CC BY
29
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
УДК 631.362.36 А.В. Черняков, В.С. Коваль,
М.А. Бегунов, А.В. Евченко, К В. Павлюченко
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СЕПАРАТОРА ЗЕРНА
A.V. Chernyakov, V.S. Koval, M.A. Begunov, A.V. Evchenko, K.V. Pavlyuchenko
THE DEFINITION OF CONSTRUCTIVE GRAIN SEPARATOR PARAMETERS
Черняков А.В. - канд. техн. наук, доц. каф. агрономии и агроинженерии Тарского филиала Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина, Омская обл., Тарский р-н, г. Тара. E-mail: chernyakovavforester@mail.ru Коваль В.С. - канд. техн. наук, доц. каф. агрономии и агроинженерии Тарского филиала Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина, Омская обл., Тарский р-н, г. Тара. E-mail: koval_v.s@mail.ru Бегунов М.А. - канд. техн. наук, доц. каф. агрономии и агроинженерии Тарского филиала Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина, Омская обл., Тарский р-н, г. Тара. E-mail: maksim-begunov@mail.ru Евченко А.В. - канд. техн. наук, доц. каф. агрономии и агроинженерии Тарского филиала Омского государственного аграрного университе,та им. П.А. Столыпина, Омская обл., Тарский р-н, г. Тара. E-mail: evchenko67@mail.ru Павлюченко К.В. - преп. Отделения среднего профессионального образования Тарского филиала Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина, Омская обл., Тарский р-н, г. Тара. E-mail: kirillpavl@mail.ru
Послеуборочная обработка зерна является одной из наиболее ответственных и энергоемких операций при его производстве. При анализе различных конструкций сепараторов
Chernyakov A.V. - Cand. Techn. Sci., Assoc. Prof., Chair of Agronomy and Agroengineering, Tarsky Branch, Omsk State Agricultural University named after P.A. Stolypin, Omsk Region, Tarsky District, Tara. E-mail: chernyakovavforester @mail.ru Koval V.S. - Cand. Techn. Sci., Assoc. Prof., Chair of Agronomy and Agroengineering, Tarsky Branch, Omsk State Agricultural University named after P.A. Stol ypin, Omsk Region, Tarsky District, Tara. E-mail: koval_v .s@mail.ru
Begunov M.A. - Cand. Techn. Sci., Assoc. Prof., Chair of Agronomy and Agroengineering, Tarsky Branch, Omsk State Agricultural University named after P.A. Stolypin, Omsk Region, Tarsky District, Tara. E-mail: maksim-begunov@mail.ru Evchenko A.V. - Cand. Techn. Sci., Assoc. Prof., Chair of Agronomy and Agroengineering, Tarsky Branch, Omsk State Agricultural University named after P.A. Stolypin, Omsk Region, Tarsky District, Tara. E-mail: evchenko67@mail.ru Pavlyuchenko K.V. - Asst, Department of Secondary Professional Education, Tarsky Branch, Omsk State Agricultural University named after P.A. Stoly-pin, Omsk Region, Tarsky District, Tara. E-mail: ki-rillpavl@mail.ru
можно сделать вывод, что перспективными являются зерноочистительные машины с криволинейной рабочей поверхностью, на которой центробежные силы способствуют
Вестниц КрасГАУ. 2017. №6
прохождению зерновой смеси через отверстия. Такая конструкция позволяет повысить просеваемость через решета за счет улучшения ориентирования зерновок относительно отверстий. Цель исследования: выявить математические зависимости для определения конструктивных параметров качающихся решет и их привода. Задачи исследования: получить математические зависимости рациональных параметров подвесок из условия работоспособности механизма; выявить соотношения параметров привода сепаратора. Теоретические исследования процесса сепарации зерна на решетах с прямоугольными отверстиями, расположенными под углом к продольной оси решета, проводились применительно к решетной установке. Были получены системы уравнений движения одного решета. На основе данной математической модели была создана компьютерная имитационная модель. В ней учтена возможность варьировать такими конструктивными параметрами, как параметры решета, длины подвесов и угол размаха решет. Полученные зависимости позволяют рассчитать кинематику решет сепаратора и его конструктивные параметры. Для лабораторного образца они составили: длина шатуна - 380 мм, кривошипа -150, подвесок решета - 350 и перемычек -30 мм. В случае разработки сепаратора промышленного масштаба эти размеры будут корректироваться, однако применяемые математические зависимости останутся прежними.
