Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 8(28)
Рубрика журнала: Сельскохозяйственные науки
Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАТРАТ МОЩНОСТИ КОМБАЙНА И ОБОСНОВАНИЕ ПУТИ ЕЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Определение рабочей скорости и производительности зерноуборочного комбайна с существующим и разрабатываемым измельчителем-разбрасывателем.
Эффективная мощность двигателя комбайна определяется по формуле [1]:
|
|
Ne= Nпер+Nизм+Nтехн+Nхх, |
(1) |
где Nпер- мощность на передвижение комбайна, кВт;
Nизм- мощность затрачиваемая на работу измельчителя, кВт;
Nтехн- мощность на выполнение технологического процесса, кВт;
Nхх- мощность на холостой ход, кВт;
Мощность на передвижение комбайна определяется по формуле:
|
|
Nпер = Pд ∙ g ∙ f ∙ v / [1020 ∙ ƞ ∙ (1-б)] |
(2) |
где, Pд- эксплуатационная масса комбайна, кг;
g - ускорение свободного падения, g =9,81м/с2;
f - обобщенный коэффициент перекатывания, f =0,11;
v - скорость комбайна при движении по полю, м/с;
ƞ - КПД гидротрансмиссии ходовой части комбайна, ƞ =0,65;
б - коэффициент буксования, б = 0,02;
Эксплуатационную массу комбайна определим следующим образом:
|
|
Pд =Р + Рз+ Ргсм + Рк, |
(3) |
где Р - конструктивная масса комбайна, кг;
Рз- масса зерна заполненного бункера, кг;
Ргсм- масса горюче-смазочных материалов и воды, кг;
Рк - масса комбайнера, кг;
В формуле (2) нам неизвестна скорость движения комбайна, которая зависит от урожайности листостебельной массы.
Мощность на выполнение технологического процесса:
|
|
Nтехн= Nуд ∙ Q , |
(4) |
где Nуд – удельная мощность на выполнения технологического процесса, кВт/кг/с;
Q – пропускная способность молотильного аппарата, кг/с.
Nуд зависит от диаметра и количества молотильных барабанов, для однобарабанных комбайнов диаметром 610мм Nуд=6,6 кВт/кг/с; если диаметр свыше 610мм Nуд=6,9 кВт/кг/с; для двухбарабанных комбайнов Nуд=7,4 кВт/кг/с.
Мощность на холостой ход рабочих органов комбайна:
|
|
Nхх= 2,75 ∙ Q |
(5) |
Мощность на привод рабочих органов серийного измельчителя-разбрасывателя соломы:
|
|
Nизм= 1,6Qс + 3,7qc, |
(6) |
где Qс - подача соломы в измельчитель, кг/с, при соотношении зерна к соломе 1:1(для условий Северного Казахстана) она будет равна половине пропускной способности молотилки;
qc - фактическая подача соломы в измельчитель, кг/с.
|
|
qc=В∙ v∙ Ус |
(7) |
где В – ширина захвата жатки, м;
Ус - урожайность соломы при соотношении зерна к соломе 1:1(для условий Северного Казахстана).
В формуле (6 и 7) так же присутствует скорость, которая зависит от скорости, но нам она пока неизвестна.
В формулах (4) и (5) нам неизвестна пропускная способность молотилки.
В ВИМе (Всероссийский институт механизации) установлено, что среднестатистическая величина пропускной способности комбайна (математическое ожидание в процессе многократных испытаний на обмолоте озимой пшеницы при потерях зерна молотилкой 1,5%) имеет высокий коэффициент множественной корреляции с основными параметрами комбайна: мощностью двигателя, площадью подбарабанья, соломотряса и решет очистки. Исходя из принципа подобия и гармоничности комбайна, введено понятие "параметрический индекс комбайна" ik, который объединяет в одно критериальное уравнение основные параметры. Для зерноуборочного комбайна с классической схемой молотилки [2] параметрический индекс равен:
|
|
ik=0.25( |
(8) |
+ 
+ 
+ 
)
где Ne- мощность двигателя, л.с; Fп, Fc, Fр- площади подбарабанья, соломотряса и решет очистки м2.
