JUSTIFICATION OF THE REGULARITIES CHARACTERIZING THE PROCESS OF DIRECT HARVESTING OF CEREALS WITH THE FORMATION OF A HIGH-STEEP WEDGE IN THE HARVESTER TRACK


Cite item

Abstract

The article deals with the process of direct combining of grain crops with the formation of a high-steep wedge in the track of the combine. The scheme of differentiation of the stubble height along the width of harvester of combine threshing during harvesting of grain crops by direct combining is given. Regularities characterizing the change in the threshing capacity and working speed of the combine harvester, depending on the technological properties of grain crops, are presented. A relationship is revealed between the height of the stubble, the loss of grain behind the combine and the straw content of the bread mass. Graphical interpretation of these dependencies shows that the loss of grain behind the combine can be reduced by changing the straw content of the bread mass by increasing the cutting height of productive plants during the harvesting of cereals. The maximum allowable height of stubble in the track of the combine is substantiated, the limiting value of which is determined by the height of the stalk of cereals during harvesting by direct combining. In addition, the relationship between the maximum permissible height of stubble in the harvester track and the parameters characterizing the kinematic regime of the header, the height of the knife setting and the stalk of grain crops was revealed. With direct combining, the working speed of the combine is determined not only by the rational loading of the thresher, but also by ensuring the required quality of grain mowing, on which the loss of grain due to the header is dependent. Proceeding from this situation in the course of theoretical research, regularities that characterize changes in the maximum permissible stubble height during harvesting of grain crops by direct combining with the formation of a high-steep wedge in the track of the combine are obtained. The correlation between the straw capacity of grain, the technical and operational parameters, the operating conditions of the combine and header, and the technological properties of cereals is determined. On the basis of the analytical dependencies characterizing the change in grain losses behind the combine from the parameters of the straw content of the bread mass and the height of the stubble of cereal crops, a system of equations was obtained by means of which the relationship between the height of the stubble of cereals and the straw capacity of the bread mass was determined. Theoretical studies substantiate the relationship between the technological parameters of stubble crops and the operational parameters of the combine and header. The obtained regularities testify to the complex character of the course of the harvesting process of grain crops with the formation of a high-steep wedge in the track of the combine.

