Внедрение: 2015 г.

Самой энергоемкой технологической операцией при комбайновой уборке зерна является обмолот. Одно из наиболее перспективных направлений снижения энергоемкости процесса обмолота - использование молотильных устройств, реализующих знакопеременное нагружение связей зерна с колосом.

Автором статьи "Энергосберегающее молотильное устройство" разработана экспериментальная установка (рисунок 1), позволяющая имитировать знакопеременный характер нагружения связей зерна с колосом и измерять при этом энергетические параметры процесса. Она содержит стойку 1 и закрепленные на ней деку 2 и верхнюю площадку 3, рабочие поверхности которых выполнены рифлеными и размещены в пространстве так, что образуют молотильную камеру с регулируемым зазором. При этом верхняя площадка 3 снабжена приводом 4, за счет чего она может совершать угловые колебания на угол φ (рисунок 1б).

Энергоемкость процесса выделения зерна из колоса оценивали при обмолоте пшеницы сорта «Московская 70». На предварительно откинутую вниз деку 2 укладывали колос 5 и посредством ручки 6 переводили ее в рабочее положение (рисунок 1). Усилие, затраченное на разрушение связей зерна с колосом в результате угловых колебаний площадки 3, фиксировала тензометрическая пластина 7, снабженная датчиками 8, которые передавали сигнал на ноутбук от тензометрического АЦП LTR212 на всем протяжения рабочего процесса. После осуществления верхней площадкой 3 заданного числа колебаний, электромагнит 9, втягивая шток 10, поворачивал защелку 11, резко выводя деку 2 из молотильной камеры вниз. Таким образом, исключалось влияние на результаты измерений процессов разгона и торможения колебательных движений. То есть замеры осуществлялись в установившемся режиме.

Рисунок 1 ( 1а – главный вид; 1б – вид сверху). Схема экспериментальной установки (Патент № 2483525 РФ):
1 – стойка; 2 – дека; 3 – верхняя площадка; 4 – привод; 5 – колос; 6 – ручка; 7 – тензометрическая пластина; 8 – датчики; 9 – электромагнит; 10 – шток; 11 – защелка.

Анализ полученных в ходе экспериментов многофакторных зависимостей (рисунок 2) позволил определить оптимальный зазор молотильной камеры.

Рисунок 2. Поверхность отклика при взаимодействии факторов: количества нагружений связей зерна с колосом и зазора в молотильной камере.

Основным показателем, позволяющим оценить энергоемкость молотильного устройства, является работа, затраченная на выделение одного зерна из колоса. Для ее вычисления использован экспериментальный график зависимости времени цикла, перемещения верхней площадки, усилия, зафиксированного датчиками (рисунок 3).

Рисунок 3. График регистрации параметров АЦП.

Отношение полученной работы к усредненному количеству зерен, выделенных за одно движение площадки, при разных зазорах молотильной камеры дало величину работы, затраченной на выделение одного зерна из колоса (рисунок 4).

Рисунок 4. Зависимость работы, необходимой для выделения из колоса одного зерна, от зазора в молотильной камере.

Для дальнейшего поиска оптимального режима работы авторами также был произведен полнофакторный эксперимент с пятью уровнями варьирования угла наклона рифов φ верхней площадки (рисунок 5) и последовательным увеличением числа ее колебаний до полного выделения из колоса всех содержавшихся в нем зерен.

Энергоемкость процесса выделения зерна из колоса оценивали при обмолоте пшеницы сорта «Московская 70».

Рисунок 5. Схема расположения рифов на верхней площадке.

По результатам исследований построена поверхность отклика, характеризующая зависимость доли выделенных зерен от параметров процесса (рисунок 6а). Анализ полученных зависимостей (рисунок 6а) свидетельствует о том, что наиболее интенсивное выделение зерна из колоса происходит при угле наклона рифов верхней площадки равном φ=30-45°. 

Рисунок 6. Поверхность отклика при взаимодействии факторов: угла наклона рифов и количества нагружений связей зерна с колосом.

Максимальное значение дробления зерна по результатам научных исследований находилось в пределах 0,85%, что соответствовало х₁=0° и х₂=6 (рисунок 6б). 

Аналогичным образом (рисунок 3) определена работа, затрачиваемая на выделение одного зерна из колоса. Так при угле наклона рифов верхней площадки 0, 15, 30, 45 и 60 градусов – работа, составляет соответственно 0,031, 0,029, 0,028, 0,027 и 0,032 Дж (рисунок 7).

Рисунок 7. Зависимость работы, затраченной на выделения одного зерна пшеницы от угла наклона рифов.

Анализ полученных данных (рисунок 7) свидетельствует о том, что минимальная энергоемкость процесса выделения зерна из колоса соответствует углу наклона рифов верхней площадки, равному 45 градусов.

Исследования проводились на  кафедре механики и основ конструирования ФГБОУ ВО «Брянского государственного аграрного университета».

Источник:

Никитин В.В. Энергосберегающее молотильное устройство // Материалы онлайн-конференции, посвященной Дню российской науки. 4 февраля 2015 г. Издательство Белгородского ГАУ. – C. 94-100.

Разработчик: Никитин Виктор Васильевич