Экспериментальное исследование работы зерноочистительной машины с цилиндрическими качающимися решетами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

рулевое колесо, которая приводит к возрастанию дерегулирования и при больших значениях жесткости — к увеличению времени регулирования. Также наблюдается незначительное влияние жесткости центрирующей пружины на величину времени запаздывания и при больших значениях углов перекрытия каналов гидрораспределителя. Чтобы снизить нежелательный эффект от колебаний выходных параметров, рекомендуется применять центрирующую пружину с жесткостью с2...сг

— значения углов перекрытия каналов гидрораспределителя влияют иа время запаздывания работы системы, в меньшей степени эти значения влияют на показатели качества системы ОГРУ, т.к. они используются гидромотором обратной связи для сглаживания выходной характеристики при действии обратной связи при прекращении воздействия на рулевое колесо. В качестве наиболее рационального угла перекрытия распределителя рекомендуется угол а.г = 3°, так как распределитель имеет среднюю зону нечувствительности, характеристика ведет себя устойчиво и в то же время отличается довольно высоким быстродействием.

Библиографический список

приводов рулевого управления колесных тракторов. М.:Труды НАТИ, вып. 242, 1975г.

2. Мукушев Ш. К., Жданов А. В. Математическое описание системы объемного гидропривода рулевого управления // Проблемы проектирования строительства и эксплуатации транспортных сооружений: Материалы I Всероссийской науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых: Книга 3. СибАДИ, Омск, 2006. с.70 - 80.

3. Метлюк Н.Ф. Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей / Н.Ф. Метлюк, В.П. Автушко. -М : Машиностроение, 1980,-231с.

4. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / Под ред. Е.Ю. Малиновского, М.: Машиностроение, 1980. — 216 с.

5. Гамынин 11.С. Гидравлический привод систем управления. — М.: Машиностроение, 1972. - 376 с.

Мукушев Шадат Курмашович, старший преподаватель кафедры подъемно-транспортных, тяговых машин и гидропривода.

Жданов Алексей Васильевич, аспирант той же кафедры.

I. Любимов В А., Червяков Е.А. Обоснование схем и основных параметром унифицированных объемных гидро-

Статья поступила в редакцию 27.08.06. © Мукушев Ш. К., Жданов А. В.

удк 631.362.36 Р. А. ЗВЕРКОВ

Омский государственный аграрный университет

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ КАЧАЮЩИМИСЯ РЕШЕТАМИ_

Статья посвящена исследованию процесса сепарации зерна на зерноочистительной машине с цилиндрическими качающимися решетами с применением планируемого эксперимента. Получены зависимости качественной характеристики работы машины — полноты разделения. Выявлены рациональные конструктивные и режимные параметры работы агрегата, интенсифицирующие процесс сепарации.

В настоящее время в сельском хозяйстве существует множество нерешенных проблем. Однаиз них — ! очистка зерна продовольственного и семенного [ назначения. Особенно острая нехватка зерноочис-ш I тительных машин наблюдается в семеноводческой | ! отрасли, где обеспеченность ими составляет около 12% § | от требуемого количества [1], что отражается на

0 \ качестве посевного зерна. В зерноочистительных ма-

1 | шинах для разделения зерна по размерам широко при-

1 \ меняются плоские и цилиндрические решета. Зачас-

2 ' тую производительность семяочистительной машины < : ограничивается производительностью решетного | I стана. Известно множество технических решений,

1 интенсифицирующих процесс сепарации зерна на Ш плоских и цилиндрических решетах. Одно из них — при-

менение в зерноочистительной машине колебательного возвратно-поступательного движения цилиндрических решет с прямоугольными отверстиями. Такие решета не получили широкого применения из-за отсутствия достаточных теоретических и экспериментальных исследований работы подобных решет.

В настоящей статье представлены результаты экспериментального исследования работы зерноочистительной машины с двумя цилиндрическими качающимися решетами. Схема такой зерноочистительной машины изображена на рис. 1 [2].

