CC BY
45
6. Kovalev M.M., Grishchenkova V.A. Razrabotka i vnedrenie innovacionnyh tekhnologij i tekhnicheskih sredstv novogo pokoleniya dlya proizvodstva i glubokoj pererabotki lubyanyh kul'tur // Mashinno-tekhnologicheskaya modernizaciya l'nyanogo agropromyshlennogo kompleksa na innovacionnoj osnove: sb. nauch. tr. / VNIIML. - Tver': Tver. gos. un-t, 2014. - S. 6-10.
7. Sel'skohozyajstvennye mashiny. Teoriya i raschet: uchebnoe posobie / A. V. Klochkov, V. G. Kovalev, P. M. Novickij. - Minsk: IVC Minfina, 2019. - 436 s.
8. Berdyshev V.E. i dr. Sel'skohozyajstvennye mashiny. Tekhnologicheskie raschety v primerah i zadachah: uchebnoe posobie. 2-e izd. / pod. red. M.A. Novikova. - SPb.: Prospekt Nauki, 2018. --208 s.
9. Hajlis G.A., Kovalyov M.M. Issledovaniya sel'skohozyajstvennoj tekhniki i obrabotka opytnyh dannyh. - M.: Kolos, 1994. - 169 s.
10.Kovalyov N.G., Hajlis G.A., Kovalyov M.M. Sel'skohozyajstvennye materialy (vidy, sostav, svojstva). - M.: IK «Rodnik», 1998. - 208 s.
УДК 631.345.3
DOI 10.24411/2078-1318-2020-11178
Доктор техн. наук Н.В. АЛДОШИН (ФГБОУ ВО «РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева»,
naldoshin@yandex.ru) Канд. техн. наук Н.А. ЛЫЛИН (ФГБОУ ВО «РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева») Канд. техн. наук А.В. СИБИРЁВ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Канд. техн. наук М.А. МОСЯКОВ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Maks.Mosyakov@yandex.ru)
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ОЧЕСЫВАЮЩЕЙ ЖАТКИ ДЛЯ УБОРКИ БЕЛОГО ЛЮПИНА
Основным источником растительного белка в России является соя, но производимого ее количества недостаточно, поэтому данную культуру ежегодно ввозят в огромном количестве из-за рубежа. Растущие цены на сою удорожают себестоимость производства кормов, что подталкивает производителей рассматривать другие культуры в качестве источника растительного белка [1, 2, 3].
В 2016 году зернобобовая культура белый люпин была включена в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию на территории РФ.
Для возделывания и уборки белого люпина используют аналогичную зерновым культурам систему машин. Вегетационный период этой культуры составляет в среднем 94-140 дней. Уборка приходится на середину августа - конец сентября, когда в зонах возделывания возможны осадки. Культура отличается высокой потенциальной продуктивностью с урожайностью семян до 40-50 ц/га.
Одним из недостатков рассматриваемой культуры, влияющим на потери при уборке, является неодновременность созревания семян, влекущая за собой повреждение семенного материала рабочими органами уборочных машин.
Для решения данной проблемы необходимо постоянно совершенствовать процесс уборочных работ, применяя передовые технологии, способы и технические решения, повышать техническую и технологическую надежность уборочной техники [4, 5].
Одной из передовых технологий является индустриально-поточная со способом отделения семенной части растений на поле. В него входит приставка или жатка к зерноуборочному комбайну, позволяющая производить отрыв или очес бобов зернобобовых культур с помощью гребенок. Образующаяся масса, состоящая на 80% из свободных семян, поступает в наклонную камеру комбайна.
Способ уборки отделением семенной части растений на поле имеет ряд достоинств: вследствие изменившегося объема обрабатываемой растительной массы уменьшаются загрузки транспортирующих и молотильных органов, а также снижаются нагрузки на сепарирующие рабочие органы комбайна; повышается его производительность, снижаются потери и повреждения семян и, как следствие, сокращаются сроки уборки урожая [6, 7].
Известно, что качество выполнения технологического процесса работы сельскохозяйственной машины с очесывающей жаткой для уборки семян белого люпина, в первую очередь, определяется работой очесывающего ротора с закрепленными на нем съемными гребенками. От типа этих рабочих органов и их технических характеристик зависят конструктивно-технологические параметры очесывающего устройства в целом [8]. В жатках данного типа ротор с гребенками выполняет функцию очесывающего и транспортирующего устройства [9, 10].
Взаимосвязи между параметрами конструкции рабочих органов и технологическими режимами работы очесывающего устройства с морфологическими признаками убираемой культуры белого люпина являются основополагающими.
