CC BY
16ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УБОРКИ СУХИХ КОРОТКОСТЕБЕЛЬНЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
IMPROVING THE EFFICIENCY OF HARVESTING DRY SHORT-STEMMED
CROPS
УДК-608
Байзакова Жумакуль Сейткадыровна, кандидат технических наук, доктор PhD, Казахский национальный аграрный университет, Алибек Несипбек Бакбергенулы, доктор PhD, ст. преподаватель, Казахский национальный аграрный университет
Оспанов Амантур Толепбергенович, Казахский национальный аграрный университет
КYнтуFанкызы Айсауле, старший преподаватель, Казахский национальный аграрный университет
Толунбеков Нурлан Канатбекович, преподаватель, магистр, Казахский национальный аграрный университет. Республика Казахстан, г. Алматы Bajzakova ZHumakul' Sejtkadyrovna, zhumakulb@mail.ru Alibek Nesipbek Bakbergenuly, zhumakulb@mail.ru Ospanov Amantur Tolepbergenovich KYntuFan^yzy Ajsaule
Аннотация
В статье использованы методы планирования экспериментов, которые состоят в выборе числа условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решение поставленной задачи. По результатам многофакторного эксперимента найдены необходимые параметры устройства для распределения сухой короткостебельной хлебной массы в наклонной камере комбайна. Предложенная конструкция устройства способствует расширению технологических возможностей переориентации колосьев хлебной массы по ширине наклонной камеры за счет эффекта переменного зазора в зоне выбросной кромки наклонной камеры зерноуборочного комбайна.
Цель - повышение эффективности уборки сухих короткостебельных зерновых культур, за счёт переориентации колосьев зерновых вдоль продольной оси МСУ комбайна. Метод. Исследование осуществлялись с использованием стандартных и частных методик с применением математического моделирования и математической статистики, современных приборов и вычислительной техники. Результат. Определены
конструктивные параметры устройства: количество дискретности в гофрах - 4 ед; угол атаки V-образного гофра - 400; зазор между транспортером и рабочей поверхностью устройства - 20,8 мм. 4. Коэффициент повреждаемости при традиционной технологии уборки, который как у внутреннего эпидермиса, так и у зародыша зерна составил - 0,9, а экспериментальным комбайном - 0,5. Применение устройства при уборке сухих короткостебельных показали, что снижает макро- и микроповреждении 1,5% и количество дробления зерен уменьшились с 5,5% до 1,0% соответственно, выработки за час чистой работы увеличилась на 22%, выработки за час сменного времени - на 16%. Выводы. Предложенная модернизированная наклонная камера для уборки сухих короткостебельных зерновых культур позволяет снизить дробление зерна и засоренность бункерного зерна, уменьшить потери свободным зерном в соломе и полове, снизить потери недомолоченным колосом в соломе и полове. Проведенные производственные испытания устройства, установленного в наклонной камере зерноуборочного комбайна в производственных условиях при прямом комбайнировании сухих короткостебельных хлебных масс потверждают эффективность результатов исследования.
Annotation
The article uses methods of planning experiments, which consist in choosing the number of conditions for conducting experiments, necessary and sufficient for solving the problem. The results of a multi-factor experiment have been used to find the necessary parameters of the device for distributing dry short-stalk bread mass in the inclined chamber of the combine. The proposed design of the device contributes to the expansion of technological possibilities for reorienting the ears of bread mass along the width of the inclined chamber due to the effect of a variable gap in the area of the ejection edge of the inclined chamber of the combine harvester.
The goal is to increase the efficiency of harvesting dry short-stemmed grain crops by reorienting grain ears along the longitudinal axis of the MSU combine. Method. The research was carried out using standard and special methods with the use of mathematical modeling and mathematical statistics, modern devices and computer technology. Result. The design parameters of the device are defined: the number of discreteness in the corrugations - 4 units; the angle of attack of the V-shaped corrugation - 400; the gap between the conveyor and the working surface of the device-20.8 mm. 4. The coefficient of damage in traditional harvesting technology, which is both the internal epidermis and the germ of the grain was 0.9, and the experimental combine-0.5. The use of the device for cleaning dry short-stemmed plants showed that it reduces macro - and micro-damage by 1.5% and the amount of grain crushing decreased from 5.5% to 1.0%, respectively, the output per
hour of clean work increased by 22%, the output per hour of shift time-by 16%. Conclusions. The proposed upgraded inclined chamber for cleaning dry short-stemmed grain crops allows reducing grain crushing and clogging of bunker grain, reducing losses of free grain in straw and floor, reducing losses of UN-threshed ears in straw and floor. The conducted production tests of the device installed in the inclined chamber of the combine harvester in production conditions during direct combining of dry short-stalk bread masses confirm the effectiveness of the research results.
