CC BY
9
SCIENCE TIME
■
АНАЛИЗ НОВОГО НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕВАТОРОВ КОРНЕКЛУБНЕУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ
Бойбобоев Набижон Гуломович, Хамракулов Абдурахмат Каримович, Хамзаев Асрорхон Акмалхонович, Наманганский инженерно-педагогический инститиут, Республика Узбекистан
E-mail: hamkarab@inbox. uz
Аннотация. В статье рассмотрены развития конструкции машины для уборки корнеклубнеплодов и обосновании новой конструкции подьемно-центробежно-сепарирующего элеватора машины. Определены закономерностей подъема клубней и процесса центробежной сепарации почвы в элеваторе. В результате установлены необходимую окружную скорость элеватора равной V3 = 3,15 м / с для движения клубни по поверхности центробежного элеватора.
Ключевые слова: машина, клубня, сепарация, почва, элеватор, конструкция, влажность, пруток, масса, встряхивания, полотна, транспортер.
Abstract. The article describes the development of construction machines for harvesting root crops and justifying new design lifting-centrifugal separation of the elevator car. The regularities Lifting tubers and centrifugal separation process of the soil in the elevator. As a result, established the necessary peripheral speed equal to the elevator V3 = 3,15 m/s to move across the surface of the tubers centrifugal elevator.
Key words: machine, tuber, separation, soil, grain elevator, construction, humidity, rod, mass agitation, fabric, conveyor.
Введение
На всех этапах развития конструкции машин для уборки корнеклубнеплодов в центре внимания всегда стоял вопрос улучшения работы сепарирующих рабочих органов, которые должны отсеивать и отделят от клубней картофеля не менее 80 % почвы [1, 2]. Хотя, как в странах СНГ, так и за рубежом созданы работоспособные корнеклубнеуборочные агрегаты, тем не менее проблему сепарации почвы нельзя считать окончательно решенной. Это
I
SCIENCE TIME
I
прежде всего объясняется спецификой процесса уборки потому, что почва, поступающая на сепарирующие рабочие органы уборочных машин, может быть самой разнообразной, в виде сыпучих и мелких частиц комков, пластичной массы и др. Сепарация почвы на прутковых элеваторах существующих машин неудовлетворительна в тяжелых условиях пониженной влажности. В этих условиях по причине плохой сепарации может быть полное нарушение работоспособности уборочной машины.
Различные способы и соответствующие технические решения, направленные на улучшение сепарации почвы, приводят к усложнению конструкции, уменьшению срока работоспособности, в связи с неравномерным распределением нагрузок и к увеличению повреждений клубней, вследствие принудительного механического удара по клубням при встряхивании полотна.
Настоящая работа направлена на устранение указанных недостатков и улучшение эффективности сепарации почвы на прутковых элеваторах корнеклубнеуборочных машин с использованием центробежных сил.
В ранее опубликованных работах рассматривались прутковые элеваторы с центробежной сепарацией, осуществляющие прямоточные движения, и проанализированы процессы сепарации с использованием поля центробежных сил. Приняв за теоретическую основу этих работ, анализируем центробежную силу в элеваторе, осуществляющая движение в противоточном направлении, т.е. на подъемно-сепарирующим прутковым элеваторе.
Цель работы
Целью работы является создание подъемного центробежно сепарирующего рабочего органа корнеклубноуборочной машины, обеспечивающего подъем клубней для загрузки их в транспортное средство без ковшевых или ленточных транспортеров и улучшающего сепарацию за счет использования центробежных сил.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
- изыскание и разработка рациональной конструкции подъемно-центробежно-сепарирующего пруткового элеватора (ПЦСПЭ);
- определение закономерностей подъема клубней и процесса центробежной сепарации почвы в ПЦСПЭ.
По результатам исследований разработан новый подъемно-центробежно-сепарирующий прутковый элеватор, позволяющий существенно улучшить отделение почвы и уменьшить повреждения клубней картофеля.
