CC BY
11
УДК 631.354.028
DOI 10.36461/NP.2021.58.1.016
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОПИРУЮЩЕГО СТЕБЛЕПОДЪЕМНИКА КОМБАЙНОВОЙ ЖАТКИ
К.З. Кухмазов, доктор технических наук, профессор; А.В. Шуков, кандидат технических наук, доцент; Е.В. Петрова, аспирант
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный аграрный университет», г. Пенза, Россия, тел.8(8412) 626-579, e-mail: kafedraemtp@mail.ru
Материалы статьи посвящены актуальной теме - снижению потерь зерна при уборке полеглых хлебов. В ней приведен анализ конструкций существующих стеблеподъемников для уборки полеглых хлебов, выявлен их основной недостаток. Дано описание конструкции и принцип работы предлагаемого копирующего стеблеподъемника комбайновой жатки. Представлены результаты теоретических исследований по обоснованию конструктивных параметров копирующего стеблеподъемника, в частности, получены теоретические зависимости для определения длины полозка с основанием и усилия, необходимого для подбора пластинчатой пружины копирующего стеблеподъемника комбайновой жатки.
Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, комбайновая жатка, полеглые хлеба, зерновые культуры, потери зерна, копирующий стеблеподъемник.
Введение
В технологии возделывания зерновых и зернобобовых культур завершающим и сложным этапом является уборка выращенного урожая. Причем, значительная часть убираемых культур к началу уборки полегает, а уборка полеглых хлебов сопровождается увеличением потерь зерна.
Для снижения потерь зерна при уборке полеглых хлебов на режущий аппарат комбайновой жатки устанавливают стебле-подъемники. При использовании стебле-подъемников потери срезанным и несре-занным колоском снижаются в 2...5 раз.
На жатках комбайнов ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш» могут применяться стеблеподъемники, изготовленные из стали СТ.3 путем гибки и сварки (рис. 1, а) или стандартные модели «ЖКС-0,5» (рис. 1, б).
ООО «Шумахер» (Кемеровская область), специализирующееся на производстве стеблеподъемников, выпускает три типа стеблеподъемников:
- стандартный стеблеподъемник AS серии (рис. 1, в), предназначенный для нормальных условий работы;
- специальный стеблеподъемник SK серии с опорным скатом, несущим нагрузку до 50 кг, предназначенный для трудных условий работы;
- универсальный стеблеподъемник ик серии, снабженный опорным скатом и дополнительным упором сзади, что позволяет нести нагрузку до 100 кг. Данный стебле-подъемник лучше всего подходит для
широкозахватных жаток и уборки культур с урожайностью выше 50 ц/га.
Эта же фирма выпускает стеблеподъ-емники серии ASK (рис. 1, г) с высокой стабильностью движения благодаря изогнутой форме лыжи. ASK-100 — используется совместно с пальцем «Шумахер» на комбайнах ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш» и фирмы John Deere (США), а ASK-127 на жатках комбайнов фирм «Mac. Don», «New Holland» и «Case».
Фирма «Class» (Германия) выпускает простые по конструкции стеблеподъемники серии СМ (рис. 1, д). СМ-300 — для нормального резания, СМ-400 — для низкого среза.
Методы и материалы
Одним из основных недостатков существующих стеблеподъемников является плохое копирование при набегании на неровности поля (комки, муравейники и др.). Этого недостатка лишен разработанный нами копирующий стеблеподъемник, состоящий из полозка (1) (рис. 2), к которому шар-нирно крепится основание полозка (2). К полозку (1) жестко крепится подъемное перо (3) под углом 20...25°. Между основанием (2) и подъемным пером (3) установлена пластинчатая пружина (4).
К основанию полозка (2) пружина (4) жестко крепится клепочным соединением, а к подъемному перу — прижимом (6). Копирующий стеблеподъемник устанавливается на палец режущего аппарата жатки с помощью кронштейна (7) и фиксируется болтовым соединением.