Решетный стан работает следующим образом: исходный материал, поступивший на начало первого либо второго решета 3, под действием колебательного движения начинает перемещаться поперек

Рис. 1. Зерноочистительная машина: 1 - рама; 2 - подвески; 3 - решета; 4 - перемычки; 5 - оси решет; 6 - щетки; 7 - кривошипно-шатунный механизм; В ~ шатун; а ~ угол наклона осей решет в продольном направлении.

них, а за счет продольного наклона — к разгрузочному концу. За счет подвесок, расположенных крест накрест, зерно свободно попадает на решето, расположенное ниже. Дойдя до крайней точки, движение решет повторяется в обратную сторону, причем верхнее решето становится нижним, нижнее — верхним за счет смещения осей и наличия перемычек. Очистка отверстий решет от застрявшего зерна осуществляется щетками, расположенными в нижней части зерноочистительной машины.

К преимуществам предложенной конструкции можно отнести: режим движения зерна, обеспечивающий полет частиц с решета на решето. Это позволяет применять решета как с продолговатыми, так и с круглыми отверстиями, обеспечивающими высокое качество сепарации при режиме работы с подбрасыванием. Перспективность данной конструкции заключается в том, что на ее основе можно сделать зерноочистительную машину универсальную, многоярусную, работающую по фракционной или поточной схеме очистки.

В результате проведения отсеивающего эксперимента установлено, что на работу зерноочистительной машины с цилиндрическими качающимися решетами влияют следующие факторы: удельная нагрузка (С) на решето; частота (п) колебаний решета: угол (а) наклона плоскости решета в поперечном направлении к горизонтали; угловой размах (А) колебаний решетного стана.

Задача настоящего исследования: методом планируемого эксперимента определить рациональные конструктивные параметры зерноочистительной машины с цилиндрическими качающимися решетами и технологические режимы, позволяющие интенсифицировать процесс сепарации.

За критерий оптимизации принята величина полноты разделения, которую находили по формуле [2]:

где Р — количество зерна, выделенного решетом за время'опыта, кг;

Р0 - общее количество зерна, поступившего на решето за время опыта, кг;

а — относительное содержание проходовой фракции в исходном зерновом материале.

Число повторностей каждого опыта принято равным четырем, исходя из принятой надежности опытов, равной 0,95, и ошибки опыта, равной За (а — величинасреднеквадратического отклонения). При проведении эксперимента факторы варьировались на пяти уровнях в соответствии со стандартной матрицей симметричного ортогонального композиционного плана (табл. 1).

Полученные значения отклика обрабатывались с помощью аппарата планирования многофакторного эксперимента [3].

Получено уравнение регрессии, адекватное на \%-ном уровне значимости; (Р|И(.Ч = 3,476< РтаСл = 3,6). При проверке коэффициентов уравнения регрессии по критерию Стьюдента статистически не значимыми оказались следующие: Ь4, Ь12, Ь|3, Ьн, Ь.л, Ь.^, Ъ;м,

ЬШ' Ьт'Ьки' Ь2:м'Ь12:и'Ьм-

Уравнение регрессии в кодированных величинах

имеет вид:

У = 0,7477-0,0324-х, + 0,0137х, + + 0,0550-х3-0,0214-х2.г0,0316х1:г0,0554-х4<| (2)

Из предварительного анализа модели процесса по коэффициентам уравнения регрессии следует:

Таблица 1

Уровни варьирования факторов

------- Факторы Уровни — С, п. а. А,

Натура\ьное значение фактора, единицы его измерения кг/(м"ч) мин ' град. град.

Кодированное значение фактора X, "г х. X.,

Верхний уровень (+ 1] 3000 81 9 65

Основной уровень (0) 2500 75 6 60

Нижний уровень (-1) 2000 69 3 55

Звездная точка (+ 1,414) 3200 84 10,2 67,07

Звездная точка (-1,414) 1800 64 1,8 52,93

■ 0.85

а, град

л, Й N (С

А, град

Рис. 2. Зависимость полноты разделения от продольного угла наклона решётного стана к горизонту и амплитуды колебаний решёт С = 1800 кг/(м1-м), п = 81мин 1

0,85

а, град.

