CC BY
34
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
УДК 629.114.2
А.А. ВАСИЛЬЕВ, С В. КОВАЛЕВ, С.Ю. СЕРКОВ
Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск
БЕЗОСТАНОВОЧНАЯ УБОРКА ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
Целью проведенных исследований является повышение производительности зерноуборочного комбайна за счет исключения затрат времени смены на выгрузку зерна. Реализация предлагаемой технологии выгрузки зерна на ходу связана с решением нескольких проблем, основными из которых являются: включение привода выгрузного устройства на номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя; синхронизация скорости движения зерноуборочного комбайна и транспортного средства, усложнение учета выгруженного зерна. Техническая часть проблем решается установкой регулируемых подвижных заслонок, перекрывающих поступление зерна к горизонтальному шнеку бункера. В этом случае включение привода без нагрузки не приводит к поломкам деталей выгрузного устройства. По разработанной конструкторской документации изготовлены и установлены узлы и детали регулировочного устройства для подачи зерна. Технологическая часть проблем, связанных с синхронизацией скорости движения технических средств, решается установкой камеры заднего вида на бункер-перегрузчик. Положение откидного выгрузного шнека относительно бортов кузова отслеживается водителем по экрану монитора. Учет выгруженного зерна выполняется с использованием весовой платформы бункера-перегрузчика. Проведены полевые испытания модернизированного выгрузного устройства на уборке зерновых культур, показавшие безотказность и эффективность работы устройства для регулировки подачи зерна. Выполненный сравнительный анализ эксплуатационно-технологических показателей трехзвенной технологии уборки зерновых культур позволяет сделать вывод о повышении производительности зерноуборочных комбайнов и грузовых автомобилей на 23-26%.
Ключевые слова: технология, зерноуборочный комбайн, выгрузка, зерно, операция, транспортное средство.
Введение
Повышение производительности зерноуборочных комбайнов связано, в первую очередь, с увеличением мощности двигателя и приводит к росту пропускной способности молотильного устройства и наращиванию емкости бункера. Такой рост не может быть бесконечным, так как это сказывается на надежности технологического процесса и ведет к уплотнению почвы [1]. Другим важным резервом повышения производительности является снижение или исключение непроизводительных затрат времени смены, большая часть которых приходится на остановки для выгрузки зерна [2]. На современных зерноуборочных комбайнах выгрузка зерна из одного бункера занимает около 6 мин. Однако эти минуты становятся в течение смены часами, так как при хорошей урожайности бункер заполняется за 15-20 мин, а выгрузка на ходу может увеличить выработку комбайна на 1 бункер в час, что позволит существенно сэкономить время
© Васильев А.А., Ковалев С.В., Серков С.Ю., 2020
работы и повысить производительность технологического процесса в среднем на 2327% [3].
Одной из основных проблем внедрения безостановочной уборки является технически сложный процесс подстройки движения двух машин, потому что комбайнеры и водители транспортных средств боятся повреждения жатки, выгрузного шнека и бортов кузова при сближении на ходу в процессе выгрузки. И даже если длина выгрузного шнека позволяет двигаться на безопасном расстоянии (не менее половины ширины захвата жатки плюс ширина транспортного средства и метр свободного пространства между ними), опасения остаются. Из-за страха экстремального сближения происходит замедление движения обоих технических средств, и смысл беспрерывной уборки отчасти теряется. Операторы двух машин должны иметь высокую квалификацию, чтобы продолжать технологический процесс, не снижая скорости.
Много времени тратится на выполнение устоявшегося регламента уборочных работ сельскохозяйственных предприятий. Так, в хозяйствах учет выгруженного комбайнером зерна ведется с применением талонной системы. Комбайнер, набрав полный бункер, должен передать талон водителю автомобиля, который везет зерно на ток или весы. Подобная схема учета призвана фиксировать производительность работы зерноуборочного комбайна (что служит инструментом для начисления заработной платы комбайнеру), а также контролировать общий сбор зерна. Такая система отчетности за выработку предполагает остановку и передачу талона.
Цель исследования - обоснование технических параметров и режимов работы зерноуборочного комбайна и транспортного средства при выгрузке зерна на ходу.
Объекты и методы исследований
Объектами исследований являлись зерноуборочный комбайн КЗС-1218 «Палессе GS12» и транспортный агрегат «Беларус 82.1 + бункер-перегрузчик Лилиани БП 22/28». Проблемы безостановочной уборки следует разделить на три основные группы: технические, технологические и организационные. К первой группе относятся технические ограничения, установленные для зерноуборочных комбайнов [4]:
1. Согласно требованиям безаварийной работы узлов и деталей включение привода выгрузного устройства необходимо производить при частоте вращения коленчатого вала двигателя 900-1000 об./мин.
