CC BY
17
Рис. 4 - Датчик системы GreenSeeker RT 200 с полевым компьютером
в трубку яровой пшеницы сорта Юго-Восточная 2, посеянной 28 мая 2018 г.
Экспериментально установлено, что расход удобрений в физическом весе при традиционном внесении составляет 44 кг/га, при норме внесения в действующем веществе 15 кг/га. При дифференцированном внесении с использованием системы GreenSeeker RT 200 было внесено 32 кг/га. Следовательно, экономия удобрений составила 12 кг/га, или 27,3%. Стоимость аммиачной селитры в Оренбургской области в ценах октября 2018 г. равна 15000 руб. за 1 т. В результате только на удобрениях было сэкономлено 180 руб/га.
Вывод. Внедрение в систему точного земледелия дифференцированного внесения жидких удобрений в Оренбургской области экономически целесообразно и является необходимым условием интенсификации растениеводства.
Литература
1. Шахов В.А., Ларина Т.Н., Заводчиков Н.Д. Разработка концепции мониторинга освоения технологии точного земледелия в системе управления сельскохозяйственным производством на региональном уровне // Экономика и предпринимательство. 2017. № 9 (ч. 4). С. 880-886.
2. Петрова Г.В. Сбалансированная система показателей освоения технологии «точного земледелия»: от сельскохозяйственной организации до регионального управления развитием сельскохозяйственного производства / Г.В. Петрова, В .А. Шахов, Т.Н. Ларина, Н.Д. Заводчиков // Экономика и предпринимательство. 2017. №10 (ч. 2). С. 1066-1072.
3. Ларина Т.Н., Заводчиков Н.Д., Шахов В.А. Цифровая
экономика сельского хозяйства: региональный аспект // Друкеровский вестник. 2018. № 2. С. 216—226.
4. Любчич В.А. Дифференцированное внесение удобрений в системе точного земледелия / В.А. Любчич, С.В. Попов, Ф.Г. Бакиров [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 1 (33). С. 73—75.
5. Евстропов А. Режим on-line: дифференцированное внесение удобрений // Ресурсосберегающее земледелие. 2009. № 3. С. 26-29.
6. Навигационные технологии в сельском хозяйстве. Координатное земледелие / В.И. Балабанов, С.В. Железова, Е.В. Березовский [и др.]. М.: Изд-во РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, 2013. 148 с.
7. Плескачев Ю.Н. Внедрение систем точного земледелия в производство. 2015. 18.11. [Электронный ресурс]. URL: https:// rynok-apk.ru/articles/plants/sistemy-tochnogo-zemledeliya/.
8. Зейлигер А.М. Развитие технологий дистанционного мониторинга параметров растительного покрова сельских территорий // Геоинформационные технологии в сельском хозяйстве: матер. Междунар. науч.-практич. конф. / Отв. за выпуск профессор В.А. Шахов. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2013. 180 с.
9. Беленков А.И., Тюмаков А.Ю., Магаммед Сабо Умар. Реализация элементов точного земледелия в полевом опыте // Земледелие. 2015. № 3. С. 37-39.
10. Галлямов Ф.Н., Мухутдинов Р.Р. Разработка оборудования для дифференцированного внесения жидких комплексных удобрений // Современное состояние, традиции и инновационные технологии в развитии АПК: матер. Междунар. науч.-практич. конф. в рамках XXVII Междунар. специализир. выставки «Агрокомплекс-2017». Уфа, 2017. С. 174-177.
11. Якушев В.В. Дифференцированное внесение минеральных удобрений в системе точного земледелия. [Электронный ресурс]. URL: https://agroru.com/news/differencirovannoe-vnesenie -mineralnyh-udobrenij -122540 .htm.
12. GreenSeeker RT 200. Система дифвнесения удобрений. [Электронный ресурс]. URL: https://www.geomir.ru/info136. html.
13. Полевой контроллер TDS Recon. [Электронный ресурс]. URL: http://www.technoplus.ru/shop/UID_3416.html.
