Моделирование работы зерноуборочного комбайна

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Моделирование работы зерноуборочного комбайна

С. В. Тронев

Целью исследований являлось составление математической модели зерноуборочного комбайна, представленной в виде связанных графов потоков: зерна и колоса, позволяющей определить рабочие органы, нарушающие принцип гармоничности конструкции машины. Описание принципа гармоничности конструкции машины произведено с применением структурной составляющей математической модели, представленной в виде связанного графа. Из анализа связанных графов следует, что локальная зона жатвенной части содержит разрезы с одним рабочим органом, а локальные зоны молотилки имеют разрезы с двумя и более рабочими органами, а также содержат простые циклы. У рабочих органов жатвенной части зерноуборочного комбайна признаком реализации принципа гармоничности конструкции является равенство параметра управляемого потока (подачи) расчетному значению показателя рабочего органа (производительности), когда по цепи неуправляемого потока протекает нулевой поток. При исследовании рабочих органов молотилки необходимо исключить влияние циркуляционного потока на технологический процесс, а при отсутствии значений показателя (производительности) и/или параметра управляемого потока (подачи) применить формальные признаки. При полевых исследованиях рабочих органов системы очистки зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» установлено, что циркуляционный поток по простым циклам способствует нарушению принципа гармоничности конструкции, а серийная конструкция распределительного шнека способствует снижению приведенной подачи в молотилку зерноуборочного комбайна. Применение новой конструкции распределительного шнека позволило повысить приведенную подачу в молотилку на уборке озимой пшеницы и ячменя на 7-8 %.

Ключевые слова: математическая модель, гармоничность конструкции, зерноуборочный комбайн, связанный граф, критерий эффективности.

S. V. Tronev, A. I. Ryadnov

Volgograd State Agrarian University, Volgograd, Russian Federation

SIMULATION OF REAPER THRESHER OPERATION

The purpose of research was to compile a mathematical model of a reaper thresher in the form of connected graphs of flows: grain and head, allowing to determine the working elements violating the principle of machine's design harmonicity. The description of the principle of machine design harmonicity is made using the mathematical model constituent presented in the form of a connected graph. From the analysis of connected graphs it follows that the local zone of the harvesting section contains cuts with one working element, and the local zones of the thresher have cuts with two or more working elements, and also contain simple cycles. The symptom of realization of harmonicity principle in working elements of the harvesting part of a reaper thresher is the equality of a parameter of the controlled flow (feed) to the calculated value of the indicator of the working element (capacity), when a zero flux flows through the uncontrolled flow chain. When examining the working elements of the thresher it is necessary to exclude the influence of the circulation flow on the technological process, and in the absence of indicator values (efficiency) and / or controlled flow parameter (feed), to apply formal characteristics. In the field study of the working elements of the cleanup system of the RSM-142 “ACROS-530” reaper thresher it is determined that the circulation flow through simple cycles contributes to the violation of the harmonicity construction principle, and the mass-produced design of the distribution auger helps to reduce the given feed into the grinder of the combine. The use of a new design of a distributive auger allowed increasing the given feed to thresher during winter wheat and barley harvesting by 7-8 %.

Key words: mathematical model, design harmony, reaper thresher, connected graph, performance criterion.

Об эффективности использования зерноуборочного комбайна можно судить по реализации свойств, заложенных в конструкцию машины. Основой конструирования любой модели зерноуборочного комбайна является принцип гармоничности конструкции машины или ее главной составляющей - пропорциональное сочетание параметров всех элементов машины, исходя из заданных показателей по производительности и качеству работы [1]. Степень реализации свойств машины определяется по показателям эксплуатационно-технологической оценки: производительность в тоннах зерна за 1 ч основного времени, общие потери зерна и качество зерна в бункере комбайна [2].

Материалы и методы. Количественную информацию о реализации свойств зерноуборочного комбайна по показателям эксплуатационно-технологической оценки можно получить либо экспериментально в условиях эксплуатации [3], либо расчетным способом, используя определенную математическую модель [4-6].

Однако аппроксимативные, регрессионные и вероятностные математические модели являются сложными для описания принципа гармоничности конструкции машины. Возможно упростить описание сложной системы за счет применения структурной составляющей математической модели, представленной в виде связанного графа [7, 8].

Составим связанные графы потока зерна и колоса зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530», т. к. основным компонентом показателей эксплуатационно-технологической оценки является зерно, а колос учитывается при определении общих потерь зерна комбайном [2].

