Механізація збирання кукурудзи на зерно з модернізацією жатки кукурудзозбирального комбайна ККП-3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовий проект

Тема: “Механізація збирання кукурудзи на зерно з модернізацією жатки кукурудзозбирального комбайна ККП-3”

Зміст

Вступ

1. Існуючі технології та засоби механізації для збирання кукурудзи на зерно

2. Обґрунтування технології збирання кукурудзи на зерно

3. Модернізація жатки кукурудзозбирального комбайна ККП-3

4. Економічна ефективність проекту

Висновки

Література

Вступ

Потреби в зерні постійно зростають. Загальна потреба країни в зерні, що йде на харчування, переробку, корми, насіння, експорт та створення державних ресурсів. У цьому обсязі найбільшу вагу має зерно, що споживається тваринництвом та використовується населенням як продукт харчування. В Україні від загальної кількості виробленого зерна на корм худобі й птиці використовують 52-57 %, на харчування - 15-17 %, насіння - 8-10 %, переробку - 3-4 %, втрати при зберіганні і доробці становлять 6-8 %.

Україна відзначається досить розвинутим зерновим господарством. Але в останні роки соціально-економічна криза негативно вплинула на виробництво зерна в Україні. На фоні погіршення стану насінництва, відсутності потрібної кількості сільськогосподарської техніки, мінеральних добрив, засобів захисту рослин, різкого скорочення посівних площ, порушення структури сівозмін і зональних систем ведення землеробства спостерігається стійка тенденція до зниження врожайності та валового виробництва сільськогосподарських культур, а також якості зерна. Так, якщо в 1997-2002 роках його виробляли в середньому 47,7 млн. тонн, або 950 кг на душу населення, то в 2002-2007 роках - лише 24,5 млн. тонн або по 500 кг на душу населення при необхідний нормі не менш 600 кг. Крім того, спостерігаються небажані тенденції, зокрема значні коливання цін на зерно, його товарних якостей, великі втрати вирощеного продукту, нестабільність доходів сільськогосподарських виробництв, збільшенні імпорту продовольчого зерна, зростання цін на продовольче збіжжя, що при низьких доходах населення набуває політичного наголосу.

1. Існуючі технології та засоби механізації для збирання кукурудзи на зерно

Вітчизняні кукурудзозбиральні машини призначені для збирання всього біологічного врожаю кукурудзи, що принципово відрізняє їх від іноземних моделей, які збирають тільки його зернову частину (в зерні або качанах). Причому у вітчизняних машин останнього покоління вперше в світовій практиці застосовується технічне рішення, яке дозволяє суміщати роботу качановідокремлювального апарату з ріжучим апаратом та робочими органами для збирання листостеблової маси після прокочування її протягувальними вальцями.

В залежності від ступеню стиглості та мети використання кукурудзи існує декілька технологічних схем: збирання з доробкою качанів на стаціонарі; збирання зернозбиральними комбайнами з приставками ППК - 4, КМД - 6 з обмолотом качанів; збирання кукурудзозбиральними комбайнами з одночасною очисткою качанів; збирання комбайнами зі спеціальними пристосуваннями для отримання зерно-стрижневої суміші. Збирання по третій схемі на теперішній час є найбільш поширеним для більшості зон виробництва кукурудзи на стигле зерно. Врожай збирають кукурудзозбиральними комбайнами “Херсонець-7” і “Херсонець-200”. Але в останні роки в зв'язку з застосуванням та широким впровадженням в виробництво ранньостиглих гібридів, а також гібридів середньостиглої групи зі швидким висиханням зерна широке поширення та розповсюдження отримує друга схема, з одночасним обмолотом качанів. Це в два рази підвищує продуктивність збиральних агрегатів, значно зменшує кількість технологічних операцій, скорочує транспортні затрати, набагато спрощує організацію збиральних робіт.

Кукурудзу на зерно збирають при вологості зерна від 20 до 35-40 %. Максимальна місткість сухої речовини в зерні накопичується при вологості 20,8-28 %. Без обмолоту качанів кукурудзу збирають при вологості зерна 35 - 40 %, а з обмолотом - 30 %. При більш високій вологості погіршується вимолот з качанів, знижується продуктивність збиральних агрегатів. найбільш якісний обмолот при вологості зерна 20-22 %. Щоб не допустити запізнення зі збиранням і втрат врожаю, багато господарств збирають качани, а в міру їх підсихання переходять на пряме комбайнування, використовуючи комбайни “Нива” або ДОН - 1500 з приставками ППК-4 та КМД - 6.

Для зберігання вологого зерна його збирають при вологості 25-35 % зерно-збиральними комбайнами з приставками, а зерно-стрижневу суміш при 35 - 40 %. Час збирання одного гібриду не повинен перевищувати 5-7 днів. Затягування приводить до значних втрат. Пошуками наукових організацій встановлено, що втрати зерна кукурудзи при врожайності 60 ц/га в залежності від строків збирання змінюються в таких межах на 10-тий день збирання складає 0,4 %, 15-тий день - 4 %, 20-тий день - 9-10 %, 25-тий день - 13 %, 30-тий - 17 % і 35-тий день - 23 % При запізненні з початком збирання і збільшення строків її проведення, а також при зниженні вологості зерна до 20 % втрати врожаю збільшуються в 2-4 рази в порівнянні з агротехнічними допустимими строками збирання. Це викликано тим, що при зниженні вологості зерна збільшується вишелушення його з качанів під впливом робочих органів комбайна. Повнота збору при збиранні в качанах повинна бути не менше 97 %, в тому числі допускається наявність зерна в подрібненій листостеблової маси до 2,5 % При збиранні з одночасним обмолотом зерна, повнота збору повинна складати 98 %.

При інтенсивній технології виробництва повний цикл збиральних робіт повинен бути виконаний так, щоб була забезпечена надійна зберігаємість основної продукції (зерна кукурудзи) та вторинної (незернової частини врожаю), а також створені всі умови для виконання наступних операцій виробництва (оранка, лущення стерні, культивація та інше).

