CC BY
0УДК 631.356.4.02
ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ШНЕКО-ЭЛЕВАТОРНЫХ СЕПАРАТОРОВ
КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЕЙ
Байбобоев Набижон Гуломович, НамИСИ, д.т.н., проф. ngbayboboev@gmail.com +998975945770
Нишонов Хайрулло Холмирзаевич НамИСИ, соискатель, nishonovxayrullo83gmail.com +998 99 977 88 83
Дусматов Туганбой Ганиевич, НамИСИ, соискатель, qdpimarket@mail.ru +998911420833
Аннотация. Современные картофелеуборочные машины обеспечивают требуемые показатели эффективности в благоприятных условиях эксплуатации. В неблагоприятных условиях полнота сепарации клубней от примесей снижается, а потери и повреждения клубней картофеля растут. Данная ситуация связана с несовершенством сепарирующих рабочих органов картофелекопателя. Вследствие этого производительность картофелекопателей в целом определяется пропускной способностью их сепарирующих рабочих органов. В настоящее время наиболее распространение и применение получили прутковые элеваторы оснащенными различными интенификаторами. Поэтому повышение эффективности и качества работы сепарирующих рабочих органов картофелекопателя путем применения новых конструкции интенсификаторов является актуальной научно-технической задачей.
Аннотация. Замонавий картошка йигиштириш машиналари кулай иш шароитларда талаб этилган курсаткичлар асосида ишлай олади. Бирок, нокулай шароитларда, илдизларни аралашмалардан ажратишнинг туликлиги пасаяди ва картошка туганакларининг йукотилиши ва шикастланиши ортади. Бу х,олат картошка йигиштириш машинаси ажратувчи ишчи органларининг номукаммаллиги билан боглик. Умуман картошка йигиштириш машиналарининг ишлаши уларнинг ажратувчи ишчи органларининг утказувчанлиги билан белгиланади. Х,озирги вактда энг кенг таркалган ва ишлатиладиган турли кучайтиргичлар билан жих,озланган элеваторлар. Шунинг учун картошка йигиштириш машинасининг ажратувчи ишчи органларининг иш самарадорлигини ва сифатини кучайтиргичларнинг янги конструкцияларини куллаш оркали ошириш долзарб илмий-техник вазифадир.
Annotation. Modern potato harvesters provide the required performance in favorable operating conditions. Under unfavorable conditions, the completeness of the separation of tubers from impurities decreases, and the losses and damage to potato tubers increase. This situation is associated with the imperfection of the separating working bodies of the potato digger. As a result, the performance of potato diggers as a whole is determined by the throughput of their separating working bodies. Currently, the most widespread and used are bar elevators equipped with various intensifiers. Therefore, increasing the efficiency and quality of work of the separating working bodies of a potato digger by using new designs of intensifiers is an urgent scientific and technical task.
В статье рассмотрены технологический процесс работы шнеково-элеваторного сепаратора, включающий прутковый и располагающий над ним сепарирующий сужающий шнековый барабан с левой и правой навивкой. В результате теоретических
исследований обоснованы основные параметры шнеково элеваторного сепаратора, оптимально производящего сепарацию картофельного вороха с пониженными энергозатраты и увеличенным отделением клубней картофеля от почвы не повреждая их.
Ключевые слова: картофелекопатель, шнек, лопаст, элеватор, сепаратор, эллипс, ворох, картофель, плотность, объём.
Калит сузлар: картошка йигиштириш машинаси, шнек, пичок, элеватор, сепаратор, эллипс, уюм, картошка, зичлик, х,ажм
Key words: potato digger, auger, blade, elevator, separator, ellipse, heap, potatoes, density, volume.
Введение
Производство картофеля связано с большими энергетическими затратами. На сегодняшний день, затраты энергии на подготовку почвы перед посадкой в процессе производства картофеля составляют 30-40% от общих затрат энергии, на посадку 8-10% и на уборку 50-60%, из которых 40-53% приходится на долю сепарирующих рабочих органов [1, 2, 3, 4, 5]. Это связано с тем, что через сепарирующие рабочие органы проходят на каждом гектаре около 1000 т. почвы. Из этого следует, что сепарирующие рабочие органы являются основным рабочим органом в обеспечении качественных показателей картофелеуборочных машин.
Обзор исследовании.
