Повышение эффективности работы соломоизмельчителя зерноуборочного комбайна за счет дополнительного воздействия на обрабатываемую массу

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Снизить используемое количество удобрений поможет применение такого материала как солома, она позволяет снизить затраты на покупку и использование минеральных удобрений, а также улучшить гумусовый состав почвы [1, 2, 3].

Составной частью многих технологических процессов, выполняемых сельскохозяйственными машинами, является деформация сжатия [4]. Сжатие стеблей, веток, побегов и других материалов может быть в поперечном и продольном направлениях. Сжатие в продольном направлении может привести к потере устойчивости (продольному изгибу), и большинство растительных материалов вследствие своей небольшой жесткости его не выдерживает.

Сжатие в поперечном направлении при отсутствии ограничений и их наличии исследовано на стеблях льна, пшеницы, ржи и кенафа, а при действии сил по взаимно перпендикулярным направлениям - на моделях (его сравнивали со сжатием при отсутствии ограничений). Сжатие стебля силами, действующими по всему периметру, не исследовано вообще. У одних растительных материалов (сено, солома) поперечное сжатие не приводит к отрицательным последствиям, а у других (стебли льна, семена, плоды, ягоды) может привести к нежелательным последствиям (меньший выход длинного льноволокна, порча семян, плодов, ягод и т. д.). Следует отметить, что под термином «сжатие» стебля подразумевается сжатие его трубки (т.е. ее плющение), во время которого происходит изгиб материала стебля в продольном и поперечном направлениях [5, 6].

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Поперечное сжатие может быть как на небольших, так и на больших в сравнении с длиной стебля участках. В процессе переработки растений возможны также случаи сжатия ранее нарезанных частей стеблей. Ниже рассмотрены закономерности сжатия отдельных участков стеблей, причем сначала проанализировано сжатие при отсутствии ограничений по обеим сторонам от линии действия сил. Для исследования поперечного сжатия разработаны  специальные приборы. С этой целью можно использовать также экстензометр со специальным приспособлением [7].

При дальнейшем увеличении нагрузки деформация растет еще быстрее при этом начинается расплющивание стебля.

При поперечном сжатии стебля с ограничениями по обеим сторонам от линии действия сил сопротивление сжатию возрастает. Характер деформации растения при таком нагружении зависит от сорта и состояния культуры. Влияют на этот процесс и такие факторы, как давление, площадь деформатора, толщина стенки трубки и др.

Процесс деформации свежеубранных стеблей состоит из ряда фаз. Сначала под действием давления окружность стебля принимает форму, близкую к прямоугольной, затем происходят деформация боковых стенок трубки вследствие потери ими устойчивости и сплющивание стебля [8].

Процесс деформации сухих стеблей также состоит из ряда фаз. Сначала на стеблях появляются трещины, разрывы и изгибы, а затем происходит полное сплющивание стеблей с образованием значительного числа трещин и разрывов.

Исследованием процесса сжатия сухих стеблей при наличии ограничений сбоку установлена закономерность изменения линейной деформации в зависимости от давления, которая в значительной степени аналогична закономерности, для свежеубранных стеблей но имеются и некоторые отличия, обусловленные хрупкостью сухих стеблей [9, 10].

Следует отметить, что смыкание внутренних стенок трубок стеблей и деформации их мягких частей, после чего начинает деформироваться древесина стебля, характеризующаяся большим сопротивлением сжатию.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исследования проводили на собранной установке (рис. 1), для проведения опыта использовалась солома ячменя.

 

 

 

 

 

1 – корпус установки, 2 – опора установки, 3 – емкость для укладки соломы, 4 – прижимная плита, 5 – направляющая, 6 – штырь направления, 7 – стержень для груза, 8 – груз.

 

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

Fig. 1. Diagram of the laboratory installation.

 

Опыт предусматривал изучение уплотнения соломы при воздействии определенных усилий.

Повторное сжатие стеблей может иметь место при одном и том же ходе поршня или при разных его ходах, одной и той же силе, или разных силах; кроме этого, сжиматься повторно могут одни и те же стебли, или эти же стебли, но с добавлением к ним новой порции стеблей перед каждым повторным сжатием.

Наиболее простой случай - сжатие одной группы стеблей одной и той же силой без добавления новой порции.

Экспериментальное исследование сжатия стеблей в плоскости проводили следующим образом.

В лабораторную установку для сжатия стеблей (рис. 2а) закладывали сухие стебли ячменя (рис. 2б, 2в), после они подвергаются воздействию постоянной силы (рис. 2г), при этом замеряется значение уплотнения (рис. 2д) после каждого воздействия груза на солому.

 

 

 

Рис. 2.а. Лабораторная установка.             Рис. 2.б. Емкость для закладки соломы.

Fig. 2.a. Laboratory installation.                  Fig. 2.b. Container for laying straw.

 

Рис. 2.в. Закладка стеблей.                         Рис. 2.г. Воздействие начальной силы.

Fig. 2.v. Laying the stems.                            Fig. 2.g. The effect of the initial force.

 

 

 

Рис. 2.д. Измерение уплотнения.

Fig. 2.d. Measurement of the seal.

 

Для определения силы воздействия массы груза на солому воспользуемся следующими формулами:

Сила воздействия груза:

                                                            (1)

 

Ускорение груза за промежуток времени:

 

                                                                              (2)

 

Скорость движения груза:

                                                           (3)

Время удара:

                                                            (4)

где h – расстояние от груза до пластины плющения;

m – масса груза (0,7 кг).

