Українська академія аграрних наук

Національний науковий центр

“Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”

Занько Микола Дмитрович

УДК 631.354.2.026:001.4

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ ВИПРОБУВАНЬ МОЛОТАРКИ

ЗЕРНОЗБИРАЛЬНОГО КОМБАЙНА

05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського

виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Глеваха – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному науковому центрі “Інститут механізації та електрифікації

сільського господарства” (ННЦ “ІМЕСГ”) Української академії аграрних наук.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, лауреат Держав-

ної премії України в галузі науки і техніки Нєдовєсов Віктор Іванович,

Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації

сільського господарства ”, завідувач лабораторії проблем комбайнового

збирання зернових культур.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, Мироненко Валентин Григорович, Національний

аграрний університет, доцент, завідувач кафедри екобіотехніки та біоенер-

гоконверсії;

кандидат технічних наук, Кузьменко Володимир Федорович, Національ-

нальний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського

господарства”, завідувач лабораторії з науково-технічних проблем заготівлі

та зберігання кормів.

Захист відбудеться 02 квітня 2008 року о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої

ради Д 27.358.01 у Національному науковому центрі “Інститут механізації та електрифікації

сільського господарства” за адресою: 08631, Київська обл., Васильківський р-н, смт. Глева -

ха, вул. Вокзальна, 11, кімн. 613.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного наукового центру “Інсти-

тут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631, Київська обл.,

Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кімн. 205.

Автореферат розісланий ” лютого 2008 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради С.П. Москаленко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Зернозбиральний комбайн залишається ключовою машиною зерновиробництва. Постійний розвиток його конструкції спрямований на збільшення продуктивності. Висока ефективність вико-

ристання такої машини можлива при умові об’єктивної оцінки функціональних можливостей ос-

новної технологічної системи - молотарки, дослідження та різного роду оцінки якої супроводжу-

ють кожну модель комбайна на всіх етапах його створення - від обґрунтування технічних парамет-

рів при розробці технічного завдання до впровадження конструкційних змін в серійний зразок. На-уковою основою цих робіт є методи випробувань.

Актуальність теми досліджень: Оцінка комбайнів в державній системі випробувань зво- диться до експериментального визначення продуктивності та якості роботи. При оцінці молотарки фактично статистично констатується технологічна спроможність (пропускна здатність) та якість

роботи - втрати, дроблення і засміченість зерна. Дослідження можливі тільки в сезон збирання

хлібів, потребують значного числа працівників та участі в експерименті досліджуваного комбайна і допоміжних технічних засобів. Однофакторна оцінка молотарки - якості роботи в залежності від завантаження, - не дає достовірної оцінки технічним параметрам, не відображує закономірностей

взаємозв’язку технологічних режимів із станом технологічної культури. Внаслідок чого вони зали-

шаються за межами аналізу та оцінки. Складність конструкції і технологічних процесів, залеж-ність оцінюваних показників від значного числа чинників потребують багатофакторних дослід-жень з використанням різноаспектних методів. Спрощена класифікація зернозбиральних комбай-

нів на типи не відповідає стану конструкції сучасних молотарок і не знаходить відображення в ме-тодах випробувань та досліджень. Це дозволяє вважати діючі методи випробувань молотарки не-

достатньо ефективними, які відстають в науковому відношенні від розвитку її конструкції і не доз-

воляють отримати оцінки потрібної повноти та об’єктивного згідно її параметрів та режиму функціювання згідно стану зернової культури.

Актуальність в зміні методичних підходів досліджень особливо гостро постає сьогодні -

при роботах по створенню вітчизняного комбайна і використанні в зерновиробництві України ком-

байнів зарубіжних фірм, які потребують різнобічної оперативної і об’єктивної оцінки.

Зв’язок роботи з науковими програмами і темами: Основні методичні положення багато-

факторних досліджень розроблені при виконанні НДР (держ. реєстр. № 0194U025872) Розробка

технологічної моделі - еталона зернозбирального комбайна для порівняльної оцінки агротехніч-

них показників при випробуванні нових конструкцій комбайнів”. Подальші дослідження мали іні-

ціативний характер і співпали з реалізацією Національної програми розробки і виробництва тех-

нологічних комплексів машин і обладнання для сільського господарства… на 1998-2005 роки та

“Цільової підпрограми створення та організації виробництва в Україні комплексу машин та облад-

нання для збирання, післязбиральної доробки та зберігання зерна і не зернової частини урожаю”

(від 14.04.93 р.), якими передбачено створення вітчизняного зернозбирального комбайна.

Мета досліджень: Підвищення ефективності випробувань молотарки зернозбирального

комбайна з барабанною молотильно-сепаруючою системою (МСС) шляхом удосконалення методів

визначення функціональних - пропускної здатності, дроблення і втрат зерна, - та інших показни-

ків призначення, як системи - згідно конструкції, технологічного принципу і режиму роботи, тех.-

нічних параметрів і стану технологічної культури (вологості та урожайності соломи і зерна) за

умови забезпечення їх високої достовірності, об’єктивності та продуктивності.

Задачі досліджень:

1. Провести обґрунтування застосування в відношенні молотарки методів, що дозволяють

проводити її дослідження з урахуванням технологічного принципу обмолоту, технічних парамет-

рів конструкції, режиму і умов роботи.

