CC BY
1в
естникАПК л „„„„„,„„„„„„„
Агроинженерия
-№ 1(17), 2015 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
17
УДК 631.374
Бутенко А. Ф., Асатурян А. В., Чепцов С. М.
Butenko A. F., Asaturyan A. V., Cheptsov S. M.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АКТИВНОГО ПИТАТЕЛЯ ЛЕНТОЧНОГО МЕТАТЕЛЯ ЗЕРНА
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF PARAMETERS ACTIVE FEEDERS CONVEYOR GRAIN THROWER
Целью исследований является повышение эффективности процесса обработки зернового вороха метательными машинами.
Одним из основных недостатков в работе метательных машин является повреждение семенного материала. Большая часть зернометателей имеют рабочий орган -ленточный триммер, который повреждает зерно за счёт истирания и динамического сжатия. Применение порционного метателя с лопастным барабаном почти исключает эти явления. Однако при скоростях движения ленты более 12 м/с часть обрабатываемого зерна подвергается ударному воздействию. Уменьшение разницы между поступательной скоростью движения зерна и окружной скоростью лопаток барабана снижает ударное взаимодействие. Конструктивно данный принцип реализуется за счёт поставки во внутренней полости лопастного барабана активного питателя в виде диска с полувинтовыми лопатками.
Экспериментальные исследования разработанного метателя разделили на два этапа. На первом этапе исследований определили: диаметр диска активного питателя, необходимое количество лопаток, их геометрическую форму, размеры и способ подачи зерна на лопатки активного питателя.
Второй этап исследований - определение угла сектора рассева, на величину которого влияют длина и ширина лопатки, количество лопаток, угол постановки лопаток к радиусу, частота вращения и радиус подачи. Кроме этого установили, что при движении по лопаткам активного питателя происходит предварительное расслоение зернового вороха, т.е. тяжёлые и крупные зёрна сходят позже, чем зёрна средней и мелкой фракций (и примеси).
Таким образом, для обеспечения устойчивой работы экспериментального зернометателя с углом сектора рассева не более 850 и производительностью не менее 10 т/ч необходимо, чтобы длина лопатки составляла 75 мм, ширина - не менее 145 мм, угол постановки лопатки к начальному радиусу - от 280 до 580.
Ключевые слова: ленточный метатель зерна, лопастной барабан, активный питатель, зерновой ворох.
Objective of researches is improvement of effectiveness grain pile processing with throwing machines.
One of main lacks in throwing machine working process is damaging of seed grains. Most of grain throwers have operating device - belt, which damages grains due to grinding and dynamical contraction. Using of portion thrower with paddle barrel almost excludes these damages. However, when belt moves faster than 12 m/s some grains get hit anyway. Decreasing of distinction between linear velocity of grain and rotation speed of paddles decreases grain damaging. This principle is realized with using of active feeder, which has half-spiral paddles and is being set inside of paddle barrel.
Experimental studies of developed thrower were divided into two phases. First phase - determinating of active feeder disc's diameter, essential number of paddles and their shape, sizes and method of delivering of grains on active feeder paddles.
Second phase - determination of scattering arc angle, which depends on length and width of the paddle, number of paddles, paddle mounting angle, rotating speed and feeding radius. Besides, it was found out, that grains are separated while moving along active feeder paddle, i.e. heavier and bigger grains take off from the paddle later than smaller and lighter ones (and impurities).
In that way, for maintaining stable working of experimental grain thrower with scattering arc angle less than 85° and productivity no less than 10 tonnes per hour, it is essential that paddle should have length - 75mm, width - no less than 145mm, mounting angle from 28° to 58.
Key words: belt grain thrower, paddle barrel, active feeder, grain piles.
