автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологические параметры воздушно-решетной очистки с вогнутым профилем жалюзи решета

МОСКОВСКИЙ ОРДИ1Л. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ИМЕНИ В.П.ГОРЯЧКИНА

На ппавах рукошгси

' I I

ЯНУКОБ Николай Вадимович

ТВШОЯОГИЧЕСШ ПАРАМЕТРЫ ВСЩУШ)-РЕШЕГНОЯ ОЧИСТКИ С' ВОГНУТЫМ ПРОФИЛЕ?.! ЕЛЛОЗИ • РЕШЕТА

Специальность - 05.20.01 - Механизация с е л ьс ко хозяйств с-;г-

ного производства

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1093

Работа выполнена на кафедре уборочных машин Московского ордена Трудового Красного Знамени института' инженеров' тседьско-хозяйсгвсннсго производства шени В.П.Горячкина (МШСЛ).

утаьй руководятоль: доктор технических наук, •

профессор 1СЛЕШШ Н.И.

Официальнаэ оппо:шгты:_ доятор технических наук, ,

зав.лабораторией НПО ВИСХОМ РУСАНОВ Л.К. .

кандидат технических наук, с.к.с. . ГОЛУЕЗВ В.Д.

Ьодущел организация - Центральная мапшюиспитатсльнал

■ станция (ЦМИС г,Солнечногорск).

Зацста состоятся "_" _|__ 1993 г. 'в _ча

из заседании спуд'Л&лкз/.раванного Совета 2)120.12.,О2 в Московок орде;« Тдедояого Красного Зиамони институто ин/кенэрод' о&льоко-хоаяАство.'Шого производства ш.В.П.Горячкина.

С дтесортаишй можно ознакомится в библиотека института.

Автореферат разостлан "______._ 1993 г.

Ваши отзиви на автореферат в двух экземплярах с подписями, завэрвинши печатью, п.росш направлять по адресу: 127050, Москва, ул,Тимирязевская, 58, МИИСП, Специализированный Совет,

Учений секретарь слоциализихювашюго Совете, к.т.и., доцент

Солдате нков В.В.

Научныо исследования, направленные на повышение качественных показателей работы, в основном касаются изменения габаритов решет, распределения воздушного потока и показателя кинематического рижгела. Влиянию формы калтози на интенсивность знделения зерна из ворохи не уделено должного внимания в научном поиске. Еалгозийпые элементы рошет различных комбайнов по основным параметрам мало отличаются друг от друга.

Поэтому повышение эффективности оазделения соломистого вороха за счет изменения форм налюзк одно из предпочтительных направлен^, оно но требует значительных изменений в конструкции очистки.

Обоснование параметров и разработка воздушо-решетной. очистки с вогнутым профилем жалюзи является целью настоящей работы.

В соответствии с поставленной целью бичи опредодопн следующие задачи исслодовашш:

- обосновать и разработать форму жалюзи, соответствующую аэродинамическим требованиям выделения аорпа из вороха;

- установить закономерности изменения показателей работы экспершентальной воздушно-решетной очистки от сё основных параметров, воличины подачи и технологических сзойств соломистого вороха;

- провести сравнительные исследования экспершентальной и серийной очисток;

- оценить экономическую эффективность от применения в зерноуборочном комбайне экспериментальной очистки.

Во второй главе приведены теоретические исследования воздушного потока при рааличном профане решет. Условия обтекания калю зи зависят от формы и величины элемента жалюзи, расстояния между ними, угла установки, а тагаяе величины и направления скорости воздушного потока. .

Кинематика воздушного потока в очистке комбайна слозшый процосс. Он зависит от многообразия факторов. Жалюзи решет оказывают существенное ллияпио.па параметры воздушного потока, а последний на показатели-разделения примесей и зерна.

Рассматривая (рис. I) воздействие возданного потока в очистке комбайна па экспериментальные и серийные палюзн решета, приняли следующее:

- поверхность экспершентальной яалюзи гладкая с постоянной кривизной профиля; ' ,

решгткц

2>

а.

Г

Пи П2Ь

Г И- Уса

В

С".

Рис. I. Схо:,ш розеток профилей: а - экспериментального рспета; б -

серийного решета.

