Усилия среза растений озимого рапса и льна масличного

Введение. Известно, что зерноуборочные машины, в том числе и селекционные, обеспечивают качественную уборку только в том случае, если их рабочие органы выбраны и отрегулированы в соответствии со свойствами убираемой куль-культуры, а растения приспособлены для машинной уборки. Пригодность той или иной культуры к машинной уборке определяется физико-механическими свойствами и биологическими особенностями самих растений, а также их состоянием в период уборки. Поэтому при создании новых машин учитывают агробиологические особенности растений, а при выведении новых сортов – их пригодность к машинной уборке. В рамках данной статьи изложены результаты определения некоторых физико-механических свойств растений льна масличного и рапса озимого, необходимые для расчета конструктивных параметров жатвенной части селекционного зерноуборочного комбайна.

Материалы и методы . Исследования проводили на Армавирской опытной станции ВНИИМК Россельхозакадемии. Оценивали физико-механические свойства растений озимого рапса сорта Лорис и льна масличного сортов ВНИИМК 620 и ВНИИМК 630 в начале уборки этих культур. Для определения усилий среза растений использовали разработанное авторами устройство (рис. 1), включающее сегментный режущий аппарат, динамометр, привод ножа, обеспечивающий постоянство скорости приложения нагрузки.

Рисунок 1 – Прибор для замера усилия среза растений

Работу, затрачиваемую на срез, определяли при помощи маятникового копра, устройство и принцип работы которого изложен в научных трудах ВИСХОМ [1; 2; 3]. Маятниковый копер дает возможность изучать разрывные деформации при динамических нагрузках, определяя работу, затрачиваемую на разрушение той или иной части растения. Условия испытаний на копре стоят значительно ближе к условиям работы уборочных машин, чем испытания на разрывных динамометрах, дающих небольшие скорости приложения усилия.

Результаты и обсуждение . Усилие среза растений рапса измеряли на различной высоте от основания стебля. Средняя влажность растений составляла 49,7 % (пределы изменения влажности от 36,2 до 54,9 %).

Зависимость величины усилия среза и удельного усилия (напряжения) среза от диаметра растения иллюстрирует рисунок 2. Удельная сила определяется как отношение силы среза к площади его поперечного сечения (Н/мм2).

Усредненные данные на графиках аппроксимированы полиномами второй степени с коэффициентами детерминации 0,97 для зависимости силы среза от диаметра и 0,95 – для зависимости удельной силы от диаметра. Из рисунка видно, что с увеличением диаметра стеблей усилие среза увеличивается. Удельные усилия среза (напряжения среза) имеют тенденцию к снижению при изменении диаметра перерезаемого стебля от 5 до 14 мм, а затем они незначительно увеличиваются. Объясняется это, прежде всего, особенностью структуры стеблей: чем меньше их диаметр, а обычно это верхняя часть растения, тем больше удельная величина древесной составляющей в общей массе растения.

При срезе растений рапса на разной высоте от основания диаметр в месте среза уменьшается, соответственно уменьшается и усилие среза (рис. 3). При проведении измерений выявлено, что

а

Рисунок 2 – Зависимость средней величины усилия среза (а) и удельного усилия среза (в) от диаметра стебля рапса

Рисунок 3 – Характер изменения

диаметра и усилия среза на одном растении в зависимости от высоты среза (расстояния от комля)

усилия среза рапса в месте расположения узлов растения выше на 20–26 %, чем

при срезе междоузлия (при одной и той же величине диаметра). Данное закономерное явление объясняется морфологической структурой узлов, которые обладают повышенной прочностью, и проявляется на графике в виде «выпавших» из общего ряда точек.

Следует отметить, что полученные результаты по определению усилий и напряжений среза стеблей рапса согласуются с данными, полученными другими исследователями, в том числе зарубежными [5; 6].

Величину работы, затрачиваемой на перерезание стебля рапса, определяли на маятниковом копре. Результаты замеров показателей работы и удельной работы, затрачиваемой на срез в зависимости от диаметра стебля в месте среза, приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 – Зависимость работы на срез растений рапса от диаметра растения в месте среза

Как следует из рисунка 4, работа среза возрастает с увеличением диаметра растений в месте среза и это очевидно, так как возрастает усилие перерезания стебля. Приведенные на графике данные хорошо аппроксимируются полиномом второй степени с коэффициентом детерминации 0,97.