Зерно на неубранном участке назовем входом связанного графа и обозначим Рs1, а зерно в бункере комбайна - выходом и обозначим Рv1 (Р23). Колос на стебле неубранного участка назовем входом сети и обозначим Рs2, а обмолоченный колос после домолачивающего устройства - выходом и обозначим Рv2. Управляемые потоки на рабочих органах Рi зерноуборочного комбайна покажем линиями ------, неуправляемые потоки - линиями · · ? · · ? · · ? и обозначим дугами Дi. Параметром управляемого и неуправляемого потока является подача зерна и колоса, а показателем

i-го рабочего органа зерноуборочного комбайна - производительность, которую обозначим:

-  - максимальная величина потока зерна, который может пропустить комбайн через этот рабочий орган без возникновения неуправляемого потока;

-  - максимальная величина потока колоса, который может пропустить комбайн через этот рабочий орган без возникновения неуправляемого потока.

Связанные графы потоков: зерна R1 = (X, Г) и колоса R2 = (X, Г) -на рабочих органах зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» с измельчителем-разбрасывателем с учетом управляемых и неуправляемых потоков представлены на рисунках 1 и 2.

Результаты и обсуждения. На связанном графе потока зерна R1 = (X, Г) зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» (рисунок 1) обозначим разрезы пунктирными линиями и разобьем соседние разрезы на локальные зоны с учетом узлов и систем зерноуборочного комбайна:

I зона - жатвенная часть с разрезами: , , , , , , .

II зона - молотильный аппарат и соломотряс с разрезами: , , ,

.

III зона - система очистки с разрезами: ,

, , .

IV зона - транспортирующие устройства с разрезами: , , .

РS1 - вход связанного графа; Рv1 - выход связанного графа; Р1 - мотовило; Р2 - режущий аппарат; Р3 - шнек жатки; Р4 - пальчиковый механизм шнека; Р5 - битер; Р6 - транспортер цепной; Р7 -молотильный барабан; Р8 - решетчатая дека; Р9 - отбойный битер; Р10 - соломотряс; Р11 - измельчитель-разбрасыватель; Р12 - доска стрясная; Р13 - верхнее решето очистки; Р14 - удлинитель верхнего решета;

Р15 - нижнее решето очистки; Р16 - шнек зерновой; Р17 - элеватор зерновой;

Р18 - шнек загрузочный; Р19 - шнек колосовой; Р20 - элеватор колосовой;

Р21 - устройство домолачивающее; Р22 - шнек распределительный; Р23 - бункер

Рисунок 1 - Связанный граф потока зерна на рабочих органах зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» с учетом управляемых и неуправляемых потоков

РS2 - вход сети; Рv2 ? выход сети; Р1 - мотовило; Р2 - режущий аппарат; Р3 - шнек жатки; Р4 - пальчиковый механизм шнека; Р5 - битер; Р6 - транспортер цепной;

Р7 - молотильный барабан; Р8 - решетчатая дека; Р9 - отбойный битер;

Р10 - соломотряс; Р11 - измельчитель-разбрасыватель; Р12 - доска стрясная;

Р13 - верхнее решето очистки; Р14 - удлинитель верхнего решета; Р15 - нижнее решето очистки; Р16 - шнек зерновой; Р17 - элеватор зерновой; Р18 - шнек загрузочный;

Р19 - шнек колосовой; Р20 - элеватор колосовой; Р21 - домолачивающее устройство;

Р22 -распределительный шнек; Р23 - бункер

Рисунок 2 - Связанный граф потока колоса на рабочих органах зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» с учетом управляемых и неуправляемых потоков

На связанном графе потока колоса R2 = (X, Г) зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» (рисунок 2) обозначим разрезы пунктирными линиями и разобьем соседние разрезы на локальные зоны с учетом узлов и систем зерноуборочного комбайна:

I зона - жатвенная часть с разрезами: , , , , , , .

II зона - молотильный аппарат и соломотряс с разрезами: , , ,

.

III зона - система очистки с разрезами: ,

, .

IV зона - транспортирующие устройства с разрезами: , , .

V зона - домолачивающее устройство с распределительным шнеком с разрезами: , .

На связанном графе потока зерна R1 = (X, Г) зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» (рисунок 1) выделим простые цепи управляемых потоков:

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д812, Д1213, Д1315, Д1516, Д1617, Д1718, Д18v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д912, Д1213, Д1315, Д1516, Д1617, Д1718, Д18v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д910, Д1012, Д1213, Д1315, Д1516, Д1617, Д1718, Д18v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д812, Д1213, Д1314, Д1415, Д1516, Д1617, Д1718, Д18v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д912, Д1213, Д1314, Д1415, Д1516, Д1617, Д1718, Д18v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д910, Д1012, Д1213, Д1314, Д1415, Д1516, Д1617, Д1718, Д18v1].

На связанном графе потока зерна R1 = (X, Г) зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» с измельчителем-разбрасывателем (рисунок 1) выделим простые цепи неуправляемых потоков:

= [ДS11, Д1v1];

= [ДS11, Д12, Д2v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д3v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д910, Д1011, Д11v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д812, Д1213, Д1314, Д14v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д912, Д1213, Д1314, Д14v1];

= [ДS11, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д910, Д1012, Д1213, Д1314, Д14v1].

На связанном графе потока зерна R1 = (X, Г) зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» с измельчителем-разбрасывателем (рисунок 1) выделим простые циклы :

= [Д1213, Д1315, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д2212];

= [Д1213, Д1314, Д1415, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д2212].

На связанном графе потока колоса R2 = (X, Г) зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» с измельчителем-разбрасывателем (рисунок 2) выделим простые цепи управляемых потоков:

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д812, Д1213, Д1315, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д22v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д912, Д1213, Д1315, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д22v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д910, Д1012, Д1213, Д1315, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д22v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д812, Д1213, Д1314, Д1415, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д22v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д912, Д1213, Д1314, Д1415, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д22v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д910, Д1012, Д1213, Д1314, Д1415, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д22v2].

На связанном графе потока колоса R2 = (X, Г) зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» с измельчителем-разбрасывателем (рисунок 2) выделим простые цепи неуправляемых потоков:

= [ДS21, Д1v2];

= [ДS21, Д12, Д2v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д3v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д910, Д1011, Д11v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д812, Д1213, Д1314, Д1416, Д1617, Д1718, Д1823, Д23v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д912, Д1213, Д1314, Д1416, Д1617, Д1718, Д1823, Д23v2];

= [ДS21, Д12, Д23, Д34, Д45, Д56, Д67, Д78, Д89, Д910, Д1012, Д1213, Д1314, Д1416, Д1617, Д1718, Д1823, Д23v2].

На связанном графе потока колоса R2 = (X, Г) зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» с измельчителем-разбрасывателем (рисунок 2) выделим простые циклы :

= [Д1213, Д1315, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д2212];

= [Д1213, Д1314, Д1415, Д1519, Д1920, Д2021, Д2122, Д2212].

Из связанных графов потоков: зерна и колоса с учетом управляемых и неуправляемых потоков - следует, что локальная зона жатвенной части содержит разрезы с одним рабочим органом, а локальные зоны молотилки зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530» имеют разрезы с двумя и более рабочими органами, а также содержат простые циклы.

Если значение параметра управляемого потока (подачи) равно расчетному значению показателя рабочего органа (производительности), то по цепи неуправляемого потока протекает нулевой поток. Соответственно данный рабочий орган реализует принцип гармоничности конструкции или ее главную составляющую - пропорциональное сочетание параметров всех элементов машины, исходя из заданных показателей по производительности и качеству работы. Данный признак может использоваться для исследования рабочих органов жатвенной части зерноуборочного комбайна.

Сложность исследования рабочих органов молотилки обусловлена наличием в разрезах двух и более рабочих органов, а также циркуляционный поток по простым циклам. Соответственно необходимо исключить влияние циркуляционного потока на технологический процесс и использовать теорему теории графов о максимальном потоке и минимальном разрезе [9].

При отсутствии значений показателя i-го рабочего органа молотилки и/или параметра управляемого потока применяются формальные признаки исследования рабочего органа.

Если значение теоретического показателя рабочего органа меньше параметра управляемого потока, то, в силу условия сохранения потока по дуге неуправляемого потока, проходит компонент хлебной массы

(зерно или колос), выравнивающий этот поток. Формальным признаком исследования рабочего органа будет увеличение потока компонента хлебной массы по дуге неуправляемого потока от циркуляционного потока по простым циклам.

Если значение теоретического показателя больше экспериментального параметра технологического потока, то, в силу условия сохранения потока по дуге неуправляемого потока рабочего органа, проходит нулевой поток. Формальным признаком исследования рабочего органа будет отсутствие потока компонента хлебной массы (зерно или колос) по дуге неуправляемого потока от циркуляционного потока по простым циклам.

С помощью формальных признаков исследуем рабочие органы молотилки, входящие в систему очистки, на реализацию принципа гармоничности конструкции или ее главной составляющей - пропорциональное сочетание параметров всех элементов машины, исходя из заданных показателей по производительности и качеству работы.

Из связанных графов потоков: зерна R1 = (X, Г) и колоса R2 = (X, Г) - следует, что на величину параметра неуправляемого потока (подачу) оказывают влияние показатель (производительность) рабочего органа системы очистки, а также циркуляционный поток по простым циклам. Исследуем рабочие органы системы очистки по формальному признаку и оценим влияние конструкции распределительного шнека на потери зерна за молотилкой через критерий эффективности.