Комплексна механізація збирання кукурудзи на зерно передбачає виконання вказаних операцій комплексами машин та обладнанням в кращі агротехнічні строки та в відповідності з інтенсивною технологією виробництва. Проведений аналіз літературних джерел передового досвіду показує, що найбільш продуктивний і найменш енергоємний спосіб - збирання з обмолотом качанів в полі. Він дозволяє підвищити продуктивність на 10-15 %, знизити втрати палива 70 - 80 % і в 1,8 - 2 рази скоротити затрати праці на післязбиральній обробці врожаю. Збирати і обмолочувати кукурудзу зернозбиральними комбайнами можливо тільки при вологості зерна не більше 30 %. При підключенні в збиральний комплексний процес зернозбиральних комбайнів для збирання кукурудзи з обмолотом - значно спрощується технологічна схема збирання.

Для комплексної механізації і післязбиральної доробки зерна в господарстві є можливість використовувати вільні агрегати і машини.

Потреба в транспортних засобах при транспортуванні зернової частини та подрібненої листостеблової маси від збиральних комбайнів визначається їх вантажепід'ємністю, продуктивністю збиральних агрегатів, врожайністю кукурудзи і відстані перевезення.

Комплексний збиральний загін для поточного збирання і післязбирального обробітку кукурудзи у своєму складі повинен мати наступні ланки: комбайно-тракторні або комбайново-автомобільні, підготовки полів до збирання, післязбиральної обробки ґрунту, силосування подрібненої маси, технічного обслуговування, а також групу контролю якості виконання робіт.

Основу комплексного збирального загону становить комбайно-автомобільна ланка. Збиральний загін може мати 1-2 таких ланки, за якими закріплено 2 - 4 зернозбиральних комбайни з приставками, а також необхідна кількість транспортних засобів для перевезення зерна та листостеблевої маси. Кількість збиральних комбайнів в комплексному загоні визначається з таким розрахунком, щоб сезонне навантаження на один комбайн складала 100-180 га.

Важливою умовою високопродуктивної роботи комбайнів є виділення необхідної кількості транспортних засобів, визначення оптимальних маршрутів їх руху.

Подрібнену листостеблову масу від комбайнів до місця силосування можна перевозити тракторами, причепами або автотранспортом. Доцільність застосування того чи іншого транспорту залежить від відстані перевезення. Трактори краще використовувати при малих відстанях, при більших - подрібнену масу вигідніше перевозити автомобілями. Кількість яких залежить також від врожайності і відстані транспортування.

На теперішній час в багатьох господарствах Миколаївської області використовується трирядкова причіпна машина ККП-3 і її дворядкова модернізація ККП-2, рівень уніфікації робочих органів з комбайном КСКУ-6 “Херсонець-200" складає 60 % Таке рішення дозволило отримати в машині ККП-3 агротехнічні показники на рівні комбайна КСКУ-6 при одночасному зниженні його питомої матеріалоємності та вартості.

Аналіз технологій вирощування і збирання кукурудзи, передового досвіду у впровадженні прогресивних технологій і засобів механізації, шляхів підвищення врожайності, дає можливість зробити наступні висновки:

- виробництво зерна кукурудзи займає вагому частину валової продукції, тому підвищення ефективності її вирощування є одним із резервів покращення ефективності виробництва і головним джерелом поповнення грошових доходів;

- в технології вирощування цієї культури існує ряд недоліків і невикористаних резервів збільшення врожайності, а саме: суворе дотримання агротехніки вирощування і збирання урожаю, втілення передових методів виконання основних технологічних операцій;

- набір основних операцій, які входять в технологічні карти по вирощуванню зернових культур, особливо по передпосівній обробці ґрунту, посіву зернових, науково не обґрунтуванні, базуються на використанні одноопераційних машин. Це в свою чергу приводить до зниження врожайності, запізненню строків виконання посівних робіт, збільшенню трудових і матеріальних затрат і, в кінцевому результаті, зниженню ефективності вирощування зернових;

- особливістю збирання кукурудзи на зерно є збирання комбайнами ККП-3 “Херсонець-9” з доочисткою та обмолотом на току. Частково проводиться збирання кукурудзи на зерно за допомогою зернозбиральних комбайнів вітчизняного та закордонного виробництва. Але в наслідок відсутності необхідної кількості технічних засобів для збирання кукурудзи, а також незначній продуктивності і досить великими показниками втрат, збирання здійснюється несвоєчасно та з недотриманням агротехнічних вимог, що в свою чергу призводить до надмірних витрат, неефективності та недоцільності вирощування кукурудзи.

Метою курсового проекту є обґрунтування прогресивної технології вирощування та збирання кукурудзи на зерно, яка передбачає набір передових методів виконання основних технологічних операцій, а також обґрунтування комплексу машин на підставі порівняльної оцінки можливих варіантів МТА із складу парку машин. Одним із завдань проекту є обґрунтування нової конструкції жатки кукурудзозбирального комбайна ККП-3.

2. Обґрунтування технології збирання кукурудзи на зерно

Для збирання кукурудзи з очищенням качанів використовують збирально-транспортні ланки у складі комбайну ККП-3 ”Херсонець-9” та трактора Т-150К. Потреба в транспортних засобах при транспортуванні качанів і подрібненої листостеблевої маси від збиральних агрегатів визначається їх вантажепід'ємністю, продуктивністю збиральних агрегатів, врожайністю кукурудзи, а також відстані перевезення.

Переробку привезених з поля качанів рекомендують здійснювати по одній з технологічних схем:

- з очищенням по поточній механізованій лінії;

- з обмолотом на стаціонарі переобладнаними комбайнами СК-5 „Нива”, ДОН-1500 або КЗС-9 „Славутич”;

- з подрібненням і консервуванням в траншеях з метою отримання зерно- стрижневої суміші (в початковий період збирання, коли вологість зерна складає 35-40 %).

