автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров решетно-винтового сепаратора в системе очистки зерноуборочного комбайна

Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова

Р Г Б ОД 15 т »96

: На правах рукописи

СОРСтаЖО СЕРГЕЙ ФЕДОРОВИЧ

УДК 631.354

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕШЕТНО-ВИНТОВОГО СЕПАРАТОРА В СИСТЕМЕ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного

производства

Авторефер а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул 1996

Работа выполнена на кафедре "Сельскохозяйственное машиностроение" Алтайского государственного технической университета им.И.И.Ползунова

Научный руководитель - член-корреспондент АИН РФ,

Заслуженный деятель 1 науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор В.Ф.Семенов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессс

В.Л.Злочевский;

кандидат технических наук, доцент В.М.Азаров

Ведущая организация: ОАО "Красноярский завод комбайнов'

Защита диссертации состоится "2Л " юяк г.

в часов на заседании диссертационного совета К 064.29.0< присуждению ученой .степени кандидата технических наук в Алтг ком государственном техническом университете им.И.И.Ползуновг адресу: 656099, г.Барнаул, пр.Ленина 46, АлтГТУ.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, прос1 направлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться ^ библиотеке АлтГТУ.

Автореферат разослан //е?**-^/»/} 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к.т.н., доцент ——_Л.Д.Овчиннико!

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ' . _

Актуальность темы. В настоящее время основной маминой для уборки зерновых является зерноуборочный комбайн. Создание высокопроизводительных зерноуборочных комбайнов, работа комбайнов'на холмистбй местности приводит к повышенной загрузке зерновым, ворохом системы очистки и росту потерь^ зерна, : Габаритные!' размеры зерноуборочных комбайнов дошли до предельных значений. Система очистки сдерживает дальнейший рост пропускной способности комбайна, поэтому разработка новых сепарирующих рабочих органов, интенсифицирующих сепарацию зерна при повышенных подаче вороха и содержании в нем соломистой фракции, имеет важное значение.^*

Работа выполнена по тематическому плану НИР и 0№ Алтайского государственного технического университета им И.И.Нолвунова и входила в общий план межвузовской региональной научно-технической программы "Алтай". Имеет'номер государственной регистрации в ВНТИЦентре N ГР 01960001352.

Цель работы - интенсификация процесса предварительного разделения мелкого зернового вороха в системе очистки зерноуборочного комбайна.

Объект исследования - сепарация мелкого зернового вороха в решетно-винтовом сепараторе системы очистки зерноуборочного комизма.

Научная новизна состоит в раскрытии закономерностей процесса сепарации предложенной системы очистки зерноуборочного комбайна, включающей решетно-винтовой сепаратор (а.с. СССР N1701165 и патент РФ N2002401). Обоснованы параметры решетно-винтового сепаратора: диаметр, количество и частота вращения шнеков; ширина и шаг лопаток; форма решета; размеры отверстий решета; скорость воздушного потока.

Практическая ценность. Предложена схема модернизированной системы очистки с решетнб-винтовым сепаратором, снижающей потери зерна. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методика, рекомендации и программы для ЭВМ по расчету параметров решетно-винтового сепаратора, принятые к использованию СКВ ОАО" Красноярский завод комбайнов".

Достоверность выполненного-исследования:подтверждается: использованием математического аппарата теории вероятности, методов планирования оптимального эксперимента, проведением лабораторных исследований и лабораторно-полевых испытаний на Алтайской МйС.

Апробация. Основные положения, работы доложены на региональной научно-технической конференции (Рубцовск, ,4989 г.), заседании НТС ГСКВ по комплексам зерноуборочных мзшден ПО "Ростсельмаш" (Ростов-на-Дону, 1990 г.), научных.конференция* студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава Алтайского политехнического .института . (Барнаул, 1989 г., 1992 г., 1993 г.), международных научно-технических конференциях (Рубцовск,1994 г., j Барнаул, 1994 г-,), заседании НТС СКВ ОАО "Красноярский завод комбайнов" (Красноярск, 1996г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе. 1 авторское свидетельство и 5 патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы (114 наименований) и приложение. Работа изложена на 210 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков, 26 таблиц и 29 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы.

Первая глава посвящена анализу теоретических и экспериментальных исследований сепарации зерна в системе очистки зерноуборочного комбайна, : ■ •транспортирования с/х материалов винтовыми транспортерами, а также выявлению тенденции совершенствования системы очистки комбайна.

При обосновании направления исследования были учтены труды С.А.Алферова, В.А.Анисимова, С.М.Барашева, , В.Е.Вердышева, И.Ф.Василенко, А.М.Григорьева, Е.А.Гурьева, И.Ф.Еременко, Э.В.Жалнина, И.И.Канеева, Н.И.Косилова, А.А.Лаврухина, Г.В.Майорова, В.И.Машанова, И.К.Мещерякова, Т.Б.Микая, Б.М.Мильмана, А.Х.Мирзояна, Ю.А.Пескова, С.П.Присяжной, В.И.Резниченко, А.И.Русанова, Д.И.Уркинбаева, В.Ф.Федорова, Г.Е.Чепурина, Л.В.Шабановой, М.И.Эйгера, С.К.Янчина и других ученых.

