Малогабаритный инерционный жалюзийнопротивоточный пылеуловитель для зерноочистительных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.928.93

МАЛОГАБАРИТНЫЙ ИНЕРЦИОННЫЙ ЖАЛЮЗИЙНО-ПРОТИВОТОЧНЫЙ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ ДЛЯ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН

А.И. БУРКОВ, доктор технических наук, зав. лабораторией

А.Л. ГЛУШКОВ, кандидат технических наук, научный сотрудник

Д.С. БУЛДАКОВ, аспирант НИИСХ Северо-Востока E-mail: svnmc@ptlan.com

Резюме. В статье приведены результаты исследования малогабаритного инерционного жалюзийно-противоточного пылеуловителя для высокопроизводительных зерноочистительных машин. Определено оптимальное сочетание его конструктивных параметров, при которых эффект ЕПУ очистки воздуха составляет 95,0...97,5 %, гидравлическое сопротивление не превышает 150 Па, а производительность равна 1,6...2,3 м3/с на 1 м ширины пневмосистемы.

Ключевые слова: зерноочистительные машины, пылеуловитель, очистка отработанного воздуха.

На предприятиях послеуборочной обработки зерна очистку отработанного воздуха осуществляют в централизованных пылеулавливающих устройствах, автономных или встроенных в пневмосистемы зерноочистительных машин пылеуловителях различных типов (гравитационные, инерционные, фильтрационные). Наиболее широкое распространения получили инерционные жалюзийные и жалюзийно-противоточные пылеуловители (например, в машинах ОВС-25, МС-4,5, МВО-10, МВО-20Д, СП-5, ПС-15) [1, 2]. Однако их использование в высокопроизводительных(50 т/ч и более) машинах сдерживают большие габаритные размеры, которые необходимы для эффективной очистки отработанного воздуха.

Цель наших исследований - разработка малогабаритного инерционного жалюзийно-противоточного пылеуловителя для зерноочистительных машин производительностью до 2,0...2,5 м3/с на 1 м ширины пневмосистемы, имеющего эффект очистки воздуха 90.95 % и гидравлическое сопротивление не более 150 Па.

Условия, материалы и методы. Разработанный в НИИСХ Северо-Востока [3] малогабаритный инерционный жалюзийно-противоточный пылеуловитель (рис. 1) включает входной патрубок 1, два жалюзийно-противоточных очистителя 3 и 15, пылеосадительную камеру 9, поперечный воздухоотводящий канал 4, устройство вывода пыли 10. Жалюзийно-противоточный очиститель 3, с целью уменьшения габаритных размеров, выполнен Г-образным: жалюзийный отделитель 2 расположен горизонтально, жалюзийный отделитель 5 - вертикально. Входные участки очистителей 3 и 15 соединены с общим входным патрубком 1, а противоточные отделители 6 и 13 - с пылеосадительной камерой 9. Поперечный воздухоотводящий канал 4 расположен над пылеосадительной

камерой 9, между жалюзийно-противоточными очистителями 3 и 15. Выходные окна 7, 8 и 11, 12 в совокупности образуют противоточные отделители 6 и 13. Ширина пылеуловителя равна ширине пневмосистемы машины.

Работает устройство следующим образом. Воздушный поток, удаляемый из пневмосистемы зерноочистительной машины, который содержит легкие примеси и пыль, поступает во входной патрубок 1 инерционного пылеуловителя и двумя плоскопараллельными потоками движется в жалюзийно-противоточные очистители 3 и 15. По мере продвижения в отделителях 2, 5 и 14 очищенный воздух проходит между пластинами жалюзий-ной решетки, а частицы пыли под действием сил инерции стремятся сохранить первоначальное направление движения и основная их масса вместе с частью воздуха направляется к выходным окнам 7 и 12. В противоточных отделителях 6 и 13 воздушный поток с пылью разворачивается на 1800. Частицы пыли благодаря силам инерции продолжают двигаться вниз и основная их часть осядает в пылеосадительной камере 9, а затем устройством 10 выводится наружу. Очищенный воздух через выходные окна 8 и 11 вместе с воздухом, прошедшим через жалюзийную решетку, направляется в поперечный воздухоотводящий канал 4 и удаляется из пылеуловителя.