Для завантаження подрібнювачів зернозбиральних комбайнів і стаціонарних очисників качанів застосовують кормороздавач КТУ-10А, розкидачі органічних добрив ПРТ-10, завантажувачі ПОМ-1Д ТЗК-ЗОБ.

Комплексний збиральний загін для поточного збирання і післязбирального обробітку кукурудзи у своєму складі повинен мати наступні ланки: комбайно-транспортні, підготовки площ до збирання, підбору качанів, післязбиральної обробки ґрунту, силосування подрібненої маси, технічного обслуговування, а також групу контролю якості виконання робіт. Основу комплексного збирального загону становить комбайно-транспортна ланка. Збиральний загін може мати 1-2 таких ланки, за якими закріплено 2-4 кукурудзозбиральних комбайни, а також необхідна кількість транспортних засобів для перевезення качанів, зерна та листостеблевої маси. Кількість збиральних комбайнів в комплексному загоні визначається з таким розрахунком, щоб сезонне навантаження на один кукурудзозбиральний комбайн КПП-3 “Херсонець-9” складало приблизно 100-150 га.

Потреба в транспортних засобах при транспортуванні зернової частини та подрібненої листостеблевої маси від збиральних комбайнів визначається їх вантажепід'ємністю, продуктивністю збиральних агрегатів, врожайністю кукурудзи та відстані перевезення.

При збиранні кукурудзи необхідно виконувати наступні агротехнічні вимоги. Кукурудзу на зерно починають збирати в фазі - кінець воскової - початок повної стиглості, при вологості зерна не більше 40 %, а з обмолочуванням качанів - не більше 30 %. При зниженні збиральної вологості до 20 % втрати зерна збільшуються в 2-3 рази. Тривалість збирання одного гібриду - 5-7 днів. Висота зрізування рослин кукурудзи повинна бути не більше 15 см. Повнота збирання качанів - не менше 95 %. Пошкодження поверхні зерен при збиранні кукурудзозбиральними комбайнами не повинна перевищувати 1,5 %, а при збиранні переобладнаними зерновими комбайнами - 6 %. Ступінь очищення качанів від обгорток повинна бути не менше 95 %. Наявність зерна у подрібненій листостебловій масі до 2,5 %. Повнота збирання зерна - не менше 98 %. Повнота збирання листостеблевої маси - не менше 95 %. Листостеблева маса повинна подрібнюватися на частини в межах 20 - 45 мм.

Найбільш прогресивною формою організації поточного збирання кукурудзи на зерно, а також високоефективного використання техніки є комплексні збиральні ланки, які забезпечують збільшення середньодобового виробітку одного комбайну в 1,2-1,5 рази, при скороченні строків збирання і зменшенні загальних втрат. Важливою умовою високопродуктивної роботи комбайнів є виявлення необхідної кількості транспортних засобів та розрахунок оптимальних маршрутів їх пересування.

Під час періоду підготовки технічних засобів для збирання врожаю створюють групу контролю за якістю виконання роботи. До неї входять агроном (керівник групи), інші відповідальні робітники. Керівник збирально-транспортного загону разом з головним агрономом господарства складають робочий план збирання кукурудзи, в якому вказуються об'єкти та строки збирання, очікуваний врожай зерна та листостеблової маси, відстань перевезення врожаю, кількість машин і продуктивність, очікувана тривалість збирання кожного поля, а також обов'язки і функції кожного виконавця, якісні параметри збирання, система оплати праці і заходи морального і матеріального заохочення. Розраховуємо необхідну кількість тракторів і причепів в загоні для перевезення качанів. Приймаємо робочу довжину гону Lp =1000 м.

Розраховуємо відстань яку необхідно пройти для повного заповнення качанами причепа:

, (2.1)

де Y - щільність качанів, Y = 0,6 т/м³;

Q - обєм причепа, Q = 4,8 м³;

B - коефіцієнт заповнення, B = 0,7;

У - врожайність качанів, У = 4,42 т/га;

b_p- ширина захвату комбайна ККП-3, b_p = 2,1 м;

.

Розраховуємо кількість робочих ходів комбайна:

, (2.2)

.

Приймаємо робочу швидкість агрегату 8 км/год, час розвертання - 1 хв, час заміни причепа - 1 хв.

Час циклу повного заповнення причепа розраховуємо по формулі:

T_ук = t_зап +K_р · t_пов + t_зам, (2.3)

де t_зап - час заповнення причепа, t_зап = 13,1хв.;

t_пов - час розвороту агрегату, t_пов = 3 хв.;

t_зам - час заміни причепа, t_зам = 6 хв.

Тому як причеп буде заповнений качанами за 1,75 робочих проходів агрегату, тоді час заповнення причепа розраховуємо по формулі:

, (2.4)

де U_к - швидкість руху комбайна, U_к = 8 км/год.

.

Якщо підставити отримані розрахункові дані у формулу (2.6) час циклу заповнення причепа буде дорівнювати:

T_ук = 13,1 + 1,5 · 3 + 6 = 23,6 хв.

Час циклу трактора для відвезення качанів розраховуємо за формулою:

T_ут= t_д + t_зам + t_т, (2.5)

де t_зам - час заміни причепа, t_зам = 6 хв.;

t_д - час руху з вантажем і без вантажу, хв.;

t_т - технологічний час, хв.

Технологічний час розраховуємо за формулою:

t_т = t_в + t_вз + t_о, (2.6)

де t_в - час вивантаження, t_в = 3 хв;

t_вз - час зважування, t_вз = 2 хв;

t_о - час оформлення документів, t_о = 2 хв.

Час руху з вантажем і без вантажу розраховуємо за формулою:

, (2.7)

де S_x - відстань перевезення, S_x = 5 км;

V_р - робоча швидкість руху з вантажем, V_р = 18 км/год;

V_х - швидкість холостого ходу без вантажу, V_х = 25 км/год.

