Изменение связности хлебных валков, сформированных при различном угле поворота платформы прицепной жатки-накопителя

Известен вариант жатки–накопителя, у которого платформа жатки повернута на угол β относительно направления движения жатвенного агрегата (рисунок 1) [1]. Этот угол поворота β не имеет конкретного значения, а находится в интервале, заявленном авторами 20…35º. При этом отгиб стеблей, которые взаимодействуют во время среза с планками мотовила (диагональный отгиб стеблей) [2], будет изменяться в зависимости от значения угла поворота платформы жатки относительно направления движения жатвенного агрегата.

1 – прицепное устройство, 2 – планки мотовила, 3 – планки транспортера, 4 – платформа, V_Ж.А. – направление вектора скорости жатвенного агрегата, β – угол поворота платформы жатки относительно направления движения жатвенного агрегата

Рис. 1 – Схема жатки–накопителя с прямоугольной формой платформы

Общеизвестно, что от того, как уложены стебли относительно друг друга и стерни, как они переплетены между собой, зависит целостность валка. Чем лучше переплетены между собой стебли, тем меньше вероятность отчуждения отдельных элементов и тем выше их связность. Из вышесказанного следует, что для варианта прицепной жатки-накопителя с прямоугольной формой платформы при возможности ее поворота на угол β=20…35&#;, связность сформированных валков будет изменяться. С целью установления закономерности изменения связности формируемых валков данной жаткой при различной величине угла β и различной концентрации валков необходимо проведение экспериментальных исследований. Связность валков изучали такие ученые как А.Н Важенин, Г.Е. Чепурин, А.И. Будко, М.П. Сергеев, Е.Д. Милованов и другие. М.П. Сергеев и Е.Д. Милованов оценивали связность валка при его подъеме методом динамометрирования [3, 4]. Н.П. Боровинских определял связность методом динамометрирования по моменту сопротивления на валу барабана [5]. А.И. Будко определял усилие, необходимое для вытяжки одиночных стеблей из валка [6].

Чтобы рассмотреть детально, а именно послойно изменение связности экспериментальных валков в зависимости от угла расположения стеблей в слое, уложенном на платформу под действием планок мотовила и от концентрации хлебной массы валка, было решено при проведении экспериментов воспользоваться методикой А.И. Будко.

Эксперименты проводились на лабораторной установке приведенной на рисунке 2.

1 – имитация поверхности поля (стерневой фон), 2 – рамка подвижная, 3 – валок, 4 – нить капроновая, 5 – опора роликовая, 6 – шпагат полипропиленовый, 7 – блок роликов, 8 – динамометр, 9 – крюк, 10 – шкив ведущий, 11 – мотор-редуктор, 12 – плита установочная, 13 – провод электропроводящий, 14 – прокладки регулировочные, 15 – рама установочная основная

Рис. 2 –Установка лабораторная для проведения экспериментов по исследованию связности хлебного валка

Валки формировались из чередующихся двух видов слоев стеблей. Стебли слоя первого вида, на которые при срезе и укладке на платформу не воздействуют планки мотовила, располагались вдоль направления движения жатвенного агрегата. Стебли слоя второго вида, на которые при срезе и укладке на платформу воздействуют планки мотовила, располагались веерообразно под углами от 0° и до необходимого значения угла β. Значения максимального угла укладки стеблей изменялись от 0 до 35° с интервалом 5°.

Растения, из которых формировался валок, измерялись рулеткой от верхней части колоса до корневой системы. Лишнюю часть растения со стороны корневой системы отрезали с помощью садового секатора. Обрезанные стебли взвешивались и из них формировались шесть примерно одинаковых по массе пучков. В сумме по массе они составляли массу одного квадратного метра валка (концентрация хлебной массы в валке). Из каждого такого пучка формировали слой валка со смещением в зависимости от серии эксперимента примерно 0,12 м. Валок 3 (рисунок 2) формировался квадратным (1×1 метр) на подвижной рамке 2 с натянутой проволокой сквозь поперечные ее бруски. Подвижность рамки 2 осуществлялась при перемещении полипропиленового шпагата 6 по роликовым опорам 5, которые прикреплены к потолку. Под подвижной рамкой 2 располагалась имитация поверхности поля 1 со стерневым фоном, имеющая определенное междурядье. Подвижную рамку 2 с уже сформированным валком 3 опускали вниз на имитируемую поверхность поля 1. Проволока подвижной рамки 2 проходила между рядков стерни, а валок 3 нижней своей частью осаживался на стерню.

Рядом с имитируемой поверхностью поля 1 располагалась установочная основная рама 15, на которую посредством регулировочных прокладок 14 устанавливалась плита 12. На этой плите были смонтированы мотор-редуктор 11 со шкивом 10, динамометр 8 с крюком 9 и с блоком роликов 7.

