автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Интенсификация процесса сепарации мелкого зернового вороха в воздушно-решетной очистке зерноуборочного комбайна

На правах рукописи

Муратов Денис Константинович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ МЕЛКОГО ЗЕРНОВОГО ВОРОХА В ВОЗДУШНО-РЕШЕТНОЙ ОЧИСТКЕ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 оп г:

Ростов-на-Дону - 2012

005042502

005042502

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ермольев Юрий Иванович

Официальные оппоненты: Царёв Юрий Александрович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО ДГТУ, заведующий

Защита диссертации состоится «23» мая 2012 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.058.05 в Донском государственном техническом университете (ФГБОУ ВПО ДГТУ) по адресу: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина 1, ФГБОУ ВПО ДГТУ, а. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ. Автореферат разослан « 20 » апреля 2012 г.

кафедрой "Технический сервис сельскохозяйственных машин"

Шелков Михаил Валерьевич,

кандидат технических наук, ЗАО "Югпищепром", директор

Ведущая организация:

Северо-Кавказский НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Уборка зерновых трудоемкий процесс в комплексе работ по производству зерна. Уменьшение сроков уборки зерновых, связанное (¡„потерями урожая, и повышение качества уборки требуют существенной модернизации серийной и создание новой уборочной техники. В связи с этим большое значение приобретают исследования, связанные с созданием новых рабочих органов, удовлетворительно работающих-при больших загрузках зернового материала, позволяющих повысить эффективность работы всего зерноуборочного комбайна (ЗУК).

Проведенные ранее исследования показали принципиальную возможность роста эффективности сепарации мелкого зернового вороха (МЗВ), подаваемого в воздушно-решетную очистку (ВРО) путем обогащения его зерном при поступлении на верхнее решето ВРО и интенсификации просеивания зернового материала через это решето. Это направление позволяет разработать ВРО с активно-сепарирующей поверхностью верхнего решета или его части применительно к ЗУК, обеспечивающую рост качест-, венных показателей очистки зерна (снижение потерь зерна за ВРО и повышение чистоты зерна в бункере).

Цель исследования: интенсификация процесса функционирования воздушно-решетной очистки в габаритах существующего зерноуборочного комбайна с повышенной пропускной способностью за счет оптимизации конструкции верхнего решета и создания рациональной, дифференцированной системы его обдува по длине.

Объект исследования: технологический процесс в ВРО ЗУК с активно-сепарирующей поверхностью начального участка верхнего решета и вентилятора с воздуховодом, обеспечивающим дифференцированный обдув решет по длине.

Предмет исследований: аналитические и экспериментальные зависимости процессов сепарации МЗВ в ВРО ЗУК.

Методы исследований: моделирование воздушных потоков в горловине вентилятора и их последующего распределения над решетами ВРО, моделирование процессов сепарации, многомерный анализ, стендовые исследования центробежных вентиляторов различной конструкции на макете ВРО ЗУК, стендовые исследования жашозийного решета с активно-сепарирующей поверхностью, лабораторно-полевые и хозяйственные испытания ЗУК.с модернизированной ВРО. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований проводились методами математической статистики,

Рабочая гипотеза: рост эффективности функционирования ЗУК возможен за сче-г'роста эффективности функционирования ВРО без изменения габаритов с использованием верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью начального участка и центробежного вентилятора с равномерным воздушным потоком по ширине и рациональным обдувом решет по длине.

Научная новизна работы:

- разработана математическая модель функционирования верхнего решета С активно-сепарирующей поверхностью начального участка воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна, позволяющая проводить оценку роста эффективности процесса сепарации;

'- разработана математическая модель, на основе которой выявлены новые закономерности формирования 3-х раздельных воздушных потоков по высоте воздуховода вентилятора, в зависимости от задаваемых скоростей воздушных потоков по участкам длины на верхнем решете воздушно-решетной очистки, положением дефлекторов в горловине воздуховода и частоты вращения крылача вентилятора;

- разработана математическая модель движения компонентов зернового материала в подвижной сопротивляющейся воздушной среде и установлен^ закономерности взаимодействия перемещающихся в воздушном потоке компонентов мелкого зернового вороха с жалюзи и всей поверхностью верхнего жалюзийного решета воздушно-решетной очистки;

- установлены закономерности перемещения компонентов мелкого зернового вороха вниз и вверх по лепесткам жалюзи жалюзийного решета в зависимости от угла их наклона, технологических свойств компонентов вороха и скорости воздушного потока, воздействующего на решета;

' - установлено, и подтверждено экспериментально, влияние углов открытия жалюзи начального участка активно-сепарирующей поверхности верхнего жалюзийного решета на качественные показатели процесса сепарации всей воздушно-решетной очистки (потери зерна за воздушно-решетной очисткой и чистота зерна в бункере);

- определены закономерности изменения показателей функционирования воздушно-решетной очистки с использованием двухсекционного вентилятора и модернизированного верхнего решета.

' Практическая значимость и реализация: обоснована и разработана эффективная ВРО ЗУК с оригинальным двухсекционным центробежным йёнтилятором, верхним жалюзийным решетом с активно-сепарирующей поверхностью начального участка и методика ее расчета. Фирма ООО "Но-

ватор Плюс" приступил к производству двухсекционного вентилятора и оригинального жалгозийного решета.

Достоверность научных положений: подтверждается результатами лабораторных и полевых исследований, проведенных с использованием современной измерительной аппаратуры, обеспечивающей приемлему^ точность измерений, обработкой экспериментальных данных с использованием компьютерных математических программ, адекватностью полученных аналитических выражений.

Основные положения, выносимые на защиту:

- новые аналитические зависимости по обоснованию конструктивно-режимных параметров модернизированной воздушно-решетной очистки и ее отдельных элементов;

- конструктивно-технологическая схема модернизированной воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна с новым двухсекционным вентилятором и верхним решетом с активно-сепарирующей поверхностью начального участка;

- экспериментальные зависимости показателей работы воздушно-решетной очистки с новым двухсекционным вентилятором и верхним решетом с активно-сепарирующей поверхностью начального участка;

Апробация работы: основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ДГТУ в 2008-2011 г., научно-технической конференции посвящённой 100-летию кафедры "СХМ и О" в 2011 г., а так же d ООО "Новатор Плюс". Основные результаты работы представлены на международных выставках и конференциях "Интерагромаш" в 2010 и 2011 Годах, награждены дипломами выставок и опубликованы в трудах ее международных конференций.

