CC BY
6
11. Proschak V.M. Design of mechanized production lines in animal husbandry. Krasnodar: KGAU, 2007. 233 p.
12. Kiva A.A., Sukharev Yu.N., Lukyanov V.M. Machines and equipment for poultry farming: Ref. M.: Agropromizdat, 1987. 239 p.
13. Belyanchikov N.I., Smirnov A.I. Mechanization of animal husbandry. M.: Kolos, 1983.
14. Melnikov S.V. Technological equipment for livestock farms and complexes. L.: Agropromizdat, 1985. 640 p.
Георгий Гэоргиевич Класнер, кандидат технических наук, доцент, [email protected]
Владимир Сергеевич Пашинский, магистрант, [email protected]
Georgy G. Klasner, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected]
Vladimir S. Pashinsky, Master's degree student, [email protected]
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 07.12.2022; одобрена после рецензирования 20.12.2022; принята к публикации 10.01.2023.
The article was submitted 07.12.2022; approved after reviewing 20.12.2022; accepted for publication 10.01.2023. -♦-
Научная статья
УДК 631.354
doi: 10.37670/2073-0853-2023-99-1-185-188
Обоснование совершенствования ветро-решётной очистки зерноуборочного комбайна
Александр Петрович Ловчиков, Сергей Николаевич Кулагин
Южно-Уральский государственный аграрный университет, Челябинск, Россия
Аннотация. Исследование проведено с целью обоснования разработки комбинации решёт системы очистки зерноуборочного комбайна. Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе. Установлено образование процесса сепарации зернового вороха в результате функционирования системы «зерновой ворох - воздушный поток - решето». В результате анализа процесса сепарации зернового вороха в системе очистки комбайна выявлена значимость действия воздушного потока. Получены аналитические зависимости, которые характеризуют изменения скорости перемещения зернового вороха в горизонтальном и вертикальном направлениях в зависимости от скорости воздушного потока. Это позволило рассмотреть изменения параметров зернового вороха от скорости воздушного потока в системе очистки зерноуборочного комбайна.
Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, очистка, зерновой ворох, скорость воздушного потока, параметры, решето, перемещение, зависимости.
Для цитирования: Ловчиков А.П., Кулагин С.Н. Обоснование совершенствования ветро-решётной очистки зерноуборочного комбайна // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 1 (99). С. 185 - 188. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-99-1-185-188.
Original article
Justification for improving the wind-sieve cleaning of a combine harvester
Aleksandr P. Lovchikov, Sergey N. ^lagin
South Ural State Agrarian University, Chelyabinsk, Russia
Abstract. The research conducted in order to justify articulated a combination of sieves of the cleaning system in the grain combine. The research is based on general logical method and mathematical analysis. The research established the formation of the separation process of a grain heap as a result from the operation of system «grain heap-air flow-sieve». In consequence of the force analysis of the separation process of the grain heap in the cleaning system of the combine, the great importance of the action of the air flow was revealed. The research analytical dependences which characterize changes in the speed of movement of a grain heap in the horizontal and vertical directions, depending on the speed of the air flow. This made it possible to consider the changes in the parameters of the grain heap from the air flow's speed in the cleaning system of the combine.
Keywords: grain combine, cleaning, grain heap, air-flow speed, parameters, sieve, dependencies.
For citation: Lovchikov A.P., Kulagin S.N. Justification for improving the wind-sieve cleaning of a combine harvester. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2023; 99(1): 185-188. (In Russ.). https://doi. org/10.37670/2073-0853-2023-99-1-185-188.
Зерновой ворох, поступающий на решёта системы очистки зерноуборочного комбайна, это смесь компонентов [1 - 3], которые имеют разные коэффициенты парусности. Для лучшего выделения из смеси зерновок или семян сельскохозяйственных культур [4, 5] она подвергается технологическому воздействию воздухом. Воздух обеспечивает разрыхление зернового вороха, вследствие чего образуется пространственная решётка из растительных материалов, сквозь которую осуществляется движение зерновок к поверхности решета для последующего сепарирования.
Материал и методы. В ранее опубликованных работах [6 - 10] отмечается, что поперечный брус нижнего решета разделяет воздушный поток при выходе из горловины в системе очистки комбайна с серийными решётами (жалюзийными) на две неравные части. Верхняя, меньшая часть воздушного потока подаётся в плоскость нижнего щитка или юбки гребёнки верхнего решета и протекает через 6 - 9 рядов гребёнок. Вторая часть воздушного потока перемещается между нижним и верхним решётами, где формируются завихрения. Нижняя большая часть струи воздушного потока набегает на нижнее решето, подаётся через первые 10 - 12 рядов гребёнок. После этого на длине 2/3 решета происходит формирование интенсивных вихревых течений. В итоге сокращается скорость воздушного потока с 4,0 м/с в начале решета до 2,3 м/с в конце решета, а это - снижение продувания и разрыхления слоя вороха. Практически воздушный поток утрачивает способность к продуванию и разрыхлению слоя соломистого вороха, в силу чего повышаются потери зерна за очисткой.