Рис. 3. Зависимость полноты разделения от продольного угла наклона решетного стана и частоты колебаний решет С = 2000 кг/(м2-ч), А = 60 град.

0.8 :

0,75

0,55

0,5

А, град.

О 64 69 со

74

81

84

п, МИН

Рис. 4. Зависимость полноты разделения от амплитуды колебаний решетного стана н частоты колебаний решет С = 2500 кг/(м2-ч), а = 9 град.

I. Наиболее значимым фактором является коэффициент х.,, отображающий влияние продольного наклона решетного стана на качество работы решета. Причем его увеличение ведет к улучшению качества сепарации, на что указывает положительный знак перед хт Подобная картина представляется и по х2, показывающий влияние частоты колебаний на качество работы решета.

Коэффициент влияния удельной нагрузки (х,) на качество работы решета указывает, что его увели-

чение ведет к ухудшению качества сепарации, на что указывает отрицательный знак перед хг

2. Поскольку квадратичные коэффициенты (хи, х33 х44) присугствуют в уравнении, то есть являются статистически значимыми, модель является нелинейной и поверхности отклика должны описываться кривыми второго порядка. Отрицательный знак перед х.п, хш и х44 указывают на выпуклости кривых, описывающих зависимости отклика от соответствующих факторов.

3. Совместное отсутствие двойных и тройных смешанных совокупностей факторов говорит о том, что влияние их на качественный показатель слишком мало.

При переводе коэффициентов из кодированных в натуральные получилось уравнение регрессии вида:

е = -10,625 - 0,00007С +0,0896-п + 0,0596-а + + 0,261'А - 0,0034-а2- 0,0022-А2- 0,00053-п2 (3)

Поверхности отклика построены в зависимости от кинематических параметров работы решета а, пи А (рис. 2...4).

По результатам эксперимента, представленным на рисунках 2 - 4, можно сделать следующие выводы:

1. Удельная нагрузка на решето, продольный угол наклона, амплитуда и частота колебаний решета решетного стана существенно влияют на полноту разделения зерна на решете.

2. Наибольшее значение полноты разделения находится в области варьирования факторов планируемого эксперимента.

3. Величина полноты разделения в большей степени зависит от частоты колебаний решетного стана, чем от продольного угла наклона решета и величины амплитуды.

4. В условиях малой и средней загрузки решет наибольшая полнота разделения достигается при средних частотах вращения п = 71...77 мин'1 и среднем угловом размахе решетного стана А = 57,5...62,5 град. Уменьшение или увеличение одного из параметров или их совокупности отрицательно сказывается на показателе полноты разделения решета. Это связано с тем, что при большом продольном угле наклона решетного стана такие факторы, как скорость перемещения зерна по решету, разворот частиц в плоскости решета, приводящий к ориентированию зерновок относительно отверстий, время нахождения над отверстием решета, становятся оптимальными при соблюдении данных пределов параметров. Выход за эти границы снижает оптимальные границы соотношения перечисленных факторов, что влечет за собой снижение полноты разделения. В процессе сепарации задействован слой зерновок, непосредственно контактирующих с решетом и его отверстиями, масса которого составляет около половины всей массы семян, находящихся на решете.

5. Если слой зерна на решете превышает две-три толщины зерновки, для более эффективного протекания процесса сепарации требуются повышенные величины ускорений, зависящие от амплитуды и частоты колебаний. Для тонких слоев зерна на решете, когда их величина составляет две-три толщины зерновки, сепарация более эффективна и при меньших величинах ускорений.

6. Рациональная величина амплитуды возрастает с увеличением удельной нагрузки на решето. К подобному выводу пришел Г.Н. Павлихин, сообщив, что «...оптимальное значение кинематического фак-

Таблица 2

Рациональный режим работы зерноочистительной машины

G, кг/(млч) 11, мин'1 а, град Ai град. е

1800 75 9 60 0,817

0,9 0,85

08i —Ж— 150 ]

0.75i !