- 5 •Анализ выполненных исследований показал:

1. Наиболее широкое распространение в зерноуборочных комбайнах имеет воздушно-решетная очистка. Одним из основных направлений модернизации воздушно-решетной очистки является создание схем с узлом предварительного выделения зерна.

2. Основным средством перемещения зернового вороха к решетам является транспортная доска. Шнековые транспортеры- более равномерно подают зерновой ворох на очистку и работают более устойчиво при любых наклонах комбайна. Однако, отсутствие обогащения зерном нижних слоев вороха, перемещаемого шнеком, снижает эффективность работы очистки.

3. Известно ' совмещение функций транспортирования вороха и сепарирования зерна в шнековом транспортере-сепараторе, названном нами, решетно-винтовым сепаратором (РВС),, однако,эффективность его работы невысока. Параметры шнекового транспортера при совмещении им функций транспортирования и сепарации зерна не определены.

В соответствии с выводами и целью исследования сформулированы задачи исследования: предложить схему очистки зерноуборочного комбайна с узлом предварительного разделения вороха, выполненного в виде РВС; разработать модель сепарации и выявить закономерности движения вороха в РВС; обосновать параметры РВС; провести лабораторные и лабораторно-полевые испытания предложенной очистки и оценить ее экономическую эффективность.

•Вторая. глава посвящена теоретическим исследованиям движения частицы вороха в решетно-винтовом сепараторе, обоснованию его параметров.

С помощью вероятностной модели определяли проход частицы вороха сквозь решето.

При опускании на решето частицы (имеет вид стержня длиной 21, наклоненного к поперечному сечению решета под углом, равным углу подъема винтовой поверхности а) возможны два положения ее центра тяжести (события): событие А - центр тяжести попал на перемычку между отверстиями, событие В - центр тяжести попал в промежуток между перемычками (рис.1). Вероятности событий А и В определены из геометрических размеров решета, а вероятность события С, при котором частица, перемещенная по решету на расстояние Ах , останется на решете, определена по формуле полной

вероятности:

Р(С) = Р(А)-Р(С/А) + Р(В)-Р(С/В),

(1)

где Р(С/А) - вероятность непрохождения частицы через отверстия при нахождении ее центра на перемычке; Р(С/В) - вероятность непрохождения ' частицы через отверстия при нахождении ее центра в промежутке между перемычками.

Полагая, что угол в между частицей и плоскостью решета принимает одно из вероятных значений от 0 до Л/2, вероятность Р(С/А) определена- как вероятность пересечения отрезком длиной 21соз« двух параллельных плоскостей с-с и (-£ (рис.1,а), лежащих на расстоянии 2а= 2г0 (здесь г0 - радиус отверстия).

Вероятность Р(С/В) определена как вероятность пересечения отрезком длиной 21соза двух параллельных плоскостей п-п- и с-с, лежащих на расстоянии 2а = Зг0+ Ь/2 (здесь Ь - ширина перемычки) (рис.1,6).

гешд-

а) б)

Рис.1. К определению вероятности прохода частиц сквозь решето

Вероятность Р2+п пересечения отрезком длиной 211 двух" параллельных прямых, лежащих на расстоянии 2ai, определена по М.И.Эйгеру и С.А.Алферову: при li<aiP2+n= 0; при ai<li<2ai

2li

Рг+n =

irai

h

ai' ai

— arccos —

U h

(2)

ai

/

при 11>2а1

- 21д (аг Рг+п=~

31

2а1

31

2

431*

- агсэт--2агсзап— + - + п--- /1 -

тГааЧ!^ и 1а 2> V II2

Тогда

2Ь / у с1п-Ь / Р(С)= — Рг+п!Г1'=1со5о(;а1=ГоУ+ 1- Рг+п| 11=1соз«;а1= -

II2 Зго+0,5Ь

,, О)

где с10- диаметр отверстий решета. . .

Вероятность прохода частицы длиной 21 через решето

Р = 1 - Р(С).

(4)

Р 0,8

0.6

0,4

о.г о

у ¿0*6 ¿0*9 ои-й

.20 40 ВО 80 Д/Шна част и и

¡00 ПО № Zt.) мм

Анализ расчетов вероятностей прохода частиц воооха сквозь решето (рис.2) позволил сделать следующие выводы: для полного выделения зерна диаметр отверстий должен быть более 8,2 мм; полное разделение вороха в известных РВС невозможно; выделение мелких компонентов зернового вороха сквозь решето происходит до тех пор, пока крупные соломистые примеси не перекроют отверстия, эффективность работы решет-

Рис.2.

