Содержание к диссертации
Введение
I. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Анализ транспортирующих устройств применяемых в сельском хозяйстве 8
1.2. Технологические и технико-экономические показатели работы транспортеров 12
1.3. Пневмотранспортирующие системы и их структурные схемы 15
1.4. Значение разгонного участка горизонтального пневмопровода с нагнетателями эжектороного типа в пневмотранспортировании... 18
1.5. Конструктивные и технологические параметры эжекторных питателей 25
1.6. Анализ загрузочных устройств, осуществляющих поступление материала широким потоком в материалопровод нагнетательной пневмосистемы 28
Выводы 32
Цель и задачи исследования 33
II. Теоретические исследования
2.1. Конструкция загрузочных устройств для зерна и колосовых остатков, принцип действия и показатели их работы 34
2.2. Потери давления в зоне поступления материала в трубопровод 43
2.3. Движение зерновки по поверхности лотка в загрузочном устройстве для зерна 45
2.4. Формирование аэросмеси в зоне смесительной камеры материало-провода загрузочного устройства для зерна 54
2.5. Формирование воздушного потока в загрузочных устройствах нагнетательных систем для транспортирования колосовых остатков зерна 59
Выводы 72
III. Программа и методика экспериментальных исследований
3.1. Методика определения конструктивных и технологических параметров загрузочных устройств 76
3.1.1. Устройство экспериментальной установки для определения геометрических параметров лотка 76
3.1.2. Установка для определения конструктивных и технологических параметров загрузочного устройства 79
3.1.3. Подготовка приборов, оборудования к проведению опытов и методика измерения 86
3.1.4. Методика определения показателей работы загрузочного устрой- 88
ства для зерна
3.2. Определение геометрических параметров загрузочных устройств... 90
3.2.1. Описание конструкции 90
3.2.2. Методика исследований 93
IV. Анализ результатов экспериментальных исследований
4.1. Геометрические параметры лотка загрузочного устройства для транспортировки зерна 96
4.2. Конструктивные и технологические параметры загрузочного устройства для зерна 101
4.3. Формирование воздушного потока и аэросмеси в смесительных камерах загрузочных устройств 112
4.4. Качественные показатели работы пневмотранспортеров 115
Выводы 122
V. Сравнительные полевые испытания зерноуборочных комбайнов
5.1. Пневматическая система для транспортировки зерна и колосовых остатков в зерноуборочном комбайне «Енисей — 1200 Р» 124
5.2. Потери давления АР при транспортировке зерна и колосовых остатков в опытном комбайне 127
5.3. Параметры пневмотранспортирующих устройств опытного и базового зерноуборочных комбайнов 133
Выводы 134
VI. Определение показателей экономической эффективности от использования пневмотранспортирования продуктов обмолота в зерноуборочном комбайне 135
Общие выводы 141
Литература 143
Приложения 153
- Анализ транспортирующих устройств применяемых в сельском хозяйстве
- Конструкция загрузочных устройств для зерна и колосовых остатков, принцип действия и показатели их работы
- Конструктивные и технологические параметры загрузочного устройства для зерна
- Потери давления АР при транспортировке зерна и колосовых остатков в опытном комбайне
Введение к работе
Производству зерна в России во все времена уделялось большое внимание, как важнейшей сельскохозяйственной продукции. Однако за последние 15 лет производство зерна в нашей стране резко упало. Так валовой сбор зерна в 2004 году в сравнении с 1990 годом уменьшился на 40 млн. тонн [30].
Причин такого явления можно назвать несколько, это сокращение посевных площадей, снижение урожайности и уменьшение общего числа комбайнов в парке. В настоящее время парк комбайнов стареет, а выпуск новых машин сократился на 61%. Это вызывает возрастание доли неисправных машин, причем надежность и производительность отечественной уборочной техники более чем в три раза ниже зарубежных аналогов [З, 30]. В результате увеличивается средняя нагрузка на комбайн, сроки уборки растягиваются на месяцы вместо 10...15 дней, что вызывает потери зерна за счет его самоосыпания [8, 10, 11,18,30,32,39-42,45,81,85,86, 107].
Анализ литературных источников и сама жизнь указывает, что самым важным этапом в производстве зерна является уборка, как завершающая стадия полевых работ. Так, эксплуатационные затраты на уборку зерна и его транспортировку с поля на пункт переработки составляют 50...55% всех затрат на его возделывание. Поэтому успешное выполнение уборочных работ с высоким качеством во многом зависит от применения высокопроизводительных и надежных в эксплуатации зерноуборочных комбайнов.