хв;

t_т = 3 + 2 + 2 = 7 хв;

T_ут = 25 + 7 + 1 = 33 хв.

Визначаємо необхідну кількість тракторів за формулою:

, (2.8)

шт.

Таким чином необхідна кількість тракторів для забезпечення безперервної роботи 2-х збиральних агрегатів буде дорівнювати:

2N_т = 21,4 = 3 шт.

Кількість причепів 2 ПТС-4 для перевезення качанів визначаємо за формулою:

N_пр = N_т + 2, (2.9)

N_пр = 3 + 2 = 5 шт.

Для своєчасного відвезення качанів від двох комбайнів ККП-3 достатньо мати 3 трактора МТЗ-80 та 5 причепів.

Розраховуємо кількість автомобілів ГАЗ-САЗ-53Б для відвезення листостеблевої маси. Визначимо відстань, яку необхідно пройти для повного заповнення кузова за формулою:

, (2.10)

де Q_к- обєм кузова з наставними бортами, Q_к = 9 м³;

Y - щільність вантажу, Y = 0,15 т/м³;

B - коефіцієнт заповнення, B = 0,9;

У_м - врожайність листостеблевої маси, У_м = 5,84 т/га;

м.

.

Час заповнення кузова автомобіля:

хв.

Т_ук = 11,3 + 0,52 · 1 + 0 = 11,82 хв.

Час руху з вантажем і без вантажу розраховуємо за формулою (2.10), при умові, що відстань перевезення складає 7 км; робоча швидкість руху з вантажем, V_р = 30 км/год, а швидкість холостого ходу без вантажу, V_х = 40 км/год:

хв.

Відповідно розраховуємо технологічний час за формулою (2.9), при умові, що час вивантаження буде складати t_в = 3 хв, час зважування t_вз = 2 хв, а час оформлення документів t_о = 3 хв:

t_т = 3 + 2 + 3 = 8 хв.

Підставивши отримані дані, отримаємо час повного циклу:

Т_ут = 24,5 + 8 = 32,5 хв.

Необхідну кількість автомобілів буде складати:

шт.

2 N_а = 2 3 = 6 шт.

В результаті приведених вище розрахунків збирально-транспортного загону, який складається з двох комбайнів ККП-3, слід мати для перевезення листостеблевої маси шість автомобілів ГАЗ-САЗ-53Б, а для відвезення качанів три трактори МТЗ-80 і пять причепів 2ПТС-4-887А. На підставі проведених розрахунків будуємо графік узгодження робіт збирально-транспортної ланки.

3. Модернізація жатки кукурудзозбирального комбайна ККП-3

На Україні найбільш задовольняючими вимогам технології збирання кукурудзи на зерно визнані кукурудзозбиральні комбайни КСКУ-6 "Херсонець-200", ККП-3 "Херсонець-9", виробництвом яких займається Херсонський комбайновий завод. За кордоном ведучими компаніями по виробництву кукурудзозбиральних машин на зерно виступають наступні: "Mack-Сormik", "Маssei Gаrіs", "Zmai Zeman", "Clааs", "River-Cazali".

Не дивлячись на те, що питаннями механізації зрізування стебел кукурудзи займаються в різних країнах на протязі 30 років, різальні апарати мають практично однакову конструктивно-технологічну схему, а їх якісні показники технологічного процесу в тій чи іншій мірі не відповідають агротехнічним вимогам, які прийняті в нашій країні. Це повязано з однієї сторони з жорсткими вимогами, які застосовуються при збиранні кукурудзи на зерно, з іншої сторони - різноманітністю сортів даної культури і різноманітними сферами її використання.

Так, наприклад, за даними державних випробувань, проведених на протязі 10 років, мінімальні втрати у вітчизняних машин становили 23,4 %, у американських пікер-хескерів - 20,41 %, пошкодження зерен в качанах 2,5 % від загальної ваги качанів, вимолочування зерна 7,57 % у вітчизняного комбайна ККП-3 "Херсонець-9", у американських пікер-хескерів - 2,57 %.

На теперішній час у світовій практиці в кукурудзозбиральних машинах широкого розповсюдження набули різальні апарати роторного типу. Однак, не дивлячись на широке використання цих апаратів така конструкція має ряд суттєвих конструктивних і технологічних недоліків:

- збільшена висота зрізування стебел;

- підвищена ступінь не зрізаних рослин, яка не задовольняє агротехнічним вимогам;

- вузька спеціалізація робочих органів;

- висока енерго- і металоємкість.

Тому основними напрямками подальшого вдосконалення кукурудзозбиральних комбайнів та зниження їх енерго- і металоємкості, є вдосконалення конструктивно-технологічної схеми різального апарата, яка дозволить підвищити технологічний процес збирання кукурудзи на зерно.

На сьогоднішній день в практиці розробки нових конструкцій різальних апаратів пропонувались різні конструктивні схеми, але в серійне виробництво вони не залучені через низьку технологічну надійність. Причина цього в недостатньому теоретичному обґрунтуванні кінематичних та технологічних параметрів основних робочих органів, зокрема, в більшості запропонованих конструкцій кінематичні режими і конструктивні параметри різальних апаратів однакові, хоча вимоги до режимів їх роботи різні.

Пошук шляхів зниження енергоємності жатвеної частини кукурудзозбиральних комбайнів при технологічних операціях зрізування стебел, а також поліпшення якості та зниження висоти зрізу стебел, скорочення втрат листостеблової маси та зменшення витрат дизельного палива є основним завданням при виконанні даного розділу дипломного проекту.