Выдвинута рабочая гипотеза: но-винтового сепаратора можно повысить активным перемешиванием и равномерным'распределением по поверхности решета мелкого зернового вороха, а также за счет разделения вороха по аэродинамическим свойствам его компонентов.

Исследование движения вороха в РВС проводилось на примере отдельной соломистой частицы.

При движении частицы по решету сепаратора на нее действуют силы, показанные на рис.3. Сила сопротивления движению частицы по поверхности решета Гр= ГПр-Мр (здесь £ПР - приведенный коэффициент трения частицы о поверхность решета); сила воздействия

воздушного потока Пи = т-йи2/и3г (здесь ш - масса частицы; йи - скорость обдува частицы воздухом, и3 - скорость витания частицы); центробежная ста абсолютного движения частицы Рц = ш-и^а'Гч (здесь иа - угловая скорость абсолютного движения частицы; гч - расстояние от оси шнека до частицы).

При составлении дифференциальных уравнений движения частицы принята следующие допущения: воздушный поток равномерно распределен но поверхности решета; сопротивление перемещению частицы от воздуха не учтено; зазор между шнеком и решетом равен нулю (т.е. гч= здесь I? - радиус шнека).

Дифференциальные уравнения движения частицы для общего случая наклонного расположения оси сепаратора имеют вид:

/ ш-х = - (Зх - РрХ + Ких + Явх

■ т-у = Нр - 6У + Йцу - Рц " "' (5)

.--..Л т-2 = - Грг ' 02 + Киг + Квг •

С учетом значений составляющий сил система уравнений (5) для установившегося движения "частицы имеет вид:

-v G-cosS-sinv - Fp-sinr + Ru-sine-sinv + RB-sirKct-npB) = 0

Np - G-cosS-cosv + Ru-sins-cosv - Fu = 0 (6)

- Fp-cosr - G-sin5 + Ru-coss + Rb-cos(c(+<Pb) = 0 , "

где 5 - угол, определяющий положение сепаратора относительно горизонта; V - угол, определяющий положение частицы относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось шнека; г - угол, определяющий направление движения.частицы относительно-оси , шнека; £ - угол обдува частицы воздушным потоком; « - угол подъема винтовой поверхности шнека; фв - угол трения частицы о винтовую поверхность шнека.

; Угол г',: определяющий направление движения частицы, после преобразования системы уравнений (6), равен Д!!2 Ли''

•зн)е-51пу + зт5-1д(«+<рв)-----собе- -

V=arcsin

и2*

fnp-(cosvcosS + w2a-R/g - (ÜU2/US2)•sine-cosv)

- sinv-c0s5 -С05(с£+<Рв)

(7)

+ а + Фв

" Угловая скорость wa абсолютного движения определена по А.М.Григорьеву, а скорость ÜU обдува частицы воздушным потоком -По формуле:

w0•R•sin«•cosy•cose

Ли = U---г , (8)

cos(ac-r)

где U - скорость воздушного потока. '

Угол ri=f(Vi(wai>AUbUsiE,5,R,а,"фв,fnp) определяли на ПЭВМ. В результате расчета получены траектории движения частиц вороха по решету. • ■ Анализ показал, что траектория движения частицы по решету при отсутствии подачи воздуха (fnp=0,81) незначительно отличается от траектории движения частицы по кожуху обычного винтового транспортера (fK=0,5), рис.4. Воздушный поток, обдувающий решето, изменяет траекторию движения частицы - она

го а -го -но -65

т г, ни

Рис.4. Траектории движения частицы по решету сепаратора

становится более пологой, причем чем меньше скорость витания частицы, тем положе ее траектория. Увеличением скорости воздушного потока и уменьшением частота вращения шнека можно добиться большей растянутости пучка вороха и, следовательно, увеличения интенсивности сепарации зерна; в РВС.

Перемешивание вороха и разрушение находящегося возле решета слоя, состоящего из крупных соломистых примесей, осуществлены лопатками, установленными на шнеке. В этом случае ворох перебрасывается лопаткой на свободную часть решета, что приводит к более равномерному его распределению по реиету. Частота вращения шнека должна обеспечивать сход вороха с лопаток, в связи с чем рассмотрено движение частицы вороха по лопатке, установленной к радиальной линии под углом 0О, рис.5.