2. Провести дослідження і встановити закономірності якості сепарації зерна та пропускної

здатності молотарки від умов роботи - соломистості та вологості не зернової частини урожаю

(НЧУ).

3. Дослідити пошкодження (дроблення) зерна та розробити методи його визначення в моло-

тарці з класичною МСС в залежності від технологічного режиму і умов роботи.

4. Провести дослідження та розробити методи визначення втрат зерна за молотаркою в за-

лежності від конструкційно-технологічних особливостей, технічних параметрів, режиму і умов ро-

боти.

5. Провести дослідження та обґрунтування методики визначення основного показника приз-

начення молотарки - пропускної здатності.

6. Розробити методи ідентифікації та досліджень показників призначення молотарки і ком-

байна.

7. Провести дослідження та встановити залежність пропускної здатності комбайна від тех.-

нічних параметрів та режиму роботи молотарки з барабанною МСС.

8. Провести дослідження та розробити методику визначення експлуатаційних витрат палива

комбайна в залежності від параметрів молотарки.

9. Перевірити у виробничих умовах методи визначення показників призначення молотарки,

обґрунтування технологічних режимів та технічних параметрів і дати їм економічну оцінку.

Об’єкти досліджень: Технологічні процеси обмолоту технологічної маси та сепарації із неї

вільного зерна; молотарка з барабанною МСС і комбайн - як складні технологічні системи для їх

виконання; зв'язок і залежність показників призначення молотарки і комбайна.

Предмети досліджень - закономірності функціювання молотарки і комбайна в залежності від їх конструкційних параметрів, режимів роботи та стану технологічної маси.

Методи досліджень: В основу досліджень молотарки покладено методи математичного і

графічного моделювання. Їх ефективна реалізація проведена по результатам досліджень та обро-

бітку даних, отриманих із застосуванням наступних методів:

- системного підходу; при дослідженні оціночних показників якості функціювання моло-

тарки в залежності від стану технологічної маси, технологічного режиму і технічних параметрів систем, що входять до її складу та комбайна;

- аналізу; випробування молотарки на рівні складових її елементів - технологічних систем

та їх процесів, показників призначення, - без фізичного відокремлення із загального складу моло-

тарки та комбайна;

- синтезу; дослідження молотарки проведено в стані цілісної єдності і взаємозв’язку її скла-

дових систем та в складі більш складної системи - комбайна;

- однофакторного експерименту; при вирішенні простих (попередніх) дослідницьких задач-

визначенні технологічної ролі систем остаточної сепарації та очищення зерна в формуванні су-

марного рівня втрат зерна, що дозволяє спростити схему формування функціональних показни-

ків молотарки та план експерименту при дослідженні втрат зерна за нею;

- багатофакторного експерименту; при дослідженні показників призначення молотарки, які

зазнають впливу множини факторів, що характерні для неї;

- аналітичного; при проведенні попередніх досліджень експериментальних даних та побудо-

ваних математичних і графічних моделей;

- загальнонаукових методів досліджень і оцінки - дисперсійного аналізу; при перевірці адек-

ватності побудованих математичних моделей;

Дослідження параметрів технічних характеристик, технологічних режимів, агротехнологіч-

них, експлуатаційних і енергетичних показників призначення молотарки і комбайна виконані із за-

стосуванням стандартизованих методів.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше отримано залежність, яка визначає закономірність впливу вологості і соломисто-

сті не зернової частини урожаю на рівень втрат зерна за молотаркою. Це дозволяє об’єктивно виз-

начити пропускну здатність молотарки певних параметрів в конкретних умовах і прогнозувати в

відповідності з ними продуктивність комбайна за годину основного часу.

2. Вперше розроблено багатофакторну математичну модель, яка описує якість зерна моло-

тарки класичної схеми, по показнику дроблення, в залежності від вологості зерна і інтенсивності обмолоту - технологічних зазорів в МСС та частоти обертання молотильного барабана. Побудова- ні на її основі графічні залежності дозволяють визначити режим обмолоту згідно фактичних умов роботи та отримати зерно регламентованої якості.

3. Вперше для аналітичної оцінки якості функціювання молотарки класичної схеми розроб-

лено багатофакторну математичну модель втрат зерна. В якості факторів до неї входять технічні параметри і режими роботи технологічних систем молотарки. Вперше пропускна здатність моло- тарки даного типу досліджується аналітично згідно параметрів однобарабанної МСС і соломотру-

су - систем, які формують до 80 % втрат за молотаркою (в складі допустимих 1,5 %).

4. Вперше для оцінки якості функціювання молотарки з кількома барабанами в складі МСС

розроблено багатофакторну математичну модель втрат зерна. В якості факторів до неї входять тех-

нологічний режим роботи і технічні параметри молотильно-сепаруючої системи та соломотрусу. Вперше пропускна здатність молотарки даного типу досліджується аналітично - із застосуванням розробленої моделі, - згідно проектного рівня втрат і технічних параметрів основної і додаткової систем сепарації зерна, що входять до складу багатобарабанної МСС.

5. Вперше розроблено математичну модель, яка ідентифікує комбайн по показнику “пропус-

кна здатність комбайна” і дозволяє аналітично досліджувати продуктивність комбайна за 1 годину основного часу згідно параметрів його систем (об’єму бункера для зерна, потужності двигуна) та

молотарки - довжини соломотрусу та розгорнутої поверхні дек МСС, ширини молотарки, площі

решіт системи очищення зерна.