Ключевые слова: решетный стан, зерноочистка, решето, сепарация.
After-harvesting processing of grain is one of the most responsible and energy-intensive operations in its production. Analyzing various designs of separators, it can be concluded that grain cleaning machines with curved working surface on which the centrifugal forces facilitate the passage of the grain mixture through the holes are promising,. The design allows increasing the sift through the sieve by improving the orientation of the grain relative to the holes. The purpose of the study was to find mathematical dependencies for determining the design parameters of swinging sieves and their drive. The research tasks were to obtain mathematical dependences of the rational parameters of the sus-
pensions from working condition of the mechanism; to reveal the relationship between the parameters of separator drive. Theoretical studies of the process of grain separation on sieves with rectangular holes located at the angle to the longitudinal axis of the sieve were carried out with reference to sieve installation. There were obtained the systems of equations of one sieve motion. Based on this mathematical model, a computer simulation model was created. It takes into account the possibility of such design parameters as the sieve parameters, the lengths of the suspensions and the angle of the sieve width to vary. Obtained dependences make it possible to calculate the kinematics of the separator sieves and its design parameters. For the laboratory sample they were connecting rod length (380 mm), crank (150), as well as the length of suspension sieves (350) and bridges (30 mm). In case of a commercial scale separator development these dimensions will be adjusted, but the applied mathematical dependencies will remain the same.
Keywords: latticework, grain cleaning, sieve, separation.
Введение. В настоящее время сбор зерна в стране несколько снизился по сравнению с предшествующими десятилетиями. Нынешним СПК и КФХ в наследство от предшествующих времен достались остатки сельскохозяйственной техники. Ввиду выработки этой техникой своего ресурса ее, конечно же, не хватает для обработки всех занятых угодий. В зернотоковом хозяйстве ситуация другая: в прошлом агрегаты и комплексы были рассчитаны на максимальные урожаи и объем посевных площадей. Их пропускная способность составляла 10, 20, 25, 40, 50 т/ч при нормированных показателях засорённости и влажности. Сейчас они остались незагруженными: либо работа осуществляется в одну смену или на неполной мощности. Кроме того, повысилась засоренность полей ввиду некачественной обработки и дороговизны применения средств химизации. Эти моменты создают противоречивые требования к работе комплексов, которые сводятся к следующим:
- обработка зерна с минимальным дроблением и повреждением;
- доведение зерна основной массы до продовольственных кондиций, а ее части - до семенных;
- зерно, соответствующее классу, намного дороже, чем бункерное;
- сушка, ввиду дороговизны мазута, теряет свою эффективность (имеется возможность перейти на местные более дешевые виды топлива: дрова, торф и т.д., однако их запасы также ограничены);
- техническое состояние машин для очистки и сушки зерна характеризуется как тяжелое;
- база для ремонта машин и оборудования зернокомплексов во многих хозяйствах практически отсутствует.
Таким образом, очистка и сортирование зерна являются актуальным вопросом, но возникают проблемы создания машин данного типа. Дальнейшее совершенствование существующих машин и создание новых требуют проработки теоретических вопросов процесса разделения зерна на фракции качественного семенного материала и фуража [1].
При анализе различных конструкций сепараторов можно сделать вывод, что перспективными являются зерноочистительные машины с криволинейной рабочей поверхностью, на которой центробежные силы способствуют прохождению зерновой смеси через отверстия.
Проводились исследования пневматического сепаратора для фракционного разделения и очистки зерна [2, 3]. Данная машина относится к
области пневматического разделения зернового материала по аэродинамическим свойствам и размерам частиц. Область применения - предварительная и первичная очистка. Для получения качественных семян необходимы машины, удовлетворяющие критериям вторичной очистки.