- экспериментальные малюзи расширяются от входа воздушного штока к выходу;

- серийные жалюзи сужаются от входа к выходу;

- воздуюнь'й поток, проходящий через решёта,но изменяется с течением времени, т.е. он стационарен;

- поток воздуха в пространстве меэду элементами жалюзи несжимаем я неразрывен. __ у

Пусть слорость на входе в решето Ui , а на выходе l/z , а скорость на поверхности калюзи длиной ¿~

• ■ Положение и форма профиля решетки, а также воздушного потопа характеризуется следующими парамотрами:

- средней линией профиля (геометрическое место центров вписанных в профиль окружностей); ,

- углом cL атаки (угол между вектором скорости l/j и касательной к средней линии профиля на входе или угол мезду и нижним щитком элемента жалюзи); ^

- углами на входо _fit и на выходе ■ flz (угли мо;зду направлением скорости на входе Vï и выходе ^г в решетку и её фронтом ). а

Изменения углов Сл. -¿^/У/и J г от зазора oip мезду гребенками ворхнего рошота приведены в таблице I. Из таблицу I видно, что с увеличенном зазора Sffi мевду жалгааямк (гребенками) угол с*. атаки увеличивается у обеих решет практически с одинаковой интенсивностью, но у экспериментального решета абсолютная величина • угла в 3,5...4 раза меньше чем у серийного: С увеличением угла атаки cL 'серийного решета ухудшаются условия входа воздушного потока в меклеалющишюе пространство. За шжннм щитком калызнй-ного элемента возникает разряжение и происходит завихрение пото-' ка, из-за ^нго уменьшается расход воздуха через решето. Это приводит к уменьшению скорости V по профилю кадюзи и на выходе из решёта, а последнее к недостаточному, разрыхлению и вспушиванию соломистого вороха. При отом увеличиваются потери зерна за очисткой.

С увеличением угла (к- в экспериментальном решето условия входа воздушного потока в можжолюзийпое пространство но ухудшаются, т.к. при максимальном зазоро S= 22 мм угол ci составляет лишь 20°. Воздушный поток плавно входит в меккалюзнШюо пространство, не создавая завихрений. Происходит 'активное разрых-

лакие и вспушивание соломистого вороха, что в конечном счете приводит к умекьиекиа потерь за очисткой.

« в . Таблица I.'

Параметры углов (jL , JJi к Угг в зависимости от изменения зазора Sip между калюзями решет

о". т ......,-...... - ; Серийное реаето j Экспериментальное решето

. üfy i I Jt, 1 А, i ! А ! Л

• ш ! град ! !' гоад ! 1 I град ! град ! град ! град

19-22 65-70 55-60 17-20 . 46 87-90

16 ' 49 75 45 8 34 ■ 75

13 39 65 35 0 26 . 65

10 29 55 25 10 • • 15. - 55

От величины и направления скорости воздушного потока на выходе из ренета зависят: кинематика зерна в меяаалюзийном пространстве; транспортирование вороха по решету; вццуванке легкой части примесей. у.

Из скорости ¿/2 (рис.1) выразим оё составляющие по осям

X - (Ъх) 1С У- Ш

Согласно уравнении неразрывности плоского потока, имеем '

' /17^ = /ЯЛ ,

аде

(I)

ß - плотность воздуха;

- шаг решета;

- проекция скорости "2Л на линию, перпендикулярную фронту роиеткк;

^у - проекция скорости на линию перпендикулярную фронту решетки. Из рис.Г и принятого условия

= tt-ÖLnßz;

Тогда

VrJinßi öcn ß?

(2)

Проекция скорости на ось У будет: 77 - ^ •

i V**- 15infit ' !

(5)

(6)

По выражениям 3...6 и материалам табл.1 рассчитали величину скорости Vz и проекции Z^x, Urn и при различных за-

зорах Sip медцу жалюзями решет. Результаты расчета сведены в .таблицу 2.

Таблица 2.