6. Вперше розроблено математичну модель, яка установлює залежність показника “пропуск-

на здатність комбайна ” від параметрів систем комбайна (об’єму бункера для зерна, потужності

двигуна) і молотарки - довжини соломотрусу та розгорнутої поверхні дек МСС, ширини молотар-

ки, площі решіт. Визначення пропускної здатності комбайна згідно розробленої моделі дозволяє

аналітично досліджувати продуктивність комбайна за 1 годину основного часу.

7. Вперше розроблено математичну модель, яка дозоляє встановити залежність питомих

витрат палива від параметрів допоміжних систем - об’єму бункера для зерна, - продуктивності

комбайна за 1годину основного часу та параметрів систем молотарки: площі молотильно-сепару-

ючих дек МСС, соломотрусу і решіт системи очищення зерна. Графічне моделювання залежності

між вхідними факторами даної моделі дозволяє вести визначення та оцінку їх параметрів.

Практичне значення одержаних результатів: Встановлена залежність між основними

показниками призначення дозволяє проводити їх обґрунтування, що використано при розробці ко-

мбайнів КЗС-1060 і КЗС-1300 (ЗАТ “Автоштамп”, м. Олександрія): визначенні базових парамет-

рів МСС і соломотрусу при розробці технічного завдання, впровадженні їх в конструкцію дослід-

ної партії відмічених комбайнів. Прийняті параметри дозволили отримати пропускну здатність мо-

лотарки, що відповідає проектній.

Метод визначення пропускної здатності молотарки дозволяє проводити оцінку молотарки

згідно її технічних параметрів, що використано при проведенні перевірки показників призначення

вітчизняного комбайна КЗС-9 “Славутич“ (ДКБ “ПІВДЕННЕ” ім. М.К.Янгеля) на етапі державних

попередніх випробувань та комбайнів провідних комбайнобудівних фірм Європи і США в Дер-

жавній системі випробувань с. г. техніки - Українському науково - дослідному інституті випробу-

вань та прогнозувань с.г. техніки (УкрНДІПВТ) без застосування експериментальних методів в по-

льових умовах.

Результати досліджень по комбайну КЗС-9 “Славутич“ відображені в звіті НДР, по комбай-

нам фірм Європи і США - в статтях. Впровадження результатів досліджень в ДКБ “ПІВДЕННЕ” та

УкрНДІПВТ підтверджується відповідними актами.

Методи визначення технологічного режиму барабанної МСС дозволяють отримати якість

зерна з допустимою кількістю дробленого. Це використано при державних випробуваннях в Укр.-

НДІПВТ комбайнів КЗС-7 “Обрій” (ДП “Завод ім. Малишева”, м. Харків), КЗС-1060 і КЗС-1300:

дроблення зерна не перевищувало встановленого рівня і сприяло об’єктивності визначення втрат

зерна та пропускної здатності молотарки. В господарських умовах (ВТБ “Дослідницьке” Київсь-

кої обл.) вибір частоти обертання барабана та зазорів в МСС комбайна СК-5А “Нива” дозволив

об’єктивно отримати зерно встановленої якості. Такі регулювання режиму МСС (в період з 1996

по 2000 рік) проводилось при збиранні хлібів на площі 1000 га.

Визначені технологічні режими МСС комбайнів КЗС-7 “Обрій”, КЗС-1060 і КЗС-1300 із

застосуванням розроблених методів та результати по дробленню зерна отримали відображення в

протоколах УкрНДІПВТ випробувань відмічених комбайнів, комбайна СК - 5А “Нива”- в ВТБ

“Дослідницьке” і підтверджується актом.

Аналітичне визначення питомої витрати палива зернозбиральних комбайнів з класичною та

багатобарабанною МСС дозволяє проводити оцінку економічності технологічного процесу без

проведення експлуатаційно-технологічної оцінки і отримало підтвердження в УкрНДІПВТ на при-

кладі комбайнів КЗС-9-1 “Славутич”, “Лан” і Е-525Н “MDW”. Достовірність даного методу доз-

воляє вести обґрунтування показника питомих витрат палива на етапі розробки технічного завдан-

ня комбайна з молотаркою встановлених параметрів.

Впровадження методу визначення питомої витрати палива в УкрНДІПВТ підтверджується

відповідним актом.

Економічна ефективність науково-дослідних робіт, пов’язаних з розробкою наукових мето-

дів, в тому числі викладених в дисертації, не піддається точному визначенню. Одним з варіантів

прогнозної ефективності розроблених методів та можливих позитивних аспектів від їх впровад-

ження є їх узагальнена оцінка, яка базується на комплексних критеріях. Ефективність методу ана-

літичного визначення пропускної здатності молотарки достатньо висока: незалежність від агро-

термінів збирання хлібів, зменшення чисельності персоналу з 17 до 2 людей і затрат праці на 264

люд. - години, капіталовкладень ( за рахунок зменшення технічних засобів в експерименті) на

34103,0 гривні, прямих експлуатаційних витрат - з 1537,30 до 25,87 гривень (на одну молотарку

дослідного зразка комбайна; за станом на 2001 рік).

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження за темою дисертаційної роботи вико-

нані автором самостійно.