Удельная работа среза (отнесенная к единице площади среза) практически не изменяется при изменении размерных параметров растений и по результатам наших измерений находится в пределах 0,02…0,05 Дж/мм2, что можно считать характерным для данного состояния растений рапса.

Анализ результатов оценки усилий среза льна масличного двух сортов: ВНИИМК 620 (влажность 9,7 %) и ВНИИМК 630 (влажностью 10,2 %) показывает, что, как и в случае с рапсом, с увеличением диаметра стебля в месте среза увеличивается и величина усилия среза (см. рис. 5). На графике представлены результаты аппроксимации полиномом второй степени с коэффициентом детерминации 0,93, а также 95 и 99 %-ная доверительные зоны.

Рисунок 5 – Усилие среза в функции диаметра растений льна масличного

Из полученных замеров следует, что напряжения среза растений снижаются с увеличением размеров стебля. Напряжения среза льна масличного в 2–2,5 раза выше аналогичного показателя у рапса, т.е. несмотря на малый диаметр стеблей льна, их прочность выше, чем у рапса. Также установлено, что усилие среза растений льна сорта ВНИИМК 630 на 5–18 % больше, чем у сорта ВНИИМК 620. Средние значения удельного усилия на срез (Рср уд) растений льна сорта ВНИИМК 620 находились в пределах 7,0–10,7 Н/мм2, при изменении диаметра среза от 1,8 мм до 2,8 мм. Однако при диаметре 3–3,2 мм напряжения снизились до 5,2–5,4 Н/мм2. Для сорта ВНИИМК 630 Рср уд находились в пределах 7,9–11,7 Н/мм2, а при диаметре 3,0–4,3 мм – 4,9–6,5 Н/мм2. При изменении зазора между лезвием ножа и противорежущей пластиной (до 1,5 мм) четкой зависимости усилия среза от зазора (в исследуемом пределе) не установлено.

Оценка показателей работы, затрачиваемой на срез растений льна масличного, проводилась на маятниковом копре. В результате выявлено, что с увеличением диаметра растения работа среза возрастает, причем у сорта ВНИИМК 630 на 0,01– 0,03 Дж затрачивается энергии больше, чем у сорта ВНИИМК 620. Показатели удельной работы на срез растений в основном находились в пределах 0,052– 0,083 Дж/мм2 для сорта ВНИИМК 620 и 0,057–0,079 Н/мм2 для сорта ВНИИМК 630.

Опыты по установлению зависимости работы, затрачиваемой на срез растений от величины зазора между ножом и про-тиворежущей пластиной не выявили определенной закономерности (см. рис. 6) При одном и том же значении диаметра в месте среза с увеличением величины зазора показатели затрачиваемой работы близки к средней величине.

Рисунок 6 – Зависимость показателей работы на срез растений льна масличного от зазора в режущем аппарате (о – работа, • – удельная работа)

Заключение . В результате определения физико-механических свойств растений выявлено, что усилие среза 1-го стебля рапса может достигать 300 Н, напряжения среза доходят до 5 Н/мм², причем чем меньше диаметр стебля, тем выше напряжения среза. Усилия среза в узлах стеблей на 20–26 % выше, чем в междоузлиях. Величина работы на разрез стебля, определяемая на маятниковом копре, возрастала с увеличением диаметра испытуемых образцов и доходила до 7 Дж. Удельная работа (отнесенная к единице площади среза) не превышала значения в 0,05 Дж/мм² и практически не зависела от диаметра стебля. Зависимость работы среза от диаметра стебля рапса с достаточной для практики точностью может быть аппроксимирована полиномом 2-й степени. Напряжения среза растений льна масличного были в 2–2,5 раза выше аналогичного показателя у рапса и достигали значений в 23 Н/мм². Усилия и напряжения среза, а также работа среза зависят от сорта льна масличного. При изменении зазора между лезвием ножа и противоре-жущей пластиной усилие среза и работа среза практически не изменялись (в исследуемых пределах). Следует отметить, что приведенные показатели усилий среза, работы среза, напряжений среза и др. получены при определенной влажности исследуемых образцов: озимого рапса – 36,2–54,9 %, льна масличного – 9,7–10,2 %. При увеличении влажности растений, особенно льна масличного происходит смятие стеблей и затягивание их в зазор между сегментом и противорежущей пластиной, что еще больше увеличивает нагрузку на режущий аппарат жатки.