Изучение процесса движения частиц посевного материала по направителю в распределителе пневматической зерновой сеялки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

2. Системы автоматического управления для малых сушилок периодического действия должны обладать отличительными особенностями по сравнению с автоматизированными системами управления, предназначенными для больших зерносушилок непрерывного действия.

3. Системы управления процессом сушки зерна должна быть основана не на релейных элементах с большими временами запаздывания и низкой надежностью, а на современных безынерционных бесконтактных логических элементах повышенной точности и надежности.

Литература

1. Цугленок Н.В., Манасян С.К. Проблемы и перспективы развития зерносушения // Прил. к Вестн. Крас-ГАУ. - 2004. - №2.

2. Моделирование и оптимизация прцессов сушки / Н.В. Цугленок [и др.] // Вестн. КрасГАУ. -2010. -№12. - С. 128-133.

3. Манасян С.К. Построение математической модели процесса сушки зерна и методы ее настройки //

Автоматизация процессов сушки и послеуборочной обработки зерна / отв. ред. Л.В. Колесов. - Л.: Изд-во ЛСХИ, 1984.

4. Манасян С.К. К разработке системы автоматизированного управления процессами сушки зерна // Тр.

науч.-практ. конф. БИМХ. - Минск, 1985.

5. Колесов Л.В., Манасян С.К. Прогнозирование показателей и управление параметрами технологиче-

ских процессов послеуборочной обработки зерна // Тр. науч.-практ. конф. БИМХ. - Минск, 1985.

6. Манасян С.К. Повышение эффективности процесса сушки зерна // Прил. к Вестн. КрасГАУ. - 2009.

7. Манасян С.К. Камерная зерносушилка // Вестн. КрасГАУ. - 2009. - С. 160-166.

УДК 631.331 М.В. Пятаев

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ ПОСЕВНОГО

МАТЕРИАЛА ПО НАПРАВИТЕЛЮ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ЗЕРНОВОЙ СЕЯЛКИ

В статье рассмотрен вопрос повышения качества распределения посевного материала в распределителях пневматических зерновых сеялок путем использования сетчатого направителя. Приведены аналитические зависимости, позволяющие определить величины скоростей схода частиц с направителя.

Ключевые слова: сеялка зерновая, семена, равномерность, распределитель семян, сетчатый на-правитель материала, дифференциальные уравнения, скорость схода частиц.

M.V. Pyataev STUDY OF THE PROCESS OF SOWING MATERIAL GRAIN MOVEMENT ALONG THE GUIDING EQUIPMENT IN PNEUMATIC CORN PLANTER DISTRIBUTOR

Issue of improving the quality of sowing material distribution in the distributors of pneumatic corn planters by means of net guiding equipment is considered in the article. Analytical correlations allowing to define speed values at grain descent from guiding equipment are given.

Key words: corn planter, seeds, uniformity, seed distributor, net guiding equipment of material, differential equations, grain descent speed.

Необходимость проведения посева зерновых в сжатые сроки во многом предопределяет целесообразность повышения производительности посевных агрегатов. Проведенный анализ показал, что в сравнении с традиционными механическими посевными машинами, машины с пневматическими централизованными высевающими системами (ПЦВС) обладают более высокой производительностью при аналогичной

ширине захвата. В этой связи сельскохозяйственные предприятия все более активно применяют машины данного типа при возделывании зерновых.

Однако нерешенным остается вопрос с неудовлетворительной равномерностью распределения высеваемого материала по семяпроводам у сеялок и посевных комплексов с ПЦВС. На некоторых машинах неравномерность высева может превышать 15...20% при агротехническом допуске 3%. Известно, что неравномерность высева между сошниками выше 10% обуславливает снижение урожайности в среднем на 1.2 ц/га [1, 2].

Обзор литературных источников и патентной базы позволил предположить, что одной из основных причин неудовлетворительного распределения высеваемого материала по семяпроводам в распределителях вертикального типа является неравномерная концентрация частиц высеваемого материала в сечении вертикальной части подводящего трубопровода. Неравномерность концентрации в свою очередь объясняется выделением частиц высеваемого материала под действием центробежных сил в отводе подводящего трубопровода из поступающей аэросмеси [3]. Отсюда следует, что выравнивание концентрации частиц высеваемого материала в подводящем трубопроводе позволит повысить качество распределения.

