4.5. Машины для уборки зерновых культур

4.5.1. Жатки. Пропускная способность комбайна

Полеглость хлебов (%) определяют делением разности между средней длиной выпрямленных стеблей L и высотой их стояния l (расстояние от поверхности почвы до вершины колоса) на длину стеблей L:

. (4.98)

Соотношение зерна и незерновой части (соломы, мякины) оценивают коэффициентом содержания зерна в хлебной массе [8]

, (4.99)

где m_с – масса незерновой части срезанных растений; m_з - масса зерна.

Угловую скорость вращения мотовила устанавливают в зависимости от скорости движения комбайна или жатки. Окружная скорость планки мотовила υ_окр должны быть больше скорости движения машины υ_м в 1,4…1,9 раза:

, (4.100)

где ω – угловая скорость вращения мотовила, рад/с; R – радиус мотовила, м; λ – кинематический параметр режима работы мотовила.

Масса хлеба на длине валка в 1 м, кг/м:

, (4.101)

где У₀ – урожайность хлебной массы (урожайность зерна и соломы), ц/га; В – ширина захвата жатки, м.

Пропускная способность комбайна при подборе валков

. (4.102)

Пропускная способность комбайна (кг/с) при прямом комбайнировании

, (4.103)

где В – ширина захвата жатки комбайне, м.

Пропускная способность комбайна, определяемая по формулам (4.102) и (4.103), является переменной величиной и зависит от влажности зерна и соломы, засоренности хлебной массы, относительного содержания зерна в соломе и других факторов. Если расчетная пропускная способность q определена по формуле (4.103) для относительного содержания зерна β₀ в срезанной растительной массе, то при действительном содержании зерна β возможная пропускная способность будет составлять

, (4.104)

где при отношении зерна к соломе 1:1,5.

Практикой установлено, что пропускная способность комбайна СК-5 при отношении зерна к соломе 1:1,5 (β₀=0,4) составляет 5 кг/с; комбайна СК-6 - 6 кг/с; Дон1500 Б, «Джон-Дир» М-2064 (США), Класс Доминатор-108 (Германия), Лаверда М-3890, Макси (Италия) -8…9 кг/с; КЗС – 10К «Полесье» (Белорусия) – 9,7 кг/с; Дон-2600 ВД (АО Ростсельмаш), СК-10 «Ротор» (ГСКБ Таганрог), Доминатор 116 ЦС Клаас (Германия), MF-8590 Мэсси Фергюсон (Канада), М-9700 Вайт (США), Westem – 8570 (Канада) – 10…12 кг/с.

Уравнение траектории движения планки мотовила определяется по формуле

(4.105)

где R – радиус мотовила, м; h – высота установки режущего аппарата над поверхностью почвы; Н – высота установки вала мотовила над режущим аппаратом, м; ω – угловая скорсть вращения мотовила, рад/с.

Ширину пучка стеблей, захватываемых планкой мотовила, определяют по формуле

. (4.106)

Перемещение вала мотовила x_z за время поворота на угол между соседними планками называется шагом мотовила

, (4.107)

где z - число планок.

Коэффициент полезного воздействия мотовила с ножом определяют по выражению

. (4.108)

Пример 95. Средняя длина выпрямленных стеблей 130 см. Определить полеглость хлебов, если высота их стояния 80 см.

Решение: Полеглость хлебов определяем по формуле (4.98)

.

Известно [9], что допускаемая полеглость для длинносоломистых хлебов (L>100 см) до 55%, для коротких (L<100 см) до 20%. Так как длина выпрямленных стеблей больше 100 см, то убираемый хлеб является длинносоломистым. Полученное значение полеглости 38,5% для таких хлебов меньше допускаемой полеглости.

Ответ: П = 38,5 %.

Пример 96. Определить частоту вращения мотовила (мин^-1) жатки (диаметр мотовила 1,2 м), работающего на скорости 4 км/ч. Отношение окружной скорости планок мотовило к скорости жатки 1,7.