Ключевые слова: уборка сухих короткостебельных зерновых культур, переориентации колосьев, вдоль продольной оси МСУ, ускоритель обмолота. Keywords: harvesting of dry short-stemmed grain crops, reorientation of ears, along the longitudinal axis of the MSU, threshing accelerator.
Южные районы Казахстана, в природно-климатических условиях который проводятся работа, имеют засушливый, резко континентальный климат. Зерновые колосовые в этих условиях быстро созревают, растения получается короткостебельными, малоурожайными. Растения из-за засушливой погоды быстро высыхают и имеют низкую влажность (8-14%) [1].
В этих условиях зерна растений при обмолоте имеют повышенную склонность к разрушениям и микроповреждениям. Зерноуборочный комбайн является основной уборочной машиной, и от его работы во многом зависит количество и качество зерновых культур, так как процесс уборки связан взаимодействием, в жестких условиях, рабочего органа комбайна и биологического материала. При этом от уборки комбайна не требуется высокая пропускная способность, из-за сравнительно малой урожайности полей. Исследования существующих схем обмолота показали, что семена сухих короткостебельных зерновых при обмолоте получают значительное количество механических повреждений. В этих условиях зерна растений при обмолоте имеют повышенную склонность к разрушениям и микроповреждениям.
Требует особенного внимания качественная сторона процесса обмолота -механические повреждения зерна. При уборке сухих короткостебельных зерновых культур (порядка 40—60 см), для снижение количественных и качественных потерь необходимы дальнейшие исследования [2].
Целью нашей работы является повышение эффективности уборки сухих короткостебельных зерновых культур за счёт дообмолотной переориентации колосьев зерновых вдоль продольной оси МСУ комбайна и разработки ускорителя обмолота для её реализации. Задачи исследования:
- обосновать теоретически и подтвердить пути повышение эффективности уборки сухих короткостебельных зерновых культур за счет дообмолотной переориентации колосьев вдоль продольной оси МСУ комбайна, обеспечивающих снижение недомолота и травмирование зерна;
- предложить рациональную конструкционную схему ускорителя обмолота для дообмолотной переориентации колосьев вдоль продольной оси МСУ на самой ранней стадии его подачи в молотилку комбайна;
- изучить влияние конструктивных параметров ускорителя обмолота находящихся в наклонной камере зерноуборочного комбайна, на показатели их работы и определить эффективность реализации основных научных положений.
Несоответствие режима работы комбайна с улучшенным процессом обмолота биомассы оптимальному в данных условиях уборки приводит к повышенным потерям урожая и снижению производительности. При этом основной причиной снижения качества работы комбайна с улучшенным процессом обмолота биомассы и его производительности является несоответствие загрузки молотилки в эксплуатационных условиях возможной ее пропускной способностью.
Представлены результаты экспериментальных исследований. В нашем исследовании требуется на основе экспериментальных данных построить адекватную (соответствующую действительности) модель процесса переориентации зерновых вдоль продольной оси МСУ комбайна [3].
Механизм функционирования устройства, переориентации биомассы пшеницы, очень сложен и неизвестен. В нашем случае требовалось исследовать и оптимизировать весь процесс переориентации колосьев биомассы пшеницы вдоль продольной оси МСУ комбайна. Однако многие качественные и количественные факторы переплетаются между собой, и на практике трудно установить универсальную целевую функцию. Поэтому были выбраны три главных отклика процесса: степень переориентации биомассы пшеницы, разрыв колосьев и вымолот зерна. Исследуемые факторы (параметры ускорителя обмолота нового типа) и выбранные уровни их варьирования приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Регулируемые факторы и уровни их варьирования в экспериментах по переориентацию биомасс зерновых
Регулируемые факторы: натуральные (кодированные) Коди рованные уровни
-а -1 0 +1 а
Х1 - скорость подачи биомассы пшеницы , кг/пм) 1,2 1,5 2,0 2,5 2,8
Х2 - количество гофр в ускорителе обмолота (п, ед) 1,3 2,0 3,0 4,0 4,7
Х3 - угол атаки К-образных гофр (а, град) 21,6 25,0 30,0 35,0 38,4
Х4 - зазор между транспортером и рабочей поверхностью ускорителя обмолота (5, мм) 3,2 10,0 20,0 30,0 36,8
Примечание - звездное плечо а = 1,682
Оценки коэффициентов регрессии для независимых переменных, полученные методом наименьших квадратов, их стандартные ошибки и 95%-ные нижняя и верхняя доверительные границы. Подставляя коэффициенты из данных в линейное уравнение 4-х параметров общего вида
У = / (х1,..., х4) = Ь0 + Ь1х + Ь2х2 + Ь3х3 + Ь4х4 (1)
Если учесть влияние на выходные показатели парных взаимодействий и квадратов независимых переменных, которые во многом определяют нелинейность процесса переориентации биомассы пшеницы, т.е. построить план, на котором можно рассчитать квадратичную регрессию вида:
у = х) = Ьо + +У£Ь1х2 . (2)
1=1 1=1 1< ]
Применяя компьютерную программу STATISTICA, были построены гистограммы, кумулятивные распределения и сглаженные кривые для нормального закона, а также рассчитаны критерии согласия Колмогорова-Смирнова В и Шапиро-Уилка БЖ-Ж, которые приводятся на рисунке 4.2, для показателя Y1. Эти эмпирические распределения позволяют наглядно представить изменения показателя, характеризующего процесс переориентации биомассы пшеницы [4].
