CC BY
22
УДК631.362.3
Исследование пневмотранспортной системы посевного комплекса «AGRAER-850H»
Сайтов Виктор Ефимович, доктор техн. наук, доцент, ст. научный сотрудник, Гатауллин Ринат Габдуллович, инженер-механик, соискатель ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока», Киров, Россия
E-mail: vicsait-valita@e-kirov.ru
Современные методы производства зерна требуют ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур. В соответствии с этим в ОАО «Малмыжский завод по ремонту дизельных двигателей» (Россия, Кировская область) разработан и изготовлен широкозахватный посевной комплекс «AGRAER-850H». Одной из отличительных особенностей данного агрегата от существующих аналогов является применение для пневмотранс-портной системы радиального вентилятора с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Целью исследований явилось определение аэродинамической характеристики генератора воздушного потока для пневмотранспортной системы широкозахватного прицепного посевного комплекса. В качестве исследуемого генератора воздушного потока на посевном комплексе использован вентилятор «CRARY» от посевного комплекса «HORSH АГРО-СОЮЗ» SW10500. Вентилятор имеет диаметр рабочего колеса D2 = 330 мм, рабочую ширину колеса ВК = 65 мм, число лопаток z = 44 шт., ширину лопаток по хорде b = 25 мм, толщину лопаток t = 2 мм. Диаметр DT выходного патрубка вентилятора составлял 135 мм, а входного окна - 250 мм; габаритные размеры по длине, ширине и высоте имели следующие значения соответственно: 495x152x532 мм. Привод вентилятора осуществлялся двигателем внутреннего сгорания «HONDA GX-690» (Япония). Опытная установка позволяла регулировать расход воздуха изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя и проводить замеры параметров воздушного потока. Испытания вентилятора производились при частоте вращения пв рабочего колеса от 3000 до 3700 мин'1, что соответствует расходу Qe воздуха на выходе патрубка вентилятора от 2412 до 2960 м3/ч. На исследуемом диапазоне расхода Qs воздуха мощность N на привод вентилятора находится в пределах от 4,25 до 7,98 кВт; коэффициент цв полезного действия вентилятора имеет значение 0,453; полное давление Pv находится в пределах от 2889 до 4395 Па, а динамическое давление Pdu от 1155 до 1739 Па Представлены графические зависимости характеристик опытного вентилятора и двигателя «HONDA GX-690». Сравнительный анализ зависимостей указывает на то, что оптимальный рабочий диапазон радиального вентилятора пневмотранспортной системы посевного комплекса «AGRAER-850H» согласуется с рекомендуемым производителем рабочим диапазоном двигателя «HONDA GX690». Исследованный вентилятор может быть использован с данным двигателем для посева зерновых культур на территории России.
Ключевые слова: зерновая сеялка, ресурсосберегающая технология обработки почвы, прицепной посевной комплекс, семенной материал, минеральные удобрения, генератор воздушного потока, пневмотранспортная система
Современные методы производства зерна требуют новых ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур, что обуславливает создание посевных комплексов, позволяющих выполнять за один проход основную и предпосевную обработку почвы, производить посев с последующей заделкой полосы посева мульчированным слоем, боронованием посевов с вычесыванием сорняков и прикатыванием полосы посева. Для выполнения данной технологии наибольшее применение в России получили посевные комплексы «ВОШОЛиЬТ», «НОК^СН АГРО-СОЮЗ» SW10500 зарубежного производства и «Агра-тор-8500», ПК-8,5 Кузбасс отечественного.
В ОАО «Малмыжский завод по ремонту дизельных двигателей» (г. Малмыж, Россия), был разработан и изготовлен прицепной широкозахватный посевной комплекс «ЛОЯЛБЯ-850Н». Отличительной особенностью данного агрегата от существующих аналогов является усовершенствованная пневмотранспортная система и универсальная сошниковая группа (рис. 1) [1, 2].
Повышение эффективности технологического процесса разработанного прицепного широкозахватного посевного комплекса «AGRAER-850H» обусловливает изучение работы генератора воздушного потока для его пневмотранспортной системы.
Цель исследований - исследование аэродинамической характеристики генератора воздушного потока пневмотранспортной системы широкозахватного прицепного посевного комплекса.
