CC BY
31
сева старых видов озимой пшеницы на более новые, соблюдение баланса сортов по продолжительности вегетационного периода — все это требования, с которыми сталкивается руководство хозяйства при переходе к новой ассортиментной политике.
Предлагаемый сортовой состав озимой пшеницы для хозяйств Краснодарского края представлен в таблице 3.
По каждой категории сортов озимой пшеницы проводится отдельный комплекс работ по уходу. Нами выполнены предварительные расчёты применительно к одному из районов Краснодарского края — Каневскому. Уборка посевов по новой технологии в 2018 г. планируется на площади 47,2 тыс. га, исключая площади, занятые озимой пшеницей, уборку которой в Каневском районе осуществляют комбайнами NEW HOLLAND, John Deere, Claas Lexion. График проведения работ по посеву, уходу за ними на весь срок реализации проекта представлен в таблице 4.
Как видно по таблице 4, переход на предлагаемую технологию возделывания и уборки озимой пшеницы в масштабах района приведёт к годовой экономии затрат труда на 38340 чел. ч/сез.
Вывод. Разработана программа технико-технологического переоснащения производства озимых
зерновых. Её цель — повышение валовых сборов зерна и снижение затрат (на примере сельхозпредприятий Каневского района Краснодарского края) за счёт применения новых высокопроизводительных сортов, новых технологий посева и уборки.
Литература
1. Маслов Г.Г., Юдина Е.М. Перспективные направления развития техники для уборки зерна // Наука сегодня: факты, тенденции, прогнозы: матер. междунар. науч.-практич. конф.: в 2-х частях / Научный центр «Диспут». Вологда, 2016. С. 75-77.
2. Юдина Е.М., Шуликов С.В. Перспективные направления уборки зерновых колосовых культур // Инновационные технологии нового тысячелетия: сб. ст. Междунар. науч.-практич. конф.: в 2 ч. Ч. 2. Уфа, 2017. С. 116-120.
3. Гейдебрехт И.П. Канадская технология уборки сельскохозяйственных культур // Техника и оборудование для села. 2006. № 4. С. 38-40.
4. Кастиди Ю.К. Экономическая эффективность формирования и обновления машинно-тракторного парка сельскохозяйственных предприятий (по материалам Краснодарского края): дисс. ... канд. эконом. наук / Кубанский государственный аграрный университет. Краснодар, 2012.
5. Бершицкий Ю.И. Экономическое обоснование номенклатурного и количественного состава комбайнового парка сельскохозяйственных организаций / Ю.И. Бершицкий, К.Э. Тюпаков, Н.Р. Сайфетдинова, Ю.К. Кастиди, А.Р. Сай-фетдинов // Экономика и предпринимательство. 2015. № 9-1 (62-1). С. 775-779.
6. Кастиди Ю.К., Крепышев Д.А. Экономическая эффективность обеспеченности товаропроизводителей Краснодарского края сельскохозяйственной техникой // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2011. № 28. С. 39-42.
Обоснование параметров двухфазного течения «воздух - зерновой ворох» для моделирования работы системы очистки зерноуборочного комбайна
И.Д. Бадретдинов, к.т.н., Р.Р. Насыров, аспирант, ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ
В зерноуборочных комбайнах (ЗУК) разделение зерна от мякины и полова производится в системе очистки. Зерновой ворох, выделенный молотильно-сепарирующим устройством, поступает по транспортной доске на колеблющиеся решётные станы и при движении расслаивается на два слоя: вверх поднимаются лёгкие частицы (шелуха), вниз опускаются твёрдые частицы (зёрна). На верхнем и нижнем решётах происходит сепарация зернового вороха воздушным потоком, создаваемым вентилятором. При этом тяжёлые частицы (зёрна) под собственным весом проходят через отверстия решёт вниз в зерновой шнек, а лёгкие частицы (примеси) под воздействием воздушного потока сходят с решета в выходящий поток из системы очистки полова. Эффективность работы системы очистки ЗУК существенно зависит от равномерности подачи воздушного потока по ширине системы очистки и положения углов наклона решёт. Однако такие системы очистки имеют существенный недостаток: при сепарации зернового вороха различных культур, сортов
происходит выброс (потери) части полноценных зёрен во фракцию лёгких примесей (полова), что объясняется несовершенством конструкции и сложностью регулировок системы очистки ввиду отсутствия теоретических методов моделирования технологического процесса их работы и обоснования конструктивно-технологических параметров.
Для математического описания технологического процесса сепарации зернового вороха от лёгких примесей воздушным потоком в системе очистки ЗУК можно представить зерновой материал как твёрдые частицы, а воздушный поток как газ и рассмотреть движение газа через твёрдые частицы. Но для правильного математического описания работы системы очистки ЗУК необходимо определить класс течения смеси газ — частицы (воздух — зерновой ворох) и установить возможность применения методов двухфазных течений применительно к её технологическому процессу.
