Научная статья на тему 'Обоснование конструктивно-технологической схемы пневмотранспортера зерна соргоуборочного комбайна'

Обоснование конструктивно-технологической схемы пневмотранспортера зерна соргоуборочного комбайна Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
398
124
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОРГОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН / КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА / ПНЕВМОТРАНСПОРТЕР ЗЕРНА / ЦИКЛОН

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ряднов А. И.

На основании анализа существующих схем транспортировки зерна предложено использовать в соргоуборочном комбайне для подачи обмолоченной массы из прямоточной выносной молотильной камеры с молотильно-сепарирующим устройством инерционно-очесного типа в бункер систему пневматическую, всасывающего типа с циклоном для предварительной очистки зерна. Представлена методика расчета основных элементов конструктивно-технологической схемы пневмотранспортера зерна соргоуборочного комбайна.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Обоснование конструктивно-технологической схемы пневмотранспортера зерна соргоуборочного комбайна»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.354.2

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПНЕВМОТРАНСПОРТЕРА ЗЕРНА СОРГОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

А.И. Ряднов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Волгоградский государственный аграрный университет

На основании анализа существующих схем транспортировки зерна предложено использовать в соргоуборочном комбайне для подачи обмолоченной массы из прямоточной выносной молотильной камеры с молотильно-сепарирующим устройством инерционно-очесного типа в бункер систему пневматическую, всасывающего типа с циклоном для предварительной очистки зерна. Представлена методика расчета основных элементов конструктивно-технологической схемы пневмотранспортера зерна соргоуборочного комбайна.

Ключевые слова: соргоуборочный комбайн, конструктивно-технологическая схема, пневмотранспортер зерна, циклон.

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ по проекту «Разработка и исследование инерционно-очесного способа обмолота зерновых колосовых и метелочных культур на корню и технологии для его реализации», договор № НК 13-08-01085\14

В современных зерноуборочных комбайнах для транспортировки зерна используют винтовые конвейеры, в том числе и вертикальные. Такие конвейеры имеют ряд недостатков, в частности: снижение производительности при увеличении угла наклона [2], рост энергоемкости при увеличении частоты вращения шнека [5], они разрабатываются и конструируются без учета травмируемости транспортируемого зерна.

При транспортировке сельскохозяйственных грузов широко применяются пневматические транспортеры, которые, по сравнению с винтовыми конвейерами, имеют ряд преимуществ: возможность транспортировки груза в горизонтальном, вертикальном и наклонном направлениях, простота прокладки труб, малые габариты, высокая надежность при эксплуатации, изоляция груза от окружающей среды, возможность автоматизации и другие.

По способу воздействия воздуха на транспортируемый материал пневмотранспортные установки разделяют на установки, в которых воздушный поток воздействует непосредственно на каждую частицу перемещаемого материала (под действием аэродинамических сил) и установки, в которых воздух используется только для снижения коэффициента внутреннего трения транспортируемого материала (аэрация), а перемещение частиц осуществляется за счет собственного веса (гравитационных сил) [3].

По способу создания воздушного потока и условиям движения его в трубопроводе вместе с материалом пневмотранспортные установки подразделяют на всасывающие, работающие при разряжении, нагнетательные, работающие при давлении, и комбинированные, совмещающие первые два типа установок.

Во всасывающих транспортерах перемещаемый груз подается, как правило, во всасывающий трубопровод и ускоряется вместе с воздухом. В таких устройствах движение воздушного потока осуществляется за счет перепада давления, создаваемого воздуходувной машиной. В большинстве случаев установки такого типа применяют для перемещения материала на небольшие расстояния. Основным преимуществом всасывающей пневмотранспортной установки является возможность транспортирования сыпучих материалов из нескольких точек в одну.

В нагнетательных пневмотранспортных устройствах энергия давления или скорости воздуха повышается статически или динамически. Такие устройства подразделяются на устройства, в которых транспортируемый материал перемещается в потоке сжатого воздуха (по принципу эжекции) по трубопроводам с прямолинейной и произвольной конфигурациями [1]. Достоинством нагнетательных пневмотранспортных установок является возможность перемещать сыпучие материалы по разветвленной системе трубопроводов.

Установки всасывающе-нагнетающего действия в качестве воздуходувных машин применяют вентиляторы высокого давления, трубовоздуходувку, или вакуум -насос - компрессор [1]. Такие установки сочетают в себе преимущества рассмотренных выше установок. Самыми эффективными являются установки, в которых для создания перепада давления как на всасывающей, так и на нагнетающей ветви используется одна воздуходувная машина [1].

Все вышеперечисленные виды установок имеют недостатки, среди которых важнейший - низкий коэффициент полезного действия (КПД не превышает 0,5).

