CC BY
35
В этом отношении интерес представляет устройство для дифференцированного обмолота растительной массы, разработанное в ЧИМЭСХ (ЧГАУ), которое послужило основой д ля создания комбайнов с аксиально-роторными МСУ. У них, в отличии от машин с классической одно- или двухбарабанной схемой молотилки, бильный молотильный аппарат и клавишный соломотряс (или только соломотряс) заменены вращающимся в полом цилиндре (подба-рабанье) рабочим органом — ротором. Процессы полного вымолота и сепарации зерна выполняются в этом случае по мере движения обмолачиваемого продукта вдоль оси ротора в зазоре между его рабочими элементами и подбарабаньем. Ротор может быть расположен вдоль или поперек оси машины.
Выпуск подобных комбайнов за рубежом ведется уже более 20 лет, а в России машины СК-10 «Ротор», «Дон-2600» и «Дон-2600ВД» рекомендованы для постановки на производство.
Сейчас в роторных комбайнах применяют разнообразные типы МСУ (рис.4). Их совершенствование ведется в направлении повышения производительности, надежности, снижения металлоемкости, уменьшения перебиваемости соломы, создания семейства комбайнов классов 4... 10 кг/с с навесными и прицепными модификациями.
На сегодняшний день молотильно-сепарирую-щие устройства почти у половины выпускаемых в мире комбайнов основаны на принципах двухфазного и дифференциального обмолота.
РАЦИОНАЛЬНЫЙ ДВУХФАЗНЫЙ ОБМОЛОТ
м. и. липовский
Обоснование профессором К.Г. Колгановым в 1948-1952 гг. агротехнической целесообразности двухфазного обмолота ускорило процессы разработки и налаживания производства двухбарабанных зерноуборочных машин.
Сейчас 48% выпускаемых в мире комбайнов -двухбарабанные. Однако такие машины более материалоемки и сложны в технологическом обслуживании (регулировка), отличаются повышенным расходом энергии. И самое главное, по данным А.Д. Логина, только 10% эксплуатируемых двухбарабанных комбайнов настроены правильно, значит, часть из них не реализует двухфазный обмолот. Таким образом, проблема разработки более эффективной технологии двухфазного обмолота и рациональной реализации ее в однобарабанном аппарате весьма актуальна.
Обязательным элементом такой технологии остается двухуровневое энергетическое воздействие на обмолачиваемую массу. Однако мы считаем, что иное соотношение между количеством воздействий (ударов) малой и большой интенсивности должно составлять не 1:1, как при традиционном двухфазном обмолоте, а 3:1...4:1. Соотношение между уровнями интенсивности воздействий, с учетом прочности связи отдельных зерен с колосом, принято 1:2.
Реализацию предлагаемой технологии обмолота целесообразно осуществить путем изменения зазора между барабаном и подбарабаньем, когда нанесение ударов высокой интенсивности обеспечивается прохождением незначительной части рабочих элементов (бичей) над планками подбарабанья с малым зазором, а нанесение ударов меньшей интенсивности — остальными рабочими элементами. Такое функционирование молотильного аппарата возможно при расположении рабочих элементов, наносящих
удары высокой интенсивности, на большем удалении от оси вращения. В отличие от традиционного двухфазного обмолота общее число ударов по обмолачиваемой массе при использовании нашей технологии в 2 раза меньше (7...15, вместо 14...30). Кроме того, отличается последовательность нанесения ударов разной интенсивности. В первом случае сначала оказывается воздействие малой интенсивности, затем — большой. Во втором — очередность нанесения ударов непостоянна. Поступающая за время одного оборота барабана масса культуры, в зависимости от последовательности нанесения ударов большой и малой интенсивности, обрабатывается при разных режимах. При восьмибичевом барабане их четыре и у первой планки подбарабанья по обмолачиваемой массе в 75% случаев наносится удар малой интенсивности, что в значительной степени определяет качество обмолота.
Таким образом, последовательность нанесения ударов разной интенсивности у первой планки подбарабанья для 75% обмолачиваемой массы в той или иной степени соответствует двухфазному обмолоту. Следовательно, с учетом двухуровневого энергетического воздействия на подаваемую массу рассматриваемый процесс с большим приближением можно квалифицировать как двухфазный, а отмеченные особенности и отличия позволяют назвать его двухфазным рациональным.
Энергетическое воздействие на обрабатываемую среду в значительной мере обусловливает количественные и качественные показатели работы машин, в частности, вымолот зерна, его дробление и микроповреждение. Поэтому рациональную в энергетическом смысле организацию всего технологического процесса, а не только обмолота, можно рассматривать как важнейшую предпосылку получения хороших результатов.