Публикация результатов: основные положения диссертации опубликованы в 14 научных работах, в том числе две работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на изобретение №2439872.

Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 150 страницах, содержит 98 рисунков, 49 таблиц. Список использованных источников включает 148 наименований, в том числе 9 - иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, представлены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цели и задачи исследования» приведен обзор и анализ современных зерноуборочных комбайнов (ЗУК) и их воздушно-решетных очисток (ВРО), а так же анализ" научных работ Абаева В.В., Алферова С.А., Анисимова В.А., Барышева С.М., Бекарова А.Д., Борисовой JI.B., Босова Е.С., Бочкова Н,П., Василенко П.М., Гармаш Н.Т., Дау Чунг Киен, Долгова И.А., Ермольева Ю.И., Жалнина Э.В., Зюли-на А.Н., Касилова Н.И., Кожуховского И.Е., Летошнева М.Н., Нелюбова А.И. Пенязева O.A., Пескова Ю.А., Пустыгин М.А'.', Романенко Н.В., Сы-чугова Н.П., Турбина Б.Г., и других, выявлены достоинства и недостатки рассмотренных конструкций. На основе анализа литературных источников выдвинута рабочая гипотеза: рост эффективности функционирования ЗУК возможен за счет роста эффективности функционирования ВРО без изменения габаритов с использованием верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью начального участка и центробежного вентилятора с равномерным воздушным потоком по ширине и рациональным обдувом решет по длине.

Сформулирована цель исследования: интенсификация процесса функционирования воздушно-решетной очистки в, габаритах существующего зерноуборочного комбайна с повышенной пропускной способностью за счет оптимизации конструкции верхнего решета и создания рациональной, дифференцированной системы его обдува по длине.

Для достижения цели исследования поставлены следующие задачи исследований:

- выбор направлений повышения интенсификации процесса сепарации мелкого зернового вороха в воздушно-решетной очистке зерноуборочного комбайна;

- многомерный анализ и обоснование рациональных параметров рабочих органов воздушно-решетной очистки с активно-сепарирующей поверхностью начального участка верхнего решета и вентилятора с воздуховодом, обеспечивающим дифференцированный обдув решет по длине;

- обоснование и разработка элементов воздушно-решетной очистки, обеспечивающих рост эффективности ее функционирования;

- оценка функциональных закономерностей работы отдельных элементов и всей воздушно-решетной очистки;

- сраннительныс исследования и лабораторные испытания серийной и модернизированной воздушно-решетной очистки на лабораторных стендах и в нолевых условиях;

- оценка экономической эффективности от внедрения новых элементов воздушно-решетной очистки в зерноуборочном комбайне.

lío нторой главе «Математические модели процесса функционирования воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна» для реализации поставленных задач обоснована и разработана математическая модель функционирования верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью начального участка ВРО ЗУК. В математическую модель вошли уравнения характеризующий проход Qm, компонентов МЗВ через начальный участок верхнего решета (1) и содержание й нем j-ых компонентов (2), а так же уравнение схода QCXn компонентов МЗВ с начального участка верхнего решета (3) и содержание в нем j-ых компонентов (4).

и

пО-'/п/).

(О

ап)\\ = ~>1nj)IQmv (2)

всхи-lQrcb,

¿ji¿l'Cujrf£CX¡ll>

(3)

(4)

at:xj\I ~ Qrcbjnscxji11QcxIP

где Qpc - суммарная подача МЗВ на решетный сепаратор; bjn - содержание j-x компонентов в МЗВ поступающих на решето; enjn - полнота просеивания j-ro компонента МЗВ па первом участке решета Рп; rj,у - полнота выделения j-ro компонента воздушным потоком из МЗВ, поступившего на первый участок решета Рц; eCxjii - полнота схода j-ro компонента МЗВ с первого участка решета Рц.

_ //у ехр(~/<|,./,,)-//„.ехр(-//2/,,) Ещ\\~' " ~ ............ »

Mij-fu (5)

где pj - коэффициент сепарации постоянный для отдельного участка решета.

4"j = pj-kju> - (б)

где Pj - вероятностная доля j-x компонентов выделяемых из МЗВ на решете Рп воздушным потоком; Kjn - коэффициент снижения вероятностной доли выделения j-ro компонента воздушным потоком на решете Рц в

зависимости от толщины слоя па решете, технологических свойств ]-ых компонентов, кинематических параметров решета, скоростиУР.

ЬСЛ}|| '

ЛОЛ

- Л.-1

¡Еа/Нр

ДО.)

(7)

ОкЬщ.е

где <Зр! - подача МЗВ на Р-ый участок ширины решетного модуля; Ь;Ш -содержание ]-го компонента в МЗВ, поступающего на решетный модуль; - полнота схода]-го компонента с Р-го участка ширины В решета.

Слой МЗВ представляет собой статическое сопротивление, которое нужно преодолеть воздушному потоку. При движении по решету этот слой уменьшается. Отсюда возникает задача равномерного обдува верхнего решета по ширине и дифференцировано, задано по длине.

Принято допущение, что расход воздуха на входе (перед дефлектором) От-равен расходу воздуха на выходе Овых из воздуховода вентилятора:

0«х = Яшм =В\Пу)11у = [мЧс]

(8)

где /(у) - усредненная по ширине В воздуховода функция изменения скоростей воздушных потоков по высоте И воздуховода в его сечении перед дефлекторами (рисунок 1).

Тогда средние скорости воздушных потоков Уь У2 и У3 после дефлекторов:

И VI

в\.ПуЩ> \fbWy

-Л-----=.!>---[.,,/с]

у,„В Уи, в)/Ш ]пМ>

------[М1с]

Г,,В Уг„ (10)

■ I _

(9)

Км/с

ул \у\

А'

Рисунок 1 - Схема прямоугольного воздуховода с двумя дефлекторами

установлено, что функция

' )И

я|/0')Ф (/ОМ

Л/ / с I

у,„в у,„ -(И)

Решая полученные выражения для конкретных условий, экспериментально /(у) близка к параболической

"У тогда при известных = Ш = + Ь,у + с,(тя К£Ш_

дои | г по6/ш,м крылача вентилятора) из выражений (9-11) получим выражения для оценки необходимых скоростей У,(п), У2(п), У3(п) воздушных по-

токов на выходе из воздуховода вентилятора при задаваемых скоростях V1Р, У2Р, У.?|> воздушных потоков над соответствующими участками (рисунок 2) верхнего решета 13РО:

V¿n) ---V;,,Kr- i------------------------1----------------------------------

у.