2. Запрещается выгрузка зерна из бункера комбайна во время движения в связи с опасностью поломки деталей наклонного шнека.
3. При выгрузке зерна влажностью более 25% частота вращения коленчатого вала двигателя не должна превышать 1200 об./мин, так как влажное зерно имеет повышенное сопротивление.
Ограничение по частоте вращения коленчатого вала двигателя при включении выгрузного устройства установлено в связи с нахождением зерна в горизонтальном шнеке [5]. Поэтому включение привода выгрузного устройства без остановки технологического процесса возможно при установке регулировочного устройства, исключающего попадание зерна в зону выгрузки (рис. 1). Полное перекрытие движения зерна к горизонтальному шнеку возможно только при закрытии подвижных заслонок 1, установленных на уголке 2 регулировочного устройства. Привод подвижных заслонок осуществляется вращением поворотного вала 3 через систему рычагов 4 и тяг 5. Поворотный вал вращается через рычаг 6 штоком гидроцилиндра 7.
Рис. 1. Регулировочное устройство
Вторая группа проблем, связанных с действиями участников технологического процесса во время выгрузки на ходу, решается посредством установки камеры заднего вида на бункер-перегрузчик [6]. При синхронизации движения зерноуборочного комбайна и транспортного агрегата тракторист ориентируется на положение поворотного шнека по экрану монитора. Управление работой гидроцилиндра и контроль за положением подвижных заслонок осуществляется с рабочего места комбайнера. Все технологические операции выполняются в строго определенной последовательности:
1. Комбайнер переводит поворотный выгрузной шнек из транспортного положения в рабочее.
2. Тракторист подводит бункер-перегрузчик под поворотный выгрузной шнек комбайна и выравнивает скорость трактора и комбайна.
3. Комбайнер включает привод выгрузного устройства и открывает подвижные заслонки горизонтального выгрузного шнека, а после выгрузки зерна полностью их закрывает.
4. Тракторист выезжает из-под поворотного выгрузного шнека комбайна.
5. Комбайнер переводит поворотный выгрузной шнек из рабочего положения в транспортное.
Экспериментальная часть
Реализация технологии выгрузки зерна на ходу проводилась с использованием зерноуборочного комбайна КЗС-1218 «Палессе GS12» и бункера-перегрузчика «Лилиа-ни БП 22/28» в Боготольском филиале ООО «СХП «Дары Малиновки» (рис. 2).
Регистрация всех элементов времени смены выполнялась методом сплошной хро-нографии и поэлементного хронометража. Баланс времени смены определялся за три контрольные смены продолжительностью 8 часов каждая [7]. Результаты хрономет-ражных наблюдений представлены в табл. 1.
Рис. 2. Выгрузка на ходу
Таблица 1
Баланс времени смены при нормативной продолжительности
Элемент времени смены Значение элемента времени смены
Выгрузка на месте Выгрузка на ходу
ч % ч %
Основное время 4,41 55,13 5,42 67,75
Время на повороты 0,62 7,75 0,71 8,88
Время на технологические переезды 0,28 3,50 0,36 4,50
Время на технологическое обслуживание 1,18 14,75 - -
Время на ЕТО МТА, заправку топливом 0,42 5,25 0,42 5,25
Время перевода машины в рабочее и транспортное положение 0,08 1,0 0,08 1,0
Время на проведение наладки и регулирование 0,19 2,37 0,19 2,37
Время агрегатирования - - - -
Время на устранение нарушения технологического процесса - - - -
Время на отдых 0,5 6,25 0,5 6,25
Время на переезды к месту работы и обратно (в начале и в конце смены) 0,32 4,0 0,32 4,0
Итого: сменное время 8 100 8 100
В сменное время не включено время простоя на устранение нарушения технологического процесса, так как оно не учитывается при техническом нормировании [8]. Для проведения сравнительного анализа выполнена эксплуатационно-технологическая оценка технических параметров работы КЗС-1218 «Палессе GS12» в заданных природ-но-производственных условиях для двух технологий выгрузки зерна, представленная в табл. 2 [9].
Сменная выработка КЗС-1218 «Палессе GS12» для заданных условий при выгрузке зерна на месте и на ходу составила [10]:
Жэ = 0,1ВрУрТсм т = 0,1 • 6,72 • 5,2 • 8 • 0,55 = 15,37 га/см;
Жэ = 0,1ВрУрТсм т = 0,1 • 6,72 • 5,2 • 8 • 0,68 = 19,01 га/см.