Бутенко Александр Фёдорович -
кандидат технических наук, доцент кафедры
теоретической и прикладной механики
Азово-Черноморского
инженерного института
ФГБОУ ВПО «Донской государственный
аграрный университет»,
г. Зерноград
Тел: 8-918-574-58-11
E-mail: [email protected]
Асатурян Андрей Вартанович -
аспирант кафедры
теоретической и прикладной механики
Азово-Черноморского инженерного института
ФГБОУ ВПО «Донской государственный
аграрный университет»,
г. Зерноград
Тел: 8-908-175-70-91
E-mail: [email protected]
Butenko Alexandr Fyodorovich -
PhD in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Theoretical and Applied Mechanics
Azov Black Sea engineering institute of the federal state budgetary educational institution of the higher professional education "Donskoy state agrarian university" Zernograd
Tel: +7 918-574-58-11 E-mail: [email protected]
Asaturyan Andrey Vartanovich -
PhD student of the Department of Theoretical and Applied Mechanics
Azov Black Sea engineering institute of the federal state budgetary educational institution of the higher professional education "Donskoy state agrarian university" Zernograd
Tel: +7 908-175-70-91 E-mail: [email protected]
18
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Чепцов Сергей Максимович -
аспирант кафедры
теоретической и прикладной механики
Азово-Черноморского инженерного института
ФГБОУ ВПО «Донской государственный
аграрный университет»,
г. Зерноград
Тел: 8-989-715-38-94
E-mail: [email protected]
В процессе производства зерна основное место занимает послеуборочная обработка, включающая ряд последовательных операций, нацеленных на получение зернового материала требуемой кондиции, установленной соответствующими государственными стандартами.
Одной из важных операций послеуборочной обработки является предварительная очистка зернового вороха.
В настоящее время в технологическую схему почти всех предприятий по производству зерновых входит кратковременное хранение зерна, уложенного в бурты, на открытых площадках зернотоков. Основной причиной хранения зерна на току является неравномерность поступления свежеубранной зерновой массы с поля и его высокая влажность.
Для формирования и перелопачивания буртов свежеубранного зернового вороха, а также для загрузки транспортных средств и зерноскладов промышленностью производится многочисленное количество моделей и модификаций машин. На предприятиях по обработке зерна наиболее распространенными моделями являются: ЗПС-100, ПЗС-100, ПЗН-100, ЗМС-90, ЗМ-60 и др.
Известно, что при перелопачивании свежеубранного зернового вороха метателем снижаются его засоренность (на 5...6 %) и влажность (на 0,5...5 %). При этом можно снизить температуру зерна с 35 0C до 20 0C, избавиться от вредителей и разделить зерна на сорта [1].
К сожалению, применение метательных машин при обработке зернового вороха ограничено из-за значительных повреждений семенного зерна [2]. Большая часть зернометателей имеют рабочий орган - ленточный триммер (рисунок 1).
АШ
Рисунок 1 - Схема ленточного триммера
Основными элементами рабочего органа являются ведущий 1 и ведомый 2 барабаны,
Cheptsov Sergey Maksimovich -
PhD student of the Department of Theoretical and Applied Mechanics
Azov Black Sea engineering institute of the federal state budgetary educational institution of the higher professional education "Donskoy state agrarian university" Zernograd
Tel: +7 989-715-38-94 E-mail: [email protected]
охваченные бесконечной лентой 3, и прижимной барабан 4. Повреждение зернового материала ленточным метателем возникает между прижимным барабаном 4 и бесконечной лентой 3 за счёт трения зерна в слое и его динамического сжатия. Это в свою очередь влияет на качество обрабатываемого материала. Вследствие этого использование данных машин для обработки семенного материала не рекомендовано [3, 4].
За последние тридцать лет большой вклад в области интенсификации обработки зернового вороха метательными машинами внесли Г. Ф. Ханхасаев и С. Н. Шуханов [1, 5], которые разработали ряд конструкций порционных ленточных метателей. Отличительной особенностью этих машин является получение на выходе из аппарата не сплошного потока материала, а струи в виде отдельных порций. Технически это было реализовано в конструкции ленточного метателя заменой сплошного прижимного барабана лопастным барабаном. Данный принцип работы повысил эффективность обработки зернового вороха зерномета-тельными машинами [5].