Капроновую нить 4 посредством петли на одном из ее концов крепили за одно растение валка 3 на стыке стебля и основания колоса. Другой конец капроновой нити 4 закрепляли на ведущем шкиве 10 мотора-редуктора 11, пропустив нить 4 через блок роликов 7 и крюк 9. При этом капроновая нить 4 свободно провисала на участке от крепления ее к растению до ближайшего ролика блока роликов 7.

При подключении провода 13 в сеть переменного тока напряжением 220 В, мотор-редуктор 11 включался в работу и проворачивал приводной шкив 10 с закрепленной на нем нитью 4, которая постепенно натягивалась. При вытягивании стебля из сформированного валка 3 сопротивление возрастало, при этом крюк 9 опускался вертикально вниз, поворачивая стрелку динамометра 8, с которой он связан через подпружиненный шток и ряд рычагов. При выполнении каждого эксперимента установочную плиту 12 поворачивали так, чтобы натянутая нить 4 располагалась на одной линии с продольной осью вытягиваемого стебля. Вытягивание единичных стеблей из валка проводилось в середине каждого слоя (рисунок 3). Серии экспериментов проводились в девяти повторностях. Момент времени от включения до выключения мотора-редуктора 11 (рисунок 2) снимался на видеокамеру, при этом было запечатлено отклонение стрелки динамометра 8.

Длина растений (пшеница, сорт Терция) в формируемых валках составляла 0,5 ± 0,015 м. Высота стерни 0,2 ± 0,01 м. Влажность стеблей составляла 16,2…20,4 %, влажность стерни – 9,3…14,2 %. Скорость движения нити без сопротивления, которое оказывает стебель при его вытягивании из валка, составила около 0,005 м/с.

Г₁…Г₆ – номер по порядку горизонтали, проведенной через ось симметрии слоя валка, начиная с нижнего слоя; В – ширина валка; т.1…т.6 – номер по порядку точек для произведения серий эксперимента соответствующего слоя хлебного валка

Рис. 3 – Схема ориентировочных точек расположения стеблей, вытягиваемых нитью при проведении серий экспериментов

Максимальное значение концентрации хлебных валков составило 5,90 кг/м², минимальное – 4,40 кг/м², промежуточное – 5,15 кг/м². Максимальное значение концентрации хлебных валков было определено в соответствии с рекомендациями из условия несущей способности стерни при неблагоприятных погодных условиях во время уборочного периода [7, 8, 9].

Минимальное значение концентрации валков было определено, исходя из нижнего порога, при котором целесообразно применение жатки-накопителя совместно с высокопроизводительными комбайнами (пропускная способность q = 14 кг/с). Промежуточное значение концентрации валков было определено как среднее между минимальным и максимальным значениями концентрации валка.

Видеозапись серий экспериментов с кассеты видеокамеры перезаписывалась на компьютер с помощью программы «Movie Maker» операционной системы «Windows XP». Тип файла WMV (Windows Media Video), размер изображения 640×480 точек, 25 кадров в секунду. Далее в этой же программе при покадровом просмотре записи каждой повторности делалось порядка 3…4 фотографических снимков в момент максимального отклонения стрелки динамометра. Данные снимки внедрялись (через меню/вставить) в графический редактор «КОМПАС – 3D V10» и размещались в одном «слое». Затем создавался новый «слой», а «слой», в котором находились снимки, делали фоновым. В новом «слое» снимки были полностью видны, но были неактивны. Для получения высокой точности измерения применялся метод сопоставимости величины углов между смежными рисками цены деления и отклонения стрелки в интервале между смежными рисками цены деления. Поверх этих снимков проводились линии (рисунок 4).

Рис. 4 – Схема определения необходимых углов расположения основных элементов для получения высокой точности экспериментальных измерений

В первую очередь проводили линию по продольной оси стрелки динамометра через ось вращения стрелки (точка О). Затем от оси вращения стрелки (точка О) проводили две линии, совпадающие с продольными осями двух смежных рисок, в интервале которых находилась стрелка динамометра. Производили измерение угла между двумя линиями, проходящими через продольные оси смежных рисок циферблата, в интервале которых располагалась стрелка. Также производили измерение угла между линией, проведенной через продольную ось риски циферблата ближайшей к нулевой отметке интервала, в котором находилась стрелка динамометра, и линией, проведенной через продольную ось стрелки динамометра.

В каждой повторности эксперимента из 3…4 снимков выбирался один, на котором угол отклонения стрелки максимален. Зная величины углов и цену деления, составляли пропорцию, при этом получали значение в физическом выражении в интервале между рисками циферблата, где располагалась стрелка динамометра. Далее к этому значению, прибавив значение интервала от нуля до ближайшей к нулю риске интервала, в котором между смежными рисками располагалась стрелка динамометра, получали искомое значение усилия, необходимого для вытягивания одиночного стебля. В ориентировочных точках нахождения стеблей для проведения экспериментов было произведено девять повторностей, которые рендомизированы по слоям при помощи способа игрального кубика.

