Influence of the speed of the floating conveyor on the separating ability of the bottom of the inclined chamber

Full Text

Введение По итогам 2016 года Россия впервые заработала на экспорте сельскохозяйственных товаров и продовольствия больше, чем на продаже оружия. Таким образом, наша страна вышла на первое место в мире по экспорту зерновых, обогнав при этом Соединенные Штаты Америки. Согласно данным Министерства сельского хозяйства, валовой сбор зерна в стране составил рекордные 120 миллионов тонн при средней урожайности 30 ц/га, а в 2017 году аналогичный показатель его превысил и достиг уровня 140 миллионов тонн. В связи с этим изыскание технических возможностей по обеспечению качественной и своевременной уборки зерновых культур является актуальной научной задачей. Многолетние исследования и практический опыт свидетельствуют о том, что указанным требованиям наиболее полно отвечает технология очесывания растений на корню [1]. Это обусловлено тем, что при таком способе уборки снижается поступление хлебной массы в молотильное устройство. В результате этого производительность комбайна повышается в 1,5…2 раза по сравнению с традиционной жаткой, что влечет за собой значительное сокращение сроков проведения уборочной кампании, и как следствие этого, уменьшение потерь зерна от самоосыпания. Однако ввиду того, что очесанный зерновой ворох содержит до 80 % свободного зерна, то при таком способе уборки наблюдается его чрезмерное дробление (порядка 12…14 %) рабочими органами молотилки, что ограничивает очес от широкого применения [2]. Одним из вариантов решения такой проблемы служит предварительная сепарация свободного зерна до его поступления в молотильную камеру зерноуборочного комбайна. Это достигается за счет снабжения днища наклонной камеры специальной сепарирующей решеткой [3], оптимальными параметрами которой являются: ее длина, равная 0,95 м, а также размер прямоугольных отверстий 160×8 мм [4]. Практическая реализация такого технического решения обеспечивает максимальный проход свободного зерна (до 70 %), что исключает вероятность его дробления рабочими органами молотилки и направляет последнее на очистку, минуя молотильную камеру. Поскольку предварительное выделение свободного зерна из очесанного зернового вороха удалось осуществить только в последние годы [5, 6], то не все технологические параметры процесса изучены до конца. В частности, не известно влияние скорости плавающего транспортера на сепарирующую способность днища наклонной камеры зерноуборочного комбайна при работе с очесывающим адаптером. Цель исследований Целью исследования является исследование влияния скорости плавающего транспортера на сепарирующую способность днища наклонной камеры и определение ее оптимальных параметров. Методика исследований Для исследования процесса предварительной сепарации свободного зерна из очесанного зернового вороха авторами была разработана экспериментальная установка, имитирующая работу скребкового плавающего транспортера наклонной камеры зерноуборочного комбайна (рис. 1). Она состоит из корпуса 1, скребкового транспортера 2, решетчатого днища 3 и емкости 4 для сбора свободного зерна 5. Привод установки осуществлялся от электродвигателя 6 посредством цепной передачей 7. Регулировка скорости транспортера выполнялась при помощи частотного преобразователя 8 «Веспер» Е2-8300. Рис. 1. Схема экспериментальной установки Исследования производились на пшенице сорта «Московская 56». Влажность зерна составляла порядка 12 % (определялась весовым методом в межкафедральной лаборатории Брянского ГАУ). Скорость движения транспортера имела шесть уровней варьирования в пределах 0,5…3 м/с. Максимальное значение скорости выбрано в соответствии с аналогичным параметром работы большинства современных зерноуборочных комбайнов [7, 8]. Угол наклона экспериментальной установки к горизонту был принят равным 45°. Подача очесанного зернового вороха составляла 10 кг/с при содержании в нем 80 % свободного зерна. Длина съемного решетчатого днища равнялась 0,95 м, а ее прямоугольные отверстия имели размеры 160×8 мм. В качестве выходного параметра было принято количество свободного зерна прошедшего сквозь отверстия решетчатого днища экспериментальной установки. Каждый вариант опыта проведен с десятикратной повторностью. Таким образом, всего было учтено и обработано 60 опытов. Результаты исследований и их обсуждения Полученные данные были обработаны в программах STATISTICA и Excel. По ним построен график (рис. 2), характеризующий зависимость количества свободного зерна прошедшего сквозь отверстия решетчатого днища от скорости плавающего транспортера. Наиболее адекватной моделью (с коэффициентом детерминации R2 = 0,976) для него является полиномиальная кривая второго порядка. Уравнение регрессии имеет вид: , где С - количество свободного зерна