Установлена корреляционная связь между пропускной способностью комбайна и его параметрическим индексом:
|
|
Q = 1,83ik - 0,83 |
(9) |
Представим исходные по комбайнам Есиль-740, Вектор 410, Акрос 530, Есиль-760 (таблица1).
Таблица 1.
Исходные данные к расчету баланса мощности зерноуборочных комбайнов
|
Комбайн |
Есиль-760 |
Вектор 410 |
Есиль-740 |
Акрос 530 |
|
Эффективная мощность комбайна Ne, Квт(л.с.) |
243(330) |
154(210) |
154(210) |
194(253) |
|
Эксплуатационная масса комбайна с учетом всех составляющих (Р,Рз, Ргсм, Рк), кг |
24080 |
15920 |
17130 |
25160 |
|
Диаметр молотильного барабана, мм: |
|
800 |
800 |
800 |
|
-первого |
600 |
|
|
|
|
-второго |
800 |
|
|
|
|
Площадь подбарабанья Fп, м2 |
2,39 |
1,10 |
1,09 |
1,38 |
|
Площадь соломотряса Fс,м2 |
6,15 |
5 |
4,92 |
6,15 |
|
Площадь решет очистки Fр, м2 |
5 |
3,59 |
3,86 |
4,74 |
|
Ширина захвата жатки B, м |
9 |
7 |
7 |
9 |
Результаты расчетов пропускной способности для применяемых в Северном Казахстане комбайнов приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты расчетов пропускной способности для применяемых в Северном Казахстане комбайнов – Есиль-760, Есиль-740, Вектор-410, Акрос-530
|
Марка |
Пропускная способность по массе Q |
Пропускная способность по соломе Qс |
|
Есиль-760 |
12,82 |
6,41 |
|
Есиль-740 |
7,78 |
3,89 |
|
Вектор 410 |
7,67 |
3,83 |
|
Акрос 530 |
9,78 |
4,89 |
Зная пропускную способность легко определить мощность на выполнение технологического процесса и мощность на холостой ход рабочих органов для указанных марок комбайнов. Результаты расчета приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Мощность на выполнение технологического процесса и на холостой ход рабочих органов
|
Комбайн |
Есиль-760 |
Вектор 410 |
Есиль-740 |
Акрос 530 |
|
Мощность на выполнение технологического процесса Nтехн, Квт |
94,86 |
52,92 |
53,68 |
67,48 |
|
Мощность на холостой ход Nх.х, Квт |
35,25 |
21,09 |
21,39 |
26,89 |
Из формулы (1) получим:
|
|
Nпер+ Nизм = Ne – (Nтехн+Nхх ), |
(10) |
или в развернутом виде:
|
|
|
(11) |
+ (1,6Qc+ 3,7 ∙B∙v∙Ус) = Ne – (Nтехн+Nхх),
Найдем из уравнения (11) скорость:
|
|
v = |
(12) |
В таблице 4 представлена зависимость скорости рассматриваемых зерноуборочных комбайнов от урожайности.
Таблица 4.
Зависимость скорости зерноуборочных комбайнов с существующим измельчителем от урожайности
|
Комбайн |
Есиль-760 |
Вектор 410 |
Есиль-740 |
Акрос 530 |
||||||||
|
Урожайность соломы, кг/м2 /(ц/га)
|
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
|
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
|
|
Урожайность хлебной массы, ц/га |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
|
Фактическая подача соломы qc , кг/с |
2,32 |
3,25 |
4,29 |
1,94 |
2,69 |
3,54 |
1,78 |
2,49 |
3,28 |
1,99 |
2,8 |
3,7 |
|
Скорость комбайна, м/с |
2,35 |
2,26 |
2,17 |
2,52 |
2,41 |
2,30 |
2,32 |
2,23 |
2,13 |
2,02 |
1,95 |
1,87 |
В таблице 5 представлен баланс мощности рассматриваемых зерноуборочных комбайнов от урожайности.
Таблица 5.
