Оптимизация конструкции распределительного шнека зерноуборочного комбайна

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Оптимизация конструкции распределительного шнека зерноуборочного комбайна

А. И. Ряднов

Целью исследований являлось определение оптимальных конструктивных параметров распределительного шнека зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530». Оптимизация в полевых условиях проводилась методом планирования эксперимента. Из конструктивных параметров распределительного шнека, влияние которых на распределение циркуляционных потоков по ширине молотилки не изучалось, были выбраны факторы: расстояние от левого распределительного окна до фланца крепления кожуха на панели молотилки, длина левого и правого распределительного окна. Значения факторов кожуха распределительного шнека принимались конструктивно, исходя из длины выгрузного окна и ширины молотилки. В качестве критериев оптимизации были приняты выходные факторы, учитывающие влияние циркуляционного потока на приведенную подачу в молотилку и дробление зерна, то есть минимальное увеличение потерь и дробления зерна комбайном от циркуляционного потока. По экспериментальным данным в кодированном виде были получены уравнения регрессии увеличения потерь и дробления зерна комбайном от циркуляционных потоков. Оптимальные конструктивные параметры кожуха распределительного шнека определялись с помощью двумерных сечений и решения компромиссной задачи. В результате исследований установлено, что минимальное увеличение потерь и дробления зерна комбайном от циркуляционного потока обеспечивают следующие значения факторов: расстояние от левого распределительного окна до фланца крепления кожуха на панели молотилки - 0 мм; длина левого распределительного окна - 440 мм; длина правого распределительного окна - 470 мм. По сравнению с серийным зерноуборочным комбайном

РСМ-142 «ACROS-530» применение оптимальной конструкции распределительного шнека позволило снизить потери зерна на 6-7 %.

Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, распределительный шнек, конструктивные параметры, оптимизация, потери зерна.

A. I. Ryadnov, S. V. Tronev

Volgograd State Agrarian University, Volgograd, Russian Federation

DESIGN OPTIMIZATION OF COMBINE HARVESTER DISTRIBUTING AUGER шнек комбайн распределительный

The purpose of research was to determine the optimal design parameters for distributing auger of combine harvester RSM-142 “ACROS-530”. Optimization in fields was carried out by method of experiment planning. From the design parameters of the distributing auger, which influence the distribution of circulation flows over the thresher's width hasn't been studied, the following factors were chosen: the distance from the left distribution window to the flange of casing attachment on the threshing panel, the length of the left and the right distribution windows. The values of factors of the distributing auger casing were taken constructively, proceeding from the length of the unloading window and the width of the thresher. The output factors taking into account the influence of the circulation flow on the reduced feed to the thresher and on the grain crushing, that is, the minimum increase in losses and grain crushing by combine from the circulation flow were taken as the optimization criteria. According to the experimental data regression equations of increasing the losses and grain crushing by combine from the circulation streams were obtained in the coded form. Optimal design parameters of the distribution screw casing were determined using two-dimensional cross-sections and solving a compromise problem. As a result of the research it was set up that the minimum losses increase and grain crushing by the combine from the circulation flow are ensured by the following values of factors: distance from the left distribution window to the flange of the casing attachment on the threshing panel - 0 mm; The length of the left distribution window is 440 mm; The length of the right distribution window is 470 mm. Compared with the serial combine harvester RSM-142 “ACROS-530”, the use of an optimal auger design made it possible to reduce grain losses by 6-7 %.

Keywords: combine harvester, distributing auger, design parameters, optimization, grain losses.

В Доктрине продовольственной безопасности Российской Федерации, утвержденной Указом Президента РФ от 30.01.2010 № 120, производство зерна является критерием оценки состояния продовольственной безопасности [1].

Одно из направлений увеличения производства зерна - повышение качественных показателей комбайновой уборки зерновых культур. Поэтому научные исследования и конструкторские разработки в области комбайностроения направлены на дальнейшее повышение качественных показателей работы комбайнов, которые в значительной степени зависят от конструктивных параметров и режимов работы органов молотилки.

В работах ряда исследователей отмечено, что циркуляционные потоки колосового вороха в молотилке неоднозначно влияют на качественные показатели зерноуборочного комбайна [2-4]. Циркуляционные потоки способствуют повышению производительности по основному продукту (зерну), но при этом не должны ухудшать параметры протекания технологического процесса на рабочих органах зерноуборочного комбайна. Для этого рабочие органы, которые осуществляют циркуляционные процессы, должны иметь оптимальные конструктивные параметры и режимы работы.