б
а
д
Рис. 1. Стеблеподъемники комбайновых жаток: а - стеблеподъемник для уборки полеглых хлебов; б - стеблеподъемники серии СМ; в - стандартный стеблеподъемник AS серии; г - стеблеподъемник серии ASK; д - стеблеподъемник модели «ЖКС-0,5».
в
г
Работает копирующий стеблеподъемник следующим образом. При движении зерноуборочного комбайна полозок (1) копирующего стеблеподъемника жатки скользит по почве, подъемное перо (3) подхватывает полеглые стебли и плавно подводит их к режущему аппарату жатки, где стебли срезаются и направляются на обмолот. При набегании копирующего стеблеподъемника
жатки на неровности поля (комки, камни, муравейники и др.) полозок (3) поднимается, копируя их за счет шарнирного соединения с основанием полозка (2), при этом пластинчатая пружина (4) сжимается.
После преодоления неровности копирующий стеблеподъемник жатки возвращается в исходное положение.
¿46 5
Рис. 2. Копирующий стеблеподъемник: 1 - полозок; 2 - основание полозка;
3 - подъемное перо; 4 - пластинчатая пружина; 5 - клепочное соединение;
6 - прижим; 7 - кронштейн
Результаты исследований
Для изготовления опытного образца копирующего стеблеподъемника необходимо теоретически обосновать его конструктивные параметры и жесткость пластинчатой пружины.Обоснование конструктивных параметров копирующего стебле-подъемника проводим изучая процесс его воздействия на полеглые стебли (рис. 3).
При работе зерноуборочного комбайна процесс перемещения полеглых стеблей по рабочей поверхности (по поверхности пера)
стеблеподъемника АВ со скольжением определяется условием
(1)
где a - угол установки рабочей поверхности (пера) стеблеподъемника к горизонту (к полозку). Установлено, что оптимальным значением угла а является 25°;
^ - угол трения стеблей зерновых культур по рабочей поверхности.
Полёглые стебли под действием нормальной силы N и силы трения F будут совершать перемещение по направлению силы R. При движении поверхности пера от положения АВ в положение А'В1 стебель расположится по линии АМ.
Связь между перемещением стебля по поверхности пера С = А'М и длиной стебля l = АМ, на которую воздействует стеблеподъемник, находим из треугольника АМА':
l = С sina/cos(a + (2)
Чем больше углы a и тем больше длина стебля, на которую воздействует стеблеподъемник, и тем хуже его работа по подъему полеглых стеблей зерновых культур.
/
В'
\
г
/
Нож
Í
5 А i
Рис. 3. Действие копирующего стеблеподъемника на полеглые стебли.
При работе копирующего стеблеподъемника полеглые стебли должны быть подняты на такую высоту, чтобы они попали в зону резания (зона работы сегментно-паль-цевого режущего аппарата).
Воспользовавшись треугольником АМА', можно записать уравнение, характеризующее влияние параметров стебле-подъемника на высоту подъема полеглых стеблей.
С = S tg(J3-(p)+h cosip—ф) — '
(3)
где С - длина рабочей поверхности пера копирующего стеблеподъемника;
S - вынос носка копирующего стебле-подъемника режущего аппарата;
h - необходимая высота подъема полеглых стеблей. чтобы они попали в зону резания режущего аппарата. Для комбайновых жаток 1пмин = 80 мм.
Решив уравнение 3 относительно h с учетом,что р = 90° - а, получим
H =
sin (а+ф)
— S • Ctg(a +
(4)
Следовательно, на высоту подъема стеблей оказывают влияние длина рабочей поверхности пера копирующего стеблеподъ-емника С, длина выноса носка копирующего стеблеподъемника S и угол установки пера стеблеподъёмника к его полозку а.