Анализ виброцентробежных сепараторов с линейным электроприводом
А.В. Линенко, д.т.н., профессор, М.Ф. Туктаров, к.т.н., Б.Р. Халилов, аспирант, ТИ. Камалов, к.т.н, ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ
Одной из важнейших и ответственных задач предприятий системы сельского хозяйства является обеспечение полной сохранности убранного зерна. Для успешного решения этой задачи зерноперерабатывающие предприятия должны иметь хорошо оснащённую техническую базу, способную обеспечить качественное сепарирова-
ние поступающего зерна без потерь и в течение короткого срока [1].
Основными мероприятиями в снижении энерго- и трудоёмкости этого процесса являются комплексная механизация и автоматизация с применением более рациональных технологических схем сепарирования. Однако низкая удельная производительность существующих сепарирующих машин затрудняет внедрение в производство указанных мероприятий. Возрастающие потребности производства требуют изыскания новых
наиболее эффективных способов сепарирования и создания высокопроизводительных машин, которые позволили бы значительно интенсифицировать технологические процессы [2].
Для успешной очистки зерновой смеси большое значение имеет правильный выбор зерноочистительной машины. Наиболее перспективными на зерноприёмных предприятиях зерноочистительными машинами являются виброцентробежные зерновые сепараторы (ВЦС), в которых под действием инерционных сил вращательного и колебательного движения происходит интенсивное сепарирование зерновой смеси. Рабочими органами ВЦС являются вращающиеся и колеблющиеся в вертикальной плоскости вертикальные цилиндрические решёта с центробежной подачей в них зернового материала [2, 3].
Решению задач сепарирования во вращающемся и колеблющемся вдоль оси решете посвящены работы Е.С. Гончарова [3], А.А. Несикова [1], Л.Н. Тищенко [2] и др. На основании проведённых научных исследований они предложили конструкции виброцентробежных сепараторов с осевыми колебаниями. Сообщение осевых колебаний вращающемуся решету позволяет значительно повысить производительность и эффективность процесса разделения по сравнению с разделением при применении плоских решёт, совершающих прямолинейные колебания [1, 4].
Однако существующие конструктивные схемы ВЦС несовершенны и имеют ряд существенных недостатков, основными из которых являются низкая надёжность вибрационного привода, отсутствие возможности регулирования параметров колебаний рабочего органа. Вследствие этого решёта ВЦС не имеют возможности обеспечить достаточную пропускную способность и не оказывают технологически оптимального воздействия на обрабатываемый зерновой материал, что в свою очередь приводит к снижению качества процессов сепарирования и потерям зерна [1, 5].
Одним из путей устранения вышеперечисленных недостатков является разработка вибрационного привода зерноочистительной машины на базе плоского линейного асинхронного электродвигателя (ЛАД). Такое техническое решение значительно упрощает конструкцию подшипниковых узлов и облегчает условия их работы [5].
Материал и методы исследования. На рисунке 1 показана кинематическая схема предлагаемой конструкции ВЦС с ЛАД.
Внутри корпуса 1 размещается рабочий орган 3 [5], состоящий из трёх ярусов решёт цилиндрической формы, которые с помощью электрических приводов получают вращательное и вертикальное вибрационное движения [6].
