ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ КОМБИНАЦИИ РЕШЁТ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 15.03.2022; одобрена после рецензирования 04.04.2022; принята к публикации 11.05.2022.

The article was submitted 15.03.2021; approved after reviewing 04.04.2022; accepted for publication 11.05.2022.

-Ф-

Научная статья УДК 631.354

doi: 10.37670/2073-0853-2022-95-3-116-119

Теоретические предпосылки комбинации решёт системы очистки зерноуборочного комбайна

Александр Петрович Ловчиков

Южно-Уральский государственный аграрный университет, Челябинск, Россия

Аннотация. Исследование проведено с целью обоснования разработки комбинации решёт системы очистки зерноуборочного комбайна. Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе. Показано, что в процессе сепарации зернового вороха в системе очистки комбайна образуется воздействие воздушного потока на данный материальный поток. В ходе исследования получены аналитические зависимости, характеризующие изменение перемещения слоя зернового вороха на решете очистки комбайна в горизонтальном и вертикальном направлениях относительно решета от скорости воздушного потока. Раскрывается взаимосвязь между высотой слоя зернового вороха на решете и скоростью воздушного потока, а также между подачей зернового вороха на решето и скоростью воздушного потока системы очистки комбайна. Выявлены системы уравнений, характеризующих изменение высоты слоя зернового вороха на решете в зависимости от типа решета и скорости воздушного потока системы очистки комбайна. Представлена графическая интерпретация полученных закономерностей, которые раскрывают характер изменения высоты слоя зернового вороха на решете от его типа и скорости воздушного потока.

Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, решето, очистка, зерновой ворох, зависимости, высота слоя, взаимосвязь, закономерности, система уравнений.

Для цитирования: Ловчиков А.П. Теоретические предпосылки комбинации решёт системы очистки зерноуборочного комбайна // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 3 (95). С. 116 - 119. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-95-3-116-119.

Original article

Theoretical background of the grid combination of a combine harvester cleaning system

Aleksandr P. Lovchikov

South Ural State Agrarian University, Chelyabinsk, Russia

Abstract. The study is conducted to justify the development of a combination of cleaning system grids of a combine harvester. The research is based on general logical method and mathematical analysis. It is shown that in the process of separation of grain heap in combine harvester cleaning system the impact of air flow on this material flow is formed. In the course of investigation analytical dependencies characterizing changes of grain heap layer movement on the cleaning sieve of combine harvester in horizontal and vertical directions relative to the sieve as a function of air flow speed have been obtained. Interrelation between the height of pile on the sieve and air flow speed as well as between pile feeding on the sieve and air flow speed of combine harvester cleaning system has been revealed. Systems of equations have been revealed that characterize changes of grain heap on the sieve depending on the type of sieve and velocity of the combine cleaner's air flow system. Graphical interpretation of the obtained laws is presented, that reveal character of changing of grain heap on the sieve depending on type of sieve and velocity of the air flow.

Keywords: combine harvester, sieve, cleaning, grain heap, dependencies, layer height, relationship, regularities, system of equations.

For citation: Lovchikov A.P. Theoretical background of the grid combination of a combine harvester cleaning system. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 95(3): 116-119. (In Russ.). https://doi. org/10.37670/2073-0853-2022-95-3-116-119.

Зерновой ворох, поступающий на решёта культур) из данной смеси она подвергается тех-

системы очистки зерноуборочного комбайна, - это нологическому воздействию со стороны воздуха

смесь компонентов [1 - 6], которые имеют различ- [3, 7 - 10]. Технологический воздух обеспечивает

ные коэффициенты парусности. Для лучшего вы- разрыхление растительного материала зернового

деления зерновок (семян сельскохозяйственных вороха, т.е. образуется пространственная решётка,

сквозь которую осуществляется перемещение зерновок (далее зерна) как компонента смеси к поверхности решета для последующего прохода через отверстия. Наличие поверхности решета, технологического воздуха и зернового вороха в системе очистки комбайна приводит к образованию процесса сепарации зерна, который характеризуется сложностью своего протекания и требует дальнейшего исследования.

Исследование проводили с целью выявления новых закономерностей, характеризующих процесс сепарации зерна в системе очистки комбайна. Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе.

