Важнейшим фактором, влияющим на повышение эффективности уборки зерновых колосовых и метелочных культур, является увеличение пропускной способности рабочих органов комбайнов с обеспечением минимального или допустимого уровня потерь зерна. До настоящего времени не изучено влияние указанного фактора на пропускную способность соргоуборочного комбайна, оборудованного молотильно–сепарирующим устройством (МСУ) инерционно–очесного типа. Поэтому исследование данного вопроса является актуальной задачей.
Цель исследования – теоретическая оценка пропускной способности рабочих органов соргоуборочного комбайна, оборудованного МСУ инерционно–очесного типа, на уборке веничного сорго.
Материалы и методы исследований
Оценка пропускной способности рабочих органов соргоуборочного комбайна осуществлялась на основе теории потоков в сетях.
Результаты исследований и их обсуждение
Учеными Волгоградского ГАУ разработан щелевой битер с транспортирующей пластиной [1], который явился базовым элементом МСУ инерционно–очесного типа для соргоуборочных одно– и многомодульных навесных и прицепных комбайнов [2, 3, 4].
Составим графы работы одномодульного навесного соргоуборочного комбайна [2] (рис. 1) с учетом и без учета потерь зерна за ним.
В процессе работы соргоуборочного комбайна рабочие органы выполняют ряд технологических операций, в том числе: обмолот растений на корню и последующий их срез, подача зерна из прямоточной выносной молотильной камеры (ПВМК) в бункер комбайна, погрузка обмолоченных и срезанных растений в транспортное средство и т. д.
Рис. 1. Схема одномодульного навесного соргоуборочного комбайна
Работу соргоуборочного комбайна в полевых условиях представим как сеть. Составим связанный граф G = (X, Г), а целочисленную неотрицательную функцию φ(u), заданную на множестве Г дуг графа G, представим как потоки убираемой массы сорго. При составлении графа G = (X, Г) возможно два варианта работы соргоуборочного комбайна: первый – без учета потерь зерна сорго рабочими органами, второй – с учетом общих потерь зерна.
Составим граф G1 = (X, Г) для первого варианта на примере работы одномодульного соргоуборочного комбайна, оборудованного МСУ инерционно–очесного типа, на уборке веничного сорго. Рабочие органы комбайна, которые осуществляют перемещение убранной массы сорго, назовем вершинами графа Ni, а поток убранной массы сорго, показанный линиями, – дугами Aij. Так как направления движения убранной массы сорго рабочими органами комбайна известны, то рассмотрим ориентированный граф. Массу сорго неубранного участка назовем входом сети и обозначим Ns, а сумму масс зерна в бункере комбайна, стеблей в тележке и мелких фракций на стерне – выходом и обозначим Nt (рис. 2).
Рис. 2. Связанный граф G1 = (X, Г) работы соргоуборочного комбайна
Каждой вершине поставлено действительное число, указывающее ее пропускную способность ωi, то есть максимальную величину потока, который может пропустить этот узел.
Граф составлен на основе технологического процесса функционирования рабочих органов комбайна, в соответствии с которым стебли сорго, в процессе движения комбайна по полю захватываются зацепами нормализатора (1, см. рис. 1) N1 (с максимальной величиной потока ω1), отклоняют их перпендикулярно битерам (2) ПВМК N2 (ω2). Битеры ПВМК N2 (ω2) обмолачивают метелки сорго. Зерно и мелкие фракции по наклонной плоскости (3) N3 (ω3) скатываются в сборник зерна (4) N4 (ω4), а далее по трубопроводу (5) N5 (ω5) попадают под действием вентилятора (7) в циклон (6) N6 (ω6). В циклоне N6 (ω6) мелкие примеси отделяются от зерна и выбрасываются на стерню N7 (ω7). Чистое зерно скапливается в накопителе (8) циклона N8 (ω8), далее при открытии заслонки (9) N9 (ω9) оно поступает в бункер (10) N10 (ω10). Обмолоченные растения затем попадают к режущему аппарату (11) N11 (ω11). Режущий аппарат N11 (ω11) срезает обмолоченные растения, которые под действием сил инерции попадают на транспортер (12) N12 (ω12) и далее в тележку (13) N13 (ω13).
Обозначим выход сети Nt графа G1 = (X, Г), объединяющий дополнительные потоки: зерна в бункере комбайна N10, срезанных и обмолоченных растений в тележке N13 и мелких примесей на стерне N7.
Пусть хij – поток по дуге Аij из узла Ni в узел Nj. В силу условия сохранения потока в каждом узле величина потока, проходящего через узел Nj, равна ; обозначим ее хj.
