К ОБОСНОВАНИЮ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ПРОЦЕСС ПРЯМОГО КОМБАЙНИРОВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР С ОБРАЗОВАНИЕМ ВЫСОКОСТЕРНЕВОЙ КУЛИСЫ В КОЛЕЕ КОМБАЙНА

Полный текст

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.

Об авторах

А. П Ловчиков

Южно-Уральский ГАУ

Email: alovcikov@mail.ru
Д.Т.Н.

В. П Ловчиков

Южно-Уральский ГАУ

Email: alovcikov@mail.ru
К.Т.Н.

Е. А Поздеев

Южно-Уральский ГАУ

Email: alovcikov@mail.ru

Список литературы

Дополнительные файлы