Как видно из рисунка 1, частотное распределение степени переориентации биомассы пшеницы схоже с кривой нормального распределения.
Mislogrem (Пшеница_У1-УЭ 2v'54c) Y1 - 54-5*n«mal(«. 72,307, 7 0044)
37% 33% 30% 26% 22%
TZ
H 1B% H
я 15% 11% 7% 4%
50 55 60 65 70 75 80 85
Ст епень nepeopi iem ацнн био ма с сы пшеш щы Y ь %
Рисунок 1 - Распределение степени переориентации биомассы пшеницы Для анализа структуры поверхности отклика представим уравнения в канонической форме:
Y-Y:„=Bllx; + B22x;+... + Bkkxl (3)
где Ys - значение функции отклика в экстремальной точке;
Би - коэффициенты канонического уравнения, i = 1,..., к; х; - канонические переменные, i = 1,... ,к.
Таким образом, требовалось
найти максимум степени переориентация биомассы пшеницы (%)
Y (а,...,а15; x,..., x4) ^ max (4)
в области факторного пространства
Xj min = -1,682 < Xj < Xj max = 1,682, j = 1,...,4
(5)
при ограничениях на разрыв колосьев пшеницы (%)
Y min = 2,6 < Y2(ßi ,...,ßi5 ; X , X2 , X3 , X4 ) < Y2 max = 6,9 (6)
и вымолот зерна пшеницы (%)
Y3 min = 3,3 < Y3(Yl ,...,Yl5 ; X1, X2 , X3 , X4 ) < Y3 max = 6,9 (7)
Получены следующие оптимальные параметры процесса переориентации биомассы пшеницы: х* = -1,414; х*= 1,355; х3*= 0,844; х*= 0,081 или д =3,5 кг/пм; п = 4,0 ед.; а=26 град; 5 = 20,8 мм, при которых Y1 = 81,4 %; Y2 = 6,4
%; Yз = 3,3 %.
Определены повреждаемость зерна при помощи микроскопа LABOVAL 4. С помощью электронного микроскопа JEOL (Япония) JEM- 1011 методом стандартного количественного анализа коэффициент повреждаемости, который убранным серийным комбайном, как у внутреннего эпидермиса, так и у зародыша зерна составил - 0,8870. В результате полученных повреждений в структуре зерна отсутствуют никель, медь, цинк, паладий. (рис. 2). В соответствии с рисунком установлено, что отбита часть эндоспермы, часть оболочки удалена. Как правило, эндосперма отбивается и оболочка удаляется при неравномерности подачи хлебной массы [4,5].
I
i
и 1 5 5
Z J bl л
и Z i z I с 1
1 III 1 III 1 1 1 1 1
keV
ZAF Методы стандартного количественного анализа Fitting Коэффициент : 0.8S70
Element (keV) Масса« Ошибка-% Атом % Сложность Мае
С К Уптерод 0.277 100.00 1.23 100.00 Ri К Никель Си К Медь 2п К Цинк РЬ М Пападий
Тога! Всего 100.00 100.00
а) б)
Рис. 2 Повреждения зерна (а) и результаты исследований (б) внутреннего эпидермиса и зародыша зерна при традиционной
технологии уборки При уборке сухих короткостебельных хлебных масс экспериментальным комбайном который оборудованного устройством был найден коэффициент повреждаемости для внешнего слоя зерна и для внутреннего эпидермиса - 0,4947. Также были зафиксированы следующие виды микротравм: одиночные, мелкие повреждения зародыша, повреждения эндоспермы или оболочки в области эндоспермы (рис. 3 а,б).