Исследования проводили с целью обоснования закономерностей, характеризующих процесс сепарации зерна в системе ветро-решётной очистки зерноуборочного комбайна.
Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе.
Результаты и обсуждения. Процесс самосортирования или гравитационного сортирования компонентов зернового вороха в очистке зерноуборочного комбайна образуется в сквозном газодисперсном потоке в противодействии двух основных сил: массовых и аэродинамического сопротивления. Сила аэродинамического сопротивления ^ ~ dп в зависимости от режима обтекания пропорциональна диаметру d частиц компонентов зернового вороха, а массовая сила Ет ~ а?3 пропорциональна диаметру частиц в кубе [6, 10]. Вследствие этого мелкие фракции имеют тенденцию выноситься газодисперсным потоком за пределы машины, а крупные - осаждаются вниз. Поскольку на процесс гравитационного сортирования влияют такие факторы, как двух-фазность потока, переносность, неравномерность поля скоростей сплошной фазы и поля локальных
концентраций частиц компонентов вороха, вращение частиц в потоке и другие, то он является сложным многопараметрическим процессом.
Известно, что в стационарном режиме работы воздушно-решётной очистки зерноуборочного комбайна вход зернового вороха qzv равен выходу, тогда можно записать:
qzv = qz + qrm, (1)
где qz - подача зерна на воздушно-решётную очистку комбайна, кг/с; qrm - подача растительных материалов на воздушно-решётную очистку комбайна, кг/с. Разделив обе части уравнения на qzv, получим соотношение:
1 = jz + ]гт, (2)
где jz - массовый выход зерна;
]гт - массовый выход растительного материала.
Эффективность разделения смеси определяется двумя факторами: концентрацией материала или зерна ^ (кг/м3) и конструкцией воздушно-решётной очистки комбайна. При этом подача всего зернового вороха осуществляется на верхнее решето очистки комбайна, тогда концентрация зерна определяется из соотношения:
kzv = qzv / Vv, (3)
где Vv - расход воздуха на верхнем решете очистки комбайна, м3/с. Исходя из этого факта далее можно определить концентрацию зернового материала на втором, или нижнем, решете очистки комбайна из соотношения:
kгn —
qZv- д V
(4)
где Vn - расход воздуха на верхнем решете очистки комбайна, м3/с. Поскольку Vn = k ■ Vv, где k - коэффициент, характеризующий расход воздуха на нижнем решете очистки комбайна, то
k™ — "
qZv-
_ 3 гт 100
V
— k ■ - k ■ к,.
100
Тогда концентрацию зернового материла в п-м элементе очистки комбайна можно записать:
k — k ■ k ■ — ■ — ■ ■ 7г(п-1) — П— (5)
2 ^ 1ПП 1ПП " 1ПП 1 1 1П(У у '
] п-1 ■
Jг (п-1) _ тт jг
100 100
100
г—1
100
Концентрация зернового материала на верхнем и нижнем решётах очистки комбайна во многом зависит от скорости воздушного потока, проходящего сквозь жалюзи, которая описывается аналитической зависимостью:
Ц, = 78,31-ехр(-32,66-£г) + 3,0, (6)
где - скорость воздушного потока, м/с; Lr - длина жалюзийного решета, Ьг е (0,1 - 1,2) м.
Нужно отметить, что открытие жалюзи решёт также влияет на скорость воздушного потока согласно выражению:
Uv = - 0,015 ■ Zr2 + 0,38 ■ Zr - 0,214, (7)
где Zr - зазор между жалюзи решёт,
Zr е (7 - 22) мм.
Кроме того, зазор между жалюзи решёт влияет как на горизонтальную, так и на вертикальную составляющую воздушного потока. Горизонтальная составляющая обуславливает скорость перемещения соломистого вороха по решётам, а вертикальная - характер разрыхляющего действия [6, 7]. При увеличении открытия жалюзи серийных решёт [6] изменение вертикальной составляющей характеризуется как слабое, а горизонтальная составляющая имеет постоянное значение, до момента открытия жалюзи на 10 мм, а потом плавно сокращается, что в конечном итоге отражается на процессе образования потерь зерна за очисткой. Так, в ходе исследования определены соответствующие аналитические зависимости, описывающие изменение скорости воздушного потока от степени открытия жалюзи решёт:
Uvg = -0,003 ■ Zr2 + 0,013 ■ Zr + 2,78,
Uvv = 0,0113 ■ Zr + 1,376, (8)
где Uvg и Uvv - скорость воздушного потока соответственно в горизонтальной и вертикальной
плоскости, м/с.
Вывод. На основе материального баланса по отдельным фракциям зернового вороха можно рассчитать функцию фракционного извлечения при последовательном выполнении процесса очистки зернового вороха с учётом неравномерной концентрации по отдельным элементам, т.е. решётам очистки комбайна. Полученные аналитические зависимости позволяют модернизировать модель ветро-решётной очистки зерноуборочного комбайна и циркуляционной нагрузки на каждом решете.