Сучасні вітчизняні комбайни для збирання кукурудзи на зерно КСКУ- 6 “Херсонець-200”, ККП-3 "Xерсонець-9" і кукурудзозбиральні приставки ППК-4, КМД-6, КММ-6 до зернозбиральних комбайнів "Нива", "Дон-1500”, КЗС-9 характеризуються високим рівнем уніфікації робочих органів, що забезпечують, на відміну від закордонних, збирання як зернової, так і листостеблової частин врожаю. Застосування в цих машинах прогресивних пикерно-стриперних качановідокремлювальних апаратів у сполученні з роторними різальними апаратами дозволяють не тільки значно знизити втрати та травмування зерна, пошкодження качанів, але і значно поліпшити показники якості процесу збирання, підвищити продуктивність, головним чином за рахунок підвищення надійності технологічного процесу жатвеної частини. Використання нового сполучення качановідокремлювального та різального апаратів забезпечило підвищення пропускної здатності робочих органів у практичній експлуатації до 3 кг загальної маси на один рядок ширини захвату жатвеної частини.

Однак для сучасних кукурудзозбиральних машин характерна дуже висока енергоємність робочих органів, що досягає до 137 кВт для шестирядної машини. Лабораторні тензометричні досліди показали, що більше 40 % загальної енергоємності приходиться на подрібнювач, близько 17 % - на роторний різальний апарат і стільки ж на качановідокремлювальний апарат, до 15 % - на очисник качанів. Якщо більші витрати потужності на привід подрібнювача обґрунтовані високою енергоємністю самого процесу подрібнення, то значні витрати потужності на привід ріжучого апарата не виправдані.

Так, наприклад, на привід роторного різального апарата таких кукурудзозбиральних комбайнів як КСКУ-6 “Херсонець-200”, ККП-3 “Херсонець-9” затрачається потужність більш 2,7 - 3,9 кВт на один ряд ширини захвату, що в 6-7 разів більше, чим на привід сегментного ріжучого апарата комбайна КОП-1_,4В “Херсонець-7” (0,48 кВт) при перерахуванні на еквівалентну ширину захоплення жатки, що пояснюється використанням у роторних ріжучих апаратах принципу безпосереднього зрізу (необхідна швидкість різання більше 20 м/с). Отже, застосування сегментного ріжучого апарата замість роторного забезпечує зниження енергоємності на 12 - 15 кВт для комбайнів із шестирядної жатки є значним резервом підвищення продуктивності кукурудзозбиральних комбайнів і особливо приставок КМД-6, КММ-6, ППК-4 до зернозбиральних комбайнів СК-5 "Нива", "Дон-1500", КЗС-9 (тому що енергоємність приставок більше енергоємності комплектуючих до зернозбиральних комбайнів жаток). А це в свою чергу дозволяє знизити витрату дизельного палива на кожному гектарі на 1,5 - 1,8 кг. Крім того, сегментні різальні апарати забезпечують відповідні агротехнічним вимогам висоту і якість зрізу стебел, у той час як роторні ріжучі апарати цим вимогам не відповідають.

Продуктивність робочих органів машини і якісні показники їх роботи завжди взаємоповязані. Як правило, зі зміною подачі в машину продукту змінюються і якісні результати її роботи. Для отримання заданих показників потрібне чітке зясування подачі з розмірами робочих органів машини і їх кінематичними режимами. Мета такого зясування взагалі вирішується за допомогою технологічних розрахунків.

Як показали багаторічні розшукові роботи й випробування різних конструктивно-технологічних схем просте механічне сполучення пікерно-стриперних качановідокремлювальних та сегментних різальних апаратів не дало позитивних результатів - машини виявлялися непрацездатними внаслідок забивання листостеблевої масою робочої зони під качановідокремлювальними вальцями. Тому вишукування шляхів зниження енергоємності жнивної частини пікерних кукурудзозбиральних машин і покрашення показників якості зрізу стебел становить основним завданням.

Виходячи з вище наведеного аналізу для ліквідації недоліків роботи серійних кукурудзозбиральних машин, а саме покращення якості зрізу стебел, спрощення конструкції машин та зменшення металомісткості і енергомісткості кукурудзозбиральних комбайнів нами пропонується нова конструктивно-технологічна схема різального апарата, в який функціонально поєднується технологічні процеси зрізування стебел та надійне їх транспортування в подрібнюючий пристрій.

У новому поколінні кукурудзозбиральних машин КСКУ-6, ППК-4, ККП-3, при приставках ППК- 4, КМД - 6, ККМ - 6 до зернозбиральних комбайнів СК-5, Дон-1500, КЗС-9 використовуються уніфіковані русла, які містять пікерно-стриперний качановідокремлювальний та роторний різальний апарати. Для отримання достовірної порівняльної оцінки проведемо теоретичний аналіз роботи роторного та сегментного різальних апаратів.

Роторний ріжучий апарат представляє собою вал, вдовж якого по дотичній закріплені плоскі ножі. При русі комбайна по полю стебла кукурудзи притискаються до ротора, внаслідок чого виникає подавальна сила, за рахунок якої відбувається зрізування стебел. Процес різання здійснюється периферійною частиною обертових ножів, при цьому відбувається зрізування стебел кукурудзи. Кінематика та геометрія процесу різання представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Кінематика та геометрія процесу різання стебел кукурудзи роторним ріжучим апаратом

Траєкторія будь-якої крапки ріжучої кромки представляє собою циклоїду та описується наступними рівняннями:

;(3.1)

,(3.2)

де X₂ і Y₂ - координати ріжучої кромки;

R - радіус ротора;

Кути входу та виходу листостеблової маси дорівнюють:

, (3.3)

, (3.4)

де Н - висота стебла;

ц_вх - кут, на який повернулася ріжуча кромка від вертикальної вісі до моменту входу в матеріал;

ц_вых - кут, на який повернулася ріжуча кромка від вертикальної вісі до моменту виходу з матеріалу.

Довжина дуги контакту по осьової лінії матеріалу визначається за наступним виразом:

.(3.5)

При цьому крок ножів ротора буде складати:

. (3.6)

Подача листостеблевої маси за один оберт ротора буде дорівнювати:

; (3.7)

на один ніж:

. (3.8)

Колова швидкість роторного вала (швидкість різання):

(3.9)

м/с.