Основными рабочими органами перспективных технологических схем картофелеуборочных машин являются шнеково-элеваторные сепараторы [4, 6, 7, 8, 9, 10].
Известен валкообразовтель корнеклубне плодов, включающий копирующие и сепарирующие устройства, прутковый транспортер, над рабочей поверхностью которого расположены сужающий и сепарирующий шнеки, а также реверсивный выгрузной транспортер (патент ФРГ №1253502, кл. А01Б 33/08, 1964).
Недостатком этого валкообразвателя является то, что укладку корнеклубнеплодов при втором и третьем проходе частично осуществляют в зоне сепарации почвы, что снижает чистоту клубней в валке при последующей его подборке.
Известно картофеля копатель авт. свид. СССР№1463166, кл. А0Ш 33/08, 1986). включающий копирующие и сепарирующие устройства, прутковый транспортер, над рабочей ветвью которого расположены сужающий и сепарирующий шнеки, а также реверсивный выгрузной транспортер. При этом реверсивный выгрузной транспортер, при этом реверсивный выгрузной транспортер установлен под острым углом к продольной оси машины, а над участком реверсивного выгрузного транспортера, примыкающего к заднему концу пруткового транспортера, установлено перебрасывающее устройство,
Схемно-конструктивное решение валкообразователя направлено на повышение чистоты корнеклубнеплодов в валке путем укладки его вне зоны сепарации почвы. Однако в зоне сужающего шнека при плотности потока подкопанной клубненосной массы на другой половине пруткового транспортера недостаточно реализуется положительно доминирующий фактор разрушения почвенных комков при перемещении массы, при этом наблюдается налипание и на прессовку почвы на корпус шнека и, как следствие, повреждение клубней.
Это снижает надежность технологического процесса сепарации почвенных примесей при работе валкообразователя.
В связи с этим, возникла потребность в теоретическом анализе применения картофельного вороха в шнеко-элеваторных сепараторах и обоснованию их основных параметров с использованием математического моделирования технологического
процесса, выполняемого шнековым барабаном.
Рассмотрим схему шнек-элеваторного сепаратора, включающий прутковый элеватор, расположенный над ним, шнековый барабан с левой и правой навивкой, установленный перпендикулярно потоку вороха, подаваемого прутковым элеватором.
В связи с этим происходит уплотнение картофельного вороха, с двух сторон при этом его плотность растет прямо пропорционально длине шнека. С одной стороны, это усиливает процесс сепарации почвы, с другой - приводит к повышению повреждаемости клубней картофеля. Плотность вороха при выходе из зоны действия шнека определяется по формуле:
Р2 = ъ\ -V- (Я2 агоеоз- гу1я 2 - г2 + Я -б- г\/(Я -б- р )2 - г2 - ^ )-1 р V Я
2.,
2 - г2-^рГР (1)
Где р1,р2-соответственно плотности картофельного вороха до и после выхода из зоны действия шнека, кг/м3.
Ъ -Толщина картофельного вороха на элеваторе, м;
11 -ширина элеватора в зоне смещения вороха, м; стоящем перпендикулярно потоку вороха, равная рабочей длине шнека, м;
у1 ,Усрд - скорости движения полотна элеватора с подаваемым к шнеку ворохом и
средняя скорость движения вороха в зоне действия шнека соответственно, м;
Я - радиус внешней кромки лопастей шнека, м;
г - Радиус вала шнека, м;
б - зазор между шнеком и полотном пруткового элеватора, м;
р - Радиус отбойника, М;
Применение таких шнеков, как показала эксплуатация картофелеуборочных комбайнов, приводит к значительному провождению клубней картофеля.
Поэтому в этой работе предложен для сепарации почвы элеватор с сужающим сепарирующим шнековым барабаном
Цель работы-повышения производительности и улучшения сепарации почвы от клубней картофеля.
Шнековый валкообразователь клубнеплодов, включающий лемех, сепарирующее устройства, прутковый транспортер, над полотном которого расположены сужающий-сепарирующие шнековый барабан с левой и правой навивки. Сужающий-сепарирующий шнековый барабан расположен на всю ширину пруткового транспортёра между темна средний шнековый барабан для прохода от сепарированных клубнеплодов от почвы оставлен зазор шириной 300 мм.
Предлагаемым техническим усовершенствованием шнекового валкообразователя клубнеплодов решается задача повышения сепарирующей способности почвы и уменьшения повреждения клубней.
