Параметры и режимы работы питателя шнека бункера зерноуборочного комбайна при выгрузке невеяного вороха семян люцерны

Актуальность темы

исследования. Продовольственная безопасность государства является одной из самых важных составляющих национальной безопасности страны. В России в начале 2010 г. принята «Доктрина продовольственной безопасности», которая базируется на трех составляющих: доли собственного производства по основным видам продовольствия, качества этого продовольствия и его доступности для населения. В настоящее время на душу населения в России производится за год 43 кг. мяса и 194 кг. молока, а физиологически обоснованная норма потребления на одного человека составляет не менее 81 кг мяса и почти 400 литров молока. Национальным проектом «Развитие АПК России», также как и «Доктриной продовольственной безопасности», в качестве приоритетных направлений развития с/х предусмотрены:

— ускоренное развитие животноводства;

— стимулирование развития малых форм хозяйствования в АПК.

В связи с этим актуальным вопросом стало наращивание кормовой базы для животноводства. Кормовые культуры (люцерна, рапс, клевер), как известно, являются хорошей кормовой базой и также хорошими предшественниками для последующих сельскохозяйственных культур.

По экспертным оценкам, в условиях южной степной зоны Северного Кавказа вероятность успешного вызревания семян люцерны составляет 80.90%, то есть для выращивания люцерны из каждых десяти лет только 1.2 года бывают относительно неблагоприятны по погодным условиям.

Выращивание люцерны способствует не только получению ценных кормов, но и качественному улучшению плодородия и структуры почвы.

Внедрение прогрессивных семеноводческих и сортовых технологий во многом сдерживается и утрачивает практическую значимость из-за значительных полевых потерь урожая, размер которых при уборке комбайновыми методами иногда превышает долю семян, собранную в бункеры зерноуборочных комбайнов.

Анализ применяемых технологий показал, что наиболее перспективной в условиях южной степной зоны Северного Кавказа является уборка по схеме «Невейка». Однако, при таком способе уборки семенных посевов люцерны в бункер комбайна поступает масса, представляющая собой не только семена убираемой культуры, но и смесь с поврежденными семенами растений, половы, пыли, семян сорных растений. В результате чего в бункере зерноуборочного комбайна собирается невеяный ворох семян люцерны. При этом растительные остатки могут иметь высокую влажность, нередко превышающую 18%. Повышенная влажность, а также присутствие в смеси растительных остатков и пыли обуславливают в смеси силы сцепления, образование зон уплотнения. Это приводит к сводообразованию в бункерах зерноуборочных комбайнов, что значительно затрудняет процесс выгрузки убираемой массы в транспортные средства. Такая смесь является типичным малосыпучим ворохом, выгрузка которого из бункера связана с определенными трудностями.

Одной из причин нарушения нормальной работы бункеров является образование устойчивых сводчатых структур. Причем с повышением засоренности и влажности семян количество и частота образования сводов увеличиваются. Совершенствованию ж процесса выгрузки вороха путем обоснования параметров и режимов работы питателя посвящено мало научных работ, из-за чего этот вопрос остается все еще недостаточно обоснованным.

Стандартные питатели, установленные в зерноуборочных комбайнах обеспечивают улучшение истечения зерновой массы, но при переходе на невеяный ворох, сильно засоренный и влажный, возникают значительные проблемы при его выгрузке. Связано это с тем, что стандартный питатель комбайна технологически и конструктивно не приспособлен к выгрузке такого рода материала, вследствие чего при выгрузке применяются подручные средства, что повышает затраты ручного труда и возможность травмирования механизаторов. Наблюдаются и значительные простои техники.

В связи с этим решение научных вопросов повышения производительности комбайнов путем интенсификации разгрузки бункеров, уменьшения простоев техники при уборке, а также обеспечения требований охраны труда обслуживающего персонала является достаточно актуальным.

Степень разработанности. Уровень разработки превышает отраслевой, так как применение питателей шнека бункера зерноуборочного комбайна позволяет уменьшить простои комбайнов при выгрузке в 3 раза.

Цель работы — повышение производительности зерноуборочных комбайнов путем стабилизации выгрузки невеяного вороха семян люцерны из бункера.

Объект исследования — процесс разгрузки невеяного вороха семян люцерны из бункера зерноуборочного комбайна, оборудованного питателем выгрузного шнека.

Предмет исследования — определение взаимодействия рабочих органов питателя выгрузного шнека с невеяным ворохом люцерны при ее уборке зерноуборочным комбайном.

Научная гипотеза — повышение качества выгрузки невеяного вороха семян люцерны из бункера комбайна, сокращение затрат времени на это и безопасность этого технологического процесса возможны совершенствованием питателя, предотвращающим образование сводов.

Рабочая гипотеза — экспериментальным обоснованием параметров и режимов работы усовершенствованного питателя возможно устранение образование сводов в бункере комбайна при выгрузке невеяного вороха семян люцерны и стабильность процесса его выгрузки.