Решение: Кинематический параметр режима работы мотовила λ=1,7 определяется по формуле (4.100). Откуда

. (1)

Так как , то

, (2)

где n – частота вращения мотовила, мин^-1. Подставив выражения (1) в формулу (2), получим

мин^-1,

где υ_м=4 км/ч=1,1 м/с.

Ответ: n=30 мин^-1.

Пример 97. Хлеб убирается комбайном (прямое комбайнирование). Урожай зерна 25 ц/га при соотношении соломы к зерну 1:2. Определить допустимую скорость комбайна, если ширина захвата жатки 4,1 м, а пропускная способность комбайна q=5 кг/с.

Решение: Допустимую скорость при известной ширине захвата жатки, урожайности и пропускной способности комбайна можно определить по формуле (4.103):

.

Так как отношение зерна к соломе отличается от приведенного β₀=0,4, то пропускную способность комбайн следует определить по формуле (4.104)

,

где q=5кг/c при отношении зерна к соломе 1:1,5.

Численное значение β₀=0,4. Определив численное значение β по формуле (4.99) при отношении зерна к соломе 1:2

находим

.

Урожайность хлебной массы складывается из:

где У_з - урожайность зерна, ц/га; У_c - урожайность соломы ц/га.

Поэтому (без учета высоты среза хлебной массы)

ц/га.

С учетом полученных данных скорость комбайна

км/ч.

Ответ: υ_м=5,3 км/ч.

Пример 98. Жаткой ЖХН-7 убирается хлеб в валки при урожае зерна 28 ц/га и соотношении зерна к соломе 1: 2. Определить массу хлеба на длине валка в 1 м, если высота хлебостоя 1,2 м и установленная высота среза 0,2 м.

Решение: Масса хлеба на длине валка в 1 м может быть определена по формуле (4.101):

.

По этой формуле неизвестна урожайность хлебной массы, скашиваемой в валок. Урожайность хлебной массы складывается из

.

Урожайность соломы может быть найдена с некоторым допущением, если:

при высоте хлебостоя 1,2 м - урожайность 2∙28=56 ц/га

при высоте хлебостоя (1,2-0,2)=1,0 м - урожайность ?

Отсюда: ц/га.

Тогда ц/га.

Из технической характеристики жатки ЖХН-7 известно, что она имеет ширину захвата 7 м. Следовательно,

кг/м.

Ответ: М₀=5,22 кг/м.

Пример 99. Определить пропускную способность комбайна Дон - 1500 Б при подборе валков массой 4,2 кг на длине валка в 1 м, если скорость комбайна 5,8 км/ч.

Решение: Пропускную способность комбайна при обмолоте хлеба из валков определяем по формуле (4.102)

кг/с.

Загруженность молотилки комбайна при такой пропускной способности составит:

%,

где q=9 кг/с – пропускная способность комбайна Дон-1500 Б. Следовательно, для полной загрузки молотилки комбайна скорость комбайна необходимо увеличить.

Ответ: q=6,76 кг/с.

Пример 100. Определить радиус мотовила и крайние пределы установки его по высоте, если необходимо скосить хлеб высотой от 0,4 до 1,2 м при высоте среза от 0,1 до 0,25 м соответственно. Известно также, что λ=1,7; ∆Н=5 см. Решение сопроводить расчетной схемой.

Решение: Рассмотрим расчетную схему (рисунок 4.28).

Правильно установленное по высоте мотовило должно обеспечить выполнение двух требований:

1. планка мотовила должна входить в стеблестой в точке А₁, в которой горизонтальная составляющая υ_x абсолютной скорости равна нулю; следовательно, по первому уравнению системы (4.105), будем иметь:

; или ; (1)

2. центр масс срезанной части стебля должен быть ниже планки мотовила.

Из схемы 4.28 следует, что

, (2)

где Н – высота установки вала мотовила над режущим аппаратом, м; h– высота установки режущего аппарата над поверхностью почвы, м; l – высота стеблестоя, R – радиус мотовила, м; φ₁ – угол поворота планки мотовила, соответствующий υ_x =0.