Істина швидкість ріжучої кромки може бити знайдена з наступного виразу:

. (3.10)

м/с.

Мінімальний теоретичний задній кут у будь-який момент часу дорівнює:

. (3.11)

Миттєвий ефективний задній кут:

. (3.12)

Миттєвий ефективний передній кут:

. (3.13)

Середнє число ножів:

. (3.14)

.

Виходячи з теоретичних передумов швидкість різання роторного апарату складає 26 м/с. Це приводь до підвищення енергоємності до 13,3 кВт на трьохрядний комбайн. Крім того, знижується експлуатаційна надійність процесу різання. Теоретичні дослідження задніх кутів показали, що при діаметрі ротора 172 мм не забезпечується відповідним агротехнічним вимогам висота зрізу стебел кукурудзи. Виходячи з викладеного виникла необхідність застосування ріжучого апарата, який буде забезпечувати висоту зрізування стебел відповідно до агротехнічних вимог.

Відповідно робіт академіка В. П. Горячкина при розгляді основних принципів роботи різальних апаратів приймаємо наступні основні позначення:

U_н - поступальна швидкість руху комбайна;

U_г(m) - середня швидкість коливального руху ножа; для ножа одинарного ходу:

. (3.15)

для ножа подвійного ходу:

; (3.16)

де U_м - окружна швидкість кривошипа, що відповідає максимальної швидкості ножа, м/с,

щ - кутова швидкість кривошипа, с^-1;

Теоретично сегмент ножа повинен бути трикутної форми. У загальному ж випадку через необхідність його заточення, він має форму трапеції. Основні розміри сегмента приведені на рис. 3.2, де h - висота сегмента; с - верхня підстава сегмента; б - кут нахилу леза сегмента; ф - кут ковзання, тобто кут між напрямками абсолютного руху ножа та нормального до леза; г - поперечний кут різання ножа.

Рис. 3.2. Основні розміри та форма різального ножа

Під час роботи ніж, що складається зі спинки із сегментами, в результаті гармонійного коливального руху від кривошипа та поступального руху комбайна одержує складний рух по синусоїді. На рис.3.3 приведені криві складного руху ножа, які побудовані в припущенні:

а - (нескінченної довжини шатуна);

б - (кінцевої довжини шатуна).

Рис.3.3. Траєкторія руху ножа

Аналізуючи рис.3.3 можна помітити, що різниця у формі кривих незначна, тому всі побудови можна виконувати, припускаючи нескінченну довжину шатуна, а в деяких випадках взагалі змінювати складний синусоїдальний рух похилою прямою лінією. Згідно приведеної діаграми руху ножів з пальцевими підпірними елементами, можна констатувати, що існують наступні площі, які обмежуються сегментом:

- F₁ - площа зрізування стебел;

- F₂ - площа, яку проходить сегмент двічі;

- f₁' та f₂ площі, які сегмент не проходить;

- f₁ та f'₂ - площі, які проходить неробоче лезо;

- F - теоретична площа, яка обмежується сегментом у припущенні надзвичайно швидкої подачі.

Звідси коефіцієнт чистоти різання буде визначатись за виразом:

. (3.17)

. (3.18)

Тоді ефект різання буде дорівнювати:

. (3.19)

Середню швидкість коливального руху ножа можна знайти з умов для ножів одинарного й подвійного ходів:

і . (3.20)

Окружну швидкість кривошипа, який відповідає максимальна швидкість коливального руху ножа, визначаємо за виразом:

; (3.21)

Швидкість подачі листостеблевої маси варто вважати заданою та обирати згідно швидкості руху комбайна.

Кінематичними характеристиками безпальцевих різальних апаратів (з підпірними сегментами) є:

- переміщення X;

- швидкість U_н;

- прискорення Я, ножа залежно від кута повороту кривошипного вала.

Рівняння переміщення, швидкості та прискорення мають вигляд:

.(3.22)

.(3.23)

.(3.24)

Це види рівнянь гармонійного коливального руху, які визначаються рухом пальця кривошипа. Залежно від переміщення X вираження для швидкості та прискорення виходять значно простіше. Виключивши у формулах (3.23) та (3.24) кут повороту, одержимо:

.(3.25)

Вирішуючи рівняння (3.23) та (3.24) визначимо:

.(3.26)

Вираження (3.25) являє собою рівняння еліпса, а (3.26) рівняння прямої.

Швидкість ножа через переміщення X знайдемо з рівняння (3.25):

.(3.27)

Розглянемо це рівняння на максимум. Знаходимо похідну до дорівнюємо її до нуля:

. (3.28)

Коренем цього рівняння є значення X = r . Тому що при r = 1 похідна змінює знак з плюсу на мінус, то при таких значеннях функція має максимум. В крайніх положеннях (при Х = 0 та при Х = 2) швидкість дорівнює 0, прискорення буде мати максимальне значення, яке дорівнює щ²r. При X = r швидкість буде мати максимальне значення U = щr а прискорення дорівнює нулю. Таким чином, швидкість ножа змінюється від нуля до максимального значення, яке дорівнює rщ.

Подача листостеблевої маси на різальний апарат має велике значення, тому що визначає швидкість руху ножа та потужність, яка потрібна для його приводу. Якщо сегменти переміщалися не поступово безупинно, а стрибками на величину h^' то площа, яка проходить в одну секунду, дорівнювала:

. (3.29)

. (3.30)

Тобто висота сегментів та число коливань ножа змінювалися за гіперболічним законом.

, то (3.31)

В дійсності сегменти не тільки рухаються поступово, але й переміщаються разом з комбайном вперед. Тому площа, яка обмежується лезом сегмента, обмежується синусоїдальними кривими та за своєю величиною більше, ніж 2rh.