Более высоким КПД обладают метатели вентиляторного типа, которые широко используются при транспортировке влажных и слипающихся сельскохозяйственных грузов. Транспортируемый груз ускоряется рабочим колесом метателя, после чего выбрасывается в трубопровод. Порция воздуха, которая всосана вместе с транспортируемым грузом, имеет меньшую скорость движения, чем груз, так как происходит преобразование энергии скорости в энергию давления. В этот период времени воздух оказывает на груз тормозящее действие. Это происходит до тех пор, пока в результате трения скорость перемещения груза не сравняется со скоростью воздуха. Далее воздух способствует перемещению груза, но из-за малого расхода не может быть несущим элементом. Однако использовать метатели вентиляторного типа при транспортировке зерна высокой влажности, обмолоченного комбайном, оборудованным молотильно-сепарирующим устройством инерционно-очесного типа, недопустимо из-за высокого травмирования зерна.

Основное требование, предъявляемое к системам пневматического транспортирования зерна в комбайне, - обеспечение требуемой производительности при допустимом уровне травмирования зерна с предварительной очисткой его от пыли и легких примесей.

На основании анализа исследований многих ученых и с учетом перечисленных выше преимуществ и недостатков различных типов транспортирующих средств, на кафедре «Эксплуатация машинно-тракторного парка» Волгоградского ГАУ в разработанном соргоуборочном комбайне [8, 6] использована система пневматического транспортирования зерна всасывающего типа с циклоном для предварительной очистки зерна, поступающего из прямоточной выносной молотильной камеры в бункер.

Схема системы транспортировки зерна из прямоточной выносной молотильной камеры в бункер комбайна показана на рисунке.

***** ИЗВЕСТИЯ *****

№ 3 (35)), 2014

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

А

Рисунок - Схема системы транспортировки зерна из прямоточной выносной молотильной камеры в бункер комбайна: 1 - прямоточная выносная молотильная камера; 2 - зерносборник; 3 - трубопровод;

4 - циклон; 5 - заслонка; 6 - бункер; 7 - трубопровод; 8 - вентилятор

Данная система работает следующим образом. Обмолоченное прямоточной выносной молотильной камерой зерно поступает в зерносборник 2, откуда засасывается вентилятором 8 по трубопроводу 3 в циклон 4. В циклоне 4 происходит отделение пыли и легких примесей от зерна, в основном, за счет центробежных сил, действующих на зерно.

Местные сопротивления трению обеспечивают отделение зерна от пыли. Зерно падает из циклона 4 вниз на заслонку 5 зерносборника циклона. В случае открытия заслонки зерно поступает в бункер 6 комбайна. Следует отметить, что при открытии заслонки 5 автоматически должен отключаться вентилятор 8. В этом случае будут исключены потери зерна из-за его выноса воздушным потоком из комбайна.

Отделенные от зерна пыль и легкие примеси перемещаются по трубопроводу 7 в вентилятор 8 и выбрасываются наружу.

Чтобы обеспечить максимальное отделение пыли и легких примесей от зерна рекомендуется при выборе конструктивных параметров циклона следующее соотношение диаметра циклона dцикл. к диаметру трубопровода dтрyбы :

При указанном соотношении диаметров циклона и трубопровода разделение пыли и легких примесей от зерна достигает 90 %.

В научной и учебной литературе представлено достаточно много методов расчета пневматических транспортеров и циклонов, используемых соответственно для транспортировки и очистки различных грузов, в том числе и зерна. Однако эти методы сложны в практическом применении. В связи с этим, предлагается упрощенная методика расчета основных элементов конструктивно-технологической схемы пневмотранспортера зерна соргоуборочного комбайна.

На движущиеся по вертикальной части трубопровода 3 частицы в общем случае действуют три силы: тяжести - G, центробежная - F, аэродинамическая - Q

(1)

Проекции этих сил на оси координат:

Х: F sina = 0, (2)

У Q - G + F cosa = 0 ^

где a - угол отклонения центробежной силы от аэродинамической, град.

При расчете силы тяжести G принимается масса одного зерна как веничного, так и зернового сорго в пределах 0,018.. .0,024 г.

Из выражений (2) и (3) получим движущую (аэродинамическую) силу зерна:

Q = G - F cos a ^

В связи с тем, что с увеличением диаметра трубопровода угол a растет, то из формулы (4) следует, что с увеличением диаметра трубопровода требуется большая аэродинамическая сила для перемещения зерна. Скорость зерна v (м/с) в вертикальном транспортере равна [3]:

Vp =v-vKP , (5)

где v - скорость воздуха, м/с; vKP - критическая скорость (витания), м/с.

При расчете скорости зерна Vp необходимо учитывать, что скорость в выхлопной трубе циклона не должна превышать 4 м/с. Это позволит исключить вынос зерна вентилятором наружу.