У наукових працях, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належать: розробка наукових

гіпотез, постановка мети і задачі досліджень, розробка методів побудови плану та реалізації експе-

риментальних досліджень, первинний обробіток та аналіз отриманих результатів. Частка здобу-

вача перевищує 80 %. Математичні та графічні моделі побудовані з використанням прикладної

програми, розробленої іншими авторами. Участь здобувача в цьому: представлення до обробітку

результатів досліджень, розробка методичних принципів для формування масивів даних, вибір ви-

хідних даних для побудови ефективної моделі, оцінка перспективної моделі та її аналіз. Частка

автора становить до 40 %.

Експериментальні дослідження виконані в Державній системі випробувань с. г. техніки-

- УкрНДІПВТ. При цьому здобувач брав безпосередню участь як провідний інженер, науково- ме-

тодичний керівник в якості завідувача лабораторією наукових досліджень і випробувань машин

для вирощування і збирання зерна. Частка здобувача - обґрунтування мети досліджень, розробка

плану експерименту, технологічні регулювання молотарки, реалізація експерименту, первинний

обробіток даних - до 25 %.

Апробація результатів дисертації: Основні положення і результати досліджень обговорені і

схвалені на науково-технічних конференціях: “Моделирование сельскохозяйственных процессов

и машин” (БАТУ, Минск, 1996), “Технічний прогрес у с.г. виробництві” (ІМЕСГ УААН, Глеваха,

1997), “Випробування, техніка і технології для с.г. виробництва на рубежі ХХI-го сторіччя” (Укр.-

ЦВТ, Дослідницьке, 1998), “Універсальна мобільна енергетика, модульно-блочна техніка і прогре-

сивні механізовані технології у с. г. виробництві ХХI століття” ( УкрЦВТ, Дослідницьке, 2001).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 14 наукових праць, із них - 14 у фахо-

вих виданнях, 6 - особистих, 7 - у теоретично - науково зарубіжних журналах (Росія) та 7 видан-

нях (в тому числі одне - зарубіжне) матеріалів конференцій.

Структура та обсяг дисертації: Основний зміст дисертації викладено на 1 сторінках і

включає 33 рисунки. Складається із вступу, чотирьох розділів, висновків і списку використаних

джерел із 151 найменування, із них 6 - іноземною мовою, та 10 додатків (в їх складі – таблиць).

Загальний обсяг дисертації становить 2 сторінку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі Стан питання у дослідженні технологічних систем і процесів, фун-

ціональних та інших показників призначення молотарки і комбайна. Постановка задач дос-

ліджень” зроблено аналіз результатів досліджень, розвитку конструкції молотарки за останні деся- тиліття і стан їх методичного забезпечення. Констатовано, що фундаментальні теоретичні дослід-ження процесів обмолоту, сепарації та очищення зерна стосуються молотарки класичної схеми з

пропускною здатністю 5-6 кг/с. Значний внесок в їх розвиток внесли Е.В. Жалнін, М.А. Пустигін, Е.І. Ліпкович, А.І. Грек, С.А. Алферов. Впливу кінематичних і технічних параметрів соломотрусу на сепарацію зерна із грубого вороху і кінематиці його руху присвячені дослідження М.І. Моги-ленця, Н.Є. Авдєєва і С.П. Бублика. Аналітичне визначення показника пропускної здатності та па- раметрів основних систем комбайна класичної схеми отримало відображення в роботах Е.В. Жал-ніна, О.І. Русанова і М.А.Пустигіна.

В останні десятиліття XX століття конструкція МСС барабанної молотарки зазнала суттєво-

го розвитку. Функціональна можливість молотарки, по пропускній здатності, збільшилась. Однак, даний факт не має відповідного відображення в дослідницьких роботах.

У випробуваннях молотарки домінують експериментальні методи визначення та оцінки яко-

сті роботи в залежності від подачі технологічної маси на обмолот. Їх реалізація трудомістка, мож-

лива в сезон збирання хлібів. Встановлені умови проведення досліджень - соломистість, вологість

зерна і соломи, - значного діапазону і не мають наукового обгрунтування впливу на показники яко-

сті роботи (дроблення та втрати зерна). Методи встановлення найбільш сприятливого режиму об-

молоту відсутні. Залежність основних показників призначення - пропускної здатності, якості зерна

і втрат зерна за молотаркою, - від стану технологічної культури, технологічних режимів і техніч-

них параметрів не встановлена. Це не дозволяє проводити випробування у відповідності з їх метою.

Удосконалення методів дозволить проводити випробування незалежно від агротермінів, під-

вищити обєктивність та ефективність визначення оціночних показників при оптимальних умовах

і технологічних режимах, знизити затрати коштів та праці, вести обґрунтування базових парамет-

рів систем комбайна в залежності від пропускної здатності молотарки.

У другому розділі розроблено Методичні основи.. та проведено …експериментальні до-

слідження показників призначення молотарки“. Дослідження теоретичним шляхом технологічних

процесів молотарки та вираження їх аналітично представляються мало можливими, оскільки весь

цикл обмолоту є достатньо складним і характеризується залежністю від значної групи факторів.

Системність побудови, комбінований принцип функціювання, нові інтегративні якості технологіч-

ної маси на різних ділянках, залежність оціночних показників роботи від великої групи факторів впливу характеризують молотарку як систему (рис. 1).