Уменьшение габаритных размеров пылеулови-

Рис. 1. Технологическая схема инерционного жалюзийно-противо-точного пылеуловителя: 1 - входной патрубок; 2, 5, 14

- жалюзийные отделители; 3, 15 - жалюзийно-противоточные очистители; 4 - поперечный воздухоотводящий канал; 6, 13 -противоточные отделители; 7, 12 - выходные окна жалюзийных отделителей; 8,11 - выходные окна противоточных отделителей;

9-пылеосадительнаякамера; 70-устройствовыводапыпи;

- пылевоздушный поток; -Н-» - пыль; ■*+- очищенный воздух.

теля по высоте достигается в результате деления жалюзийной поверхности на две части и расположения их с двух сторон поперечного воздухоотводящего канала. Кроме того, движение воздушных потоков в пылеосадительной камере 9, выходящих из окон 7 и 12 жалюзийных отделителей, представляет собой турбулентные струи, бьющие в тупик. При этом горизонтальные составляющие скоростей воздушных потоков направлены навстречу одна другой, что способствует уменьшению их турбулентности и улучшению условий осаждения пыли.

Для определения основных конструктивных и технологических параметров пылеуловителя использовали его модель, встроенную в модель пневмосистемы машины предварительной очистки зерна МПЗ-50 (на рисунке условно не показана), имеющую ширину 0,3 м и натуральные размеры в продольно-вертикальной плоскости. Глубина входного патрубка 1 пылеуловителя составляла 0,25 м, длина жалюзийной решетки отделителя 2 - 0,4 м, глубина входных патрубков жалюзийных отделителей 5 и 14 - 0,08 м, диаметр поперечного воздухоотводящего канала - 0,5 м.

Для проведения опытов использовали древесный опил, аэродинамические свойства которого были схожи с аэродинамическими свойствами легких примесей, выделяемых в пневмосистемах

влияние величины этого показателя на гидравлическое сопротивление пылеуловителя незначительно, критерием оптимизации был эффект очистки воздуха от легких примесей. Опыты проводили при постоянных конструктивных параметрах пылеуловителя: / =0,5 м, Ь „=0,045 м и „=0,05 м. Изме-

ж ' ' жо ' по ‘

няемые факторы - глубина ЬПУ пылеосадительной камеры пылеуловителя и скорость vgх воздушного потока на входе в пылеуловитель.

Результаты и обсуждение. После реализации плана и обработки результатов эксперимента были получены адекватные математические модели эффекта ЕПУ (1) очистки воздуха отлегких примесей ( %) и гидравлического сопротивления ДРэт (2) пылеуловителя (Па):

ЕПУ =95,1 3-0,41х1 + 0,46х2+0,22х3-2,42х4-1 , 1 6х 12+0,25х1х2-0,35х1х3-0,03х1х4-1 ,1 1 х22-1,43х2х3+0,45х2х4-1,90х32+0,23х3х4-0,10х42. (1)

ДРч„=102,6+35,5х1-9,2х2-10,6х3-23,3х4+10,9х12

+ 1,0х1х2-1,0х1х3-5,1х1х4+2,9х2 3,0х32+1,3х3х4+5,0х42.

1х2х3+2,6х2х4 (2)

Анализ математических моделей (1) и (2) с помощью двумерных сечений поверхности отклика (рис. 2) показал, что максимальное значение эффекта осаждения легких примесей ЕПУ =97,5 % достигается при х1 = -0,18 (Vвх=7,6 м/с); х2=-0,02 (Ь=0,045 м); х3=0,02 (Л=0,0 5 м) и х4=-1 (/ж=0,4

Таблица. Факторы, уровни и шаги их варьирования при исследовании инер- м). Наибольшее влияние на

ционного жалюзиино-противоточного пылеуловителя

Кодированное обозначение факторов Название факторов, их обозначение и единица измерения Уровни факторов Шаг

-1 0 +1 варьи- рова- ния

х1 скорость vgx воздушного потока на входе в пылуловитель, м/с 6 8 10 2

Х2 высота Ьжо выходного окна жа- 0,035 0,045 0,055 0,01

люзииного отделителя, м

Х3 высота Ьпо выходного окна про- 0,04 0,05 0,06 0,01

тивоточного отделителя, м

Х4 длина 1ж жалюзийной решетки, м 0,4 0,5 0,6 0,1

зерно- и семяочистительных машин.