Длину рабочей поверхности пера копирующего стеблеподъемника С можно определить, зная высоту подъема стеблей h и угол установки пера стеблеподъемника к его полозку
Длину выноса носка копирующего стеблеподъемника S можно принять равной длине полозка с основанием L, т.е. S = L. Тогда из уравнения 4 можно выразить
L = S=
С-СОБф
Бт (а+ф)-С1д(а+ф) С1д(а+ф)
(5)
Зная необходимую высоту подъема полеглых стеблей и угол установки пера стеблеподъемника к его полозку, по формуле 5 можно определить длину полозка с основанием копирующего стеблеподъемника.
Для выбора пластинчатой пружины (определения силы при которой она должна срабатывать) копирующего стеблеподъём-ника рассмотрим процесс копирования стеблеподъёмником кочки при движении зерноуборочного комбайна (рис. 4).
При набегании копирующего стеблеподъёмника на кочку под действием силы О и силы тяжести Р в точке А возникают сила трения F, направленная по касательной к поверхности кочки в точке А, и сила нормальной реакции плоскости N, направленная перпендикулярно этой плоскости вверх. В результате сложения двух сил N и F возникает реактивная сила R кочки в точке А, которая поворачивает копирующий стебле-подъёмник вверх.
Копирующий стеблеподъёмник поворачивается за счет шарнирного соединения полозка к его основанию (точка В), преодолевая усилие жесткости пластинчатой пружины, скользит по кочке, копируя её поверхность.
Рис. 4. Схема для определения реактивной силы R
Реактивную силу R можно определить: И = (6)
N
Нормальную реакцию плоскости можно определить по рисунку 4
N =
-/•т-д-соБ а1-соз(90—а1)+т-д со^ а1 '
(7)
где а1 - угол наклона касательной к поверхности кочки в точке А;
т - масса стеблеподъемника; д- ускорение свободного падения. Силу трения F можно определить:
F = / • т • д • соб а1.
(8)
Подставляем уравнения (7) и (8) в уравнения (6) получим величину реактивной силы R.
Д =
\
-/•т-д-соБ а1-со5(90—а1)+т-^2
соБа1 ' . (9)
+ (/ т - д - соб а±)2
Для нахождения минимальной силы Fуп, при которой срабатывает пластинчатая пружина, составим уравнение моментов относительно точки шарнирного крепления полозка к основанию В (рис 5).
Сумма моментов от действия всех сил относительно точки В должна равняться нулю.
1^в = 0, (10)
-И - а + /уп - в + Р - й = 0, (11)
где а - плечо или расстояние от точки В до линии действия реактивной силы R, стремящейся повернуть стеблеподъёмник вверх;
(
Рис. 5. Схема для определения силы срабатывания пластинчатой пружины.
в - плечо или расстояние от точки В до линии действия силы Fуп, сжимающей пластинчатую пружину;
d - плечо или расстояние от точки В до линии действия силы тяжести Р стебле-подъёмника.
Из выражения (11) можно определить силу, действующую на пластинчатую пружину, Fуn
F =
1 уп
R-a-P-d
(7)
Тогда, с учетом реактивной силы R, получим выражение для определения силы, при которой должна срабатывать пластинчатая пружина.
\,,-f m g cos a^ cos(90-a^)+m ^7 j-, V cosat J
V =-в-+
7 (f-m-g-cos a1)2)-a—m-g-d
(8)
Зная величину силы Fуп, можно подобрать пластинчатую пружину для копирующего стеблеподъемника.
Заключение. Предложена конструкция копирующего стеблеподъемника комбайновой жатки, позволяющая значительно снизить потери зерна при уборке полеглых хлебов. Теоретическими исследованиями получены зависимости для определения конструктивных параметров и выбора пластинчатой пружины копирующего стеблеподъемника.
Литература
1. Антипкин А.Н., Кухмазов К.З. Стеблеподъемник для уборки полеглых хлебов. Сельский механизатор, 2011, № 6, с. 21.
2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: учебник для вузов, 4-е издание, переработанное и дополненное. Москва: Наука, 1975, 640 с.
3. Добронравов В.В, Никитин Н.Н. Курс теоретической механики. Москва: Высшая школа, 1983, 457 с.