Особливістю функціювання молотарки є багатомірність - наявність багатьох вхідних і вихід- них перемінних:

Для дослідження молотарки застосовано експериментальні дослідження, багатофакторність яких дозволяє максимально встановити закономірності досліджуваних процесів. Основною зада-

чею таких досліджень є побудова з допомогою отриманих даних математичної моделі об’єкта. На основі обробітку отриманих результатів можна встановити закономірності процесів обмолоту в

МСС та сепарації зерна в комплексній молотильно-сепаруючій системі - КМСС (МСС + соломо-

трус), а на основі останніх - вирішити задачі аналізу та синтезу параметрів і технологічних режи-

мів окремих систем та молотарки в цілому.

Рис. 1. Інформаційна модель молотарки,

де Xi (і = 1, n) - технічні параметри технологічних систем;

Zi (і = 1, m) - умови роботи (характеристики технологічної маси);

Ui (і = 1, k ) - технологічні режими функціювання;

Yi, Yi /, Yi // - оціночні та функціональні показники роботи молотарки і її систем;

Vi (і = 1, j) - суб’єктивні фактори впливу на оціночні показники.

В якості факторів прийняті базові - основні технічні параметри систем “комбайн“ і “молота-

рка“. До умов роботи віднесено вологість зерна (Wз, %) і НЧУ (Wс,%), соломистість (г). Для харак-

теристики впливу режиму обмолоту прийняті подача хлібної маси на обмолот (Q, кг/с), частота

обертання молотильного барабана (n, об/хв.) і зазори - входу (D0, мм) і виходу (D1, мм) маси в кла-

сичній МСС (МСС-І). В якості оціночних прийняті показники, що характеризують: пропускну

здатність молотарки (q, кг/c) та його систем - остаточної сепарації - соломотрусу (СОС) і очищення

(СОЗ) зерна (відповідно qс і qо, кг/c), якість отриманого зерна - дроблення (D, %) і повноту його

збору - втрати за молотаркою (Дq, %). Тобто, дослідження молотарки, з урахуванням всіх груп фак-

торів, зведено до отримання залежностей виду (1), які характеризують певні процеси, залежності,

характеристики і ідентифікують їх через показники призначення:

Yі = f (Xі; Uі; Zі; Vі); (1)

Для вирішення дослідницьких задач, пов’язаних з поєднанням у вигляді виразу показників,

застосовано метод математичного моделювання. Застосування методу аналізу дозволяє диферен-

ціювати молотарку на складові системи - обмолоту, основної і остаточної сепарації та очищення

зерна, - і дослідження певних показників призначення вести на їх базі. Метод синтезу застосовано

для дослідження молотарки при умові цілісної єдності - взаємозв’язку її систем та в складі макро-

системи “комбайн”. Для обгрунтування складу залежності типу (1) по вхідним факторам і плану

експериментальних досліджень розроблено функціональну схему молотарки (рис.2).

Рис. 2. Функціональна схема молотарки,

де Дqс - втрати зерна за системою остаточної сепарації (СОС), %;

Дqо - втрати зерна за системою очищення (СОЗ), %;

- досліджувані критерії оцінки молотарки (перший рівень системи);

- елементи другого рівня (технічні параметри та технологічні режими);

- функціональні відношення впливу: прямого впливу;

- зворотньої підпорядкованості; взаємодії.

Для забезпечення адекватності моделі фактичному об’єкту проведено обґрунтування та змен-

шення числа вхідних перемінних, - шляхом декомпозиції всієї складної системи на ряд умовно “ав-

тономних” систем. Тобто, функціональну схему молотарки зі складними зв’язками та ієрархією

функціонально-технологічних цілей і задач системи в цілому представлено в вигляді розгалужених

цілей окремої системи на рівні показників призначення та факторів, що їх обумовлюють.

Для оптимізації вхідних в математичну модель факторів, на етапі попередніх дослідниць-

ких задач застосовані однофакторні експериментальні методи.

У відповідності з методичними принципами експерименту виконано класифікацію барабан-

ної молотарки на типи та детальну структуризацію кожного із них. З метою аналізу властивостей

елементів молотарки, відношень між ними і властивостей системи в цілому виконані дослідження

технологічних потоків молотарки і функціональних відношень між ними та дослідження прийня-

тих факторів впливу і критеріїв оцінки основних елементів (систем) молотарки.

В основу класифікації молотарки на типи прийнято конструкційно-технологічні особливості

будови МСС. Барабанна молотарка, з тангенціальною подачею технологічної маси на обмолот,

клавішним соломосепаратором і вітрорешітною системою очищення зерна, поділена на два типи:

1) перший - класичний. МСС побудована по схемі: молотильний барабан - відбійний бітер- сепаруючі деки; це перший тип молотильно-сепаруючої системи - МСС-І;

2) другий - інтенсивної сепарації зерна. Система обмолоту і основної сепарації зерна пред-

cтавлена МСС-І - і додатковою системою “ротаційний барабан-сепаруюча дека”, яка виконує фун-

кцію додаткової сепарації зерна із грубого вороху після МСС-І. Молотильно-сепаруючу систему такого типу віднесено до другого типу тангенціальної МСС - МСС-ІІ.

