Обоснование фронтального угла поворота платформы прицепной жатки-накопителя относительно направления движения агрегата

Обоснование фронтального угла поворота платформы прицепной жатки-накопителя относительно направления движения агрегата

М.М. Константинов, д.т.н., профессор, Оренбургский ГАУ; П.А. Косов, ассистент, А.П. Ловчиков, д.т.н., профессор, Челябинская ГАА

В степных районах Южного Урала и Зауралья одним из инновационных способов уборки зерновых культур является способ раздельной уборки урожая, в котором применяется жатка-накопитель для формирования валков хлебной массы [1—3]. Данный способ может быть реализо-

ван за счёт применения жаток-накопителей: навесной, прицепной и самоходной, что позволяет сократить как сроки уборки, так и необходимость в людских ресурсах. При этом жатки-накопители могут формировать валок необходимой мощности независимо от конкретной урожайности на поле для загрузки молотилки зерноуборочного комбайна с любой пропускной способностью.

Самоходная жатка-накопитель характеризуется сложностью и имеет значительные габа-

риты, из-за чего данный вид жатки не находит практического применения. Недостатками как навесного, так и прицепного вариантов жаток-накопителей являются потери от неподобранных колосьев в колеях, образованных колёсами жатвенного агрегата. Такой вид потерь за подборщиком комбайна «Дон-1500» при подборе валка мощностью 10,2—12,5 кг/пог. м, сформированного навесной жаткой-накопителем, составил 0,2—0,3% [4]. При использовании в уборочном процессе прицепной жатки-накопителя потери за подборщиком зерноуборочного комбайна ещё больше из-за провала валков в колею, оставленную на поле от колёс жатвенного агрегата. Валок хлебной массы, укладываясь в колесо, не имеет опоры (стерня примята), практически проваливается и лежит на поверхности почвы.

Однако при относительно небольшой ширине колеи (как у прицепного варианта жатки-накопителя — 0,4 м) целесообразно сориентиро-

вать стебли под углом относительно продольной оси колеи, что даёт возможность этим стеблям опираться на стерню, находящуюся по краям колеи. Данный способ укладки хлебной массы в валок был реализован мотовилом двойного действия [2] (рис. 1), установленным на прицепном варианте.

За счёт переплетения слоёв хлебной массы, поступающей с трёх направлений (рис. 2), валок формируется более связным, что позволяет подборщику зерноуборочного комбайна без потерь осуществлять подбор валка. Недостатки конструкции мотовила двойного действия заключаются в большой материалоёмкости и в сложности изготовления, а также невозможности его применения на полеглом и пониклом хлебостое.

Провал валка в колее от прохода колёс прицепного жатвенного агрегата может быть устранён более простым и эффективным техническим ре-

Рис. 1 - Схема мотовила двойного действия:

1 - горизонтальная планка мотовила; 2 - правозаходная спиралеобразная планка; 3 - левозаходная спиралеобразная планка; 4 - валкообразующий транспортёр

Рис. 2 - Схема укладки стеблей при формировании валка мотовилом двойного действия: Уж, V - векторы направления скорости жатки и транспортёра соответственно

шением — это фронтальный поворот платформы на угол (в) относительно направления движения агрегата (рис. 3). В данном техническом решении угол поворота платформы является переменной величиной, поскольку изменяется в диапазоне от 20 до 35 градусов. При этом изменять угол фронтального поворота платформы предлагается, поворачивая и фиксируя сницу, а оба колеса жатки-накопителя также поворачивают и фиксируют [3].

Рис. 3 - Схема прицепной жатки-накопителя с платформой, повёрнутой на угол в относительно направления движения жатвенного агрегата:

1 - трактор; 2 - прицепная жатка-накопитель; ВФ -фронтальная ширина жатки; ВК - конструктивная ширина захвата жатки-накопителя; в - угол поворота платформы жатки-накопителя относительно направления движения жатвенного агрегата

Из рисунка 3 следует, что для обеспечения выполнения технологического процесса жатвенного агрегата глубина платформы по своему значению должна изменяться в зависимости от значения угла фронтального поворота платформы (в) в указанном интервале либо иметь постоянно максимальное значение в соответствии с минимальной величиной интервала угла (в).

Результат анализа конструктивной схемы показал сложность и соответственно низкую надёжность рассматриваемого технического решения. Однако для упрощения конструкции и дальнейшей эксплуатации прицепной жатки-накопителя с платформой, фронтально повёрнутой на угол (в) относительно направления движения агрегата, целесообразно, чтобы платформа имела конкретный (постоянный) угол поворота. Для этого необходимо его обосновать.

Угол фронтального поворота платформы обосновывается исходя из взаимосвязи двух результирующих критериев — это производительность

жатвенного агрегата и связность формируемого валка хлебной массы.

Общеизвестно, что значение величины сменной производительности агрегата определяется по формуле [5]:

Ж = 0,36 • Вк • Р -¥т • 8 • Тсм • т =

= 0,36•V • В • Тр, ,

где Ж— сменная производительность жатвенного агрегата, га/смену;

ВК — конструктивная ширина захвата, м; в — коэффициент использования конструктивной ширины захвата, который определяется из соотношения в = В / ВК;

¥Т — теоретическая скорость движения агрегата, м/с;

е — коэффициент использования теоретической скорости, который определяется из соотношения е = V/ Ут;

ТСМ — время смены (при его полном использовании), ч;

т — коэффициент использования времени смены, который определяется из соотношения т = Т/ ТСМ;

V — скорость движения жатвенного агрегата, м/с;

В — ширина захвата жатвенного агрегата, м; ТР — коэффициент использования рабочего времени.

