CC BY
81
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
2. Колчин Н. Н., Кириенко Ю. И. Расчет зазоров картофелесортировок и точность сортирования клубней// Тракторы и сельхозмашины. - 1977. - №3.
Получено 08.11.01
УДК 631.354.2
М.И. ЛИПОВСКИЙ, д-р техн. наук
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМОЛОТА ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
Приведены результаты работы по обоснованию более эффективного, чем применяемые, типа обмолота, названного рациональным и позволяющего реализовать двухуровневое энергетическое воздействие на обмолачиваемую культуру (двухфазный обмолот) в однобарабанном молотильном аппарате. Определены соотношения между уровнями энергетического воздействия, между количеством воздействий различного уровня, между энергоемкостью различных типов обмолота. Обоснована схема и основные параметры молотильного аппарата для реализации рационального обмолота. Изложены основные результаты экспериментальных исследований.
Предусмотренные для Нечерноземной зоны РФ действующей системой машин комбайны «Енисей- 1200Н» и «Дон-1500Н» отличаются от базовых моделей некоторыми конструктивными особенностями, не затрагивающими рабочие органы. Использование рабочих органов, не приспособленных в достаточной степени к специфическим условиям НЗ, ведет к повышенным потерям зерна, снижению производительности и затягиваю сроков уборки.
Опыт многочисленных исследований и разработок показывает, что значительно повысить технический уровень и качество работы комбайнов невозможно на базе применяемого бильного молотильного аппарата (с рифлеными бичами), которому присущи существенные недостатки: недостаточная вымолачивающая способность при уборке
58
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
культур с повышенной влажностью, высокая энергоемкость технологического процесса, значительное повреждение зерна в форме дробления и микроповреждения, высокая чувствительность к отклонению регулируемых параметров (молотильного зазора и частоты вращения барабана) от оптимального значения.
Причиной неудовлетворительных качественных показателей является несоответствие применяемого однофазного обмолота физико-механическим и биологическим свойствам зерновых культур, в частности, прочности связи зерна с колосом. По данным И.Ф. Василенко [1] работа, необходимая для выделения зерна при центрифугировании, изменяется от 3-5 до 120-160 г-см* для труднообмолачиваемой, от 2 до 50-60 г-см* для легкообмолачиваемой пшеницы. Отмеченные результаты работы [2] указывают на целесообразность применения для разрушения связей зерна с колосом возрастающего, т.е. многоуровневого энергетического воздействия со стороны молотильного устройства на обмолачиваемую культуру. Однако применяемые однобарабанные молотильные устройства реализуют одноуровневое энергетическое воздействие на максимально необходимом уровне.
Известные предложения по применению других принципов обмолота: дифференцированного на базе конического молотильного аппарата или молотильного аппарата с переменной скоростью бича, обмолота с предварительной способствующей обработкой (нормализацией, деформированием стеблей) связаны со значительным усложнением конструкции молотильного устройства, повышением энергоемкости обмолота, не решают в то же время комплексно задачу повышения качества работы.
Нашедший реализацию в двухбарабанных комбайнах двухфазный обмолот более эффективен, однако не устраняет всех недостатков однофазного обмолота, а некоторые - усугубляет. При использовании двухбарабанных комбайнов не удается снизить микротравмирование зерна, эти комбайны более энергоемки и материалоемки, усложнено их технологическое обслуживание (регулировка).
*
Единицы измерения приведены по первоисточнику
59
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
Даже аксиально-роторные комбайны, у которых дробление зерна в несколько раз меньше, чем у комбайнов классической схемы, дают незначительное снижение микротравмирования (примерно на 10%).
Анализ особенностей прочностных характеристик колоса зерновых культур, когда наиболее прочно с колосом связаны 15-20% зерна, а сила связи остальных 80-85% зерен в два и более раза меньше, показывает, что общее энергетическое воздействие на зерно можно значительно снизить, если наносить по колосу удары двух уровней интенсивности, соответствующих силам связи с колосом отмеченных двух групп зерен. Соотношение между количеством ударов малой и большой интенсивности должно соответствовать отношению числа слабо и сильно связанных с колосом зерен.