Материалы и методы. Из модельного ряда ООО «КЗ «Ростсельмаш» выделим зерноуборочный комбайн РСМ-142 «ACROS-530», в котором циркуляционные потоки перемещаются по рабочим органам молотилки по следующей схеме. Недомолоченные колоски, проваливаясь через верхнее решето и удлинитель верхнего решета на нижнее решето, транспортируются в колосовой шнек и колосовой элеватор, подающий полученный ворох в домолачивающее устройство. В домолачивающем устройстве происходит повторный обмолот, после чего обмолоченный ворох шнеком равномерно распределяется по ширине стрясной доски [5].

Исследованиями В. Е. Бардышева, В. И. Иванцова и др. установлено, что основные процессы протекают с существенной неравномерностью потоков хлебной массы по ширине рабочих органов зерноуборочного комбайна [6-8]. Неравномерность потоков ухудшает протекание технологических процессов обмолота и сепарации в молотилке.

Повысить качественные показатели зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» возможно за счет повышения равномерности потоков хлебной массы по ширине рабочих органов молотилки, что обеспечивается, в частности, использованием кожуха распределительного шнека с оптимальными конструктивными параметрами.

При этом кожух распределительного шнека должен осуществлять разгрузку зерна в любом месте по длине транспортера. Конструктивные параметры кожуха распределительного шнека, влияние которых на равномерность потоков хлебной массы по ширине рабочих органов молотилки не изучалось, приняты следующие: расстояние от левого распределительного окна до фланца крепления кожуха на панели молотилки, длина левого и правого распределительного окна. Значения перечисленных параметров кожуха распределительного шнека принимались конструктивно, исходя из ширины молотилки зерноуборочного комбайна. Наименование факторов, их уровни и интервалы варьирования приведены в таблице 1.

На этапе полевых исследований выходными факторами приняты увеличение потерь и дробления зерна комбайном от циркуляционных потоков.

Таблица 1 - Факторы, их уровни и интервалы варьирования при оптимизации кожуха распределительного шнека

Для снижения количества опытов при оптимизации конструкции распределительного шнека зерноуборочного комбайна использовали полностью насыщенный план Рехтшафнера.

С учетом данных таблицы 1 и плана полевых экспериментов, были изготовлены экспериментальные образцы распределительных шнеков, которые устанавливались на зерноуборочный комбайн РСМ-142 «ACROS-530». Перед началом исследований зерноуборочный комбайн был отрегулирован для данных условий уборки с серийной конструкцией распределительного шнека.

При определении выходных показателей зерноуборочного комбайна без циркуляционных потоков открывалась нижняя крышка колосового элеватора для того, чтобы циркуляционный поток поступал в отдельную тару.

Результаты и обсуждение. По данным полевых экспериментов c помощью оригинальной программы [9] для факторов конструкции кожуха распределительного шнека были получены уравнения регрессии увеличения потерь и дробления зерна комбайном от циркуляционных потоков в кодированном виде:

- для озимой пшеницы:

(1)

(2)

- для ячменя:

(3)

(4)

Критерий Фишера для уравнений регрессии (1), (2), (3) и (4) соответственно равен FДП озп = 0,3874, FДД озп = 0,4083, FДП яч = 0,3467 и FДД яч = 0,4364. Во всех случаях F0,05 > F (здесь F0,05 = 2,8688 - табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 5 % [10]). Таким образом, математические модели адекватны результатам эксперимента.

С помощью предложенной программы определены оптимальные значения факторов уравнений регрессии (1), (2), (3) и (4) (таблица 2) [9].

Таблица 2 - Оптимальные значения факторов уравнений регрессии

Для определения формы поверхности откликов уравнения регрессии (1), (2), (3) и (4) привели к канонической форме:

,(5)

,(6)

,(7)

.(8)

Поверхности откликов представляют собой трехмерные параболоиды с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов, так как все коэффициенты при квадратных членах уравнений (5), (6), (7) и (8) имеют положительные знаки.

