Параметры молотильных аппаратов и мощность зерноуборочных комбайнов

Размещено на http://www.allbest.ru/

параметры молотильных аппаратов и мощность зерноуборочных комбайнов

А.В. КЛОЧКОВ

Проанализированы параметры молотильных аппаратов современных зерноуборочных комбайнов с классической молотильно-сепарирующей системой. Основными характеристиками молотильных аппаратов бильного типа являются длина и диаметр молотильного барабана, угол обхвата и площадь подбарабанья. Различными производителями выпускаются модели, отличающиеся по конструктивным характеристикам, однако существующую изменчивость нельзя считать высокой. Наибольшее влияние на мощность зерноуборочного комбайна оказывает длина молотильного барабана. С определенной степенью точности мощность комбайна можно прогнозировать по полученным уравнениям регрессии.

We have analyzed the parameters of threshing devices of modern grain combines with classic threshing-separating system. The main characteristics of the threshing devices of beat type are the length and diameter of threshing cylinder, the angle of wrap and the area of concave. Different producers make models with different constructive characteristics, however, the existing changeability cannot be considered high. The length of the threshing cylinder exerts the biggest influence on the capacity of grain combine. One can forecast the capacity of combine with a high degree of precision according to the obtained formulae of regression.

Введение

молотильный зерноуборочный комбайн барабан

В Республике Беларусь успешно развивается собственное комбайностроение. На уборке урожая зерна в 2011 г. работало 11937 комбайнов различных моделей, из них 80% - комбайны отечественного производства. На ПО «Гомсельмаш» освоено производство новой серии зерноуборочных комбайнов «GS ПАЛЕССЕ», которые по основным конструктивным параметрам соответствуют мировому уровню. Однако совершенствование зерноуборочной техники продолжается с целью повышения технической надежности, улучшения качества работы и снижения энергозатрат на уборку. Заслуживает внимания опыт мирового комбайностроения, с учетом которого можно наметить дальнейшие перспективы совершенствования зерноуборочных комбайнов.

Анализ источников

В классической «Теории барабана» академик В.П. Горячкин особое внимание уделял энергетическому соотношению между двигателем и молотилкой [1]. Параметры молотильного аппарата в решающей мере определяют конструктивные особенности комбайна, его производительность и качественные показатели работы. В результате многих исследований [2-4] уточнялись и конкретизировались конструкция и параметры молотильных аппаратов, разрабатывались методики их расчета и оценки. Большое внимание также уделялось вопросам рационального использования мощности [5-11] в процессе обмолота и общей стратегии развития комбайнового парка в региональных условиях Беларуси [11-15].

Методы исследования

Большинство моделей современных зерноуборочных комбайнов имеет молотильные аппараты бильного типа. Они различаются по конструкции и параметрам, могут иметь различное число барабанов. Однако основной процесс обмолота происходит в результате ударного и перетирающего воздействия бичей молотильного барабана во взаимодействии с планками подбарабанья.

Наличие значительного количества типоразмеров зерноуборочных комбайнов с молотильными аппаратами бильного типа позволяют применить статистические методы анализа для выявления существующих закономерностей выбора конструктивных параметров и провести анализ их влияния на энергетические характеристики комбайнов. Было проанализировано 117 моделей современных зерноуборочных комбайнов различных производителей (табл. 1).

Таблица 1. Производители и модели исследованных зерноуборочных комбайнов

Основными параметрами молотильных аппаратов, определяющими производительность комбайна и характеристики обмолота, являются: диаметр молотильного барабана D; длина молотильного барабана (ширина молотилки) L; угол обхвата молотильного барабана подбарабаньем Y; площадь подбарабанья S. При проведении анализа многобарабанных молотильных аппаратов принимались во внимание параметры основного барабана, поскольку следует учитывать его доминирующую роль в процессе обмолота и сепарации.

Основная часть

Результаты расчетов основных статистических характеристик показывают относительно невысокую изменчивость исследуемых показателей (табл. 2). Это подтверждает мнение о том, что различные производители зерноуборочных комбайнов придерживаются общих подходов при выборе основных конструктивных параметров молотильных аппаратов.