Баланс мощности зерноуборочных комбайнов с серийным измельчителем в зависимости от урожайности
|
Комбайн |
Есиль-760 |
Вектор 410 |
Есиль-740 |
Акрос 530 |
|||||||||||||||
|
Урожайность соломы, кг/м2/(ц/га)
|
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
|||||||
|
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
||||||||
|
Урожайность хлебной массы, ц/га |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
|||||||
|
Затраты мощности на передвижение Nпер, кВт |
92,7
|
90,3 |
86,7 |
66,6
|
63,6 |
60,7 |
65,9
|
63,4 |
60,5 |
84,3
|
81,4 |
78,1 |
|||||||
|
Мощность на привод рабочих органов существующего измельчителя Nизм, кВт |
18,8 |
22,3 |
26,1 |
13,3 |
16,1 |
19,2 |
12,8 |
15,4 |
18,4 |
15,2 |
18,2 |
21,5 |
|||||||
|
Затраты мощности на выполнение технологического процесса Nтехн, кВт |
94,9 |
52,9 |
53,7 |
67,5 |
|||||||||||||||
|
Мощность на холостой ход Nх.х, кВт |
35.2 |
21,1 |
21,4 |
26,9 |
|||||||||||||||
|
Эффективная мощность двигателя комбайна Ne, кВт |
243 |
154 |
154 |
194 |
|||||||||||||||
|
Nизм/ Ne, % |
8 |
9 |
11 |
9 |
10 |
12 |
8 |
10 |
12 |
8 |
9 |
11 |
|||||||
Вывод:
Исходя из таблицы 5, можно сделать вывод, что с повышением урожайности повышается и энергопотребление комбайна на измельчение соломы. Затраты мощности на привод рабочих органов измельчителя соломы составляют при этом от 8 до 12% мощности двигателя.
При установке разрабатываемого измельчителя мощность на измельчение соломы по данным КФ ТОО «КазНИИМЭСХ» распределяется следующим образом:
|
|
У = 10 ц/га → Nизм = 4,5 % от Ne У = 10 ц/га → Nизм = 5 % от Ne У = 10 ц/га → Nизм = 5,5 % от Ne
|
(13) |
С учетом этого определим мощность на передвижение при установке предлагаемого измельчителя.
|
|
Nпер = Nе - ( Nтехн + Nхх + Nизм ) |
(14) |
или в развернутом виде:
|
|
|
(15) |
где а - коэффициент, определяющий долю затрат мощности на измельчение и разброс соломы предлагаемым измельчителем, а = 0,045...0,055
Из (15) найдем скорость:
|
|
v = |
(16) |
Зависимость скорости от урожайности представим в таблице 6.
Таблица 6.
Зависимость скорости зерноуборочных комбайнов с предлагаемым измельчителем от урожайности
|
Комбайн |
Есиль-760 |
Вектор 410 |
Есиль-740 |
Акрос 530 |
||||||||
|
Урожайность соломы, кг/м2 /(ц/га)
|
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
|
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
|
|
Урожайность хлебной массы, ц/га |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
|
Фактическая соломы подача qc , кг/с |
2,52 |
3,62 |
4,93 |
2,12 |
3,05 |
4,15 |
1 ,94 |
2,8 |
3,8 |
1,99 |
2,8 |
3,7 |
|
Скорость комбайна, м/с |
2,55 |
2,52 |
2,49 |
2,76 |
2,73 |
2,70 |
2,53 |
2,50 |
2,47 |
2,18 |
2,15 |
2,13 |
Баланс мощности зерноуборочных комбайнов с предлагаемым измельчителем в зависимости от урожайности представим в таблице 7.
Таблица 7.