Реализацию предложенного принципа обмолота целесообразно осуществить путем изменения зазора между барабаном и декой, когда нанесение по обмолачиваемой культуре ударов высокой интенсивности обеспечивается прохождением малой части рабочих элементов барабана (бичей) над планками деки с малым зазором, а нанесение ударов малой интенсивности - прохождением остальных рабочих элементов барабана относительно деки с большим зазором. Такое функционирование молотильного аппарата можно осуществить за счет соответствующего размещения рабочих элементов барабана.
Двухуровневое энергетическое воздействие, которое при двухфазном обмолоте обеспечивается различием рабочих режимов первого и второго молотильных аппаратов, в рассматриваемом случае обеспечивается различием рабочих режимов двух групп рабочих элементов барабана. При этом соотношение между количеством воздействий (ударов) большой и малой интенсивности для соответствия наличию в колосе сильно и слабо связанных с ним зерен может быть принято 1:3 - 1:4.
При обработке 75% массы культуры восьмибичевым барабаном и 80% массы десятибичевым барабаном у первой планки деки наносится первый удар малой интенсивности, а при обработке остальной части культуры (25 и 20% соответственно) по ней наносится удар большой интенсивности, т.е. для 75-80% массы обмолачиваемой культуры последовательность нанесения ударов у первой планки деки
60
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
соответствует двухфазному обмолоту. В сочетании с двухуровневым энергетическим воздействием при обработке всей подаваемой массы отмеченное выше позволяет квалифицировать рассматриваемый обмолот как двухфазный. Простота реализации в однобарабанном молотильном устройстве позволяет назвать его рациональным.
Энергоемкость различных типов обмолота можно характеризовать индексами энергоемкости J, представляющими собой отношение энергоемкости каждого типа обмолота к энергоемкости воображаемого эталонного обмолота, при котором на отделение каждого зерна колоса затрачивается работа, пропорциональная энергии (силе) связи этого зерна с колосом. Получены следующие значения J для различных типов обмолота: рационального - 1рац = 1,25; однофазного -Ji6 = 1,67; двухфазного - J26 = 2,49.
Из сравнения полученных данных видно, что энергоемкость рационального обмолота на 25% меньше энергоемкости однофазного и на 50% меньше энергоемкости двухфазного обмолота.
Исходя из закономерности изменения окружного усилия на рабочих элементах барабана в зависимости от изменения зазора между барабаном и декой, определена разница в удалении от оси барабана его рабочих элементов А г = 15-19 мм.
Приняв для более удаленных от оси элементов барабана значение зазора на выходе А выхм. = 5 мм, определим значение этого зазора для менее удаленных от оси рабочих элементов А вых.б= А вых.м.+ А г=20-24 мм. Для выпускаемых зерноуборочных комбайнов с бильным молотильным аппаратом максимальное рекомендуемое значение зазора на выходе - 8 мм. Достаточно уверенно можно полагать, что рабочие элементы барабана в виде рифленых бичей даже при минимальном найденном значении зазора на выходе в 20 мм будут совершенно неработоспособны. Это указывает на невозможность реализовать рациональный обмолот применением в конструкции барабана рифленых бичей.
Анализ достоинств и недостатков существующих молотильных устройств указывает на целесообразность реализации рационального обмолота путем сочетания в молотильном аппарате барабана с зубовыми рабочими элементами и прутково-планчатой деки
61
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
бильного молотильного аппарата. Назовем такое устройство молотильным аппаратом с зубовыми бичами (см. рис.).
Схема молотильного аппарата с зубовыми бичами:
1 - барабан; 2 - подбарабанье; 3 - высокий зуб; 4 - низкий зуб; 5 - основание высоких зубьев; 6 - основание низких зубьев; 7 -остов барабана
Логический анализ характера взаимодействия барабана с обмолачиваемой культурой указывает на то, что уровень энергетического воздействия на последнюю у входа в молотильный аппарат должен зависеть от зазора между планкой, на которой закреплены зубья, и декой, который назовем эквивалентным - А экв.
Дэкв Двх + h,
где h - высота зуба, мм.
Последнее допущение, которое в дальнейшем подтверждено экспериментально, открывает возможность реализовать принцип двухуровневого энергетического воздействия на обмолачиваемую культуру за счет выполнения зубьев барабана, концы которых размещены на одной цилиндрической поверхности, разной высоты, а именно: h - hK = Дг, где hK - высота низкого зуба, мм.