Материал и методы. В качестве исследуемого генератора воздушного потока на посевном комплексе был применен вентилятор «CRARY» от посевного комплекса «HORSH АГРО-СОЮЗ» SW 10500, производитель «Parker» (США). Спиральный корпус данного вентилятора выполнен разъемным из легкого алюминиевого сплава. Вентилятор имеет диаметр рабочего колеса D2 = 330 мм, рабочую ширину колеса ВК = 65 мм, число лопаток логарифмической формы z = 44 шт., ширину лопаток по хорде b = 25 мм, толщину лопаток t = 2 мм. Диаметр DT выходного патрубка вен-
тилятора составляет 135 мм, диаметр входного окна - 250 мм, а габаритные размеры по длине, ширине и высоте - 495x152x532 мм [3].
Ввиду того, что мощности гидравлической системы большинства отечественных
тракторов недостаточно для привода рабочего колеса исследуемого вентилятора, то вместо гидромотора был применен бензиновый двигатель внутреннего сгорания «HONDA GX-690» (Япония) [4].
Рис. 1. Общий вид прицепного широкозахватного аэродинамического посевного комплекса «ЛСКЛЕК-850И» во время полевых работ при севе зерновых культур
Технологическая схема экспериментальной установки для исследования радиального вентилятора пневмотранспортной системы посевного комплекса приведена на рисунке 2.
Частоту вращения рабочего колеса вентилятора, установленного непосредственно на выходной вал двигателя, изменяли ручкой регулятора оборотов коленчатого вала двигате-
ля. Замеры частоты вращения производились тахометром часового типа ТЧ-10Р. Для замера параметров воздушного потока применяли также микроманометр ММН 2400, трубку Пи-то-Прандтля, барометр-анероид БАММ-1, психрометр аспирационный МВ-4М, термометр технический марки ТТ и дифференциальный жидкостный манометр ТДЖ -2-400.
Рис. 2. Схема экспериментальной установки для исследования радиального вентилятора пневмотранспортной системы посевного комплекса: 1 - труба нагнетательная; 2 - вентилятор; 3 - двигатель; 4 - микроманометр; 5 - трубка Пито-Прандтля; 6 - сечение нагнетательной трубы
Сечение нагнетательной трубы, где производились замеры параметров воздушного потока, располагалось на расстоянии шести диаметров ВТ трубы. Внутри трубы 1 замеряли статическое Ри динамическое Р& давления с помощью трубки Пито-Прандтля 5 и микроманометра 4, согласно координатам из четырех точек, представленных на измерительном сечении 6. Количество повторностей измерений в каждой точке координат было не менее трех. По полученным в четырех точках значений динамического давления рассчитывалось среднее значение (Па) [5]:
(
Р =
dvcp
"\lPdvl + V Pdv2 + V Pdv3 + л/Рd
"V
dv4
4
(1)
Средняя скорость воздуха определялась по зависимости (м/с) [5]:
2Р
dvcp
(2)
Ре
где ре - плотность воздуха на момент проведения опытов, кг/м3.
При значениях измеряемых статических давлений Psu свыше 2400 Па также применялся дифференциальный жидкостный манометр ТДЖ-2-400, заполненный дистиллированной
водой плотностью р = 998,204 кг/м". Величина
измеряемого давления определялась по формуле [6]:
Р = hPg, Па, (3)
где h - разность уровней жидкости в трубках, мм; р - плотность дистиллированной воды, кг/м3; g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.
Величины динамического Pdu, статического PSB и полного PB давлений, а также производительность Qe и коэффициент п полезного действия (КПД) вентилятора определялись по выражениям, изложенным в ГОСТе 10921-90 [7].
Исследования радиального вентилятора производились в следующем порядке. Вначале запускали стартером двигатель «HONDA GX-690» и прогревали его в течение 20 минут и лишь после этого приступали к измерениям аэродинамических показателей радиального вентилятора согласно изложенной методике. При этом в диапазоне от 3000 до 3500 мин-1 частоту вращения колеса вентилятора изменяли с интервалом 125 мин-1 (3000, 3125, 3250, 3375 и 3500 мин-1), а, начиная с диапазона
3500 до 3700 мин-1, частоту вращения изменяли уже с интервалом 100 мин-1, так как обороты двигателя приближались к основному рабочему диапазону вентилятора при транспортировании семян таких зерновых культур, как пшеница, ячмень и рожь с одновременным внесением удобрения.
Заданные при исследованиях обороты вентилятора имели отклонения ±3 оборота в минуту, обусловленные автоматическим поддержанием частоты вращения корректором оборотов самого двигателя «HONDA GX-690», заложенные производителем двигателя.
Результаты и их обсуждение. Испытания вентилятора посевного комплекса «AGRAER-850H» производились при частоте вращения пе рабочего колеса от 3000 до 3700 мин-1, что соответствует производительности Qe вентилятора от 2412 до 2960 м3/ч. Аэродинамическая характеристика радиального вентилятора, примененного в широкозахватном посевном комплексе «AGRAER-850H» приведена на рисунке 3.
