Обоснование оптимальных параметров многофункционального уборочного агрегата на базе прицепного зерноуборочного комбайна

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», Россия

зерноуборочный комбайн многофункциональный почвообрабатывающий

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО УБОРОЧНОГО АГРЕГАТА НА БАЗЕ ПРИЦЕПНОГО ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

Палапин Алексей Витальевич

к.т.н., доцент

Разработана математическая модель и блок-схема алгоритма оптимизации параметров и режимов работы многофункционального агрегата на базе прицепного зерноуборочного комбайна на прямом комбайнировании

Ключевые слова: МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АГРЕГАТ, ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН, ПАРАМЕТРЫ, ОПТИМИЗАЦИЯ, ЭНЕРГОЗАТРАТЫ

За рубежом, например, в Канаде, на уборке зерновых колосовых используются, наряду с самоходными, еще и прицепные зерноуборочные комбайны [1]. Хорошо известны преимущества и недостатки последних, но бесспорно, на наш взгляд, что на базе прицепных комбайнов легче синтезировать многофункциональные агрегаты, которые одновременно с уборкой урожая могут выполнять и другие сопутствующие работы уборочного комплекса, например, лущение стерни, прямой сев пожнивных культур, внесение минеральных удобрений и др.

Известны работы, в которых синтез уборочно-почвообрабатывающих агрегатов (УПА) реализован на базе энергонасыщенных полноприводных зерноуборочных комбайнов [2, 3]. Однако еще не до конца продумана динамика такого агрегата, которую легче решить прицепным зерноуборочным комбайном.

В рамках данной статьи нами сделана попытка разработать математическую модель и блок схему алгоритма оптимизации параметров и режимов работы прицепного многофункционального уборочно-посевного агрегата в составе уборочно-транспортного звена. Многофункциональный агрегат включает трактор, прицепной зерноуборочный комбайн и присоединенную к нему сеялку прямого посева пожнивных культур. В состав уборочно-транспортного звена входит также агрегат для транспортировки зерна от комбайна, включающий трактор и накопитель-перегрузчик, и агрегат, состоящий из трактора и прицепа М6350 для загрузки сеялок семенами и минеральными удобрениями.

В качестве критерия оптимизации разрабатываемой модели принят минимум совокупных затрат энергии на выполнение всех перечисленных работ уборочно-транспортного комплекса. Принятый критерий, в общем, известен [4], но пока еще не достаточно используется в решении прикладных задач.

Блок-схема алгоритма оптимизации параметров прицепного зерноуборочного комбайна в агрегате с зерновой сеялкой прямого посева представлена на рисунке. Она включает 44 оператора, из которых 8 логических. Целевая функция предложена в 42 арифметическом операторе.

В 4-ом операторе по сравнению с агрегатом для невейки необходимо уточнить формулу рабочей скорости движения агрегата, которая составит:

, (1)

где: q - пропускная способность молотилки комбайна, кг/с;

К_П - коэффициент снижения пропускной способности молотилки по сравнению с очесок на корню;

В - ширина захвата жатки, м;

U - урожайность зерна, т/га.

Масса комбайна в отличие от очесывающего варианта будет повышена за счет массы измельчителя соломы, который не используется при очесе, плюс масса очистки зерна. Тогда дополнительно к слагаемым оператора 23 необходимо добавить массу измельчителя и очистки зерна:

G_к = 295·В + 700·q + 300·q = 295·В + 1000·q. (2)

Соответственно повысятся затраты энергии на перекатывание комбайна Е_f^аг (оператор 32), а также на изготовление Е'_МУПА (оператор 35). Также существенно возрастут затраты энергии на расходуемое топливо комбайном (операторы 40а, 40б) и конечно общие совокупные затраты Е_З (оператор 42).

Изменится в варианте прямого комбайнирования с измельчением соломы потребная мощность двигателя трактора N^e_Тp (оператор 30) по сравнению с очесом на корню. По данным профессора Жалнина Э.В. [2] на измельчитель требуется 3,6 кВт/кгс^-1 и столько же на очистку зерна. Тогда формула для расчета N^e_Тp примет вид:

, (3)

где G_Тр - масса трактора, агрегатирующего комбайн с прицепной сеялкой, кг.

