Обоснование основных параметров конусного распределителя семян камеры протравливания Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.33.022

ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОНУСНОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ СЕМЯН КАМЕРЫ ПРОТРАВЛИВАНИЯ

Н.С. СЕРГЕЕВ, доктор технических наук, профессор

М.В. ЗАПЕВАЛОВ, кандидат технических наук, доцент

В.Э. МУХАМАДИЕВ, аспирант Челябинская ГАА Е-таИ:дИск@таИ.ги

Резюме. Рассмотрена конструкция камеры протравливания семян зерновых и зернобобовых культур с двухступенчатым нанесением рабочего раствора. Выведена формула расчета длины образующей конусного распределителя семян, позволяющая обосновать параметры конуса в зависимости от требуемой производительности, адекватность которой подтверждена экспериментальными исследованиями. Ключевые слова: протравливатель семян, камера, конусный распределитель, распылитель, рабочая жидкость, параметры, движение семян.

Один из основных факторов снижения урожая сельскохозяйственных культур - поражение растений болезнями и вредителями. Состав патогенного комплекса семян включает десятки видов грибов, бактерий и вирусов, среди которых, по данным фитоэкспертизы, преобладают возбудители твердой и пыльной головни, снежной плесени и др. Прямые потери зерна, вызываемые этим комплексом болезней, как правило, превышают 20...25 %. В случае сильной заспоренности оно становится непригодным даже на фуражные цели [1].

Многочисленные исследования показывают, что протравливание семян зерновых и зернобобовых культур должно быть обязательным приемом технологии их возделывания, так как оно обеспечивает защиту в ранние стадии развития растений от семенной, почвенной, а в отдельных случаях и от аэрогенной инфекции. Кроме того, использование такого приема обеспечивает меньшую экологическую опасность пестицида, по сравнению с опрыскиванием растений.

Основное требование к устройствам для протравливания семян - равномерность нанесения препарата на поверхность зерен при минимальном их повреждении. Процесс протравливания у большинства выпускаемых промышленностью машин основан на механическом перемешивании зерна и препарата, что приводит к повреждению семян и неравномерности обработки [2]. Один из перспективных способов снижения воздействия на зерновку - использование силы гравитации, под действием которой она движется сверху вниз.

В Челябинской ГАА разработан и запатентован протравливатель семян зерновых и зернобобовых культур, в работу которого заложен принцип двухступенчатого нанесения защитно-стимулирующего препарата на обрабатываемую поверхность [3].

Цель наших исследований - обоснование угла и длины образующей конуса распределителя нового устройства, обеспечивающих при заданной пропускной способности однослойный сход семян в зону первой ступени протравителя. Задача исследований заключалась в определении закономерностей изменения толщины потока семян при движении их по конической поверхности.

Условия, материалы и методы. Обработка семян проводится в камере протравливания, к основ-

ным рабочим органам которой относятся цилиндрический дозатор 1, конусный распределитель семян 3, ротационный распылитель рабочей жидкости 5 и воронка 7 (рис.1).

Рис. 1. Движение семян в камере протравливания: 1 -цилиндрический дозатор семян; 2 - семена; 3 - конусный распределитель семян; 4 - электродвигатель распылителя;

5 -распылитель рабочей жидкости; 6 - трубка подачи рабочей жидкости; 7 - воронка; I, II - верхний и нижний дисперсные потоки жидкости; А - зона распыления препарата; N0- N - высота потока зерна по сечениям.

При работе устройства семена из бункера дозировано подаются на конусный распределитель, при сходе с которого образуется цилиндрический поток зерновок, движущийся сверху вниз. Внутри этого потока ротационный распылитель создает верхний и нижний горизонтальные факелы рабочей жидкости. На первой ступени обработка происходит в результате перекрестного взаимодействия двух дисперсных потоков - семян и рабочей жидкости. На второй ступени зерновки попадают на наклонную поверхность воронки, скатываясь по которой вторично обрабатываются нижним факелом рабочей жидкости.

Полнота протравливания и равномерность нанесения защитно-стимулирующего препарата на поверхность семян повышается при движении кольцевого потока семян в один слой. Это условие можно реализовать при определенном сочетании таких параметров, как угол конуса - 2а, длина образующей конуса - Ькдн, высота подъема заслонки дозатора - Ндоз и радиус трубчатого дозатора - Я (рис. 2).