При движении частицы по лопатке на нее действуют следующие силы: инерции Рис от поворотного ускорения; тяжести 6; реакция

лопатки И; трения частицы о лопатку Ртр; инерции переносного движения Рц. Уравнение относительного движения по оси (,, направленной вдоль лопатки, и по оси п, направленной перпендикулярно' 1 к лопатке, имеют следующий вид (верхние знаки обозначают движение частицы от оси шнека, нижний -к оси шнека):

Рис.5. Силы, действующие на частицу, находящуюся на лопатке

- и -

(

т — = - вз1лал у ГТР + Гцссе0

йЬг (9)

а2*

ш - = N - ГцгалЗ + Гис - всозал ,

где йл - угол меэду линией, перпендикулярной к поверхности лопатки, и вертикальной плоскостью, проходящей через ось шнека; О - угол между радиальной линией, проходящей через частицу, и лопаткой. ,.; ,-<]ит|

-Исследовано движение частицы без отрыва от лопатки

-=0

Движение частицы в отрицательном направлении оси % происходит при небольшой частоте вращения шнека, которая недостаточна для транспортирования вороха в РВС. В дальнейшем было радамотре-но движение частицы вороха в положительном направлении.оси

В случае установки радиальных лопаток (0=0; йл=!р-я/2) получено дифференциальное неоднородное уравнение второго порядка:

í, + 2fiw0£, - ü>o2í, = gcosip - figsin? + й)02Г ,

(10)

где ГI-' коэффициент трения частицы о поверхность лопатки; г -радиус вала шнека.

Его решение имеет вид: "

г,=с1ек^+с2ек21-г+-- [соз(Фо+«01)- (Г12-1)+2Г132п(ч)о+и)о1)3,

2«о2(1+1Ч2) г- , (и)

где у-->-

ка = ь>о№гг + 1 - кг - - + 1 +

Постоянные интегрирования С1 и сг определены из начальных условий (при 1=0 ф=фо. 4=0, 4=0): т V

е.

соэФо г----- + 2£Ч - . .

С2 =

2w0(l+fl2) 2fiki

4 «о* " «о

- Simpo

«о

+ fl

f,2- 1

+ .rki

ki - k2 ,

Е

С1 = - [С05фо(1 - - гГ^Лфо} + г - С2 .

2ш02(1+Г12)

На траекторию частицы значительное влияние оказывает угол Фо. который определяется конструктивным выполнением кожуха сепаратора. При угле (ро=60° для частицы, находящейся у вала шнека, частота вращения 200 и 250 мин-1 оказалась недостаточной для схода с лопатки - она повторно увлекается лопаткой (рис.6). Приняли: угол наклона стенок кожуха должен быть не менее 45° (из условия перемещения вороха к шнеку сепаратора); частица вороха должна сойти с лопатки до начала решета, т.е. при ¿,-Я-г должно быть выполнено условие -

Ф=Ч>о+<»оЬ < 4>к . (12) где Фк - угол поворота лопатки, при котором она пересекает начало решета сепаратора.

По формуле (11) с учетом условия (12) на ПЭВМ определены частоты вращения шнеков для различных углов <р0 при Фк=300°. Ми- " нимальная частота вращения шнека, обеспечивающая сход вороха с лопатки, при <р0=45°, 0=0,15 м и (1=0,042 м равна 167 мин"1.

Шаг лопаток определен из условия равномерного распределе-' ния вороха по решету:

Бл = В + Р-з1пу0-с1ето» (13)

где В - ширина лопатки; у0- угол, определяющий начало решета относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось шнека; Го ~ средний угол между, направлением движения частицы до оси шнека и образующей решета (определяется по уравнению (7)).

Шаг лопаток, рассчитанный по формуле (13) при-В=45 мм, (?=75 мм, у0=45°, То=44,42° (скорость воздушного потока - 3,2 м/с,

Рис.6. Траектории абсолютного движения частицы при п, мин-1: 1 - 200; 2 - 250; 3 - 300; 4 - 350

скорость витания соломистой частицы - 5,0 м/с), равен 99,1 мм.

При использовании винтового транспортера в системе очистки необходимо, чтобы его производительность была больше подачи мелкого зернового вороха. При установке лопаток на шнек сепаратора образуются пассивные области, в которых ворох перебрасывается через вал. Поэтому объемная секундная производительность вороха в сепараторе определена по формуле, предложенной А.М.Григорьевым;

7Г- (Б2 -

, Чуш =---Б-П-ф-фп , (14)

240

где п - частота вращения шнека; $ - коэффициент заполнения; Фп -коэффициент производительности:

В -

Фп = к-С1--) . ' (15)

где к - поправочный коэффициент.

С учетом основных положений, изложенных ранее, предложена принципиальная схема очистки с РВС ( а.с. N1701165 и патент РФ N2002401), представленная на рис.7.

2 5 6

Рис.7. Очистка с РВС: 1 - шнек; 2 - лопатка; 3 - решето; 4 - дополнительный патрубок вентилятора; 5 - перегородка; 6 - укороченная транспортная доска; 7 - направитель; л 8 - надставка; 9 - воздушно-решетная очистка

- -

- Наиболее приемлемым вариантом для зернокомбайна с пропускной способностью 6,0 кг/с и с шириной молотилки 1200 мм является РВС, состоящий из четырех шнеков с диаметром и шагом равными 0,15 м. Требуемая производительность одного шнека (0,0054 м3/с) при принятых максимальном отношении В/Зд=0,6 и ф=1 обеспечивается при частоте его вращения - 330 мин-1. Угол наклона стенок кожуха принят равным 45°. Для равномерного распределения вороха по поверхности решета центр решета каждой секции сепаратора в поперечной плоскости смещён относительно продольной оси сепаратора на угол в 25° (определен по уравнению (7) в соответствии с принятыми параметрами сепаратора). Рассчитана ширина решета сепаратора - 0,84 м.

