Підвищення ефективності технологічного процесу обмолоту пшениці планетарним молотильно-сепаруючим пристроєм

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛУГАНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 631.361.003.13: 621.928 (043)

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ

ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ОБМОЛОТУ ПШЕНИЦІ ПЛАНЕТАРНИМ МОЛОТИЛЬНО-СЕПАРУЮЧИМ ПРИСТРОЄМ

05.05.11 - машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Соболев Сергій Михайлович

Луганськ 2010

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Луганському національному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Колесніков Володимир Олексійович,

Луганський національний аграрний університет,

доцент кафедри експлуатації машинно-тракторного парку.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Котов Борис Іванович,

Національний університет біоресурсів і

природовикористання України,

професор кафедри автоматизації сільськогосподарського виробництва;

кандидат технічних наук, доцент

ВОЛЬВАК Сергій Федорович,

Луганський національний аграрний університет,

доцент кафедри механізації виробничих процесів у тваринництві.

Захист відбудеться «11» червня 2010 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 29.841.01 у Луганському національному аграрному університеті за адресою: 91008, м. Луганськ, Луганський національний аграрний університет, корпус факультету механізації сільського господарства, аудиторія 1М-214.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Луганського національного аграрного університету за адресою: 91008, м. Луганськ, Луганський національний аграрний університет.

Автореферат розіслано « » 2010 р.

Вчений секретарспеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, доцент В.П. Єрмак

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сучасному етапі розвитку сільського господарства все більше уваги приділяється виробництву зернових культур, які є важливою складовою раціону людини. Зернові також є найбільш калорійним концентрованим кормом для сільськогосподарських тварин і птахів. Збільшення об'ємів виробництва зернових і зниження собівартості їх вирощування неможливе без розвитку вітчизняного сільськогосподарського машинобудування.

Одним з перспективних завдань вітчизняного сільськогосподарського машинобудування є створення зернозбирального комбайна, здатного ефективно обмолочувати зернові і інші культури з високою продуктивністю і мінімальними енерговитратами. Причому, при створенні нового комбайна необхідно врахувати всі перспективні напрями розвитку даної галузі машинобудування в передових країнах світу.

Пропускна здатність молотильно-сепаруючих пристроїв (МСП), найбільш поширених в сучасних комбайнах, обмежена продуктивністю соломотряса і його розмірами, крім того, обмолот селекційної пшениці потребує низької частоти обертання молотильного барабану. У високопродуктивних комбайнах площа соломотряса досягає 7,0 - 7,7 м2. Прагнення вчених, що працювали з даної теми, удосконалити конструкцію МСП призвело до створення багатобарабанних, стрічкових і аксіально-роторних зернозбиральних комбайнів. Їх використання дозволило не тільки усунути соломотряс, але і понизити показники недомолоту, дроблення і пошкодження селекційного зерна при високій пропускній здатності МСП. Тому розробка нових, досконаліших МСП, є дуже актуальним завданням. Для реалізації цього завдання необхідне більш глибоке вивчення технологічного процесу обмолоту, шляхів зниження енерговитрат потрібних на обмолот і причин появи різного роду пошкоджень зерна.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота «Підвищення ефективності технологічного процесу обмолоту пшениці планетарним молотильно-сепаруючим пристроєм» виконувалася відповідно до плану науково-дослідної роботи Луганського національного аграрного університету з теми: «Порівняльний аналіз ефективності варіантів технічного забезпечення ресурсозберігаючих технологій вирощування і збирання сільськогосподарських культур» (державний реєстраційний номер 0109U002709). Робота проводилася на кафедрі експлуатації машинно-тракторного парку в період з 2000 по 2010 роки. Автор безпосередньо брав участь на всіх етапах розробки і дослідження нового планетарного молотильно-сепаруючого пристрою з вібраційною декою.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності технологічного процесу обмолоту пшениці шляхом вдосконалення конструкції робочих органів планетарного МСП з вібраційною декою.

Для досягнення поставленої мети в роботі було визначено такі завдання:

- провести аналіз і розробити класифікацію існуючих конструкцій МСП, проаналізувати наукові роботи по дослідженню технологічного процесу обмолоту пшениці і виявити шляхи підвищення його ефективності;

- розробити і обґрунтувати конструктивно-технологічну схему планетарного МСП з вібраційною декою, здатного забезпечити максимальну продуктивність, мінімальну енергоємність процесу обмолоту і необхідну якість зерна при обмолоті пшениці;

- теоретично обґрунтувати технологічний процес вібраційного обмолоту пшениці і параметри робочих органів планетарного МСП з вібраційною декою;

- експериментально підтвердити результати теоретичних досліджень, набути раціональних значень конструктивно-технологічних параметрів планетарного МСП з вібраційною декою і визначити їх вплив на ефективність технологічного процесу обмолоту пшениці;

- на основі експериментально-теоретичних досліджень розробити конструкцію планетарного МСП з вібраційною декою, провести його техніко-економічну оцінку і розробити рекомендації з ефективного використання в сучасних зернозбиральних комбайнах.

Об'єкт дослідження - технологічний процес обмолоту пшениці планетарним МСП з вібраційною декою.