4. Долгов И.А. Машины для уборки сельскохозяйственных культур. Т. 4. Кн. 1. Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧ ГАА, 2011, 582 с.
5. Петрова, Е.В., Алдербегов М.А. Копирующий стеблеподъемник комбайновой жатки. Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК в России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Том III. Пенза: РИО ПГАУ, 2020, с. 160-162.
6. Кухмазов К.З., Стружкин Н.И. Анализ использования зерноуборочной техники в Пензенской области. Нива Поволжья, 2010, № 2 (15), с. 61-62.
7. Листопад Г.Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные. Москва: Агропромиздат, 1986, 688 с.: ил.
8. Петрова Е.В., Алдербегов М.А. Теоретическое обоснование длинны полозка копирующего стеблеподъемника комбайновой жатки. Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК в России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Том III. Пенза: РИО ПГАУ, 2020, с. 55-58.
9. Патент РФ № 2262830 С2, МПК А01Д 65/04. Активный стеблеподъемник. О.И. Семченко, Ю.И. Малеванный, Т.В. Петухова, Г.Е. Чепурин, А.В. Кузнецов. Опубл. 27.10.2005, Бюл. № 30.
10. Патент РФ № 2259034 С1, МПК А01Д 65/00, 65/04. Активный самоочищающийся стеблеподъемник. О.И. Семченко. Опубл. 27.03.2005, Бюл. № 24.
11. Патент РФ № 2015644 С1, МПК А01Д 65/00, 65/04. Стеблеподъемник для подъема и подвода стеблей к режущему аппарату. В.А. Прихожденко. Опубл. 15.07.1994.
12. Патент РФ № 2181536 С1, МПК А01Д 65/00. Стеблеподъемник. А.А. Баранов, Н.В. Кузнецов, А.П. Зайцев. Опубл. 27.04.2002.
13. Патент РФ № 2206975 С2, МПК А01Д 65/02. Стеблеподъемник. П.Ф. Трофимов, Э.М. Квашнин, А.А. Максимов, А.А. Максимов. Опубл. 27.06.2003.
14. Патент РФ на полезную модель № 87320, МПК А01Д 65/02. Стеблеподъемник. К.З. Кухмазов, А.Н. Антипкин. Опубл. 10.10.2009, Бюл. № 28.
15. Патент РФ на полезную модель № 180669, МПК А01Д 65/00. Стеблеподъемник очесывающей жатки. Т.В. Тизов, К.З. Кухмазов. Опубл. 21.06.2018, Бюл. № 18.
16. Патент РФ на полезную модель № 37449, МПК А01Д 65/00. Приспособление для уборки полеглых хлебов. А.А. Алексеенко, А.Ф. Самойленко. Опубл. 27.04.2004.
17. Kukhmaz K., Konovalov V., Malyshev A. Justification of the parameters of the floating crop lifter when mowing crops. E3S Web of Conferences 164, 06010 (2020)
18. Kukhmaz K, Shumaev V., Gubskii S., Malyshev A. Harvesting flat crops with minimal loss. Scientific Papers. Series A. Agronomy, 2020, v. LXIII, №. 1.
UDC 631.354.028
DOI 10.36461/NP.2021.58.1.016
THEORETICAL JUSTIFICATION OF THE PARAMETERS OF THE COPYING CROP LIFTER OF
A COMBINE HARVESTER HEADER
Kukhmazov K.Z., Doctor of Technical Sciences, professor; Shukov A. V., Candidate of Technical Sciences, assistant-professor; Petrova E.V., post-graduate student
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Penza State Agrarian University", Penza, Russia, tel.8(8412) 626-579, e-mail: kafedraemtp@mail.ru
The article deals with an important topic - reduction of grain losses during harvesting of lodged crops. It analyzes the designs of existing crop lifting devices for harvesting lodged crops and reveals their main drawback. The design and operating principles of the proposed copying crop lifter for combine harvester are described. The results of theoretical studies on justification of design parameters of copying crop lifter are given, in particular, theoretical dependencies determining the length of the slide and the base and the force required to match plated spring of the copying crop lifter are presented.
