Анализ влияния всхожести семян кукурузы на количество одновременно прокатываемых стеблей кукурузоуборочной жаткой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия

Статья

на тему: Анализ влияния всхожести семян кукурузы на количество одновременно прокатываемых стеблей кукурузоуборочной жаткой

Выполнил:

Труфляк Евгений Владимирович

В статье показаны результаты экспериментальных исследований определения скорости прокатывания стебля кукурузы в различных точках протягивающих вальцов жатки. Проанализирована возможность работы жатки при скорости комбайна 12- 15 км/ч и повышенной частоте вращения вальцов. В результате теоретических и экспериментальных исследований выбран допустимый режим работы комбайна с учетом интенсификации процесса уборки.

Ключевые слова: кукурузоуборочная машина, стрепперный початкоотделяющий аппарат, прокатывание стеблей.

Results of experimental researches of determination of corn stems rolling speed in different places of corn- harvester rolls have been shown. Opportunity of corn-harvester work under speed of 12-15 km/h and increased frequency of rolls rotation was analyzed.

Available corn-harvester working regime with regard of intensification of harvesting process was chosen in the result of theoretical and experimental researches

Key words: corn-harvester, stripper, rolling of stems.

Наивысшая урожайность кукурузы - 8,94 т/га - получена в опытах КНИИСХ [1]. При начальной норме высева семян - 92,7 тыс. семян на 1 га и полевой всхожести - 71,5 % с учетом 2 %-й повреждаемости растений при культивации к началу уборки густота стояния составила 65 тыс./га.

Аналогичные результаты получены и при испытаниях гибридов различных групп спелости. Опыты проводили на гибридах: среднеспелом - Пионер 3978 МВ, среднепозднем - Краснодарский 362 ТВ и позднеспелом - Краснодарский 236 ТВ. При норме высева: 78,8; 78,8; 57,2 тыс. семян на 1 га, полевой всхожести, соответственно - 74,2; 72,7; 74,1 % и гибели растений при культивации - 3,3; 3,0; 4,2 % густота стояния растений к уборке составила 55,6; 55,7; 40,6 тыс./га, что обеспечило получение наивысшего урожая.

Таким образом, можно принять оптимальную густоту стояния растений: 40; 56; 56 и 65 тыс./га.

Представим рядок кукурузы площадью 1 га, длина которого может быть определена по выражению:

L = = 14286 м.

Средняя норма высева по всем четырем опытам:

N = = 76875 шт./га.

Средняя густота стеблестоя по этим же гибридам:

N_ст = = 54225 шт./га.

Допустим, что семена обладали 100 %-й всхожестью и гибели при культивации не наблюдалось. Это предположение позволяет нам выявить наивысшую пропускную способность жатки.

В этом случае на погонном метре число растений составит:

n = = 5,4 шт.

Число растений на погонном метре с учетом полевой всхожести и культивации к уборке:

n_ст = = 3,8 шт.

Зависимость количества растений, подаваемых в единицу времени, от скорости комбайна представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Изменение скорости комбайна в зависимости от количества подаваемых стеблей в жатку за 1 с

* - при уборочной густоте стояния - 54225 шт./га.

Кукурузоуборочные комбайны работают на скорости до 9 км/ч, рассмотрим возможность увеличения скорости до 12 и 15 км/ч.

В этом случае величина расстояния между высеянными семенами в рядке составит:

L_р (12 км/ч) = = = 0,185 м и L_р (15 км/ч) = = = 0,181 м.

Таким образом, время до поступления в русло очередного стебля:

Т_с (12 км/ч) = = 0,056 с и Т_с (15 км/ч) == 0,044 с.

Все поступившие на жатку стебли сразу же начинают прокатываться вниз с различными скоростями, зависящими от коэффициента деформации. Для определения этого коэффициента и скорости стебля был поставлен специальный опыт.

Цель эксперимента - определение степени сжатия и эффективности протягивания стеблей в различных частях протягивающих вальцов.

Для проведения экспериментальных исследований нами с однорядного русла кукурузоуборочной жатки демонтировались подающие цепи и початкоотделяющие пластины (рисунок 1). Это было сделано для того, чтобы можно было наблюдать лишь протягивание стебля в определенных точках.

А

Б

Рисунок 1 - Русло жатки для изучения протягивания стебля: а - вид сбоку; б - вид спереди

Далее активная часть протягивающих вальцов длиной 70 см была разделена на 6 равных участков (рисунок 2). При этом использовались стандартные настройки русла жатки.

Рисунок 2 - Разделение вальцов на участки

Рисунок 3 - Подача стеблей в русло жатки

Стебли подавались вручную на каждый участок перпендикулярно вальцам в трехкратной повторности (рисунок 3). Перед протягиванием стеблей предварительно измеряли их длину и диаметр, а также определяли расстояние между рифами вальцов в соответствующих точках при сжатии.