Тогда задача о максимальном потоке с ограничениями на пропускные способности узлов формулируется следующим образом: максимизировать υ при условиях
xij ≥ 0, 0 ≤ xj ≤ wj для всех i, j
Назовем разрезом, разделяющим Ns и Nt
в сети с пропускными способностями узлов, множество узлов, удаление которых превращает исходную сеть в несвязанную сеть, состоящую из двух или более частей, где узлы Ns и Nt попадают в разные части.
Соседние узлы, выполняющие только функцию транспортирования, для упрощения графа G2 = (X, Г) можно объединить в один Nk. В рассматриваемой сети, изображенной на рисунке 3, разрезы обозначены пунктирными линиями:
, , , ,
, , ,
.
В сети с пропускными способностями узлов справедлива теорема о максимальном потоке и минимальном разрезе: максимальная величина потока из источника Ns в сток Nt равна пропускной способности минимального разреза, разделяющего Ns и Nt.
Для поиска разреза с минимальной пропускной способностью используем определение: разрез локально минимальный, если его пропускная способность меньше или равна пропускной способности всех соседних разрезов. Из определения следует, что минимальный разрез является в некотором смысле абсолютно минимальным разрезом. Чтобы разрез был минимальным, необходимо, но недостаточно, чтобы он был локально минимальным. Поэтому для нахождения абсолютного минимума функции надо сравнить все локальные минимумы в данном графе.
Пропускную способность ωi узлов и разрезов, , можно рассчитать с использование аналитических зависимостей. Для расчета пропускной способности разрезов , , , , , недостаточно рассчитать пропускную способность ωi узлов. Дополнительно необходимо известными методами найти максимальный поток [5, 6] разреза, а следовательно, возможно определить минимальный разрез.
Для второго варианта составим граф G3 = (X, Г) на примере работы одномодульного соргоуборочного комбайна, оборудованного МСУ инерционно–очесного типа, на уборке веничного сорго с учетом общих потерь зерна.
Рис. 3. Упрощенный связанный граф G1 = (X, Г) работы соргоуборочного комбайна без учета потерь зерна рабочими органами
Обозначения рабочих органов комбайна Ni с пропускными способностями ωi, дуг Aij, входа сети Ns, выхода сети Nt на рис. 4 возьмем из рис. 3. Дополнительно введем новый выход сети NP графа G3 = (X, Г), объединяющий потоки по дугам возможных потерь и выход сети Nt.
Зерно в потоке по дугам потерь обозначим Пi. Так как при работе комбайна должна быть обеспечена герметизация внутренних узлов, то потери зерна в них исключаются.
Во время работы соргоуборочного комбайна возможен случай, когда один или несколько рабочих органов Ni имеют пропускную способность ωi ниже заданной подачи. По условию сохранения потока в каждом узле Ni, по дополнительной дуге потерь Пi проходит зерно, выравнивающее этот поток. При этом условием определения рабочего органа с низкой пропускной способностью ωi будет наличие потока зерна по дуге потерь Пi. При этом величина потока зерна по дуге потерь Пi будет характеризовать степень отклонения от заданной подачи. Если по дуге потерь Пi проходит нулевой поток, то пропускная способность ωi данного рабочего органа Ni выше или равна общей подачи в сорговеничный комбайн. Соответственно, во время работы соргоуборочного комбайна потери зерна, вызванные неэффективной работой рабочего органа, отсутствуют.
Рис. 4. Связанный граф G3 = (X, Г) работы соргоуборочного комбайна с учетом потерь зерна рабочими органами
Теоретическая производительность соргоуборочного комбайна, рассчитанная с помощью аналитических зависимостей, отличается от реальной по допустимым потерям. Это подтверждает, что аналитические зависимости не могут учесть влияния всех факторов и их совокупностей. Поэтому оценка пропускной способности ωi узла или разрезов по величинам потока зерна по дуге потерь Пi является эффективной.
Вывод
Предложена методика оценки пропускной способности рабочих органов соргоуборочного комбайна, оборудованного МСУ инерционно–очесного типа, на уборке венечного сорго, позволяющая определить по величине потерь зерна или обработанного растительного материала тот рабочий орган, который ограничивает производительность комбайна.
Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ по проекту «Разработка и исследование инерционно–очесного способа обмолота зерновых колосовых и метелочных культур на корню и технологии для его реализации», договор № НК 13–08–01085\14.
Рецензенты:
Пындак В.И., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Механика» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград;
Рогачев А.Ф., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Математическое моделирование и информатика» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград.
Работа поступила в редакцию 04.06.2014.
Библиографическая ссылка
Ряднов А.И., Тронев С.В., Шарипов Р.В., Федорова О.А. ОЦЕНКА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СОРГОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-1. – С. 119-123;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34654 (дата обращения: 14.10.2024).