Цель исследования - обеспечить полноту сбора семян белого люпина за счет использования очесывающей жатки с гребенками для крупносемянных культур с обоснованными конструктивно-технологическими параметрами и режимами работы.
Материалы, методы и объекты исследований. Анализ конструкций различных типов очесывающих устройств для уборки растений на корню и патентно-технической литературы, представленный ниже, позволил выявить недостатки в конструкции рабочих органах устройств, которые не позволяют обеспечить качественное выполнение технологического процесса уборки белого люпина способом очеса растений на корню. Известна однороторная очесывающая жатка «ОЗОН» со съемными гребенками очесывающего барабана, состоящая из ротора 1 и гребенок 2 (рис. 1).
Рис. 1. Очесывающая жатка «ОЗОН»: 1 - ротор очесывающей жатки;
2 - съемная гребенка барабана очесывающего оборудования
Основной отличительной особенностью представленного выше устройства является рабочий орган, выполненный из пластины с изогнутым поперечным профилем, который образован из касательных к радиусу гиба профиля пластины - основания и боковины.
Недостатком конструкции гребенки являются ребра жесткости на плоскости, непосредственно взаимодействующие с растением, из-за чего происходит травмирование и дробление семян. При работе возникают потери продукта очеса из-за заклинивания стеблей растений между зубьями, приводящие к выдергиванию растения с корневой системой из почвы и забиванию очесывающего рабочего органа.
Очесывающая двухроторная жатка «Славянка УАС» содержит ротор 1 и гребенки 2 (рис. 2), рабочие органы жатки имеют гребневидную форму. Благодаря этому гребенки 2 не только очесывают прямостоящий стеблестой, но и выполняют функцию стеблеподъемников при очесывании полегших и спутанных стеблестоев.
1 - ротор очесывающей жатки; 2 - гребенки
Недостатком применяемых гребенок в очесывающем устройстве является потери семян из-за плоской рабочей поверхности и ударного воздействия по стручкам. Также при работе устройства происходит заклинивание стеблей растений в растворе зубьев и выдергивание растений из почвы вместе с корневой системой.
Жатка транспортерного типа может быть как ленточного, так и цепного исполнения (рис. 3). Конструктивная схема устройства была реализована в Белорусском НПО «Белсельхозмеханизация», жатка устанавливалась на зерноуборочный комбайн СК-5М «Нива» и испытывалась на государственной испытательной станции.
В основном жатки данной конструктивной схемы исполнения эффективно проявили себя на уборке полеглых и разноярусных растений.
Рис. 3. Схема очесывающей жатки транспортерного типа: 1 - корпус; 2 - крыша; 3 - наклонная камера; 4 - сборная камера; 5 - шнек; 6 - битер; 7 - питатель; 8 - очесыватель; 9 - зубья
При движении комбайна с очесывающей жаткой по полю, вращающийся питатель 7 сдвигает и уплотняет стебли растений, захватывает их упругими пальцами и перемещает к очесывателю 8. Зубья очесывателя 8 прочесывают растения снизу-вверх обрывая их.
Недостатком очесывателя являются зубья, выполненные из упругого материала, которые при встрече с растением способны отклониться, высвобождая стебли из замочной скважины, образованной у их основания. Также при встрече зубьев со стручками они отбрасывают их, тем самым увеличивая потери недоочесом растений.
Анализ очесывающих устройств различных типов позволяет сделать вывод о том, что применяемые рабочие органы не способны обеспечить при уборке белого люпина качественный показатель полноты сбора семян.
Результаты исследований. На основе анализа конструкций и технологических схем за основу исследований была принята схема жатки, наиболее подходящая с точки зрения выполнения технологического процесса и надежности конструкции. Данная схема реализована в конструкции навесной очесывающей жатки типа «ОЗОН» производства ПАО «Пензмаш».
Для обеспечения на уборке белого люпина полноты сбора семян разработан рабочий орган для очесывающей жатки, гребенка для крупносемянных культур (патент РФ на полезную модель № 172995 [11]), изображенный на рисунке 4.
Рис. 4. Гребенка для крупносемянных культур: 1 - изогнутая пластина; 2 - рабочая поверхность;
3 - зуб; ^ - расстояние между зубьями
Съемные гребенки содержат пластину 1 с изогнутым профилем, по длине рабочей поверхности которой 2 выполнены прорези, образующие зубья 3.
Очесывающее устройство для крупносемянных культур работает следующим образом. При перемещении ротора снизу-вверх с зафиксированными на нем гребенками происходит захват очесывающей массы, которая перемещается к ее боковым поверхностям зубьев 3 по криволинейной рабочей кромке, тем самым выполняя процесс очеса.