Коэффициент сжатия стебля определяли по выражению (рисунок 4):

K_сж = , (1)

где l - расстояние между ближайшими точками вальцов при сжатии стебля, мм; d_ст - диаметр стебля, мм.

При протягивании стеблей в каждом участке весь процесс снимали на цифровую камеру OLYMPUS FE-240. Затем по кадрам в программе Quick Time Player определяли время протягивания стебля.

Рисунок 4 - Сжатие стебля вальцами

Результаты опыта приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты экспериментальных исследований

В таблице 3 представлена скорость протягивания стебля в различных участках вальцов с учетом увеличения их частоты вращения до 1200 мин^-1.

Таблица 3 - Скорость протягивания стебля на участках вальцов

Данная частота вращения вальцов (1200 мин^-1) была определена с учетом допустимого ударного импульса початка по початкоотделяющим пластинам.

В основу определения ударного импульса положено выражение [2]:

[Ft]_доп = v_П m_П, (2)

где [Ft]_доп - допустимый ударный импульс, под действием которого повреждение початка находится в пределах агротребований, Н•с; v_П - скорость удара початка по початкоотделяющим пластинам, м/с; m_П - масса початка, кг. жатка кукуруза комбайн прокатывание

Скорость соударения початка с пластиной:

v_П = , (3)

где h_ПАД - высота падения початка, м.

Для определения допустимого ударного импульса нами была разработана специальная установка (рисунок 5).

Применительно к данной установке разработана методика проведения исследований. Она предусматривала определение допустимого ударного импульса в соответствии с агротехническими требованиями [3] при различной влажности зерна початков гибридов кукурузы, районированных в Краснодарском крае, различных групп спелости.

Методика определения допустимого ударного импульса початка по стрепперным пластинам заключалась в следующем. Взвешенный початок обвязывали веревкой и опускали в вертикальную трубу на заданную высоту. Затем резко отпускали веревку, и початок совершал свободное падение, ударяясь о пластины и скатываясь в ящик. Затем определяли число вышелушенных зерен.

Экспериментально нами был получен минимальный ударный импульс, равный 1,3 Н•с, при котором начинается вышелушивание зерна из початка. Для среднего початка массой = 0,28 кг с учетом предельного размаха колебаний +2S = 0,28+2•0,052 = 0,18…0,38 кг (в области +2S лежит 95,46 % всех наблюдений) и пробуксовывания стебля по вальцам = 0,1 скорость вальцов будет составлять V_в = 3,06 …6,48 м/с, а частота вращения вальцов - n = 615… 1300 мин^-1.

а

б

Рисунок 5 - Установка для определения допустимого ударного импульса: а - вид спереди; б - вид слева; 1, 2 - опоры; 3 - основание;

4 - вертикальная стойка; 5 - наклонная стойка;

6 - початкоотделяющие пластины; 7 - рамка; 8 - держатель;

9 - труба

Рассмотрим поступление стеблей в жатку с участка 3,33 м (скорость - 12 км/ч). При этом время поступления всех стеблей составит

Т = Т_с?n_р = 0,056?18 = 1 с.

В последней прокатывающей точке вальцов при высоте стебля 2,370 м [2] (рисунок 6, а) высота прокатываемой части стебля составит

L_пр = 2,370 - 0,581 = 1,789 м.

Расчет произведем по числу высеваемых семян и фактической густоте стояния для двух вариантов: с удалением верхушечной части и без удаления. Нами разработан способ повышения пропускной способности жатки, основанный на уменьшении коэффициента соломистости кукурузы путем среза верхушечной части растения перед прокаткой стеблей початкоотделяющими аппаратами (патент 2206198 РФ [4]).

а

б

Рисунок 6 - Соотношение между высотой стебля и параметрами вальцов при уборке кукурузы: а - без удаления верхушечной части;

б - с удалением верхушечной части

Срез верхушечной части стебля осуществляется дополнительным режущим аппаратом, установленным сбоку или впереди уборочной машины и выше основного режущего аппарата.

Примем высоту растения кукурузы - 2,370 м, а высоту до верхней точки початка - 1,340 м [2].

Для того чтобы срезающее устройство не повреждало початки, оно должно быть установлено на высоте, равной средней высоте крепления початка [2]:

h_ср = h_в.т + 3S = 134 + 3·18,763 = 1,90 м.

При этом удаляется верхушечная часть, которая составляет

h_в.ч = 0,237 - 0,190 = 0,047 м.

В этом случае определим длину прокатываемой части стебля: L_пр = 1,319 м (рисунок 6, б).

Проанализируем возможность работы жатки при скорости комбайна - 12 и 15 км/ч (таблицы 4, 5, 6).