Таблица 2. Статистические параметры молотильных аппаратов зерноуборочных комбайнов

Наименьшая изменчивость характерна для диаметра молотильных аппаратов, среднее значение которого составляет около 600 мм. Построенный график распределения данного параметра (рис. 1) подтверждает данное заключение. Некоторое количество комбайнов снабжено молотильными барабанами диаметром 450 и 500 мм, а также 660 и 750 мм, но их относительное количество в сумме составляет 32,5%. В решающей мере основные конструктивные параметры и технологические возможности комбайнов определяет длина молотильного барабана. От нее зависит ширина молотилки и всего комбайна, параметры соломосепаратора и очистки. По средним оценкам, длина барабана составила 1,412 м при коэффициенте вариации 14,1%. График распределения показателя длины барабана (рис. 2) характеризуется ступенчатостью и более высокой изменчивостью.

Рис. 1. Диаметр молотильного аппарата у различных моделей зерноуборочных комбайнов

Рис. 2. Длина молотильного барабана у различных моделей зерноуборочных комбайнов

При этом 67,5% комбайнов имеют длину молотильного барабана в пределах 1,3-1,6 м.

Длительность процесса обмолота и степень воздействия бичей барабана на обмолачиваемую массу определяет угол обхвата подбарабанья. При его среднем значении 1170 изменчивость по коэффициенту вариации составляет 12,2% (рис. 3).

Основное количество проанализированных моделей комбайнов (83%) имеет угол обхвата в пределах 105-1210. Из классической теории обмолота известно, что удлинение подбарабанья свыше 0,5 м за счет угла обхвата барабана мало изменяет число ударов. Так, увеличение длины подбарабанья от 0,5 до 0,7 м повышает число ударов лишь на 10%. Это подтверждает эффективность ударного воздействия бичей на входе в молотильное пространство.

Итоговым показателем, определяющим зону воздействия молотильного аппарата на обмолачиваемую массу, является площадь подбарабанья. Увеличение площади подбарабанья способствует повышению полноты вымолота, но требует более высоких затрат энергии на привод. Для исследованных моделей среднее значение площади подбарабанья составило 0,901 м2 при коэффициенте вариации 21,6%. Это характеризует относительно высокую, в сравнении с ранее рассмотренными показателями, изменчивость конструкций (рис. 4).

Рис. 3. Гистограмма распределения угла обхвата молотильного барабана у различных моделей зерноуборочных комбайнов

Рис. 4. Гистограмма распределения площади подбарабанья у различных моделей зерноуборочных комбайнов

С использованием анализируемых данных по конструктивным параметрам зерноуборочных комбайнов проведены расчеты уравнений регрессии на предмет выявления их влияния на мощность по стандарту ECE R24 с учетом потерь на функционирование всех приводов, обеспечивающих выполнение технологического процесса. Эти значения мощности всегда ниже номинальной мощности двигателя, определяемой по стандарту EC R120.

Результаты расчетов показали (табл. 3), что все приведенные параметры, кроме угла обхвата подбарабанья (R=0,234), оказывают существенное влияние на необходимую мощность комбайна. С увеличением диаметра барабана в пределах 45-750 мм потребляемая мощность увеличивается, однако адекватность соответствующего уравнения регрессии относительно невысокая (R = 0,462). С увеличением площади подбарабанья в пределах 0,5-2,14 м2 мощность на привод N увеличивается по закономерности, описываемой уравнением:

N = 78,108 + 121,732 S (R = 0,644).

Более точное уравнение получено, когда в расчет приняли показатель длины барабана:

N = - 112,140 + 209,882 L (R = 0,776).

Таблица 3. Результаты регрессионного анализа с коэффициентами уравнений для расчета мощности комбайна по ECE R24

Совместное влияние диаметра и длины барабана выражается уравнением с множественным коэффициентом корреляции около 0,8. Поэтому для расчета мощности комбайна с учетом диаметра и длины барабана рекомендуется пользоваться уравнением:

N = - 174,300 + 0,152 D + 190,051 L (R = 0,795).