Техническим результатом применение этого рабочего органа является повышение производительности сепарации почвы и уменьшение повреждения картофеля.
Для достижения этого технического результата предлагаемом валокобразовател клубнеплодов, включающем лемех и прутковый транспортёр, над рабочей ветвью которого расположены сужающий сепарирующий шнековый барабан, причем сужающий шнековый барабан расположены на всю ширину пруткового транспортера, при этом витки шнека выполнена в виде, с левой и правой навивкой.
На рис.1 схематически изображен сужающий-сепарирующий шнековый валко
ср
образователь клубнеплодов, вид с верху; на фиг.2-изображен шнековый барабан вид сверху; на фиг.3-место тоже вид с боку.
Устройство включает рама 1 последовательно расположенные выкапывающий лемех 2, сепарирующий прутковый транспортер 3, над рабочей поверхностью которого расположены сужающий-сепарирующий шнековый барабан 4. Средняя часть шнековый барабан является под зоной схода отсепарированных клубнеплодов имеет зазор шириной 300 мм. Это, в свою очередь, значительно повышает технологическую надежность работы валкообразователя в видесужающий-сепарирующий шнекового барабан клубнекодов.
Рис. 1
18 "17
Г7 55
Рис.2
Рнс.З
1- прутковый элеватор; 2-лемех; 3- перемещаемый ворох; 4- шнек;
Рис.1. Технологическая схема шнека-элеваторного сепаратора Методы и материалы исследований
В этом исследовании обоснованы применения шнеков левого и правого сечения, что позволяет существенно сократить повреждения картофеля. Шнеки переменного рабочего сечения, которые могут применяться на картофелеуборочных комбайнах бывают двух типов: прямой конус - когда радиус внешней кромки лопастей Я остается постоянным или возрастает, а радиус вала шнека г уменьшается или остается постоянным; обратный конус - когда радиус внешней кромки лопастей R возрастает, а радиус вала шнека г остается постоянным или возрастает, но в случае возрастания, разница Я-г должна быт
постоянной или увеличиваться. Легко видеть, что во всех конструкциях шнеков заложен принцип не уменьшения рабочего сечения. Кроме того, частный случай прямого конуса, является шнеком постоянного рабочего сечения.
Рассматриваю конструкции шнеков двух типов, следует отметить что не все из них имеют практическое применение из-за технологических или конструкционных причин. Так у прямых конусов возрастное радиуса внешней кромки лопастей Я, приводит к чрезмерному скоплению вороха в зоне действия шнека, что ухудшает сепарацию почвы. Тоже самое наблюдается и у обратных шнеков, когда г остается постоянным. Поэтому эти случаи в этой работе не рассматривались.
Рассмотрены прямые шнеки, у которых переменной рабочее сечение получается, при постоянном радиусе внешней кромки лопастей Я, за счет вала шнека, выполненного в виде усеченного конуса, вершина которого расположена в направлении смещения вороха шнеком.
1- прутковый элеватор; 2- перемещаемый ворох; 3- шнек; 4-валик.
Рис.2. Принципиальная схема для расчета геометрических параметров шнека-
элеваторного сепаратора
Нами получены формулы, определяющие угловые скорости вращения шнека, при которых не будет происходить уплотнение картофельного вороха. Как показали расчеты угловая скорость вращения шнека зависит от формы заполнения его рабочего объёма картофельным ворохом. Так, при работе шнека-элеваторного сепаратора, можно получить произвольное сечение плоскостью перпендикулярной геометрической оси шнека, которое изображено на рис.2, площадь произвольного рабочего сечение занятого картофельным ворохом определяется выражением:
А = 1 (Я + 5 — г)2 + — (Я + 5 — г — Ь)2 + — Я2 агссо8
2
2
2
Я + 5 — Ь Я
—1 (Я + 5 — г У Я 2 — (Я + 5 — Ь)2
(2)
где Г - радиус вала шнека, м;
ф - угол отскока вороха, рад. Объём вороха, перемещаемого шнеком в общем вида, определяется выражением:
V = \'0Adz (3)
Подставив значение А в формулу (3) и выполнив интегрирование, найдем объём картофельного вороха в шнека в процессе работы:
V = -1 ctgp((R + 5- ri )2 + (R + 5- r )+(R + 5- b - r2 )2 )+(R + 5- b - r )2 R 'arceosR + b-(R + 5- b)|
a*
R
л/R7-(R + 8-b) )
(4)
Из принятого условия уплотнения вороха, необходимо чтобы производительность подающего ворох элеватора и шнека были одинаковы и плотность вороха оставалась
неизменном, тогда средняя скорость движения вороха в шнеке составит:
Г г
Vp = 2b£
ctgq>
S\
(r +8- r )2 + (R + 8- r )+(R + 8- b - r )2 (R + 8- b - r ) + (R + 8- b - r )(R + 8- b - r2 )2 +
+ R arceos R +8-b -(R + 8- b^J R2 -(R -8- b)2 )-1Vr
R
—>—>—>—> (5 ) —>
(5)"
3
Где Fm -скорость движения вороха на полотне элеватора, м/с
Расматривая движение компонентов картофельного вороха в рабочей зоне шнека как сложное, в котором относительное движение компонентов происходит по касательной к винтовой линии, лежащей на лопасти шнека, переносным движением будет движение по окружности вместе со шнеком, а обсолютное движение вдоль оси шнека, то можно определить угловую скорость врашения шнека по формуле.