Электропривод вибрационного движения рабочего органа в вертикальной плоскости представляет собой плоский ЛАД, состоящий из нескольких
индукторов 2, жёстко закреплённых на основании, и кольца 7, являющегося вторичным элементом ЛАД, подпружиненного относительно основания с помощью роликов 8 и упругих элементов 9. Рабочий орган 3, связанный через шлицевое соединение 10 с горизонтально расположенным шкивом 11, получает вращение от шкива 13, который закреплён на валу электродвигателя 12. При вращении шкива 11 рабочий орган сепаратора приводится во вращение вокруг своей вертикальной оси. При подключении индукторов к сети вторичный элемент ЛАД приходит в поступательное движение в вертикальной плоскости одновременно с вращательным движением, которое передаётся через шлицевое соединение, при этом сжимаются упругие элементы 9. При отключении индукторов от сети
Рис. 1 - Кинематическая схема ВЦС с ЛАД:
1 - корпус; 2 - индукторы ЛАД; 3 - решёта цилиндрической формы; 4 - лопатки; 5 - цилиндрические дисковые очистители; 6 - разбрасыватель; 7 - кольцо; 8 - ролики; 9 - упругие элементы; 10 - шлицевое соединение; 11, 13 - шкивы; 12 - электродвигатель
за счёт энергии, накопленной в упругих элементах, кольцо возвращается в исходное состояние [5]. Блок управления в зависимости от вида, сорта и влажности зерновой смеси имеет возможность обеспечивать регулирование параметров колебаний рабочего органа [5, 7] в вертикальной плоскости по частоте и по амплитуде с помощью изменения длительности и частоты включения индукторов плоского ЛАД в сеть [7].
Поступающее зерно по лопаткам разбрасывателя 6 под воздействием центробежной силы прижимается к внутренней поверхности решёт и перемещается вниз вследствие вибрационного движения решёт. С помощью лопаток 4 получаемые фракции транспортируются в выходные зернопроводы. С целью автоматической очистки решёт от примесей и зерна на каждом ярусе установлены цилиндрические дисковые очистители 5 [2].
Создание вибрационного электропривода ВЦС с ЛАД за счёт непосредственного преобразования электрической энергии в вибрационное движение рабочего органа позволяет отказаться от механического преобразователя вида движения. По сравнению с существующими конструкциями ВЦС за счёт уменьшения установленной мощности вибрационного привода снижается расход электроэнергии, уменьшаются массогабаритные показатели [7]. Также возможность регулирования параметров колебаний рабочего органа в зависимости от сорта и влажности семян повышает эффективность сепарирования зерновой смеси, а самое главное, увеличиваются сроки межсервисных интервалов обслуживания вибрационного привода.
Дальнейшее повышение эффективности описанного технического решения возможно с помощью выполнения во вторичном элементе (кольце) плоского ЛАД симметричных сквозных отверстий (рис. 2).
Это позволит отказаться от сложного и дорогого блока управления, который в процессе работы ВЦС периодически подключает и отключает индукторы
плоского ЛАД от сети, что сопровождается большими пусковыми токами в обмотках индуктора и в свою очередь снижает надёжность вибрационного привода.
Выполнение симметричных сквозных отверстий на кольце 7, которое одновременно является ротором ЛАД, позволяет не отключать индукторы ЛАД от сети в процессе работы ВЦС, т.е. они подключены к сети постоянно. Кольцу 7 через шлицевое соединение (рис. 1) 10 сообщается вращательное движение от двигателя вращения 12. В момент вращения, когда часть кольца без отверстий располагается напротив индукторов ЛАД (рис. 2б), возникает электромагнитная сила, под действием которой кольцо приходит в поступательное движении, к примеру вниз в вертикальной плоскости. При этом упругие элементы 9, расположенные под кольцом, сжимаются. По мере вращения кольца 7 наступает момент, при котором симметрично расположенные отверстия 14 кольца находятся напротив индукторов ЛАД (рис. 2б), при этом электромагнитное поле пропадает, и за счёт энергии, накопленной в упругих элементах, кольцо возвращается в исходное состояние, продолжая при этом совершать вращательное движение. Далее в момент, когда напротив индукторов будут проходить части кольца без отверстий, кольцо снова придёт в поступательное движение, и далее описанный процесс повторится. Частота колебаний рабочего органа будет определяться количеством отверстий на кольце и его частотой вращения.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит осуществить вибрационное движение рабочего органа ВЦС от ЛАД без блока его периодического подключения и отключения от сети. Это в значительной степени снизит стоимость и материалоёмкость всей конструкции и повысит её надёжность.