О целью повышения эффективности сепарации зерна инеки установлены поочередно с правой и левой навивками винтовых поверхностей. В этом случае зерновой ворох, подбрасываемый лопаткой, частично попадает под действие воздушного потока соседней секции сепаратора. Подача воздушного ротока осуществлена через дополнительный патрубок вентилятора. В основном патрубке вентилятора установлен направителъ, распределяющий воздушный поток между верхним и нижним решетами очистки. Для транспортирования зерна, выделенного из вороха на решете РВС, применена укороченная транспортная доска с приводом от'двуплечего рычага.

В третьей главе' изложены программа и методика экспериментальных исследовании;* определены физико-механические свойства мелкого зернового вороха; подтверждены теоретические зависимости, полученные в предыдущей главе; исследована сепарация зернового вороха в РВС и оптимизированы его параметры; обоснованы параметры вентилятора очистки с РВС и регулировочные параметры экспериментальной очистки.

Исследование сепарации зерна в РВС,проведено на лабораторной установке, представляющей его секцию.

В экспериментах использовали мелкий зерновой ворох, полученный комбайном СК-5 "Нива" при раздельном способе уборки. При анализе определялись: фракционный состав соломистой части вороха; аэродинамические свойства частиц вороха (средняя скорость витания сбоины - 5,0 м/с); фрикционные свойства компонентов вороха (коэффициент трения движения Г соломистой фракции по стальной поверхности в зависимости от влажности V/ (в %) равен

Г = 0,556 - 0,765 / И, (16)

а приведенный коэффициент трения движения соломистой фракции по решету равен 0,81 при среднеквадратическом отклонении - 0,07).

Траектории движения вороха по решету сепаратора исследованы в секции решетно-винтового сепаратора с помощью киносъемки, которую проводили кинокамерой Киев 16С-3.

В результате просмотра кинопленки на кинопроекторе "Украи-на-5" выявлено: при перемещении шнеком частицы преимущественно ориентируются вдоль винтовой поверхности; с ростом подачи воздуха размеры пучка увеличиваются.

Траектории движения пучка вороха определяли дешифровкой киноленты. Для сравнения рассчитан по формуле (7) угол г при условиях, которые были в опытах. Расчетные значения удовлетворительно совпадают с экспериментальными при движении вороха до оси шнека (ошибка не превышает 5,9 %).

Отсеивающими экспериментами по методу насыщенного плана Плакетта-Бермана выявлены факторы, значимо влияющие на сепарацию зерна в РВС: подача вороха д, содержание соломистой фракции С, влажность вороха V, диаметр отверстий решета с!о, шаг лопаток Бд, средняя скорость воздуха на решете и.

Однофакторными экспериментами подтверждена гипотеза об улучшении сепарации зерна при равномерном распределении зерна по решету, достигаемого установкой на шнеках лопаток с рациональным шагом- - наименьший сход зерна с решета при подаче вороха 0,7 кг/с и средней скорости воздушного потока на решете 0 и 3,2 м/с был при шаге лопаток 100 мм, что Ьовпадает с теоретическим шагом (ошибка равна 0,9 %). Установлены уровни варьирования факторов при планировании эксперимента: подача вороха XI - 0,5; 0,6; 0,7 кг/с; содержание соломистой фракции Хг ~ 20; 25; 30 %; диаметр отверстий решета Хз - 9; ' 12; 15 мм; ширина лопаток Х4 -25; 50; 75 мм; средняя скорость воздуха на решете Х5 - 2,8; 3,3; 3,8--м/с. Остальные факторы закреплены наследующих уровнях: влажность вороха - 10,2 % ; шаг лопаток - 100 мм; частота вращения шнека - 250 мин-1; угол наклона воздушного потока к решету -10°. За критерий оптимизации У1 принят сход зерна с решета, а содержание соломистых примесей в проходовой фракции принято за ограничивающий выходной параметр Уг-

В результате проведения эксперимента по композиционному, симметричному, трехуровневому плану (эффективность по D-критерию еШ)= 0,927) и дисперсионного анализа получены уравнения регрессии, адекватно' описывающие разделение зернового вороха в РВС (расчетные критерии Фишера - F>/yí+í=1,52; Гуг = 1,68, табличный критерий - FTa6=l,70):