Предмет дослідження - визначення закономірностей технологічного процесу обмолоту пшениці планетарним МСП з вібраційною декою.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження проводилися з використанням основних методів системного аналізу і основних положень фізико-математичних наук. Експериментальні дослідження проводилися відповідно до самостійно розроблених і відомих методик в лабораторних умовах на розробленій автором експериментальній установці з використанням методів планування одно- і багатофакторних експериментів та статистичної обробки результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукову новизну становлять:

- для визначення продуктивності планетарного МСП з вібраційною декою вперше розроблена математична модель, що враховує зміну щільності обмолоченого матеріалу і опір маси вороху при коливаннях деки [11];

- отримана вдосконалена математична модель, що дозволяє визначити амплітуду коливань деки в планетарному МСП при обмолоті пшениці [5];

- одержані нові теоретичні залежності, що описують загальні витрати потужності при обмолоті пшениці в планетарному МСП з вібраційною декою [12];

- встановлені нові закономірності впливу конструктивно-технологічних параметрів розробленого МСП з вібраційною декою на ефективність технологічного процесу обмолоту пшениці і якісні показники обмолоченого зерна [10].

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці конструкції планетарного МСП з вібраційною декою, здатного забезпечити мінімальне дроблення і мікропошкодження зерна в молотильній камері, крім того, здатного проводити обмолот хлібної маси відповідно до агровимог з максимальною продуктивністю і мінімальними енерго- і матеріаломісткістю, а також в обґрунтуванні раціональних конструктивно-технологічних параметрів МСП.

Спроектовано і виготовлено новий МСП з вібраційною декою для обмолоту пшениці. Розроблені рекомендації з використання нового МСП передано керівництву Головного управління агропромислового розвитку Луганської облдержадміністрації, керівництву ТОВ «ТЕХНАУКА» (селище Тепличне Луганської області), а також керівництву СТОВ «Агродар» (село Лиман Старобільського району Луганської області). Відповідне методичне забезпечення і конструкція МСП використовуються в навчальному процесі на кафедрі експлуатації машинно-тракторного парку Луганського національного аграрного університету.

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження за темою дисертаційної роботи виконано здобувачем особисто, зокрема: вдосконалено класифікацію існуючих конструкцій молотильно-сепаруючих пристроїв [1]; розроблена розгалужена динамічна модель технологічного процесу планетарної молотильно-сепаруючої системи з шкалами послідовності і втрат при її використанні в зернозбиральних комбайнах [8]; розроблено конструктивно-технологічну схему нового планетарного МСП з вібраційною декою для пшениці [7]; виявлені шляхи підвищення ефективності технологічного процесу обмолоту пшениці [4]; розроблена розрахункова модель функціонування нового планетарного МСП з вібраційною декою для пшениці; встановлено основні закономірності впливу конструктивно-технологічних параметрів планетарного МСП з вібраційною декою на ефективність технологічного процесу обмолоту і якість обмолоченого зерна пшениці [2, 3, 5, 6,]; теоретичні передумови підтверджено експериментальними дослідженнями [9]; виконано техніко-економічну оцінку і проведено розрахунок економічної ефективності застосування нового планетарного МСП з вібраційною декою для обмолоту пшениці. В технічному рішенні, яке захищене деклараційним патентом України на винахід [13], частка участі автора складає 50%.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи докладалися на щорічних науково-практичних конференціях в Луганському національному аграрному університеті (2000-2010 роки), на ІV Міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні проблеми землеробської механіки», присвяченій пам'яті академіка Петра Мефодійовича Василенко (м. Харків, ХДТУСГ, 2003 р.), на Міжнародній науково-практичній конференції «Енерго- і екологозберігаючі технології - в сільськогосподарське виробництво» (м. Сімферополь, КДАУ, 2005 р.), на Міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні проблеми механізації виробничих процесів в АПК» (м. Луганськ, ЛНАУ, 2006 р.), на Науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів і співробітників (м. Мелітополь, ТДАТУ, 2009 р.), на VІІІ Міжнародній науково-методичній конференції «Технічне забезпечення інноваційних технологій АПК» (м. Харків, ХНТУСГ ім. П.М. Василенко, 2010 р.).

Повністю дисертаційну роботу було заслухано на науковому семінарі (розширеному засіданні) кафедри експлуатації машинно-тракторного парку Луганського національного аграрного університету (м. Луганськ, 2010 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 12 статей у виданнях, рекомендованих ВАК, загальним обсягом 3,15 авторського аркуша і отримано патент України на корисну модель № 18457. Чотири статті видано автором самостійно. У решті опублікованих статей частка роботи здобувача складає 70%, а в патенті України - 50%. Матеріали дисертаційної роботи в повному обсязі відображено в опублікованих роботах.

Обсяг і структура дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 154 назв, із них 3 - іноземними мовами, та додатків. Основний зміст дисертаційної роботи викладено на 207 сторінках, робота містить 75 рисунків, 20 таблиць та 9 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об'єкт, предмет і завдання досліджень, які вирішуються в роботі. Подано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, а також інформацію щодо апробації, структури та обсягу роботи.