Новый прутковый элеватор ПЦСПЭ имеет существенные преимущества по сравнению с широко применяющимися в настоящим время в корнеклубнеуборочных машинах сепарирующих прутковых элеваторов со встряхиванием рабочей ветви полотно элеватора и найдет применение в этих
| SCIENCE TIME Щ
машинах. Кроме технологических преимуществ прутковый элеватор с центробежной сепарации позволяет улучшить конструктивные параметры уборочных машин за счет увеличение высоты подъёма и уменьшения угла подъёма рабочей ветви полотна элеватора. Новый элеватор позволяет выполнит машину не только по прямоточной схеме, как это выполняется применяющимися в настоящий время прутковыми элеваторами, но и с противоточным движением потока сепарируемой массы, что уменьшает габариты и улучшает компоновку машины. Клубни, поднимаясь на центробежный элеватор в верх, затем попадают на ленточный транспортер и далее подаются им на загрузочный транспортер, который погружает их в кузов рядом идущего транспортного средства.
Принципиальная технологическая схема картофелеуборочного комбайна КП-2 показано на рис.1. машина состоит из: переднего опорного катка и колес 1, подкапывающих лемехов 2, первого пруткового элеватора 3, второго пруткового сепарирующего подъемного пруткового элеватора 4, направляющего барабана 5 с ребордами 6, ведущего вала второго элеватора 7, подающего ленточного транспортера 8, ботваудаляющего транспортера 9, поперечного загрузочного транспортера 10, ботваотводящей решетки-лотка 11 и ходовых колес 12 [3].
Работа картофелеуборочного комбайна КП-2 происходит следующим образом. Лемеха 2 подкапывает двух картофельных грядки и передают их прутковый элеватор 2, где отсеивается вся почва, причем наиболее интенсивно почва отсеивается при движении массы и элеватора по цилиндрической поверхности барабана 5. Далее клубни и ботва подающим транспортером 8 направляются на ботваудаляющий транспортер 9 и поперечный загрузочный транспортер 10. Ботва редко прутковым транспортером 9 попадается на ботваудаляющую решетку-лоток 11, по которому удаляется из машины на убранное поле. Клубни транспортером 10 загружается в кузов транспортного средства.
Рис. 1 Принципиальная технологическая схема картофелеуборочного комбайна КП-2
| SCIENCE TIME Щ
Новое техническое решение в комбайне КП-2, обеспечивающее получение нового положительного эффекта, является подъемно-сепарирующее устройство, состоящее из сепарирующего-подъемного элеватора 4, барабана 5 с ребордами 6 и подающего ленточного транспортера 8.
Клубни, поднимаясь на центробежный элеватор в вверх, попадают далее на ленточный транспортер, который погружает их в кузов транспортного средства. Между ленточным транспортером на барабане и центробежным элеватором имеется зазор, который устанавливается в пределах 30.. .120 мм в зависимости от почвенно климатических условии и размерной характеристики клубней.
Теоретическое исследования
В теоретическом исследование пруткового элеватора с центробежной сепарацией рассмотренны и проанализированы процессы сепарации почвы с использованием поля центробежных сил. При этом обосновано влияние основных параметров пруткового элеватора с центробежной сепарацией: скорости элеватора, радиуса криволинейного участка и угла обхвата элеватора на сепарацию почвы. Для теоретического анализа использованы расчетные схемы, представленные на рис.2, характеризующие направление сил, действующих на почвенный пласт в прутковом элеваторе с центробежной сепарацией.
Рис. 2 Схема сил, действующих на почвенный пласт в процессе центробежной
сепарации на прутковом элеваторе. а) эпюры силы тяжести и центробежных сил; б) эпюра суммарных сил
Величину полюсного расстояния 1р (рис. 2б), определяющего направление равнодействующих сил тяжести и центробежных сил, определяем по формуле:
П 2
1р = ^ (1)
где: я - радиус криволинейного участка пруткового элеватора, м;
v - скорость пруткового элеватора, м/с;
g - ускорение свободного падения м2/с.
В соответствии с этим выражением определялась зона центробежной сепарации на элеваторе.
При расчетах кинематических параметров цилиндрических вращающихся сепарирующих рабочих органов обычно рассматривают равновесие материального тела, находящегося под действием сил тяжести к центробежной в верхней точке (на вертикальном диаметре) и на горизонтальном диаметре цилиндрического сепаратора (рис.3). в этих положениях уравнение равновесия будет нижеследующим.