Формалізованих (методичних) правил вибору першочерговості та пливу на оціночні крите-

ріїв Yі факторів із груп Xі, Uі, Zі і Vі не існує. Кількісна та якісна зміна оціночних критеріїв знахо-

диться в суперечній протилежності з іншими факторами - технічними параметрами, технологічни-

ми режимами, умовами роботи. Значна кількість факторів залежностей типу (1) не сприяє досто-

вірності досліджуваного показника; план такого експерименту і обробка отриманих результатів є

достатньо складними. Коригування плану експерименту і перспективної моделі (на прикладі пока-зника Дq) можливе за рахунок виключення факторів групи “умови роботи”:

Дq = f (Xі; Uі); (2)

Практично цього можна досягти проведенням досліджень при умовах, що відповідають ви- могам до проведення випробувань. Для їх встановлення проведено багатофакторний експеримент

(39 дослідів). За фактори впливу на повноту сепарації зерна в КМСС і тим самим на формування

Дq, прийняті соломистість та вологість НЧУ, подача технологічної маси в молотарку (Q, кг/с; при

Дq близькому до 1,5 %) та ефективна довжина системи КМСС (L, м). Діапазон параметрів вхідних факторів: Wc = [6,5-46,8] %, г = 1:[0,69-1,60], L = [4,33-7,78] м. Побудовано математичну модель,

що ідентифікує втрати зерна за молотарки згідно умов і режиму роботи:

Дq = -16,0187г /Q - 0,04637Wc +11,7286г /L +0,3867Wc /Q - 0,03424Q /г +1,3555; ( 3)

Графічна залежність, побудована на основі моделі (3), дозволила встановити, що нормаль-

ними умовами для сепарації зерна і визначення втрат є Wс = 14 %, а г - 1: (1,1-1,3).

По результатам досліджень встановлено домінуючу роль однотипних по будові систем об-

молоту (МСС) та остаточної сепарації зерна (СОС) на втрати зерна за молотаркою в складі Дq.

Це дозволяє методично об’єднати їх в одну - комплексну молотильно-сепаруючу систему (КМСС)

і дослідження показника Дq вести на її базі. При нормальних умовах і урожайності зерна 40-45 ц/га величину Дq будуть визначати параметри КМСС. Її ширина (В, м) дозволить сформувати потік пе-вної інтенсивності і подачі в молотарку (Q, кг/с). Ефективна довжина клавіші соломотрусу (lе, м) та

розгорнутої поверхні деки МСС (lі, мм) дозволять збільшити довжину сепаруючої поверхні КМСС

(lі + lе= L, м) і вірогідність сепарації зерна із грубого вороху. Повнота виділення зерна в СОС виз- начається режимом подачі грубого вороху із МСС. В якості факторів прийняті діаметр молотиль-

ного барабана (d, мм) та частота його обертання (n, об/хв.). З урахуванням цих факторів план екс- перименту і його реалізація (130 дослідів), при дослідженні втрат зерна за класичною молотаркою (ДqІ, %), побудовано у відповідності із залежністю виду:

ДqІ = f (B; lі; lе; d; Q; n); (4)

Параметри величин B, lі і lе характеризуються значним діапазоном і, в відповідності з

принципом гармонічності, відповідають такому ж широкому діапазону величини пропускної здат-

ності молотарок, задіяних в експерименті.

Конструкційно-технологічною особливістю молотарки з МСС-ІІ є наявність двох функціо-

нально різних барабанів. Довжина розгорнутої поверхні сепаруючих дек барабанів (lі, мм) розгля-

дається як один з основних факторів при оцінці втрат (ДqІІ, %). План експерименту побудовано та

реалізовано (49 дослідів) у відповідності із залежністю виду:

ДqІІ = f (Q; lі; lе; B); (5)

В відповідності з методом синтезу експериментальні дослідження показників ДqІ, ДqІІ прове-

дені при роботі комбайнів певної продуктивності в польових умовах по методам ОСТ 70.8.1-81. По

кожному досліду сформовано масив даних - об’ємну таблицю результатів, який дозволяє зробити

попередні загальні висновки та встановити певні закономірності між її елементами-факторами.

В якості основної системи, що визначає дроблення зерна, прийнята молотильно-сепаруюча

система типу МСС-І молотарки класичної схеми. При дослідженнях показника D (71 дослід) за

фактори впливу прийняті технічні параметри, технологічні режими - зазори входу (виходу) техно-

логічної маси в МСС, подача технологічної маси в МСС та вологість зерна:

D = f (d; Dо; D1; Q; n; Wз); (6)

Дослідження показника D проведені при роботі комбайна з пропускною здатністю молотар-

ки 5 кг/с в польових умовах протягом кількох днів на одній ділянці. Базові параметри досліджува-

ваної МСС (діаметр барабана, кут обхвату барабана декою та її площа) знаходяться на рівні анало-

гічних параметрів молотарок великої групи комбайнів. Це дозволяє виключити даний показник з

плану експерименту. В процесі природного висихання вологість зерна зменшилась з 25,0 до 9,3 %.

Така вологість є характерною для комбайнового збирання хлібів. Вагове співвідношення зерна і

соломи в процесі досліджень залишалось незмінним.