Список источников
1. Ловчиков А.П., Кулагин С.Н. Теоретический аспект комбинации решёт системы очистки зерноуборочного комбайна // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 98 - 102.
2. К разработке стационарного процесса обмолота хлебной массы комбайном с классическим молотильно-сепарирующим устройством / А.И. Ряднов, А.П. Ловчиков, О.С. Шагин, В.А. Шахов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2019. № 2 (54). С. 314 - 322.
3. Lovchikov A.P., Ognev I.I. Theoretikal background for the development of stationary process of grain threshing with a combine harvester. E3S Web of Conferences. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2020). 2020. С. 01004.
4. Бышов Н.В., Ряднов А.И., Федорова О.Ф. Машина для уборки зерновых культур // Известия Нижневолжского
агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2018. № 1 (49). С. 220 - 227.
5. Старцев А.С. Системный анализ работы зерноуборочного комбайна на уборке подсолнечника // Аграрный научный журнал. 2018. № 12. С. 78 - 80.
6. Исследование параметров воздушного потока в камере очистки зерноуборочного комбайна / А.В. Майоров, Н.В. Януков, Д.В. Лукина, А.И. Волков // Вестник Марийского государственного университета. Серия: Сельскохозяйственные науки. 2018. Т. 4. № 4. С. 45 - 51.
7. Миренков В.В., Хиженок В.Ф., Родзеевич П.Б. Анализ работы вентилятора системы очистки зерноуборочного комбайна // Вестник ГТТУ им. П.О. Сухого. 2012. № 2 (41). С. 018 - 025.
8. Миренков В.В., Хиженок В.Ф. Анализ работы турбинного вентилятора очистки зерноуборочного комбайна и оптимизация качественной характеристики воздушного потока // Вестник ГТТУ им. П.О. Сухого. 2012. № 4 (51). С. 011 -020.
9. Муратов Д.К. Относительное перемещение компонентов зернового материала по лепесткам жалюзий-ного решета // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2012. № 7 (68). С. 115 - 119.
10. Ряднов А.И., Тронев С.В., Скворцов И.И. Теоретическая оценка пропускной способности рабочих органов зерноуборочного комбайна // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2014. № 2 (34). С. 186 - 194.
References
1. Lovchikov A.P., Kulagin S.N. Theoretical aspect of the combination solution of the cleaning system of the grain combin. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 88(2): 98-102.
2. To develop a stationary process of threshing bread mass by a combine harvester with a classic threshing and separating device / A.I. Ryadnov, A.P. Lovchikov, O.S. Shagin, V.A. Shakhov. Proceedings of Nizhnevolzhs-kiy agrouniversity complex: science and higher vocational education. 2019; 54(2): 314-322.
3. Lovchikov A.P., Ognev I.I. Theoretical background for the development of stationary process of grain threshing with a combine harvester. E3S Web of Conferences. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2020). 2020. Р. 01004.
4. Byshow N.V., Ryadnov, A.I., Fedorova O.F. Grain Harvesting Machine. Proceedings of Nizhnevolzhskiy agrouniversity complex: science and higher vocational education. 2018; 49(1): 220-227.
5. Startsev A.S. System analysis of combined harvester work at sunflower harvesting. Agrarian Scientific Journal. 2018; 12: 78-80.
6. Investigation of air flow parameters in the cleaning chamber of a combine harvester / A.V. Majorov, N.V. Yanykov, D.V. Lukina, A.I. Volkov. Vestnik of the Mari State University. Chapter Agriculture. 2018; 4(4): 45-51.
7. Mirenkov V.V., Khizhenok V.F., Rodzeevich P.B. Analysis of the fan operation of the combine harvester cleaning system. Vestnik GTTY im. P.O. Suhogo. 2012; 41(2): 018-025.
8. Mirenkov V.V., Khizhenok V.F. Analysis of the operation of the turbine cleaning fan of the combine harvester and optimization of the qualitative characteristics of the air flow. Vestnik GTTY im. P.O. Suhogo. 2012; 51(4): 011-020.
9. Muratov D.K. Relative movement of the components of the grain material along the petals of the louver sieve.
1B7
Herald of Daghestan State Technical University. Technical ies of a combine harvester. Proceedings of Nizhnevolzhskiy
Sciences. 2012; 68(7): 115-119. agrouniversity complex: science and higher vocational
10. Ryadnov, A.I., Tronev S.V., Skvortsov I.I. Theoretical education. 2014; 34(2): 186-194. assessment of the throughput capacity of the working bod-
Александр ПетровичЛовчиков, доктор технических наук, профессор, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-8598-252X
Сергей Николаевич Кулагин, аспирант, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-5407-015X
Aleksandr P. Lovchikov, Doctor of Technical Sciences, Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-8598-252X
Sergey N. ^lagin, postgraduate, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-5407-015X
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 15.01.2023; одобрена после рецензирования 30.01.2023; принята к публикации 30.01.2023.
The article was submitted 15.01.2023; approved after reviewing 30.01.2023; accepted for publication 30.01.2023. -♦-