Выражение (2) с учетом (1) перепишется

. (3)

Рисунок 4.28 - Схема работы планки мотовила

Поскольку в формуле (3) высота стеблестоя l и высота среза h изменяются по условию задачи, то выражение (3) примет вид:

(4)

Из схемы 4.28 можно также записать

, (5)

где ∆H=0,05…0,1 м – просвет между планкой мотовила и режущим аппаратом. При уборке низкорослых стеблей к планкам мотовила прикрепляют полосы прорезиненного ремня, т.е. ∆H уменьшают до минимума.

Подставив (5) в первое уравнение (4), получим

. (6)

С учетом исходных данных задачи будем иметь:

;

;

Ответ: R=0,6 м; H_min=0,65 м; Н_max=1,3 м.

Пример 101. Определить коэффициент полезного воздействия мотовила при следующих условиях: установка мотовила нормальная, z=5, λ=1,6.

Решение: Установка мотовила, когда ось его вращения находится на одной вертикали с ножом или с линией движения ножа, называется нормальной. Поэтому к.п.в. η мотовила определится по выражению (4.108). Величины ∆x и x_z определяются соответственно по формулам (4.106) и (4.107). С учетом изложенного будем иметь:

Ответ: η=0,28.

Пример 102. Пятипланчатое мотовило, нормально установленное, работает с режимом λ=1,6. Определить степень воздействия его на хлеб при плотности (густоты) стояния последнего μ=0,45.

Решение: При густом стеблестое действие планки не ограничивается стеблями, с которыми она соприкасается, а распространяется на смежные стебли, т.е. на расстояние ∆x₁ (см. рисунок 4.28). Перед планкой образуется волна уплотненного стеблестоя. Ширина пучка стеблей в этом случае определится по следующей приближенной зависимости

, (1)

где ∆x – ширина пучка стеблей, определяемая без учета взаимодействия стеблей; μ – коэффициент, учитывающий густоту стеблестоя [7]: μ=0,3…0,6.

Из зависимости (1) определим отношение

.

Степень воздействия мотовила определится по выражению [7]:

. (2)

Поскольку в примере №101 для пятипланчатого мотовила был определен к.п.в. η=0,28 без учета взаимодействия стеблей, то по выражению (2):

.

Ответ: η₁=0,39.

Пример 103. Жатка движется со скоростью υ_м=1,35 м/с. Какую частоту вращения надо сообщить мотовилу, снабженному пятью планками, чтобы обеспечить при нормальной установке коэффициент полезного воздействия его на хлеб η=0,35? Известен R=0,65.

Решение: Из выражения (4.108) с учетом формул (4.106) и (4.107)

определим

. (1)

Подставив в (1) численные значения η и z получим:

. (2)

Этому уравнению (2) удовлетворяет λ=1,5.

Следовательно, по выражению (4.100), будем иметь:

рад/с .

или мин^-1.

Ответ: n=29,7 мин_-^1.

Пример 104. Пятипланчатое мотовило вынесено вперед за линию движения ножа на 120 мм. Определить коэффициент полезного воздействия мотовила на хлеб при условии, когда λ=1,6 и R=0,65 м. Решение сопроводить расчетной схемой.

Решение: При выносе мотовила вперед за линию движения ножа (рисунок 4.29) на величину b планка воздействует на стебли:

- двигаясь от точки А к точке В планка не выйдет еще на одну вертикаль с ножом, как уже закончится формирование пучка и нож начинает его срезать;

- планка окажется на одной вертикали с ножом после того, как она дополнительно повернется на угол ∆φ₂ и окажется в положении О₂B₂.

Рисунок 4.29 - Схема работы планки мотовила при выносе вала мотовила вперед от линии резания (С₀) на величину b

Из приведенной схемы видно, что - ширина пучка стеблей при выносе вала мотовила вперед от линии резания на величину b, а - ширина пучка стеблей при нормальной установке мотовила.