Затраты совокупной энергии на выполнение стационарных работ (оператор 41) зависят от мощности электродвигателей разделительного сепаратора вороха, семеочистительных и сортировальных машин, площади посева F убираемых культур, урожайности и отношения массы мякины к массе зерна д_м. В технологическую линию стационара включен также пневмопровод для транспортировки мякины на расстояние до 70 м, который формирует ее в курган высотой 10 м, а также новая универсальная семеочистительная воздушно-решетная машина ВИМ-12/25 для предварительной, основной и окончательной очистки семян до норм, предусмотренных ГОСТом на семена. Установленная мощность двигателей на этой машине 18,5 кВт, масса 1060 кг, производительность на очистке семян - 12 т/ч, продовольственного зерна - 25.

Новым в нашей блок-схеме (см. рисунок) является использование встроенной функции и ключевых слов Math CAD [5], которые применяются для округления дробных значений чисел в целые (операторы 11; 16 см. рисунок), где слово ciel (х) - наименьшее целое, не превышающее х.

Рисунок Блок-схема алгоритма

При разработке математической модели (рисунок 1) необходимо было методом аппроксимации получить следующие зависимости (таблица): G_Тр = f(q) - масса трактора, агрегатирующего зерноуборочный комбайн с прицепной сеялкой прямого посева (оператор 24); G_НП = f(V_НП) - масса накопителя-перегрузчика невеяного вороха в функции вместимости V_НП прицепа-накопителя (оператор 25) G_Тр^НП= f(G_НП) - масса G_Тр^НП трактора, агрегатирующего накопитель-перегрузчик вороха в функции веса G_НП самого накопителя-перегрузчика (оператор 26); R_c = f(q) - тяговое сопротивление R_c сеялки прямого посева в функции пропускной способности q молотилки комбайна (оператор 28); N_к^е = f(q), необходимой мощности на агрегатирование и рабочий процесс зерноуборочного комбайна в функции пропускной способности q для его молотилки; В = f(q) - ширина захвата жатки комбайна в функции его пропускной способности q (оператор 3 рисунок 1).

Таблица

Аппроксимированные зависимости параметров многофункционального уборочно-посевного агрегата, используемые при разработке математической модели

Все полученные аппроксимированные зависимости представлены в таблице и были использованы при построении математической модели обоснования оптимальных параметров многофункционального уборочного агрегата на базе прицепного зерноуборочного комбайна. Все зависимости были проверены на адекватность моделей по критерию Кохрена. Для примера приведем зависимость N_е^к= f(q), на рисунке 2.

1,5 3,71 5,93 8,14 10,36 12,57 14,78 17 q, кг/с

Рисунок 2 Зависимость потребной мощности двигателя для работы прицепного комбайна от q

Полученная математическая модель адекватно описывает процесс: расчетное значение критерия Кохрена G_р = 0,343 не превышает его табличное значение G_t = 0,801.Также были проверены и другие зависимости.

Список литературы

1. Гейдебрехт И.П. Канадская технология уборки сельскохозяйственных культур/Техника и оборудование для села, № 4, 2006.

2. Липкович Э.И. и др. Инженерно-техническая служба - основа устойчивости функционирования технического оснащения АПК/Тракторы и сельхозмашины, № 8, 2011.

3. Абаев В.В. и др. Энергетическая эффективность технологии уборки зерновых культур с применением уборочно-почвообрабатывающего агрегата/Труды КубГАУ, Вып. 4(31), 2011. С. 235-238.

4. Кленин Н.И., Золотов А.А. Расчет уборочно-транспортного комплекса/ Методические рекомендации по выполнению расчетно-графической работы. М.: МГАУ, 2003.

5. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. Math CAD 7,0 в математике, физике и в Internet. М.: Изд-во «Нолидж», 1999. С. 321.

6. Доспехов Б.А. Методика полевого жита. М., 1979.

7. Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимостей. (Применение методов корреляции и регрессионных анализов к обработке результатов эксперимента). М.: «Металлургия», 1968.

8. Вознесенский В.А. Статистические решения в с технологических задачах. - Кишинев: «Карте молдовеняскэ», 1969.

9. Хан Г, Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. Пер. с англ. Е.Г. Коваленко.

Размещено на Allbest.ru