Al+i = 2,372 + 0,062 Xj2+ 0,137 Х22+ 0,055 Х32- 0,078 Х52+ + 0,482 Xi+ 0,708 Х2~ 0,479 Х:г 0,209 Х4- 0,383 Х5+ (17) + 0,187 XiXg- 0,110 Х1Х3- 0,051 Х1Х4- 0,213 Х1Х5+ +0,093 XzX4- 0,106 Х2Х5- 0,038 Х3Х4+ 0,238 Х3Х5+ 0,202 Х4Х5;

Ч'г = 5,41 - 0,17 Ха2- 0,19 Хз2*- 0,16 Х42- 0,39 Х52- 0,15 Xi+ + 0,93 Хм'"1,4.0 Хз+ 0,86 Х4- 2,12 Х5- 0,17 ХаХ2-- 0,11 Х1Х3+ 0,23 Х2Х3+ 0,24 Х2Х4- 0,16 Х0К5+ (18)

+ 0,21 Х3Х4- 0,54 Х3Х5- 0,39 Х4Х5 .

Оптимальные конструктивные параметры РВС (Х3, Х4, "Х5) при фиксированных технологических факторах (Xi, X>¿) и ограничении по Y¿, определялись методом неопределенных множителей Лагранжа с последующим решением полученной системы уравнений методом градиента на ПЭВМ. Оптимальные параметры РВС для комбайна с пропускной способностью 6,0 кг/с (подача вороха в одну секцию РВС равна 0,68 кг/с, максимальное содержание соломистой фракции - 26,7 %) при ограничении по содержанию соломистых примесей в проходе 5 % равны: диаметр отверстий решета - 15 мм; ширина лопаток - 60 мм-, скорость воздушного потока - 3,7 м/с. В дальнейших исследованиях диаметр отверстий решета сепаратора, из-за недопущения прохода через решето колосков и крупной части сбоины, приняли равным 12 мм.

Обоснована конструкция двухрукавного центробежного вентилятора. С целью снижения неравномерности воздушного потока в дополнительном патрубке вентилятора установлена перегородка 5, см.рис.7.

Оптимальные регулировочные параметры очистки ( частота вращения крыльчатки вентилятора xi, положение направителя воздуха в основном патрубке вентилятора, оцениваемое отношением расстояния от направителя до дна патрубка к высоте патрубка xz, зазоры меж-

ду жалюзями верхнего хз и нижнего решет Х4 ) определяли на лабораторной установке с помощью метода планирования эксперимента. За выходные параметры приняты: У1 - потери свободным зерном (параметр оптимизации), уг - содержание соломистых примесей в бункерном зерне, уз - сход зерна в колосовой шнек. Установлены уровни варьирования факторов: XI - 620; 670; 720 мин-1; хг -0,25; 0,35; 0,45; хз - 9; 12; 15 мм; х^ - 6; 9; 12 мм. Технологические факторы оставались постоянными: подача вороха на очистку - 4,3 кг/с; средняя влажность вороха - 10,2 X; содержание соломистой фракции в ворохе - 30 %. Частота вращения шнеков равна 330 мин-1.

В результате реализации композиционного, трехуровневого плана получены уравнения регрессии:

У1 = 0,36 + 0,05X1 0,05X2 - 0,03х3 - 0,05X4 ; (19)

у2 = 1,49 - 0,23X1 " 0,10X2 + 0,13х3 + 0,43х<1 ; (20)

УЗ = 8,28 + 2,56X1 + 1,47X2 " 0,88х3 - 2,62X4 . (21)

Дисперсионный анализ показал, что уравнение (19) неадекватно описывает процесс по критерию Фишера, кроме этого, во всех уравнениях межфакторныевзаимодействия оказались значимыми. Поэтому, учитывая, что уравнения регрессии дают верное направление движения к оптимуму, для оптимизации параметров применен метод крутого восхождения. В результате определены регулировочные параметры очистки с РВС при содержании соломистых примесей в бункерном зерне 2 I: частота вращения вентилятора - 660 мин-1; положение налравителя воздуха - 0,3; зазор между жалюзями верхнего решета - 12,5 мм; нижнего решета - 9,5 мм.

В четвертой главе приведены результаты сравнительных лабораторных и лабораторно-полевых испытаний, направления совершенствования и расчет экономической эффективности применения экспериментальной очистки.

Лабораторными испытаниями выявлено преимущество экспериментальной очистки над эталонной, особенно при повышенных' подаче вороха и содержании соломистой фракции. Так, при подаче зернового вороха 2,2 кг/с потери зерна за эталонной очисткой составили 0,13 %, а за экспериментальной - 0,18 %, а при подаче 5,7 кг/с -2,37 и 0,91 % соответственно. Пропускная способность эксперимен-

тальной очистки при уровне потерь зерна 0,5 % оказалась выше в 1;27 фаза. Содержание сорной примеси в бункерном зерне в сравниваемых очистках находилось на одном уровне. Наименьшие потери зерна за экспериментальной очисткой ,(0,19...0,23 %) были при влажности вороха 16...26 %. При поперечном наклоне молотилки 8° пропускная способность экспериментальной очистки" при уровне потерь зерна.£), 5 % выше эталонной в 1,48 .¡раза.