.Измененио величины скорости воздушного потока от зазора Ssp менду жалюзями ( = 0 м/с)

мм ! ' " j м/с ! { м/с г 1' -.........г .1 м/с } м/с ! | м/с 1 i м/с

20-22 3,4/7,5 0/5,4 3,4/5,4 3,9/5,4 3,2/0 3,4/5,4

16 5,2/7,9 1,3/6,6 5,0/4,5 7,0/4,7 5,1/1,2 5,0/4,5

13 6,2/8,0 2,6/7,1 5,6/3,5 9,8/3,8 8,0/1,6 5,6/3,5

10 7,2/7,8 4,1/7,7 5,9/2,1 14/2,6 12,6/1,5 5,9/2,1

серийное рсшето/окспериментальное решето

Профили решеток, образованные жалюзями, обтекаются воздушным потоком. При этом образуется поле скоростей. Указанное' поле названо циркуляцией скорости. От циркуляции скорости возникают вихри а межжалюзкйнсм пространстве, от ней зависят скорости на выпуклой ТЙкп и вогнутой %>г сторона жалюзи.

поверхности жалюзи

па

Скорости*выпуклой' V/нл и вогнутой определяли из следующих уравнений: для экспериментального решета

шюнтальшго решета „ ^ г> ■ 017

17 i7i - №(счЛ'&$А)1. с?) 1ип~ 2 U

^Ш '

(8)

О)

I

(.10)

дая серийного решота _ , „ .п

1Ъ _■ Уг^гЫ^А-СьзА)] .

УСмп " -пир >

( С п I |

.7т .й А)]

где р) - висота профиля решетки; __

. С - длина дуги контура профиля. ■ ' ■

По уравнениям 7...Ю рассчитаны (табл.3) скорости на и вогнутой сторонах профилей жалюзи.

Й Таблица 3.

. __________„ «ЛИ вогнутой

стороне профиля жалюзи

3&р, КМ ■ т~-------------------------------- -■{Серийное жалюзи 1 {Экспериментальное ¡калюзи

.! м/с ! м/с ! м/с. ! м/с

20-22 4,5 3,5 7,6 ; 4,9

16 6,7 5,0 6,7 4,0

: 13 7,9 5.2 5,5" . 2,7

10 ■ 9,0 4,9 4,1 0,78

Из табл.3 видно, что с увеличением зазора .5/^ мевду ка- ' лизяз.га скорости на выпуклой и вогнутой 1/Ц0г. сторонах про-

филя серийной гребенки уменьшаются, а у экспериментальной увеличивается.

Ток, при' - Ю, 13 и 16 ш скорость Щип на вшук- '

лой стороне серийной жалюзийной гребенки превосходит допустимую скорость , рекомендованную для решет очистки, при кото-

ром зерно начинает скользить вниз по элементу жалюзи. Часть зерна, поступившего на позорхность калюзи при скоростях - 9, 7,9 и 6,7 м/с, .выносится за очистку. А при - 22 ш зерно скользит вниз по элементу жалюзи, однако недостаточно

разрыхляет и вспушшзает слой соломистого вороха, что приводит к повышенным потерям зерна за очисткой. Кроме того, воздушный поток обдувает слой соломистого вороха иод малым -уголм , из-за чего ворох только транспортируется за очистку.

У экспериментального рокота зорно скользит по вогнутой стороне жалюзи. Так как скорость на вогнутой стороне ка-люзи с увеличенном и угла обдува но превышает ,

то зерно активно скользит вниз, а воздушный поток за счет скорости ^¿„продувает и разрыхляет слой соломистого вороха. Потери зерна в полово при этом уменьшаются по сравнению с серийной

ОЧИСТКОЙ.

В третьей главе приведена программа и методика экспериментальных исследований, описана конструкция экспериментальной очистг ки, дани об параметры, а такие приводятся конструктивные особенности, и параметры экспериментальных яалюзишшх гребенок.

Программа экспериментальных исследований включала:

- опредолонио аэродинамических параметров воздушного потока в надрешотной каморе очистки;

- обоснование оптимальных параметров экспериментальной очистки;

- определение влияния кинематических и конструктивных параметров очистки, состава, влажности и величины подачи вороха на показатели ее работы;

- испытания экспериментальной и серийной очисток.