Одним из наиболее эффективных способов выравнивания концентрации высеваемого материала в трубопроводе распределителя представляется использование направителей (центрирующих устройств), позволяющих создавать направленный в центр отражателя поток частиц, в независимости от нормы высева и их скорости. Однако обзор конструкций показал, что направители, как правило, устанавливаются непосредственно в вертикальном трубопроводе распределителя, это может привести к неточной подаче материала на отражатель. Помимо этого после прохождения отвода частицы высеваемого материала поступают в направитель уже со значительным разбросом по скоростям, что может отрицательно сказываться на равномерности распределения, если расход воздуха через семяпроводы головки невыравнен [4].

Таким образом, можно предположить, что для улучшения работы вертикальных распределителей целесообразно использовать центрирующие устройства, позволяющие снизить разброс скоростей входящих в коллектор частиц высеваемого материала. В этих целях нами предлагается установить в распределителе направитель потока высеваемого материала, который представляет собой желоб, поверхность которого образована путем параллельного переноса образующей, представляющей собой сопряжение прямой и дуги окружности по дугообразной направляющей (рис. 1). В качестве материала для направителя предполагается мелкоячеистая сетка. Подобное устройство позволяет разделять аэросмесь в отводе и обеспечивать направленную подачу частиц высеваемого материала на отражатель, установленный в головке, при этом прямолинейная часть направителя, располагающегося в горизонтальной части подводящего трубопровода, обеспечивая, таким образом, равные углы встреч частиц с направителем, а дугообразная часть направите-ля располагается в отводе, это в конечном итоге позволит снизить разброс скоростей частиц, выходящих в вертикальный трубопровод.

отражатель

напарвитель

отвод

Рис. 1. Схема распределителя

Для проверки данного предположения рассмотрим на примере одной частицы движение высеваемого материала по направителю. Примем следующие допущения:

1. Основными характеристиками физико-механических свойств семян - масса, коэффициент восстановления кп и коэффициент парусности кп.

2. Рассматривается только поступательное движение семян, пренебрегая вращательным.

3. Частицы до взаимодействия с направителем движутся параллельно оси трубопровода.

4. Коэффициент аэродинамического сопротивления имеет постоянную величину.

При движении частицы в рассматриваемом распределителе можно выделить три основных этапа:

1) движение частицы под действием аэродинамической силы;

2) ударное взаимодействие и скольжение по прямолинейному участку;

3) движение по дуге окружности.

1 этап - движение под действием аэродинамической силы.

Величину аэродинамической силы Ба при больших значениях числа Рейнольдса можно получить по следующей формуле:

■ 'у

А • р(У„ - V)

га ~---------------------■ 0)

где р - плотность воздуха, кг/м3;

Ув - скорость воздушного потока, м/с;

V - скорость частицы, м/с;

к - коэффициент аэродинамического сопротивления;

А - площадь Миделева сечения, м2.

Учитывая то, что коэффициент аэродинамического сопротивления выражается как

, 2кп•т

к = —п— , (2)

А-р

формулу (1) можно переписать следующим образом:

Ба =кп -шОв -V)2. (3)

2 этап - ударное взаимодействие и скольжение частицы по направителю.

Поскольку промежуток времени 1, за который происходит удар, мал, то единственной силой, действующей на частицу в этот момент, является реакция поверхности направителя, поэтому векторное уравнение изменения количества движения примет вид

ти - ту = §, (4)

где и - скорость частицы после удара, м/с;

V - скорость частицы до удара, м/с;

_ г _

Б = |Р удЛ - импульс ударной силы.

0

Поскольку рассматривается косой удар, то скорость частицы после удара можно рассчитать по выражению

и = д/и2+и2, (5)

где ип - нормальная составляющая скорости после удара, м/с;

их - тангенциальная составляющая скорости после удара, м/с.

Нормальная и тангенциальная составляющие скорости рассчитываются соответственно следующим образом:

ип = кпУ-С08(Х,

(6)

ит - у-^ -со8а(кп -1) + 8та),

(7)

где кп - коэффициент восстановления;

f - коэффициент трения; а - угол падения, град.

Рассмотрим величины результирующей и составляющих скоростей частицы после удара, построив график (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость нормальной, тангенциальной и результирующей скорости от угла падения а

(скорость до удара 10 м/с)

При достаточно больших углах падения а (75...80°) наблюдаются наименьшие потери скорости отраженной частицы, при этом тангенциальная составляющая скорости фактически сравнивается с результирующей, а нормальная составляющая принимает наименьшее значение (см. рис. 2). Можно предположить, что наименьший отскок частицы от поверхности направителя будет наблюдаться при угле наклона прямоли-

71

нейного участка направителя к оси трубопровода у = 15...200 (у = — — а). Таким образом, в качестве

начальных условий для дальнейших расчетов можно принять место встречи частицы с направителем и скорость после удара.