В современных условиях рыночных отношений в АПК РФ все отечественные комбайновые заводы выпускают машины определенного класса: Таганрог - самоходные, класса 3 кг/с. ( КЗС-3); Тула - прицепные аксиально-роторные, класса 3 кг/с. (ПН-100); Ростов - на Дону - самоходные, класса 5-6 кг/с. ( «Нива»), 9-Ю кг/с. ( «Дон - 1500 Б») и 11-12 кг/с. («Дон - 2600»); Красноярск - класса 5,5-6,5 кг/с. («Енисей» -1200, «Енисей» - 950) [30].
Пропускная способность всех перечисленных зерноуборочных комбайнов повышается за счет усложнения конструкций, которые, как правило,
снижают [96] надежность в работе и увеличивают металлоёмкость и габариты. Об этом упоминается в основных направлениях повышения технического уровня комбайнов.
Концепция создания новых отечественных комбайнов включает четыре направления, из которых выделены следующие проблемы: совершенствование дизайна; упрощение техобслуживания и ремонта; повышение комфортных условий труда механизатора; электрогидравлическое управление рабочими органами; снижение металлоёмкости и габаритов; уменьшение повреждения зерна и сведения его потерь до минимума.
В данной концепции не уделено должного внимания одному существенному резерву повышения производительности и надежности комбайна -гармонизации его конструкций по параметрам. Она исключает интуитивные [30] решения, когда какой-нибудь силовой или технологический рабочий орган на комбайне имеет размерно-массовый параметр, не соответствующий его номинальной производительности. Например, производительность транспортеров, перемещающих зерно в бункер, а колосовые остатки на дополнительный обмолот, должна превосходить пропускную способность мо-лотильно-сепарирующего аппарата. Если этого не будет наблюдаться, то снизится надежность работы комбайна, повысится дробление зерна.
Из выше сказанного следует, что на качественные показатели работы зерноуборочного комбайна существенное влияние оказывают транспортирующие устройства для зерна и мелкого вороха. Исследованию шнеков и элеваторов посвящено большое число работ [2, 29, 34, 73, 88, 89, 131 и др.]. Главное достоинство этих устройств - простота конструктивного исполнения. Однако они имеют ряд серьёзных недостатков:
- повреждают зерно, особенно зернобобовые культуры (сою) до 6-8% [5, 6, 8, 10, 11, 19, 35, 36, 43, 45, 68, 70,71, 72, 75, 78, 79, 80, 84, 98, 100, 105, 108,109,111];
неудовлетворительно перемещают материал (зерно, мелкий ворох) при недостаточной его сыпучести и влажности [2, 24, 29, 34, 35, 36, 66, 67, 72, 76, 97];
снижают производительность с ростом угла наклона к горизонту [8, 24,35,36,42,66,67,109,121];
низкая износостойкость шарнирных сочленений цепей, скребков, кожуха и других элементов желоба элеваторов и шнеков [6, 8, 16, 24, 35, 36, 53, 57, 58, 67,72];
высокая энергоёмкость.
На сегодняшний день винтовые шнеки и скребковые элеваторы в зерноуборочных комбайнах не претерпели серьёзных изменений в конструктивном исполнении. Все технические решения на усовершенствование транспортёров предусматривали следующее:
изменение геометрических параметров движущихся механических частей и их линейной скорости;
изготовление скребков, винтов из различных материалов, с использованием прорезиненных лент, пластмасс, металла и др.
Эти технические решения не устраняют все те проблемы, упомянутые ранее.
Для транспортировки порошкообразных, зернистых, мелкокусковых, плохосыпучих и длинноволокнистых (сено, солома и т.д.) материалов с большим успехом применяют пневматические устройства. Практика использования пневматических устройств зарекомендовала их важнейшие качества:
непрерывность, простота конструкций, удобство в обслуживании и ремонте, малая металлоёмкость, низкая повреждаемость и отсутствие потерь транспортируемого материала, надежность в работе, улучшение санитарно-гигиенических условий и техники безопасности.
Чтобы использовать пневмотранспортирующие системы для перемещения зерна в бункер и колосовых остатков на дополнительный обмолот, нужны новые загрузочные устройства. Они должны иметь особенность в
конструктивном исполнении, обладать геометрическими размерами и габаритами, которые позволят встроить их в зерноуборочный комбайн вместо винтовых шнеков зернового и колосового. Для этого необходимо учитывать геометрические размеры зерноуборочного комбайна, его привода и технологические процессы молотильного сепарирующего устройства и очистку.
Нужно отметить, что до настоящего времени загрузочные устройства пневмотранспортирующих систем, предназначенные для встраивания их вместо винтовых шнеков, не применяли ни на отечественных, ни на зарубежных комбайнах. Они не были объектом исследований как составные единицы транспортирующих систем комбайнов. Это обусловлено тем, что загрузочные устройства являются главным звеном во всех системах, как нагнетательных так и всасывающих типов.