Результаты и обсуждение. При взаимодействии трёх составляющих (решето, технологический воздух и зерновой ворох) процесса сепарации системы очистки комбайна образуется, в частности, R = mkp^AU2 - сила воздействия воздушного потока, где m - масса продукта; kp - приведённый коэффициент парусности зернового вороха как смеси; AU2 - скорость обдува зернового вороха воздухом в продольном направлении относительно решета [11, 12]. AU можно определить по выражению [11]:

ДU = Uv + ы- г  cos(v) • sin(ü) • £) X х eos(j - (3) - xcos (j — Si),

где AU - скорость воздушного потока, м/с; ш - циклическая частота колебаний; r - амплитуда колебаний решета, м; v - крен решета системы очистки комбайна; t - время, с;

в - угол направления колебаний, град.; 61 - угол наклона поверхности гребёнки относительно горизонта, град. В выражении (1) имеется параметр Uy - скорость воздушного потока, которая должна превышать критическую скорость (скорость витания) Ukr тех компонентов зернового вороха, которые удаляются за пределы комбайна, а зерно должно быть оставлено на поверхности решета, поэтому:

Uy = a-Ukr,

где a - коэффициент, характеризующий геометрические параметры компонентов вороха. На основе выражения (2) для зернового во-

роха как смеси можно записать, что п

¡=1 1

где П/ - количество /-компонентов зернового вороха, шт.

Практика свидетельствует, что средняя скорость воздуха в зоне расположения решёт составляет 60 - 70 % [10 - 12] от критической скорости витания зерна пшеницы.

Под воздействием воздуха в системе очистки комбайна зерновой ворох совершает перемещение как в горизонтальной, так и вертикальной

плоскостях [11], т.е. в продольном и поперечном направлениях относительно решета, которые описываются аналитическими зависимостями: Уал = 0,02  Щ - 0,04 • Щ + 0,219;

= 0,007 • и^ - 0,012 • иу + 0,203,

где и У^ - скорость перемещения слоя зернового вороха в горизонтальном и вертикальном направлениях относительно решета соответственно, м/с; иу - скорость воздушного потока, иу = (0,5 - 6,0) м/с.

Скорость перемещения слоя зернового вороха и5/ по решету и его высота ИБ[ находятся во взаимосвязи:

Чг

Kl =

Его ' vsl - jsl

где цг - подача зернового вороха на решето в системе очистки комбайна, кг/с; Вго - ширина решета, м; и5[ - скорость перемещения слоя зернового вороха по решету, м/с; ]51 - плотность зернового вороха, кг/м3. На основе уравнений зависимостей (4) и (5) можно записать, что = и5[, тогда выражение (5) примет вид:

Kl =

..

Вго • ЛгСО-О2 • Цу - 0-04 • Уу + 0,219)

Из выражения

Выражение (7) свидетельствует о том, что с повышением скорости воздушного потока системы очистки комбайна можно увеличить величину подачи зернового вороха на решето.

Далее величину И5[ из выражения (5) представим как:

Vк

и — "si lid —

tsl

где - скорость перемещения зернового вороха в вертикальной плоскости, то есть над решетом, м/с;

ЬБ[ - время перемещения зернового вороха в вертикальной плоскости, т.е. над решетом, с. Величину можно выразить в виде = 0,007 • Щ - 0,012 • иу + 0,203. Тогда выражение (5) примет вид:

0,007-С/у—0,012-{/у+0,203 tsl

Яг

Вго-^г-Аг

Из равенства (9) можно определить взаимосвязь и5[ = /(иу). Для этого осуществим преобразование вида

ВГо • ^г" Лг = _ __

_ 0,007-^-0,012-1/у+0,203

и получим

Vsl =

Яг • t:

si

Вг

-ГО • 7^

Из выражения (10) следует, что скорость перемещения зернового вороха на поверхности решета очистки комбайна обратно пропорциональна скорости воздушного потока.

Величина скорости воздушного потока Уу в системе очистки комбайна, как показывают практика и наука [1 - 6], зависит от типа и длины решета, что отражено в виде аналитических зависимостей:

Щ = -2,0  Ьго + 7,0 - эталонное решето;

1}у = —14,0 • Ьго + 24,0 - жалюзийное (11) решето;

Щ = -10,0 • Ьго + 25,0 - УВР решето, где ЬГ0 - длина решета очистки комбайна,

1Г0 = (0,5 - 1,5) м.