Рабочая криволинейная кромка от вершины зуба имеет переменный радиус, благодаря которому растение с наименьшим трением целенаправленно поступает к боковым поверхностям зубьев 3, что способствует обеспечению режима работы очесывающего устройства.
При создании опытного комплекта рабочих органов были обоснованы их параметры, такие как: расстояние между боковыми поверхностями зубьев Ц радиус его закругления Гс, длина 1з, ширина Ьз зубьев.
При определении параметров учитывались основные морфологические признаки и физико-механические свойства растительной массы, материал отбирали на протяжении 20152017 гг. в ООО «Экспериментальное хозяйство по селекции и семеноводству белого люпина» Тамбовской области.
Исследования морфологических признаков растений белого люпина сорта «Дега» позволили определить средние значения: длины растений 926 мм; диаметра стеблей 8,70 мм; массу 1000 семян 382,70 г; длину 9,90 мм, ширину 9,02 мм и толщину 4,38 мм семян; длину 70,71 мм, ширину 11,73 мм и толщину 8,35 мм бобов; густоту стеблестоя растений 132 шт/м2.
Экспериментальные исследования физико-механических свойств позволили определить разрушающее напряжение на разрыв стеблей растений белого люпина а=0,87-1,16 кг/мм2. Коэффициент трения по стали для семян составил ктр=0,44, а для частей стеблей ктр=0,36. Прочностные связи бобов с растением на отрыв составили Р = 3-25 Н. Скорость витания семян белого люпина сорта «Дега» составила ив = 13,8 м/с при влажности Щ. = 20,6%.
Исходя из изученных морфологических признаков растений, было определено расстояние между боковыми поверхностями зубьев гребенки ^ и радиус его закругления Гс [10].
Данные параметры были выбраны исходя из условия предотвращения заклинивания стеблей у основания зубьев.
^ > Dmax, (1)
где - расстояние между боковыми поверхностями зубьев гребенки, м; Dmax — максимальный диаметр стебля, м.
Длину гребенки 1гр определили по формуле:
/гр = /э + /н, (2)
где /э — длина зуба гребенки, м; /н — длина нерабочей части гребенки, м.
От значения длины зуба гребенки 1з, зависит качественный процесс очесывания растений, что влияет на потери и повреждения семян за жаткой в целом.
Длина зуба гребенки 1з (рис. 5) определяется:
/3 = /вх+/р, (3)
где \вх — длина части зуба, входящей в стеблестой, м; 1р — длина рабочий части зуба, м.
Рис. 5. Схема очесывающей гребенки
Длина зуба 1з определяется по формуле:
1з —йп +
— йо •
sin(w • t + ау)
(4)
где а.у - угол установки гребенок относительно горизонтальной оси ротора, град; t -время, равное моменту движения зуба гребенки от вхождения в зону расположения бобов до его выхода из этой зоны, м [14, 15].
Для определения ширины зуба Ьз предложено выражение:
Ьз =
пг • •г
2 п • Ут
W
(5)
где пс - количество стеблей, очесываемых за рабочий ход одним зубом гребёнки, шт; W - густота стеблестоя, шт/м2; z - количество рядов гребёнок очёсывающего ротора, шт; ^ -расстояние между боковыми поверхностями зубьев, м [14].
Теоретически были определены основные параметры конструкции гребенки для уборки крупносемянных культур: значение угла наклона зубьев гребенки относительно горизонтальной поверхности п=24°, длина зуба 13=0,072 м, ширина зуба Ь3=0,021 м и межзубовое расстояние 0,032 м.
Производственные испытания рабочих органов на уборке белого люпина сорта «Дега» проводились в Тамбовской области и состояли из двух этапов, в которых использовали очесывающую жатку «ОЗОН» производства ПАО «Пензмаш», агрегатируемую с комбайнов КЗС-1218 «ПАЛЕССЕ GS12» [11, 12]. На первом этапе при уборке белого люпина использовали серийные рабочие органы; на втором - экспериментальные рабочие органы, изготовленные по патенту РФ №172995 [1, 6, 11].
■Ш Ш Ж
'А ^
Рис. 5. Очесывающие гребенки жатки «ОЗОН»: слева - серийные; справа - экспериментальные рабочие органы
При испытаниях определялась рациональная величина расстояния от поверхности поля до гребенок в нижнем положении жатки и расстояние от точки контакта обтекателя с растением до поверхности поля. Для исследования влияния кинематического режима работы очесывающей жатки в определенных интервалах варьирования, изменяли скорость движения комбайна и частоту вращения ротора.