У першому розділі «Сучасний стан механізації технологічного процесу обмолоту пшениці. Мета і завдання досліджень» проведено аналіз існуючих конструкцій машин та обладнання для обмолоту зернових культур, проаналізовано існуючі конструкції МСП для обмолоту пшениці, на основі якого доведено необхідність розробки нового планетарного МСП з вібраційною декою, здатного забезпечити максимальну продуктивність, мінімальну енергоємність процесу обмолоту і необхідну якість зерна при обмолоті пшениці.

Теоретичні та практичні основи для вивчення технологічного процесу обмолоту зернових культур викладено в працях відомих учених: В.П. Горячкина, М.А. Пустигіна, І.Ф. Василенка, П.М. Заїки, Д.Г. Войтюка, В.М. Булгакова, І.Г. Ткаченка, Е.І. Липковича, І.А. Грека, М.І. Липовського, В.В. Деревенка, Л.М. Тіщенка, Б.І. Котова, В.О. Колеснікова, С.Ф. Вольвака, Д.М. Бахарєва, Г.Ф. Сірого, К.І. Шмата, О.Є. Самаріна, Є.І. Бондарєва, О.В. Мигальова, Г.О. Хайліса, Р.Х. Музюпова, В.М. Нагаєва та ін.

З аналізу існуючих конструкцій машин і обладнання для обмолоту зернових культур, а також наукових праць учених, було з'ясовано, що весь процес обмолоту складається з удару била по вороху, з радіальної пульсації шару, що обмолочується, і його хвилеподібного руху до вивантажувального вікна, тому підвищенню ефективності технологічного процесу обмолоту злакових культур в планетарних МСП сприяє повздовжня вібрація шару хлібної маси, що обмолочується.

Виходячи з інформації, наведеної вище, доцільна конструкція планетарного МСП повинна включати вібраційну деку, здатну забезпечувати повздовжню вібрацію шару хлібної маси. Причому режими роботи такого МСП повинні забезпечувати максимальну продуктивність, мінімальну енергоємність процесу обмолоту і необхідну якість зерна. Все це призводить до необхідності проведення теоретичних та експериментальних досліджень технологічного процесу обмолоту пшениці планетарним МСП з вібраційною декою.

У другому розділі «Теоретичні дослідження технологічного процесу обмолоту пшениці планетарним МСП з вібраційною декою» проаналізовано планетарні МСП, як складні системи, та запропоновано їх більш повну класифікацію, що дозволило висунути гіпотезу щодо підвищення ефективності технологічного процесу обмолоту пшениці шляхом зниження енергоємності і підвищення якості обмолоту за рахунок удосконалення конструкції деки, здатної забезпечувати вібрацію шару хлібної маси, що обмолочується, не тільки в радіальному, але і в осьовому напрямі.

На підставі цього розроблено конструктивно-технологічну схему (КТС) нового планетарного МСП з вібраційною декою, побудовано розрахункову модель його функціонування та вивчено фізичну суть процесу обмолоту пшениці (рис. 1).

Технологічний процес обмолоту в новому МСП наступний. Хлібна маса за допомогою живильного транспортера 6 потрапляє в шнек-живильник 1, який ущільнює масу і переміщує її в молотильну камеру. У молотильній камері хлібна маса піддається ударній дії з боку вальців-сателітів 2. Під дією удару і простягання хлібної маси між робочими поверхнями в молотильній камері відбувається відділення зерна.

В даному випадку робочими поверхнями є бічі вальців-сателітів планетарного ротора 8 і решітно-планчаста дека 4. У свою чергу решітно-планчаста дека 4 за допомогою привіду 3 здійснює подовжні поворотно-поступальні рухи, що приводить до перемішування маси, що обмолочується, і тим самим дозволяє раціональніше використовувати сили взаємного тертя шарів. Окрім цього при перемішуванні маси, що обмолочується, відокремлене зерно швидше виводиться з молотильної камери, тому знижується відсоток сходу вільним зерном (втрати обмолоченого зерна крізь вивантажувальне вікно молотильної камери) і зменшується кількість дробленого, а також травмованого зерна. Далі зерновий ворох поступає на решето 7, де відбувається очищення від крупних домішок. Потім зерно потрапляє в зерновий бункер. Солома, виходячи з вивантажувального вікна МСП, потрапляє на транспортер і відводиться в скирту.

Продуктивність нового планетарного МСП з вібраційною декою (кг/с) залежить від конструктивних особливостей робочих органів, режимів їх роботи, зміни щільності матеріалу, що обмолочується, і опору хлібної маси при коливаннях деки та визначається із розробленої залежності:

, (1)

де м - коефіцієнт, що враховує заповнення простору між декою і ротором;

пбн - частота обертання ротора, хв-1;

пв - частота обертання вальців-сателітів, хв-1;

- математичне очікування щільності матеріалу, що обмолочується, кг/м3;

Кзг - коефіцієнт, що враховує спосіб завантаження;

Кб - коефіцієнт, що враховує кут нахилу ротора;

Кз - коефіцієнт, що враховує заповнення шнека-живильника хлібною масою;

rдб, rдм - відповідно, більший і менший внутрішній радіус деки, м;

rрб, rрм - відповідно, більший і менший радіус ротора, м;

rср - середній радіус ротора, м;

Мо - маса вальця, кг;

К - кількість вальців, шт;

l - відстань між центром обертання вальця і його миттєвим центром при обертальному русі, м;

бн - кутова швидкість ротора, с-1;

в - кутова швидкість вальця щодо його миттєвого центру, с-1;

т - маса порції хлібної маси, що доводиться на один біч, кг;

Uх - швидкість порції хлібної маси, м/с;

Кбіл - кількість бічів, шт;

Мбн - маса ротора, кг.