5000 Р Р
1 т 1 dD-,
Па 4000
3500
3000
2500
2000
1500 1000
м
У п р
ш Л
11
N \ \N\N\
Р ^ dD
— I ---
--- —-- __— 1
0,6 П
0,3 0
10
N ,кВт 8
6
4
0
2400 2600 2800 Q, м3/ч 3000
3000
3250
n„ мин
3750
Рис. 3. Аэродинамическая характеристика радиального вентилятора, примененного в широкозахватном посевном комплексе «ЛОЯЛЕК-850И»
Зависимости полного Рв, динамического Р& давлений, мощности Ыв на привод, коэффициента Пв полезного действия от расхода Qв воздуха вентилятора представлены регрессионными уравнениями:
е =
2
Pu = -3696,4 + 2,728Qä, Я2 = 0,999 (4) Pdv = -1437,6 + 1,07g R2 = 0,999 (5)
du
N = 0,278е
0,0011g
R¿ = 0,998 (6)
При этом корреляционные отношения R2 всех уравнений близки к единице, что свидетельствует о высоком приближении экспериментальных данных регрессионным моделям.
Из анализа рисунка 3 следует, что на исследуемом диапазоне расхода Qe воздуха мощность Ne на привод вентилятора находится в пределах от 4,25 до 7,98 кВт; коэффициент це полезного действия вентилятора практически не изменяется и имеет значение 0,453; полное давление Pv находится в пределах от 2889 до 4395 Па, а динамическое давление Pdu от 1155 до 1739 Па. Заштрихованная область соответствует оптимальному диапазону частоты пе вращения рабочего колеса вентилятора, равному 3500...3600 мин"1, которая, как показали предварительные испытания, соответствует оптимальному режиму транспортирования протравленных семян пшеницы, ячменя и ржи с удобрением (ие = 25. 36 м/с).
На рисунке 4 приведена характеристика бензинового двигателя внутреннего сгорания «HONDA GX690» на рекомендуемом производителем диапазоне эксплуатационной частоты пде вращения коленчатого вала от 2000 до 3600 мин" .
Тдв, Н м
50 I м
40
Е
18
Nde,
кВт
14
12
10
'— T—i
у
Тдв
Ng. §
§
8
2000
24
Nde, л.с.
20 18 16 14
2500
12 3600
Рис. 4. Характеристика бензинового двигателя внутреннего сгорания «HONDA GX690»
При частоте вращения пдв = 3600 мин-1 коленчатого вала двигателя мощность Nóe двигателя составляет 16,5 кВт (22,1 л.с.), а максимальный вращающий момент Тдв.мах = 48,3 Нм достигается при частоте вращения пдв коленчатого вала 2500 мин-1. Заштрихованная область на рисунке соответствует оптимальному диапазону частоты вращения пв колеса вентилятора от 3500 до 3600 мин-1. В этом диапазоне мощность двигателя Nde составляет от 16,24 до 16,5 кВт.
Следует отметить, что характеристики самого двигателя «HONDA GX-690» нами не исследовались, а были использованы предоставленные производителем двигателя графические характеристики [4].
Выводы. Таким образом, оптимальный рабочий диапазон радиального вентилятора, примененного в посевном комплексе «AGRAER-850H» для его пневмотранспорт-ной системы, согласуется с рабочим диапазоном двигателя «HONDA GX690», что позволяет использовать его для посева зерновых культур, возделываемых на территории Российской Федерации.
Список литературы
1. Саитов В.Е., Гатауллин Р.Г. Прицепной широкозахватный комбинированный посевной комплекс «AGRAER-850H» // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 1. С. 12-14.
2. Энергосберегающий прицепной посевной комплекс: пат. 2535752 Рос. Федерация. № 2013121238; заяв. 07.05.2013; опубл. 20.12.2014, Бюл. № 35. 12 с.
3. Saitov V.E., Gataullin R.G. Technical specifications of aerodynamic seeder «AGRAER-850H» // International Journal Of Applied And Fundamental Research. 2014. № 3 URL: www.science-sd.com/458-24606 (date of the address 22.10.2014).
4. Модель HONDA GX690 - зависимость оборотов и мощности [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: // www.honda-gx.ru/graph-gx690.shtml (дата обращения 20.03.2015).
5. ГОСТ 12.3.018-79. Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1979. 8 с.
6. Рысин С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машгиз, 1961. 704 с.