 

Для определения энергозатрат (Е) воспользуемся формулой:

 

                                                  (5)

 

Данные,  полученные  по стеблям  ячменя,  представлены  в таблице.

 

Таблица Сжатие стеблей при повторных нагрузках

Table Compression of stems under repeated loads

Варианты опытов	Количество сбросов груза по порядку	1	2	3	4	5	6	Fпл, Н	E, Дж
1	Высота сброса груза, м	0,7
	Толщина слоя соломы, мм	70	20	15	14	12	10	7,21	4,81
2	Высота сброса груза, м	0,6
	Толщина слоя соломы, мм	70	24	18	16	14	13	6,86	4,12
3	Высота сброса груза, м	0,5
	Толщина слоя соломы, мм	70	29	22	20	18	16	6,81	3,43
4	Высота сброса груза, м	0,4
	Толщина слоя соломы, мм	70	33	25	23	20	17	6,76	2,75
5	Высота сброса груза, м	0,3
	Толщина слоя соломы, мм	70	37	28	26	23	21	6,68	2,06

 

В опытах каждая последующая нагрузка прилагается после прекращения деформаций (причем, последующая нагрузка равна предыдущей).

После проведенных опытов были построены графики первого и последнего опытов, в котором была отображена самая большая и самая маленькая сила воздействия на солому (Рис. 3) изменения толщины слоя соломы от количества повторов сжатия и воздействия определенной силы.

 

 

Рис. 3. Изменение толщины слоя соломы от количества повторяющихся нагрузок.

Fig. 3. The change in the thickness of the straw layer from the number of repetitive loads.

 

Из графика установлено, что полная деформация стеблей будет увеличиваться с ростом циклов нагрузок. В итоге полная деформация группы стеблей стремится к некоторому пределу уплотнения, при котором стебли приобретают упруго-уплотненное состояние.

Опыты, проведенные при различных значениях силы с сухими стеблями ячменя, показали, что уже через 7 ... 11 циклов наступает предел уплотнения.

 Оценивая степень сжатия соломы (рис. 4) было установлено, что для уплотнения 71% сухой соломы достаточно единожды приложить нагрузку.

 

 

 

Рис. 4. Степень сжатия соломы.

Fig. 4. The degree of compression of the straw.

 

Следует отметить, что после смыкание внутренних стенок стеблей и деформации их мягких частей, начинает деформироваться материал стебля, что характеризуется большим сопротивлением сжатию.

При анализе полученных графиков установлена закономерность сжатия соломы, представленная в виде двух графиков. Один график (рис. 3) построен в координатах «количество нагрузок - толщина слоя соломы», т. е. по оси абсцисс отложено количество последующих нагрузок с одной и той же силой, а по оси ординат - сжатие материалов в миллиметрах. Другой график (рис. 4) построен в координатах «количество нагрузок - степень сжатия», т. е. по оси абсцисс отложены количество последующих нагрузок с одной и той же силой, а по оси ординат - степень сжатия в процентах.

Можно заметить, что с увеличением количества последующих нагрузок степень сжатия соломы увеличивается, но для применения в зерноуборочном комбайне достаточно единичной нагрузки, чтобы степень плющения соломы достигла 70 %. Стоит заметить, что для плющения сухой соломы нужно не очень большое усилие, а значит и энергозатраты на механизм для плющения будут небольшие - около 5 Дж.

ВЫВОДЫ

По результатам проведенных исследований можно судить о том, что усилие, необходимое на плющение, незначительно. При этом, с увеличением силы воздействия на солому, увеличивается ее степень плющения.

Использование плющения соломы позволяет на 5,2% ускорить ее разложение, а уровень плющения в 70% соломы достигается однократным воздействием силы, энергия которой равна 4,81Дж. Это позволяет повысит эффективность уборки, при этом незначительно увеличивая энергозатраты на плющение соломы.

Об авторах

Олег Васильевич Гордеенко

Учреждение образования «Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия»

Email: sxm@baa.by
ORCID iD: 0009-0006-6229-9396
SPIN-код: 4845-7178

доцент, канд. техн. наук,

зав. кафедрой «Сельскохозяйственных машин»

Белоруссия, 213410, Белоруссия, Могилевская обл., г. Горки, ул. Мичурина, 5

Степан Иванович Козлов

Учреждение образования «Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия»

Email: Stepan-61@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0128-3455
SPIN-код: 4731-8381

доцент, кандидат технических наук,

доцент кафедры «Механизации животноводства и электрификации сельскохозяйственного производства»

Белоруссия, 213410, Белоруссия, Могилевская обл., г. Горки, ул. Мичурина, 5

Василий Михайлович Кузюр

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Брянский государственный аграрный университет»

Email: kvming@mail.com
ORCID iD: 0009-0002-0232-6680
SPIN-код: 4505-9405

кандидат технических наук, доцент кафедры технического сервиса

Россия, 243365, Россия, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, д. 2а

Сергей Иванович Будко

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Брянский государственный аграрный университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.budko.32@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-1291-4235
SPIN-код: 7502-3169

кандидат технических наук, доцент кафедры технического сервиса

Россия, 243365, Россия, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, д. 2а

Список литературы

Дополнительные файлы