Вероятность вымолота и дробления зерна устройством предварительного обмолота хлебной массы Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.354.2

ВЕРОЯТНОСТЬ ВЫМОЛОТА И ДРОБЛЕНИЯ ЗЕРНА УСТРОЙСТВОМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОБМОЛОТА ХЛЕБНОЙ МАССЫ

А.И. Ряднов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

О.А. Федорова, кандидат технических наук, доцент

Волгоградский государственный аграрный университет

Предложены теоретические зависимости вероятности вымолота и дробления зерна устройством предварительного обмолота хлебной массы, установленным на серийном зерноуборочном комбайне Дон-1500Б.

Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, устройство предварительного обмолота, вероятность вымолота и дробления зерна.

Качество уборки зерновых колосовых культур зависит от многих факторов, в том числе от конструкции комбайна [1, 2, 3, 4, 5, 6, 10], качества его технического обслуживания [8], технологии и организации уборки [9] и многих других факторов. Известно, что одним из показателей, по которым оценивается качество работы зерноуборочных комбайнов, является дробление зерна.

В зерноуборочном комбайне, в том числе и Дон-1500Б, дробление зерна может быть рабочими органами режущего аппарата, шнека жатки, проставки, наклонной камеры, молотилки, очистки, соломотряса, домолачивающего устройства, транспортирующих зерно шнеков.

В общем случае можно записать, что суммарное дробление зерна

п

Д - І Ді, (1)

і=1

где Ді- дробление зерна і -м рабочим органом комбайна; і — 1...п- номер рабочего органа.

При установке на зерноуборочный комбайн устройства предварительного обмолота хлебной массы дробление зерна может быть выражено зависимостью:

I т

Д’ — І Д + І Д£ + Ш.^^ (2)

і=1 £=1

где і =1 +1 - номер рабочего органа зерноуборочного комбайна, установленного до устройства предварительного обмолота хлебной массы; £ — 1 + т - номер рабочего органа зерноуборочного комбайна, установленного за устройством предварительного обмолота хлебной массы; Ду.п.о. - дробление зерна устройством предварительного обмолота хлебной массы.Причем, п — I + т.

Разность между дроблением зерна зерноуборочным комбайном с устройством предварительного обмолота хлебной массы и дроблением зерна серийным зерноуборочным комбайном равно

п 1т

АД — Д- Д’ — І Ді - ( І Ді + І Д£) + Ду.п.о. (3)

і=1 і=1 £=1

При использовании механизма отбора зерна высокого качества (с точки зрения поврежденности) от устройства предварительного обмолота хлебной массы снижение дробления зерна по сравнению с дроблением бункерного зерна серийного зерноуборочного комбайна равно

n l

лдс = Е Ді - Е Д + Дуп°. (4)

і=1 j=1

Из зависимости (4) следует, что дробление зерна, отобранного устройством предварительного обмолота хлебной массы, определится выражением:

n

Дс = Е Ді + дуж° (5)

і=1

Рассматривая процесс работы зерноуборочного комбайна, можно заметить,

что

У = В + Н + П, (6 )

где У - урожайность зерновой культуры (принимаем, равной 100%); В - вымолот зерна; Н - недомолот зерна; П - потери зерна за зерноуборочным комбайном, исключая недомолот.

Принимая потери зерна за зерноуборочным комбайном постоянными для конкретных условий и режимов работы, получим

В + Н = Const. (7)

Используя результаты исследований других ученых, можно отметить, что с увеличением недомолота снижается дробление зерна, а с учетом выражения [7], получим

Дс = К В, (8)

где К1- коэффициент пропорциональности, получаемый экспериментальным путем, показывающий соотношение дробления и вымолота зерна данной зерновой культуры в определенных условиях устройством предварительного обмолота хлебной массы.

Следовательно, о величине дробления зерна можно судить по вымолоту его устройством предварительного обмолота хлебной массы.

Вымолот зерна представляет собой количество зерна, прошедшего через

поток хлебной массы под вальцы нижнего ряда. Исходя из этого, необходимо

рассмотреть процесс сепарации зерна через поток хлебной массы, перемещающийся по устройству предварительного обмолота. Рассмотрим это с вероятностной точки зрения, так как вероятностное описание процесса сепарации позволяет учесть известную независимость поведения сепарирующихся свободных зерен и вместе с тем выявить общие закономерности, которым подчиняется поведение всех локально независимых элементов.

Воспользуемся допущениями относительно механики процесса:

1. Процесс подачи вороха на обмолот в устройство предварительного обмолота зерна носит направленный характер.