к,

(12)

'J/00*

Г;(„),, иг,АГ, -----= -------------2 -

П

(13)

J-'2 J 2

Рисунок 2 - Схема ВРО для определения коэффициентов К снижения скоростей воздушных потоков при прохождении решет

На макете ВРО ЗУ К "Дон-1500Б" были проведены замеры цодрй скоростей у торца воздуховода двухсекционно^ вентилятор» (бе#рЩ|^то-ров) и над верхним решетом ВРО. При вариации частоты п вращения крылача вентилятора от 500 до 900 мин"1 нашли величину математического ожидания коэффициентов К снижения скорости воздушного потока над верхним решетом ВРО, которая равняется К3~2, К2~4, К|~6.

В результате оценки закономерностей распределения воздушных потоков в воздуховоде вентилятора получены экспериментальные нелинейные уравнения регрессии (15-19), описывающие зависимость скорости воздушного потока в горловине вентилятора от высоты воздуховода в сечении А-А (см, рис. I), конструкции вентилятора и частоты п вращения крылача.

К(500) = 267,68/- 116,\у + 20,055

('(600) = 272,84у -117,77v + 21,301

(16)

К(700) = 230/-109,94^ + 22,815 /|7)

К(800) = 289,49/ -143у+ 27,986 ^

К(900) = 285,01/ -140,43>> + 28,995 ^ j ^

На основании проведенных исследований найдены зависимости изменения скорости воздушного потока над верхним решетом ВРО от частоты п оборотов крылача вентилятора и координат установки задней части дефлекторов.

Для сравнительного анализа аэродинамических характеристик решетных станов различной конструкции в программе Flow Vision разработана модель процесса прохождения воздушного потока через начальный участок верхнего решета ВРО ЗУК (рисунок 31

а. б.

Рисунок 3 - Результаты расчета прохождения воздушного потока: а) через стандартный участок решета; б) через модернизированный участок решета.

Для обоснованного выбора рациональных параметров угла наклона гребенок жалюзи и скорости воздушного потока, при которых зерно будет скользить по лепестку жалюзи только вниз, а короткая сбоина только вверх, теоретически изучено движения МЗВ и отдельных его компонентов, на рабочих поверхностях передней части нового решета и прототипа жа-люзийного решета ВРО (рисунок 4).

Рисунок 4 - Схемы положения компонентов вороха на жалюзййном решете (а), сил, действующих на тяжелую частицу на лепестке жалюзи (б), и движения точки А кривошипа радиусом г (в): I — зерно; 2 — короткая сбоина.

Анализируя приведенные схемы, составлены исходные дифференциальные уравнения относительного движения частицы вверх (20) и вниз (21) по лепестку жалюзи решета:

— [//7^ сой + т/г/Г ссксо^и 1(гр - а)]%<р}, г; 1)

Интегрируя эти уравнения, получили уравнения перемещения материал).ной час тицы вверх (22) и вниз (23) по лепестку жалюзи решета:

£яя = I " еоэбо/) I- (кпи'д - uЛg)l2 /2, П2\

[5 результате многомерного анализа полученных уравнений в программе Excel определены закономерности "перемещение зерна пшеницы вниз по лепестку жалюзи за один период колебания решета от его угла наклона и скорости воздушного потока" и закономерности "перемещение короткой сбоины вверх по лепестку жалюзи за один период колебания решета от его угла наклона и скорости воздушного потока".

(20)

£я и = /"Ч1 cos 0)1) + (/.tog- kno])tl /2.

(22) (23)

Рисунок 5 - Взаимодействие частицы с воздушным потоком

р

а

о

X

Для предварительной опенки процесса сепарации зерна на передней части верхнего решета проведен анализ траектории перемещения к ом по не н то в МЗВ, поступающего со стряс-ной доски, под воздействием воздушного потока в перепаде между стрясной доской и нача-

лом верхнего решета ВРО (рисунок 5). После схода со стрясной доски компонент зернового вороха движется со скоростью Va в равномерном неограниченном воздушном потоке со скоростью U под действием силы тяжести G и силы сопротивления воздушного потока R, направление которой, противоположно направлению относительно скорости воздушного потока Voth. Разработана математическая модель движения компонентов зернового материала в подвижной сопротивляющейся воздушной среде:

х = ~к(х + и cos фл/мЦ- х2 +¿2 + 2и ■ (х • cos [) + z ■ sin f¡)

z = g-k(¿+и sin J3)jir + Á-2 + ¿2 -i- 2u ■ (i ■ eos /3 + ¿ • s ¡ n Д) ^

Построена структурная модель процесса в среде Simulink Mailab. По уравнениям 24 и 25 рассчитаны траектории движения компонентов мелкого зернового вороха от различных управляемых факторов (рисунок 6).

Ним ¡im i

200 150

(ащат ¡bem ®

-50 -100 -ВО

¡S 100 НО 200 250 300 350 (00 (¡0 [ т

А.

50 КО 150 200 250 300 М~',00 iSO [ мм

Б.

Рисунок 6 - Траектории движения короткой сбоины: а. длина 20 мм (средняя скорость витания 2,9 м/с, кп= 1,17 м-1); б. длина 30 мм (средняя скорость витания 3,4 м/с, кп=0,85 м"1); в. длина 40 мм (средняя скорость витания 3,8 м/с, кп=0,68 м"); г. длина 50 мм (средняя скорость витания 4,2 м/с, К;; 0,56 м" ); д. длина 60 мм (средняя скорость витания 4,6 м/с, кп=0,46 м ); е. длина 70 мм (средняя скорость витания 4,9 м/с, кп=0,41 м"1); ж. длина 80 мм (средняя скорость витания 5,2 м/с, к„=0,36 м"1) и зерна пшеницы: з. скорость витания 7 м/с, кп=0,2 м"'; и. скорость витания 10 м/с, Кц=0,1 м"1, при скорости воздушного потока 11=6 м/с от угла наклона лепестков жалюзи:

А. угол наклона лепестков жалюзи а=30°;

Б. угол наклона лепестков жалюзи а=80°.

