,75
25 Гт _ е 0,19 1п -Унп + 8,16 НП
26 ^НП _ -111,561СГ9-в2нП +0,002-вНП ^Тр _е
27 Gc = 96' •В
28 Яс = 2,0914-1п(#) + 3^
(29 ъ <46 ^ Да
30
ЫеТр — (^/136,24 • д2 + 2,05 • 10'3 • еч + 552,271п (д) • 0,95 + 0,00022 • вТр • ир + + 0,00022 •вк •ир + 7,2 • д)/0,864
3 ыНПп _ 01Т _3,1'10"9' )2+0,002 СНП
32 С т„ + в к + С с + -0,5 • р •У б Е агр тр к с ’ г б
1 _ 4080 (1 - 8 /100 )• В
33 Е агр _ 10 ,58 • д XX ^ к
34 Етп — 48,7'д + 1,26Г пк + пНП ) п ж ж ж УУ к V К УУ НП у
35 ^ 0,056 (вк + в' )+ 0,025 втр
Е — МУПА ТЖ к
36 0,0253 в Т"1 + 0,33 в НП Е —
НП ж НП
37
38
К 4
нет
К 4
Е
, 3,34 (оН '0,001 + ОНП -0,001 + 0,5 -УНП -р -0,001)
0,001 -р -шв
25 + 0,001 р -Уш /350
■ 0,001 -р-Унп
Е_
ир= >5,0
39
ир= <5,0
К 4
да
EGm {[2,2(1+0,012 •
40а (ир-5)]+0,Ш^И2,7 40б
нет
да
Ет=\(2,2+0,П2-£М2,7
К 4
]
41 _ 0,025 -Г 261,3 Е тл — 30 + 1 600 0,6-г-и
42 Е —(Еагр + Еагр + Е + Е' + Е + Е' + Е + Е + Е )® тіп Ез ЕТ Ехх ^ ЕТП^ МУПА ЕНП^ ЕНП^ Епосев^ ЕОт^ ЕТЛ ) ^ 11Ш1
43 нет Проверка расчетов \ по исходным данным і
44 Вывод на печать и построение зависимостей: F; Ї7; Lр; В; ир; д ; S; Р; Кй; Прд; 5; 5М; Унп ; Ті; Гг; Жагр; пк; п"нп; Wнп; Gк; -г*; Gнп; -%; Gc ; Лс; А^Гр; Л^; Е/гр; ЕХ*; Ет; Е'мупа; Енп; Е'п Еп<>сев; Е-т; ЕГЛ; Е3
остановка
Рисунок - Блок-схема алгоритма
При разработке математической модели (рисунок 1) необходимо было методом аппроксимации получить следующие зависимости
(таблица): Отр = Ая) - масса трактора, агрегатирующего зерноуборочный комбайн с прицепной сеялкой прямого посева (оператор 24); ОНП = АУНП) -масса накопителя-перегрузчика невеяного вороха в функции вместимости УНП прицепа-накопителя (оператор 25) ОТрНП= А(ОНП) - масса ОТрНП трактора, агрегатирующего накопитель-перегрузчик вороха в функции веса ОНП самого накопителя-перегрузчика (оператор 26); Яс = АФ - тяговое сопротивление Яс сеялки прямого посева в функции пропускной способности я молотилки комбайна (оператор 28); Ыке = Ад), необходимой мощности на агрегатирование и рабочий процесс зерноуборочного комбайна в функции пропускной способности д для его молотилки; В = А(д) - ширина захвата жатки комбайна в функции его пропускной способности я (оператор 3 рисунок 1).
Таблица - Аппроксимированные зависимости параметров многофункционального уборочно-посевного агрегата, используемые при разработке математической модели
Наименование функции Полученная зависимость Критерий Кохрена
расчетный табличный
1 Масса трактора, агрегатирующего комбайн с сеялкой прямого посева, кг ОТр — 1000 - д/14,731 - 1п (я) +10,334 - д + 3,75 0,779 0,801
2 Масса прицепа-накопителя, кг О — 0,191п- УНП+8,16 ОНП — е
3 Масса трактора, агрегатирующего накопитель-перегрузчик, кг О НП — е -111,56 • 10-9 • О2П + 0,002ОНП ОТр — е
4 Тяговое сопротивление сеялки прямого посева, кН Яс =2,1-1пд 0,234 0,801
5 Необходимая мощность на агрегатирование и рабочий процесс комбайна, кВт Ыек — ^136,24- я2 — 2,0 -10-3 -ея + 552,2751п д 0,343 0,80
6 Ширина захвата жатки, м о 0,928- 1п а В — е ’ 4 0,563 0,801
http://ej.kubagro.ru/2012/09/pdf/06.pdf
Все полученные аппроксимированные зависимости представлены в таблице и были использованы при построении математической модели обоснования оптимальных параметров многофункционального уборочного агрегата на базе прицепного зерноуборочного комбайна. Все зависимости были проверены на адекватность моделей по критерию Кохрена. Для примера приведем зависимость ^ек= /(д), на рисунке 2.
Рисунок 2 - Зависимость потребной мощности двигателя для работы прицепного комбайна от q
Полученная математическая модель адекватно описывает процесс: расчетное значение критерия Кохрена ор = 0,343 не превышает его табличное значение о( = 0,801.Также были проверены и другие зависимости.
Список литературы
1. Гейдебрехт И.П. Канадская технология уборки сельскохозяйственных культур/Техника и оборудование для села, № 4, 2006.
2. Липкович Э.И. и др. Инженерно-техническая служба - основа устойчивости функционирования технического оснащения АПК/Тракторы и сельхозмашины, № 8, 2011.
3. Абаев В.В. и др. Энергетическая эффективность технологии уборки зерновых культур с применением уборочно-почвообрабатывающего агрегата/Труды КубГАУ, Вып. 4(31), 2011. - С. 235-238.
4. Кленин Н.И., Золотов А.А. Расчет уборочно-транспортного комплекса/ Методические рекомендации по выполнению расчетно-графической работы. - М.: МГАУ, 2003.
5. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. Math CAD 7,0 в математике, физике и в Internet. -М.: Изд-во «Нолидж», 1999. - С. 321.
6. Доспехов Б.А. Методика полевого жита. - М., 1979.
7. Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимостей. (Применение методов корреляции и регрессионных анализов к обработке результатов эксперимента). - М.: «Металлургия», 1968.
8. Вознесенский В.А. Статистические решения в с технологических задачах. -Кишинев: «Карте молдовеняскэ», 1969.
9. Хан Г, Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. - Пер. с англ. Е.Г. Коваленко