2. Процесс сепарации свободного зерна, поступающего на предварительный обмолот, протекает независимо от основных процессов обмолота и сепарации зерна в основном молотильно-сепарирующем устройстве.

3. Проникновение отдельного свободного зерна через слои вороха и между вальцами нижнего ряда происходит мгновенно.

Вероятность задержки свободного зерна в потоке хлебной массы в межвальцовом пространстве Y(t) опишем некоторой функцией времени f(t) :

Y(t) = f(t). (9)

Тогда вероятность Z(t) выделения свободного зерна в межвальцовом пространстве за время Определится разностью:

Z(t) = 1 - f(t). (10)

На основании условий стационарности и ординарности получим [7]:

-М

f(t) = е , (11)

где X- интенсивность сепарации свободного зерна.

Условие ординарности, которое заложено в выводе этого уравнения, неприемлемо для устройства предварительного обмолота хлебной массы в целом, так как последнее может иметь в фиксированный момент времени несколько участков по ширине с несколькими слоями по толщине потока. Поэтому следует выбрать участок устройства предварительного обмолота, для которого условие ординарности можно считать более или менее выполнимым как по ширине, так и по толщине соломистого потока. Таким участком по ширине устройства предварительного обмолота хлебной массы является расстояние между осями соседних стеблей или ячейка пространственной решетки шириной ас(назовем этот участок минимальным).

Число ^минимальных участков определится выражением:

n = ^, (12)

ас

где/ - длина вальца; ц— коэффициент использования длины вальца; ас- ширина минимального участка.

Ширина устройства предварительного обмолота хлебной массы, на которой происходит сепарация свободного зерна, определяется выражением:

He = ц/. (13)

Интенсивность сепарации свободного зерна на ас минимальном участке можно определить соотношением:

Кс = РасХс.,ас • (14)

где Рас— вероятность сепарации отдельного свободного зерна в единицу времени; Хс.з.ас— количество свободных зерен на минимальном участке ас.

Хс за = 1000 дс-з-ас , (15)

3 с т3Не

где qc,3- секундная подача свободного зерна в устройство предварительного обмолота хлебной массы; тз- масса одного зерна.

При сепарации свободное зерно проходит через соломистую решетку хлебного вороха, а затем - под вальцы нижнего ряда устройства предварительного обмолота.

Полная вероятностьРсепарации свободного зерна под вальцы нижнего ряда устройства предварительного обмолота определится выражением:

Р = РоРв, (16)

где Ро- вероятность прохождения свободного зерна сквозь 7-ые слои хлебной массы в пространстве молотильного зазора; 7- число слоев хлебной массы между свободным

зерном и вальцами нижнего ряда устройства предварительного обмолота; Рв- вероятность прохождения свободного зерна между вальцами нижнего ряда устройства

предварительного обмолота.

Вероятность прохождения свободного зерна сквозь один слой хлебной массы

р„ = i - d■ —d ■ <17>

ac sin 0

гдеd3- приведенный диаметр зерна; d- диаметр стебля; &— угол падения зерна.

Так как расстояние между вальцами нижнего ряда устройства предварительного обмолота хлебной массы существенно больше размеров пространственной решетки хлебной массы, сделаем допущение, что вероятность прохождения свободного зерна между вальцами нижнего ряда устройства предварительного обмолота Рв =1.

Для определения количества слоев шад минимальным участком аспредположим, что сечение потока хлебной массы, поступающей на предварительный обмолот, имеет форму прямоугольника с шириной, равной длине вальца l, и высотой, равной толщине слоя хлебной масс А.

Известно, что фактическая подача хлебной массы в молотильный аппарат определяется шириной захвата Вж жатки комбайна, скоростью vk его движения и урожайностью У:

q = 0,1УВж vk . (18)

Э.И. Липкович [7] предложил подачу хлебной массы в молотильный аппарат определять по зависимости:

q = Anpul, (19)

где n - коэффициент использования длины вальца; p - плотность хлебной массы; u -скорость хлебной массы на входе в аппарат; l - длина вальца.

Приравнивая зависимости (18) и (19), получим выражение для определения толщины слоя хлебной массы, поступающей на предварительный обмолот:

А = 0,1 УВж VK/npul. (20)

Пусть изменение толщины хлебной массы в молотильном зазоре имеет вид

[7]:

A(t) = A [1 + k(t)] , (21)

где k— опытная постоянная, устанавливаемая из графиков изменения толщины Л потока хлебной массы от времени перемещения ее при обмолоте, тогда,

i(t ) = i[ 1 + k(t )] . (22) Ширина минимального участка асзапишется:

ас = mc/ ycLd, (23)

где mc— средняя масса одного стебля; L— средняя длина стебля; ус— объемная масса соломы.