Дослідження ряду авторів свідчать, що пропускна здатність комбайна має високий коефіці-

єнт множинної кореляції з параметрами основних його систем, в тому числі і молотарки. В відпо-

відності з цим логічно передбачити між ними відповідної залежності-зв’язку та застосувати її для

ідентифікації комбайна по основним показникам призначення. В якості системи, яка прямована

на максимально ефективну реалізацію потенціальних можливостей молотарки по пропускній здат-

ності в умовах експлуатації, прийнято систему накопиченя зерна - бункер і його оціночну характе-

ристику - об’єм (Vб, м3 ). Встановлений рівень продуктивності комбайна (qк, кг/с) першочергово

можливий при певній площі систем остаточної сепарації (Sс, м2) та очищення зерна (Sо, м2 ) і дос-

татньому енергозабезпеченні (N - потужність двигуна, кВт):

Vб = f (qк; N; Sо; Sс; В); (7)

Для побудови моделі показника Vб сформовано масив даних. В відповідності з методами багатофа-

кторного експерименту до нього включені параметри величин qк , Sо, Sс, В, Vб і N значного діапа-

зону 39 комбайнів з молотаркою барабанного типу. Пропускна здатність комбайнів досліджена

згідно стандартизованих методів експлуатаційно-технологічної оцінки.

Показник “питомі витрати палива” (Qп , кг/тонну) характеризує економічність технологічно-

го процесу і визначається по витратам палива і продуктивності комбайна за 1 годину експлуата-

ційного часу. Комплексний характер показника Qп свідчить про можливість його аналітичного

визначення в залежності від параметрів системи “молотарка” і макросистеми “комбайн”. В якості

фактора, який в найбільшій мірі характеризує ступінь взаємодії молотарки з технологічною масою

прийнято площу (Sі, м2) поверхні сепаруючих дек МСС-І(ІІ). Виконання молотаркою роботи, пев-

ного функціонального рівня і якості, забезпечується також системою СОС, характеристиками якої

прийняті площа (Sс, м2) та ширина (В, м). В якості факторів макросистеми “комбайн” прийняті

продуктивність за 1 годину основного часу (Wо, тонн/год) та об’єм бункера для зерна (Vб, м3):

Qп = f (Sі; Sс; B; Vб; Wо); ( 8)

Для побудови математичної моделі показника Qп проведено багатофакторний експеримент.

Дослідження показників Qп і Wо вісімнадцяти комбайнів значного діапазону продуктивності про-

ведено згідно стандартизованих методів експлуатаційно-технологічної оцінки.

Геометричні параметри систем обмолоту, сепарації і очищення зерна та бункера, для аналі-тичного обчислення показників Sі, Sс, Sо і Vб, визначено по методам КД 46.16.02.03-93.

Обробіток отриманих експериментальних даних - конкретизоване поєднання різноплано-

вих факторів залежності (3)-(8), які не характеризуються функціональною залежністю, проведено із застосуванням прикладної програми (розробленої іншими авторами), персональної ЕОМ та ме- тодів математичного моделювання, що відповідає вимогам ГОСТ 16504-81.

У третьому розділі Результати досліджень технологічних процесів та показників призна-

чення молотарки. Розробка методів випробувань молотарки” виконано побудову математичних моделей і графічних залежностей та дослідження закономірностей технологічних процесів і режи- мів. На їх основі вирішені задачі аналізу та синтезу систем, режимів, технічних параметрів та їх

ідентифікації.

Математична модель, яка ідентифікує якість зерна при обмолоті в МСС-І, має вигляд:

D = -2,4344Wз/Dо + 0,3746*10-5* n2 - 0,2099*10-3* n Dо – 0,1055*10 6 /(n Wз ) –

- 0,02583Wз + 916,8118/Wз2 + 228,6734 /(n D1) + 7120,8921/n; (9)

На основі моделі (9) побудовано ряд графічних залежностей, які дозволяють встановити

закономірності впливу вологості зерна і прийнятої інтенсивності обмолоту - частоти обертання ба-

рабана (рис. 3), подачі та зазорів в МСС-І, - на його дроблення.

Рис. 3. Залежність дроблення зерна від його вологості та частоти обертання

молотильного барабана (при Dо =15 мм і D1 =5 мм) - - D = f (Wз; n),

де 1 - n = 780 об./хв.; 2 - n = 880 об./хв.; 3 - n = 980 об./хв.; 4 - n = 1080 об./хв.; 5 - D =2,0 %

Встановлено, що основним фактором, який визначає кількість пошкодженого зерна і режим

роботи МСС-І, є вологість зерна. При допустимих технологічних зазорах і обертах барабана пош-

кодження зерна з максимально допустимою до обмолоту вологістю (Wз =18 %) не перевищує 0,6

%. Сухе зерно (Wз = 10 %) при цих режимах зазнає пошкодження до 5,0 %. Вологість зерна, яка

дозволяє вибрати прийнятний режим обмолоту і отримати зерно встановленої якості (D ? 2,0 %),

становить 14 % і прийнята як нормальні умови. Зменшенню дроблення зерна сприяє “м’який” ре-

жим обмолоту (n - до 900 об./хв.) Збільшення частоти обертання барабана до1080 об./хв, навіть при

сталій вологості зерна, обумовлює зростання показника D. “Жорсткий” режим (n - до 1080 об/

/хв.) прийнятний для обмолоту зерна з вологістю до 16 %. Збільшення вхідного в МСС зазору з 12

до 20 мм (при Wз =16 %, Dо = 5 мм і n = 900 об./хв.) зумовлює зменшення дроблення зерна з 1,70

до 0,85 %. Аналогічний результат спричиняє і збільшення вихідного зазору з 2 до 8 мм. Сухе зе-

рно (Wз = 9,3 %), навіть при “м’яких” зазорах в МСС - Dо =16 мм, D1 = 5 мм, - відчутно реагує на

зміну інтенсивності обмолоту: при збільшенні n з 780 до 1080 об./хв. його пошкодження зростає

вдвічі – з 1,5 до 3,0 %. Майже не реагує на зміну показника n зерно з вологістю 14,0-18,0 %.