Очевидно, что Δx'> Δx:

. (1)

Пусть , проходимое машиной расстояние за время ∆t и при котором планка мотовила повернулась на угол ∆φ₂

. (2)

Поскольку , то .

Тогда выражение (2) перепишется

. (3)

Но величина

. (4)

С учетом значений (4.106) и (4) выражение (1) примет вид

. (5)

Коэффициент полезного воздействия мотовила при выносе его вперед от линии резания определится

(6)

Подставив исходные данные задачи в выражение (6), получим

.

Вынос мотовила вперед от линии резания увеличивает коэффициент полезного воздействия.

Ответ: .

Упражнения

5.1. Средняя длина выпрямленных стеблей 135 см. Определить полеглость хлебов, если высота их стояния 70 см.

5.2. Высота стояния хлебов составляет 90 см. Определить длину выпрямлен­ных стеблей, если полеглость хлебов составляет 30%.

5.3. Средняя длина выпрямленных стеблей 120 см. Определить минимальную высоту стояния хлебов.

5.4. Средняя длина выпрямленных стеблей 90 см. Определить минимальную высоту стояния хлебов.

5.5. Определить частоту вращения мотовила (диаметр мотовила 1,2 м) работающего на скорости 4 км/ч. Отношение скорости планок мотовила к скорости комбайна 1,5.

5.6. Определить отношение скорости планок мотовила к скорости комбайна (коэффициент λ), если частота вращения мотовила 50 мин^-1, диаметр мотовила 1,2 м, скорость комбайна 5 км/ч.

5.7. Как изменится численное значение коэффициента λ, если при постоянной частоте вращения мотовила 30 мин^-1 скорость комбайна равна соответственно: 3 км/ч, 5 км/ч, 7 км/ч, 9 км/ч, 11 км/ч. Диаметр мотовила принять равным 1,2 м.

5.8. Для условий задачи 5.7 определить допускаемые рабочие скорости комбайна.

5.9. В каких пределах можно установить частоту вращения мотовила, если скорость комбайна равна 5 км/ч, а диаметр мотовила -1,2 м.

5.10. Жаткой ЖВН-8,6 (ширина захвата В = 8,6 м) убирается хлеб в валки при урожае зерна 30 ц/га и соотношении зерна к соломе 1:1,5. Определить массу хлеба на длине валка в 1 м, ес­ли высота хлебостоя 1,1 м, а высота среза 0,15 м.

5.11. Жаткой ЖХН-6 хлеб скашивается в валки по схеме «валок к валку». Урожайность зерна 15 ц/га при соотношении зерна к соломе 1:2. Определить массу хлеба на длине валка в 1 м, если высота хлебостоя 0,8 м, а высота среза 0,1 м.

12. Жаткой ЖХН-7 хлеб скошен в валки при урожае зерна 25 ц/га и соот­ношении зерна к соломе 1:1. Определить массу хлеба на длине валка в 1 м, если высота хлебостоя 0,6 м, а высота среза 0,1 м.

13. Определить ширину жатки, если она обеспечивала образование 4 кг хлеба на длине валка в 1 м, при скашивании хлеба в валок. Урожай пшеницы составляет 36 ц/га при отношении зерна к соломе 1:2,2. Высота среза обеспечивает сбор 73% соломы.

14. Жаткой ЖХН-11 (ширина захвата В=11 м) убирается хлеб в валки при урожае зерна 30 ц/га и со­отношении зерна к соломе 1:1,7. Определить массу хлеба на длине валка в 1 м, ес­ли высота хлебостоя 1,2 м, а высота среза 0,17 м. Влажность зерна в колосе в мо­мент уборки составляла 30%, а соломы - 15%. Через 7 дней влажность зерна со­ставила 20%, а соломы 16%. Указание: Для решения задачи воспользоваться фор­мулой (4.95) для изменения массы материала при сушке.

15. Определить пропускную способность комбайна Дон-1500Б при отношении зерна к соломе 1:1, если его пропускная способность при отношении зерна к соломе 1:1,5 равна 8 кг/с.