Keywords: combine harvester, combine header, lodged crops, grain crops, grain losses, copying crop lifter.
References.
1. Antipkin A.N., Kukhmazov K.Z. Crop lifter for harvesting lodged crops. Selskiy Mechanizator, 2011, № 6, p. 21.
2. Artobolevsky I.I. Theory of Mechanisms and Machines: textbook for universities, 4th edition, revised and enlarged. Moscow: Nauka, 1975, 640 p.
3. Dobronravov V.V., Nikitin N.N. Course of Theoretical Mechanics. Moscow: Vysshaya Shkola, 1983, 457 p.
4. Dolgov I.A. Machines for harvesting crops. V. 4. Book 1. Zernograd: FSBEI HPE ABS SAA, 2011, 582 p.
5. Petrova E.V., Alderbegov M.A. Copying crop lifter of a combine harvester. Contribution of young scientists to innovative development of agroindustrial complex in Russia: proceedings of the All-Russian scientific-practical conference. Vol. III. Penza: RIO PSAU, 2020, p. 160-162.
6. Kukhmazov K.Z., Struzhkin N.I. Analysis of the use of grain harvesting machinery in Penza Region. Niva Povolzhya, 2010, № 2 (15), p. 61-62.
7. Listopad G.E. Agricultural and land reclamation. Moscow: Agropromizdat, 1986, 688 p.: ill.
8. Petrova E.V., Alderbegov M.A. Theoretical substantiation of the length of the blade of the copying crop lifter of a combine harvester. Contribution of Young Scientists in the Innovative Development of the Agroindustrial Complex in Russia: Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference. Vol. III. Penza: RIO PSAU, 2020, p. 55-58.
9. Patent of the Russian Federation № 2262830 C2, MnK A01fl 65/04. Active crop lifter. O.I. Semchenko, Yu.I. Malevanny, T.V. Petukhova, G.E. Chepurin, A.V. Kuznetsov. Publ. 27.10.2005, Bulletin number 30.
10. Patent of the Russian Federation № 2259034 C1, MnK A01fl 65/00, 65/04. Active self-cleaning crop lifter. O.I. Semchenko. Publ. 27.03.2005, Bulletin number 24.
11. Patent of the Russian Federation № 2015644 C1, MnK A01fl 65/00, 65/04. Crop lifter for lifting and feeding of stems to the cutting device. V.A. Prikhozhdenko. Publ. 15.07.1994.
12. Patent of the Russian Federation № 2181536 C1, MnK A01fl 65/00. Crop-lifting device. A.A. Baranov, N.V. Kuznetsov, A.P. Zaitsev. Publ. 27.04.2002.
13. Patent of the Russian Federation № 2206975 C2, MnK A01fl 65/02. Crop lifter. P.F. Tro-fimov, E.M. Kvashnin, A.A. Maksimov. Publ. 27.06.2003.
14. Patent of the Russian Federation on useful model № 87320, MnK A01fl 65/02. Crop-lifting device. K.Z. Kukhmazov, A.N. Antipkin. Publ. 10.10.2009, Bulletin № 28.
15. Patent of the Russian Federation on a useful model, № 180669, MnK A01fl 65/00. Crop lifter for combing cutterbar. Tizov T.V., Kukhmazov K.Z. Publ. 21.06.2018, Bulletin № 18.
16. Patent of the Russian Federation on a useful model № 37449, MnK A01fl 65/00. A device for harvesting lodged crops. Alekseenko A.A., Samoilenko A.F. Publ. 27.04.2004.
17. Kukhmazov K., Konovalov V., Malyshev A. Justification of the parameters of the floating crop lifter when mowing crops. E3S Web of Conferences 164, 06010 (2020)
18. Kukhmaz K, Shumaev V., Gubskii S., Malyshev A. Harvesting flat crops with minimal loss. Scientific Papers. Series A. Agronomy, 2020, v. LXIII, №. 1.