Применение пневмотранспортирования продуктов обмолота на комбайне поможет значительно снизить: повреждение зерна, особенно зернобобовых культур; металлоемкость транспортирующих органов и стоимость их изготовления. Процесс пневмотранспортирования можно совмещать с очисткой. В работе разработаны и обоснованы загрузочные устройства для зерна и колосовых остатков пневмотранспортирующих систем для зерноуборочных комбайнов с повышенной пропускной способностью и надежностью процесса перемещения продуктов обмолота.
Анализ транспортирующих устройств применяемых в сельском хозяйстве
Транспортирующие устройства нашли широкое применение в сельскохозяйственных машинах. Технико-экономические показатели машин во многом определяют качественную и надежную работу транспортирующих устройств. По принципу действия транспортирующие устройства разделяют на периодического и непрерывного действия. В зерноуборочном комбайне осуществляется непрерывно-поточный процесс. Для этого проделаем анализ устройств непрерывного действия и оценим их. Устройства непрерывного транспортирования принято [7, 9, 12, 13, 15, 16,17, 28, 31, 34,48, 60, 69, 77, 87, 96, 97,121, и др.] классифицировать по следующим принципам: по направлению транспортирования (горизонтальное, вертикальное, криволинейное и комбинированное); по способу передачи движения перемещаемому грузу: самотечные (гравитационные устройства), механические, пневматические и гидравлические; по роду перемещаемого груза и его физико-механическим свойствам (сыпучий, плохосыпучий, штучный). По конструкции непрерывнопоточные транспортеры разделяют на транспортеры с тяговым элементом (лента, цепь, канат) и без тягового элемента. У первых движение груза происходит совместно с тяговым элементом. Причем рабочее и холостое (обратное) движение тягового элемента осуществляется одновременно. В транспортерах без тягового элемента движение груза происходит при вращательном, колебательном движениях рабочих элементов и несущей среды (воздуха, жидкости). При выборе транспортирующего средства для выполнения заданного технического процесса необходимо провести сравнительный анализ. Срав 9 нение транспортных средств обычно производят по следующим показателям: капитальным затратам, эксплуатационным расходам, численности рабочих, занятых в погрузочно-разгрузочных работах, качеству получаемого продукта, времени на обслуживание, ремонту, сроку окупаемости и т.д. В.В. Красников [48] сравнивает подъемно-транспортное средство непрерывного действия по энергоемкости и металлоемкости (табл. 1.1). Оценке подвергались все транспортирующие средства, которые широко применяются в отраслях сельского хозяйства. Каждое подъемно-транспортное средство оценивалось по виду транспортируемого груза и направлению транспортирования.
Оценка ПТС по В.В. Красникову (ПП - преимущественно применяются, П - применяются, ОП - ограниченно применяются) Такая оценка не в полной мере характеризует транспортное средство. Во-первых, каждый транспортер рассматривается отдельно по каждому виду транспортируемого груза, где не учитывается направление транспортирования. Во-вторых, не учитывается сложность трассы транспортирования. Они могут быть сложными с установкой последовательно нескольких видов транспортеров в одной цепи с наличием переходных мест. Отсюда автор [48] одинаково оценивает пневматический транспортер с винтовым, скребковым, ленточным и ковшовым элеваторами по направлению транспортирования. Однако из многих литературных источников [9, 12, 13, 16, 17, 27, 28, 33, 34, 37, 44 и др.] следует, что пневматические транспортеры одинаково применяются - преимущественно применяются (ПП), как при горизонтальном направлении, так наклонном и вертикальном транспортировании. Единственное ограниченное применение (ОП) пневмотранспортеры находят при перемещении штучных грузов. Это говорит о том, что пневматические транспортеры значительно превосходят элеваторы с механическими органами по показателям, указанным в таблице 1.1.
Для более полной оценки транспортирующих устройств следует применять системный подход, который позволяет учесть большее число взаимозависимостей производственного процесса. Такая попытка сделана профессором К. Miihrel [121], который каждый фактор, определяющий показатели работы подъемно-транспортного средства, оценивал баллами от 1 до 5 (высший балл - 5). В таблице 1.2 приведены сравнительные данные по основным требованиям для транспортирующих средств, применяемых в сельском хозяйстве. Анализ таблицы 1.2 указывает, что наиболее универсальным транспортным средством является пневмоустроиство, превосходящее по баллам другие транспортеры в 2 -2,5 раза. Его можно успешно использовать для перемещения груза, как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. В вертикальном и горизонтальном направлениях также имеет возможность перемещать груз шнековый транспортер. Однако он с 3 баллами уступает пневмотранспортерам, которые по наиболее важным факторам (шум, пылеобразование, приспособляемость, потребность в площади) имеют высший балл - 5. По производительности пневмотранспорт стоит на 1 балл выше горизонтального скребкового транспортера и на три балла при верти 11 кальном транспортировании. На один балл ему уступает шнековый транспортер с вертикальным потоком продукта.
Конструкция загрузочных устройств для зерна и колосовых остатков, принцип действия и показатели их работы
При работе загрузочных устройств для пневмотранспортирования зерна в бункер и колосовых остатков на дообмолот использовали известные технические решения, - (авт. свид. № 874533 [112], авт. свид. № 816909 [113]). На рисунке 2.1. представлена схема загрузочного устройства нагнетательной пневмосистемы для транспортировки зерна [114]. На рисунке 2.2. -схема загрузочного устройства нагнетательной системы с обратным воздухопроводом для транспортировки колосовых остатков [115]. В смесительной камере загрузочного устройства для транспортировки зерна, (рис. 2.1 а, б, в, г) [114], в отличие от известной конструкции [112], на раме 9 установлены лотки 6, представляющие собой в сечении форму подковы, имеющие заднюю и переднюю образующие. Основание передней образующей каждого лотка заканчивается закругленной свободной консолью. Кромка свободной консоли лотка находится ниже основания задней образующей на величину конфузорно-диффузорного зазора. Рама 9 с лотками имеет возможность размещаться в смесительной камере с углом подъема или наклона, то есть образовывать диффузор или конфузор с дном материа-лопровода и крепиться с обеих сторон фиксаторами 3. Для уменьшения потерь зерна и других сыпучих материалов, поступаемых в материалопровод с помощью скатной доски 20, служат направляющие борта 5. Начальное движение потока воздуха вдоль смесительной камеры осуществляется отражательным козырьком 15, который подпружинен плоской одностороннего действия пружиной 16. Расположение кромки 14 отражательного козырька относительно дна материалопровода 10 регулируется винтом 2. К основанию задней образующей каждого лотка 6 с помощью шарнира 19 закреплена возду-хонаправляющая лопасть 13. Расположение кромок 12 воздухонаправляю-щих лопастей 13 регулируется винтами 8. в) г) Рис. 2.1. Схема загрузочного устройства для пневмотранспортирования зерна в бункер: 1 - подводящий воздухопровод; 2 - винт; 3 - фиксатор; 4 - боковая стенка смесительной камеры; 5 - направляющие борта; 6 - лотки; 7 - конфузорно-диффузорный зазор; 8 - регулировочный винт; 9 - рама; 10 - отводящий материалопровод; 11 - балка; 12 -кромка воздухонаправляющей лопасти; 13 - воздухонаправляющая лопасть; 14 - кромка отражательного козырька; 15 - отражательный козырёк; 16 - плоская пружина; 17 - крепежный винт; 18 - плоская пружина; 19 - шарнир; 20 - стрясная доска. Верхняя сторона лопасти 13 контактирует с балкой 11 посредством винта 8 и плоской пружиной 18 одностороннего действия. Балка 11 установлена между задней и передней образующими лотка 6 и соединяет их, используя винтовые крепежные детали 17. Это придает значительную жесткость конструкции лотка 6, что позволяет осуществлять точную регулировку расположения кромок 12 воздухонаправляющих лопастей 13 относительно дна материалопровода 10. При транспортировке чистого зерна или другого сыпучего материала, когда требуется высокая производительность, то есть пропускная способность пневмосистемы, выбивание воздуха через конфузорно-диффузорные зазоры не допускается. Для этого в загрузочном устройстве необходимо выполнить следующие регулировочные работы: во-первых, кромку 14 отражательного козырька необходимо устанавливать на уровне осевой линии подводящего воздуховода 1, используя регулировочный винт 2 и плоскую пружину 16 одностороннего действия. Это уменьшит сопротивление воздуха при входе его в смесительную камеру, что положительно повлияет на пропускную способность пневмосистемы; во-вторых, раму 9 располагаем и фиксируем фиксаторами 3 в положении, чтобы линия, проведенная через кромки 12 воздухонаправляющих лопастей, образовала диффузор с дном 10 смесительной камеры. Такие регулировочные работы легко выполнимы, потому что малые габариты лотков 6 по высоте и их особенная геометрия, позволяют раме 9 принимать положения, относительно дна 10 смесительной камеры, от конфузора с углом наклона не менее 13 и до диффузора с углом подъема 8...10, причем можно поднимать и опускать обе торцевые стороны, как одновременно, так и по отдельности с последующим их креплением фиксаторами 3; в-третьих, проводя опускание или поднимание кромок 12 всех воздухонаправляющих лопастей 13 с помощью винтов 8 и плоских пружин 18 одностороннего действия, устанавливаем их на одну линию с кромкой 14 отражательного козырька. Это позволяет создать диффузор с углом подъема не менее 8. А так как свободное расширение воздушной струи происходит при угле 12... 13, то поток воздуха, протекающий в смесительной камере, легко удерживается воздухонаправляющими лопастями 13 от выхода его через конфузорно-диффузорные зазоры 7. Объясняется это тем, что каждая ло 37 пасть 13 перекрывает половину основания впереди установленного лотка. Причем лопасти 13 имеют возможность прижимать и направлять воздушный поток в сторону оси смесительной камеры, а их образующая повторяет траекторию движения транспортируемого материала в начальный момент движения. Это сохраняет скорость движения воздушного потока вдоль смесительной камеры, а наличие начальной скорости движения сыпучего материала при отрыве его с кромки свободной консоли каждого лотка значительно увеличит производительность пневмосистемы и надежность процесса транспортирования.
При работе зерноуборочных комбайнов на уборке зерновых и бобовых культур в бункер поступает зерно с содержанием от 3% до 6% сорных остатков. Для этого в загрузочном устройстве нагнетательной пневмосистемы при транспортировке зерна в бункер, с помощью регулировочных работ, создаем малую скорость выбивания воздуха из смесительной камеры. Это предотвращает попадание в материалопровод засоренных частиц, пыли, сбоины и других соломистых остатков, что поможет производить предварительную очистку зерна. Скорость выбивания устанавливается в пределах от 0,5 м/с до 1,5 м/с, что на порядок меньше скоростей витания зерен убираемых культур. В начале кромку 14 отражательного козырька 15 устанавливаем несколько выше оси подводящего воздухопровода 1. Раму 9 с лотками 6 располагаем параллельно дна 10 смесительной камеры или с небольшим уклоном в сторону транспортирования, образуя конфузор. Затем поочередно регулируем расположение кромок 12 воздухонаправ-ляющих лопастей 13 относительно балок 11 каждого лотка 6. Из рисунка 2.1. (б) следует, что на раме 9 установлено семь лотков, но их может быть и больше, например, восемь, десять, тринадцать и т.д. Регулировку начинаем производить с первого лотка, установленного над отражательным козырьком 15 и заканчиваем последним (седьмым), расположенным у входа в отводящий материалопровод 10. Для этого кромку 12 воздухонаправляющей лопасти 13 первого лотка поднимаем к балке 11 с помощью регулировочного вин 38 та 8 и плоской пружины 18 одностороннего действия, а у другого лотка (второго), следом стоящим за первым, кромку 12 лопасти 13 опускаем вниз ближе к осевой линии смесительной камеры. Из рисунка 2.1. (б) следует, что у трех четных лотков (2, 4, 6) кромки лопастей опускаем ближе к оси смесительной камеры, у четырех - нечетных (1, 3, 5, 7) наоборот лопасти поднимаем к балке 11.
Поочередным опусканием кромок лопастей через один лоток сжимаем струю воздушного потока и смещаем её ближе к осевой линии смесительной камеры. За счет этого скорость воздушного потока увеличивается при выходе из-под кромок воздухонаправляющих лопастей и в тоже время, упомянутые лопасти создают сопротивления. Возникновение сопротивлений перед лопастями лотков способствует выходу некоторого количества воздуха через конфузорно-диффузорные зазоры, распложенные над поднятыми лопастями в области первого, третьего и пятого лотков. Скорость выбивания регулируется и зависит от величин опускания кромок 12 воздухонаправляющих лопастей 13. Выходящий воздух через зазоры 7 приводит сорные отходы во взвешенное состояние над лотками по всему продольному сечению смесительной камеры, которые под воздействием вентилятора очистки удаляются в поло-вонабиватель.
Конструктивные и технологические параметры загрузочного устройства для зерна
Лабораторные исследования процесса формирования аэросмеси сои на разгонном участке и транспортирования её по материалопроводу проводили с целью обоснования конструктивных и технологических параметров загрузочного устройства. При этом определяли: потери давления АР в транспортирующем материалопроводе; скорость схода Уш потока сои с кромки лотка; скорость потока сои на разгонном участке Um ; дробление семян сои Dp. Исследования проводили на стационарной пневмоустановке, приведенной на рисунках 3.3, 3.4 и рисунках 4, 5 приложения 2. Все опыты выполнили по полнофакторному эксперименту типа "24". Кодированные значения факторов и уровни варьирования показаны в таблице 3.1. Матрица планирования приведена в табл. 5, 6, 7, 8 приложения 1. Значения критерия оптимизации в матрицах планирования (приложение 1) являются средними из трех параллельных опытов, что обеспечило величину доверительной ошибки среднего менее ± 5%. Адекватность полученных уравнений (4.5 - 4.8) линейной модели, в принятых нами интервалах варьирования (табл. 3.1), подтвердилась через проверку критерием Фишера, оценкой значимости коэффициентов при членах, выражающих взаимодействия входных факторов и постановкой контрольных опытов в центре эксперимента [22, 99], таблица 4.1. Из анализа таблицы 4.1 всех опытов следует, что каждый фактор Xj, Х2, Х3 и Х4 оказывает влияние на все четыре критерия оптимизации по-разному. Потери давления АР достигают максимальной величины, когда скорость воздуха VB на верхнем уровне {+Х4\ С увеличением скорости воздуха возрастает дробление семян сои и скорость зерна на разгонном участке Um. Потери давления принимают максимальное значение, когда все факторы находятся на верхних уровнях (опыт № 16), а наименьшее - на нижних (опыт № 1). Подача материала на верхнем уровне (+Хз), также как и скорость воздуха (+Х4) увеличивает потери давления АР. В отличие от фактора (+Х4) установка (+Х3) на верхнем уровне уменьшает дробление сои. Из сравнения опытов № 10 и № 12, имеющих подачи на разных уровнях, дробление и потери давления соответствуют Dp = 0,55%; АРХ0 = 627,4 Па; Dp= 0,33%; APn = 1229,2 Па. Это значит, что стабилизируя факторы Хз и Х4 на верхних уровнях, потери давления в два раза увеличиваются. Очевидно, больше потери давления вызывают инерционные силы транспортируемого материала и силы трения, которые возникают между зерном, воздухом о стенки смесительной камеры на начальном участке движения. Поэтому в обоих опытах скорости зерна Um отличаются друг от друга (итю = 2,17 м/с, Umn = 3,24 м/с), хотя скорости схода с лотка у них практически одинаковые: т\о = 0,97м/с, Vm\2 = 1,03 м/с.
Продолжение табл. 4. С повышением подачи уменьшается число зерен, ударяющихся о стенку материалопровода, что снижает вероятность его повреждения. При подаче материала на нижнем уровне (- Хз) зерно сои в области смесительной камеры двигается рассредоточено со скоростью Um = 5,73 м/с. В результате каждая зерновка имеет контакт со стенкой материалопровода который сопровождается ударом. Число ударов зависит от числа отводов, длины материалопровода и количества пропусков. Интенсивное разрушение зерна наступает [5, 23, 28, 129, 132] при длине трубопровода свыше 30-35 м, более 4-5 отводов и 3-5 пропусков. Повреждение материала с подачей на нижнем уровне (- Хз) в опытах № 2, 6,10, 14,22, 24,26 получается выше, чем при стабилизации фактора (Х3) на верхнем или среднем уровнях (№ 4, 12, 16, 19, 27, 28, 29). Значительно снижаются потери давления и повреждение зерна сои, если скорость воздуха (Х4) задавать на среднем уровне (№ 17, 20, 25, 31, 32, 33, 35). При этом скорость зерна Um на разгонном участке мало отличается от величины Um, которую она достигает под воздействием скорости воздуха, находящегося на верхнем уровне (+ Х4). На скорость зерна Um оказывает влияние фактор (Х2) - расстояние от кромки нижней направляющей лотка до дна смесительной камеры. Когда кромка лотка находится на нижнем уровне (- Х2) (в верхней части трубопровода #кон = D) поток зерна попадает в область наименьшей скорости воздуха. Поэтому, несмотря на то, что время на разгон зерна составляет t «0,1 - 0,2 с и фактор Х4 находится на верхнем уровне (№ 4, 12, 28, 33), материал не успевает за этот промежуток времени достичь высокой скорости Um = 4,5-5,0 м/с. Нижний уровень фактора Х2 уменьшает потери давления АР (№ 1 - 4, 9 - 12, 28, 33, 38), потому что поток воздуха при входе в смесительную камеру испытывает сопротивление только от перемещения материала. Стабилизация фактора Хг на верхнем уровне (№ 5-8, 13-16, 30, 35, 40) вызывает дополнительное сопротивление, которое происходит за счет сжатия струи воздуха воздухонаправляющей лопастью. Дополнительное сжатие струи повышает скорость воздуха и зерно, попадая в поток повышенной скорости воздуха, за короткий промежуток времени t «0,2-0,3 с достигает транспортной скорости в области разгонного участка (№ 6, 8, 14, 22, 26, 30) при сравнительно низкой начальной скорости схода Ут с кромки лотка (№ 5, 6, 7, 8, 13, 16).
Располагая факторы Xt, Х2, Х4 на среднем и верхнем уровнях, а Хз - на нижнем или среднем, достигается достаточно высокая скорость схода зерна с кромки лотка Vm = 1,2 - 1,3 м/с (№ 14, 19, 22, 23, 25, 26, 29, 30, 31, 34). Обусловлено это тем, что при X] на верхнем уровне скорость воздуха VB возрастает и в конфузорно-диффузорной щели S появляется разрежение (эжекция),которое сообщает дополнительное ускорение зерну, движущемуся по поверхности лотка. Средний или верхний уровни Xj увеличивают эффект разрежения, потому что поток зерна движется в этом случае рассредоточено, копируя криволинейную поверхность лотка. Помещая Х{ на среднем уровне, начальная скорость Vm принимает максимальную величину (Уш= 1,1 - 1,3 м/с) при стабилизации факторов Х2, Хз и X/ на нижнем и среднем уровнях [18, 21, 24,39]. Самая высокая скорость на разгонном участке получена Um = 6,0 м/с, когда Xj, Х3 (№ 6) стабилизируются на нижнем уровне, йХ2иХ4-на. верхнем. Из анализа таблицы 4.1 следует, что лучшие показатели критериев оптимизации (АР, Vm, Um, Dp) получены в опытах № 6, 14, 22, 23, 24, 26, 30, когда Хі, Хз находятся на нижнем или среднем уровне, аі иі -на среднем или верхнем. Чтобы найти оптимальную область факторов, влияющих равнозначно на все четыре критерия оптимизации, были проведены дополнительные экспериментальные исследования. Для этого на разгонном участке загрузочного устройства одновременно фиксировали длину траектории w и скорость Um как одной зерновки, так и потока. На рисунке 4.4 представлены движения сои и сферических частиц на разгонном участке. По сравнению с известными методами ввода материала в пневмопровод, предлагаемый - с начальной скоростью (рис. 4.4 а), имеет ряд преимуществ.
Потери давления АР при транспортировке зерна и колосовых остатков в опытном комбайне
Потери давления АР при транспортировке зерна и колосовых остатков в опытном комбайне При длине транспортирующего материалопровода S 15 метров общие потери давления в нагнетательных пневмосистемах (рис. 3.9 и 5.1) для зерна и колосовых остатков определяли по формуле [33, 34]: АРобщ = АРР + ДР„+ АРот+ ДР/+ АРотд, (5.1) где АРР - потери давления на разгон материала, Па; АР„ - потери давления на подъем, Па; АРот - потери давления в отводе, Па; АРР - потери давления на разгон материала после отвода, Па; 1-П3% = 0,026 (q„ - 3,5/+ 0,188 (qn- 3,5) + 0,72 l-Dp% = 0,072 (qn- 3,5)2- 0,39 (q„- 3,5) + 8,5 2- П3% = 0,016 (q„- 3,5/+ 0,16 (qn- 3,5) + 1,313 2- Dp% = 0,133 (q„- 3,5)2- 0,601 (q„- 3,5) + 0,72 nofnL.pu Дроблены игж Рис. 5.2. Сравнительные показатели полевых испытаний опытного 1 — — и базового 2 зерноуборочных комбайнов в зависимости от приведенной подачи qn хлебной массы: А- потери зерна за очисткой %; Б- содержание дробленого зерна сои в бункерах соответственно опытного и базового комбайнов. 129 ЬРотд - потери давления в отделителях разгружателях (очистителях), Па. Для проведения технологического расчета, определения полных потерь давлений АРобщ при транспортировке зерна и колосовых остатков, вначале находили расчетную производительность из выражения ,=«„ ,, (5-2) где Я„ - коэффициент неравномерности, определяемый условиями технологического процесса, $НИ = 1,2 [86]; q - количество материала по балансу. Принимаем: для транспортировки зерна - ql = 3,5 кг /с (12,6 Т/ч); для колосовых остатков -ql, =1,5 кг/с (5,4 Т/ч). Получаем: для зерна - q3p =1,2x3,5 = 4,2 кг/с (15,1 Т/ч); для колосовых остатков - =1,2x1,5 = 1,8 кг/с (6,4 Т/ч). Транспортирующие материалопроводы, по которым перемещаются материалы (зерно и колосовые остатки) соответственно содержали: по одному отводу с радиусом закругления R = 3D диаметра материалопровода (D= 150 мм); наклонные участки, заменяющие собой скребковые элеваторы. Длину наклонного участка для зерна установили -Яї3 = 4,5 метра, колосовых остатков -4&к=3 метра. Установив расчетные производительности qp и q"p, по материалам лабораторных экспериментальных исследований определяем нужные параметры для вычисления составляющих потерь давлений формулы 5.1. Для расчета принимали: скорость воздуха для транспортировки зерна Fe=48 м/с, колосовых остатков Fe=35 м/с; диаметр материалопровода D = 150 мм; площадь входного окна (сечение) смесительной камеры ВхН = 150x220 мм; концентрация аэросмеси для зерна //3 =1, колосовых остатков цк =0,6; скорость витания семян сои Vmm =\6м/с, скорость витания колосовых остатков Vmm =8м/с; размер семян сои dc = 0,006 м; насыпная плотность сои рт =850 кг/мъ; плотность воздуха в нагнетательных системах при 130 нимаем ps =1,34 кг їм1 , угол подъема рамы с лотками - /3 = 4; угол наклона воздухонаправляющих лопастей - сР = 18; высота расположения кромки отражательного козырька для зерна - Н3К = 0,5 , колосовых остатков Н[ = 0,25D; длину смесительных камер с загрузочных устройств принимали: для зерна -2С = 1100 мм; для колосовых остатков -1000 мм; засоренность половосоломи-стой массы составила - 3 = 40%; в смесительной камере для транспортировки колосовых остатков устанавливали два лотка с интервалами между ними от 1 D до 1,2 D диаметра материалопровода.
Потери давления АРР на разгон материала в смесительных камерах на ходили по формуле 2.8, в которой учитывается начальная скорость схода Vm зерна с кромки лотка: &P;=(K-vJKum-vJ-p.-M. (53) Из экспериментальных данных (рис. 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 и табл. 4.1) принимаем: Кнх = 1,2 м/с; Um = 4 м/с. 2. Потери давления на подъем складывались от перемещения аэросмеси по наклонному (принимали вертикальный участок) материалопроводу Н п =4,5 метра - зерна, Я =3 метра - колосовых остатков AP„=pe-M,-g-H3n [33,4S] (5.4) 3. Потери давления в отводах [33]: АРот=АРк+АР р, (5.5) где АРК - потери давления непосредственно в отводе, Па; АРР - потери давления на восстановление скорости твердого компонента после отвода, Па. М.Ч. + Є. , (5.6) где в, %т - коэффициенты сопротивления отвода при движении воздуха и твердого компонента. =0,0835f4f8, (5.7) 131 , -N068 при R = 3 D = 0,0835 - = 0,17. Согласно исследований [15, 33, 48, 97] w коэффициент %т принимаем равным - %т = 0,018. 4. Потери давления на разгон материала после отвода [39,97]: К=&т- , (5.8) где Д,„ - коэффициент потерь давления на разгон твердого компонента за отводом, зависящий от геометрических размеров отвода. При = 2...5 Рот = 0,014. 5. Потери давления в отделителе разгружателе: = - , (5.9) где %ото- - коэффициент аэродинамического сопротивления отделителя разгружателя принимаем, равным %отд = 2,0 [15, 33, 97]; Уъх - скорость воздуха в отделителе приняли, Vm=\2 м/с. Подставив принятые ранее значения в уравнения 5.3, 5.4, 5.6, 5.8, 5.9, соответственно определяем общие потери (уравнение 5.1) при транспортировке зерна в бункер АР Щ и потери АР при транспортировке колосовых остатков на дообмолот. АС =Д/,Р +АРп +ЛРШ +АР р +АРота =750 + 410 + 400 + 199 + 218 = 1977 Па (5.10) АРкобщ =602 + 223 + 212 + 106 + 156 = 1300 Па (5.11) расход воздуха находили из выражения [102] & = » «. (5.12) Ре И потребное количество воздуха Qe для транспортировки зерна QI =3,1 м3 /с; колосовых остатков - Q] =2,2 мъ 1с. Мощность на привод рабочих колес центробежных вентиляторов определяли [26,27, 28]. Qe- Робщ (513) 3600 fj, -J2 -jy, 132 где Qe - расход воздуха, м /час; Д?0% - общие потери в транспортирующем материалопроводе, Па; 77, - к. п. д. вентилятора 0,55 - 0,8; т]2 - к. п. д. передачи 0,96 - 0,98; 77з - к. п. д. подшипников 0,98 - 0,99. хт П160-197 _. _ _,_ .ш NL = = 7,3 кВт = 26,3 МЦж. дв 3600-120-0,76-0,96-0,96 7920-130 NL = Z LJ L = з,7 кВт = 13,3 Щж. дв 3600-120-0,75-0,96-0,96 Обороты рабочих колес вентилятора устанавливали по формуле [102]: =lU (5-Й) где Пу - коэффициент быстроходности. Для высоких оборотов Пу 50; Qn - оптимальная производительность вентилятора, м /с; Нп - полное давление, которое должно соответствовать, полученным потерям, формулы 5.10 и 5.11, Па. пв - частота вращения рабочего колеса вентилятора, об/мин"1.