16. Определить пропускную способность комбайна КЗС-10К «Полесье» при отношении зерна к соломе: 1:1; 1:2; 1:0,5, если его пропускная способность при отношении зерна к соломе 1:1,5 равна 12 кг/с.

17. Хлеб убирается комбайном КЗС-10К «Полесье» (прямое комбайнирование). Урожай зерна 30 ц/га при отношении зерна к соломе 1:2,1. Определить допустимую скорость комбайна, если ширина захвата жатки 6,0 м.

18. Ведется прямое комбайнирование хлеба комбайном КЗС-10К «Полесье». Урожай зерна 35 ц/га при отношении зерна к соломе 1:1,7. Определить ширину захвата жатки, если скорость комбайна 6 км/ч.

19. Определить необходимую ширину захвата жатки комбайна Дон-1500Б при прямом комбайнировании. Урожайность зерна 33 ц/га, соломы 39 ц/га. Комбайн работает на скорости 7 км/ч. Высота среза 22 см, высота хлебостоя 130 см.

20. Какую ширину захвата жатки должен иметь комбайн СК-5 при уборке хлеба с урожаем зерна в 32 ц/га и соломы 8 ц/га при оставлении в стерне 12% урожая, если комбайн работает на скорости 5 км/ч.

21. Какую площадь сможет убрать комбайн КЗС-10К «Полесье» за 8 часов при урожайности пшеницы 40 ц/га и соотношения зерна к соломе 1:1,8?

22. Горох скошен однобрусной тракторной косилкой КС-Ф-2,1М уложен в двой­ной валок. Урожайность гороха - 20 ц/га. Соотношение зерна в общей массе 1:4. Оп­ределить с какой скоростью должен двигаться комбайн СК-6 при подборе и обмолоте валков.

23. Определить пропускную способность комбайна СК-6 при подборе валков массой 4,5 кг на длине валка в 1 м, если скорость комбайна 4,5 км/ч.

5.24. Определить с какой скоростью должен двигаться комбайн Дон-1500Б при подборе и обмолоте валков, если жаткой ЖХН-6 хлеб был уложен в валки при урожае зерна 30 ц/га и соотношении зерна к соломе 1:1,6. Высота хлебостоя 1,2 м, а высота среза 0,2 м. Влажность зерна в колосе в момент скашивания в валок со­ставляла 30%, а соломы 17%. Через 5 дней при подборе и обмолоте валков влажность зерна составила 20%, а соломы - 16%.

25. Комбайн Дон-1500Б обмолачивает хлеб из валков массой 4 кг на длине валка в 1 м и при соотношении зерна к соломе 1:2. Емкость бункера комбайна 3 м³ (объ­емная масса вороха 0,78 т/м³). Расстояние от поля до тока 8 км; ворох отвозится от комбайна автомобилями грузоподъемностью 1,7 т. Средняя скорость машины в поездке составляет 20 км/ч. Время загрузки автомобиля в поле 14 мин, а разгрузки на току - 10 мин. Определить число автомашин, которые должны обслуживать комбайн для бесперебойной его работы.

26. Определить с какой скоростью должен двигаться комбайн Дон-1500Б при подборе и обмолоте валков, если хлеб уложен s валок при урожайности зерна 30 ц/га. От­ношение зерна к соломе 1:2,5. В стерне оставляется 10% соломы. Ширина захвата жатки 6 м.

27. Какое расстояние должен пройти комбайн КЗС-10К «Полесье» при подборе и обмолоте валков для наполнения бункера зерном, если хлеб уложен в валок жаткой ЖХН-5 при урожайности зерна 30 ц/га. Отношение зерна к соломе 1:2. В стерне оставляется 8% соломы. Потери зерна 2%. Емкость бункера комбайна 3 м³. Объемная масса вороха 0,8 т/м³.