Эффективность работы пылеуловителя оценивали гидравлическим сопротивлением ДРэт (Па) и эффектом очистки воздуха от легких примесей ( %):

Е = Мпу/ Ми100,

пу л ' л ’

где Млпу и Мли - масса легких примесей, уловленных пылеуловителем и в исходной навеске (кг).

На первом этапе исследований пылеуловителя был реализован план эксперимента Бокса-Бенкина второго порядка для четырех факторов: скорость vgх воздушного потока на входе в пылеуловитель, длина /жжалюзийной решетки, высота Ьжо выходного окна жалюзийного отделителя и высота Ьпо выходного окна противоточного отделителя (см. табл.).

Так как в конструкции пылеуловителя два параллельно работающих жалюзийно-противоточных очистителя, то их параметры изменяли попарно (одновременно в обоих очистителях). Исследования проводили при глубине пылеосадительной камеры пылеуловителя ЬПУ = 0,9 м.

Для проверки достоверности результатов планирования эксперимента был поставлен опыт при следующем сочетании факторов: vgх =8 м/с, /ж=0,5 м, Ь =0,045 м и Ь =0,05 м.

жо по

На следующем этапе мы провели однофакторные эксперименты для определения оптимальной глубины ЬПУ пылеосадительной камеры. Поскольку

эффект осаждения легких примесей оказывает длина /ж жалюзийной решетки. Так, ее увеличение от 0,4 до 0,6 м (при vgх=7,6 м/с, Ь =0,045 м и Ь =0,05 м)

жо по

приводит к снижению ЕПУ на 5,2 % (с 97,5 до 92,3 %). Такие результаты можно объяснить тем, что при увеличении длины /ж жалюзийной решетки уменьшается глубина ЬПУ пылеосадительной камеры. Это приводит к ухудшению ее работы и, как следствие, к общему снижению эффекта ЕПУ осаждения легких примесей.

Увеличение скорости vgх воздушного потока на входе в пылеуловитель от 6,0 до 7,6 м/с (при

=0,045 м, „=0,05 м и / =0,4 м) повышает эффект

жо по ж

ЕПУ осаждения легких примесей на 1,2 % (с 96,3 до 97,5 %). Дальнейшее увеличение vgх до 10 м/с приводит к снижению ЕПУ на 1,7 % (с 97,5 до 95,8 %). Это можно объяснить повышением эффективности очистки воздуха в жалюзийном отделителе с ростом скорости воздуха вдоль жалюзийной решетки, так как при этом возрастают действующие на частицу силы инерции. С увеличением скорости на входе в противоточный отделитель его эффективность также повышается при одновременном ухудшении работы пылеосадительной камеры. Поэтому сначала при росте скорости воздушного потока на входе в пылеуловитель его эффективность в целом повышается, а затем снижается.

Увеличение высоты Ьжо выходного окна жалюзийного отделителя от 0,035 до 0,045 м (при vgх =7,6 м/с, Ьпо=0,05 м и /ж=0,4 м) приводит к росту эффекта Епу осаждения легких примесей на 1,2 % (с 96,3 до 97,5 %). Дальнейшее повышение Ьжо до 0,055 м вызывает уменьшение ЕПУ на 1,3 % (с 97,5

Рис. 2. Двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие эффект ЕПУ очистки воздуха (а - при х2=-0,02 (Лжо=0,045м) и х3=0,02 (Лпо=0,05м); б - при х(=-0,18 (^х=7,6 м/с) и х4=-1 (/ж=0,4 м)) и гидравлическое сопротивление Дpsv пылеуловителя (в - при х2=1 (Лжо=0,055 м) и х3=1 (Лпо=0,06 м); г - при х(=-1 (^х=6 м/с) и х4=1 (/ж=0,6 м)).

до 96,2 %). Увеличение высоты hm выходного окна противоточного отделителя с 0,04 до 0,05 м (при vBX =7,6 м/с, ^о=0,045 м и 1ж=0,4 м) приводит к росту эффекта Епу осаждения легких примесей на 1,9 % (с 95,6 до 97,5 %). Дальнейшее увеличение hm до 0,06 м уменьшает Епу на 1,9 % (с 97,5 до 95,6 %).