После прохода комбайна определяли потери семян за очесывающей жаткой qж, для этого использовали полевую линейку агронома, которую накладывали 10 раз в пределах одного загона за жаткой. Собранные семена взвешивали на весах и определяли их процент от общей массы семян по формуле [14, 15]:
= •ЮО-^ , (6)
где q — потери семенами и бобами в рамке, г.; £ де — естественные суммарные потери, %.
Далее повторяли весь технологический процесс, но уже с экспериментальными гребенками. Полученные результаты экспериментов по определению потерь и повреждений семян различными рабочими органами и режимами работы очесывающей жатки сравнивались (рис. 7).
б)
Рис. 7. Потери за очесывающей жаткой с различными гребенками: а) серийные, б) экспериментальные
Выводы:
1. Основные параметры конструкции гребенки для уборки крупносемянных культур составляют: угол наклона зубьев гребенки относительно горизонтальной поверхности п=24°, длина зуба 13=0,072 м, ширина зуба Ь3=0,021 м и межзубовое расстояние 0,032 м.
2. Применение очесывающей жатки с гребенками для крупносемянных культур в сравнении с рабочими органами, применяемыми ведущими производителями очесывающих устройств, позволяет снизить потери семян в 5 раз, тем самым повысить полноту сбора семян на уборке белого люпина до 99,0%.
Литература
1. Алдошин Н.В., Лылин Н.А., Мосяков М.А. Уборка зернобобовых культур методом очеса // Дальневосточный аграрный вестник. - 2017. - №1(41). - С.67-73.
2. Бурьянов А.И., Бурьянов М.А. Моделирование процесса очёса зерновых культур однобарабанной жаткой // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2012. - №4. - С. 2-5
3. Планирование, экономика и организация производства на предприятиях АПК (нормативно-справочные материалы) / М.М. Максимов, П.И. Дугин, А.И. Голубева, М.П. Шаталов, В.А. Смелик и др. / под ред. М.М. Максимова. - Ярославль, 2004. - 468 с.
4. Жалнин Э.В. Уборка с очесом на корню: за и против // Сельский механизатор. - 2013. -№ 8. - С. 10-12.
5. Смелик В.А., Киприянов Ф.А., Водолазко А.Н. Оценки технологической и технической надежности зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов // Известия Международной академии аграрного образования. - 2018 - Вып. № 41, Том 1. - С. 49-55.
6. Алдошин Н.В., Кравченко И.Н., Лылин Н.А., Мосяков М.А. Проектирование очесывающих устройств для уборки сельскохозяйственных культур // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2019. - №9. - С.33-36.
7. Бурьянов М.А. Параметры и режимы процесса очёса зерновых культур навесной на комбайн жаткой: дис... канд. техн. наук. - Зерноград, 2011. - 155 с.
8. Adisa A.F., Ndirika V.I.O., Yiljep Y.D. Determination of Optimum Operational Conditions of a Grain Stripper Header for Rice Harvesting in Nigeria // International Journal of Engineering and Technology. 2012. №. 2(7). С. 1-11.
9. Бердышев В.Е., Ерошенко Л.И., Новиков М.А., Ружьев В.А., Смелик В.А., Теплинский И.З. Сельскохозяйственные машины. Технологические расчеты в примерах и задачах: учебное пособие. - 2-ое издание / под ред. М.А. Новикова. - СПб.: Проспект Науки, 2018. - 208 с.
10.Amin Goli, Abdoljalal Khojamli, Javad Khazaei, Shahriar Kouravand, Gholamreza Chegini. The Study of the Effect of the Rotational Speed and the Horizontal Distance Fingertips to Nose on the Head Losses of Wheat Stripping // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2017. №. 6(5). С. 1-11.
11.Патент на полезную модель №172995 Россия, МПК A01D41/08. Очёсывающее устройство для крупносемянных культур / Н.В. Алдошин, А.А. Золотов, Н.А. Лылин, А.И. Панов, А.А. Манохина, М.А. Мосяков, Д.Н. Алдошин, А.М. Воронов. №2017116419; Опубл. 03.08.2017.
Literatura
1. Aldoshin N.V., Lylin N.A., Mosyakov M.A. Uborka zemobobovyh kul'tur metodom ochesa // Dal'nevostochnyj agrarnyj vestnik. - 2017. - №1(41). - S.67-73.