Таблица 2
Показатели эксплуатационно-технологической оценки
Показатель Значение показателя
Выгрузка на месте Выгрузка на ходу
Состав агрегата КЗС-1218 «Палессе в812»
Культура Ячмень
Урожайность, т/га 2,6
Соотношение массы зерна к массе соломы 1 : 1,5
Технологическая операция Прямое комбайнирование
Режим работы: скорость движения, км/ч рабочая ширина захвата, м 5,2
6,72
Производительность за 1 ч времени, га: основного технологического сменного 3,49 3,49
2,44 2,44
1,59 1,97
Эксплуатационно -технологические коэффициенты: рабочих ходов технологического обслуживания использования технологического времени использования сменного времени 0,87 0,88
0,76 0,96
0,83 0,83
0,55 0,68
Сравнение двух технологий выгрузки зерна по производительности за 1 час сменного времени показывает увеличение производительности при выгрузке зерна на ходу на 24%.
Результаты исследований
Итоговые результаты производственных испытаний трехзвенной технологии уборки рапса при работе трех зерноуборочных комбайнов КЗС-1218 «Палессе GS12», бункера-перегрузчика «Лилиани БП 22/28» и двух транспортных средств КАМАЗ-6520 + НЕФАЗ-8560-017 и КАМАЗ-45143 + НЕФАЗ-8560-017 с радиусом перевозки 30,6 км представлены в табл. 3.
Таблица 3
Технические показатели работы уборочно-транспортного комплекса по традиционной и трехзвенной технологиям уборки
Показатель Выгрузка зерна на месте Выгрузка зерна на ходу Уровень выполнения показателя, %
Коэффициент использования времени смены комбайна 0,55 0,68 124
Эксплуатационная часовая производительность комбайна, га/ч 1,92 2,38 124
Эксплуатационная дневная производительность комбайна, га/день 19,2 23,8 124
Время цикла транспортного средства, ч 124,85 101,5 81,3
Производительность транспортного средства, т/ч 8,94 11,0 123
Необходимое количество транспортных средств 1,53 1,52 0
Сравнение требуемого количества транспортных средств для обслуживания комбайнов по традиционной и трехзвенной технологии показывает примерное равенство. При использовании бункера-перегрузчика уменьшение времени цикла и, как следствие,
увеличение производительности транспортных средств нивелируется увеличением выработки зерноуборочных комбайнов.
Заключение
На основании проведенного анализа баланса времени смены установлено, что порядка 20-25% времени тратится на технологическое обслуживание зерноуборочного комбайна. Для исключения этих непроизводительных затрат рабочего времени предложена технология безостановочной уборки, позволяющая без остановки технологического процесса производить выгрузку зерна. В процессе разработки технологии выгрузки зерна на ходу решены следующие задачи:
- установлена техническая возможность включения выгрузного устройства при номинальных оборотах коленчатого вала двигателя;
- изготовлены и установлены узлы и детали устройства для регулировки подачи зерна;
- разработана операционная технология работы зерноуборочного комбайна КЗС-1218 «Палессе GS12» и транспортного средства при выгрузке зерна на ходу;
- испытаны видеокамера и монитор, позволяющие обеспечить согласование скорости движения зерноуборочного комбайна КЗС-1218 «Палессе GS12» и «Беларус-82.1 + бункер-перегрузчик Лилиани БП 22/28»;
- проведен хронометраж рабочего времени и определены эксплуатационно-технологические показатели работы зерноуборочного комбайна с выгрузкой зерна на месте и на ходу.
Внедрение технологии выгрузки зерна на ходу позволит повысить выработку зерноуборочных комбайнов на 20-25%.
Дальнейшее совершенствование устройства для регулирования подачи зерна сводится к снижению нагрузки на подвижные щитки. Поставленная цель достигается расположением подвижных щитков вертикально в отличие от их наклонного расположения на эксплуатируемых устройствах. При такой установке гидравлический привод регулирования подачи зерна можно заменить на электрический, что приведет к возможности установки устройства для регулирования подачи зерна на любой зерноуборочный комбайн независимо от наличия свободных гидровыводов.
A.A. Vasil 'ev, S. V. Kovalev, S. Yu. Serkov Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk
Non-stop harvesting of grain crops
The purpose of the research is to increase the productivity of combine harvesters by eliminating the cost of shift time for unloading grain. The implementation of the proposed technology of unloading grain on the move is associated with the solution of several problems, the main of which are: inclusion of the drive of the unloading device at the nominal speed of the engine crankshaft; synchronization of the speed of the combine harvester and the vehicle; the complication of accounting for the unloaded grain. The technical part of the problems is solved by the installing adjustable movable dampers which block the flow of grain to the horizontal auger of the hopper. In this case, the inclusion of the drive without load does not lead to breakage of parts of the unloading device. According to the elaborated design documentation, units and details of the adjusting device for grain supply are made and installed. The technological part of the problems associated with the synchronization of the speed of technical means is solved by installing a rear view camera on the reloader. The folding unloading auger position in relation to the sides of the body is monitored by the driver on the monitor screen. Accounting of unloaded grain is performed using the weighing platform of the hopper-reloader. Field tests of the modernized
unloading device for harvesting grain crops were carried out, which showed the reliability and efficiency of the device for adjusting the grain supply. The comparative analysis of operational and technological parameters of the three-link technology of harvesting of grain crops allows to draw a conclusion about the increase in productivity of combine harvesters and trucks by 23-26%.
