аспирант
Пенза, Пензенская область, Россия
Пенза, Пензенская область, Россия
Пенза, Пензенская область, Россия
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
ОКСО 35.06.04 Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве
Цель исследований – повысить качество уборки зерновых уборкой очёсывающей жаткой «ОЗОН» с экспериментальным ротором. Уборка методом очёса – разновидность прямого способа уборки зерновых. Данный метод ещё не нашёл широкого применения в сельскохозяйственной практике из-за несовершенства уборочных агрегатов, которые не позволяют производить уборку без потерь. Метод основан на очёсывании колосков зерна, при этом на поле остаётся нескошенная стерня. В настоящее время на современном рынке присутствуют три основных производителя очёсывающих жаток, такие как Shelboyrne Reynolds (Великобритания), ПАО «Пензмаш» (Российская Федерация) – жатки «ОЗОН» и УКР.Агро-Сервис (Украина) – жатки «Славянка». Зарубежные жатки обладают высокой ценой для отечественного сельхозтоваропроизводителя, весьма дороги в эксплуатации и не всегда приспособлены к отечественным условиям работы. Для решения данной проблемы Пензенским госу-дарственным аграрным университетом в сотрудничестве с ПАО «Пензмаш» была разработана экспе-риментальная конструкция очёсывающего ротора, позволяющая работать на повышенных скоростях с минимальными потерями. Для обоснования оптимальных конструктивных и режимных параметров были проведены теоретические исследования предлагаемого устройства. В результате исследований были получены зависимости взаимодействия гребёнки с колосом при его контакте в горизонтальной плоскости. Разделив гребёнку на две зоны (зона захвата колоса и зона очёса тангенциальным каналом) и распределив силы, действующие на колос в данных зонах, путём математических преобразований и вычислений выразили углы альфа и бета, вычисляя которые, можно теоретически рассчитать оптимальный угол сужения между очёсывающими гребёнками и углом поворота асимптоты тангенциальной функции, образующей боковую стенку зуба тангенциального канала гребёнки. Путём математических преобразований получены уравнения, позволяющие найти координаты колоса в любой момент времени. Проанализировав полученные данные, можно определить наиболее изнашивающиеся части зубьев гребёнок, а в процессе проектирования усилить данные места конструктивно, значительно повысив долговечность службы гребёнок.
жатка, ротор, гребёнка, канал, очёсывающая, тангенциальный
Применяемые в настоящее время технические средства для уборки зерновых культур не в полной мере удовлетворяют агротехническим требованиям. В основном возникают трудности с уборкой зерновых. Среди многих нерешённых проблем производства зерна наиболее острой является проблема уборки урожая в агротехнические сроки (7-12 дней) и устранения, таким образом, значительных потерь зерна. Потери зерна от самоосыпания через 20 дней после наступления полной спелости составляют от 18,4 до 20,2%. Поэтому наиболее целесобразно производить уборку хлебов в короткий период времени, обусловленный агротехническими сроками.
По большей части это связано с тем, что реализуемый классический метод, основанный на том, что в молотильный аппарат кроме зерна из колоса поступает и незерновая часть, ведёт к дополнительным нагрузкам на молотильно-сепарирующее устройство (МСУ), снижает его пропускную способность, что напрямую влияет на производительность процесса. Решением данной проблемы является уборка зерновых очёсывающим методом, при котором комбайны оснащаются очёсывающими жатками, производящими счёсывание зерновой части стебля без полного его среза. За счет этого снижается поступление массы в МСУ, что увеличивает производительность, снижает потери, число травмированных зерен, засоренность ворохом, а также уменьшает удельные затраты топлива, позволяет избежать поломок и преждевременного срабатывания комбайнов [1, 2].
Цель исследований – повысить качество уборки зерновых уборкой очёсывающей жаткой «ОЗОН» с экспери
ентальным ротором.
Задача исследований – определить необходимые теоретические параметры, необходимые для проектирования экспериментального очёсывающего ротора.
В настоящее время отечественный производитель серийно выпускает только жатки типа «ОЗОН». Но они не в полной мере удовлетворяют агротехническим требованиям и имеют потери зерна при работе на повышенных скоростях.
Для улучшения качества очёса, снижения потерь зерна за жаткой при работе на повышенных скоростях ФГБОУ ВО Пензенским ГАУ совместно с заводом ПАО «Пензмаш» разработана конструкция ротора, оснащённого гребёнкой с тангенциальным каннлом.
Теория уборки методом очёсывания растений на корню была широко освещена в работах
А. И. Бурьянова [3], М. А. Бурьянова [4], Э. В. Жалнина [5, 6], О. В. Моисеенко [7], С. Д. Ридного [8],
А. И. Савченкова [9], П. А. Шабанова [10, 11, 12] и др., но данные работы были рассчитаны на частные случаи, поэтому возникает необходимость проведения теоретических исследований предлагаемой конструкции.