R R R (6)
Где 0- угол наклона лопасти шнека к его геометрической оси.
Если угловая скорость врашения шнека будет удовлетворять соотношению (6) с учетом формулы (5), то перемещение картофельного вороха без выхода за принятые нами геометрические параметры без повреждения клубней.
Выводы
Таким образом приведенные расчетные формулы показывают, что для выполнения технологического процесса в шнеках переменного сечения частота вращения значительно ниже, чем в шнеках постоянного сечения, что позволяет снизить травмированные клубней за счет уменьшения относительных скоростей вороха, полотна элеватора и лопастей шнека.
ЛИТЕРАТУРА
1. Байбобоев, А. Н., Кодиров, С. Т., Акбаров, Ш. Б., Гоипов, У. Г. Хамзаев, А.А. Расчёт технологического процесса сепарации почвы с рыхлительным барабаном //Комплексный подход к научно-техническому обеспечению сельского хозяйства. - 2019. - С. 60-64.
2.N. G. Bayboboev, U. G. Goyipov, A. X. Hamzayev, S. B. Akbarov, и A. A. Tursunov, «Substantiation and calculation of gaps of the separating working bodies of machines for cleaning the tubers», в IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, т. 659, вып. 1, с. 12022.
3.Bayboboev, N. G., Muxamedov, J. M., Goyipov, U. G., Akbarov, S. B. Design of small potato diggers //IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing,
2022. - Т. 1010. - №. 1. - С. 012080.
4.N. G. Bayboboev, U. G. Goyipov, X. X. Nishonov, и others, «Justification of the cinematic parameters of the oscillating lattice of potato harvesters», Am. J. Eng. Technol., т. 2, вып. 08, сс. 7-18, 2020.
5.Гойипов У. Г., Байбобоев У. Н., Алихонов А. А., Мамадалиев А. М. Обоснование режима работы упругофрикционного сепаратора картофелекопателя кст-1, 4 //Механика ва технология илмийжурнали. - 2021. - №. 1. - С. 89.
6.Bayboboev, N. G., Goyipov, U. G., Tursunov, A. A., Akbarov, S.B. Calculation of the chain drum with elastic fingers of potato harvesting machines //IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2021. - Т. 845. - №. 1. - С. 012133.
7^Ш52221А11981.12.30 Рейнгарт Эдуард Саулович Корнеплодоуборочная машина
8^Ш52221А11981.12.30 Козюра Константин Семенович Устройство для для отделения примесей корнеклубнеплодов.
9.Патент ФРГ №1253502, кл. А0Ш 33/08, 1964
10. SU1463166А11989.03.07 Валкообразователь корнеклубнеплодов.
11. Xolmirzaev, J. Z., Kuchkorov, S. K., & Eksanova, S. SH.(2020). Udarno-Vraщatelьnaya Dinamicheskaya Modelb Rabochego Organa Ochistitelya Xlopka. Kontseptsii I Modeli Ustoychivogo Innovatsionnogo Razvitiya, 137.
12. Бойбобоев, Н. Г., Кучкаров, С. К., & Касимов, А. А. (2015). Результаты исследований по обоснованию параметров планчатого катка комбинированного агрегата. Science Time, (6 (18)), 79-83.