7. ГОСТ 10921-90. Вентиляторы радиальные и осевые. Методы аэродинамических испытаний. Взамен ГОСТ 10921-74; Введ. 01.01.92. М.: Изд-во стандартов, 1991. 37 с.
Пдв, мин
Investigation of aerodynamic characteristics of a radial fan for the pneumatic system Investigation of pneumatic transport system of seeding machine "AGRAER-85OH"
Saitov V.E., DSc in technics, associate professor, senior researcher, Gataullin R.G., engineer-mechanic, applicant North-East Agricultural Research Institute, Kirov, Russia
Modern methods of grain production require resource-saving technologies of cultivation of crops. In accordance with the JSC «Malmyzhsky factory for repair of diesel engines» (Russia, Kirov Region) wide-seeding machine «AGRAER-850H» was designed and manufactured. One of the distinguishing features of this unit from existing analogues is the use of pneumatic conveying system for radial fan driven by an internal combustion engine. The aim of research was to determine the aerodynamic characteristics of the generator airflow for the pneumatic system of wide trailer seeding machine. Ventilyator «CRARY» from seeding machine «HORSH Agro-Soyuz» SW 10500 was used as the test generator of air flow on the seeding system. The fan has a diameter of the impeller D2 = 330 mm, wheels working width BK = 65 mm, number of blades z = 44 pcs, blade chordal width b = 25 mm, the blade thickness t = 2 mm. The diameter of the outlet fan is 135 mm, and the entrance window - 250 mm; dimensions of length, width and height, respectively, have the following meanings: 495x152x532 mm. The drive fan is an internal combustion engine «HONDA GX-690" (Japan). Experimental machine made it possible to adjust the air flow by changes in the speed of the crankshaft of the engine and to carry out measurements of the parameters of the air flow. Tests were performed at the fan speed nv of impeller from 3000 to 3700 min-1, which corresponds to the air flow Qv on the outlet pipe of the fan from 2412 to 2960 m3/h. On the investigated range of air flow Qv Nv рower to drive the fan is from 4.25 to 7.98 kW; coefficient of efficiency nv of the fan has a value of 0.453; total pressure Pu is in the range from 2889 to 4395 Pa, and a dynamic pressure Pdu from 1155 to 1739 Pa. A graphic representation of characteristics of an experienced fan and motor «HONDA GX-690» is presented. Comparative analysis of the dependence indicates that the optimum operating range of the centrifugal fan of pneumatic transport system of seeding machine «AGRAER-850H» consistents with the manufacturers recommended operating range of the engine «HONDA GX690». Designed fan can be used with this engine for planting crops in Russia.
Key words: grain seeder, resource-saving technology of tillage, planting trailed complex, seeding material, mineral fertilizers, air flow generator, pneumatic conveying system
References
1. Saitov V.E., Gataullin R.G. Wide-trailer combination seeding machine «AGRAER-850H». Traktory i sel'khozmashiny. 2015. no. 1. pp. 12-14.
2. Saitov V.E., Gataullin R.G. Nigmatullin I.N. Energosberegayushchiy pritsepnoy posevnoy kompleks. [Energy saving trailed seeding machine]. Patent RF 2535752. 2014. 12 p.
3. Saitov V.E., Gataullin R.G. Technical specifications of aerodynamic seeder «AGRAER-850H» // International Journal Of Applied And Fundamental Research. 2014. № 3 URL: www.science-sd.com/458-24606 (date of the address 22.10.2014).
4. Model' HONDA GX690 - zavisimost' obo-rotov i moshchnosti. [Model HONDA GX690 - dependence of turns and power]. Available at: http: // www. honda-gx.ru/graph-gx690.shtml (accessed 20.03.2015).
5. GOST 12.3.018-79. Sistemy ventilya-tsionnye. Metody aerodina-micheskikh ispytaniy. [State Standart 12.3.018-79 Ventilation systems. Methods for aerodynamic tests]. Moscow: Publishing House of Standards, 1979. 8 p.
6. Rysin S.A. Ventilyatsionnye ustanovki mashinostroitel'nykh zavodov. [Ventilation systems of engineering plants. Manual]. 2 nd ed., Rev. and add. Moscow: Mashgiz, 1961. 704 p.
7. GOST 10921-90. Ventilyatory radial'nye i osevye. Metody aerodinamicheskikh ispytaniy. Vzamen GOST 10921-74. [State Standart 10921-90. Radial and axial fans. Methods for aerodynamic tests. - In exchange of State Standart 10921-74]. Introduced 01.01.92. Moscow: Publishing House of Standards, 1991. 37 p.