Для подтверждения результатов теоретических расчетов были проведены экспериментальные ис--------------------------------------------- 61

Рис. 2. Параметры распределительного конуса. Ндоз - высота подъема заслонки дозатора, м; Я - радиус дозатора, м; й - толщина потока семян, м; Я -радиус заслонки дозатора, м; г- меньший радиус усеченного конуса, м; й - высота слоя зернового потока, м; ікон - длина образующей конуса, м; а - половина угла конуса при вершине, град; р - угол при основании конуса, град.

следования. Толщину слоя фиксировали скоростной фотосъемкой. На основании экспериментальных исследований составлены эмпирические зависимости толщины движущегося потока семян по длине образующей конуса при варьировании параметров а и Ндоз.

Результаты и обсуждение. Распределение потока семян по поверхности конуса, при их движении по образующей, после выхода из дозирующего устройства происходит с определенной закономерностью. При этом высота слоя на выходе задается положением дозатора относительно поверхности конуса - Ндоз, а начальная скорость ч0 - углом конуса 2а, сыпучестью семян и коэффициентом их трения П о поверхность конуса. В первом приближении можно предположить, что при движении семян по конической поверхности от вершины, с увеличением длины образующей конуса, толщина их потока й будет уменьшаться. Сечение потока семян по окружности распределительного конуса можно представить в виде усеченного конуса (АСЕМ) с образующей й и радиусами Я ; и г, площадь боковой поверхности которого определяется как:

Sбoк=n■h■(R + r), (1)

где Ббок - площадь боковой поверхности усеченного конуса, м2; й - толщина потока семян, как образующая усеченного конуса, м; Я - больший радиус усеченного конуса, м; г - меньший радиус усеченного конуса, м.

Боковую площадь усеченного конуса с учетом параметров й и ^ (рис. 2) можно представить в виде:

SeoK= 2 n h-(LK0H ■ sin(a) + h■ cos(a)),

где h - высота слоя зернового потока, м; L

(2)

' длина образующей конуса, м; а - половина угла конуса, град.

Таким образом, длину образующей ікон можно определить по формуле:

_ - к-h • cos(ct)

2-7i/7-sin(a) ’

(3)

Следует отметить, что при смещении сечения по направлению движения семян (рис. 1) образующая усеченного конуса (h12-i) уменьшается из-за увеличения параметров R и r с сохранением первоначальной боковой площади, заданной на выходе из дозатора, с высотой потока h0.

Для определения расстояния от вершины конуса до перехода потока в один слой, зададим начальную площадь поверхности слоя. Ее форма (как уже упоминалось) будет иметь вид усеченного конуса с образующей h0 = Ндоз х sin(a). Площадь боковой поверхности усеченного конуса на выходе потока из дозатора зависит от начальных параметров дозатора, распределительного конуса и высоты подъема заслонки дозатора Ндоз:

Sta = п ■ Ндоз ■ sin(a) (2 Ядоз- Ндоз ■ cos(a) ■ sin(a)), (4)

где НдоЭ - высота подъема заслонки дозатора, м; Rgo3 - радиус дозатора, м.

С увеличением угла a и параметра НдоЭ боковая площадь рассматриваемого усеченного конуса, а следовательно и пропускная способность возрастают (рис. 3). Однако на работоспособность устройства оказывает влияние коэффициент трения п. Для зерновых культур коэффициент трения о стальную поверхность изменяется в пределах 0,35...0,55, что соответствует пределам изменения угла р=20...29°, или угла при вершине конуса a=70...61°. В связи с этим принято ограничение: 30<a<60°.

^бок, М С 025

002

0015

001

0.005

a =60°

a = 50° s

/ >

У\ a =30° \ a =40°

0015

003

0045

0 06

0075

0 09 Н

доз.і

Рис. 3. Площадь боковой поверхности усеченного конуса в зависимости от высоты подъема дозатора семян при разных углах а.