Ефективна робота вібраційної деки можлива лише при умові, коли її пропускна здатність по зерну вище пропускної здатності МСП в цілому. Пропускна здатність вібраційної деки по зерну, кг/с:

, (2)

де F - загальна площа сепарації деки, м2;

с - щільність маси матеріалу в деці, т/м3;

К1 - коефіцієнт, що враховує характер взаємодії матеріалу і деки;

К2 - коефіцієнт, що враховує вплив кута нахилу деки до горизонту на швидкості переміщення матеріалу;

Акд- амплітуда коливань деки, м;

nкш - частота коливань деки, с-1;

в - кут вібрації деки, град;

bот - ширина отвору деки, м;

lот - довжина отвору деки, м;

Lд - довжина деки, м.

Дб, Дм - відповідно, мінімальний і максимальний діаметр деки, м;

б - кут нахилу направляючої деки, град.

Амплітуда коливань деки в планетарному МСП визначається з виразу:

, (3)

де rкш- радіус кривошипу приводу деки, м;

КП - коефіцієнт, що враховує зміну висоти сегменту робочого сектора приводу деки в залежності від відносної швидкості кривошипу.

Припустивши, що відносна швидкість кривошипу дорівнює відносній швидкості зерна на деці, останню знайдемо з виразу (рис. 2):

, (4)

де m - маса зерна;

- вектор відносного прискорення зерна;

- вектор сили тяжіння;

- вектор нормальної реакції ротора;

- вектор нормальної реакції поверхні ротора;

- вектор сили тертя зерен пшениці об поверхню ротора;

- вектор сили тертя зерен пшениці об вальці;

- вектор центральної сили інерції;

- вектор сили Коріоліса.

Диференціальне рівняння відносного руху зерна пшениці в системі координат ху прийме вигляд:

,(5)

де f - коефіцієнт тертя зерна пшениці по поверхні ротора;

щбн - кутова швидкість ротора, с-1.

Вирішення даного рівняння дозволяє визначити відносну швидкість зерна пшениці в молотильній камері:

. (6)

Визначивши відносну швидкість зерна пшениці в молотильній камері, було отримано коефіцієнт КП, який дорівнює 0,12.

Далі з виразу (3) визначено раціональне значення амплітуди коливань деки в планетарному МСП, Акд = 4,1 мм.

Повна потужність, потрібна для приводу планетарного МСП з вібраційною декою, визначається з виразу:

Nо = kп · Nр + Nв + Nд + Nхр + Nхв + Nхд, (7)

де kп - коефіцієнт подолання інерції при пуску;

Nр - потужність, потрібна на транспортування маси ротором, кВт;

Nв - потужність, потрібна на обмолот хлібної маси вальцями, кВт;

Nд - потужність, потрібна для розшарування маси та розділення зерна і незернової частини врожаю, кВт;

Nхр - потужність, що витрачається на холостий хід шнека і ротора, кВт;

Nхв - потужність, що витрачається на холостий хід вальців, кВт;

Nхд - потужність, що витрачається на холостий хід деки, кВт.

, (8)

де q - подача хлібної маси, кг/с;

f - усереднене значення коефіцієнту тертя хлібної маси по ротору.

, (9)

де Дв - діаметр вальця, кг/с;

щв - кутова швидкість вальця, с-1.

, (10)

де щкш - кутова швидкість кривошипа, с-1;

LДК - величина ходу деки, м;

бД - універсальний коефіцієнт;

сст - щільність сталі, кг/м3;

ссз - щільність хлібної маси, кг/м3;

rдб-1, rдм-1 - відповідно, більший і менший зовнішній радіус деки, м.

Nхр = А·(124,007-0,008 щв) + В·(124,007-0,008 щв)3, (11)

де А, В - коефіцієнти опору від тертя в опорах ротора та лобового опору повітря, відповідно.

Потужність, що витрачається на холостий хід вальців, складає 15% від .

, (12)

За результатами розрахунків з виразу (1), (2) і (7) було побудовано теоретичну залежність пропускної здатності нового планетарного МСП, пропускної здатності деки, потужності потрібної для приводу робочих органів МСП та енергоємності процесу обмолоту пшениці від режимів роботи деки (рис. 3).

Проведені дослідження дозволили теоретично обґрунтувати основні конструктивно-технологічні параметри нового планетарного МСП з вібраційною декою та встановити, що для ефективного виконання технологічного процесу обмолоту пшениці решітно-планчаста дека повинна виконувати повздовжні коливання з амплітудою 3,9 - 4,1 мм, при цьому частота коливань ексцентрика деки не повинна перевищувати 125 хв-1, ширина отворів деки 0,010 м, довжина отворів деки 0,025 м, мінімальний та максимальний зазор на вході в молотильну камеру 0,018 м та 0,028 м, мінімальний та максимальний зазор на виході з молотильної камери 0,006 м та 0,010 м, відповідно, кут нахилу направляючої деки 10 град. При цьому пропускна здатність нового планетарного МСП з вібраційною декою становить 3,2-4,1 кг/с, пропускна здатність деки по зерну 6,2 - 6,7 кг/с, потужність, потрібна для приводу робочих органів МСП, 15,6 - 17,6 кВт та енергоємність процесу обмолоту 3,8 - 5,5 кВт·с/кг. Отримані інтервали основних конструктивно-технологічних параметрів нового планетарного МСП з вібраційною декою необхідно більш поглиблено дослідити експериментальними методами.