Материалы и методы исследований. Предлагаемое устройство (рис. 1) состоит из каркаса 1, очёсывающего ротора 2, на котором закреплены гребёнки 3, шнека 4, передающего очёсанный ворох в наклонную камеру комбайна обтекателя 7.
Рис. 1. Технологическая схема работы однороторной жатки с новой конструкцией очёсывающего ротора:
1 – каркас; 2 – очёсывающий ротор; 3 – съёмные гребёнки; 4 – шнек; 5 – зона очёса; 6 – подбарабанье; 7 – обтекатель;
8 – лыжа; 9 – направления вращения шнека и ротора; 10 – очесывающий зуб; 11 – тангенциальный канал;
12 – зона захвата колоса
С помощью гидроцилиндров регулируется зона очёса 5 растений очёсывающим барабаном в зависимости от состояния хлебостоя на поле. Жатка, приводимая в движение комбайном, передвигается по полю на опорных лыжах 8, вращение с наклонной камеры комбайна передаётся на редуктор, далее на цапфу очёсывающего ротора 2 с изменением частоты вращения (вращение на шнек передаётся без изменений частоты). Внедряясь в хлебостой, гребёнка 3 направляет стебли растений в зону захвата колоса 12. При дальнейшем движении колоса по кромке зуба 10 он попадает в канал 11 и начинает перемещаться в нём как в поперечном, так и в продольном направлении, в этот момент начинается отрыв колоса основанием рабочей поверхности.
В дальнейшем продукты очёса за счёт полученной кинетической энергии от гребёнки 3 и воздушным потоком, создаваемый рото
ом, перемещаются к транспортирующему шнеку 4. Шнек 4 транспортирует продукты очёса в зерноуборочный комбайн для полного обмолота, сепарации зерна от растительных остатков и его сбора в бункер.
По сравнению с существующими аналогами предлагаемая конструкция ротора очёсывающего устройства обеспечивают качественную уборку урожая зерновых и семенников трав при минимальных материальных затратах.
Результаты исследований. Для обоснования оптимальных конструктивных и режимных параметров были проведены теоретические исследования предлагаемого устройства. Для того чтобы рассмотреть все силы, действующие на колос при взаимодействии с гребёнкой в горизонтальной плоскости, рассмотрим зону захвата колоса. Для этого построим схемы сил, действующих в горизонтальной плоскости на колос при взаимодействии с гребёнкой (рис. 2), разложим их по осям x и y и согласно принципу Д`Аламбера составим уравнения:
(1)
(2)
где N – сила реакции опоры, действующая на колос со стороны зуба очёсывающей гребёнки, Н;
– сила упругости стебля, Н; 
– сила трения колоса о зуб гребёнки, Н; 
– центробежная сила, действующая на семя со стороны диска, Н; 
– сила удара зуба гребёнки по колосу, Н; R – расстояние от центра ротора до места контакта зуба очёсывающей гребёнки с колосом (радиус ротора), м.
Рассмотрев силы, действующие в горизонтальной плоскости на колос при взаимодействии с гребёнкой в момент захвата колоса (рис. 2), путём математических преобразований и вычислений выразили угол α, вычислив который, можно определиться с углом сужения между очёсывающими гребёнками
. (3)
Рис. 2. Схема сил, действующих в горизонтальной плоскости на колос при взаимодействии с гребёнкой
в момент захвата колоса:
1 – зуб гребёнки; 2 – колос растения; Fу – сила удара зуба по колосу; Fтр – сила трения колоса о зуб гребёнки;
Fтр.х и Fтр.у – горизонтальные и вертикальные составляющие силы трения; N – сила реакции опоры;
Nх и Nу – горизонтальные и вертикальные составляющие силы реакции опоры; Fуп – сила упругости стебля;
Fуп.х и Fуп.у – горизонтальные и вертикальные составляющие силы упругости стебля; Fц – центробежная сила
Интегрируя два полученных выражения (1) и (2), получим уравнения, позволяющие найти координаты колоса в любой момент времени при захвате колоса очёсывающей гребёнкой и при движении его до входа в тангенциальный канал
(4)
(5)
Анализируя и решая уравнения, можно построить график движения колоса в межзубовом пространстве. Траектория движения близко похожа на график положительной ветви тангенциальной функции.
Рис. 3. График траектории движения колоса в меж зубовом пространстве:
α – угол сужения между очёсывающими гребёнками; β – угол поворота асимптоты тангенциальной функции,
образующей боковую стенку зуба гребёнки; 
– коэффициенты, отвечающие за сдвиг функции по оси Y; 
– угол между касательной к графику движения колоса в межзубовом пространстве, проведённой в точке А и осью Х; 
– угол между касательной к графику движения колоса в межзубовом пространстве, проведённой в точке В и осью Х
Так как полученная функция сложная в своём построении и восприятии, были использованы программные обеспечения GeoGebra и FBK Grapher для построения графика (рис. 3).
В результате анализа графика (рис. 3) были получены уравнения касательных в точках А и В.