прошедшего сквозь отверстия решетчатого днища, %; v - скорость плавающего транспортера, м/с. Анализ полученной зависимости (рис. 2) свидетельствует о том, что по мере увеличения скорости плавающего транспортера количество свободного зерна прошедшего сквозь отверстия решетчатого днища уменьшается, а количество сошедшего с него зерна, наоборот, возрастает. При этом максимальный сход свободного зерна (31,3 %) наблюдается при максимальной скорости плавающего транспортера (3 м/с) и влечет за собой его поступление в молотильную камеру зерноуборочного комбайна с последующим дроблением. Это обусловлено тем, что при проведении серии экспериментов со скоростью плавающего транспортера, находящейся в интервале 1,0…3,0 м/с, длина сепарирующей решетки оказалась недостаточной. Таким образом, для исключения поступления свободного зерна в молотильную камеру зерноуборочного комбайна необходимым и достаточным является ее увеличение. С целью выявления характера процесса сепарации свободного зерна из очесанного зернового вороха по длине решетчатого днища, производилась регистрация его количества на четырех контрольных участках (см. рис. 2 и рис. 3). При этом за стопроцентное количество свободного зерна принято начало проведения эксперимента на момент его поступления в корпус установки. Расчет количества свободного зерна, поступившего на второй контрольный участок (81 %), определен разницей между предыдущим значением (100 %) и количеством свободного зерна прошедшего сквозь отверстия на первом контрольном участке (19 %) (рис. 3, е). Аналогичным образом были получены и остальные значения (62,95, 46,6 и 31,3 % соответственно). Оценка убывания свободного зерна из очесанного зернового вороха по длине поверхности сепарирования (рис. 3, е) свидетельствует о наличии резерва для повышения степени сепарации. С высокой степенью вероятности (R2 = 0,978) линия тренда прямолинейна и имеет вид , где Y - текущий остаток зерна в ворохе, в процентах от ее исходной массы, имевшейся в начале процесса сепарации; L - длина сепарирующей поверхности, м. Экстраполяция графика функции показывает, что длина решетчатого днища, обеспечивающая полное выделение свободного зерна из очесанного зернового вороха, должна быть не менее х = 1,17 м. По аналогичной методике были получены и остальные значения длины решетчатого днища (рис. 3, а, 3, д) при различной скорости плавающего транспортера (0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 м/с). При этом для некоторых данных функция убывания свободного зерна была представлена как линейная регрессия с точкой разрыва. По ним получена зависимость длины сепарирующей поверхности наклонной камеры зерноуборочного комбайна от скорости плавающего транспортера (рис. 4). Уравнение регрессии представляет собой прямолинейный вид (R2 = 0,984) , где L - длина сепарирующей поверхности, м; v - скорость плавающего транспортера, м/с. Рис. 4. Зависимость длины сепарирующей поверхности экспериментальной установки от скорости плавающего транспортера Представленный график свидетельствует о том что, по мере увеличения скорости плавающего транспортера длина днища наклонной камеры зерноуборочного комбайна возрастает. Так, при увеличении скорости плавающего транспортера в 6 раз (от 0,5 м/с до 3 м/с) необходимая минимальная длина днища наклонной камеры увеличилась более чем в 2 раза и составляет порядка 1,17 м. Такое техническое решение может быть реализовано в наклонной камере зерноуборочного комбайна КЗС-1218 «Полесье GS-12», имеющей длину порядка 1,3 м. Заключение Результаты эксперимента позволяют сделать следующие выводы. 1. Эффективная сепарация свободного зерна из очесанного зернового вороха на решетчатом днище наклонной камеры зерноуборочного комбайна возможна. 2. Для обеспечения максимальной сепарации свободного зерна из очесанного зернового вороха длина решетчатого днища должна быть не менее 1,17 м. 3. Улучшить сепарацию свободного зерна возможно за счет более полного отделения легких примесей из очесанного зернового вороха непосредственно в корпусе очесывающего адаптера путем снабжения его задней стенки пластинчатым сепаратором [9]. Рис. 2. Изменение количества свободного зерна прошедшего сквозь отверстия решетчатого днища в зависимости от скорости плавающего транспортера Рис. 3. Убывание свободного зерна из очесанного зернового вороха по длине поверхности сепарирования при скорости транспортера: а - v = 0,5 м/с; б - v = 1,0 м/с; в - v = 1,5 м/с; г - v = 2,0 м/с; д - v = 2,5 м/с; е - v = 3,0 м/с

About the authors

V. N Ozherel'ev

Bryansk State Technical University

Email: vicoz@bk.ru
DSc in Agriculture

V. V Nikitin

Bryansk State Technical University

Email: vicoz@bk.ru
PhD in Engineering

V. F Komogorcev

Bryansk State Technical University

Email: vicoz@bk.ru
PhD in Physics and Mathematics

References

Supplementary files