После удара будет происходить скольжение частицы по поверхности направителя. При скольжении на частицу будут действовать следующие силы: Ба - аэродинамическая сила, ш§ - сила тяжести, N - нормальная реакция опоры и - сила трения о поверхность направителя (рис. 3). Выбрав оси координат (ХОУ) и спроецировав силы, действующие на частицу, составим дифференциальное уравнение движения

ш^^ = кпш^в — и)2 сову — Гш(§сову + кп— и)2 вту) — т§вту ■ (8)

Л

Рис. 3. Движение частицы по направителю

Проинтегрировав уравнение (8), можно получить выражения зависимости скорости (9) и местоположения частицы (10) от времени на прямолинейном участке направителя:

u = vn-,,g(sinY + fcosY) -th k п (cosy — f sin у)

Arth

v v

k п (cosy-f siny) g(siny + f cosy)

+ -y/kпg(cosy - f siny)(siny + f cosy) • t

(9)

s - vBt--------------------;----

kn(c°sy - f • sin y)

•In-

ch Arth

kn(cosy - f sin y)^ g(sin у + f cosy)

(v, - uo) + i/kng(sin У + f COS y)(oos Y - f ■ sin y)t

(10)

ch|ArtljJkfO^-fsin^(v,-u0) g(siny + tcosy) I

3 этап - движение частицы по дугообразному участку.

При движении по дугообразному участку направителя на частицу высеваемого материала действуют следующие силы: ш§ - сила тяжести, N - нормальная реакция опоры, - сила трения о поверхность

направителя, аэродинамической силой Ба, как правило, пренебрегают ввиду незначительности ее действия при данных условиях. Учитывая сказанное, уравнение движения по дуге можно записать в форме Эйлера

du . „

m------= —mg • srncp — F

dt -

2

u T.T

m------= N — mg • coscp

R

-p

(11)

где ф - угол поворота, рад.

Исключив N из (11), будем иметь

= -mg • 8Іпср — Г • — Г •со8ср■

Решив уравнение (12) по методу Бернулли, получим выражение для определения скорости частицы в момент ее схода с направителя

I u01 2Rg

exp f к 1" 4f2 + 1

(2f2—1) . __2 ^ Л

-^-3ism(p к — 2i co^ к + co^ к )

exp °fcpк

/

v =

v ех

15б

где фк - значение угла поворота в момент схода частицы с направителя (фк = — — у), рад.

Начальная скорость частицы в момент ее поступления на дугообразный участок направителя и01

вычисляется по зависимости (9).

Таким образом, используя выражения (9), (10), (13) и зная скорость частицы после удара о направи-тель, выражение (4), можно определить скорость, с которой частицы будут сходить с направителя в вертикальный трубопровод в зависимости от координаты их попадания Ь на прямолинейный участок направителя. Построить графическую зависимость (рис. 4).

м/с

3,9

3,8

3,7

3,6

0 0,( )5 0, 1 0, 5 0, 2 Ь,

м

Рис. 4. Теоретическая зависимость величины скорости схода с направителя от координаты попадания

частицы на прямолинейном участке направителя

Из анализа графической зависимости следует, что предлагаемый направитель позволит снизить разброс скоростей частиц, входящих в вертикальный участок подводящего трубопровода и далее в распределительную головку, это в совокупности с направленной подачей материала на отражатель позволит повысить качество распределения высеваемого материала по семяпроводам.

Выводы

1. Предложен способ повышения качества распределения высеваемого материала по семяпроводам распределителя посредством сетчатого направителя.

2. Получены аналитические зависимости для определения скоростей схода частиц с предлагаемого сетчатого направителя.

3. Теоретические исследования показывают, что направитель позволит значительно снизить разброс скоростей частиц, входящих в распределительную головку.

Литература

1. Змиевский В.Т., Домина Н.Н., Казаков Л.Б. Влияние различий в высеве отдельными аппаратами на урожайность // Механизация и электрификация с.х. - 1985. - № 5. - С. 40-41.

2. Кузнецов М.К., Виноградов М.А., Жигайлов В.В. Варавва А.Н. Неравномерность высева семян зерновыми сеялками // Тракторы и сельхозмашины. - 1980. - №7. - С. 17-18.

3. Зуев Ф.Г. Пневматическое транспортирование на зерноперерабатывающих предприятиях. - М., 1976. - С. 112-117.

4. Астахов В.С., Сентюров А.С. Принципиально новые распределители семян // Тракторы и сельхозмашины. - 1994. - №10. - С. 27-31.