Полный напор р H вертикального пневмотранспортера равен сумме

динамического или скоростного напора р, необходимого для преодоления инерции

воздуха и груза, и статического [3]:

Рн = РД + Pc . (6)

Динамический напор определим из условия равенства кинетической энергии смеси зерна, примесей и воздуха:

Е = тг + те_-и

2 2 (7)

и работы воздушного потока:

W = РД ■S (8)

где тг'тв - масса груза (смеси зерна и примесей) и воздуха, кг, S - площадь сечения трубопровода, м2.

Учитывая, что

тг =рУ и тв =ру, (9)

Р Р V зз

где г' е' - соответственно плотность груза, кг/м , воздуха, кг/м и объем одного

погонного метра трубопровода, м3,

а также коэффициент массовой концентрации смеси

к = т

кт =

тв , (10)

получим выражение для оценки динамического напора:

V 2 р

Рд = 0,5 рВ (V + кт)

v . (11)

Статический напор рс равен сумме потерь давления на трение зерна и

примесей при движении в трубопроводе Рт , местных сопротивлений Рм и потерь

давления при подъеме груза на высоту h - Рп :

Рс = Рт + Рм + Рп , (12)

Рт = р'т (1 + ккт )

где Т ,

(13)

р 1 к здесь "т - потери давления на трение при движении воздуха по трубам, Па, с -

коэффициент, зависящий от концентрации смеси, скорости и физико-механических свойств

груза;

;2

к* / , , кп к.

Рм = 0,щ'рв

(14)

здесь ' % - коэффициент местного сопротивления (значения коэффициентов с, % даны в соответствующих справочниках);

Рп = кт ■ £-Рв ■ код,

(15)

здесь £ - ускорение свободного падения, м/с2. Тогда, полный напор равен:

Рн = Рд + Рт + Рм + Рп (16)

Определив полный напор рН , скорость зерна °р в вертикальном транспортере

с

по формуле (5) и площадь сечения трубопровода с для принятого диаметра сначала

рассчитываем объемный расход воздуха уОРВ (м3/с):

%рв = урс, (17)

а затем и мощность двигателя ^П, (Вт) для привода вентилятора:

д г _ чорв ' р н ^ п ~

V , (18)

где ^ - КПД пневмотранспортера (в расчетах принимаем 0,5).

Применительно к транспортировке зерна веничного и зернового сорго из прямоточной выносной молотильной камеры в бункер соргоуборочного комбайна с одновременной очисткой в циклоне в расчетах необходимо учитывать: влажность зерна (может быть 8-25 %), высота подъема зерна (до 4 м), диаметр воздуховода (0,1 -0,15 м), подача зерна (до 10 кг/с).

Оценка различных схем транспортировки зерна из прямоточной выносной молотильной камеры в бункер соргоуборочного комбайна по комплексному критерию эффективности, разработанному по методике, представленной в работе [7], показала, что использование выбранной схемы предпочтительнее других пневматических систем.

Таким образом, для транспортировки зерна из прямоточной выносной молотильной камеры с молотильно-сепарирующим устройством инерционно-очесного типа в бункер соргоуборочного комбайна с одновременной предварительной его очисткой рекомендуется использовать пневмотранспортер всасывающего типа с циклоном, рассчитанный по представленной методике.

Библиографический список

1. Богданов, И.Н. Пневматический транспорт в сельском хозяйстве [Текст] / И.Н. Богданов - М.: Росагропромиздат, 1991. - 128 с.

2. Григорьев, А.М. Винтовые конвейеры [Текст]/ А.М. Григорьев. - М.: Издательство «Машиностроение», 1972. - 184 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Красников, В.В. Подъёмно-транспортные машины [Текст] / В.В. Красников. - М., 1987. - 270 с.

4. Калинушкин. М.П. Вентиляторные установки [Текст] / М.П. Калинушкин. - М., 1967. - 300 с.

5. Криловецкий, В.В. Исследование способов эффективности вертикальных винтовых транспортеров, применяемых при приготовлении и раздаче кормов в животноводстве [Текст]/ дисс....канд. техн. наук:05.20.01.: защищена 197/ Криловецкий Владимир Васильевич. - СПб., 1977. - 163 с.

6. Комбайн для уборки технических культур [Текст] : пат.2421974 Российская Федерация A01D 41/08. / Ряднов А.И., Шарипов Р.В., Семченко А.В.; заявитель и патентообладатель - ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА - №2010100341/21; заявл. 11.01.10; опубл. 27.06.11, Бюл.№18.

7. Ряднов, А.И. Методы оценки эффективности уборки сельскохозяйственных культур [Текст] : монография /А.И. Ряднов. - Волгоград: Волгоградская ГСХА, 2008. - 108 с.

8. Универсальный агрегат для уборки сорго [Текст]/А.И. Ряднов, Р.В. Шарипов, А.В. Семченко, К.А. Матвеева//Сельский механизатор. - 2010. - №4. - С. 6.

E-mail: alex.rjadnov@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.