Коливання ножа відбувається за час t = 60/2n, отже площа, яка пробігається сегментом за один хід ножа:

; (3.32)

. (3.33)

Таким чином, площа F за один хід завжди більше 2rh в відношенні:

. (3.34)

Секундна площа буде дорівнювати:

; (3.35)

Теоретична площа дорівнює 2r. Отже дійсна площа більше теоретичної 2rU у відношенні:

. (3.36)

Коефіцієнт зайво пробігаємої площі в секунду буде дорівнювати:

(3.37)

Рівність цих площ, тобто г =0, може бути:

. (3.38)

Рис.3.4. Площі, обмежені сегментом при русі ножів з пальцевими підпорними елементами

При трикутній формі сегмента ножа тангенс кута нахилу леза дорівнює:

. (3.39)

При трапецеїдальній формі сегмента проекція точки А повинна проходити через середину головки ножа:

;

. (3.40)

Заміняючи U_m через U_норм, отримаємо .

Порівнюючи за формулами трапецеїдальні та трикутні ножові сегменти, отримаємо:

; . (3.41)

Тобто за інших рівних умов трапецеїдальні сегменти повинні мати менший кут нахилу ніж трикутні.

Різання можна здійснювати шляхом тиску та шляхом удару:

- в першому випадку:

; (3.42)

- в другому:

; (3.43)

, (3.44)

де - секундна маса.

Тривалість удару ?t можна вважати такою, яка дорівнює однієї чверті періоду коливання ножа, тобто , або при частоті обертання кривошипа 600 хв^-1 ?t = 1/40 сек. Перевага ударної дії ножа полягає в тому, що при малій швидкості ножа більша його маса викличе значну силу інерції при зворотно-поступальному русі.

Розглядаючи процес різання як ударний, можна записати наступне рівняння

; (3.45)

де P?t - імпульс сили;

m₁ і m₂ - вага стебла та ножа;

U - швидкість ножа на початку та в кінці удару відповідно.

Якщо ,отримаємо:

; (3.46)

;

. (3.47)

Для стеблових рослин середня сила удару дорівнює:

, (3.48)

де F - площа поперечного переріза стебла;

н - щільність одиниці довжини стебла;

С - швидкість поширення звуку;

U - швидкість удару.

, (3.49)

де G - модуль здвигу.

м/с.

Потрібна на привід ножа потужність пропорційна кубу кутової швидкості

; (3.50)

кВт.

З серійного комбайна ККП-3 демонтується роторний ріжучий апарат разом з редуктором його приводу, зрізаються передні частини бокової жатвеної частини, а на місце, що залишилося, приварюються кути. До приварених кутів закріплюються боковини запропонованої стеблової камери.

Модернізована жатвена частина кукурудзозбирального комбайна ККП-3 містить пикерно-стриперний качановідокремлювальний апарат, що складається з протягувальних вальців, відокремлювальних стриперних пластин, та шнека качанів.

При русі модернізованого комбайна ККП-3 по рядкам кукурудзи, стебла направляються в протягувальні вальці, які захоплюють та протягують їх вниз, при цьому качани відокремлюються на стриперних пластинах і направляються в шнек качанів і потім надходять на обробку. В процесі протягування стебла кукурудзи фіксуються перпендикулярно до протягувальних вальців, які розташовані під кутом до горизонту, та рухаються під кутом до поверхні ножа різального апарата. Одночасно з початком протягування стебла підводяться до різального апарата та зрізуються. Завдяки тому, що процес протягування триває, а зрізані стебла набігають на різальний апарат під кутом, тому зрізані стебла потрапляють на подаючий бітер. Зрізані стебла підхоплюються рифами бітерів і відводяться від різального апарата до стеблез'ємно-відбійного бітера. Який внаслідок свого обертання транспортує та скидає стебла в кожух шнека стебел, а останній направляє їх в подрібнювального пристрою.

4. Економічна ефективність проекту

Сумарний річний економічний ефект буде складатися із економічного ефекту від впровадження запропонованої технології і комплексу машин Е₁, економічного ефекту від впровадження модернізованого кукурудзозбирального комбайна Е₂ і покращення якості і повноти збирання врожаю. В загальному виді він визначається формулою:

Е = Е₁ + Е₂, (4.1)

де Е₁ - ефект від впроваджень технологій і комплексу машин;

Е₂ - ефект від впровадження модернізованого комбайна.

В результаті обґрунтування елементів прогресивної технології збирання кукурудзи на зерно, зокрема вибору комплексу машин і складу оптимальних агрегатів на основі їх порівняльної оцінки, передбачається, при інших рівних умовах, досягнути значної економії затрат ручної праці, а в результаті скорочення втрат врожаю - підвищення урожайності на 12 %. Тоді річний економічний ефект визначається по формулі:

Е₁ = [(С_б + Е_нк_б)В_н/В_б - (С_н+ Е_нк_н)]А_н, (4.2)

де С_б, С_н - собівартість одиниці продукції (роботи) по базовому і новому варіантах, _рн..;

В_н/В_б - коефіцієнт врахування росту врожайності,

В_н/В_б = 2,0/1,8 = 1,1 (4.3)

к_б , к_н - питомі капітальні вкладення в базовому і в новому варіантах;

Е_н - нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень, Е_н = 0,15; комбайн жатка кукурудзянозбиральний

Так, як запропоновані технологічні рішення не вимагають капітальних вкладень, то в формулі (4.2) їх не враховуємо. Собівартість рахуємо тільки по затратах праці і палива, тому що всі інші умови однакові. В цьому випадку вона буде складатися тільки із затрат на оплату праці і вартості пального.

Затрати на оплату праці визначимо по формулі:

С = З_пfк_м, (4.4)

де З_п - питомі затрати праці на одиницю продукції, згідно розрахунків і порівняльної оцінки , З_пр = 0,42 людгод/га; З_пп = 0,37 людгод/га;

f - годинна тарифна ставка робочих, в середньому приймаємо f = 0,57;

к_м - коефіцієнт підвищення розцінок, к_м = 1,21.

Звідси:

С_б = З_прц_п = 0,420,57 1,2 = 0,39 грн/га,

С_н = З_ппц_п = 0,370,571,2 = 0,25 грн/га.