В третьей главе «Программа и методики экспериментальных исследований» приведены программа экспериментальных исследовании, приборы, оборудование (рисунок 7) и схемы экспериментальных установок, их описание, техника (рисунок 8), используемая в полевых испытаниях, а так же ме тоды обработки экспериментальных данных.

Рисунок 7 - Универсальная ус- Рисунок 8 - Модернизированный' тановка для исследования про- ЗУК "Доп-1500Б" на полевых цесса сепарации испытаниях

11рограммой экспериментальных исследований предусматривалось:

!. Исследование воздушных потоков создаваемых вентилятором с измененной конструкцией в воздушно-решетной очистки (ВРО) зерноуборочного комбайна (ЗУК), выявления закономерностей распределения воздушного потока в камере ВРО и над поверхностью верхнего решета.

2. Определение конструкции горловины воздуховода вентилятора и координат установки дефлекторов.

3. Определение рациональных режимов наклонного воздушного потока и угла наклона верхних гребенок передней части верхнего решета.

4. Определение длины активно-сепарирующего начального участка верхнего решета ВРО ЗУК.

5. Проверка работоспособности ЗУК с модернизированной ВРО в полевых условиях и сравнение ее технологических показателей с серийной.

6. Хозяйственные полевые испытания для оценки эффективности функционирования ВРО при новом подмножестве операций на верхнем решете, с раздельным продуванием участков решет по их длине и повышенной скоростью обдува передней части верхнего решета с активно-поглощающей поверхностью.

Анализ процесса сепарации мелкого зернового вороха (МЗВ) в ВРО показал, что основными факторами, можно, считать следующие;

I. Параметры воздушного потока на выходе из воздуховода вентилятора (ем. рисунок I): скорости воздушных потоков (V,, У3); координаты установки задней части дефлекторов (V,ь, ¥2Ь) Узь); число оборотов крылача вен тилятора (п).

П. Параметры верхнего решета в -■ V а решетном стане (рисунок 9): высота

верхних гребенок передней части верхнего решета (8); угол наклона верхних гребенок передней части верхнего решета {ОС ); шаг расстановки гребенок верхней части верхнего решета (Г1); угол наклона нижних гребенок передней части верхнего решета (у/ ); длина активио-

Рисунок 9 - Основные размеры верхнего решета..-, с активно-сепарирующей поверхностью начального участка

сепарирующей поверхности начального участка верхнего решета (Ь).

В четвертой главе «Экспериментальные исследования элементов и всей воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна» приведены результаты стендовых, лабораторно-полевьгх и хозяйственных испытаний модернизированной воздушно-решетной очистки (ВРО) зерноуборочного комбайна (3-УК).

С целью снижения неравномерности скоростей воздушных потоков по ширине и создания дифференцированно заданных по длине решет воздушных потоков определена новая конструкция двухсекционного вентилятора (рисунок 10) применительно к ВРО ЗУК. На макете ВРО ЗУ К. "Дои-1500Б" проведены замеры полей скоростей у наружного сечения торцов воздуховодов двухсекционно!« вентилятора и вентилятора прототипа и анализ рабочих воздушных потоков над верхним решетом ВРО.

Для оценки влияния длины активно-сепарирующей начальной поверхности верхнего решета на процесс сепарации МЗВ и сравнения показателей сепарации с серийным верхним решетом проведены экспериментальные стендовые исследования (рисунки 11, 12).

Рисунок 10 - Общий вид двухсекционного вентилятора

Длшт актииноиоглиняющ.чи качинышго участка, мм д

Рисунок 11 - Потери зерна от дли- Рисунок 12 - Чистота бункерного ны активно-сепарирующего на- зерна от длины активио-чального участка верхнего решета сепарирующего начального участка стенда ВРО при подаче 3,575 верхнего решета стенда ВРО при кт/с*м подаче 3,575 кг/с*м

Для проверки работоспособности ЗУК с модернизированным верхним решетом в нолевых условиях и сравнения его технологических показателей с серийным на учебно-опытном полигоне ДГТУ проведены сравни-

1.ния ЗУК "ДОН-1500М" (Ъисунок '.ЗУ

Рисунок 13 - Испытания ЗУК "Дон-1500М" с модернизированной ВРО на учебно-опытном полигоне ДГТУ

Рисунок 14 - Секции модернизированного верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью начального участка

11редварительные лабораторно-полевые испытания подтвердили, что предлагаемая конструкция модернизированного верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью начального участка (рисунок 14) позволяет снизить потери зерна за ВРО на 24,5% и повысить чистоту зерна в бункере на 3% в сравнении с серийной при подаче в молотилку ЗУК 7,2 кг/с.

Проведены хозяйственные полевые испытания модернизированной ВРО ЗУК "Дон~1500Б" в Ростовской области. В результате установлено

что, при подаче хлебной массы и молотилку ЗУК 10,13 кг/с потери зерна за ВРО не превысили допустимые 0,5%, а чистота зерна в бункере составила '95,9%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что одним из возможных путей повышения эффективности сепарации воздушно-решетных очисток можно считать обогащение зерном пороха, поступающего па верхнее решето воздушно-решетной очистки и, интенсификации просеивания зернового материала через решето, что реализуется рациональной пневмосепарацией мелкого зернового вороха в перепаде между стрясной доской и верхним решетом воздушно-решетной очистки,, и верхним жалюзийным решетом с активно-сепарирующей поверхностью его начального участка.

2. Выявлено, что, одним из направлений интенсификации процессов сепарации мелкого зернового вороха является создание рациональной подсистемы операций сепарации на верхнем решете по длине, определяемыми параметрами его рабочей поверхности и формированием для разных по длине -участков решета различных воздушных потоков в воздушно-решетной очистке, обеспечивающих обдув решет с минимальным коэффициентом' вариации скоростей воздушного потока по их ширине и различными скоростями воздушного потока по их длине.