Для лабораторных исследований использовали соломистый ворох, полученный при обмолото хлебной массы пиошщы "Донская безостая" с влажностью зерна = 10...11%, а незерновой части 12...13£, за исключением тех опытов, в,которых определяли влияние влажности вороха на качественные показатели работы очистки. ,

Экспериментальная установка включала в себя полномасштабную воздуцшо-решотиую очистку с площадью сепарации 3,74-м0 (ширина Е> ~ 1,41, длина 1> = 1,21 м). Ворох подавали на транспортную доску загрузочным транспортером, смонтированным на отдельной раме. Длина транспортера составляла 7,5м, ширина 1,2 м. Скорость движения ленты загрузочного транспортера изменяли от 3,72 до 1,2 м/с. Подачу соломистого вороха на очистку регулировали скоростью движения ленты транспортера и иаменением загрузки вороха на I метр транспортной ленты.

При исследовании репет оценивали величину и направление воздушного потока в камере очистки в зависимости от изменения зазора мезду гребенками. Измерение скорости воздушного потока проводили электронным чашечным анемометром, а такие трубкой Пито-Прантля и микроманометром 1X111-240. Замеры выполняли над решетом в шести точках; по длине, в кавдой из секций на расстоянии 50 мм от осей крепления. Направление главного вектора воздушного потока в камере очистки оценивали по отклонению эластичных лент, соединенных с лепестками жалюзи и по траектории дойке кия .светящихся частиц, движущихся в воздушном штоке, выходящем из камеры вентилятора.

Экспериментальные исследования проводили по методике le 1-83 ПГЛ "Программа и методика испытаний зерноуборочных комбайнов на стенде круглогодичной агрооцонки", а таюхе согласно отраслевому стандарту "Машины зерноуборочные. Программа и методы испытаний. 0CT-70.8.I - 81 г.".

В чтгпог'ГоИ гллг.о представлены результаты сравнительных исследований опытной и серийной очисток. Установлены оптшалыше параметры опытной очистки.

В процессе исследований определяли влия!ше регулируемых параметров, величины подачи незерновой части и влажности соломистого вороха па качество ¡»боты очисток. Оценивали величину и направление воздушного потока в камере очистки в зависимости от открытия жалюзи (от изменения зевора между элементами жалюзи).

'Установлено, что потери Рс зерна с увеличением зазора Sip меаду Еашозягли верхнего.рошота увеличиваются у обоих очисток. Однако, (рис.2) потери /с свободного зерна за очисткой с опытным решетом а 1,5...2 раза меньше,чем за очисткой с серийным решетом. Чистота У зерна с увеличением Sip У очистки с опыт-' ным решетом растет. У очистки с серийным решетом с увеличением Sip от 10...IG мл чистота U зерна растет до 99,2$, а потом снижается до 07%.' Сход ^ * зерна в колосовой шпек с увеличением зазора мовду гребенками у обеих очисток снимается.

Указанное различие в работе очисток объясняется следующим:

I. При увеличении зазора Sip серийного решота угол d, между направлением воздушного потока и плоскостью нижнего щитка жалюзи резко увеличивается, ухудшается условие входа воздуха в меавалазийноо'пространство. Кроме того, за нижним щитком возни-

кает разряжение и происходит завихрение потока. Расход воздуха через решето' уменьшается и воздушный поток теряет способность продувать и разрыхлять слой соломистого вороха..

Рис. 2. Зависимость потерь /с. .и. чистоты U зерна от изменения зазора ^¿р между гребенками верхнего решета:

I - потери зерна за очисткой; 1У чистота зерна.

У экспериментальной очистки с опнтшм решетом при увеличении Sip Угол Ж- увеличивается незначительно ( 20) и воз-

душный поток плавно обтекает элементы жшози, не создавая при этом 'завихрений. Воздушный поток за счет вогнутой формы налози увеличивает угол _Дг обдува слоя вороха. Происходит активное рыхление и вспушивание соломистого вороха. Скорость проникновения зерна через слой вороха и отверстия решета увеличивается.

Изменения угла наклона и зазора между гребенками удлинителя оказывает существенное влияние на потери /с и чистоту U зерна.

Эксперименты показали, что угол наклона удлинителя целесообразно устанавливать в пределах 17.. .22° у серийной очистки и 12...17° у очистки с опытным решетом, а.зазор мевду гребенками удлинителя в проделах 15...10 мм как дли опытного, так и для серийного решет.