Анализ рабочего процесса порционных метателей позволил модернизировать конструкцию предложенных рабочих органов. В порционном метателе контакт рабочего материала с рабочим органом происходит при встрече зерна с лопаткой лопастного барана. При скоростях движения ленты более 12 м/с некоторая часть порции обрабатываемого зерна подвергается ударному воздействию, что в дальнейшем снижает стойкость зерна к механическим нагрузкам [6]. Исходя из этого разработано техническое решение, у которого подача зернового вороха осуществляется во внутреннюю полость прижимного барабана трёхзаходным шнеком усечённого конуса [7]. В дальнейшем с целью упрощения конструкции вместо трёхзаходного конусного шнека установили диск с полувинтовыми лопатками (рисунок 2 а, б), который далее будем называть активным питателем [8]. При этом частота вращение активного питателя меньше частоты вращения лопастного прижимного барабана. Применение активного питателя в метательном рабочем органе является одним из приёмов, снижающих повреждение зерна. Это достигается уменьшением разницы между поступательной скоростью движения зерна и окружной скоростью лопаток барабана (рисунок 2 б) и ведёт к снижению ударного взаимодействия зерновки с лопаткой лопастного барабана [9, 10].
Выполнение заданных условий технологического процесса работы метателя зависит в со-
естник АПК
Ставрополья
: № 1(17), 2015
Рисунок 2 - Схема ленточного триммера с активным питателем: 1 - активный питатель; 2 - лопастной барабан; 3 - бесконечная лента; 4 - рама метателя; а - вид спереди; б - поперечный разрез метателя
вокупности от геометрических и кинематических параметров активного питателя, которые определили на следующем этапе экспериментальных исследований.
Первый этап исследований - определение геометрических размеров диска активного питателя (диаметр составил 300 мм), экспериментальное определение необходимого количества лопаток, своевременно сообщающих необходимую скорость схода зерновой массы на лопатки наружного барабана, их геометрической формы и размеров, а также экспериментальное определение наиболее рационального из двух способов подачи зерна на лопатки активного питателя. По первому способу подача материала осуществлялась с торцевой стороны лопаток, при этом длина лопаток равнялась радиусу диска, и количество лопаток изменялось от 4 до 8. В результате опытов было выявлено, что данный способ подачи приемлем только при производительности метателя не более 5 т/ч и частоте вращения не более 250 мин-1. С увеличением же одного из параметров при работе наблюдался торцевой выброс - отскок материала с поверхности лопаток, что является неприемлемым явлением в работе метателя. Ввиду этого, в качестве наиболее рационального способа подачи зерна на лопатки, был выбран второй способ, при котором материал по желобу самотёком поступал во внутреннюю полость лопастного барабана сразу на внутренние кромки лопаток активного питателя [11].
Второй этап исследований - определение угла сектора рассева материала. За угол сектора рассева принимается разность между векторами скоростей бросания крайних частиц [12]. По технологической схеме для работы метателя рациональным
углом сектора рассева будет являться минимальный угол (не более 900). Это необходимо для того, чтобы вся порция подаваемого материала успевала уложиться на ленту и тем самым избежать схода частиц с поверхности лопаток для получения компактной струи выбрасываемого материала. Экспериментально величина угла сектора рассева (у) определялась при помощи улавливателя (рисунок 3), состоящего из двух продольных пластин, соединённых поперечными планками, установленными под углом, равным углу схода частиц 60° [13] и заканчивающимися ёмкостями для зерна. Поперечные планки улавливателя относительно центральной оси вращения крыльчатки установили с интервалом 10°, что позволило наиболее точно экспериментально определить угол сектора рассева. Дополнительно в процессе проведения экспериментов исследовались факторы, влияющие на величину угла сектора рассева. В результате было выявлено, что на величину угла рассева влияют длина и ширина лопатки, количество лопаток, угол постановки лопатки к радиусу, частота вращения, радиус подачи, форма и производительность питающей воронки.
Окончательно для проведения дальнейших исследований были приняты следующие параметры активного питателя: ширина лопаток - 145 мм, длина лопаток - 75 мм, количество лопаток -8 шт., углы постановки лопатки к начальному радиусу - 28°...58°, ширина питающей воронки -100 мм, частота вращения - не более 300 мин-1.
На рисунке 4 показана диаграмма распределения зерна по секциям улавливателя в зависимости от оборотов питателя при угле наклона лопаток к начальному радиусу ф=480 (количество лопаток - 8 шт., производительность 6 т/ч, средний радиус подачи - 65 мм).