Вероятность сепарации свободного зерна на минимальном участке ас через пространственную решетку хлебной массы равна:

p = pi[1+k(t)]. (24)

Q-q o

С учетом зависимостей (14), (15) и (24) получим выражение для расчета интенсивности сепарации зерна на участке ас:

1а = Pa Хсза = P0Í[ + k(t)К 1000 q3ac . (25)

(In (In С . j . Cl n U т т

С C С тзНв

Следовательно, на всем участке Нвустройства предварительного обмолота хлебной массы:

1

\

d з + d

ап sin &

і \1 + к (t) ]

X

1000 д.

(26)

т

Вероятность задержки свободного зерна в потоке хлебной массы устройства предварительного обмолота составит:

Y (і) = ехр

к = 1

1 -

ас $іп &

т

. (27)

Вероятность выделения свободного зерна под вальцы нижнего ряда устройства предварительного обмолота при Рв =1 примет вид:

2(і) = 1 - ехр

V

ас 8іп & ,,

с У к

\1 + к(і)]

X

1000 д3

тг

(28)

Учитывая зависимости (2.20) и (2.40), получим выражение для определения вероятности дробления зерна устройством предварительного обмолота:

Дс = К1 І1 - еХР

V

ас 8іп &

\1 + к(і)]

X

1000 д3

т

}(29)

Полученная вероятностная модель сепарации и дробления зерна позволяет подробно рассмотреть процесс вымолота и повреждения зерна вплоть до вычисления всех частных параметров на основе единого вероятностного подхода, без привлечения иных способов определения параметров. Эта модель дает возможность провести расчет процесса по заданным физико-механическим свойствам обмолачиваемой растительной массы для заданной конструкции молотильного аппарата.

Библиографический список

1. Бердышев, В.Е. Влияние неравномерности подачи вороха на качество работы очистки зерноуборочного комбайна [Текст] /В. Е. Бердышев//Земледельческая механика: сб. науч. трудов МИИСП. - М., 1980. - С. 78.

2. Бердышев, В.Е. Комплексный показатель качества работы зерноуборочного комбайна [Текст]/В.Е. Бердышев//Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - № 2 (18). - С. 142148.

3. Бердышев, В.Е. Влияние типа устройства, транспортирующего мелкий ворох, на

потери зерна очисткой аксиально-роторного зерноуборочного комбайна [Текст] / В.Е. Бердышев, С.Г. Ломакин// Вестник Красноярского государственного аграрного

университета. - 2011. - № 7. - С. 186-190.

4. Бердышев, В.Е. Влияние типа устройства, транспортирующего мелкий ворох, на потери зерна очисткой аксиально-роторного зерноуборочного комбайна [Текст]/ В.Е. Бердышев, С.Г. Ломакин// Труды Кубанского государственного аграрного университета. -2011. - Т. 1. - № 30. - С. 234-237.

5. Бердышев, В.Е. Методология оценки качества функционирования

зерноуборочных комбайнов [Текст] / В.Е. Бердышев //Вестник Алтайского

государственного аграрного университета. - 2011. - Т. 76. - № 2. - С. 85-89.

6. Бердышев, В.Е. Теоретическое определение комплексного показателя эффективности работы зерноуборочных комбайнов [Текст] /В.Е. Бердышев //Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - № 3(19). - С. 168-172.

і

3

і

і

7. Липкович, Э.И. Процессы обмолота и сепарации в молотильных аппаратах зерноуборочных комбайнов [Текст]/ Э.И. Липкович. - Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1973. -166 с.

8. Ряднов, А.И. Методика оценки эффективности технического облуживания зерноуборочных комбайнов [Текст] / А.И. Ряднов, О. А. Федорова, А.В.Захаров //Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2008. - №4 (l2). - С. 183-190.

9. Ряднов, А.И. Метод выбора эффективной технологии уборки сельскохозяйственных культур [Текст]/А.И. Ряднов, Р.В. Шарипов //Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства. - 2004. - №8. - С.26-28.

10. Ряднов, А.И. Усовершенствованная наклонная камера [Текст] /А.И. Ряднов, С.Е. Попов, О. А. Федорова //Сельский механизатор. - 2011. - №1. - С.7.

E-mail: [email protected]