Так как нам неизвестно распределение стеблей по протягивающим вальцам, примем, что все стебли выстраиваются друг за другом, заполняя рабочую щель.

Таблица 4 - Количество прокатанных стеблей и стеблей, остающихся в русле, при частоте вращения вальцов - 1200 мин^-1 и скорости комбайна - 12 км/ч

В случае 100 %-й всхожести семян без удаления верхушечной части стебля после прокатки 11 стеблей в русле остается 7. Рассмотрим положение этих стеблей в предположении, что время прокатки стеблей увеличивается на 0,056 с. Это время до подхода к 19 стеблю, начинающему новую секундную подачу (см. таблицу 5).

Время поступления всех стеблей с участка длиной 4,16 м (скорость 15 км/ч) составит:

Т = Т_с?n_р = 0,044?23 = 1 с.

Таблица 5 - Количество прокатанных стеблей и стеблей, остающихся в русле, при частоте вращения вальцов - 1200 мин^-1 и скорости комбайна - 12 км/ч с учетом новой секундной подачи

Проанализируем перемещение стеблей в русле жатки при скорости движения - 12 и 15 км/ч и частоте вращения протягивающих вальцов - 1200 мин^-1. Так, при общем количестве стеблей на участке секундной подачи 3,33 м, равном 18, будет прокатано 12 стеблей, а 6 не прокатано, к которым вновь присоединятся 18 стеблей, т.е. при следующем проходе участка 3,33 м необходимо будет прокатать 24 стебля. При этом реально будет пропущено только 12 стеблей и останется 12. Таким образом, будет происходить накопление стеблей, что приведет к забиванию русла. Аналогичная картина будет наблюдаться при скорости - 15 км/ч. При наличии 23 стеблей на участке секундной подачи 4,16 м будет прокатано 15, а в русле останется 8. К ним при очередной секундной подаче присоединятся 23 стебля. Общее число стеблей составит 31, из которых будет прокатано 15. Число непрокатанных стеблей достигнет 16. Это также приведет к забиванию русла.

Таблица 6 - Количество прокатанных стеблей и стеблей, остающихся в русле, при частоте вращения вальцов - 1200 мин^-1 и скорости комбайна - 15 км/ч

В ходе анализа перемещения стеблей в русле жатки при частоте вращения вальцов - 1200 мин^-1, скорости комбайна - 12 км/ч в варианте без обрезки верхушечной части растений и с ней при реальной уборочной густоте стояния - 54,2 тыс. шт./га можно заключить, что режим с обрезкой верхушечной части обеспечит бесперебойную работу жатки при равномерном распределении пропусков по длине рядка. Так, первые 10 стеблей в варианте с удалением верхушечной части растения будут прокатаны, а в русле останется 2 стебля, которые из-за отсутствия 15 и 18 стеблей также прокатываются. Эти стебли имеют дополнительное время на свою прокатку, то есть длина прокатываемой части 15 стебля составляет 1,168 м. Она переходит на 16 стебель 1,168 + 0,934 = 2,102 м. Длина 17 стебля составляет 0,701 + 0,467 = 1,168, что меньше 1,319 м. Однако стебель попадает первым в русло жатки при следующей секундной подаче. Его прокатываемая часть при этом составит 1,319 - 1,168 = 0,151 м, что потребует на его прокатку время . Это значительно меньше времени до поступления в русло очередного стебля, то есть он будет прокатан между временем поступления очередного стебля в русло жатки (0,036 < 0,056).

Таким образом, для интенсификации процесса уборки кукурузы на зерно перспективным является способ уборки с удалением верхушечной части стебля.

Работа выполняется при финансовой поддержке РФФИ и администрации Краснодарского края (проект № 06-08-96629).

Список литературы

1. Толорая, Т.Р. Кукуруза (Агротехнические основы возделывания на черноземах Западного Предкавказья) / Т.Р. Толорая, Н.Ф. Лавренчук, М.В. Чумак, В.П. Малаканова. - Краснодар, 2003. - 310 с.

2. Труфляк Е.В. Физико-механические свойства кукурузы. Монография. - Краснодар: КубГАУ, 2007. - 197 с.

3. ОСТ 10 8.13-99. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины для уборки и первичной обработки кукурузы. Методы оценки функциональных показателей - Взамен ОСТ10 8.13-91; Введ. 15.04.2000. - М.: Минсельхозпрод России, 2000 - 58 с.

4. Пат. 2206198 РФ RU С 1 7 А 01 D 91/04, 45/02. Способ уборки кукурузы /Куб.ГАУ авт. В.С. Кравченко, Е.И. Трубилин, Е.В. Труфляк, В.А. Ткачев, В.В. Куцеев. - Заявл. 17.10.2001, № 2001128114; Опубл. 20.06.2003, в Бюл. № 17.