Предварительные лабораторно-полевые испытания были проведены в 1990 г. на поле совхоза "Санниковский" Алтайского края, а в 1991 г на Алтайской МИС (ст. Поспелиха Алтайского края) проведены .сравнительные лабораторно-полевые испытания зксперименталь-

'V.J.' I,

ной очистки. Показатели условий испытаний: урожайность пиемии»; сорта Омская 9 равнялась 23,7 ц/ra при коэффициенте вариации 15,5 %; засоренность культуры над фактической высотой среза варьировала в пределах 12,5±4,3 %•, влажность зерна и соломы соответственно - 11,4 и 9,5 отношение массы зерна к массе соломы'над фактической.высотой среза - 1:0,87.

:. Лабораторно-полевыми испытаниями установлено, что при одинаковой подаче зернового вороха экспериментальная очистка имела потери свободным зерном в 2,9...4,9 раза меньше, чем эталонная, а чистота бункерного-зерна -и количество дробленного ..зерна в сравниваемых очистках отличались незначительно. При приведенной подаче хлебной массы 5,0 кг/с потери свободным зерном и недомолотом за эталонной очисткой составили 0,41 а за экспериментальной - 0,22 Годовой экономический эффект от производства и использования комбайна с экспериментальной очисткой за счет снижения потерь зерна равен 446312 руб.

■'' Выявлены и частично реализованы-направления совершенствования очистки с РВС: интенсификация выделения зерна в РВС (патент РФ N.':o38739)); улучшение структуры воздушного потока,; подаваемого на решета очистки (патент РФ N2017384); .. разработка устройств для домолота вороха, поступающего в..,колосовой шнек (патент РФ N2000045); разработка приспособлений для снижения потерь,, зерна за очисткой при работе комбайна на пологих склонах (при поперечном наклоне молотилки 11,9° потери зерна за очисткой с РВС и двухсекционным решетом ( патент РФ N2058710) составили 0,32 X, что ниже, в сравнении с эталонной очисткой (4,49 %), в 14,0 раз).

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Система очистки в зерноуборочных комбайнах является узким местом, ограничивающим дальнейший рост их пропускной способности. Предложено интенсифицировать сепарацию зерна, заменив транспортную доску на узел предварительного разделения зернового вороха, выполненный в виде решетно-винтового сепаратора. Предложено ' в решетно-винтовом сепараторе воздействовать на зерновой ворох лопатками, установленными, на шнеке, и воздушным потоком, равномерно распределяя ворох по поверхности решета. ......

2. Выявлены закономерности движения вороха, вероятность прохода частиц 'сквозь решето, условия равномерного размещения вороха по решету, а также получена математическая модель сепарации зерна, позволяющие обосновать параметры сепаратора. Решетно- винтовой сепаратор в зерноуборочном комбайне, с пропускной способностью 6,0 кг/с и с шириной молотилки 1200 мм целесообразно выполнить из четырех шнеков диаметром и шагом 0,15 м, с частотой вращения 330 мин"1. Диаметр отверстий решета 12 мм, ширина лопаток 60 мм, шаг лопаток 100 мм, скорость воздушного потока на решете 3,7 м/с. Обоснована конструкция двухрукавного центробежного вентилятора.■ Регулировочные параметры предложенной очистки при содержании соломистых примесей в бункерном зерне 2 %: частота вращения вентилятора 660 мин-1; отношение расстояния от дна патрубка до направителя к высоте патрубка вентилятора 0,3; зазоры между жалюзями верхнего решета 12,5. мм, нижнего - ..9,5 мм.

3. Лабораторными испытаниями установлено, что пропускная способность экспериментальной очистки при уровне потерь зернь О,5 £ выше эталонной в 1,27 раза. Содержание сорной примеси в бункерном зерне в сравниваемых очистках находились на одном уровне; Повышенный сход вороха в колосовой шнек в экспериментальной очистке вызван большой загрузкой нижнего решета. Наименьшие потери зерна за экспериментальной очисткой (0,19..0,23 £) получены при влажности вороха 16... .26 При поперечном, наклоне молотилки 8° пропускная способность.^экспериментальной, очистки выше эталонной в 1,48 раза. Применение очистки с решетно-винтовым сепаратором . в сочетании с,двухсекционным верхним решетом снижает потери свободным зерном в полове при поперечном наклоне молотилки 11,9°, в сравнении с эталонной очисткой, в 14,0 раз.