Следующее техническое решение позволит снизить установленную мощность вибрационного привода и динамические нагрузки на всю кон-
А-А
а) б)
Рис. 2 - Общий вид вибрационного привода:
а) разрез вибрационного привода со сквозными отверстиями во вторичном элементе ЛАД; б) положения вторичного элемента во время работы ВЦС: 2 - индукторы ЛАД, 7 - кольцо, 8 - ролики, 9 - упругие элементы, 14 - сквозные отверстия
струкцию ВЦС. Для этого предлагается рабочий орган с ротором вдоль оси вращения разделить на подвижные относительно друг от друга секции (рис. 3).
В данном техническом решении электромагнитная сила передаётся от индукторов ЛАД не
На рисунке 4 представлены фотографии экспериментального ВЦС, реализованного согласно кинематической схеме, представленной на рисунке 1. Индукторы 1 жёстко закреплены на основании, решето 5 (рабочий орган) жёстко связано с вторичным элементом 2 ЛАД (рис. 4б). Решето с вторичным элементом установлено на роликах 3, которые в свою очередь подпружинены относительно основания на упругих элементах 4 (рис. 4а).
Для определения производительности О ВЦС по продовольственному зерну был использован упрощённый вариант модели, в которой слой зерновой смеси разделяется на два однородных подслоя с разными коэффициентами динамической вязкости и
V
- - —
г Ш
/ / ю
б)
Рис. 3 - Кинематическая схема ВЦС с ЛАД:
а) общий вид ВЦС с ЛАД; б) положение секции в момент её нахождения в электромагнитном поле индукторов ЛАД: 1 - рабочий орган; 2 - индукторы ЛАД; 3 - электродвигатель; 4, 9 - шкив; 5 - шлицевое соединение; 6 -секции рабочего органа; 7 - разбрасыватели; 8 - диск; 10 - упругие элементы; 11 - направляющие; 12 - входной патрубок; 13 - веялка; 14 - секции ротора
одновременно всему ротору, а только нескольким секциям, на которые разделены ротор (кольцо) и рабочие органы. По мере вращения ротора электромагнитная сила от индукторов будет по очереди передана каждой секции ротора, связанной со своей секцией рабочего органа, которая находится напротив индукторов ЛАД (рис. 3б). Индукторы ЛАД во время работы ВЦС подключены к сети постоянно.
Такое решение позволит снизить динамические нагрузки на упругие элементы, инерционные нагрузки на фундамент станины, установленную мощность ВЦС и повысить надёжность всей установки в целом.
По результатам проведённого исследования была разработана экспериментальная установка получения вращательного от двигателя вращения и вибрационного от ЛАД движений рабочего органа ВЦС.
а) б)
Рис. 4 - Общий вид:
а) индукторов ЛАД; б) рабочего органа с нижним уровнем решёт: 1 - индукторы ЛАД; 2 - вторичный элемент; 3 - ролики; 4 - упругие элементы; 5 - решето
Q = *
■ R
R,2 - R« )■
. PS R 2 ■Ro
2
R, ■ fa R - R2
■ R2 +
PS
ÄL
4
PS PS
B_M\_
2
+
P ■(я,2 -R02)+ 2R 1 0/
f - ^ R
n + ( - R2)■
R2 - R02 )+P^R2 (Я2 - R02 V^R2 M2_ El 2R EL
_ 8 4 2
El 2
где Я — радиус решета [м];
Я0=Я-к — радиус свободной поверхности слоя, м;
р — плотность слоя зерновой смеси, кг/м3;
к — толщина слоя зерновой смеси, м;
ць Ц2 — коэффициенты динамической вязкости
подслоёв зерновой смеси;
кь к2 — толщина подслоя зерновой смеси,
граничащего со свободной поверхностью, и
толщина подслоя, граничащего с поверхностью
решета соответственно, м;
g — ускорение свободного падения, м/с2.