Оптимальные конструктивные параметры распределительного шнека определялись с помощью решения компромиссной задачи. В качестве основного критерия оптимизации распределительного шнека было принято увеличение потерь зерна озимой пшеницы от циркуляционных потоков, а дополнительными критериями являлись: увеличение потерь зерна ячменя , дробления зерна озимой пшеницы и ячменя от циркуляционных потоков.

Решение компромиссной задачи заключалось в нахождении значений факторов (х1, х2 и х3), дающих минимальное увеличение основного критерия при фиксированных значениях дополнительных критериев ( = 0,05 %, = 0,085 % и = 0,07 %).

По уравнениям регрессии (1), (2), (3) и (4) строились двумерные сечения поверхностей откликов относительно исследуемых двух факторов, а прочие факторы фиксировались на уровнях, оптимальных по основному критерию оптимизации х1 = -0,93, х2 = -0,16 и х3 = 0,22 (рисунки 1-3).

Рисунок 1 - Двумерное сечение для изучения влияния

факторов х1 и х2 на , , и при х3 = 0,22

Рисунок 2 - Двумерное сечение для изучения влияния

факторов х1 и х3 на , , и при х2 = -0,16

Рисунок 3 - Двумерное сечение для изучения влияния

факторов х2 и х3 на , , и при х1 = -0,93

Результаты анализа и решения компромиссной задачи по определению оптимальных значений факторов представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Анализ и решение компромиссной задачи

Выводы

В результате решения компромиссной задачи при значениях факторов (х1 = 0 мм, х2 = 440 мм и х3 = 470 мм) увеличение потерь зерна озимой пшеницы составит = 0,065 % от циркуляционных потоков при фиксированных значениях дополнительных критериев ( = 0,05 %, = 0,085 % и = 0,07 %).

По сравнению с серийным зерноуборочным комбайном РСМ-142 «ACROS-530» применение оптимальной конструкции распределительного шнека позволило снизить потери зерна на 6-7 %.

Список использованных источников

1 Доктрина продовольственной безопасности РФ: указ от 30 января 2010 г. № 120: по состоянию на 1 марта 2017 г. // Гарант Эксперт 2017 [Электронный ресурс]. - НПП «Гарант-Сервис», 2017.

2 Оробинский, В. И. Изучение циркуляционных процессов в молотилке зерноуборочного комбайна / В. И. Оробинский, А. П. Тарасенко, А. М. Гиевский // Вестник Воронежского ГАУ. - 2011. - № 2(29). - С. 37-41.

3 Пустовит, С. В. Влияние массы циркулирующего зерна в молотилке комбайна на качество работы очистки / С. В. Пустовит, В. И. Оробинский // Вестник Воронежского ГАУ. - 2013. - № 2(37). - С. 255-257.

4 Ряднов, А. И. Усовершенствованное домолачивающее устройство / А. И. Ряднов, С. В. Тронев, А. П. Стенковой // Сельский механизатор. - 2011. - № 7. - С. 11.

5 Комбайн зерноуборочный самоходный РСМ-142 «ACROS». Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. Версия 10 / ООО КЗ «Ростсельмаш». - Ростов н/Д.: КЗ «Ростсельмаш», 2015. - 528 с.

6 Бердышев, В. Е. Влияние неравномерности подачи вороха на качество работы очистки зерноуборочного комбайна / В. Е. Бердышев // Земледельческая механика: сб. науч. тр. / МИИСП. - М., 1980. - Т. XVII. - С. 78-82.

7 Иванцов, В. И. Влияние неравномерности подачи хлебной массы на потери при обмолоте // Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства»: труды IX Междунар. науч.-техн. конф. - Ростов н/Д.: ИЦ ДГТУ, 2010. - C. 189-191.

8 Gach, S. Effect of reel slat number on uniformity of cereal mass feeding to the threshing unit and on threshing quality / S. Gach, C. Pintara // Ann. Warsaw Agr. Univ. Agr., 2003. - № 44. - P. 17-22.

9 Дегтярев, Ю. П. Регрессионный анализ на ПЭВМ / Ю. П. Дегтярев, А. И. Филатов // Повышение надежности и эффективности использования сельскохозяйственной техники: сб. науч. тр. Волгоградского СХИ. - Волгоград, 1992. - С. 128-131.

10 Румшинский, Л. З. Математическая обработка результатов эксперимента / Л. З. Румшинский. - М.: Наука, 1971. - 192 с.

Размещено на Allbest.ru