Keywords: technology, grain combine harvester, unloading, grain, operation, vehicle.
Список литературы
1. Система земледелия Красноярского края на ландшафтной основе : монография, руководство / под общ. ред. С.В. Брылева. - Красноярск : МСХ Красноярского края, Красноярский НИИСХ, 2015. -591 с.
2. Ушанов В.А. Методы оптимизации в системе использования и технического сервиса машин : учеб. пособие / В.А. Ушанов ; Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2014. - 251 с.
3. Ушанов В.А. Сопротивление машин старению / В.А. Ушанов ; Краснояр. гос. аграр. ун-т. -Красноярск, 2018. - 344 с.
4. Инструкция по эксплуатации. Комбайн зерноуборочный самоходный КЗС-1218 «Палессе GS12», 2017.
5. Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. Комбайн зерноуборочный самоходный РСМ-101 «Вектор», 2016.
6. Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. Бункер-перегрузчик «Ли-лиани», 2017.
7. ГОСТ 24055-2016. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки. - М. : Стандартинформ, 2017.
8. ГОСТ 28301-2015. Комбайны зерноуборочные. Методы испытаний. - М. : Стандартин-форм, 2016. - С. 39.
9. Нормативно-справочные материалы по планированию механизированных работ в сельскохозяйственном производстве / В.Н. Кузьмин [и др.]. - М. : ФГНУ «Росинформагротех», 2008. -316 с.
10. Зангиев А.А. Производственная эксплуатация машинно-тракторного парка / А.А. Зан-гиев, Г.П. Лышко, А.Н. Скороходов. - М. : Колос, 1996. - 320 с.
References
1. Sistema zemledelija Krasnojarskogo kraja na landshaftnoj osnove : monografja, rukovodstvo / pod obshh. red. S.V. Bryljova. - Krasnojarsk : MSH Krasnojarskogo kraja, Krasnojarskij NIISH, 2015. -591 s.
2. Ushanov V.A. Metody optimizacii v sisteme ispol'zovanija i tehnicheskogo servisa mashin : ucheb. posobie / V.A. Ushanov ; Krasnojar. gos. agrar. un-t. -Krasnojarsk, 2014. - 251 s.
3. Ushanov V.A. Soprotivlenie mashin stareni-ju / V.A. Ushanov ; Krasnojar. gos. agrar. un-t. -Krasnojarsk, 2018. - 344 s.
4. Instrukcija po jekspluatacii. Kombajn zer-nouborochnyj samohodnyj KZS-1218 "Palesse GS12", 2017.
5. Instrukcija po jekspluatacii i tehnicheskomu obsluzhivaniju. Kombajn zernouborochnyj samohodnyj RSM-101 "Vektor", 2016.
6. Instrukcija po jekspluatacii i tehnicheskomu obsluzhivaniju. Bunker-peregruzchik "Liliani", 2017.
7. GOST 24055-2016. Tehnika sel'skoho-zjajstvennaja. Metody jekspluatacionno-tehnologi-cheskoj ocenki. - M. : Standartinform, 2017.
8. GOST 28301-2015. Kombajny zernoubo-rochnye. Metody ispytanij. - M. : Standartinform, 2016. - S. 39.
9. Normativno-spravochnye materialy po pla-nirovaniju mehanizirovannyh rabot v sel'skoho-zjajstvennom proizvodstve / V.N. Kuz'min [i dr.]. -M. : FGNU "Rosinformagroteh", 2008. - 316 s.
10. Zangiev A .A. Proizvodstvennaj a j eksplua-tacija mashinno-traktornogo parka / A.A. Zangiev, G.P. Lyshko, A.N. Skorohodov. - M. : Kolos, 1996. -320 s.
Васильев Александр Александрович,
канд. техн. наук, доцент, Красноярский ГАУ, [email protected]; Ковалев Станислав Витальевич, студент магистратуры, Красноярский ГАУ, [email protected]; Серков Семен Юрьевич, студент магистратуры, Красноярский ГАУ, [email protected].
Vasilyev Alexander Alexandrovich, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., Krasnoyarsk SAU, [email protected]; Kovalev Stanislav Vitalievich, master's degree student, Krasnoyarsk SAU, [email protected]; Serkov Semen Yurevich, master's degree student, Krasnoyarsk SAU, [email protected].