—Ж—450 :

0,7I í

0,65! О 738

0,6\ _©_1312 ; 0,55: -----—-—J

0,5

150 650 1150

Q, кг/ч

Рис. 5. Зависимости полноты разделения от удельной нагрузки на решето: нагрузка на решето 738 - 1312 кг/ч -режим работы зерноочистительной машины с цилиндрическими качающимися решетами; нагрузка на решето 150 - 450 кг/ч -режим работы решёт серийных зерноочистительных машин

тора j = Reo2 повышается с увеличением производительности,..» [3]. Поскольку величины полноты разделения, удельной нагрузки на решето, амплитуды и частоты колебаний взаимосвязаны, рациональные кинематические параметры работы решета находятся при значениях п = 69...81 мин"', А = 57,5...62,5 град.

По результатам экспериментальных исследований установлен рациональный режим, при котором достигается наибольшая полнота разделения. Значения факторов, соответствующих рациональному режиму, представлены в таблице 2.

Полученный рациональный режим работы цилиндрического качающегося решета зерноочистительной машины, указанный в табл. 2, необходимо сравнить с режимом работы серийных зерноочистительных машин [4]. Для этого На лабораторной установке проводился однофакторный эксперимент, в котором изменялась величина удельной нагрузки на решето на уровнях: 1800, 2000,2500,3000 и 3200 кг/ (м'^-ч). Частота и амплитуда колебаний решета и угол поперечного наклона решета приняли соответственно: А = 60°; п = 75 мин'1; а = 9°. Эксперименты проводились на серийном решете с теми же размерами отверстий. Результаты эксперимента обрабатывались статистическими методами. Построены зависимости е= f(G), приведенные на рис. 5, где номером 1 указан режим работы зерноочистительной машины с цилиндрическими качающимися решетами и номером 2 — режим работы решет се-

рийных зерноочистительных машин. Результаты однофакторного эксперимента приведены на рис. 5.

По рис. 5 видно:

1. С увеличением нагрузки на решето качество его работы ухудшается.

2. Полнота разделения при работе цилиндрических решет на 5...40% (в зависимости от нагрузки) выше, чем у серийных машин, при прочих равных условиях.

3. Производительность цилиндрических качающихся решет на 60...70% (для режима вторичной очистки) выше, чем производительность серийных зерноочистительных машин.

Положительный эффект цилиндрических качающихся решет достигается за счет создания благоприятных условий, когда каждая зерновка, находящаяся на перемычке, имеет возможность попасть на отверстие для дальнейшего ориентирования и прохода. Кроме этого, расположенные крест накрест решета с возвратно-поступательным движением вызывают поперечные перемещения зерна. Эти перемещения увеличивают путь зерна по поверхности решета, проходимый им за один период колебания решета.

Библиографический список

1. Авдеев A.B. Современный технический уровень машин для послеуборочной обработки зерна // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 2002 - №6 - С. 20-22.

2. Патент на полезную модель 47614 РФ, МПК' A01F12/44, В07В1 /38. Решетный стан/ А. В. Черняков, P.A. Зверков (РФ). — № 2005105791; Заявлено 01.03.2005; // Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 сентября 2005 г.

3. Павлихин Г.Н. Исследование режимов работы решет на очистке и сортировании семян овощных культур // Докл. / Моск. ин-т инженеров с.-х. ир-ва. — М„ 1971, — Т. 7, вып. 1. -С. 111-116.

4. A.B.Черняков, В.Ф. Евтягин, A.B. Зильбернагель. Экспериментальное исследование работы плоского решета // Омский научный^естник - 2002 - №12 - С. 67-72.

5. Евтягин В.Ф. Связь экспериментальных и теоретических показателей работы решета // Сб. науч. тр. / Ом. с.-х. ин-т. - Омск, 1992. - С. 45-48.

6. Евдокимов Ю.А. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа / Ю.А. Евдокимов, В.И. Колесников, А.И. Тетерин. - М., 1980. - 228 с.

ЗВЕРКОВ Роман Александрович, аспирант кафедры «Тракторы и автомобили, сельскохозяйственные машины и механизация животноводства, ремонт машин» Тарского филиала Омского государственного аграрного университета.

Статья поступила в редакцию 22.09.06. © Зверков Р. А.