Условие постоянства площади сечений потока зерна при движении по образующей конуса можно отнести и к пропускной способности (производительности):

(5)

о =sLK=o'=s^v,

где О0, О - секундная подача соответственно на выходе из дозирующего устройства и в і-м сечении, м3/с; Б0бок, Б' - площадь боковой поверхности усеченного конуса соответственно на выходе из дозирующего устройства и і-го сечения, м2; ¥0 - скорость на выходе потока из дозирующего устройства, м/с; Vі - скорость потока семян в і-м сечении, м/с.

С учетом (4) и (5) расход семян из дозирующего устройства можно представить в виде:

о = я ■■ Ц, • нд03 ■ &п(а) (2 ЯД03 +

+ НД03 С05(а) 5Іп(а)).

(6)

В виду сложности определения скорости истечения сыпучего материала из дозирующего устройства, воспользуемся результатами исследований в этой области, на основании эмпирической зависимости [4]:

V0=X■y|3,2■g■Rr, (7)

где X - коэффициент истечения (для сухих, хорошо сыпучих грузов Х=0,6); д - ускорение свободного падения, м/с2; ЯГ - гидравлический радиус, м.

Я

: WJP0

(8)

где Р0 - периметр выпускного отверстия бункера, м (Ро= п ■ Dдоз); Wp - расчетная площадь выпускного отверстия бункера, м2 (для круглого сечения Wo= 0,25 ■ п фБ - D )2). 0

' Б доз' '

Поскольку зерновой материал взаимодействует с препятствием в виде конуса с углом при вершине 2а, конечную скорость на выходе из дозирующего устройства У0 (в первом приближении) можно представить как проекцию на образующую конуса:

У0=Х<10,8д

(Об

-О )2

-^-•соз(а).

(9)

Анализ зависимости (5) позволяет сделать вывод, что пропускная способность конусного распределителя определяется параметрами дозирующего устройства (Ядоз и Н ) и углом при вершине конуса 2а, причем, максимальная пропускная способность дозирующего устройства при разной величине параметра Ндоз обеспечивается при угле а=45° (рис. 4).

р. т/ч 30

24

18

на= =0.05м Н<1 =0,09м

НсМЭ.ОЗм \ Нс1=0.07м

^

30

45

60

75

90 (Х.град

Рис. 4. Зависимость пропускной способности дозирующего устройства от угла а при изменении параметра высоты подъема дозатора Ндоз.

Скорость движения семян в произвольной точке образующей конуса относительно вершины, используя уравнение движения материальной точки по наклонной поверхности, можно выразить зависимостью:

У = ,|2-0-(со8(а)-ті-8іп(а))-

і —?-эт(а)

+ Ш-со8(а) +У0, (10)

где д - ускорение свободного падения, м/с2.

С учетом полученных формул, длину участка образующей распределительного конуса относительно

Рис. 5. Зависимость длины образующей Ькон от параметров а при изменении коэффициента трения п (Н оз= 0,09 м). д

вершины, на которой поток семян переходит в один слой, можно найти из выражения:

/. =_________—_______

2чі-Л-У-ап(а)

--Лсф(а),

(11)

где Q =д(віп(в) - совф)).

Окончательно выражение примет вид:

УаНД03зіп(а)(2Яя

,+Н С03(а)віп(а))

2Л(/С^2(іго„-Нлш. сов(а) + Яд03 • ід{а)) + Ц,) 8Іп(а)

(12)

-0,5 Л сід(а)

Задавшись исходными параметрами (а, п, Ядоз) и требованиями движения потока семян в один слой (принимая средний размер зерна, например, для пшеницы hmin = 0,004 м), уравнение позволяет определить длину образующей конуса от вершины до точки перехода потока в один слой (рис. 5).

Разница между экспериментальными, полученными в результате опытов и теоретическими величинами не

Рис. 6. Толщина слоя потока семян при их движении по образующей конусного распределителя (а = 50о, Ндоз = 0,09 м).

превышает 3...4 % (рис. 6).

Выводы. В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что формирование кольцевого потока семян зерновых культур в один слой, при двухступенчатой их обработке защитно-стимулирующими препаратами, с пропускной способностью дозирующего устройства Q в пределах от 10 до 24 т/ч обеспечивается при высоте подъема заслонки дозатора Ндоз = 0,09 м с углом по вершине распределительного конуса 2а =1000 и длине образующей іоон в пределах 0,23.0,27 м. .