У третьому розділі «Програма та методика експериментальних досліджень планетарного МСП з вібраційною декою» наведено програму експериментальних досліджень, описано експериментальну установку та експериментальне обладнання, наведено методи проведення та обробки результатів експериментальних досліджень.

Програмою експериментальних досліджень передбачалося вивчення основних механіко-технологічних властивостей хлібної маси і її продуктів обмолоту, визначення якісних показників процесу обмолоту, таких як:

мікропошкодження, дроблення зерна, показника сходу вільним зерном та показника недомолоту від частоти обертання планетарного ротора, подачі хлібної маси в МСП, амплітуди коливань деки та частоти обертання кривошипу приводу деки.

Крім того, досліджено пропускну здатність планетарного МСП з вібраційною декою та витрати потужності на обмолот в залежності від подачі хлібної маси в МСП, амплітуди коливань деки та частоти обертання кривошипу приводу деки.

З метою проведення експериментальних досліджень у лабораторії кафедри експлуатації машинно-тракторного парку ЛНАУ було виготовлено експериментальну установку для визначення сили зв'язку зерна з колосом (рис. 4), в якій обробка результатів досліджень проводилась за допомогою ПЕОМ та експериментальний зразок планетарного МСП з вібраційною декою (рис. 5), конструкція якого забезпечує регулювання частоти обертання планетарного ротора, вальців-сателітів, частоти та амплітуди коливань деки, подачі хлібної маси на обмолот та фіксацію експериментальних даних за допомогою стандартного і спеціально виготовленого обладнання.

У четвертому розділі «Результати експериментальних досліджень» наведено результати проведених лабораторних експериментальних досліджень щодо визначення механіко-технологічних характеристик хлібної маси і її продуктів обмолоту, якісних показників процесу обмолоту (мікропошкоджень, дроблення зерна, показника сходу вільним зерном та показника недомолоту), пропускної здатності планетарного МСП з вібраційною декою та витрат потужності на обмолот пшениці.

Лабораторні експериментальні дослідження проводилися шляхом планування одно- та багатофакторних експериментів.

За результатами однофакторних експериментів було встановлено:

- коефіцієнти тертя продуктів обмолоту пшениці районованого сорту «Дріада 1» (остиста) по сталі складають: для зерна 0,40; для соломи 0,42; для колоса 0,45;

- робота необхідна для виділення одного зерна з колоса озимої пшениці сорту «Дріада 1» (остиста) складає 0,6 МДж, а мінімальна сила, яку необхідно прикласти до одного зерна для його відділення від колоса, 0,5 - 0,9 Н;

- раціональна частота обертання ротора МСП складає 600 хв-1;

- раціональна частота обертання ексцентрика деки 125 хв-1;

- раціональна амплітуда коливань деки 4 мм;

- показник дроблення зерна 0,9%;

- показник мікропошкоджень зерна 13%;

- показник недомолоту 0,6%;

- схід вільним зерном 1,6%;

- пропускна здатність планетарного МСП 3,8 кг/с.

При цьому питома енергоємність процесу обмолоту складає 3,7 кВт·с/кг.

Методом планування багатофакторного експерименту визначено фактори, які мають найбільший вплив на ефективність технологічного процесу обмолоту пшениці планетарним МСП з вібраційною декою: амплітуда коливань деки, частота обертання ексцентрика деки, подача хлібної маси на обмолот, а також два критерії оптимізації: енергоємність процесу обмолоту (ЭУ,) та показник мікропошкоджень (Ш).

При проведенні багатофакторного експерименту було реалізовано план Бокса-Бенкіна другого порядку та одержано математичні моделі у формі розкодованих рівнянь регресії, які адекватно описують технологічний процес обмолоту пшениці планетарним МСП з вібраційною декою:

- енергоємність процесу обмолоту:

ЭУ = 16,975000 - 0,887500·Акд + 0,103125·Акд2 - 0,120500 nкш + 0,000300 nкш2 -

- 2,175000·q + 0,150000 q2 + 0,002000·Акд·nкш - 0,050000·Акд·q + 0,010000 nкш·q; (13)

- показник мікропошкоджень:

Ш = 112,041667 - 8,458333·Акд + 0,854167·Акд 2 - 0,801667 nкш + 0,001867 nкш 2 -

- 16,583333·q +0,666667 q2 +0,005000·Акд·nкш + 0,250000·Акд·q + 0,080000 nкш·q. (14)

Для визначення конструктивно-технологічних параметрів планетарного МСП з вібраційною декою, які забезпечують мінімальну енергоємність процесу обмолоту при потрібній якості обмолоченого зерна, було виконано графоаналітичний аналіз математичних моделей (13-14) за допомогою двомірних перетинів та вирішено компромісну задачу шляхом накладення поверхонь відклику критеріїв оптимізації (рис. 6). У результаті отримано компромісні значення факторів, що мають найбільший вплив на ефективність технологічного процесу обмолоту пшениці планетарним МСП з вібраційною декою, а саме:

- амплітуда коливань деки 4,0 мм;

- частота обертання ексцентрика деки 130 хв-1;

- подача хлібної маси на обмолот 3,9 кг/с.