■На потери /с ' зерна в полове значительное влияние оказывает (рис. 3) подача неаерновой части соломистого вороха. Из рис.3 видно, что с увеличением подачи ^и незерновой части вороха потери Рс свободным зерном возрастают как у очистки с сорпйнь-г, так.и-с опшчнм решетами. Однако нужно отметить, что [I за очисткой с опытным решетом 2,5,..3,0 раза меньше, чем за очисткой о серийным решетом, что еще раз подтверждает цело-• сообразность применения жалюзи вогнутого профиля и направления главного' вектора воздушного потока к слою вороха под большим • углом -(37...00°).

1,о 1,5 го ■

' Рис. 3. Зависимость потерь /с свободного зерна ' ■ .

от подачи незерновой части вороха.

•'Увеличение влажности соломистого вороха сопровождается 'ростом потерь зерна. Это связано с уменьшенном разрнхлен-пости вороха за счот коэффициента трения его компонентов, а также уменьшения разницы аэродинамических свойств зерна и соломистых примесой. Увеличение влачаюсти с 12 до 39,3^ приволо к повышению потерь зэрна за очисткой с опытным решетом в 5 раз, •с серийным реиетом в 7,5 раза.

При .этом, потори /с зорпа за очисткой с опытным решетом в 2...3 раза шссо, чем с сорийнш решотом.

0 .пятой главе приведены результаты испытаний комбайнов с экспериментальной'и'серийной очистками и расчет экономической ' эффективности. '

Испытания очисток зерноуборочных комбайнов КЗС-З проводили на экспориьтенталыю-исслодовательскоы комплексе ГСКБ г.Таганрога при обмолоте ooiMoii пшеницы "Донская Безостая". Приведенная подача составляла 3 кг/с, влажность Щ зерна 14,8...16,2^, aias-ность Ш солош 5,6...G,О, ^ ы - 0,3...0,7 кг/с.

Определено, что при установке в очистке экспериментального решета минимальные потери ( = О,5Л%) получены при частоте вращения лопастного колеса вентилятора 750 минТ^ц зазоре Sfa мовду элементами калюзи 20 мм. Потери за очисткой с серийным решетом составили 0,74/2 ( Sip- 16 ш, ft ' = 610 мин"-1-), чистота бункерного зерна у обеих очисток в продолах 9S,5..,9U,9/j.

Опыты с экспершенгальнш решетом проводили в зависимости от изменения, зазора Sip мевду яалнзями решета от измененга частоты вращонпя лопастного колеса вентилятора при приведенной подаче Cj^np = 3,0 кг/с. ■

Опыты показали, что потери /с свободным зерном в-полове с увеличением зазора Sip между гробснкАмн рог.ста умонъшлются. Потери /с при Sip = 16 мм, составите 1,7;«, а при Sf/> = 22 мм -■ 0,7$. С увеличением частоты- П вращения лопастного колеса вентилятора с 650 до 750 мин-^ уменьшаются потери fc с 1,13 до т.о. в 2,3 раза, а потом начинают возрастать.

Расчет экономической эффективности проведен согласно методическим рекомендациям ШШСПа. За базу для сравнения принят зерноуборочный комбайн КЗС-З, так как экспериментальная очистка . была введена в его конструкцию.

В основу определения экономической эффективности при уборке у'рояая озимой пшеницы "Донская безостая" положены основные нормативные данные по загрузке комбайна. Расчет по сравниваемым-вариантам проводили по фошуле.

. о Рг'Зг

где - экономический эффект от внедрения эксперименталь-

ной очистки за расчетный период (0 лет); fj, - ноизмелная по годам расчетного пориода стоимость приводонпых затрат на уборке урожая;

" Зг ~ неизменные по годам расчетного периода затраты при использовании средств механизации на уборке пшеницы;

ff - коэффициент реновации - 0,0874;

Еи ~ нохматившй коэффициент капитальных влаянпйй - 0,'.