3. Обоснованны и разработаны математические модели функционирования верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью начального участка и процесса формирования воздушных потоков, обеспечивающих дифференцированный, заданный обдув решет по длине. Установлено, что построенные математические модели с 95%-й доверительной вероятностью адекватно описывают процесс сепарации зернового материала на верхнем решете с активно-сепарирующей поверхностью начального участка и процесс распределения скоростей воздушных потоков над верхним решетом в воздушно-решетной очистке.

4. Обоснованы и разработаны конструкции двухсекционного вентилятора и верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью начального участка. Установлены рациональные углы наклона 80-90° и шаг 29 мм верхних гребенок передней части верхнего решета, угол наклона 45° нижних нерегулируемых гребенок передней части верхнего решета, длина активно-сепарирующего начального участка верхнего решета 400-500 мм, а так же'параметры воздушного потока и расположение 2-х дефлекторов в горловине воздуховода'вентилятора, зависящие.от задаваемых, для раз-

личных условий сепарации мелкого зернового вороха, скоростей воздушного потока над различными участками длины верхнего решета.

5. Анализ структуры и скоростей воздушных потоков, исслсдусмых вентиляторов показал, что на выходе из воздуховодов в среднем структура воздушных потоков у двухсекционного вентилятора более равномерная но ширине воздуховода, а величины коэффициентов вариации скоростей воздушных потоков, по поперечным участкам ширины решета, в среднем меньше на 74%, чем у вентилятора прототипа.

6. Аналитически определено, что с увеличением угла открытия жалюзи в пределах от 30° до 90° и уменьшением скорости воздушного по тока от 6 до 2 м/с, зерно активнее скользит вниз по лепестку жалюзи, однако при этом возрастает вероятность прохода короткой сбоины под решето. С уменьшением угла открытия жалюзи в пределах от 90° до 30° и увеличением скорости воздушного потока от 3 до 7 м/с, короткая сбоина активнее скользит вверх по лепестку жалюзи и не проходит под решето.

7. Выявлено взаимодействие перемешаемых в воздушном потоке компонентов мелкого зернового вороха, при опускании их па жалюзи в зоне передней части верхнего решета в зависимости от скорости воздушного потока с изменением длины активно-сепарирующей поверхности от 0 до 500 мм, рациональная длина которого 400-500 мм. Для активного перемещения зерна по лепесткам жалюзи вниз (под решето) в передней части >ка-люзиГшого решета, его прохода под решето и выноса короткой сбоины (мелкого вороха) рациональный режим наклонного воздушного потока 6м/с<ив<7м/с и угол наклона подвижных лепестков жалюзи на передней активно-сепарирующей поверхности решета а=80-90°.

8. Аналитически определено, что с увеличением угла открытия жалюзи в пределах от 30 до 80° изменяется направление отскока зерна падающего на решето со стрясной доски по траекториям, определяемым скоростью воздушного потока и его направлением. При малом угле открытия жалюзи (<х~30°) зерно, в основном, имеет направление отскока вверх, при большем (а-г80°) - вниз (под решето).

9. Выявлено, что с увеличением скорости воздушного потока от 4 до 6 м/с увеличивается длина участка соударения зерна с решетом от 0,062 до 0,247 м, однако при скорости воздушного потока больше 8 м/с, часть зерна со скоростью витания меньше 7 м/с, вынесется за пределы воздушно-решетной очистки.

10. Комбинированное верхнее решето с активно-сепарирующей поверхностью и индивидуальной регулировкой привело к значительному увеличению живого сечения начального участка верхнего решета, а в со-

вокупности с более рациональными параметрами дифференцированного но длине решета скорости воздушного потока обеспечивало интенсивное выделение зерна под решето па начальном участке, н, в соответствии с этим, снижение потерь зерна за воздушно-решетной очисткой.

11. Экспериментально установлено, что с увеличением длины активпо-сспарирующего начального участка верхнего жалюзийного решета от 100 до 500 мм потери зерна за воздушно-решетной очисткой снизились в 2 раза (с 0,93% до 0,47%) и чистота бункерного зерна иозросла на 1,5% (с 94,2% до 95,7%). .

12. Сравнительные исследования и лабораторпо-нолевые испытания подтвердили рост эффективности функционирования воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна при новом подмножестве частных операций на верхнем решете, с раздельным продуванием участков решет по их длине и повышенной скоростью обдува передней части верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью. Выявлено, что при использовании новых устройств в конструкции воздушно-решетной очистки, потерн зерна за ней при равных подачах ниже на 24,5%, чем при использовании серийной технологии очистки,.а чистота зерна в бункере выше, чем у прототипа, на 3%.

13. Ежегодная дополнительная прибыль от использования одного зерноуборочного комбайна на уборке ячменя в период агросрока (150 часов) за счет сокращения потерь зерна, без учета прибыли от улучшения качества обрабатываемой продукции (повышения чистоты зерна в бункере) составила 5682 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: в рецензируемых научных журналах м изданиях:

1. Муратов Д.К. Моделирование процесса функционирования центробежных вентиляторов в воздушно-решетной очистке зерноуборочного комбайна / Д.К. Муратов, Ю.И. Ермольев // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2011. - Т. 11, №8(59), вып. 1.-С. 1238-1245.

2. Муратов Д.К. Рациональная подсистема операций и технических средств для интенсификации процесса сепарации мелкозернового вороха в зерноуборочном комбайне / Д.К. Муратов, Ю.И. Ермольев // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 11, №8(59), вып. 2. - С. 1372-1376.

патент па изобретение

3. Пат. 2439872 Российская Федерация МПК A01F 12/44 A01D 41/12. Жалюзийное решето очистки зерноуборочного комбайна и способ подачи к нему воздуха / Ю.И. Ермольев, Д.К. Муратов; заявитель и патентообла-

датель Дон. гос. техн. ун-т. - № 2010128581/13; заявл. 09.07.2010, опубл. 20.01.2012.

в периодических изданиях:

4. Муратов Д.К. Пневмоинерционные технологии повышающие эффективность функционирования воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна/ Д. К. Муратов // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: сб. материалов науч.-практ. конф., 26-29 марта/ РГАСХМ. - Ростов н/Д, 2008. - С. 70-72.