Критерий эффективности распределительного шнека равен:

, (1)

комбайн шнек конструкция

где и - соответственно приведенная подача хлебной массы в молотилку зерноуборочного комбайна (уровень потерь зерна 1,5 %) с учетом и без учета циркуляционных потоков, кг/с.

Для снижения потерь зерна за молотилкой предложено уменьшить неравномерность загрузки рабочих органов, применив новую конструкцию распределительного шнека [10].

Теоретическая пропускная способность зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530», рассчитанная по методике ГНУ ВИМ [11], составляет 9,7 кг/с.

Приведенная подача в молотилку зерноуборочного комбайна

РСМ-142 «ACROS-530», полученная в результате испытания серийной и новой конструкции распределительного шнека, представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Приведенная подача в молотилку зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530»

В кг/с

Выводы

Из данных таблицы 1 следует, что приведенная подача хлебной массы в молотилку (уровень потерь зерна 1,5 %) без циркуляционного потока практически равна теоретической пропускной способности зерноуборочного комбайна РСМ-142 «ACROS-530», а с циркуляционным потоком она меньше. Соответственно циркуляционный поток по простым циклам способствует нарушению принципа гармоничности конструкции или ее главной составляющей - пропорциональное сочетание параметров всех элементов машины, исходя из заданных показателей по производительности и качеству работы.

В соответствии с формулой (1) и данными таблицы 1 можно утверждать, что серийная конструкция распределительного шнека способствует снижению приведенной подачи в молотилку зерноуборочного комбайна. При этом применение новой конструкции распределительного шнека позволило повысить приведенную подачу на уборке озимой пшеницы и ячменя на 7-8 %, а критерий эффективности увеличился на уборке озимой пшеницы с 0,89 до 0,97 и ячменя ? с 0,88 до 0,96.

Список использованных источников

1 Жалнин, Э. В. Расчет основных параметров зерноуборочных комбайнов с использованием принципа гармоничности их конструкции / Э. В. Жалнин. - М.: ВИМ, 2011. - 101 с.

2 ГОСТ 28301-2015 Комбайны зерноуборочные. Методы испытаний / Новокубанский филиал ФГБНУ «Росинфорагротех» (КубНИИТиМ). - М.: Стандартинформ, 2016. - 33 с.

3 Сравнительные испытания сельскохозяйственной техники: науч. изд. - М.: Росинформагротех, 2013. - 416 с.

4 Бердышев, В. Е. Оптимизация конструктивно-технологических параметров «классической» молотильно-сепарирующей системы зерноуборочного комбайна / В. Е. Бердышев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 3(27). - С. 175-178.

5 Жалнин, Э. В. Поэтапное моделирование работы зерноуборочных машин / Э. В. Жалнин // Технология комбайновой уборки зерновых культур: сб. науч. тр. ВИМ. - М., 1983. - Т. 97. - С. 3-28.

6 Федоренко, В. Ф. Применение теории сигнальных графов при оптимизации технологических процессов уборочных машин / В. Ф. Федоренко // Информационные технологии, информационные измерительные системы и приборы в исследовании сельскохозяйственных процессов: материалы Междунар. науч.-практ. конф. «АГРОИНФО-2003» (Новосибирск, 22-23 октября 2003 г.) / РАСХН. Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 2003. - Ч. 1. - С. 148-152.

7 Крюков, Л. Ю. Математическое моделирование процессов в машиностроении: учеб. пособие / А. Ю. Крюков, Б. Ф. Потапов. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. - 322 с.

8 Комиссаров, Ю. А. Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов: учеб. пособие для вузов / Ю. А. Комиссаров, Л. С. Гордеев, Д. П. Вент. - М.: Химия, 1997. - 368 с.

9 Форд, Л. Р. Потоки в сетях / Л. Р. Форд, Д. Р. Фалкерсон; перевод с англ. И. А. Вайнштейна. - М.: Изд-во «Мир», 1966. - 276 с.

10 Очистка зерноуборочного комбайна: пат. 2486745 Рос. Федерация: МПК6 А 01 F 12/44, А 01 F 12/52 / Ряднов А. И., Тронев С. В., Скворцов И. П.; заявитель и па-тентообладатель ФГБОУ ВПО Волгоградская гос. с.-х. акад. - № 2011147028/13; заявл. 18.11.11; опубл. 10.07.13, Бюл. № 19. - 6 с.: ил.

11 Жалнин, Э. В. Среднестатистическая пропускная способность зерноуборочных комбайнов / Э. В. Жалнин, А. А. Баранов, М. Сулейманов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1997. - № 8. - С. 25-27.

Размещено на Allbest.ru