WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Во введении обосновывается актуальность решаемой научно-технической проблемы, формулируются цель работы и задачи исследований.

В Главе 1 “Анализ состояния проблемы механизации селекционно-семеноводческого процесса зернобобовых культур. Обоснование задач исследования” рассматривается современное состояние отрасли зернобобовых культур в мире и в России. Выполнен анализ и освещены тенденции развития технологий и средств технического обеспечения селекционно-семеноводческого процесса, рассмотрены морфолого-анатомические особенности и физико-механические свойства семян зернобобовых культур, в применение их к конструктивно-режимным параметрам рабочих органов машин.

Резкое снижение посевных площадей зернобобовых культур, в частности, гороха и фасоли, являющихся важной и специфической составляющей зернового комплекса России, обусловлено их требовательностью к качеству проведения технологических операций и необходимостью обеспечения специализированной техникой для опытных работ. Оснащенность селекционных учреждений средствами механизации составляет 40…50%. Поэтому, экономически целесообразно наладить разработку и выпуск селекционной техники, позволяющей существенно расширить масштабы селекционной работы, повысить ее достоверность, снизить затраты и, тем самым, ускорить выведение новых, более урожайных сортов.

Производство элитных семян включает ряд механизированных операций. При выполнении каждой из них на селекционный материал воздействуют рабочие органы машин, изменяя его состояние и создавая определенные условия его развития. Поэтому, решение проблемы механизации опытных работ должно быть комплексным, учитывающим все значимые факторы улучшения селекционно-семеноводческого материала. Приоритетными направлениями при этом, следует считать использование в качестве посевного материала биологически ценной фракции семян, свободных от механических повреждений и повышение эффективности механизированных операций, особенно, посева и уборки, как наиболее ответственных в общем комплексе механизированных работ.

В разработке системы машин и средств механизации в селекции, сортоиспытании и первичном семеноводстве зерновых и зернобобовых культур в разные годы участвовали ведущие отечественные ученые - Н.Н. Ульрих, В.И. Анискин, И.Ф. Алдошин, Ю.А. Космовский, Ю.Ф. Некипелов, А.А. Губанов, Е.Н. Конюшков, И.П. Кунцевич, Ю.В. Ермаков, Ю.Л. Бланк, П.К. Никонов, А.С. Рохлин, В.П. Балашов, И.В. Горбачев, Б.В. Чесноков, Л.И. Гайфулин, В.М. Дринча, В.П. Пьяных, а также зарубежные исследователи - L.J. Clark, H.-U.Hege, E. Johansson, T. Leuchovius, E. Oyjord и др.

Исследованию анатомических и физико-механических свойств семян зернобобовых культур, в применение их к механо-технологическим процессам посвятили свои работы Н.Н Ульрих, В.И. Тарушкин, В.М. Халанский, В.Н. Шмигель, И.Г. Строна, П.М. Заика, С.Д. Птицын, А.И. Пьянков, А.Ф. Соколов, Н.В. Калашникова, J. Sadowska, C.D. Bormuth, W.K. Bilanski, B. Szot и др.

В развитие исследований технологического процесса обмолота и сепарации, закономерностей влияния физико-механических свойств семян на конструктивно-технологические схемы и режимы работы молотильных устройств и сепарирующих рабочих органов большой вклад внесли В.П. Горячкин, Н.М. Летошнев, В.Г. Антипин, М.А. Пустыгин, Э.И. Липкович, Э.В. Жалнин, Н.И. Кленин, А.И. Русанов, С.А. Алферов, Ю.Ф. Лачуга, М.В. Туаев, А.В. Авдеев, F. Bieganowski, K.A. Dreszer, J. Gieroba, J. Jech и др.

Исследованием процесса сепарации физиологически полноценных семян на этапе обмолота занимались К.Г. Колганов, П.А. Черномаз, С.Х. Багиров, А.П. Тарасенко.

Изучению и оптимизации параметров рабочих органов машин для посева и ухода за растениями посвящены работы Г.Н. Синеокова, И.С. Верникова, М.Е. Мацепуро, А.П. Грибановского, А.С. Бурякова, А.Н. Зеленина, Н.И Мокроусова, В.А. Желиговского, В.И. Жигана, А.А. Мухина, Б.А. Нефедова, В.Е. Ковтуна, В.А. Шмонина, С.А. Ивженко, Д.Т. Харапьяк.

В трудах этих и ряда других авторов решались как общие, так и частные вопросы теории и расчета рабочих органов машин для посева, ухода за растениями, уборки и послеуборочной обработки, проблемы повышения их производительности, технологической эффективности, снижения энергоемкости, оптимизации параметров рабочих органов.