2. Bur'yanov A.I., Bur'yanov M.A. Modelirovanie processa ochyosa zernovyh kul'tur odnobarabannoj zhatkoj // Mekhanizaciya i elektrifikaciya sel'skogo hozyajstva. - 2012. - №4. - S. 2-5
3. Planirovanie, ekonomika i organizaciya proizvodstva na predpriyatiyah APK (normativno-spravochnye materialy) / M.M. Maksimov, P.I. Dugin, A.I. Golubeva, M.P. SHatalov, V.A. Smelik i dr. / pod red. M.M. Maksimova. - YAroslavl', 2004. - 468 s.
4. ZHalnin E.V. Uborka s ochesom na kornyu: za i protiv // Sel'skij mekhanizator. - 2013. - № 8. - S. 10-12.
5. Smelik V.A., Kipriyanov F.A., Vodolazko A.N. Ocenki tekhnologicheskoj i tekhnicheskoj nadezhnosti zernouborochnyh i kormouborochnyh kombajnov // Izvestiya Mezhdunarodnoj akademii agrarnogo obrazovaniya. - 2018 - Vyp. № 41, Tom 1. - S. 49-55.
6. Aldoshin N.V., Kravchenko I.N., Lylin N.A., Mosyakov M.A. Proektirovanie ochesyvayushchih ustrojstv dlya uborki sel'skohozyajstvennyh kul'tur // Remont, vosstanovlenie, modernizaciya. -2019. - №9. - S.33-36.
7. Bur'yanov M.A. Parametry i rezhimy processa ochyosa zernovyh kul'tur navesnoj na kombajn zhatkoj: dis... kand. tekhn. nauk. - Zernograd, 2011. - 155 s.
8. Adisa A.F., Ndirika V.I.O., Yiljep Y.D. Determination of Optimum Operational Conditions of a Grain Stripper Header for Rice Harvesting in Nigeria // International Journal of Engineering and Technology. 2012. №. 2(7). S. 1-11.
9. Berdyshev V.E., Eroshenko L.I., Novikov M.A., Ruzh'ev V.A., Smelik V.A., Teplinskij I.Z. Sel'skohozyajstvennye mashiny. Tekhnologicheskie raschety v primerah i zadachah: uchebnoe posobie. - 2-oe izdanie / pod red. M.A. Novikova. - SPb.: Prospekt Nauki, 2018. - 208 s.
10.Amin Goli, Abdoljalal Khojamli, Javad Khazaei, Shahriar Kouravand, Gholamreza Chegini. The Study of the Effect of the Rotational Speed and the Horizontal Distance Fingertips to Nose on the Head Losses of Wheat Stripping // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2017. №. 6(5). S. 1-11.
11.Patent na poleznuyu model' №»172995 Rossiya, MPK A01D41/08. Ochyosyvayushchee ustrojstvo dlya krupnosemyannyh kul'tur / N.V. Aldoshin, A.A. Zolotov, N.A. Lylin, A.I. Panov, A.A. Manohina, M.A. Mosyakov, D.N. Aldoshin, A.M. Voronov. №2017116419; Opubl. 03.08.2017.
УДК 638.342 DOI 10.24411/2078-1318-2020-11186
Доктор техн. наук В.С. ШКРАБАК (ФГБОУ ВО СПбГАУ, v.shkrabak@mai1.ru) Доктор техн. наук П.С.ОРЛОВ (ФГБОУ ВО ЯГСХА, ps2009yasam@mai1.ru) Канд. техн. наук Р.В. ШКРАБАК (ФГБОУ ВО СПбГАУ, v.shkrabak@mai1.ru) Аспирант А.В. ШКРАБАК (ФГБОУ ВО СПбГАУ)
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Как свидетельствует практика, подземные трубопроводы принадлежат к числу инженерных сооружений, наиболее подверженных авариям. Число подобных аварий в России на сегодняшний день исчисляется десятками тысяч. Причины их многообразны, однако не менее трети из них объясняются электрохимической коррозией. Последствия аварии можно разделить на две группы:
- экономический ущерб, обусловленный потерей транспортируемого продукта и приостановкой выпуска продукции;
- вред, наносимый экологии и инфраструктуре населенных пунктов и предприятий.
Среди различных типов коррозии видное место занимает межкристаллитная, а одним
из средств сбережения подземных трубопроводов является катодная защита, которая может снизить скорость коррозии с 0,3 — 1 мм в год до 0,01 — 0,001 мм в год [1, 2, 3, 4], то есть на несколько порядков.
Цели исследований:
- изучить причины и обстоятельства низкой эксплуатационной надёжности подземных трубопроводов различных систем АПК и других видов экономической деятельности;
- рассмотреть теоретические положения проблемы и на этой основе предложить методы и средства ее решения.