При компромісному поєднанні факторів показник мікропошкоджень зерна складає 11,9%, пропускна здатність МСП становить 3,9 кг/с, а питома енергоємність процесу обмолоту 3,7 кВт·с/кг.

Після вирішення компромісної задачі розбіжність результатів експериментальних і теоретичних досліджень дорівнює 2,5-9% (табл. 1).

Таблиця 1

Результати розрахунку розбіжності експериментальних і теоретичних досліджень

Найменування показника	Значення	Компромісна частота ексцентрика деки nкш = 130 мін-1
Пропускна спроможність МСУ q, кг/с	Теоретичне	4,00
	Експериментальне	3,90
	Розбіжність %	2,50
Витрати потужності на обмолот Nр, кВт	Теоретичне	15,6
	Експериментальне	14,1
	Розбіжність %	9,0
Енергоємність процесу обмолоту ЭУ, кВт·с/кг	Теоретичне	3,90
	Експериментальне	3,62
	Розбіжність %	7,1
Амплітуда коливань деки Акд, мм	Теоретичне	4,10
	Експериментальне	4,00
	Розбіжність %	2,50

У п'ятому розділі «Техніко-економічне обґрунтування ефективності застосування планетарного МСП з вібраційною декою та оцінка його конкурентоспроможності» наведено результати визначення техніко-економічних показників застосування нового МСП в селекційному зернозбиральному комбайні SAMPO SR 2010 та використання його в вітчизняних господарствах.

Застосування нового планетарного МСП з вібраційною декою в селекційному комбайні SAMPO SR 2010 дозволяє отримати річний економічний ефект 470915,6 грн, а термін окупності капітальних вкладень складає 1,5 року. Річний економічний ефект досягається за рахунок зниження енергоємності процесу обмолоту і підвищення продуктивності комбайна при відповідності показників якості обмолоченого зерна агротехнічним вимогам. Коефіцієнт конкурентоспроможності комбайна SAMPO SR 2010 з планетарним МСП становить К=1,35.

Рекомендації по використанню нового МСП передані керівництву Головного управління агропромислового розвитку Луганської облдержадміністрації, керівництву ТОВ «ТЕХНАУКА» (сел. Тепличне Луганської області), а також керівництву СТОВ «Агродар» (с. Лиман Старобільського району Луганської області).

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

На підставі проведених досліджень виявлена необхідність в розробці планетарного МСП з вібраційною декою, здатного ефективно (з мінімальними витратами енергії, максимальною продуктивністю і мінімальною кількістю втрат і пошкоджень зерна) проводити обмолот пшениці, у тому числі і селекційної. Крім того, доказано, що підвищення ефективності процесу обмолоту досягається за рахунок забезпечення хлібній масі вібрації в радіальному і осьовому напрямі, що приводить до кращого перемішування шарів маси, яка обмолочується, і її транспортування в молотильній камері.

Вдосконалена класифікація існуючих конструкцій МСП, а також виявлено фактори із використанням методів системного аналізу, які впливають на втрати зерна пшениці при її збиранні і обмолоті, що дозволило розробити доцільну конструктивно-технологічну схему нового планетарного МСП з вібраційною декою.

Розроблено математичні моделі (1), (2), (3), (6), (8), (9), (10), (11), (12) (13) і (14), що дозволяють визначити раціональні конструктивно-технологічні параметри нового планетарного МСП з вібраційною декою.

Експериментально-теоретичними дослідженнями встановлені раціональні значення конструктивно-технологічних параметрів нового планетарного МСУ з вібраційною декою: частота обертання ротора 600 хв-1, частота обертання планетарних вальців 1275 хв-1, амплітуда коливань деки 4,0 мм, частота обертання ексцентрика деки 125 хв-1, подача хлібної маси на обмолот 3,9 кг/с, довжина і ширина отворів деки 0,010 і 0,025 м, відповідно, максимальний і мінімальний зазор на вході в молотильну камеру 0,018 і 0,028 м, відповідно, максимальний і мінімальний зазор на виході із молотильної камери 0,006 і 0,010 м, відповідно. При вищенаведених конструктивно-технологічних параметрах планетарного МСП з вібраційною декою, основні з яких визначено за допомогою методів оптимізації, отримано наступні показники: дроблення зерна 0,9%, мікропошкодження зерна 11,9%, недомолот 0,6%, схід вільним зерном 1,6%, питома енергоємність процесу обмолоту 3,62 кВт·с/кг, пропускна здатність 3,9 кг/с.

Результати експериментальних досліджень підтвердили теоретичні передпосилання по дослідженню технологічного процесу обмолоту озимої пшениці новим МСП. Розбіжність результатів експериментальних і теоретичних досліджень на встановлених раціональних режимах обмолоту складає 2,5-9,0%.