5. Муратов Д.К. Экспериментальная оценка показателей функционирования воздушно-решетной очистки зерноуборочного .комбайна / Д.К. Муратов, Ю.И. Ермольев; Дон. гос. техн. ун-т. - Ростов н/Д, 2008. - Деп. в ВИНИТИ 05.02.2008, № 74-В2008.-23 с.

6. Муратов Д.К. Оценка влияния работы лопастного битера-швырялки на скорость воздушного потока, создаваемого вентилятором над верхним решетом воздушно-решетной очистки / Д.К, Муратов [и др.] // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы междунар. науч.-практ. конф., З-б марта / ДГТУ, РГАСХМ.-Ростов н/Д, 2009. - С. 115-117.

7. Муратов Д.К. Оценка эффективности функционирования воздушно-решетной очистки зернокомбайна с пневмоинерционным обогатителем мелкого зернового вороха / Д.К. Муратов, Г.Г. Бахия; Дон. гос. техн. ун-т. -Ростов н/Д, 2009. - Деп. в ВИНИТИ 23.04.2009, № 248-В2008. -21 с.

8. Муратов Д.К. Лабораторно-полевые испытания воздушно-решетной очистки с активной поглощающей поверхностью верхнего решета / Д.К. Муратов [и др.] // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы междунар. науч.-практ. конф. в рамках 13-й междунар. Агропром, выставки «Интерагромаш-2010», 4-5 марта / ДГТУ. - Ростов н/Д, 2010. - С. 81-83.

9. Муратов Д.К. Интенсификация процесса сепарации мелкого зернового вороха в зерноуборочном комбайне / Д.К. Муратов, С.К. Попов // Труды IX Международной научно-технической конференции «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства» [Электронный ресурс] / ДГТУ. - Ростов н/Д, 2010. - 1 СО-диск. - Загл. с экрана. - № гос. регистрации 0321002159. - С. 202-206.

10. Муратов Д.К. Математическая модель распределения воздушных потоков в воздуховоде вентилятора / Д.К. Муратов, С.Г. Ожеред, Е.А. Бойко // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы междунар. науч.-практ. конф. в рамках 14-й между-

нар. Агропром. выставки «Интерагромаш-2011», 4-5 марта / ДГТУ. - Ростов н/Д, 2011. — С. 122-127.

11. Муратов Д.К. Анализ структуры и скоростей воздушных потоков, создаваемых различными вентиляторами / Д.К. Муратов, С.Г. Ожеред, Д.В. Сизов // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы междунар. науч.-практ. конф. в рамках 14-й междунар. Агропром. выставки «Интерагромаш-2011», 4-5 марта / ДГТУ. - Ростов н/Д, 2011. - С. 127-131.

12. Муратов Д.К. Модернизация воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна // Инновационные технологии и технические средства для полеводства юга России: сб. науч. тр. 6-й Междунар, науч.- техн. конф. "Инженерное обеспечение инновационного развития сельскохозяйственного производства", 6-7 апр. / СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии. -Зерноград, 2011.-С. 169-175.

13. Муратов Д.К. Математическая модель процесса формирования воздушных потоков на выходе из воздуховодов вентиляторов воздушно-решетных очисток зерноуборочных комбайнов / Д.К. Муратов, Ю.И. Ермольев // Роль непрерывного образования и вузовской науки в инновационном развитии АПК: материалы Междунар. науч.- практ. конф., 26-28 янв. / БГАТУ. - Минск, 2012. - С. 244-248.

14. Муратов Д.К. Моделирование движения компонентов зернового материала в подвижной сопротивляющей среде / Д.К. Муратов, И.В. Игна-тенко // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 5-й междунар. науч.- практ. конф. в рамках 15-й междунар. агропром. выставки "Интераргомаш-2012", 29 февр.-1 марта. -Ростов н/Д, 2012. - С. 23-27.

В печать •/$. 04.2012. Формат 60x84/16. Бумага тип №3. Офсет. Объем О Уся.п.л. Заказ № 7%б • Тираж

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина,!.

61 12-5/3174

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МУРАТОВ Денис Константинович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ МЕЛКОГО ЗЕРНОВОГО ВОРОХА В ВОЗДУШНО-РЕШЕТНОЙ ОЧИСТКЕ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

05.20.01. - технологии и средства механизации сельского хозяйства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ЕРМОЛЬЕВ Ю.И.

Ростов-на-Дону - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 6

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ... 10

1.1. Обзор и анализ современных зерноуборочных комбайнов и их воздушно-решетных очисток..................................................... 10

1.2. Многомерный анализ основных параметров и закономерностей функционирования воздушно-решетных очисток зерноуборочных комбайнов............................................................................ 17

1.3. Элементы методики поисковых исследований рациональных структур воздушно-решетных очисток......................................... 19

1.4. Обзор устройств и НИР для первичной очистки мелкого зернового вороха.................................................................... 27

1.5. Постановка цели и задач исследования................................... 38

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУШНО-РЕШЕТНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА........................................... 40

2.1. Математическая модель функционирования верхнего решета...... 40

2.2. Моделирование процесса функционирования центробежных вентиляторов в воздушно-решетной очистке зерноуборочного комбайна.............................................................................. 63

2.2.1. Математическая модель процесса формирования воздушных потоков на выходе из воздуховода вентилятора............................. 63

2.2.2. Определение коэффициентов снижения скоростей воздушных потоков при прохождении решет воздушно-решетной очистки.......... 68

2.2.3. Оценка закономерностей распределения воздушных потоков в воздуховоде вентилятора.......................................................... 70

2.3. Моделирование процесса прохождения воздушного потока через жалюзийные решета в программе ЕЬ'^Л'шоп................................ 75

2.3.1. Аэродинамические свойства зерен....................................... 76

2.3.2. Программный комплекс Р1о\¥У1зюп..................................... 77

2.3.3. Этапы проведения и показатели расчета закономерностей прохождения воздушного потока через различные жалюзи решет...... 78

2.4. Относительное перемещение компонентов зернового материала по лепесткам жалюзи жалюзийного решета при его функционировании в поле воздушного потока............................... 79

2.5. Моделирование движения компонентов зернового материала в подвижной сопротивляющейся воздушной среде камеры воздушно-решетной очистки................................................................... 84

2.6. Выводы........................................................................... 92

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.................................................................. 94