Нами разработан сепаратор с качающимися рабочими органами, отверстия которых имеют продолговатую форму и располагаются под определенным углом а к движению зернового вороха (рис. 1).
Такая конструкция позволяет повысить про-севаемость через решета за счет улучшения ориентирования зерновок относительно отверстий [4].
Цель исследования. Выявить математические зависимости для определения конструктивных параметров качающихся решет и их привода.
Задачи исследования: получить математические зависимости рациональных параметров подвесок из условия работоспособности механизма; выявить соотношения параметров привода сепаратора.
Методы исследования. Проектирование кинематического механизма подвешивания решёт и его привода производилось для лабораторного образца (рис. 1) [5].
Рис. 1. Схема лабораторного образца машины для сепарации зернового вороха с качающимися рабочими органами: 1 - электрический привод; 2 - остов; 3 - очистители решёт; 4 - перемычки; 5 - подвески решета; 6 - крепления подвесок решета; 7 - шатун; 8 - кривошип; 9 - решето; а - угол наклона отверстий относительно образующей решета
Кинематическая схема предлагаемого технического решения (см. рис.1) для упрощения была разделена на три части: кривошип и шатун с
коромыслами и два шарнирных четырехзвен-ных механизма (решетного стана) (рис. 2).
Рис. 2. Кинематическая схема решета
Ориентацию решетного стана в пространстве можно определить следующим образом:
- назначается угол наклона решета в горизонтальной плоскости в;
- назначается угол между креплениями подвески решета (линии М11М12, М11М13, М21М22, М21М23) от оси симметрии (п);
- назначается угол отклонения решетного стана (9), тогда изменяется угол оси симметрии
решета от вертикальной оси (9);
2
- вычисляются углы отклонения крепления подвесок решета (линии М11М13, М21М22, М21М23) от вертикальной плоскости:
-угол отклонения для левосторонних тяг
- вычисляется радиус Г1 при различных значениях плеч (верхнего - ^ и нижнего - Ип)
гх = А2 - (Л, - К)2 . (3) Далее вычисляется значение угла отклонения тяг относительно вертикального положения при отклонении в=0
/ =
К - К
(4)
- определяются значения координат точек М11, М12, М13, М21, М22, М23.
Выражения для определения значения координат точек М11, М12, М13, М21, М22, М23 примут следующий вид: Точка М11
I =
9-у 2
(1)
- угол отклонения для правосторонних тяг:
хп = т;
-<
р.
9 + Л
(2)
у 11 = К ■ сох(Р); ги =-К ■ *т(Р).
(5)
Значения координат точек М12, М13рассчитываются в зависимости от координат точки М1
"х12 = хи - г ■ со<0 -1.) ■ ^); У12 = У11- г ■ этС^-);
*12 = 211- г ■ со*(Р - ) ■ СО^(1)-
'х13 = х11 - Г ■ - /г ) ■ ^р);
У13 = У11- г ■ эт^-);
212 = 211 - Г ■ СОЯ(Р -/) ■ с^(р).
(6)
г
1
2
Таким же образом определяем значения координат точек М21, М22, М23.
Результаты исследования. На основании вышеизложенного выведены уравнения движения решетного стана. Принимая величину угла наклона решета р , расстояние между осями колебания подвесок решета +т для правого и -т для левого, значения угла отклонения решет-
п
к
ного стана относительно осей симметрии +
п
для правого и -— для левого, где к - коэффициент отклонения, можно определить различные кинематические параметры. На основе полученной математической модели разработана имитационная модель. Данная модель позволяет изменять конструктивные параметры, а именно: параметры длины подвесов и значения угла отклонения решет.