Лабораторно-полевыми .испытаниями установлено, что при приведенной подаче хлебной массы 5,0 кг/с потери свободным зерном и недомолотом за эталонной очисткой составили 0,41 %, а за экспериментальной - 0,22%.. Годовой.экономический эффект от производства и использования комбайна с; экспериментальной очисткой за счет снижения потерь зерна равен 446312 руб,

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Сороченко С.Ф., Семенов В.Ф., Терехин C.B. Результаты лабораторно-полевых испытаний комбайна СК-5М "Нива" с экспериментальной очисткой // Сибирский вестник с/к науки.- 1992.- N3,-С.129-131.

2. Семенов В.Ф.Сороченко С.Ф. Интенсификация систем очистки зерноуборочных комбайнов // Труды Алт.. гос. техн. ун-та им.И.И.Ползунова: Выпуск 1.- Барнаул, 1993. - С.103-110.

3. Салеев Ф.И., Сороченко С.Ф. Исследование вентиляторов с дополнительным нагнетательным патрубком // Тезисы докл. межд. науч.-техн. конф. / Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении.- Рубцовск, 1994.- С.228-229.

4. Семенов В.Ф., Сороченко С.Ф. Результаты испытаний экспериментальной очистки зерноуборочного комбайна // Тезисы докл. межд. науч.-техн. конф./ Совершенствование рабочих органов сельхозмашин и агрегатов Барнаул, 1994.- С.34-35.

5. Семенов В.Ф., Сороченко С.Ф., Фролов A.M., Эбель В.А. Ре-v зультаты стендовых испытаний очистки для работы комбайна на

склонах // Тезисы докл. науч.-техн. конф. / Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении.- Рубцовск, 1994.- С.235-237.

6. Сороченко С.Ф. Вероятность прохода частиц зернового вороха через решето винтового сепаратора // Тезисы докл. межд. науч.-техн. конф./ Совершенствование рабочих органов сельхозмашин и агрегатов .- Барнаул, 1994.-С-40-42.

7. Сороченко С.Ф. Определение оптимальных регулировочных параметров очистки зернокомбайна с решетно-винтовым сепаратором // Тезисы докл. межд. науч.-техн. конф. / Проблемы автоматизации и технологии в машиностроение.-. Рубцовск, 1994,- С.235-237.

8. Сороченко С.Ф., Салеев Ф.И., Фролов A.M., Гарифуллин 0., Горбунов A.M. Исследование вентилятора ветрорешетной очистки с

- gl -

PBC // Тезисы докл. межд. науч.-техн. конф./ Совершенствование рабочих органов сельхозмашин и агрегатов .- Барнаул, 1994.-С.38-40.

9. Семенов В.Ф., Сороченко С.Ф. Очистка зерноуборочного комбайна // Тезисы докл. межд. науч.-техн. конф./ Вузовская наука на мевдународном рынке научно-технической продукции.- Барнаул, 1995.- С.55.

10. Исследование процессов двухпоточной очистки зерна и разработка оборудования, обеспечивающего снижение потерь зерна на пологих склонах: Отчет о НИР (заключительный) / ВНТИЦентр; Руководитель В.Ф.Семенов, отв. исполнитель С.Ф.Сороченко, исполнители Ф.И.Сапеев, A.M! Фролов - N ГР 01960001352; Mhb.N 0296000907,-Варнаул, 1996.- 54 с.

11. А.с.1701165 СССР, МНИ5 A01F12/44. Зерноуборочная машина / Сороченко С.Ф., Семенов В.Ф., Терехин C.B., Черняев Р.В., Шадрин В.П. -Опубл.30.12.91, Бюл.N48.

12. Пат. 2000045 РФ, МНИ5 A01F7/00, 12/44. Молотилка зерноуборочного комбайна / Семенов В.Ф., Сороченко С.Ф., Терехин C.B., Эименс С.П.- Опубл.07.09.93, Бюл.N33-36.

13. Пат. 2002401 РФ, МКИ5 A01F12/44. Молотилка /Сороченко С.Ф., Семенов В.Ф.- Опубл.15.11.93, Бюл.N41-42.

14. Пат. 2017384 РФ, МКИ5 A01F12/44. Вентилятор зерноочистительного устройства /Салеев Ф.И., Гулый В.А., Гулая И.М., Сороченко С.Ф. - Опубл.15.08.94, Бюл.N15.

15.' Пат. 2033739 РФ, МКИ5 A01F12/44. Сепаратор зернового вороха / Сороченко С.Ф.-, Семенов В.Ф. - Опубл.19.07.95, Бюл.N19.

16. Пат. 2058710 РФ, МКИ5 A01F12/44. Решетный стан очистки зерноуборочного комбайна / Сороченко С.Ф., Семенов В.Ф., Збель В.А., Терехин C.B.- Опубл.27.04.96, Бюл.N12.

Подлцсдно в печать 21Л 1.96. Формат 60x84 1/16. Тираж 100 экз. Заказ 96 -£~8

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, 656099. г. Барнаул, пр-т Ленина, 46.

Отпечатано в типографии АлтГТУ.