1. Для положения тела на горизонтальном диаметре цилиндрического сепаратора в точке I (рис.3):
V2
mg = т — • f
я
откуда получаем V =
М* , м/с (2)
f
mg = — sina< m•— cosa ^
откуда V =
gR
^а , м/с (5)
где а - угол в треугольнике, образованном линиями соединяющими центр
где m - масса тела, кг; v - окружная скорость тела, равная окружной
скорости цилиндрического сепаратора, м/с; R - радиус цилиндра сепаратора, м; f - коэффициент трение тела о сепаратор.
2. Для положения тела в верхней точке на вертикальном диаметре, в точке II (рис.3):
V2
mg = m-2-R
откуда получаем v = jgr , м/с (3)
Рассматривая аналогично положения равновесия клубня картофеля в цилиндрическом сепараторе с прутковой поверхностью в точке I, (рис.3), получим уравнение равновесия клубня относительно прутка I:
D . V2 D
— sin a < m—^ • — 2 R 2
клубня, лежащего на прутке сепаратора, и центры этих прутков (рис.3. точка I):
ctga —
+ d )2 -12
(6)
где - диаметр клубня, м; й - диаметр прутка, м; г - шаг (расстояния)
между прутками, м.
Равновесия клубня в точке II определяется уравнением (3). По уравнением (2) и (4) можно определить окружную скорость цилиндрического сепаратора. Однако установлено, что между критическими точками I и II имеется еще одна точка III (см.рис.3), уравнение равновесия клубня которой имеет вид
D V2 D mg - < m^— • cos a 2 R 2
(7)
откуда
V3 =.
gR
cosa
(8)
где V - скорость клубня в точке 3, м/с.
Уравнение (8) может дать значение скорости большее, чем по уравнениям (2) и (4). Например, в подъемном центробежно-сепарирующем прутковом элеваторе ПЦСПЭ конструкции ВИСХОМ [4] принято г =41,3 мм, й =11 мм, Я= =0,6 м.
Рис. 3 Расчетная схема положений клубня на цилиндрической поверхности подъемного центробежного сепарирующего пруткового элеватора ПЦСПЭ
1
cos« =--(9)
D + d v y
Величина а зависит от диаметра клубня (см. формулу 9). Приняв диаметр
клубня D =60 мм, определим скорости по формулам (2), (4) и (8). Соответственно получим:
V = 2,42 м / с, V = 2,7 м / с, V3 = 3,15 м / с (10)
Выводы
Таким образом, устанавливаем, что для движения клубни вместе с прутками 1 и 2 цилиндрической поверхности сепаратора без опрокидывания относительно прутка 1 (рис.3) необходимо принимать окружную скорость сепаратора по положению его в точке 3, а не 1 или 2 и =3,15 м/с.
Установлено также, что необходимая окружная скорость пруткового полотна подъемного центробежно-сепарирующего элеватора (ПЦСПЭ) зависит от размерно-весевой характеристики клубней.
Литература:
1. Г.Д.Петров Картофелеуборочные машины. М. Машиностроение, 1984.
2. Н.Г.Байбобоев, А.А.Хамзаев, Х.Т.Рахмонов «Расчет кинетической энергии пруткового элеватора с центробежной сепарации» Вестник РГАТУ, Россия. -2015. - С 19-21.
3. Байбобоев Н.Г., Рахмонов Д.О., Хамзаев А.А, «Обоснование влияние параметров машины-сепаратора на эффективность сепарации почвы» // Международный научно-исследовательский журнал. - 2013. - №5-1 (12).
4. Сорокин А.А., Байбобоев Н.Г., Ловкис З.В. и др. «Картофелеуборочный копатель-погрузчик». Патент РФ №2048726 Опубликовано в Б.И, 1995 г. №33.
5. Н.Г. Байбобоев, А.А. Сорокин, Р.Р. Гаипов. Новый элеватор картофелеуборочной машины // Сельское хозяйства Узбекистана. Ташкент. 1999 г.