Результаты расчета, полученные с указанной степенью точности, отражены графически в сопоставлении с действительными данными комбайнов (рис. 5).

Рис. 5. Сравнительные результаты определения мощности зерноуборочных комбайнов по рассмотренным моделям

Для большинства рассмотренных моделей, кроме комбайнов мощностью свыше 250 кВт и менее 100 кВт, наблюдается достаточно высокое совпадение действительных и расчетных значений мощности. Введение в регрессию показателей длины барабана и площади подбарабанья, а также с учетом всех трех наиболее значимых показателей незначительно повысило адекватность полученных аналитических уравнений регрессии до значений 0,798-0,818.

Заключение

Конструкция и параметры молотильного аппарата в решающей мере определяют технологические возможности зерноуборочных комбайнов с классической молотильно-сепарирующей системой. Основными характеристиками молотильных аппаратов бильного типа являются длина и диаметр молотильного барабана, угол обхвата и площадь подбарабанья. Различными производителями выпускаются модели, отличающиеся по конструктивным характеристикам, однако существующую изменчивость нельзя считать высокой. Наибольшее влияние на мощность зерноуборочного комбайна оказывает длина молотильного барабана. С определенной степенью точности мощность комбайна можно прогнозировать по полученным уравнениям регрессии.

Литература

1. Горячкин, В.П. Собрание сочинений / В.П. Горячкин. - Т. 3. - М.: Колос, 1965. - 384 с.

2. Зерновые комбайны СССР и зарубежных стран. Теория и анализ конструкций / В.Ф. Василенко [и др.]. - М.: Сельхозгиз, 1958. - 286 с.

3. Липкович, Э.И. Процессы обмолота и сепарации в молотильных аппаратах зерноуборочных комбайнов / Э.И. Липкович. - Зерноград, 1973. - 168 с.

4. Жалнин, Э.В. Расчет основных параметров зерноуборочных комбайнов / Э.В. Жалнин. - М.: ВИМ, 2001. - 146 с.

5. Пенкин, С.М. Оценка пропускной способности зерноуборочных комбайнов по известным параметрам / С.М. Пенкин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2003. - № 1. - С. 24-26.

6. Антипин, В.Г. Определение пропускной способности зерноуборочных комбайнов / В.Г. Антипин // Механизация и электрификация соц. с.-х. - 1963. - № 1. - С. 14-17.

7. Гольтяпин, В.Я. Анализ пропускной способности зерноуборочных комбайнов / В.Я. Гольтяпин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2002. - № 12. - С. 17-22.

8. Жалнин, Э.В. Расчет основных параметров зерноуборочных комбайнов / Э.В. Жалнин. - М.: ВИМ, 2001. - 146 с.

9. Жалнин, Э.А. Стратегия перспективного развития механизации уборки зерновых культур / Э.В. Жалнин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2004. - № 9. - С. 3-16.

10. Парк зерноуборочных комбайнов Беларуси. Рациональный состав и оптимальная структура / В.Г. Самосюк [и др.] // Белорусское сельское хозяйство. - 2009. - №7. - С. 44-48.

11. Дюжев, А.А. Обоснование параметров и технико-эксплуатационных показателей зерноуборочных комбайнов «Полесье» с учетом производственных условий / А.А. Дюжев. - Минск, 2011. - 28 с.

12. Клочков, А.В. Зерноуборочные комбайны: возможности энергоресурсосбережения / А.В. Клочков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1995. - № 6. - С. 12-21.

13. Клочков, А.В. Перспективы совершенствования парка зерноуборочных комбайнов в Республике Беларусь / А.В. Клочков, П.-Л. Штотц // Вестник БГСХА. - 2007. - № 3. - С. 101-105.

14. Клочков, А.В. Сравнительная оценка зерноуборочных комбайнов по удельным энергетическим показателям / А.В. Клочков // Вестник БГСХА - 2006. - № 2. - С. 112-115.

15. Клочков, А.В. Концепция зерноуборочного комбайна / А.В. Клочков. - Горки: БГСХА, 2011. - 120 с.

Размещено на Allbest.ru