20
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Рисунок 3 - Улавливатель зерна
сти козырьков. Также необходимо учитывать при установке козырьков, чтобы момент заполнения отверстий прижимного лопастного барабана 4 происходил после соприкосновения его с бесконечной лентой 3 и не происходил выброс материала с поверхности лопаток барабана 2 (рис. 2).
40
10
1 ■ 1 -*- до-2.4 мм 2 6-3 0-мм
OJK 1,0 MM
Рисунок 4 - Диаграмма распределения зерна по секциям улавливателя
По диаграмме можно определить, что чем больше обороты диска питателя, тем больше угол сектора рассева. В результате исследований было установлено, что величина угла сектора рассева при вышеуказанных параметрах составляет от 650 до 850. Исходя из этого для дальнейшего снижения угла сектора рассева (или уменьшения веера зернового вороха) можно установить отражающие козырьки по контуру ускоряющей крыльчатки и тем самым установить регулируемое разгрузочное окно. Поверхность отражающих козырьков должна быть покрыта резиной (либо полиэтиленом) во избежание травмирования зерна при ударе. Положение установки козырьков выбирается таким образом, чтобы не менее 80% выбрасываемого материала при прохождении сквозь выгрузное окно не задевало поверхно-
10 12 14 №-ул.Ц
Рисунок 5 - Концентрация фракций смеси зерна по секциям улавливателя
К достоинствам конструкции рассмотренного зернометателя можно также отнести предварительное разделение зернового вороха при движении по поверхности лопаток активного питателя и лопаток лопастного прижимного барабана. При дальнейшем метании предварительно разделенного зернового вороха происходит повышение качества очистки от грубых примесей (сорняков, половы и соломин) и частичная сушка. Более наглядно процесс разделения зерна лопатками активного питателя можно для предварительно приготовленной смеси, состоящей из трёх равных частей фракций зерна размером до 2,2 мм, 2,6-3,0 мм и более 3,0 мм, представлен на диаграмме (рисунок 5). По содержанию секций улавливателя можно сделать вывод, что тяжёлые и крупные зёрна сходят позже, чем зёрна средней и мелкой фракций (а также примеси).
Таким образом, для обеспечения устойчивой работы экспериментального зернометателя (т.е. получения компактной струи выбрасываемого материала) производительностью не менее 10 т/ч необходимо, чтобы длина лопатки составляла 75 мм, её ширина - не менее 145 мм, угол постановки лопатки к начальному радиусу - от 280 до 580. При углах наклона лопаток от 280 до 480 необходимо устанавливать ограничительные козырьки для уменьшения угла сектора рассева зерна.
Литература:
1. Шуханов С.Н. Охлаждение зерна при порционном метании // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. № 4 (78). С. 88-92.
References:
1. Shuhanov S.N. Grain cooling during partial throwing // The bulletin of the Altayski State Agrarian University. 2011 № 4 (78). P. 88-92.
естник АПК
Ставрополья
: № 1(17), 2015
2. Горбачев И.В., Шуханов С.Н. Травмируе-мость зерна как показатель качества работы зернометателя // Аграрная наука. 2012. № 1. С. 30.
3. Калинина Н.В., Суббота Т. В. Качество семян сортов озимой твердой пшеницы при разной степени механических повреждений во время уборки // Земледелие. 2013. № 3. С. 42-44.
4. Ионова Е.В., Скворцова Ю.Г. Травмирование семян озимой пшеницы при уборке и послеуборочной доработке // Зерновое хозяйство России. 2010. № 1. С. 16-19.
5. Ханхасаев, ГФ. Интенсификация обработки зернового вороха зернометательными машинами на открытых площадках зерно-токов хозяйств Сибири. Улан-Уде: Бурятское книжное издательство, 1995. - 207 с.
6. Бутенко А.Ф., Асатурян А.В., Чепцов С.М. Исследование прочностных свойств семян зерновых и стеблей сахарного сорго // Вопросы образования и науки: теоретический и методический аспекты: сб. науч. тр. по материалам Международной науч.-практ. конф. в 11 частях. Часть 1. Тамбов. 2014. С. 18-22.