а) б)
Рис. 3. Повреждения зерна (а) и результаты исследований (б) внешнего слоя зерна при усовершенствованной технологии уборки
В результате изучения повреждаемости зерна хлебной массы установлено, что повреждения внутреннего эпидермиса, семенной оболочки и зародыша происходят при традиционной технологии уборки, а повреждения верхнего слоя - при уборке комбайном, оборудованным устройством.
Установлено, что переориентации зерновых вдоль продольной оси МСУ ускорителям обмолота с оптимизированными параметрами не выбивает зародыш зерна и не травмирует одновременно зародыш и эндосперм. При уборке зерновых переориентации колосьев вдоль продольной оси МСУ комбайна сухих короткостебельных биомасс пшеницы ускорителем обмолота нового типа имеет достаточно высокий уровень технологической надежности и низкую трудоемкость устранения технологических отказов. Применение ускорителя обмолота нового типа позволяет увеличить эффективность уборки сухих короткостебельных биомасс пшеницы - в 1,5 раза [6].
Литература
1. Садыков Ж.С., Кокебаев Б.К., Байзакова Ж.С К состоянию уборки зерновых в Казахстане. //Материали за V межднародна научна практична конференция «БЪДЕЩИ ИЗСЛЕДВАНИЯ - 2009» 17-25 февруари 2009, Том 10. - София, «Бял ГРАД-БГ» ООД 2009.- 49-53 с.
2. Байзакова Ж.С. Оптимальные параметры и режимы работы устройства для уборки сухих короткостебельных зерновых культур. Научный журнал РФ, ВЕСТНИК НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет), №3 (24), 2012. 92-94 стр.
3. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. В 2-х томах. - Т.1. Методы обработки данных: пер. с англ. - М.: Мир, 1980. - 612 с.
4. Байзакова Ж.С., Оспанов А. Т., Раймбекова Ф.Х., Кульшикова Э. С.. Экспериментальные исследования эффективности уборки сухих короткостебельных зерновых культур // «Интернаука»: научный журнал -Международные научные публикации -№ 41(75). М., 2018. 33-35 стр.
5. Байзакова Ж.С. Параметры устройства для нормализации хлебной массы в наклонной камере комбайна перед обмолотом сухих короткостебельных зерновых культур: диссерт. кандидат технических наук: 05.20.01. -Новосибирск: ГНУ СибИМЭ, 2013. - 119 с.
6. Байзакова Ж.С., Чингенжинова Ж.С. К Определения качественных показателей работы устройства для обмолота хлебной массы // Научный журнал «Исследования, результаты», №204 (068), Алматы: КазНАУ, 2015. 204-206 стр.
Literature
1. Sadykov Z. S., Karabaev B. K., Baizakova J.C To the state of grain harvesting in Kazakhstan. //Materials V international scientific practical conference "BYTESI IZSLEDVANIA - 2009" 17-25 of February 2009, Volume 10. - Sofia "byal GRAD-BG" LTD. 2009.- 49-53 S.
2. Baizakova Zh. s. Optimal parameters and operating modes of the device for harvesting dry short-stemmed grain crops. Scientific journal of the Russian Federation, VESTNIK ngau (Novosibirsk state agrarian University), №3 (24), 2012. 92-94 p.
3. Johnson N., Lyon F. Statistics and experiment planning in engineering and science. In 2 volumes. - Vol. 1. Methods of data processing: TRANS. from English. - M.: Mir, 1980. - 612 p.
4. Baizakova Zh. S., Ospanov A. T., Raimbekova F. Kh., Kulshikova E. S. Experimental studies of the efficiency of harvesting dry short-stemmed grain crops / / "Internauka": scientific journal - International scientific publications-no. 41 (75). Moscow, 2018. 33-35 p.
5. Baizakova Zh. s. Parameters of the device for normalizing the bread mass in the inclined chamber of the combine before threshing dry short-stemmed grain crops: dissert. candidate of technical Sciences: 05.20.01. - Novosibirsk: sibime state University, 2013. - 119 p.
6. Baizakova Zh. S., Chingenzhinova Zh. S. to Determine the quality indicators of the device for threshing bread mass / / Scientific journal "Research, results", no. 04 (068), Almaty: KazNAU, 2015. 204-206 p.