Full Text

Введение В последнее время как практика, так и наука [1-5] обращают внимание на ресурсосбережение в технологиях возделывания зерновых культур за счет биологизации земледелия, направленного на сохранение плодородия и водных ресурсов почвы, повышение урожайности и сокращение ресурсных затрат. Одним из способов в данном направлении является применение в период уборки зерновых культур прямого комбайнирования с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна. Цель исследования Установление закономерностей, характеризующих взаимосвязь между конструктивными, эксплуатационными и технологическими параметрами зерновых культур и комбайна и жатки. Материалы и методы исследования Исследования базируются на общепринятых методических положениях общелогического метода и математического анализа. В процессе исследования решали следующие задачи: выявление закономерностей, характеризующих изменение эксплуатационных параметров комбайна в зависимости от конструктивных параметров жатки и технологических свойств зерновых культур; выявление закономерностей, характеризующих изменение параметров стерни при прямом комбайни-ровании зерновых культур. Результаты исследования и их обсуждение (1) V т гк ''см При уборке зерновых прямым комбайни-рованием часовая производительность (га/ч) машины составит [2-6]: W„ = 0,36 Д., где Дж - ширина захвата жатки, м; Vk - рабочая скорость комбайна, м/с; т - коэффициент, учитывающий потери времени по технологическим причинам. q Составляющая Дж, приведенная в выражении (1), может быть определена из уравнения [5-6]: 1 (2) 1 vkv, с У где q - пропускная способность молотилки, кг/с; У3 - урожайность зерновых культур, кг/м2; 8с - коэффициент, характеризующий со-ломистость хлебной массы. 1 Пропускная способность молотилки q комбайна зависит от наличия в хлебной массе продуктивных и непродуктивных растений и изменяется с учетом этого по выражению [5-6]: 1 (3) ( q = 0,6 qп где qii - паспортная пропускная способность молотилки, кг/с; е - коэффициент, характеризующий засоренность хлебной массы; г - коэффициент, учитывающий влияние колебаний подачи хлебной массы на пропускную способность молотилки. 1 На основе уравнений (2) и (3) после всех преобразований получим, что [7, 8]: 1 г ( 0,6 q (4) 1 с J Из выражения (4) видно, что при Вж = const и пропускной способности молотилки комбайна qп рабочая скорость машины V зависит от технологических свойств зерновых культур В работах Ш.С. Иксанова [8, 9] отмечается, что уменьшение коэффициента соломистости хлебной массы 8с за счет высокого среза стеблей продуктивных растений положительно сказывается на рабочей скорости движения комбайна. Так, снижение коэффициента 8с с 0,724 до 0,56 приводит к повышению рабочей скорости комбайна V До 23,0 %. Кроме того, оставление на поле более влажной части стебля - нижней (21,0-48,0 % [9]) - положительно сказывается на пропускной способности молотилки комбайна. >5„ + c, (5) На основании данных Ш.С. Иксанова [8, 9] получена аналитическая зависимость вида: h„ = a §2 где /гст - высота стерни зерновых культур, м; 5с - коэффициент, характеризующий соломи-стость хлебной массы, 8с е (0,724-0,560). Величина 8с = 0,724 соответствует нормальному срезу растений по высоте, то есть hc1^ = 0,10 м; a, b, c - коэффициенты пропорциональности, определяемые на основе опытных данных, a = 19,749; b = 26,856; c = 9,092. При этом потери зерна Р за комбайном в зависимости от коэффициента соломистости хлебной массы 8с изменяются: где Рз a1, b1, c1 Рст = a §2 - ь §с + ci, (6) потери зерна за комбайном, %; коэффициенты пропорциональности, определяемые на основе опытных данных, a1 = -32,718; b1 = 48,672; c1 = 15,687. В зависимости от рабочей скорости движения машины Vk потери зерна (Р %) за комбайном равны [10]: Рз = 0,2 [Ует Vk / (V? - у;°л 5с)]2 Ухл, (7) где Ухл - урожайность поля, т/га; Vk - рабочая скорость движения комбайна, м/с; Vk" - агротехнически допускаемая скорость движения комбайна, м/с, в расчетах принята Vk" = 2,1 м/с [6]; У х0л - урожайность арбитражная (биологическая) поля, т/га. Графическая интерпретация уравнений (5), (6), (7) представлена на рис. 1. Из графических зависимостей видно, что с увеличением рабочей скорости движения комбайна V потери зерна Рз возрастают. Данные потери можно уменьшить за счет снижения соломистости хлебной массы Рз = Д5с), посредством увеличения высоты среза стеблей продуктивных растений, а это повышение высоты стерни /гст, которая описывается уравнением (5). Зависимости рис. 1 свидетельствуют о том, что потери зерна за комбайном Рз при рабочих скоростях более 2,0 м/с можно уменьшить за счет снижения соломистости хлебной массы 5с. Из рис. 1 видно, что при коэффициенте соломистости хлебной массы 5с, равном 0,560, что соответствует высоте стерни зерновых (0,20-0,25 м), потери зерна за комбайном снижаются несущественно. В связи с чем высоту стерни, равную 0,20-0,25 м, можно рассматривать как Н при формировании высоко- Pj. % a 724 -H-I ai 0.15 -I- 0.20 Рис. 1. Изменение потерь зерна P за комбайном в зависимости от рабочей скорости движения комбайна Vk и коэффициента соломистости хлебной массы 5с (А* - агротехнически допустимые потери зерна за комбайном) стерневой кулисы в колее комбайна во время уборки зерновых культур прямым комбайни-рованием. При прямом комбайнировании зерновых культур рабочую скорость движения V машины определяют не только из условия обеспечения рациональной загрузки молотилки, но и исходя из обеспечения требуемого качества скашивания зерновых, от которого зависят потери зерна за жаткой. Исходя из данного условия, А.