Цель исследования — обосновать параметры воздушного потока и зернового вороха для математического описания и моделирования технологического процесса работы системы очистки зерноуборочного комбайна методами двухфазных течений.
Материал и методы исследования. В двухфазных течениях одной фазой является газ (воздушный поток), а второй — твёрдые частицы (зерновой ворох). Различие в физико-механических свойствах фаз определяет неравномерный характер движения воздушного потока и зернового вороха. Частицы с разными физико-механическими свойствами в двухфазных течениях сепарируются и перемещаются под воздействием воздушного потока за счёт аэродинамической силы. При этом на зерновой ворох действуют две силы: сила тяжести и сила аэродинамического сопротивления:
dV Т7 Т7
m-= Fg - Fa ,
dt g
(1)
где — сила тяжести, Н;
— сила аэродинамического сопротивления воздуха, Н.
Действие силы аэродинамического сопротивления приводит к ускорению лёгких частиц (полова) при и> V11 и к торможению, когда и< V1. Выражение для силы аэродинамической сопротивления, действующей на частицу, имеет следующий вид:
fa = cdp-
ndl U -
V\(и - V)
4 2 (2)
где Св — плотность воздуха, кг/м3; — диаметр частицы, м; и — скорость воздушного потока, создаваемая вентилятором, м/с;
V — скорость частицы (зернового вороха), м/с.
Таким образом, процесс разделения зернового вороха воздушным потоком в системе очистки ЗУК можно представить в виде двухфазного течения газ — твёрдые частицы, где в качестве несущей (сепарирующей) фазы выступает воздушный поток, а в качестве твёрдой фазы — зерновой материал и примеси. В свою очередь для применения математической модели двухфазных течений газа с частицами необходимо установить интенсивность межфазных взаимодействий, которые определяются объёмной Ф и массовой М концентрациями частиц, а также режим течения смеси газ — частицы (воздух — зерновой ворох) [1]. Для определения перечисленных параметров нужно экспериментально обосновать физико-механические свойства, геометрические параметры и аэродинамический коэффициент сопротивления Св зернового вороха различных культур с учётом примесей, а также скорость воздушного потока и, скорости полноценных зёрен и примесей V в системе очистки ЗУК.
Экспериментальное определение этих параметров производилось нами по следующей методике:
1. Определение физико-механических свойств и геометрических параметров зернового вороха.
2. Определение интенсивности межфазного взаимодействия (объёмной и массовой концентрации зернового вороха) и режима течения.
Результаты исследования. На процесс очистки зернового вороха от примесей влияют их
физическо-механические свойства: форма, геометрические параметры, состояние поверхности и т.д. Эти параметры определялись нами по известным методикам экспериментальным путём [2, 3]:
— геометрические параметры зерновок — с помощью микрометра МК 0—25 мм. Для данного исследования были взяты пробы из навески зернового вороха яровой пшеницы сорта Ватан после обмолота через молотильно-сепарирующее устройство без системы очистки зерноуборочного комбайна New Holland TX-65, без выбора, в количестве 100 шт. Измеряли длину, толщину и ширину каждой зерновки;
— натуру зернового вороха — с помощью литровой пурки;
— влажность зернового вороха измеряли с помощью экспресс-влагомера сыпучих материалов Wile 65;
— скорость витания зёрен — на лабораторном парусном классификаторе Petkus К-293.
В таблицах 1 и 2 представлены основные физико-механические свойства и статистический анализ геометрических параметров семян зерновых культур.
Как показывают экспериментальные измерения (табл. 1 и 2), зерновой ворох, поступающий в систему очистки ЗУК, неоднороден и имеет широкий диапазон как по физико-механическим, так и по геометрическим параметрам [4].
Технологический процесс разделения зернового материала от вороха характеризуется относительно небольшим объёмным содержанием зернового вороха. В то же время суммарная масса зернового вороха в несколько раз превосходит массу воздушного потока, создаваемого вентилятором. В связи с этим необходимо определить интенсивность межфазного взаимодействия, которая оценивается объёмной и массовой концентрациями воздушно-зерновой смеси.