Энергоемкость различных типов обмолота можно охарактеризовать индексом /, который представляет
собой отношение энергоемкости каждого типа обмолота к величине этого показателя при воображаемом эталонном обмолоте, когда на отделение каждого зерна затрачивается работа, пропорциональная энергии (силе) его связи с колосом. Согласно нашим расчетам /для рационального обмолота составляет - 1,25; однофазного — 1,67; двухфазного — 2,49.
При синтезе схемы молотильного аппарата для осуществления рассматриваемого типа обмолота прежде всего встает вопрос о рабочих элемента барабана.
Исходя из закономерности варьирования окружного усилия на рабочих элементах барабана в зависимости от изменения зазора между барабаном и декой, определена разница в удалении рабочих элементов от оси барабана Д,=15... 19 мм.
Если для элементов барабана, расположенных на большом от оси расстоянии, принять значение зазора на выходе Авыхм=5 мм, то у менее удаленных, которых большинство, оно составит А , = А +
7 выхо выхм
Д=20.. .24 мм. Для выпускаемых зерноуборочных комбайнов с бильным молотильным аппаратом максимальное рекомендуемое заводскими инструкциями значение зазора на выходе равно 8 мм. Следовательно, даже при его величине на выходе 20 мм рабочие элементы в виде рифленых бичей будут совершенно неработоспособны. То есть реализовать рациональный обмолот в этом случае применения в конструкции барабана рифленых бичей нельзя.
Анализ указывает на возможность выполнения предлагаемого технологического процесса при сочетании зубовых рабочих элементов барабана и прут-ково-планчатой деки. Назовем такое устройство молотильным аппаратом с зубовыми бичами.
Уровень энергетического воздействия у входа в молотильный аппарат должен зависеть от зазора между планкой, на которой закреплены зубья, и декой:
Л = А + ЛИ,
же вх '
где А — высота зуба, мм.
Эта гипотеза, которая в дальнейшем получила экспериментальное подтверждение, открывает возможность реализовать принцип двухуровневого энергетического воздействия с помощью выполнения зубьев барабана разной высоты, концы которых размещены на одной цилиндрической поверхности, а именно:
А-А =Д,
Н 'У*
где Ая — высота низкого зуба, мм.
Основания низких зубьев размещаются относительно деки с меньшим зазором, чем у высоких (рис. 1). Технологическое воздействие такого молотильного аппарата связано с ударным воздействием зубьев и прочесыванием ими обмолачиваемой массы.
Мы теоретически определили и экспериментально в лабораторных условиях оптимизировали с учетом энергетических и технологических критериев параметры рабочих элементов барабана: высота низких зубьев Ая — 10... 16 мм, высоких - 30...36 мм; шаг размещения зубьев на планке Б = 70...80 мм; угол наклона рабочей поверхности зубьев к радиусу барабана, проведенному через его основание, а=18°. Зубья
барабан; 2 - подбарабанье; 3 — высокий зуб; 4 - низкий зуб; 5 — основание высоких зубьев; 6 — основание низких зубьев; 7 — остов барабана.
на поверхности барабана располагаются по двухходовой винтовой линии, зазор между их концами и подбарабаньем на входе молотильного аппарата должен составлять 5...10 мм, на выходе — 4...5 мм. Вместо объемных рабочих элементов (штифтов) можно использовать более технологичные в производстве плоскозубовые бичи, изготавливаемые штамповкой из листовой стали толщиной 8... 10 мм (рис. 2).
Рис. 2. Плоскозубовый бич.
При сравнительном исследовании было установлено преимущество молотильного аппарата с зубовыми бичами перед бильным по степени сепарации и недомолоту (на 4 и 0,6% соответственно), микротравмированию зерна (на 30%), удельной энергоемкости обмолота (на 20...30%).
Важное преимущество новой молотилки — отсутствие необходимости регулировать в процессе эксплуатации зазоры, которые остаются постоянными при обмолоте всех зерновых культур и риса. Это повышает вероятность правильной настройки комбайна в 3 раза и снижает потери зерна в 1,5...2,0 раза. При использовании такого молотильного аппарата в двухбарабанном МСУ оба барабана настраиваются на скоростной режим, близкий к режиму однобарабанной молотилки, что повышает пропускную способность и упрощает технологическое обслуживание комбайна,
В 1987-1992 г. на ОАО «Красноярский завод комбайнов» были изготовлены опытные образцы двухбарабанного комбайна «Енисей-1200-НА» и однобарабанного «Енисей-1200-13», 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 и ведомственных — на Кзыл-Ор-динской МИС установлено, что пропускная способность однобарабанных машин с новыми молотилками на 14...26% больше, чем у комбайнов с бильным барабаном и соответствует величине этого показате-ляу серийных двухбарабанных машин.
При одинаковых значениях подачи потери у комбайнов с зубовыми барабанами, по сравнению с «Енисеем- 1200Н», снижались в 1,6-2,0 раза, а микротравмирование зерна — на 30% и более, что существенно для обеспечения высоких посевных качеств семян, особенно в случае уборки влажного зерна (табл. 1).
Таблица 1. Условия и показатели работы молот лок комбайнов при уборке пшеницы в лабораторнопо левых испытаниях на Центральной МИС в 1993 г.
Показатель Енисей- 1200-13 Енисей- 1200Н
Урожайность, т/га 11.5...22.8 11,5-22,8
Влажность зерна, % 24,9.-30,9 24,9-30,9
Влажность соломы, % 25,2-47,9 25,2-47,9
Соотношение массы зерна и
соломы 1:1,7 1:1,7
Производительность, т/ч 3,66 3,37
Общие потери зерна моло-
тилкой, % 1,95 2,49
Содержание в бункерном ворохе, %:
дробленого зерна 0,67 0,57
сорной примеси 4,8 5,3
Микроповреждение зародыша, % 4,7 7,1
Кроме того, энергоемкость технологического процесса «Енисея-1200НА» меньше, чем у серийной машины (рис. 3).
«Енисей- 1200РК» и «Кедр-1200Р» превосходили по пропускной способности «Енисей- 1200Р» на 10...60%.
В 1993 г. ОАО «Красноярский завод комбайнов» выпущена опытная партия комбайнов «Енисей-1200» различных модификаций, оборудованных новыми молотильными аппаратами, которые успешно эксплуатируются в хозяйствах Красноярского края.
В 2003 г. на Северо-Западной МИС проведены испытания красноярского комбайна нового поколение
лан» с бильным МСУ. При фактических подачах 4,4.. .6,8 кг/с ячменя восковой спелости потери за молотилкой первой машины составляли 0,7...2,1% (в среднем 1,6%) против 2,1...4,3% (в среднем 3,2%) у «Енисея-КЗС-954 Руслан». Кроме того, комбайны с
М.кВг
2,
У х* ✓
/4,
3,
0 12 3 а, кг/с
Рис. 3. Потребная мощность в зависимости от подачи:
-------Енисей ШОНА;-----------Енисей-1200Н; 1,3 -
ячмень; 2,4 рожь
МСУ с зубовыми бичами отличались меньшим (на 33,4%) удельным расходом топлива.
Аналогичные показатели получены при уборке пшеницы кондиционной влажности. Производительность «Енисея-КЗС 957» с модифицированной молотилкой за 1 ч основного времени составила 11,8 т/ч, что почти соответствует показателям «Дона-1500Б» (12,1 т/ч), молотилка которого шире на 300 мм, а масса больше на 13%. Удельная производительность за час основного времени (на 1 м ширины молотилки) комбайна «Енисей-КЗС-957 Руслан» составляет 9,8 т/(ч.м), а «Дон-1500Б» — 8,1 т/(ч.м). Это свидетельствует о большей интенсивности технологического процесса первой из упомянутых машин, что обусловлено применением более эффективных органов обмолота. О сопоставимости результатов, полученных на Северо-Западной МИС и в Самарской области, говорит тот факт, что производительность в обоих случаях была одинаковой — 10,2 т/ч.
Таким образом, молотильный аппарат с зубовыми разновысокими бичами, который позволяет реа-
Таблица 2. Условия и показатели работы комбайнов при периодических испытаниях на Северо-Западной МИС в 2003 г.
Показатель Комбайн
«Енисей-КЗС-954 Руслан» «Енисей-КЗС-957 Руслан»
Культура пшеница ячмень пшеница ячмень
Урожайность, т/га 3,52 3,42 3,52 3,42
Влажность зерна, % 16,1 37,2 16,1 37,2
Влажность соломы, % 22,8 54,0 22,8 54,0
Отношение массы зерна и соломы 1:1,5 1:1,3 1:1,5 1:1,3
Пропускная способность (при уровне потерь зерна 1,5%) Содержание в бункерном ворохе, %: 7,5 4,4 9,0 5,5
дробленого зерна 1,94 0,50 1,29 0,20
сорной примеси 0,76 1,70 0,30 1,70
Удельный расход топлива, кг/т 2,08 2,50 1,80 2,16
«Енисей-КЗС-957 Руслан», оборудованного двухбарабанным МСУ с зубовыми бичами. По данным МИС (табл.2) он технологически, энергетически и экономически эффективнее «Енисея-КЗС-954 Рус-
лизовать двухфазный рациональный обмолот, обеспечивающий комплексное улучшение всех показателей в производственных условиях, перспективен для использования на машинах нового поколения.