П. Тарасенко [11] определил, что допустимая рабочая скорость движения комбайна равна: 45 H2T + H02 ± H0 tgv) , (8) где n - частота вращения вала привода ножа, с-1; S - ход ножа, м; tc - шаг расстановки сегментов, м; h - высота сегмента, м; Н - максимально допустимая высота среза, м; зависит от высоты стеблестоя зерновых, потерь зерна за жаткой, обеспечения снегозадержания стерней; Н0 - высота установки ножа, м; v - угол наклона стеблей до среза, град. Примем допущение в исследованиях, что v = 0, тогда H0 tgv = 0 . В результате выражение (8) примет вид: (9) На основании выражения (9) после всех преобразований получим, что: 0,6 q„ 1 + (11) 1 1+ 45 tc nS В., У 'с J Из выражения (11) следует, что максимально допустимая высота среза стеблепродуктив-ных растений Н может быть уменьшена за счет (n, S, tc) и Н0 - высоты установки режущего аппарата либо посредством применения дополнительного технического устройства для срезания стеблей стерни. При уборке зерновых культур прямым ком-байнированием с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна на участках Внс (рис. 2) жатки комбайна, где образуется стерня нормальной высоты среза стеблей, H можно дст рассматривать как сумму двух составляющих: /гснт - высота стерни нормального среза стеблей (ИГ = 0,10...0,12) и h - часть высоты стерни удаляемой дополнительным техническим устройством жатки во время скашивания зерновых культур. Тогда исходя из данного условия величину H для участков В ширины захвата жатки дст нс дст нс 1 + можно записать так: 1 -Б ( nS 5„ +Б 1 1 + /С + h В „У. H2 Н (10) V-1 4^ nS h- Из выражения (10) следует, что посредs ством изменения параметров (n, S, tc) режущего го аппарата жатки и рабочей скорости движе- И ния комбайна V можно изменить максимально =Г к А допустимую высоту среза, а следовательно, и со высоту стерни. С учетом зависимости (4) вы- ^ ражение (10) примет вид: 1 -Б 5„ +Б или nS 1 + Ho - hi 1 + с (12) Из выражения (12) следует, что при H = const и = const удаляемая часть высоты h стерни дополнительным режущим аппаратом на участках Внс ширины захвата жатки (рис. 2) зависит как от параметров режущего аппарата, так и от комбайна. Составляющая Vk выражения (10) при прямом комбайнировании зерновых культур ограничивается и требованиями по потерям зерна за жаткой, которые образуются от воздействия рабочих органов мотовила. По данным работы [11] скорость движения комбайна: ( X-1)2 (13) (/ст - Ho - 1м) I 22 2 (/ст - H0 ) 2 L Тогда исходя из вышеизложенного для прямого комбайнирования зерновых культур с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна должно выполняться неравенство: - при длине стеблестоя / до 0,8 м: < (0,20...0,25); - при длине стеблестоя / более 0,8 м: Ядст < (0,20...0,35). При уборке зерновых культур прямым ком-байнированием соломистость хлебной массы изменяется по выражению: (X-1)2 (/ст - Ho - /м)2 Ho ( /ст - Ho ) 20,6 qп 2/ 22 где V - скорость воздействия рабочих органов мотовила жатки, при которой начинается выделение зерна из колоса, м/с; з - длина зерновки, м; X - кинематический режим работы мотовила, соотношение X = VlV ; / - высота стеблестоя зерновых культур, м; /м - высота установки граблины мотовила, м; р - коэффициент, характеризует соотношение между скоростью ножа режущего аппарата V и рабочей скоростью движения комбайна Vk , то есть р = V^/VK . Величина р = 0,31-1,6 [11]. Из уравнения (13) следует, что допустимая скорость движения комбайна Vk зависит от агробиологических характеристик зерновых культур / высоты установки ножа Н0 и параметров X и р. Далее величину рабочей скорости движения комбайна Vk из выражения (13) подставим в уравнение (10) и определим взаимосвязь между максимально допустимой высотой среза Ндст, а следовательно, и высотой стерни, и параметрами (X, /ст, Но). В общем виде уравнение примет вид: ( 451 > х(/ст - Ho)- H0 (/ст - H0 ) VB ДЖУ3 (14) Из выражения (14) видно, что соломистость хлебной массы при прямом комбайнировании зерновых культур с образованием высокостерневой кулисы в колее прямо пропорциональна пропускной способности молотилки комбайна, параметрам и режимам работы жатки и обратно пропорциональна скорости воздействия рабочих органов на колос, ширине захвата жатки и урожайности зерновых культур. (15) В ходе теоретических изысканий установлено, что потери зерна за комбайном (Р %) в зависимости от соломистости хлебной массы описываются уравнением: "«2 82 + в2 8с а2 = 32,718; в2 где 8с - коэффициент, характеризующий со-ломистость хлебной массы, 8с е (0,56...0,72^ ; а2, в2, с2 - коэффициенты пропорциональности, определяемые на основе опытных данных, ■ 48,672; с2 = 15,687. При этом потери зерна за комбайном (Р %) в зависимости от высоты стерни при прямом комбайнировании зерновых культур равны: ее =г < со X < Hд 2 /з (/ст - Ho - /м ) ((СТ - H0 У 22 H0 ((ст - H0 ) Ho2 (16) Рз = «1 he где /гст - высота стерни зерновых культур, /гст е (0,10...0,4^ м; а1, в1 - коэффициенты пропорциональности, определяемые на основе опытных данных, а1 = 2,311; в1 = 0,039 . На основе уравнений (15) и (16) можно записать систему вида: (17) Совместное решение уравнений системы (17) дает решение вида //т = f (8с ) , то есть: 1 "а2 82 + в2 8 с - С2 а Выражение показывает, что высота стерни /ст зерновых культур при их прямом комбай-нировании в зависимости от соломистости хлебной массы, которая определяется, прежде всего, высотой скашивания, изменяется по уравнению 2-го порядка. Выводы В результате теоретических изысканий получены аналитические зависимости, которые раскрывают взаимосвязь между параметрами и режимами работы жатки и комбайна при уборке зерновых культур прямым комбайни-рованием с образованием высокостерневой кулисы в колее. Установлена закономерность, описывающая образование стерни зерновых культур с максимально допустимой высотой. При этом раскрыта взаимосвязь между потерями зерна за комбайном и высотой стерни зерновых культур и соломистостью хлебной массы. Выявленные закономерности свидетельствуют о сложном характере протекания процесса уборки зерновых культур с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна.
×