На основе выражений (6) и (11) можно рассмотреть изменения = /(ЬГ0), что отражено в виде систем уравнений: (Щ = -2,0 • 1Г0 + 7,0

I К, =

-го + 24<° Ч

Bro-jsV

Uy = -14,0 • U ^ _ _

- sl ~ Bro•jsi

'Uy = -10,0 -Lro + 25,0

Kl =

Слой зернового вороха на решете очистки комбайна - это смесь компонентов, тогда согласно выражениям (3) и (4) перемещение смеси на решете можно рассмотреть в виде систем уравнений как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях относительно решета:

- горизонтальное направление:

(Щ = £Г=1 щ • икп/щ

= 0,02Щ - 0,04 • Щ + 0,219 ;

- вертикальное направление:

( Щ = £Г=1 «г • икН/щ

= 0,007 • Щ — 0,012 • Щ + 0,203.

Из зависимостей (13) и (14) следует, что с повышением критических скоростей компонентов зернового вороха наблюдается увеличение скорости перемещения слоя как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях, что в свою очередь будет отражаться на выносе полноценного зерна, и тем более дроблёного, за пределы комбайна.

Вывод. Полученны закономерности и зависимости, раскрывающие изменения технологических параметров зернового вороха как системы «зерновой ворох - воздух - решето». В ходе исследования установлено влияние технологического воздействия воздуха на параметры

зернового вороха на решете системы очистки комбайна. Выявлены закономерности и зависимости, характеризующие изменения высоты зернового вороха на решётах в зависимости от его типа и скорости воздушного потока, что позволяет в перспективе разработать комбинацию решёт в системе очистки зерноуборочного комбайна.

Список источников

1. Методический подход к исследованию эффективности технологических подпроцессов ветро-решётной очистки зерноуборочного комбайна / А.П. Ловчиков, С.А. Турчанинов, А.О. Бжезовский и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 3 (83). С. 178 - 184.

2. К разработке стационарного процесса обмолота хлебной массы комбайном с классическим молотильно-сепарирующим устройством / А.И. Ряднов, А.П. Ловчиков, В.А. Шахов и др. // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2019. № 2 (54). С. 314 - 322.

3. Ловчиков А.П., Бжезовский А.О., Макаровская З.В. Разработка комбинированной системы очистки зернового вороха зерноуборочного комбайна // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 3 (83). С. 157 - 159.

4. Application of a structural-topological model in the optimization of the working elementsofa combine harvester / S.V. Tronev, A.S. Ovchinnikov, A.I. Ryadnov et al. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Conference on Innovations in Agricultural and Rural Development.

2019. С. 012121.

5. Comparative evaluation of the operation of a combine harvester with an additional sieve with adjustable holes for sunflower harvesting / A.S. Startsev, S.A. Makarov, E.S. Nesterov et al. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: International AgroScience Conference, AgroScience 2019, Cheboksary, 01 - 02 июня 2019 года. Cheboksary: Institute of Physics Publishing, 2020. P. 012007. https://doi.org/10.1088/1755-1315/433/1/012007.

6. Lovchikov A.P., Ognev I.I. Theoretical background for the development of stationary process of grain mass threshing with a combine harvester // E3S Web of Conferences, Sevastopol, 07 - 11 сентября 2020 года. Sevastopol, 2020. P. 01004. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202019301004.

7. Тишанинов К.Н. Проблемы современной послеуборочной очистки зерна // Наука в Центральной России.

2020. № 1 (43). С. 27 - 36.

8. Результаты аналитических исследований технических параметров зерноуборочных комбайнов / Е.Е. Демин, А.С. Старцев, Е.С. Нестеров и др. // Аграрный научный журнал. 2018. № 9. С. 56 - 60.

9. Старцев А.С. Системный анализ работы зерноуборочного комбайна на уборке подсолнечника // Аграрный научный журнал. 2018. № 12. С. 78 - 80.

10. Бышов Н.В., Ряднов А.И., Федорова О.А. Машина для уборки зерновых культур // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2018.№ 1 (49). С. 220 - 227.

11. Сороченко С.Ф. Математическая модель сепарации зерна в системе очистки косогорного зерноуборочного комбайна // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2017. № 12 (158). С. 134 - 140.

12. Ловчиков А.П., Кулагин С.Н. Теоретический аспект комбинации решёт системы очистки зерноуборочного комбайна // Известия Оренбургского государствен-

11i

ного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 98 - 102. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-88-2-98-102.

References

1. Methodical approach to the study of the effectiveness of technological subprocesses of wind-sieve cleaning of a grain harvester / A.P. Lovchikov, S.A. Turchaninov, A.O. Brzezovsky et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2020; 83(3): 178-184.