Баланс мощности зерноуборочных комбайнов с предлагаемым измельчителем в зависимости от урожайности
|
Комбайн |
Есиль-760 |
Вектор 410 |
Есиль-740 |
Акрос 530 |
||||||||||||||||
|
Урожайность соломы, кг/м2/(ц/га) |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
||||||||
|
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
|||||||||
|
Урожайность хлебной массы, ц/га |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
||||||||
|
Затраты мощности на передвижение Nпер, кВт |
101,9
|
100,7 |
99,5 |
72,9
|
72,1 |
71,3 |
71,9
|
71,1 |
70,2 |
91,0
|
89,7 |
88,9 |
||||||||
|
Мощность на привод рабочих органов разрабатываемого измельчителя Nизм, кВт |
10,9 |
12,2 |
13,4 |
6,9 |
7,7 |
8,47 |
6,9 |
7,7 |
8,47 |
8,7 |
9,7 |
10,7 |
||||||||
|
Затраты мощности на выполнение технологического процесса Nтехн, кВт |
94,9 |
52,9 |
53,7 |
67,5 |
||||||||||||||||
|
Мощность на холостой ход Nх.х, кВт |
35.2 |
21,1 |
21,4 |
26,9 |
||||||||||||||||
|
Эффективная мощность двигателя комбайна Ne, кВт |
243 |
154 |
154 |
194 |
||||||||||||||||
|
Nизм/ Ne, % |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
||||||||
Как видно из таблицы за счет сокращения затрат мощности на измельчение возросла мощность на передвижение комбайна. Это произошло за счет возрастания скорости движения. Анализ таблиц 4 и 6 показывает, что скорость комбайна скорость зерноуборочного комбайна Есиль-760 с предлагаемым измельчителем возросла на 8,5-14,7%; Вектор-410 на 7,0- 17,3%; Есиль-740 на 9,1- 16,0%; Акрос-530 на 7,9-13,9%.
Производительность комбайнов с существующим измельчителем разбрасывателем за один час основного времени определим по формуле:
|
|
W сущ. = 0,1∙B ∙ v1 |
(17) |
Результаты расчетов приведены в таблице 8.
Таблица 8.
Производительность комбайнов с существующим измельчителем разбрасывателем за один час основного времени
|
Комбайн |
Есиль-760 |
Вектор 410 |
Есиль-740 |
Акрос 530 |
||||||||
|
Урожайность соломы, кг/м2/(ц/га) |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
|
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
|
|
Урожайность хлебной массы, ц/га |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
|
Производительность комбайна |
2,11 |
2,03 |
1,95 |
1,76 |
1,69 |
1,61 |
1,62 |
1,56 |
1,49 |
1,82 |
1,75 |
1,68 |
Производительность комбайна с разрабатываемым измельчителем:
|
|
Wс разраб. = 0,1∙B ∙ v2 |
(18) |
Результаты расчетов приведем в таблице 9.
Таблица 9.
Производительность комбайнов с разрабатываемым измельчителем разбрасывателем за один час основного времени
|
Комбайн |
Есиль-760 |
Вектор 410 |
Есиль-740 |
Акрос 530 |
||||||||
|
Урожайность соломы, кг/м2/(ц/га) |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
|
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
|
|
Урожайность хлебной массы, ц/га |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
21 |
31 |
42 |
|
Производительность комбайна |
2,29 |
2,27 |
2,24 |
1,93 |
1,91 |
1,89 |
1,77 |
1,75 |
1,73 |
1,96 |
1,93 |
1,92 |
Из таблиц 8 и 9 видно, что производительность зерноуборочных комбайнов за один час основного времени возросла: по комбайну Есиль-760 с на 8,5-14,7%; Вектор-410 на 7,0- 17,3%; Есиль-740 на 9,1- 16,0%; Акрос-530 на 7,9-13,9%.
Таким образом разработка энергосберегающего измельчителя-рабрасывателя привела к повышению производительности рассматриваемых зерноуборочных комбайнов на урожайности 10-15 ц/га до 17%.
Произведенные расчеты доказывают эффективность разрабатываемого измельчителя- разбрасывателя соломы , который позволяет увеличить скорость комбайнов от 4.7 до 17.3 %, а производительность труда комбайнов от 7,0 до 17.3 %, что является несомненным доказательством повышения эффективности работы зерноуборочных комбайнов. Путем сокращения мощности на привод разрабатываемого измельчителя, мы увеличиваем скорость и производительность комбайна.
Список литературы:
- Журнал учета и накопления первичных материалов по научно-исследовательской работе: "Разработка энергосберегающего измельчителя-разбрасывателя соломы для равномерного распределения измельченной массы по ширине широкозахватных жаток современных зерноуборочных комбайнов". Книга №2 // - Костанай. - 2015.
- Анализ пропускной способности зерноуборочных комбайнов. // В. Я. Гольтяпин / ФГНУ "Росинформагротех".
Оставить комментарий