About the authors

A. P Lovchikov

South Ural State Agrarian University

Email: alovcikov@mail.ru
DSc in Engineering

V. P Lovchikov

South Ural State Agrarian University

Email: alovcikov@mail.ru
PhD in Engineering

E. A Pozdeev

South Ural State Agrarian University

Email: alovcikov@mail.ru

References

  1. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Поздеев Е.А. Биологизация земледелия в ресурсосберегающих технологиях возделывания зерновых культур // Международный научно-исследовательский журнал (International Researeh Journal):1143. 4.2. Екатеринбург. 2016. С. 44-46.
  2. Ловчиков А.П. Технико-технологические основы совершенствования зерноуборочных комбайнов с большим молотильным аппаратом. Ульяновск: Зебра, 2016. 111 с.
  3. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Иксанов С.Ш., Корытко А.В., Косов П.А. К обоснованию сроков уборки зерновых культур и технической оснащенности уборочного процесса в технологии производства кормового зерна // Вестник Крас-ГАУ. 2012. № 9. С. 177-182.
  4. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Иксанов Ш.С. Методический подход к разработке процесса прямого комбайнирования зерновых культур с двойным срезом стеблей // Известия ОГАУ. 2015. № 1. С. 117-119.
  5. Жалнин Э.В. Презентация лекций по теоретическим и прикладным проблемам механизации сельскохозяйственного производства. М.: Алматы, 2011. 216 с.
  6. Орманджи В.С. Уборка колосовых культур в сложных условиях. М.: Россельхозиздат, 1985. 145 с.
  7. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Иксанов Ш.С. Теоретический аспект технологического процесса прямого комбайнирования зерновых культур с двойным срезом стеблей // Известия ОГАУ. 2015. № 3 (53). С. 92-95.
  8. Иксанов Ш.С. Повышение эффективности прямого комбайниро-вания зерновых культур на примере комбайна РСМ-01 «Вектор 410» в условиях Челябинской области: автореф.. канд. техн. наук. Оренбург, 2016. 22 с.
  9. Иксанов Ш.С. Повышение эффективности прямого комбайнирования зерновых культур на примере комбайна РСМ-101 «Вектор-410» в условиях Челябинской области: дис. канд. техн. Наук. Оренбург, 2016. 42 с.
  10. Stokman W. And Hers und Nieren untersich DLG Miteilungen. 1986. Jd. 101. № 17. P. 955 - 956.
  11. Тарасенко А.П. Повышение производительности зерноуборочных машин. Воронеж: ВСХИ, 1977.

Copyright (c) 2017 Lovchikov A.P., Lovchikov V.P., Pozdeev E.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies