Введение к работе
Актуальность проблемы. Важнейшей задачей научно-технического прогресса в области механизации производства продукции растениеводства является повышение производительности и качественных показателей работы с.х. техники.
Одним из возможных направлений ее решения является перевод рабочих процессов с.х. машин на повышенные скорости, замена колебательного (поступательного) движения вращательным и изменение таким образом принципа их работы. Повышенная скорость, - отмечал Горячкин В.П., влечет «более значительное насыщение материала энергией, а следовательно, и увеличенное соответственно напряжение, увеличение производительности, улучшение качества работы, легкость конструкции, равномерность движения». Исходя из этого фундаментального принципа совершенствования техники были выполнены исследования по обоснованию скоростных процессов вспашки, посева, сепарации грубого вороха и сортирования семян на базе центробежных сепараторов и др. В то же время многие технологические процессы сельскохозяйственных машин базируются на традиционных солебательно-поступателъных перемещениях при малых рабочих скоростях. К шм относятся разделение многокомпонентного зернового вороха, очистка и юртирование зерна в поле сил тяжести на решетных, воздушно-решетных и шевмогравитационных сепараторах. Прогнозные оценки развития этих [роцессов показывают, что эволюционные принципы их совершенствования и ювышения рабочей скорости исчерпаны.
Интенсификация указанных процессов может быть достигнута путем спользования пневмоцентробехсного способа, при котором разделение вороха а фракции осуществляется в закрученном двухфазном потоке. При этом эздаются условия для значительного увеличения объемной плотности энерго-массообмена и более эффективного использования рабочего пространства ягараторов. Несмотря на определенные достоинства, пневмоцентробежное :парирование внедряется медленно, что объясняется отсутствием общих «нологических основ, позволяющих выбирать тип, конструктивно-жнологические параметры и режимы работы гтевмоцентробежных этараторов, области их применения.
Таким образом, разработка принципов и технических средств певмоцентробежного сепарирования зернового вороха и создание на их базе принципиально новых высокопроизводительных сепараторов, обеспечивающих снижение потерь зерна и повышение качества посевного материала, актуальна и является важной научно-технической проблемой сельскохозяйственного производства.
Решению этой проблемы посвящена диссертация. Исследования и разработки, составляющие основу диссертации, выполнены в 1972...1996 гг. лично соискателем, а также руководимым им научным коллективом, в состав которого в разные годы входили преподаватели и инженерно-технические работники кафедры "Сельскохозяйственные машины" ТСХА (Косицын И.И., Горбачев И.В., Куклин Г.С., Куклина И.Н., Пикулев С.А., Литеяев Н.И.), аспиранты (Молотков Л.Н., Бабаев М.М., Сиротин А.В., Царегородцев А,Ю., Брикман Р.В., Панасенко В.Е., Калинкин Е.А., Богиня М.В., Ахмад ФА., Вишняков А.А); студенты (Кучевасов И.В., Танцырев А.А., Седых В.А. и др.). Исследования проводились во исполнение заданий научно-технических программ ГКНТ, МСХ СССР, МСХ РСФСР, хоздоговорных и инициативных НИОКР. Автор благодарит Генерального конструктора зерноуборочных машин Ярмашева Ю.Н., работников ГСКБ (г.Таганрог) и ПО «Тульский комбайновый завод» за помощь при выполнении исследований.
Цель и задачи исследований. Обосновать и разработать технологические процессы сепарирования зернового вороха, сортирования и скарификации семян в закрученном двухфазном потоке и создать на их базе рабочие органы, обеспечивающие снижение потерь зерна при уборке и повышение качества семян при подготовке их к посеву.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
1.Провести анализ, систематизацию и классификацию пневмосепараторов зернововго вороха и определить способы повышения делимости зернового вороха в воздушном потоке. Обосновать перспективные схемы пневмоцентробежных сепараторов (ПЦС).
2. Используя методы математического моделирования, исследовать движение частиц зернового вороха в рабочем канале перспективных пневмоцентробежных сепараторов, обосновать рациональные значения их конструктивных параметров.
3.Установить экспериментальные зависимости показателей качества работы пневмоцентробежного сепаратора от конструктивных а кинематических параметров, режимов работы, состава и состояния вороха и определить их оптимальные значения.
4,Обосновать конструктивно-технологические схемы зерноуборочного комбайна и стационарного ворохоочистителя с пневмоцентробежным сепаратором зернового вороха и определить их эффективность в лабораторных и полевых условиях.
З.Обосновать параметры автономных терочно-сепарирующих устройств, снабженных пневмоцентробежным сепаратором, для зерноуборочного комбайна и стационарной клеверотерки и определить их эффективность при уборке семенных посевов бобовых трав и обработке их невеяного вороха на стационаре.
6.Разработать и обосновать параметры пневмовихревого скарификатора и гидросепаратора семян. Провести их испытание и определить эффективность.
7.Разработать рекомендации для проектирования пневмоцентробежных сепараторов, пневмовихревого скарификатора и гидросепаратора семян.
Объект исследований. Исследованию подлежали процессы взаимодействия компонентов зернового вороха с закрученным воздушным потоком и элементами рабочей камеры пневмоцентробежного сепаратора, пневмовихревого скарификатора и терочно-сепарирующего устройства, рабочие органы, макетные и опытные образцы разрабатываемых машин.
Методы исследований. В основу разработок положен расчетно-экспериментальный метод. Поставленные задачи решены с позиций системного подхода, при этом использовали теории движения частиц зернового вороха по поверхности рабочих органов сельскохозяйственых маяшн, в потоке воздуха и жидкости, теорию подобия, теорию удара, положения теории вероятностей, методы математического и физического моделирования. Экспериментальные исследования и полевые испытания указанных объектов выполнены с использованием методов планирования экспериментов и статистической обработки результатов измерений, стандартных и оригинальных методик. Разработано математическое и программное обеспечение для выполнения с помощью ПЭВМ необходимых расчетов.
Научную новизну составляют. Процессы и средства пневмоцентробежного сепарирования зернового вороха и скарификации семян
в закрученном воздушном потоке.
Научная ценность. Направления интенсификации сепарирования зернового вороха в воздушном потоке; метод технологического воздействия на компоненты зернового вороха, сочетающий использование динамики закрученного воздушного потока, аэродинамических свойств и инерционности частиц с разделением их по размерам на пальцевых решетках, оптимальной ориентацией частиц к стоку воздуха, динамической осадкой на перепадах между каскадами, многократным воздействием воздушного потока с возрастающей интенсивностью, скарификацией семян при движении их по внутренней поверхности вихревой камеры; математические модели, описывающие движение частиц вороха в камере сепарации трех вариантов ПЦС; расчетный метод оптимизации конструктивных параметров и режимов работы ПЦС по степени рассеяния траекторий двух частиц вороха, критическая скорость которых соответствует крайним значениям этого показателя для всей их совокупности; зависимости для определения технологических показателей пневмоцентробежных сепараторов, пневмовихревого скарификатора и гидросепаратора семян.
Достоверность основных положений и рекомендаций подтверждена экспериментальными данными натурных испытаний, положительными результатами ведомственных и государственных испытаний макетных и опытных образцов машин с новыми рабочими органами, разработанных с участием соискателя.
Практическая ценность исследовании. Практическую ценность имеют результаты, реализованные в виде:
- научных отчетов и рекомендаций по результатам исследований
различных схем пневмоцентробежных сепараторов, обоснованию их
конструктивных параметров и режимов работы, переданных ГСКБ по
комплексам машин для уборки зерновых, риса, семенников трав и
стационарного обмолота (г. Таганрог), КБ ПО «Тульский комбайновый завод»
г. Тула, ГСКБ по комплексам зерноуборочных машин ПО «Россельмаш»
(г.Ростов-на-Дону), ГСКТБ ПО «Воронежсельмаш» (г.Воронеж) и КБ ПО
"Красноярский комбайновый завод" (г. Красноярск), СКФ ВИМ (г. Армавир);
методики технологического расчета пневмоцентробежных сепараторов;
- технической документации; опытных и макетных образцов
зерноуборочного комбайна с одно- и двухпоточной очисткой, включающей пневмоцентробежный сепаратор; приспособления к зерноуборочным комбайнам для уборки семян трав, стационарного ворохоочистителя, клеверотерки, пневмовихревого скарификатора семян, гидроцентробежного сепаратора для выделения семян клевера из влажного вороха, прошедших предварительные и государственные испытания на МИС, производственную проверку в хозяйствах и получивших положительную оценку; новизна разработок защищена 30 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения;
- материалов, изложенных в учебных программах, учебниках и учебных пособиях для с/х вузов, рекомендациях МСХ РСФСР и статьях, опубликованных в научно-практических журналах,
выставочных образцов пневмоцентробежного сепаратора и приспособления для уборки семян трав, демонстрировавшихся на ВДНХ СССР з 1982..1987 годах, по итогам этих демонстраций соискатель награжден золотой л серебряной медалями.
Апробация работы. Материалы исследований доложены в 1972... 1996 т. на международных, союзных, республиканских и вузовских научных и іаучно-практических конференциях, координационных совещаниях по іроблемам механизации процессов уборки зерновых культур и семян трав, тучно-технических советах Минсельхоза РСФСР, Госсельхозтехники и Линсельхоза УССР, Госагропрома БАССР и конструкторских организаций. Управления исследований и их результаты получили одобрение ученых и пециалистов.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 85 ечатных работах, в том числе 4 учебника для вузов, 30 патентов и авторских видетельств на изобретения, 5 зарегистрированных научных отчетов. Учебник Сельскохозяйственные машины» (в соавторстве с А.Н. Карпенко и А.А. гленевым) издан на арабском языке и используется в ряде стран Ближнего остока.