3.1. Программа экспериментальных исследований.......................... 94

3.1.1. Приборы, оборудование и методики, применяемые в стендовых

и производственных исследованиях............................................. 95

3.1.2. Выбор стратегии, программа и обоснование проведения экспериментальных исследований.............................................. 101

3.1.3. Оборудование, техника и методики, используемые на предварительных и хозяйственных лабораторно-полевых испытаниях. 102

3.1.4. Методика обработки основных результатов эксперимента......... 103

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И ВСЕЙ ВОЗДУШНО-РЕШЕТНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА......................................................................... 104

4.1. Структурная оптимизация вентилятора воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна............................................ 104

4.1.1. Разработка двухсекционного вентилятора воздушно-решетной очистки................................................................................ 104

4.1.2. Экспериментальная оценка функционирования двухсекционного вентилятора и вентилятора прототипа в воздушно-решетной очистке зерноуборочного комбайна............................... 106

4.2. Экспериментальные стендовые исследования процесса сепарации 110

мелкого зернового вороха.........................................................

4.2.1. Выбор основных факторов и области изучаемого факторного пространства......................................................................... 111

4.2.2. Экспериментальные стендовые исследования процесса сепарации мелкого зернового вороха.......................................... 112

4.3. Предварительные лабораторно-полевые испытания................... 116

4.3.1. Постановка задачи исследования........................................ 116

4.3.2. Сравнительные лабораторно-полевые испытания модернизированной ВРО с серийной ВРО ЗУК "Дон-1500М"............ 119

4.3.3. Анализ результатов предварительных лабораторно-полевых испытаний............................................................................ 121

4.4. Хозяйственные полевые испытания модернизированной воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна "Дон-1500".. 122

4.4.1. Подготовка к проведению испытаний.................................. 122

4.4.2. Хозяйственные полевые испытания модернизированной ВРО ЗУК "Дон-1500Б"................................................................... 125

4.4.3. Анализ результатов хозяйственных полевых испытаний........... 125

4.5. Экономическая оценка эффективности работы зерноуборочного комбайна за счет снижения потерь за воздушно-решетной очисткой... 127

4.6. Выводы........................................................................... 130

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.................................... 132

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................... 136

ПРИЛОЖЕНИЕ А Обзор современных воздушно-решетных очисток

зерноуборочных комбайнов и устройств для их модернизации.......... 151

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Результаты замеров полей скоростей

двухсекционного вентилятора (без дефлекторов)........................... 160

ПРИЛОЖЕНИЕ В Оценка адекватности математических моделей процесса формирования воздушных потоков на выходе из

воздуховода вентилятора......................................................... 176

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Этапы расчета закономерностей прохождения 181

воздушного потока через различные жалюзи решет в программе

Р1оауУ1ЗЮП...........................................................................

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Результаты расчетов перемещения зерна и

короткой сбоины по лепестку жалюзи......................................... 187

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты расчета траектории движения зерна пшеницы и короткой сбоины в подвижной сопротивляющейся

воздушной среде.................................................................... 189

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Приборы, оборудование и техника, применяемые

в стендовых и производственных исследованиях............................ 192

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Результаты измерений при настройке универсальной экспериментальной установки для исследования

процесса сепарации................................................................. 195

ПРИЛОЖЕНИЕ И Результаты анализа работы вентиляторов ВРО

различной конструкции............................................................ 196

ПРИЛОЖЕНИЕ К Результаты стендовых исследований процесса

сепарации мелкого зернового вороха.......................................... 204

ПРИЛОЖЕНИЕ Л Результаты предварительных лабораторно-

полевых испытаний................................................................ 208

ПРИЛОЖЕНИЕ М Результаты хозяйственных полевых испытаний.... 210

ПРИЛОЖЕНИЕ Н Патент на изобретение.................................... 213

ПРИЛОЖЕНИЕ О Акты внедрения результатов исследований, дипломы и грамоты................................................................ 217

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы: уборка зерновых трудоемкий процесс в комплексе работ по производству зерна. Уменьшение сроков уборки зерновых, связанное с потерями урожая, и повышение качества уборки требуют существенной модернизации серийной и создание новой уборочной техники. В связи с этим большое значение приобретают исследования, связанные с созданием новых рабочих органов, удовлетворительно работающих при больших загрузках зернового материала, позволяющих повысить эффективность работы всего зерноуборочного комбайна (ЗУК).

Проведенные ранее исследования показали принципиальную возможность роста эффективности сепарации мелкого зернового вороха (МЗВ), подаваемого в воздушно-решетную очистку (ВРО) путем обогащения его зерном при поступлении на верхнее решето ВРО и интенсификация просеивания зернового материала через это решето. Это направление позволяет разработать ВРО с активно-сепарирующей поверхностью верхнего решета или его части применительно к ЗУК, обеспечивающую рост качественных показателей очистки зерна (снижение потерь зерна за ВРО и повышение чистоты зерна в бункере).

Цель исследования: интенсификация процесса функционирования воздушно-решетной очистки в габаритах существующего зерноуборочного комбайна с повышенной пропускной способностью за счет оптимизации конструкции верхнего решета и создания рациональной, дифференцированной системы его обдува по длине.

Объект исследования: технологический процесс в ВРО ЗУК с активно-сепарирующей поверхностью начального участка верхнего решета и вентилятора с воздуховодом, обеспечивающим дифференцированный обдув решет по длине.

Предмет исследований: аналитические и экспериментальные зависимости процессов сепарации МЗВ в ВРО ЗУК.

Методы исследований: моделирование воздушных потоков в горловине вентилятора и их последующее распределение над решетами ВРО, моделирование процессов сепарации, многомерный анализ, стендовые исследования центробежных вентиляторов различной конструкции на макете ВРО ЗУК, стендовые исследования жалюзийного решета с активно-сепарирующей поверхностью, лабораторно-полевые и хозяйственные испытания ЗУК с модернизированной ВРО. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований проводились методами математической статистики.

Рабочая гипотеза: рост эффективности функционирования ЗУК возможен за счет роста эффективности функционирования ВРО без изменения габаритов с использованием верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью начального участка и центробежного вентилятора с равномерным воздушным потоком по ширине и рациональным обдувом решет по длине.