Рис. 3. Схема привода решета
Значения длины шатуна и кривошипа, под- туна к решетному стану при его максимальных и
весок решета и перемычек рассчитываются при минимальных отклонениях (Хтах, Утах, 1тах), (Хтт,
использовании математической модели. Утт, 2тт)
Для осуществления вышесказанного вычисляются значения координат точек фиксации ша-
Чпах = т-г ■ С08р-)• зш(+ ^ +
2 2 к
Утах = К ■ С08(Р) - Г ■ - /г X
^ = -К ■ Йп(р) -Г ■ со*(р-■ соя(+ ^ + Т).
2 2 к
т ■ V П.
Хтах = т - Г ■ С^-^ ) ■ 81П(- + - + -);
2 2 к
Утах = К ■ С08(Р) - Г ■ вЮ^ - );
2пих = -К ■ ^ Р) - Г ■ С™( Р- /) ■ С™( ^ + ^ + Т)■
2 2 к
(8)
(9)
Таким образом, минимальные и максималь- ному стану относительно оси вращения криво-ные значения точки фиксации шатуна к решет- шипа определяются
= í(-
x )2 +(y . - y )2 + (z . - Z ■
op / \J min ✓ op / \ min op / '
op
oP
op .
(10)
x ) + (y - y ) + (z - z )2
op / max у op / V max op / ■
op<
Значение длины кривошипа
r = ■
op
2
(11)
Значение длины шатуна
rb = rmin + rop
(12)
Расстояние между осью вращения кривошипа и подвеской решета определяется
Гт = + + . (13)
Выводы. Представленные выражения относятся к имитационной модели кинематики решетного стана сепаратора и дают возможность определить его конструктивные параметры. Для лабораторного образца они составили: длина кривошипа - 150 мм, шатуна - 380, подвесок решета - 350 и перемычек - 30 мм. В случае разработки сепаратора промышленного масштаба эти размеры будут корректироваться, однако применяемые математические зависимости останутся прежними.
Литература
1. Исследование процесса сортирования зернового вороха на коническом сепараторе на различных культурах / А.В. Черняков, К.В. Павлюченко, В.С. Коваль [и др.] // Омский научный вестник. - 2013. - № 3. - С. 108-112.
2. Черняков А.В., Павлюченко К.В., Коваль В.С. Пневматический сепаратор // Сельский механизатор. - 2014. - № 12. - С. 13.
Исследование сепаратора зерна с наклонным воздушным каналом путем проведения планируемого эксперимента / А.В. Черняков, К.В. Павлюченко, В.С. Коваль [и др.] // Омский научный вестник. - 2015. - № 2. -С. 95.
Коваль В.С., Черняков А.В. Зерноочистительная установка // Сельский механизатор. - 2008. - № 12. - С. 12-15. Патент на полезную модель 79011 РФ, МПК6 В07В 1/18. Решетный стан / А.В. Черняков, В.С. Коваль, А.В. Сухов. -№ 2008110154. - Заявл. 17.03.2008, опубл. 20.08.2008.
Literatura
Issledovanie processa sortirovanija zernovogo voroha na konicheskom separatore na razlichnyh kul'turah / A.V. Chernjakov, K.V. Pavljuchenko, V.S. Koval' [i dr.] // Omskij nauchnyj vestnik. - 2013. - № 3. - S. 108-112. Chernjakov A.V., Pavljuchenko K.V., Koval' V.S. Pnevmaticheskij separator // Sel'skij mehanizator. - 2014. - № 12. - S. 13. Issledovanie separatora zerna s naklonnym vozdushnym kanalom putem provedenija planiruemogo jeksperimenta / A.V. Chernjakov, K.V. Pavljuchenko, V.S. Koval' [i dr.] // Omskij nauchnyj vestnik. - 2015. -№ 2. - S. 95.
Koval' V.S., Chernjakov A.V. Zernoochis-titel'naja usta-novka // Sel'skij mehanizator. -2008. - № 12. - S. 12-15. Patent na poleznuju model' 79011 RF, MPK6 V07V 1/18. Reshetnyj stan / A.V. Chernjakov, V.S. Koval', A.V. Suhov. - № 2008110154. -Zajavl. 17.03.2008, opubl. 20.08.2008.
r
r
r — r
max min