Произведя усреднения полученных данных по девяти повторностям в каждой точке нахождения стеблей, построили графическую модель усилия, необходимого для вытягивания одиночного стебля в слоях экспериментальных валков (рисунок 5).

а

б

в

а, б, в – зависимость связности слоев валка при концентрации соответственно 4,40, 5,15 и 5,9 кг/м²

Рис. 5 – Зависимость связности слоев валка от веерообразного расположения стеблей под углами от 0° до 35° при разной концентрации

Как видно из рисунка 5, наибольшее значение связности имеет третий слой (рисунок 3). По этому явлению предполагаем, что третий слой имеет множество точек сцепления стеблей, так как располагается между вторым и четвертым слоями. На третий слой воздействуют своим весом четвертый, пятый и шестой слои, тем самым увеличивая сопротивление при вытягивании стебля из третьего слоя валка.

Также из рисунка 5 видно, что при увеличении концентрации хлебного валка повышается его связность независимо от изменения угла расположения стеблей.

Для лучшей наглядности приведем на рисунке 6 графические зависимости усредненного значения связности шести слоев экспериментальных валков.

К – концентрация хлебной массы валка, кг/м²

Рис. 6 – Зависимость усредненного значения связности валка от веерообразного расположения стеблей под углами от 0° до 35° при разной концентрации валка

При анализе графических зависимостей, приведенных на рисунке 6, выявлено, что независимо от изменения концентрации хлебной массы валка максимально интенсивное возрастание значения связности экспериментальных валков происходит в интервале угла ориентации стеблей в слое от 20 до 30 градусов. Менее интенсивное возрастание происходит в интервале – 30…35 градусов. Наименьшая интенсивность возрастания связности экспериментальных валков находится в интервале – 0…20 градусов.

В ходе экспериментальных исследований по влиянию величины угла поворота платформы прицепной жатки-накопителя относительно направления движения на связность, формируемого ей валка разной концентрации, было установлено, что:

• наибольшую связность в экспериментальном валке, состоящем из шести слоев, имеет третий слой (рисунок 3);

• при увеличении концентрации хлебной массы валка связность экспериментальных валков возрастает независимо от величины веерообразного расположения стеблей в валке;

• при увеличении веерообразного расположения стеблей в слое валка от 0° до 35° связность экспериментальных валков возрастает независимо от величины концентрации хлебной массы валка;

• независимо от изменения концентрации хлебной массы валка максимально интенсивное возрастание значения связности экспериментальных валков происходит в интервале угла ориентации стеблей в слое от 20 до 30 градусов.

Литература:

1. Валковая жатка. Патент Р.Ф. № 2242858 2004 г. Воцкий З.И., Пермяков А.Ф., Боровинских Н.П., Грохотов А.С.

2. Косов П. А. Теоретическое исследование величины угла отгиба стеблей планками мотовила прицепной жатки-накопителя с прямоугольной формой платформы [Текст] / П. А. Косов // Молодой ученый. – 2010. – №12. Т.2. – С. 204–209.

3. Сергеев М.П. О факторах, накладывающих ограничения на размеры валков [Текст] / М.П. Сергеев, А.Н Важенин // Долговечность и надежность сельскохозяйственных машин. – 1966. С. 122–125.

4. Милованов Е.Д. Условия неразрывности хлебного валка [Текст] / Е.Д. Милованов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. – 1966. – №11. С. 26–27

5. Боровинских Н.П. Совершенствование процесса формирования валка жаткой-накопителем при скашивании зерновых культур [Текст] / Н.П. Боровинских. Автореф. дис… канд. техн. наук. – 1990. 20 с.

6. Будко А.И. Исследование некоторых вопросов технологии раздельной комбайновой уборки хлебов в условиях Кубани [Текст] / А.И. Будко. Автореф. дис… канд. техн. наук. – 1960. 20 с.

7. Горшков Н.И. Опыт но обоснованию высоты среза при раздельной уборке [Текст] / Н.И. Горшков // Саратовский институт механизации сельского хозяйства (Труды) – 1961. – вып. ХХII. – С. 44–49.

8. Милованов Е.Д. Технология скашивания хлебной массы в валок и способы улучшения ее [Текст] / Е.Д. Милованов // Труды Саратовского института механизации сельского хозяйства. – 1962. – вып. 31. – С. 37–41.

9. Федосеев П.Н. Исследование устойчивости и сушки хлебных валков [Текст] / П.Н. Федосеев, А.В. Кузнецов, Г.Е. Чепурин // Труды СибВИМ, Новосибирск. – 1966. Т.3. – С. 54–59.