Обобщенный анализ состояния проблемы совершенствования производства элитных семян зернобобовых культур, позволяет сделать следующие выводы:

- Отсутствует общепринятая модель предмета деформации, описывающая анатомическое строение, физико-механические и реологические свойства семян зернобобовых культур. Технологическими приемами, снижающими травмирование семян являются дифференцированный обмолот, увеличение зоны активной сепарации, снижение влияния окружной скорости на величину травмирования, за счет использования эффекта “косого” удара влет по свободному зерну;

- Существующая машинная технология подготовки семян не позволяет распознавать “полноценные” семена, отличающиеся большей продуктивностью и выравненностью. Одним из косвенных признаков комплексного критерия оценки семян по степени биологической выполненности являются усилия связи с плодоэлементом или работа на вымолот семян. Фракционное разделение по данному признаку возможно только на этапе обмолота, т.к. впоследствии семена “обезличиваются”. Техническим решением задачи может стать зональная сепарация в аксиальном (тангенциально-аксиальном) МСУ гиперболического или конического типов;

- Равномерное распределение семян по площади питания и глубине заделки, совмещение предпосевной культивации и посева способно обеспечить применение лаповых сошников на параллелограммной подвеске. Повышение качества их работы и снижение тягового сопротивления достигается локализацией зоны разрушения почвы и скользящим лобовым резанием наклонных стойки и установленного в вертикальной плоскости ножа, перенесенных к носку лапы, исключением приращения площади лобовой проекции сошника, при копировании микрорельефа;

- Величина защитных зон рядков, обусловленная совокупным допуском среднеквадратических отклонений поперечных смещений тягового средства может быть существенно уменьшена использованием клиновидных направляющих борозд. Обоснование геометрических параметров лобовой части формирователей направляющих борозд позволит снизить тяговое сопротивление на 18…23%;

- Равномерность внесения и эффективность применения почвенных гербицидов может обеспечить оптимизация параметров защитного кожуха рабочего органа;

- Эффективность и качество разравнивания почвенных гребней могут быть улучшены разработкой и применением ротационных разравнивателей;

- Принципы проведения лабораторных исследований селекционного материала не всегда эффективны. Ускорению испытания новых сортов и селекционных номеров способствует снижение погрешностей результативных оценок и повышение производительности опытной работы разработкой и внедрением новых методических лабораторных комплексов и оборудования.

Все вышеуказанное позволяет сформировать общую модель перспективного машинно-технологического комплекса для целей селекции и первичного семеноводства зернобобовых культур и указать возможные пути, способствующие решению проблемы повышения эффективности селекционно-семеноводческого процесса, при производстве элитных семян зернобобовых культур.

В Главе 2 “Формирование модели перспективного машинно-технологического комплекса для селекционно-опытных работ. Анализ и оптимизация параметров его элементов” разработана классификационная схема доминирующих факторов, определяющих эффективность работы машинно-технологического комплекса для селекционно-семеноводческого процесса производства элитных семян зернобобовых культур (рис. 1), предложена альтернативная система машин. Приводятся основные теоретические положения процесса взаимодействия хлебной массы и единичного свободного зерна с обмолачивающими элементами шнеко-лопастного типа в МСУ с тангенциальной и тангенциально-аксиальной схемами подачи. Даны аналитические зависимости, определяющие процесс деформации почвенного пласта, динамику почвенных частиц и условия перерезания сорняков, при формировании бороздки комбинированным лаповым сошником с тупым углом вхождения. Рассмотрены основы динамики, энергетические и качественные показатели процессов формирования и использования направляющей борозды полозовидными формирователями, разрушения почвенных гребней ротационным шнеко-лопастным разравнивателем, распределения частиц рабочей жидкости в подлаповом пространстве.

Исследованиями динамики процесса взаимодействия зерна и плоской поверхности установлено, что семена зернобобовых можно рассматривать, как упруговязкопластичную среду, характеризующую не вполне упругий удар, при котором часть энергии затрачивается на пластические деформации и разрушение. Предельное напряжение, при котором происходит разрушение деформируемого тела характеризуют периметр площади контакта пары “зерно-лопасть” (рис. 2, а) и величина приложенной нагрузки, при повторных ударах влет, наносимых по свободному зерну обмолачивающими элементами. Снизить повреждения семян возможно применением внецентренного или “косого” удара. В этом случае, относительная скорость элемента хлебной массы перед ударом направлена под углом 90° к общей касательной, проведенной к ударяющимся телам в точке удара. Как следствие, нормальная составляющая скорости Un окажется на U(1-cos ) меньше скорости U при прямом ударе. Соответственно, уменьшится связанная с ударным импульсом S динамическая нагрузка F. Это позволяет обеспечить “мягкий” режим обмолота, в первую очередь, необходимый для обработки таких легко травмируемых культур, как зернобобовые и крупяные.