С увеличением угла фронтального поворота платформы (в) прицепной жатки-накопителя при постоянной конструктивной ширине захвата (ВК) уменьшается величина фронтальной ширины захвата жатки (Вф). Исходя из схемы, представленной на рисунке 3, фронтальную ширину захвата жатки (Вф) определим по выражению:

Вф = Вк • СОБв,

где Вф — фронтальная ширина захвата жатки, м;

ВК — конструктивная ширина захвата жатки, м;

в — угол фронтального поворота платформы прицепной жатки-накопителя относительно направления движения агрегата, град.

Подставив значения выражения (2) в формулу (1), получим выражение для определения производительности прицепной жатки-накопителя с платформой, повёрнутой на угол (в) относительно направления движения жатвенного агрегата:

= 0,036 •V • Вк • собР • Тр,

ттгП. Ж-Н

где Жр — производительность прицепнои жатки-накопителя с платформой, повёрнутой на угол (в) относительно направления движения жатвенного агрегата.

При постоянном значении величин скорости движения, конструктивной ширины захвата жатки и коэффициента использования рабочего времени ((V, Вк, ФР) = const) производительность жатки-накопителя (выражение (3)) можно представить в виде функции, зависящей от угла фронтального поворота платформы (в) относительно направления движения агрегата, при этом получим:

гП.Ж-Н

We

в

: f (cose).

Из зависимости (4) следует, что с увеличением угла фронтального поворота платформы жатки-накопителя (в) относительно направления движения агрегата происходит уменьшение

ттгП.Ж-Н

значения производительности (Ж ) по косинусоиде (рис. 4).

Результаты экспериментальных исследований [6] свидетельствуют о том, что при увеличении угла фронтального поворота платформы жатки-накопителя (в) относительно направления движения агрегата повышается связность формируемого валка хлебной массы (рис. 5). Кроме того, из зависимостей рисунка 5 следует, что с увеличением концентрации хлебной массы валка наблюдается увеличение связности.

Для определения рационального значения угла фронтального поворота платформы рассмотрим изменение производительности агрегата и связности валка в зависимости от угла фронтального поворота платформы посредством графического совмещения рисунков 4 и 5 (рис. 6).

Графические зависимости рисунка 6 (а, б) свидетельствуют о том, что точка оптимального значения угла фронтального поворота платформы жатки-накопителя смещается в сторону уменьшения при увеличении концентрации хлебной массы в валке, от которой зависит связность. Так, при концентрации хлебной массы в валке 4,40 кг/м2 [7] значение угла в составило 24,4 градуса, а при концентрации валка 5,90 кг/м2 — 23,6 градуса. Из вышепредставленных данных следует, что величина угла фронтального поворота платформы прицепной жатки-накопителя должна составлять не менее 24,4 градуса или рациональное значение — 25 градусов.

Таким образом, исходя из взаимосвязи производительности жатвенного агрегата и связности валка хлебной массы определена величина угла фронтального поворота платформы прицепной жатки-накопителя, которая равна 25 градусам. Постоянный угол фронтального поворота платформы прицепной жатки-накопителя позволит

Связность, Н

Рис. 4 - Изменение производительности прицепной жатки-накопителя с прямоугольной платформой в зависимости от угла фронтального поворота платформы

♦ К=4,40

К=5,90

Р, град.

Рис. 5 - Изменение связности валка хлебной массы в зависимости от угла фронтального поворота платформы (в): К - концентрация хлебной массы в валке, кг/м2

б

Рис. 6 - Изменение производительности и связности валка хлебной массы в зависимости от угла фронтального поворота платформы жатки-накопителя:

W - производительность жатвенного агрегата; а, б - изменение производительности агрегата и связности валка при концентрации соответственно 4,40 и 5,90 кг/м2

а

упростить конструкцию, уменьшить материалоёмкость. Однако в этом случае необходимо обосновать конструкторско-кинематические параметры работы валкообразующего транспортёра, режущего аппарата и мотовила.

Литература

1. Константинов М.М. и др. Патент РФ № 2212781 Валковая жатка Бюллетень № 27. М., 2003. 3 с.

2. Способ формирования хлебной массы в валок и устройство для его осуществления. A.C. № 1530135.1988 г. Воцкий З.И., Боровинских Н.П.

3. Валковая жатка. Патент РФ. № 2242858. 2004 г. Воцкий

З.И., Пермяков А.Ф., Боровинских Н.П., Грохотов A.C.

4. ЛовчиковАП. Повышение эффективности технологических систем уборки зерновых культур (на примере регионов Южного Урала и Северного Казахстана СНГ): дис. ... докт. техн. наук. Оренбург, 2006. 271 с.

5. Зангиев А.А., Лышко Г.П., Скороходов АН. Производственная эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Колос, 1996. 320 с.

6. Косов П.А., Ловчиков А.П. Изменение связности хлебных валков, сформированных при различном угле поворота платформы прицепной жатки-накопителя // Молодой учёный. 2012. № 1. Т. 2. С, 166-171.

7. Косов П.А., Минин П.С., Ловчиков А.П. Теоретическое обоснование необходимой концентрации валка хлебной массы для полной загрузки молотилки высокопроизводительного комбайна // Молодой учёный. 2012. № 1. Т. 2. С. 172-174.