При збільшенні пошкодженого зерна погіршується сепарація дрібного вороху: втрати зерна

за СОЗ і молотаркою зростають. Це збільшує вплив суб’єктивних факторів на оцінюваний показ-

ник q і зменшує достовірність його визначення. Графічні моделі дозволяють обґрунтувати режим

обмолоту та не перевищити допустимий вміст дробленого зерна в складі основного.

Для оцінки якості технологічного процесу молотарки класичної схеми побудовано матема-

тичну модель втрат зерна:

ДqІ = - 0,04274 d/L + 31013,4941/(nQ) – 530,6352Q/d - 4661,0068B/n -103,0279/(lе Q) +

+ 497,1849L /n + 7,2499Q/ lе + 13,204 B/lе; (10)

Аналіз графічної залежності, побудованої на базі моделі (10), молотарки встановлених технічних

параметрів (d = 600 мм; B =1,52 м) з перемінною величиною L свідчить: при роботі молотарки в

технологічному режимі, що перевищує проектну пропускну здатність, втрати за молотаркою знач-

но збільшуються. Така закономірність характерна для молотарок класичної схеми. Збільшення аб-

солютного значення показника L супроводжується зменшенням втрат за молотаркою, що забезпе-

чує можливість роботи молотарки в режимі більш високих подач.

Застосування ротаційного барабана-соломосепаратора та збільшення довжини розгорнутої поверхні сепаруючих дек МСС-ІІ, при одночасному зменшенні величин lе та ДqІІ, свідчить про

інтенсифікацію процесу основної сепарації зерна. Моделювання показника ДqІІ підтверджує:

збільшення величини lі супроводжується зменшенням втрат. При роботі в порівнюваному режи-мі, молотарка з МСС-ІІ має менше втрат, ніж молотарка з МСС-І. Графічні залежності ДqІІ =

= f (lі; Q) з різними значеннями параметрів B і lе, (в т.ч. рисунку 4) побудовані на основі матема-тичної моделі, що ідентифікує молотарку з МСС-ІІ по втратам зерна:

ДqІІ = 124,1842/lе 2 - 0,5609lі + 0,5342lе2 + 0,7872Q/lе - 4,5017/B -13,217; (11)

Графічні залежності показника ДqІІ, молотарок з різними параметрами технічних характе-

ристик B та lе, дозволяють проводити аналіз втрат молотаркою даного типу. Інтенсифікації проце-

су сепарації в МСС-ІІ першочергово досягнуто за рахунок додаткової функціональної системи

“сепаруюча дека - барабан”. Збільшення ефективної довжини клавіші соломотрусу також сприяє

зменшенню втрат. В комплексі це дозволяє збільшити функціональну можливість МСС і молотар-

ки працювати в режимі більш високих подач і пропускної здатності.

До складу залежностей (10)-(11) входять параметри, які характеризують виключно молотарку.

Проведення досліджень в нормальних умовах дозволяє збільшити достовірність методичного і аб-

солютного визначення показника Дq і пропускної здатності молотарки.

Графічні залежності ДqІ = f (Q; L) і ДqІІ = f (Q; lі) дозволяють визначити подачу технологічної

маси, яку молотарка встановлених параметрів технічних характеристик L, B, lе, lі і d в нормальних

умовах може переробити з Дq =1,5 %. Такий режим роботи відповідає пропускній здатності моло-

тарки. Спосіб її визначення взято за основу методу визначення пропускної здатності молотарки.

Зроблено методичне визначення терміну пропускна здатність молотарки.

Рис. 4. Залежність втрат зерна за молотаркою від довжини розгорнутої поверхні деки

МСС-ІІ та подачі технологічної маси на обмолот (при B = 1,50 м, lе = 3,55 м ) -

- ДqІІ = f (lі; Q),

де 1- Q = 12,10 кг/с; 2- Q =10,90 кг/с; 3 - Q = 9,80 кг/с; 4- Q = 8,65 кг/с; 5 - Q = 7,50 кг/с;

6 - Дq = 1,50 %; 7 - Q = 6,40 кг/с; 8 - Q = 5,25 кг/с; 9 - Q = 4,10 кг/с.

Стандартизовані методи випробувань регламентують визначення показника “пропускна здат-

ність комбайна- qк (кг/с) - через його продуктивність за 1 годину основного часу. Потреба в його

визначенні особливо актуальна на етапі розробки ТЗ на комбайн. Для розробки відповідних мето-

дів проведено багатофакторний експеримент, з врахуванням високого коефіцієнта множинної ко- реляції між показником qк та основними параметрами комбайна. В експерименті було задіяні 29

зернозбиральних комбайнів. Для підтвердження експлуатаційного характеру показника qк в якос-

ті факторів прийняті потужність двигуна (N, кВт), об’єм бункера для зерна (Vб, м3), площа решіт

(Sо, м2) системи очищення зерна і площа системи сепарації грубого вороху (Sс, м2)