Рис. 1. Классификационная схема доминирующих факторов, определяющих эффективность работы перспективного

машинно-технологического комплекса для селекционно-опытных работ по выведению новых сортов

зернобобовых культур

Рис. 2. Схемы к определению деформации зерна при сжатии (а) и скоростей соударения с обмолачивающей лопастью (б)

Пусть на зерно, движущееся поступательно со скоростью Uз, воздействует рабочий элемент в форме лопасти, имеющий окружную скорость Uб (рис. 2, б). Наиболее неблагоприятные условия для обеспечения сохранности зерна будут созданы тогда, когда центр масс зерна mз и лопасть движутся по одной прямой. Определим полный ударный импульс из выражения:

(1)

Применяя к первой и второй фазам удара точки теорему об изменении количества движения, получим:

; (2; 3)

откуда, решая (1) относительно U, имеем:

, м с-1 (4)

Для нахождения критической скорости приложения нагрузки, вызывающей нарушение целостности зерна, была принята теория Герца и произведен теоретический расчет сил и продолжительности удара семян с обмолачивающей лопастью. Подставив найденные значения максимальных усилий взаимодействия P и продолжительности удара в формулу (4), используя предложенные Н.В. Калашниковой выражения для модуля упругости семян зернобобовых культур и выражая статическую нагрузку Рст через коэффициент динамичности kд, окончательно имеем:

, м с-1 (5)

, м с-1 (6)

где Sn и S - нормальная и касательная составляющие ударного импульса; Un, un - нормальные составляющие скорости до и после удара; U, u - касательные составляющие скорости до и после удара; k, f – коэффициенты восстановления и ударного трения; 1 – продольная относительная деформация; m, R, l – масса, радиус и длина семян; – коэффициент Пуассона.

Установлено, что для зерна гороха, влажностью w=14,5…19,9% оптимальная скорость ударного взаимодействия со стальной плоскостью составляет 10,4 м с-1; для фасоли, влажностью w=14,1…15,8% - 7,4 м с-1. С увеличением угла установки лопасти, по отношению к направлению вектора окружной скорости u от 15° до 60° значение uкр возрастает с 10,7 до 19,3 м с-1 – для семян гороха и с 7,8 до 14,1 м с-1 – для семян фасоли.

Улучшению условия сепарации в молотильном устройстве способствует активизация подвижности пространственной решетки соломы. Для определения растаскивающей способности хлебной массы шнеко-лопастными рабочими элементами МСУ с тангенциальной схемой подачи (рис. 3), использована методика, изложенная В.Г. Егоровым.

Под растаскивающей способностью понимается время, в течение которого единица площади рабочей поверхности бича взаимодействует с хлебной массой. Величина зависит от окружной скорости барабана, количества и геометрических размеров обмолачивающих элементов, угла их установки, относительно образующей цилиндра (рис. 4). Учитывая величину заполнения рабочими элементами следа сходящихся винтовых линий, растаскивающая способность находится из выражения:

, с-1 (7)

где rд, д – радиус, м, и угол обхвата, град, деки; bл – ширина лопасти, м; rс – радиус скругления переднего торца лопасти, м; mлi – количество лопастей ряда; lpi – длина дуги, образованной основанием i-того ряда, м; l’лi - длина дуги, образованной основанием i-той лопасти ряда, м.

Теоретическими исследованиями кинематики перемещения единичного зерна по плоской поверхности выявлена зависимость траектории движения зерна от способа перемещения. Последний определяется преимущественным влиянием сил трения качения или скольжения. Увеличение площади контакта пары трения “зерно-лопасть” регламентирует увеличение момента вращения и

критического угла поворота зерна. Площадь контакта в значительной степени определяется длиной lс пятна контакта и зависит от состояния и свойств поверхности семян. Обосновано, что для физиологически выполненных семян lс=1/3 Lc, для семян с незаконченным периодом развития lc=2/3 Lс.

Процесс качения зерна на пластине, представленный, как функция Ф1 от силовых и геометрических параметров и критический угол к, определяющий положение центра тяжести единичного зерна по отношению к полюсу вращения, определяются по формулам:

;, град (8; 9)

Перемещение свободного зерна по плоской поверхности под воздействием сил трения качения происходит при окружной скорости uокр не менее 30…35 м с-1; вероятность перемещения семян со скольжением возрастает на 20…25%, при увеличении коэффициента трения fтр с 0,1 до 0,5.

Выполнен анализ взаимодействия единичного зерна с вращающейся лопастью молотильного барабана конического типа с тангенциально-аксиальной схемой подачи (рис. 5). Предложен алгоритм решения задачи по определению кинематических параметров системы “зерно-лопасть”, под влиянием действующих факторов.

Система уравнений движения единичного свободного зерна на поверхности лопасти молотильного барабана, в дифференциальной форме:

(10)

Дифференцируя первое уравнение системы (10) по времени и подставив в него второе, после некоторых преобразований, получим:

(11)

Рис. 5. Схема к расчету сил взаимодействия единичного свободного зерна с

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»