Минимальное значение гидравлического сопротивления пылеуловителя ДРэт=47,0 Па достигается при х1=-1 (v^ =6 м/с); х2=1 ^жо=0,055 м); хЗ = 1 ^по=0,06 м) и х4=1 (1ж=0,6 м). Наибольшее влияние на его величину оказывает скорость vвх воздушного потока на входе в пылеуловитель. Так, повышение Увх с 6,0 до 10,0 м/с (при h)TO=0,055 м, ^о=0,06 м и 1ж=0,6 м) приводит к росту гидравлического сопротивления ДРэт пылеуловителя на 76 Па (с 47 до 123,0 Па). Рост длины 1ж жалюзийной решетки с 0,4 до 0,6 м (при Увх =6,0 м/с, ^о=0,055 м и hпо=0,06 м) приводит к снижению ДР3¥ на 35 Па (от 82 до 47 Па). Увеличение высоты hm выходного окна жалюзийно-го отделителя с 0,035 до 0,055 м (при =6,0 м/с, ^о=0,06 м и 1ж=0,6 м) вызывает уменьшение гидравлического сопротивления ДРэт пылеуловителя на 19 Па (с 66 до 47 Па). Рост высоты hпо выходного окна противоточного отделителя с 0,04 до 0,06 м (при V =6,0 м/с, h =0,055 м и l =0,6 м) снижает ДР „ на

вх ' ' ж^ ' ж ' sv

20 Па (с 67 до 47 Па).

Анализ математических моделей (1) и (2) и двумерных сечений показал, что максимальный эффект очистки воздуха от легких примесей и

минимальное гидравлическое сопротивление пылеуловителя достигаются при различном сочетании изучаемых факторов, поэтому необходимо найти компромиссное решение.

В резул ьтате п ро-веденных исследований мы выбрали следующее оптимальное сочетание изучаемых факторов: скорость воздушного потока на входе в пылеуловитель vBx =6,5...9,0 м/с (производительность Q пылеуловителя при ширине 1 м равна 1,6...2,3 м3/с поскольку пневмосистемы зерноочистительных машин предусматривают регулирование скоростного режима работы), длина жалюзийной решетки /ж=0,40...0,50 м, высота выходного окна жалюзийного отделителя Лжо=0,04...0,05 м и высота выходного окна противоточного отделителя h =0,045.0,055 м.

по ’ ’

Экспериментальные исследования показали, что эффект осаждения легких примесей составил Епу=94,7 % против 95,1 % по математической модели (1), а гидравлическое сопротивление пылеуловителя - APsv =101,4 Па против 102,6 Па по математической модели (2) при вероятности 95 %, что подтверждает адекватность моделей и достоверность результатов исследований.

Во всем диапазоне изменения hny от 0,5 до 0,9 м при увеличении скорости vBX от 4,5 до 7,5 м/с эффект очистки воздуха возрастает, дальнейшее ее повышение до 8,5 м/с снижает ЕПУ. Например, при глубине hny=0,8 м эффект ЕПУ сначала возрастает на 3,2 % (с 93,5 до 96,7 %), а затем уменьшается на 0,5 % (с 96,7 до 96,2 %). Снижение эффекта объясняется тем, что при увеличении скорости vBX > 7,5 м/с условия осаждения легких частиц в осадочной камере пылеуловителя ухудшаются в большей степени, чем улучшаются в инерционных отделителях.

При увеличении глубины hny пылеосадительной камеры с 0,5 до 0,9 м эффект ЕПУ осаждения легких примесей на всех скоростных режимах возрастает примерно на 1,8 %. При этом наиболее интенсивный рост наблюдается в случае увеличении hny от 0,5 до 0,8 м. При дальнейшем наращивании hny рост ЕПУ замедляется и становится незначительным. В результате проведенного исследования можно сделать вывод, что глубину пылеосадительной камеры целесообразно принять hm=0,8 м.

Выводы. В результате проведенных экспериментальных исследований определены оптимальные конструктивно-технологические параметры малогабаритного инерционного жалюзийно-

противоточного пылеуловителя: скорость воздуш- окна противоточного отделителя Лпо=0,045...0,055

ного потока на входе в пылеуловитель vBX =6,5...9,0 м, глубина пылеосадительной камеры hny=0,8 м.