Научную новизну работы представляют:

— математические модели подачи невеяного вороха семян люцерны питателя штангового типа к шнеку бункера зерноуборочного комбайна и мощности его привода;

— закономерности взаимодействия рабочих органов питателя с невеяным ворохом семян люцерны;

— уточненные данные по физико-механическим свойствам невеяного вороха семян люцерны;

— регрессионные зависимости производительности усовершенствованного питателя шнека бункера комбайна, его параметры и режимы работы.

Практическую значимость представляют конструкции питателей вороха семян люцерны, защищенные патентами на изобретения и внедренные в хозяйствах Ставропольского края, усовершенствованный технологический процесс выгрузки этого вороха их бункеров различных комбайнов, методика расчета питателя и рациональные режимы его функционирования.

Реализация результатов исследования. Разработана конструкторская документация на усовершенствованный питатель вороха семян люцерны применительно к выгрузке его из бункеров комбайнов «Дон-1500Б» и «Асгоз-530». Изготовлены опытные образцы питателей шнека бункера к этим комбайнам и внедрены во ВГУП «Рассвет» и в ООО ОПХ «Луч» Новоселицкого района Ставропольского края. Результаты научно-исследовательских разработок используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность экспериментальных данных оценивалась Р-критериями Фишера, критериями Кохрена, коэффициентами детерминации и подтверждена положительными результатами лабораторно-полевых и производственных проверок питателя шнека бункера зерноуборочного комбайна.

Основные результаты исследований изложены на международных специализированных агропромышленных выставках «Агроуниверсал», г. Ставрополь, 20 082 012 гг.- Результаты исследований доложены и одобрены на научных конференциях СтГАУ (Ставрополь, 2006;2012 г.) — научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение». (Одесса, 2007 г.) — Диплом лауреата I степени на соискание гранта Ставропольского государственного аграрного университета в области науки и инновации для молодых ученых. (Ставрополь 2012 г.) — Диплом I степени в номинации «Лучший инновационный проект в области передовых технологий машиностроения и металлургии» (Санкт-Петербург 2012 г.) — Результаты исследований оценены на всероссийских конкурсах и грантах дипломом победителя программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Участник молодежного научно-инновационного конкурса», г. Ставрополь, 2013 г.

Положения, выносимые на защиту:

— уточненные данные по физико-механическим свойствам компонентов вороха люцерны;

— конструкция и принцип работы питателей, обеспечивающих стабильную выгрузку невеяного вороха семян люцерны из бункера зерноуборочного комбайна;

— условия появления дополнительных усилий, способствующих разрушению возникающих сводов и зависимость для определения мощности, необходимой для работы питателей шнека, при перемещении вороха;

— рациональные параметры и режимы работы питателей шнека бункера з/у комбайна, а также технико — экономическая оценка их применения.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 12 печатных трудах, в том числе в пяти изданиях рекомендованных ВАК. Получены четыре патента РФ на изобретения и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА РАЗГРУЗКИ БУНКЕРОВ КОМБАЙНОВ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Установлено, что из-за образования сводов выгрузка невеяного вороха люцерны существующими питателями бункеров ЗУК не стабильна, сопровождается потерями рабочего времени и травмоопасна.

Результаты уточненных основных физико-механических свойств невеяного вороха семян люцерны: фракционный состав (частицы размером 1 до 7 мм 91%) — коэффициент пористости (к=0,69) — углы естественного откоса по стали (0,42), пластику (0,41) и эмалированной поверхности (0,57) — коэффициент внутреннего трения (0,77), свидетельствуют об их превышении аналогичных показателей у характерных сыпучих материалов, в связи с чем, повышается вероятность образования в бункерах устойчивых сводов. Обосновано, что для обеспечения процесса стабильной подачи невеяного вороха семян люцерны к выгрузному шнеку бункера зерноуборочного комбайна с одновременным разрушением сводов, его целесообразно подавать с помощью планок, перемещающихся по дну бункера и совершающих возвратно-поступательное движение.

Определены условия, при которых в процессе работы питателя, происходит перераспределение центра тяжести массы невеяного вороха семян люцерны, и создаются дополнительные усилия, разрушающие своды. Установлено, что эти условия зависят от соотношения геометрических параметров свода вороха, бункера и питателя.

Проведен анализ факторов, определяющих характер работы питателя, и получены условия перемещения вороха, выражения для оценки процесса подачи вороха питателем к шнеку бункера (2.30) и зависимости для расчета мощности (2.49), необходимой для работы питателей шнека при перемещении вороха (2.74).

Обоснованы рациональные параметры и режимы работы питателей при выгрузке вороха люцерны из бункера ЗУК: питателя скребкового типа — амплитуда 40−60 мм и частота колебаний 4−5 Гц, питателя вибрационно-решетчатого типа — амплитуда 4 мм и частота колебаний 5 Гц. 7. Годовой экономический эффект от устройства для выгрузки вороха люцерны, установленного в бункере зерноуборочного комбайна «Асгоб 530», составляет около 79 тыс. руб. при сроке окупаемости — не более 0,19 г.