Різниця узагальнених коефіцієнтів відстані до цілі планетарного МСП з вібраційною і пасивною декою показує дев'ятивідсоткове підвищення ефективності процесу обмолоту при використанні активної деки. Застосування нового планетарного МСП з вібраційною декою в селекційному комбайні SAMPO SR 2010 дозволяє отримає річний економічний ефект 470915,6 грн, а термін окупності капітальних вкладень складе 1,5 року. Коефіцієнт конкурентоспроможності комбайна SAMPO SR 2010 з планетарним МСП становить К=1,35.

Розроблено рекомендації з ефективного використання планетарного МСП з вібраційною декою у виробництві, які передано керівництву передових сільськогосподарських підприємств Луганської області.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Колесников В.А. Пути совершенствования процесса обмолота зерновых культур для семеноводства / В.А. Колесников, С.М.Соболев // Збірник наук. праць ЛДАУ / Технічні науки. - Луганськ: Вид-во ЛДАУ, 2000. - №6/17. - С.127-130.

2. Колесников В.А. Влияние опережения вращения в молотильной камере на качественные показатели работы МСУ дифференцированного обмолота / В.А. Колесников, С.М. Соболев // Збірник наук. праць ЛДАУ / Технічні науки. - Луганськ: Вид-во ЛДАУ, 2000. - №6/17. - С. 131-134.

3. Колесников В.А. Обоснование параметров питателя молотильно-сепарирующего устройства дифференцированного обмолота / В.А. Колесников, С.М. Соболев // Збірник наук. праць ЛДАУ / Технічні науки. - Луганськ: Вид-во ЛДАУ, 2001 - № 10(22). - С. 152-155.

4. Колесников В.А. Моделирование влияния параметров МСУ дифференцированного воздействия на качественные и энергетические показатели обмолота / В.А. Колесников, С.М. Соболев // Збірник наук. праць ЛНАУ / Технічні науки. - Луганськ: Вид-во ЛНАУ, 2002. - №17(29). - С.87-93.

5. Соболев С.М. К обоснованию выбора режима виброколебаний деки в молотильно-сепарирующем устройстве / С.М. Соболев // Збірник наук. праць КДАТУ / Технічні науки. - Сімферополь: Вид-во КДАТУ, 2006. - С. 43-46.

6. Колесников В.А. Определение кинематических характеристик механизма привода подбарабанья в молотильном устройстве / В.А. Колесников, С.М.Соболев, Н.А. Гойденко // Збірник наук. праць ЛНАУ / Технічні науки. - Луганськ: Вид-во ЛНАУ, 2005. №49 (72) - С. 139-143.

7. Колесников В.А. Универсальная стационарно-передвижная молотилка УСПМ-3,5 / В.А. Колесников, С.В. Колесникова, С.М. Соболев // Збірник наук. праць ЛНАУ / Технічні науки. - Луганськ: Вид-во ЛНАУ, 2006. №65 (88) - С. 120-124.

8. Соболев С.М. Теоретические основы вибросепарации при дифференцированном обмолоте зерновых культур / С.М. Соболев, В.А. Колесников // Збірник наук. праць ЛНАУ / Технічні науки. - Луганськ: Вид-во ЛНАУ, 2008. №91 - С. 250-258.

9. Соболев С.М. Результаты экспериментальных исследований при обмолоте озимой пшеницы в молотильно-сепарирующем устройстве с вибрационной декой / С.М. Соболев // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету - Вип. 9, том 1. - Мелітополь: ТДАТУ, 2009. - С. 44-48.

10. Колесников В.А. Оптимизация параметров технологического процесса молотильно-сепарирующего устройства дифференцированного действия с активной декой / В.А. Колесников, Д.Н. Бахарев, С.М. Соболев // Науковий вісник праць ЛНАУ, Технічні науки. № 3. - Луганськ: Вид-во ЛНАУ, 2009. - С. 100-108.

11. Соболев С.М. К определению производительности молотильно-сепарирующего устройства (МСУ) / С.М. Соболев // Науковий вісник праць ЛНАУ, Технічні науки. - Луганськ, Вид-во ЛНАУ. - 2009. - № 2. - С. 200-205.

12. Соболев С.М. Определение затрат мощности на обмолот пшеницы планетарным молотильно-сепарирующим устройством / С.М. Соболев // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. - Харків, Вид-во ХНТУСГ. - 2010. - № 95. - С.18 - 23.

13. Пат. 18457 Украина МПК А 01 F 12/8. Молотильно-сепарирующее устройство / В.А. Колесников, С.М. Соболев - заявл. 20.04.2006 ; опубл. 15.11.2006, Бюл. № 11.

АНОТАЦІЯ

пшениця обмолот зерно мікропошкодження

Соболев С.М. Підвищення ефективності технологічного процесу обмолоту пшениці планетарним молотильно-сепаруючим пристроєм. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Луганський національний аграрний університет, Луганськ, 2010.

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності технологічного процесу обмолоту пшениці, у тому числі і селекційної.

На підставі проведеного аналізу машин та обладнання для обмолоту пшениці та вивчення існуючих наукових робіт виявлена необхідність в розробці планетарного МСП з вібраційною декою, здатного ефективно (з мінімальними витратами енергії, максимальною продуктивністю і мінімальною кількістю втрат і пошкоджень зерна) проводити обмолот пшениці, у тому числі і селекційної.