Литература.

1. Поздняков Ю.В. Механизация защиты семенного материала от болезней и вредтелей. - Екатеринбург: УрГСХА, 2001, с. 132,

2. Химические средства защиты растений/ Под ред. Г.С.Груздева - 3-е изд. Перераб. и доп. - М.: Агропромиздат. 1987.415с.

3. Запевалов М.В., Маринин С.П. Протравливатель семян/Патент России №2370937, 2009, Бюл.№30.

4. Горюшинского: Учебное пособие. - Самара: СамГАПС, 2003. - 232с.

SUBSTANTIATION OF THE MAIN PARAMETERS OF THE CONICAL SEED DISPENSER OF THE TREATMENT CHAMBER N.S. Sergeev, M.V. Zapevalov, V.E. Mukhamadiev

Summary. The construction of seed treatment chamber for grain and legume crops with two-stage application of the working solution is considered. The formula for calculation of the length of the conical seed dispenser generatrix is obtained, which allows to substantiate parameters of the cone depending on the capacity requirement, the adequacy of which is confirmed by the results of experimental researches.

Key words: seed treater, chamber, conical dispenser, dispenser, work fluid, parameters, seed movement.

УДК 621.356.48:622.794.7

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКТИВНОЙ ДЛИНЫ ОСАДИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА МОКРОГО ЭЛЕКТРОФИЛЬТРА

А.Г. ВОЗМИЛОВ, доктор технических наук, профессор

Н.И. СМОЛИН, кандидат технических наук, профессор

Л.Н. АНДРЕЕВ, кандидат технических наук, доцент Б.В. ЖЕРЕБЦОВ, преподаватель Тюменская ГСХА Е-таіІ^оітіад44@гатЬІєг.ги

Резюме. В статье представлен уточнённый расчёт, связывающий активную длину и радиус осадительного электрода мокрого электрофильтра.

Ключевые слова: мокрый электрофильтр, осадительный электрод, активная длинна электрофильтра, радиус осадительного электрода.

У мокрого однозонного электрофильтра есть ряд существенных отличий от обычного электрофильтра, в том числе форма осадительного электрода, выбор которой основывался на возможности его вращения вокруг своей оси и регенерации от пыли. В процессе осаждения принимает участие только верхняя часть осадительного электрода, не погруженная в жидкость (рис. 1), нижняя часть электрода находится в регенерационной емкости.

Помимо нижней части в верхней тоже есть область, которая не принимает участия в осаждении пыли. По конструктивным соображениям верхняя часть диска заглублена в направляющую, которая обеспечивает постоянное межэлектродное расстояние при вращении осадительных электродов. Величина заглубления в направляющую (Л) принимается в пределах 0,005. 0,1 от радиуса осадительных электродов [1].

При проектировании важное значение имеет такой параметр как длина осадительного электрода I. В случае с обычными электрофильтрами они выполнены в форме прямоугольников и определить их длину не представляет трудности. Что касается мокрого электрофильтра, то в известных исследованиях [2] приведена методика расчета его радиуса, позволяю-

щая в формуле Дейча перейти от активной длинны осадительного электрода I в радиусу Я. Однако она имеет погрешности, связанные с неточностями геометрических расчётов.

Цель наших исследований - уточнить выражение для перехода от активной длины I к радиусу Я.

Условия, материалы и методы. Геометрическая форма зоны осаждения пыли не позволяет определить среднюю линию по известным выражениям. Поэтому мы заменим её прямоугольником площадью Б2 = I ■ (Я-Л) равной площади зоны осаждения пыли Б1 (рис. 2). Определив площадь Б1 можно вывести выражение для расчета активной длины I через радиус Я.

Результаты и обсуждение. Для определения площади Б1 разобьём активную зону осаждения на ряд геометрических фигур, площади которых определяются по известным выражениям, а именно на два одинаковых сектора ОАВО и ОDЕО и равнобедренный треугольник ОBD. Таким образом, можно найти из выражения:

Рис. 1. Зона осаждения пыли на осадительном электроде