7. Пат. 2215681 Российская Федерация, 65 G 31/04 - Метатель сыпучих материалов / Н.И. Шабанов, А.Ф. Бутенко. № 2002106799/03; заявл. 15.03.2002; опубл. 11.10.2003. Бюл № 31
8. Пат. 2255032 Российская Федерация, 65 G 31/04 - Метатель сыпучих материалов / Н.И. Шабанов, А.Ф. Бутенко. № 2003133010/03; заявл. 11.11.2003; опубл. 27.06.2005. Бюл № 18
9. Бутенко А.Ф., Асатурян А.В., Чепцов С.М. К совершенствованию конструкций рабочих органов ленточных метателей зерна // Современные тенденции в образовании и науке: : сб. науч. тр. по материалам Международной науч.-практ. конф. в 14 частях. Часть 14. Тамбов, 2014. С. 20-25
10. Бутенко А.Ф. Теоретические основы процесса работы экспериментального роторного зернометателя / А.Ф. Бутенко, А. В. Асатурян, С.М. Чепцов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2014, № 07(101), IDA 1011407134. - 11 с.
11. Бутенко А.Ф. Метатель зерна на основе рабочего органа роторного типа // Тракторы и сельхозмашины. 2014. №12. С. 13-15.
12. Забродин В.П. Распределение компонентов смеси минеральных удобрений в процессе рассева центробежно-дисковыми аппаратами: дис. ... канд. техн. наук. Зер-ноград, 1985. 198 с.
13. Портаков А. Б. Совершенствование процесса внесения смесей минеральных удобрений центробежно-дисковым аппаратом: дис. ... канд. техн. наук. Зерноград, 2000. 160 с.
2. Gorbachev I.V., Shuhanov S.N. Traumat-ing of grai as a qualitative characteristic of the grainthrower work. // Agrarian Scirnce. 2012. №1 p.30
3. Kalinina N.V., Subbota TV. Seeds quality of sorts of winter hard wheat at different extents of mechaniacal damages during harvesting. // Farming. 2013 №3 p.42-44
4. lonova E.V., Skvortsova Y.G. Traumating of winter wheat seeds during harvesting and af-terharvesting revision. // Grain Economy of Russia. 2010 №1 p.16-19
5. Hanhasayev G.V. The intensification of processing of grain heap by grain - throwing machines on opened grounds of grain-keeping on the farms in Siberia. Ulan-Udeh: Bury-atian publishing house, 1995. - p.207.
6. Butenko A.F., Asaturyan A.V., Cheptsov S.M. The investigation of strength qualities of grain seeds and sugar sorghum stalks. // The Questions of Education and Science: theoretical and methodical aspects: the collection of scientific works on materials of International scientific and practical conference in 11 parts. Part I. Tambov. 2014. p.18-22.
7. Pat. 2215681 Russian Federation, 65 G 31/04 - The thrower of pour materials / N.I. Shabanov, A. F. Butenko. №2002106799/03; appl. 15.03.2002; published 10.11.2003. Bulletin №31
8. Pat. 2255032 Russian Federation, 65 G 31/04 - The thrower of pour materials / N.I. Shabanov, A. F. Butenko. №2003133010/03; appl.11.11.2003; published 27.06.2005. Bulletin №18
9. Butenko A.F., Asaturyan A.V., Cheptsov S.M., To improvement of operating devices constructions of belt grain-throwers. // Modern tendencies in Education and Science the collection of scientific works on materials of International scientific and practical conference in 14 parts. Part I. Tambov. 2014. p.20-25.
10. Butenko A.F Theoretical basis of working processof the experimental rotor grain-thrower. / A.F.Butenko, A.V. Asaturyan, S.M.Cheptsov // Polithematical net electronic scientific journal of Kubansky State Agrarian University, 2014, №07(101), IDA 1011407134. - 11c.
11. Butenko A.F. Grain-thrower on the basis of operating device of rotor type. // Tractors and agricultural machines. 2014. №12. p.13-15
12. Zabrodin V.P. The distribution of components mixture of chemical fertilizers during the process of sowing by centrifugal disk machines: dissertation of candidate (professor assistant) of technical sciences. Zernograd, 1985, 198 pages.
13. Portakov A.B. The impovement of the bringing in of mineral (chemical) fertilizers mixtures by centrifugal - disk machine: dissertation of candidate (professor assistant) of technical sciences. Zernograd, 2000, 160 pages.