Научная новизна работы:

- разработана математическая модель функционирования верхнего решета с активно-сепарирующей поверхностью начального участка воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна, позволяющая проводить оценку роста эффективности процесса сепарации;

- разработана математическая модель, на основе которой выявлены новые закономерности формирования 3-х раздельных воздушных потоков по высоте воздуховода вентилятора, в зависимости от задаваемых скоростей воздушных потоков по участкам длины на верхнем решете воздушно-решетной очистки, положением дефлекторов в горловине воздуховода и частоты вращения крылача вентилятора;

- разработана математическая модель движения компонентов зернового материала в подвижной сопротивляющейся воздушной среде и установлены закономерности взаимодействия перемещающихся в

воздушном потоке компонентов мелкого зернового вороха с жалюзи и всей поверхностью верхнего жалюзийного решета воздушно-решетной очистки;

- установлены закономерности перемещения компонентов мелкого зернового вороха вниз и вверх по лепесткам жалюзи жалюзийного решета в зависимости от угла их наклона, технологических свойств компонентов вороха и скорости воздушного потока, воздействующего на решета;

- установлено, и подтверждено экспериментально, влияние углов открытия жалюзи начального участка активно-сепарирующей поверхности верхнего жалюзийного решета на качественные показатели процесса сепарации всей воздушно-решетной очистки (потери зерна за воздушно-решетной очисткой и чистота зерна в бункере);

определены закономерности изменения показателей функционирования воздушно-решетной очистки с использованием двухсекционного вентилятора и модернизированного верхнего решета.

Практическая значимость и реализация: обоснована и разработана эффективная ВРО ЗУК с оригинальным двухсекционным центробежным вентилятором, верхним жалюзийным решетом с активно-сепарирующей поверхностью начального участка и методика ее расчета. Фирма ООО "Новатор Плюс" приступил к производству двухсекционного вентилятора и оригинального жалюзийного решета.

Достоверность научных положений: подтверждается результатами лабораторных и полевых исследований, проведенных с использованием современной измерительной аппаратуры, обеспечивающей приемлемую точность измерений, обработкой экспериментальных данных с использованием компьютерных математических программ, адекватностью полученных аналитических выражений.

Основные положения, выносимые на защиту:

- новые аналитические зависимости по обоснованию конструктивно-режимных параметров модернизированной воздушно-решетной очистки и ее отдельных элементов;

конструктивно-технологическая схема модернизированной воздушно-решетной очистки зерноуборочного комбайна с новым двухсекционным вентилятором и верхним решетом с активно-сепарирующей поверхностью начального участка;

- экспериментальные зависимости показателей работы воздушно-решетной очистки с новым двухсекционным вентилятором и верхним решетом с активно-сепарирующей поверхностью начального участка;

Апробация работы: основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ДГТУ в 2008-2011 г., научно-технической конференции посвященной 100-летию кафедры "СХМ и О" в 2011 г., а так же в ООО "Новатор Плюс". Основные результаты работы представлены на международных выставках и конференциях "Интерагромаш" в 2010 и 2011 годах, награждены дипломами выставок и опубликованы в трудах ее международных конференций.

Публикация результатов: основные положения диссертации опубликованы в 14 научных работах, в том числе две работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на изобретение №2439872.

Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 150 страницах, содержит 98 рисунков, 49 таблиц. Список использованных источников включает 148 наименований, в том числе 9 - иностранных.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Обзор и анализ современных зерноуборочных комбайнов и их воздушно-решетных очисток

Отечественные и зарубежные зерноуборочные комбайны (ЗУК) по своим техническим и эксплуатационным характеристикам имеют

ч Г» ^ V/

достаточно большой интервал. За критерии оценки их возможностей условно принята пропускная способность, которая у существующих ЗУК находится в интервале от 1,5 до 12 кг/с. По конструктивным и эксплуатационным показателям ЗУК разделены на 6 классов, которые определяют их пропускную способность: до 1,5 кг/с, 3 кг/с, 5-6 кг/с, 7-8 кг/с, 9-10 кг/с и 10—12 кг/с. Основные технические характеристики отечественных и зарубежных ЗУК представлены в таблице А.1 [7].

ЗУК класса до 1,5 кг/с в регионах Северного Кавказа в силу своей низкой производительности не смогут найти широкого применения. Применяются эти ЗУК для уборки сельхозкультур на селекционных и семеноводческих мелкоделяночных участков. Для этих целей используются финские ЗУК фирмы Sampo Rosenlew серии 130 и 580. Отечественной промышленностью для уборки селекционных и семеноводческих мелкоделяночных посевов разработаны и прошли приемочные испытания ЗУК КС-1,2 и КС-1,8, но их изготовитель пока не определен.

ЗУК 2-го класса (3,0 кг/с) в парке уборочных машин найдут применение в ограниченном количестве -не более 3-4% [7]. Потребителями этих машин могут стать хозяйства предгорных районов, имеющие поля со сложной конфигурацией и рельефом, а также крестьянские хозяйства с площадью посевов зерновых колосовых до 50-60 га. К настоящему времени освоено производство двух марок ЗУК этого класса: КЗС-З «Русь» ОАО ТКЗ (г. Таганрог) и «Енисей-900» АО КЗК (г. Красноярск).

На протяжении 70-80-х гг. основу уборочного парка составляли ЗУК 3-го класса (5-6 кг/с) - «Нива», «Сибиряк». С начала производства более

производительных ЗУК их число значительно сократилось, но необходимость в ЗУК этого класса сохраняется. Доля их в современном комбайновом парке составляет не более 30% [7]. В перспективе на смену этим ЗУК планируется производство новых машин, которые прошли стадию разработки и испытаний и с успехом могут использоваться в условиях Кубани: СК-5 «Нива - Эффект», «Дон-091» и «Енисей-1200-1М». Отличительной особенностью конструкций этих ЗУК является наличие гидропривода ходовой части, повышение условий труда механизатора за счет внедрения в их схему прогрессивных конструкторских решений, повышенная производительность.

Для уборки хлебов с урожайностью от 40 до 50-ти ц/га разработан ЗУК «Вектор», который по своим конструктивным параметрам относится к классу 7-8 кг/с. Система воздушно-решетной очистки (ВРО) (рисунок А.1) примечательна своей большой площадь