Вдосконалено класифікацію існуючих конструкцій МСП, що дозволило розробити доцільну КТС нового планетарного МСП з вібраційною декою. Дека нового планетарного МСП створює повздовжню вібрацію хлібної маси, що обмолочується. Це при сумісній дії з періодичним ударним навантаженням вальців планетарного ротора та транспортуючою силою живильного шнека дозволяє ефективно перемішувати шари хлібної маси та своєчасно виводити обмолочене зерно з молотильної камери.

Проведено теоретичні дослідження, на підставі яких одержано нові математичні залежності, що адекватно описують технологічний процес обмолоту пшениці планетарним МСП з вібраційною декою. Для підтвердження адекватності розроблених математичних моделей було проведено однофакторні експерименти та виконано оптимізацію технологічного процесу обмолоту пшениці новим планетарним МСП з вібраційною декою. Це дозволило отримати регресійні залежності енергоємності процесу обмолоту та показника мікропошкоджень зерна, вирішити компромісну задачу та отримати раціональні значення конструктивно-технологічних параметрів нового МСП, які дозволяють проводити обмолот пшениці з мінімальною енергоємністю та регламентованим агротехнічними вимогами показником мікропошкоджень зерна.

Отримані результати дозволили розробити конструкцію нового планетарного МСП з вібраційною декою, ефективність якого перевірено в лабораторних і виробничих умовах, та запропонувати пакет відповідних рекомендацій щодо його експлуатації, який передано передовим сільськогосподарським підприємствам Луганської області.

Ключові слова: обмолот пшениці, технологічний процес, вібраційна дека, ефективність, енергоємність, якість.

АННОТАЦИЯ

Соболев С.М. Повышение эффективности технологического процесса обмолота пшеницы планетарным молотильно-сепарирующим устройством. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Луганский национальный аграрный университет, Луганск, 2010.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности технологического процесса обмолота пшеницы, в том числе и селекционной.

На основании проведенного анализа выявлена необходимость в разработке планетарного МСУ с вибрационной декой, способного эффективно (с минимальными затратами энергии, максимальной производительностью, и минимальным количеством потерь и повреждений зерна) проводить обмолот пшеницы, в том числе и селекционной.

Усовершенствованна классификация существующих конструкций МСУ. Разработана КТС нового планетарного МСУ с вибрационной декой обеспечивающей продольную вибрацию обмолачиваемой хлебной массы, что при совместимом действии ударной нагрузки вальцов ротора и транспортирующей силы питающего шнека позволяет эффективно перемешивать слои хлебной массы и своевременно выводить обмолоченное зерно из молотильной камеры.

Проведены теоретические исследования, на основании которых получены новые математические зависимости, адекватно описывающие технологический процесс обмолота пшеницы планетарным МСУ с вибрационной декой. Для подтверждения адекватности разработанных в результате теоретических исследований математических моделей были проведены однофакторные эксперименты и выполнена оптимизация технологического процесса обмолота. В результате экспериментов получены регрессионные зависимости критериев оптимизации, а именно энергоемкости процесса обмолота и показателя микроповреждений зерна. При обмолоте селекционной пшеницы полученные критерии оптимизации равнозначны. Однако каждый критерий оптимизации имеет свои оптимальные значения действующих факторов, что привело к необходимости решения компромиссной задачи. В результате решения компромиссной задачи получены рациональные значения конструктивно-технологических параметров нового МСУ, которые позволяют проводить обмолот пшеницы с минимальной энергоемкостью и регламентированным агротехническими требованиями показателем микроповреждений зерна.

Полученные результаты позволили разработать конструкцию нового планетарного МСУ с вибрационной декой, эффективность которого проверена в лабораторных и производственных условиях. Для обеспечения эффективного использования нового МСУ в производстве разработан пакет соответствующих рекомендаций, который передан руководству передовых сельскохозяйственных предприятий Луганской области.

Ключевые слова: обмолот пшеницы, технологический процесс, вибрационная дека, эффективность, энергоемкость, качество.

ANNOTATION

S.M. Sobolev. Raising the efficiency of wheat threshing process technology with a planetary threshing and separating device. Manuscript.

Dissertation paper for a Candidate of Technical Sciences Degree on Specialty 05.05.11 - Machines and facilities for mechanization of farm production. Luhansk National Agrarian University, Luhansk, 2010.

The dissertation paper is devoted to the concerning raising the efficiency of wheat threshing process technology and wheat selected varieties as well.

The necessity to develop the planetary ТSD with a vibration threshing drum concave able to perform efficiently wheat threshing and wheat selected varieties (with minimum of power use and maximal productivity and minimal grain losses and damages) was stated on the basis of available threshing machines and devices analysis and advanced scientific studies.

The improvement of available ТSD designs classification resulted in developing a reasonable constructive and technological system of a new ТSD with a vibrating threshing drum concave forcing the unthreshed grain the design of a new planetary ТSD with a vibration threshin drum concave expedience and efficiency of which was tested under laboratory and field conditions. To provide effective use of a new ТSD in the process of production proper recommendations are worked out for the advanced agricultural enterprises of Luhansk region.

Key words: threshing of wheat; technological process; vibrating threshing drum concave; efficiency; power use; quality.

Размещено на Allbest.ru