Расчетам, определено, что экономический эффект от внедрения экспериментальной .очистки за расчетный!период составил 2S5S24< руб. '• 1

В U В О Д Ы

1. В зерноуборочных комбайнах наибольшее применение получи, воздушно-решетные очистки с налюзийными решетами. Они обеспечив; ют пропускную способность (потери fl ~ 0,5%) 1,0 кг/с. соломисач го вороха на-1 х? -площади 'верхнего рошота. "

2. Воздушно-ропотная очистка ограничивает пропускную cnocot ность зерноуборочного комбайна. Калюзийше элементы решет различных-комбайнов по основным параметрам и форме но отличаются друг от друга. Потери зерна в полове составляют в среднем 20$ от общих потерь за молотилкой комбайна.

3. Жалюзи серийных рошот с аэродинамической точки зрения несовершенны, нжняя часть их элементов отклоняет воздушный поток, уменьшает массу воздуха, проходящего через решета, в меясхализийнам пространстве образуются вихревые потоки.

.4. Экспериментальное рошето оказывает мопынео сопротивленш воздушному потоку в сравнении с серийным жалэзийным рошетом, он< устраняет вихревые потоки в моялалюзийном пространстве, что уменьшает повторный выброс зерна в полову.

5. Увеличение зазора Sip между гребенками экспериментального решета с 10 до 22 ш приводит к росту скорости l^z воздушного потока с 2,6 до 5,4 м/с и угла на выходе потока с 55

до 90$, за счет чего увеличивается сепарация зерна. Потори зерна в полове уменьшаются в 2,0 раза по сравнению с сорийным'ре-шотои.

6. Скорость l/h^nа вогнутой стороне жалюзи экспериментального решета но превышает критическую скорость зерна.

7. Потери зерна в полово очисткой с вогнутым профилем жалюзи в 2,5...3 раза меньше, чем-при серийном решете.

0. Сход зерна в колосовой шнек очистки с разработанным решетом в I,G раза меньше, чем в очистке с серийным решетом, а чистота зерна сравниваемых очисток, практически одинакова.

9. Пропускная способность (подача соломистого вороха на I м ширины рсшота при потерях зерна 0,3£) очистки с окспсрп-менталышм рошотом 2,7 кг/с м, что в 1,9 раза выше го сравнении с очисткой, имемцой рсшота со стандартными профилями.

10. 'нршлокешю очистки разработанной конструкции в.. комбайне КЗС-З повшоаот пропускную способность на 2ОТ».

11. Экономический эффект за срок слунбы комбайна с экспо-риментальной очисткой составляет 295 тыс.руб.

Основные' положения диссертации опубликовать а следующих работах:

1. Януков 11.13., Золотов A.A. Исследование влияния форш >халю'зи па аффективность сепарации // Технические средства для Ш1ТОНС1Ш1ШХ технологий се.'1ьскохоачйствсшюго производства: Сб.науч.тр. МИИСП, М., .1991. о. 53-5G.

• 2. Януков II.В. Результаты испытаний экспериментального решета очистки зерноуборочного комбайна // Эксплуатационное обеспечение интенсивных технологических процессов в растениеводстве: Сб.науч.тр. ШЫСИ, ГЛ., 1992. •

3. Януков U.E. Самохин Л.Д. Пропускная способность решета с вогнутым профилем жалюзи //Создание и внодрсиио в производство молотилыю-сопарпрующих устройств зерноуборочных комбайнов: Отчет о ПИР/.1Ш1СП, ВИТПДентр. М., 1991".

'4. Януков Н.В. Экспериментальный исследования воздушно-решетной очистки с новым жалюзийшм решетом //Тезисы докладов межвузовской научно-технической конференции, Уфа, 1992. -с. 25-26.

5. A.C. I7Ü4G87 СССР ГЖИ АОГ Р 12/44. Очистка аксиального зерноуборочного комбайна. / Януков II.B., Клепин H.H., Золотой A.A. - Б.И. й 2. .1992 г.

6. A.C. 1759304 СССР, МКИ А Ol F 12/44. ЗЯалюзиШюо решето / Золотов A.A., Клогаш H.H., Януков II.В., Б.II. й 33. 1992.

7. Решение ВПИИШЭ от 25.0G.9I о выдаче патента по заявке if; 4836956. Жалюзийноо решето / Януков П.В., Золотов A.A. Ксении H.H.