2. To the development of a stationary process of threshing grain mass by a combine with a classic threshing and separating device / A.I. Ryadnov, A.P. Lovchikov, V. A. Shak-hov et al. Proceedings of Nizhnevolzhskiy agrouniversity complex: science and higher vocational education. 2019; 54(2): 314-322.

3. Lovchikov A.P., Bzhezovsky A.O., Makarovskaya Z.V. Development of a combined system for cleaning the grain heap of a combine harvester. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2020; 83(3): 157-159.

4. Application of a structural-topological model in the optimization of the working elementsofa combine harvester / S.V. Tronev, A.S. Ovchinnikov, A.I. Ryadnov et al. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Conference on Innovations in Agricultural and Rural Development. 2019. P. 012121.

5. Comparative evaluation of the operation of a combine harvester with an additional sieve with adjustable holes for sunflower harvesting / A.S. Startsev, S.A. Makarov, E.S. Nesterov et al. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: International AgroScience Confer-

ence, AgroScience 2019, Cheboksary, 01-02 June 2019. Cheboksary: Institute of Physics Publishing, 2020. P. 012007. https://doi.Org/10.1088/1755-1315/433/1/012007.

6. Lovchikov A.P., Ognev I.I. Theoretical background for the development of stationary process of grain mass threshing with a combine harvester // E3S Web of Conferences, Sevastopol, 07-11 September 2020. Sevastopol, 2020. P. 01004. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202019301004.

7. Tishaninov K.N. Problems of modern post-harvest grain cleaning. Science in the Central Russia. 2020; 43(1): 27-36.

8. Results of analytical studies of the technical parameters of grain harvesters / E.E. Demin, A.S. Startsev, E.S. Nesterov et al. Agrarian Scientific Journal. 2018; 9: 56-60.

9. Startsev A.S. System analysis of the work of a grain harvester in sunflower harvesting. Agrarian Scientific Journal. 2018; 12: 78-80.

10. Byshov N.V., Ryadnov A.I., Fedorova O.A. Machine for harvesting grain crops. Proceedings of Nizhnevolzhskiy agrouniversity complex: science and higher vocational education. 2018; 49(1): 220-227.

11. Sorochenko S.F. Mathematical model of grain separation in the cleaning system of a sloping grain harvester. Bulletin of Altai State Agricultural University. 2017; 158(12): 134-140.

12. Lovchikov A.P., Kulagin S.N. Theoretical aspect of the combination of sieves of the cleaning system of a combine harvester. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 88(2): 98-102. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-88-2-98-102.

Александр ПетровичЛовчиков, доктор технических наук, профессор, alovcikov@mail.ru, https://orcid. org/0000-0002-8598-252X

Aleksandr P. Lovchikov, Doctor of Technical Sciences, Professor, alovcikov@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-8598-252X

Статья поступила в редакцию 05.05.2022; одобрена после рецензирования 11.05.2022; принята к публикации 11.05.2022.

The article was submitted 05.05.2021; approved after reviewing 11.05.2022; accepted for publication 11.05.2022. -♦-

Научная статья

УДК 621.313.33:631.3

doi: 10.37670/2073-0853-2022-95-3-119-126

Математическая модель линейного электропривода двухножевого режущего аппарата зерноуборочного комбайна

Дмитрий Сергеевич Леонтьев, Денис Евгеньевич Валишин, Рустам Сагитович Аипов

Башкирский государственный аграрный университет, Уфа, Россия

Аннотация. Перспективным направлением уменьшения потерь при уборке полёглых зерновых и бобовых культур является увеличение поступательной скорости движения зерновых комбайнов. Добиться этого можно путём применения в жатках зерноуборочных комбайнов режущих аппаратов с двумя подвижными ножами. Привод двухножевого режущего аппарата имеет сложную конструкцию из-за необходимости обеспечения встречного возвратно-поступательного движения ножей. Для упрощения данной конструкции предлагается использовать линейный асинхронный электропривод. Применение электропривода позволяет не только повысить надёжность и увеличить время безаварийной работы комбайна, но и увеличить его поступательную скорость за счёт появления возможности регулирования параметров колебаний ножевых полос. Проанализирована математическая модель электропривода двухножевого режущего аппарата жатки зерноуборочного комбайна с применением двухсторонних плоских линейных асинхронных двигателей, индукторы (статор) которого охватывают с двух сторон вторичный элемент (бегун), одновременно связанный с тягами ножей. Ножи с противоположных сторон соединяются с упругими элементами, накапливающими