Впровадження запропонованого комплексу машин дає можливість економити паливо, що в грошовому виразі визначається по формулі:

С_б = З_бнц_п, (4.5)

С_н = З_пнц_п.

де ц_п -вартість палива;

З_нб,З_пн - питомі затрати палива по базовій і новій технологіях, згідно технологічних карт З_нб = 3,2 кг/га, З_пн = 3,0 кг/га;

С_б = 3,23,65 = 11,75 гр/га і С_н = 3,0 3,65 = 10,9 грн/га.

Повна собівартість визначається з формули:

С_б = С_б + С_б; С_н = С_н + С_н; (4.6)

С_б = 0,29 + 11,75 = 12,04 грн/га;

С_н = 0,25 + 3,9 = 4,15 грн/га.

Підставивши значення в формулу (4.2) отримаємо:

Е₁ = (12,041,1 - 4,15) 100 = 5911 грн.

В результаті впровадження сегментного різального апарата на кукурудзозбиральному комбайні ККП-3 підвищується ефективність та зменшуються втрати качанів. Ефективність застосування пропонуємого пристрою в такому випадку виразиться формулою:

Е₂ =С_бВ_н/В_бу_б/у_н+[(у_б-у_н)-Е_н(к_н-к_б)/у_н] - (С_н+Е_нк_н) А_н, (4.7)

де у_б, у_н - питомі експлуатаційні затрати, при використанні старого і нового комбайнів, з урахуванням того, що частково скоротяться затрати на додаткове підготовлення та переналагодження комбайна,

у_б/у_н = 1,05; В_н/В_б = 1,11.

При цьому:

(у_б-у_н)-Е_н(к_н-к_б)/у_н - економія від скорочення затрат праці, (в середньому 0,8...1,2 грн.).

С_н, С_б - собівартість продукції (роботи), яка виконується серійним та модернізованим комбайнами, якщо в структурі затрат на збирання складає 25 % тоді:

С_б = 2,4 грн/га, С_н = 1,37 грн/га.

Підставивши значення в формулу (4.7) отримаємо:

Е₂ = [2,41,11,05 - 2,0 - (1,37 + 0,150,93)]100 = 5142 грн.

Строк окупності капітальних вкладень на модернізацію кукурудзозбирального комбайна визначимо шляхом ділення балансової вартості на річний економічний ефект від впровадження:

Т₀ = ц_бn/Е₂, (4.8)

де ц_б - балансова вартість модернізації зернозбирального комбайна;

n - необхідна кількість комбайнів.

Балансова вартість модернізації комбайна складається з проектних робіт, вартості обладнання та встановлення на комбайн. Ц_б в такому випадку буде коштувати 1000 гривень. Підставивши значення в формулі (4.8) отримаємо:

Т₀ = 1000 2 / 5142 = 3,8 роки.

Виходячи із отриманих результатів розрахунків складових річного економічного ефекту (Е₁, Е₂), підставивши їх значення в формулу (4.1) отримаємо:

Е = 5911 + 5142 = 11053 грн.

Впровадження запропонованих проектних рішень дає можливість підвищити врожайність кукурудзи в середньому на 12 %, скоротити затрати праці на 10 %, а собівартість одиниці роботи майже на 10%. Отриманий річний економічний ефект складає 11,053 тис. грн., в тому числі від впровадження модернізованого комбайна 5,142 тис. грн.

Висновки

В результаті проведеного аналізу конструкцій кукурудзозбиральних машин та існуючих різальних апаратів, запропоноване рішення вдосконалити жатну частину комбайна, а саме замінити роторний різальний апарат на сегментний. Це дозволяє в першу чергу значно зменшити енергомісткість технологічного процесу, зменшити висоту зрізування стебел кукурудзи, що впливає на загальні втрати всього біологічного врожаю. Завдяки м'яким режимам роботи різального апарата зменшуються втрати вільними качанами та листостеблової маси. Це запропоноване технічне рішення дозволяє зменшити собівартість отриманої продукції та затрати праці при збиранні врожаю. Проведені розрахунки запропонованої конструкції дозволили вибрати оптимальні технологічні та кінематичні параметри і режими роботи модернізованого русла кукурудзозбирального комбайна ККП-3.

Розроблені заходи по організації збиральних робіт та приведені
розрахунки техніко-експлуатаційних показників дозволяють раціонально
проводити збирання кукурудзи на зерно і роботу транспортної ланки по перевезенню врожаю.

Література

1. Артеменко Н.А. Экономическая эффективность использования сельскохозяйственной техники. М.: Агропромиздат, 1985. - 208 с.

2. Анурьев В.Н. Справочник конструктора-машиностроителя, 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1979 - Т1; Т2; Т3.

3. Антошкевич В.С. Экономическое обоснование новой сельскохозяйственной техники. - М., Экономика, 1974, с.184.

4. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернатив в технике. М.: Радио и связь, 1984. - 288 с.

5. Василенко П. М.: Бібліографічний показчик наук. Праць за 1933-1999 роки /УААН, ЦНСГБ, НАУ; Упоряд.: Т.Ф.Дерлеменко, Л.Д. Полякова, Д.В. Устиновський та ін.; Наук ред. Г.Г.Хурманець. - К.:Сов.Россия, 1989. - 128 с.

6. Вітлинський В.В., Наконечний С.І. Ризик у менеджменті. - К.: Борисфен -М. 1996. - 336с.

7. Власенко В.М. Нормативно-техническая база для создания экологически чистой природосбрегающей техники //Тракторы и сельхозмашины, -1993. - №4. - С.6-9.

8. Войтюк Д.Г. Дипломне та курсове проектування. - К.: Урожай, 1994, с.445.

9. Войтюк Д.Г., Гаврилюк Г.Р. Сільськогосподарські машини. К.: Урожай, 2004, 558 с.

Размещено на Allbest.ru

...