62
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
Основания низких зубьев будут размещаться относительно деки с меньшим зазором, чем основания зубьев большой высоты (высоких) и воздействовать на обмолачиваемую культуру импульсами большей интенсивности, чем основания последних.
Приняв в качестве рабочих элементов барабана в исходном варианте молотильного аппарата клинцовый зуб, значения зазора между концами зубьев и декой на входе Двх = 5-10 мм, полученные значения Дг, определим основные параметры молотильного аппарата: Ьн = 18-22 мм; Дэкв = 42-47 мм; Дэкв.н. = 23-26 мм.
При экспериментальных исследованиях в лабораторных условиях обоснована возможность использования в конструкции барабана вместо объемных рабочих элементов (штифтов) более технологичных в производстве плоскозубовых бичей, изготавливаемых штамповкой из листовой стали толщиной 8-10 мм. Оптимизированы с учетом энергетических и технологических критериев параметры рабочих элементов барабана, которые целесообразно выдерживать в пределах: высота низких зубьев Ьн = 10-16 мм, а остальных h = 30-36 мм; шаг размещения зубьев на планке S - 70-80 мм; угол наклона рабочей поверхности зубьев к радиусу барабана, проведенному через ее основание, = 18о. При этом остальные параметры имеют значения: Дг = 20 мм; Дэкв.н. = 20-26 мм; Дэкв = 40-46 мм. Значения большинства параметров достаточно близки к значениям, полученным выше теоретическим путем на основе энергетического анализа.
Для восьмибичевого барабана рационально соотношение между энергетическими воздействиями большой и малой интенсивности 1:3.
Получена обобщенная математическая модель, которую можно использовать для сравнительной оценки энергоемкости обмолота молотильными устройствами бильного типа независимо от вида барабана, т.е. как с обычным бильным барабаном (рифлеными бичами), так и с барабаном с зубовыми бичами:
2
Куд а + Ь Дэкв + с Д экв '
При сравнительном исследовании молотильный аппарат с зубовыми бичами имел преимущество перед бильным по степени сепарации и недомолоту (на 4 и 0,6% соответственно), микротравмированию зерна (на 40%), удельной энергоемкости обмолота (на 20-30%).
63
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
С 1987 по 1992 год ОАО «Красноярский завод комбайнов» были изготовлены опытные образцы двухбарабанного комбайна «Енисей-1200 НА» и однобарабанного «Енисей-12001З», оснащенные новыми молотильными аппаратами, а также рисозерноуборочных комбайнов «Кедр-1200Р» и «Енисей- 1200РК» (на колесном ходу), у которых первый молотильный аппарат штифтовый, а второй - с зубовыми бичами. При государственных испытаниях в течение шести сезонов на Прибалтийской, Центральной и Дальневосточной МИС, ведомственных испытаниях на Кзыл-Ординской МИС получены следующие основные результаты.
Пропускная способность одно- и двухбарабанных комбайнов на 14-26% больше таковой соответствующих комбайнов с бильными барабанами. При одинаковых значениях подачи первые теряли зерна в 1,6-2,0 раза меньше, чем серийные комбайны «Енисей-1200Н». Опытные однобарабанные комбайны имели такую же пропускную способность, как и серийные двухбарабанные. Микротравмирование зерна на 30 и более процентов ниже, что существенно для обеспечения высоких посевных качеств семенного зерна, особенно влажного.
Энергоемкость технологического процесса комбайна «Енисей-120013» на 17-23% меньше таковой комбайна «Енисей-1200Н». При работе комбайна «Енисей- 1200НА» экономится 9-12% топлива.
Комбайны «Енисей-1200РК» и «Кедр-1200Р» превосходили по пропускной способности «Енисей- 1200Р» на 10-60%. Все комбайны при испытаниях работали с постоянными молотильными зазорами - 10 мм на входе и 5 мм на выходе молотильного аппарата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Василенко И.Ф. Прочность связи зерна с колосом // Сельскохозяйственная машина. - 1936 - № 5.
2. Соколов А.Ф. Физико-механические свойства колосовых культур // Теория, конструкция и производство сельскохозяйственных машин. - М.: Сельхозгиз, 1940.
Получено 10.04.01.
64