Объёмную концентрацию смеси выразим как
[5, 6]: з
q •п • d Ф = Чшт р , (3)
6 • U • S
где S — площадь решёт системы очистки ЗУК, м2;
Рис. 1 - Схема сил, действующих на зерновой ворох в системе очистки зерноуборочного комбайна
1. Физико-механические свойства зернового вороха
Скорость витания, Абсолютная масса (масса Натура Н, Влаж-
V„ м/с 1000 шт. семян), m1000, г г/л ность, %
Яровая пшеница, сорт Ватан
Минимальное значение 3,1 29 484 17
Максимальное значение 9,8 38 522 18
Среднее значение 6,45 33,5 503 17,5
2. Статистический анализ геометрических параметров зернового вороха
Параметр Мин. Макс. Ср. знач., Х Дисп., а2 Ср. кв. откл., а Вариация, v
Длина l, мм 1,11 28,1 10,77 39,8 6,31 58,59
Толщина а, мм 0,3 9,5 2,11 1,8 1,34 63,57
Ширина в, мм 1,4 5,7 3,53 1,02 1,01 28,64
Экв. диам. d3, мм 0,72 5,41 2,59 - - -
3. Изменения концентрации зернового вороха в зависимости от пропускной способности зерноуборочного комбайна АегоБ-580, яровая пшеница сорта Ватан
Пропускная Объёмная концентрация зернового вороха Ф Массовая концентрация зернового вороха М
способность минимальное максимальное минимальное максимальное
ЗУК q, кг/с значение значение значение значение
5 0,000092 0,000236 0,102 0,263
6 0,000110 0,000284 0,123 0,316
7 0,000129 0,000331 0,143 0,369
8 0,000147 0,000378 0,164 0,422
9 0,000165 0,000425 0,184 0,474
qшm. — штучное количество подаваемого зернового вороха за единицу времени, шт/с. Массовая концентрация смеси равна:
Ф Р р
М = -
(4)
Объёмная концентрация смеси определяется штучным количеством qшm подаваемого зернового вороха в систему очистки ЗУК, что в свою очередь зависит от пропускной производительности зерноуборочного комбайна и определяется следующим образом, с учётом массы 1000 шт. семян т1000:
а 1000
(5)
Яшт.
m
1000
где q — пропускная способность (производительность) ЗУК, кг/с.
В таблице 3 представлены изменения массовой и объёмной концентраций зернового вороха в системе очистки зерноуборочного комбайна АегоБ-580 в зависимости от его производительности.
Объёмная концентрация Ф зернового вороха при технологическом процессе работы системы очистки зерноуборочного комбайна АегоБ-580 изменяется в пределах 9,2-10-5— 4,25 • 10-4. При таких пределах режим течения воздух — зерновой ворох по принятой классификации [5] относится к гетерогенным слабозапылённым потокам. При таком режиме течения несущая фаза (воздух) влияет на движение твёрдых частиц (зерно), а их обратное влияние на воздушный поток незначительно. При увеличении концентрации повышается влияние зернового вороха на воздушный поток, а также взаимодействие компонентов вороха между собой. Однако в этом случае нарушается технологический процесс очистки.
Вывод. Обоснованы следующие показатели режима течения воздушно-зерновой смеси в системе очистки зерноуборочного комбайна: массовая концентрация М = 0,102—0,474; объёмная концентрация зернового вороха Ф = 9,2-10-5—4,25-10-4. Режим течения воздух — зерновой ворох в системе очистки комбайна относится к гетерогенным сла-бозапылённым потокам. Полученные параметры позволяют установить, что для моделирования технологического процесса работы системы очистки зерноуборочного комбайна можно использовать методы двухфазных течений газ — частицы.
Литература
1. Бадретдинов И.Д., Мударисов С.Г. Экспериментальное обоснование параметров двухфазного течения «воздух — зерновой ворох» для моделирования работы пневматической системы зерноочистительной машины // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2017. № 1 (41). С. 57-61.
2. Мударисов С.Г., Бадретдинов И.Д. Моделирование технологического процесса работы пневматических систем сельскохозяйственных машин // САПР и графика. 2011. № 7 (177). С. 87-88.
3. Мударисов С.Г., Бадретдинов И.Д., Шарафутдинов А.В. Экспериментальные исследования аэродинамического сопротивления зерновой смеси в двухфазном потоке // Достижения науки — агропромышленному производству: матер. XLIX Междунар. науч.-технич. конф. Челябинск, 2010. С. 266—270.
4. Насыров Р.Р., Бадретдинов И.Д., Мударисов С.Г. Состояние использования отечественных и импортных зерноуборочных комбайнов в Республике Башкортостан // Российский электронный научный журнал. 2016. № 3 (21). С. 205—213.
5. Мударисов С.Г., Бадретдинов И.Д. Численная реализация математической модели технологического процесса работы диаметрального вентилятора во вращающейся системе координат // Известия Международной академии аграрного образования. 2013. № 17. С. 79—83.
6. Бадретдинов И.Д. Совершенствование пневматической системы машины предварительной очистки зернового вороха: дисс. ... канд. техн. наук. Уфа, 2011. 183 с.