(6)
(7)
где 
– коэффициент наклона функции для касательной в точке А; 
– коэффициент наклона функции для касательной в точке B; 
– коэффициенты, отвечающие за сдвиг функции по оси Y,
(8)
(9)
где 
– угол между касательной к графику движения колоса в межзубовом прстранстве, проведённой в точке А, и осью Х, 
; 
– угол между касательной к графику движения колоса в межзубовом пространстве, проведённой в точке В, и осью Х, 
;
Подставляя полученные значения и уравнения (6) и (7) функции 
и 
примут вид:
(10)
(11)
Определим значения интересующих углов:
(12)
.
Определили угол поворота функции α = 14°, который будет отражать угол сужения прорези между зубьями очёсывающих гребёнок.
(13)
(14)
Аналогично определили угол β = 27°, который равняется углу поворота асимптоты тангенциальной функции, образующей боковую стенку зуба гребёнки.
Полученные данные будут использованы в процессе проектирования, так как по ним можно определить наиболее изнашивающиеся части зубьев гребёнок, конструктивно усилив данные места, можно значительно повысить долговечность службы гребёнок.
Заключение. Представленные результаты теоретических исследований взаимодействия гребёнки с колосом при его контакте в горизонтальной плоскости позволяют рассчитать оптимальный угол сужения между очёсывающими гребёнками, который равен α = 14°, и угол поворота асимптоты тангенциальной функции β = 27°, образующей боковую стенку зуба тангенциального канала гребёнки. По уравнениям координат движения колоса в любой момент времени в двух зонах гребенки возможно определить наиболее изнашивающиеся части зубьев гребёнок, а в процессе проектирования усилить данные места конструктивно, значительно повысив долговечность службы гребёнок. Опираясь на полученные теоретические расчёты некоторых параметров ротора, в дальнейшем планируется выполнение эскизного проектирования очёсывающего ротора новой конфигурации и его изготовление.
1. Федин, М. А. Определение потерь зерна за очёсывающей жаткой с ротором, оснащённым гребёнкой с тангенциальным каналом / М. А. Федин, О. Н. Кухарев, И. Н. Сёмов // Нива Поволжья. – 2017. – №4. – С. 175-181.
2. Леменкин, А. М. Технология уборки зерновых методом очесывания на корню: состояние и перспективы / А. М. Леменкин, В. И. Кравчук, А. С. Кушнаров. – Дисидницкое, 2010. – 123 с.
3. Бурьянов, А. И. Моделирование процесса очеса зерновых культур однобарабанной жаткой / А. И. Бурьянов, М. А. Бурьянов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2012. – №4. – С. 2-5.
4. Бурьянов, М. А. Параметры и режимы процесса очеса зерновых культур навесной на комбайн жаткой : дис. … канд. техн. наук : 05.20.01 / Бурьянов Михаил Алексеевич. – Зеленоград : Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. – 2011. – 194 с.
5. Жалнин, Э. В. Сравнительная оценка очесывающих адаптеров различных конструкций / Э. В. Жалнин,А. Т. Табашников [и др.] // Научно-технический бюллетень ВИМ. – М. : ВИМ, 1992. – Вып. 83. – С. 21.
6. Жалнин, Э. В. Технология уборки зерновых комбайновым агрегатом / Э. В. Жалнин, А. И. Савченков. – М. : Россельхозиздат, 1981. – С. 144.
7. Моисеенко, О. В. Исследование параметров и режимов работы приспособления для образования стерневых кулис : дис. … канд. техн. наук : 05.20.01 / Моисеенко Олег Викторович. – Челябинск : Челябинский государственный агроинженерный университет. – 2008. – 130 с.
8. Ридный, С. Д. Эффективность работы очесывающей жатки / С. Д. Ридный, Е. В. Герасимов, А. Ю. Фусточенко // Современные направления теоретических и прикладных исследований ̒2013 : Сб. научных трудов SWorld. – Одесса : КУПРИЕНКО. – 2013. – Т. 6, Вып. 6. – С. 58.
9. Шабанов, П. А. Обмолот на корню – дальнейшее развитие двухфазного способа обмолота зерновых культур / П. А. Шабанов, Н. П. Шабанов // Достижения науки и техники АПК. – 2006. – №8. – С. 8-10.
10. Кухарев, О. Н. Классификация очёсывающих устройств / О. Н. Кухарев, И. Н. Сёмов, М. А. Федин // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России : сб. статей Международной науч.-практ. конференции молодых ученых. – Пенза : РИО ПГСХА, 2016. – Том III. – С. 72-74.
11. Кухарев, О. Н. Исследование размерных характеристик зерна пшеницы / О. Н. Кухарев, И. Н. Сёмов, М. А. Федин // Участие молодых ученых в решении актуальных вопросов АПК России : сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. – Пенза : РИО ПГСХА, 2016. – С. 20-23.
12. Кухарев, О. Н. Исследование физико-механических составляющих стебля растения / О. Н. Кухарев, И. Н. Сёмов, М. А. Федин // Участие молодых ученых в решении актуальных вопросов АПК России : сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. – Пенза : РИО ПГСХА, 2016. – С. 17-20.