Как видно по формуле 1, производительность Q ВЦС по зерну в большей степени зависит от коэффициента динамической вязкости ц зерновой смеси. Для определения данного коэффициента нами была предложена формула (2), учитывающая влияние коэффициента жёсткости упругих элементов на коэффициент динамической вязкости зерновой смеси, а следовательно, на производительность ВЦС:
4fprL
(2)
кр М ■ a
•■ Гс -P
■ с
где р = И • р • К • ю2 — давление, связанное с действием центробежной силы у поверхности решета, Па; р — плотность слоя зерновой смеси, кг/м3; к — жёсткость упругих элементов, Н/м; М — масса колебательной системы, кг; а — ускорение рабочего органа, м/с2; юК0Л, ю — частота колебаний, Гц и угловая скорость, рад/с вращения рабочего органа соответственно;
гс — радиус одной зерновой частицы, м; /с — коэффициент сухого трения между зерновыми частицами.
Результаты исследования. К основных проблемам зерноочистительных машин, в том числе и ВЦС, сегодня относят недостаточную пропускную способность, что приводит к снижению качества процессов сепарирования и потерям зерна.
Одним из способов повышения эффективности процесса сепарирования является интенсификация этапа просеивания путём повышения интенсивности разрыхления зерновой смеси, которая до-
стигается увеличением скорости её движения по решету. Этого можно достичь путём увеличения амплитуды и уменьшения частоты колебаний рабочего органа (рис. 5).
(1) ^
Н
1 I
! 1
1 §
ЮО
90
80
70
60
. 1 _
2
г
ю
Амплитуда колебаний РО, мм
Рис. 5 - Зависимость эффективности разделения зерновой смеси от амплитуды и частоты колебаний рабочего органа: 1 - при Юкол = 7 Гц; 2 - при юкоп = 3 Гц.
Как видно по рисунку 5, увеличение амплитуды колебаний рабочего органа ВЦС позволит повысить эффективность процесса сепарирования. Это достигается увеличением пробега зерновых частиц по решету, а следовательно, повышением вероятности их западания в отверстия решета.
Вывод. Рассмотрены пути совершенствования конструкции вибрационного привода виброцентробежных зерновых сепараторов применением в вибрационном приводе ВЦС плоского ЛАД. Данное решение даёт широкие возможности регулирования параметров колебаний рабочего органа, повышения энергетической и технологической эффективностей, открывает дальнейшие перспективы совершенствования зерновых сепараторов.
Литература
1. Аипов Р. С., Линенко А.В. Линейные электрические машины и линейные асинхронные электроприводы технологических машин: учебное пособие. М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации, Башк. гос. аграр. ун-т. Уфа : Башкирский ГАУ, 2013. 306 с.
2. Гольдин А.С. Вибрация роторных машин: учеб. М.: Машиностроение, 1999. 344 с.
3. Гончаров Е.С. О подобии кинематических режимов работы плоских и вертикальных цилиндрических виброцентробежных решёт // Труды ВНИИЗ. 1973. Вып. 78. С. 47-54.
4. Линенко А.В., Халилов Б.Р., Камалов Т.И. Энергоэффективный вибрационный привод виброцентробежного зернового сепаратора с линейным электродвигателем // Достижения науки и инновации для аграрного производства: матер. национал. науч. конф. Уфа. 2016. С. 217-220.
5. Несиков A.A. Исследование процесса очистки семян зерновых культур от длинных примесей в виброцентробежном сепараторе: дисс. канд. техн. наук. Челябинск, 1982. 207 с.
6. Патент 2624702, Российская Федерация, Вибрационная центрифуга / А.В. Линенко, Ю.А. Линенко, Б.Р. Халилов, М.Ф. Туктаров; заяв. и патентооблад. Башкирский гос-й аграрный ун-т; 09.03.2016 г. 4 с.: ил.
7. Моделирование процессов зерновых сепараторов: монография / Л.Н. Тищенко, Д.И. Мазоренко, М.В. Пивень [и др.] // Харьков: ХНТУСХ, «Миськдрук», 2010. 360 с.
+
R,
■ R02 ■ R,2 ■ П
R