28. Определить радиус мотовила и крайние пределы установки его по высоте, если необходимо скосить хлеб высотой от l₁ до l₂ при высоте среза от h₁ до h₂ соответственно. Известны λ и ∆Н=5 см. Решение сопроводить расчетной схемой.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
l1 , м	0,5	0,6	0,5	0,6	0,5	0,6	0,6	0,7	0,7	0,5
l2 , м	1,3	1,4	1,4	1,5	1,5	1,6	1,2	1,6	1,4	1,5
h1 , м	0,10	0,12	0,10	0,13	0,10	0,11	0,10	0,14	0,13	0,13
h2 , м	0,25	0,25	0,27	0,28	0,28	0,25	0,27	0,28	0,27	0,25
λ	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	1,8	1,78	1,6	1,5

5.29. Используя уравнения траектории (4.105) доказать, что в точке А₁ (см. рисунок 4.28):

а)

б)

5.30. Используя уравнения траектории (4.105) показать, что

5.31. Определить коэффициент полезного воздействия мотовила, если установка мотовила нормальная, число планок z, кинематический параметр режима работы λ.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
z, шт	6	6	6	6	6	8	8	8	8	8
λ	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9

5.32. Мотовило, нормально установленное, работает с режимом λ. Определить коэффициент полезного воздействия его на хлеб при густоте стеблестоя μ.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
z, шт	5	5	6	6	8	8	6	6	5	5
λ	1,6	1,7	1,8	1,9	1,6	1,7	1,6	1,9	1,8	1,9
μ	0,3	0,4	0,5	0,6	0,3	0,5	0,6	0,4	0,4	0,5

5.33. Жатка движется со скоростью υ_м. Какую частоту вращения надо сообщить мотовилу, снабженному z планками, чтобы обеспечить при нормальной его установке коэффициент полезного воздействия на хлеб η? Радиус мотовила R.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
υ,м/с	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,6	2,8
z, шт	5	5	5	6	6	6	6	8	8	8
R, м	0,6	0,6	0,6	0,65	0,65	0,65	0,7	0,7	0,6	0,6
η	0,30	0,35	0,40	0,30	0,35	0,40	0,30	0,35	0,35	0,40

5.34. Мотовило, имеющие z планок, вынесено вперед за линию движения ножа на величину b. Определить коэффициент полезного воздействия мотовила на хлеб при условии, когда кинематический параметр режима λ и радиус R. Решение сопроводить расчетной схемой.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
z, шт	5	5	5	5	6	6	6	6	8	8
b, мм	100	110	120	130	100	110	120	130	120	130
λ	1,6	1,7	1,8	1,9	1,6	1,7	1,8	1,6	1,7	1,8
R,м	0,60	0,65	0,60	0,65	0,60	0,65	0,60	0,65	0,60	0,65

5.35. Определить число планок z мотовила, при котором к.п.в. составляет η, а кинематический показатель режима работы λ.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
η	0,28	0,30	0,32	0,34	0,36	0,38	0,40	0,42	0,44	0,46
λ	1,6	1,7	1,8	1,6	1,7	1,8	1,6	1,7	1,8	1,9

5.36. Мотовило, имеющее z планок и радиус R и показатель режима работы λ, установленное на жатке ЖХН-6, перемещается с поступательной скоростью υ_м. Определить частоту вращения мотовила и число ударов планкой по хлебной массе на 1 м пути движения жатки.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
z, шт	5	5	5	5	6	6	6	8	8	8
R, м	0,60	0,60	0,60	0,60	0,65	0,65	0,65	0,70	0,70	0,70
υм, м/с	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8
λ	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	1,6	1,7	1,8	1,9	1,7

5.37. Построить зависимость для шестипланчатого мотовила при нормальной установке.

5.38. Нормально установленное мотовило имеет ширину планки b_п=14 см и работает при показателе кинематического режима λ=1,5. Определить радиус R мотовила при условии недопущения перебрасывания и переваливания планкой срезанных стеблей, если предусматривается убирать хлеб высотой l=1,2 м при высоте среза h = 0,18 м.