м/с (производительность Q=1,6...2,3 м3/с на 1 м ши- При таких параметрах эффект очистки воздуха от

рины пневмосистемы), длина жалюзийной решетки легких примесей составляет 95,0.97,5 %, а ги-

/ж=0,40...0,50 м, высота выходного окна жалюзийно- дравлическое сопротивление пылеуловителя - не

го отделителя Лжо=0,04...0,05 м, высота выходного превышает 150 Па.

Литература.

1. Бурков А.И., Сычугов Н.П. Зерноочистительные машины. Конструкция, исследование, расчет и испытание. - Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2000. - 261 с.

2. Машины для послеуборочной обработки зерна / Б.С. Окнин, И.В. Горбачев, А.А. Терехин, В.М. Соловьев. - М.: Агро-промиздат, 1987. -238 с.

3. Патент 2377048 РФ, МПК В 01D 45/04. Инерционный пылеуловитель / А.И. Бурков, Ю.В. Сычугов, А.Л. Глушков, Н.Л. Конышев, Д.С. Булдаков. - Опубл. 27.12.2009. Бюл. № 36.

SMALL-SIZED INERTIAL JALOUSIE-CROSS-CURRENT DUST-CATCHER FOR GRAIN-CLEANER

MACHINES

A.I. Burkov, A.L. Glushkov, D.S. Buldakov

Summary. The results of research of small-sized inertial jalousie-cross-current dust-catcher for high-productive grain-cleaner machines were given in the article. An optimum combination of design data of dust-catcher, at which the effect of clearing of air makes 95.0...97.5 %, its hydraulic resistance is no more than 150 Pa, and the productivity is equal to 1.6...23 m3/s by 1 meter of width of pneumo-system, is determined.

Key words: grain cleaner machine, dust-catcher, clearing of fulfilled air

УДК 631.355

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО И ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССОВ СОГЛАСОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ ИХ РАБОТЫ

С.Н. КАПОВ, доктор технических наук, зав. кафедрой

С.Д. ШЕПЕЛЁВ, кандидат технических наук, зав. кафедрой

Челябинская ГАА

E-mail: pnr@agroun.urc.ac.ru

Резюме. В статье рассмотрен технологический процесс уборки зерновых культур. Разработана его структурная модель, включающая агробиологическую, техническую и агротехнологическую системы. Рассмотрены составляющие уборочной системы и их связи, которые позволили обосновать показатели, характеризующие эффективность процесса уборки и послеуборочной очистки зернового вороха. Ключевые слова: зерновые культуры, система, зерноуборочный комбайн, транспорт, зерноочистительный агрегат, уборка.

На сегодняшний день фактическая продолжительность механизиро-

ванных работ в растениеводстве в 2-3 раза превышает расчетную, а потери продукции составляют 20.25 % от валового сбора [1, 2]. Проблемность ситуации усугубляется дефицитом трудовых ресурсов [3]. Поэтому нужны новые методы повышения эффективности механизированных процессов в отрасли.

Цель наших исследований повышение эффек-

Зерновые культуры (растения)

ТС

Frc(t)

~сопгл"Г--~:

Механические средства уборки

Комбайн

Транспорт

ісрноочнсіи іс.іьііьіМ яірсіаі

і U.(t)

Количество и параметры |р

K(t)

АТТ

Система управлении

АТС

Уборка и послс>оорочиая очистка 'ісрна

P(t)

TP(t)

Рис. 1. Структурная схема связей технологии уборки и послеуборочной очистки: РДБС(1), Рто(1), ^атс^) - входной вектор внешних воздействий влияющие на эффективность функционирования агробиологической технической и агротехнологической системы; АТТ - агротехнические требования; СЩ

- состояние растений перед уборкой; 11к(Ц, Ц(Ц, 11за(Ц - внутренние связи, определяющие конструктивные параметры технических средств зерноуборочных комбайнов, транспортных средств и зерноочистительных агрегатов. К(Ц - эксплуатационно-технологические показатели технических средств; РЩ

- производительность уборочных и зерноочистительных процессов; ТР(Ц - выход товарной продукции.