Grain thrower based on a rotary working organ

Abstract

Belt-type grain throwers are briefly analyzed, their strengths and weaknesses are pointed out. Results of preliminary experimental research of operation of rotary grain thrower equipped with accelerating impeller are given.

Full Text

УДК 631.374 ТСМ № 12-2014 Метатель зерна на основе рабочего органа роторного типа Канд. техн. наук А.Ф. Бутенко (Азово-Черноморский инж. ин-т Донского ГАУ, butenko.1977@mail.ru) Аннотация. Представлен краткий анализ ленточных метателей зерна, отмечены их достоинства и недостатки. Изложены результаты предварительных экспериментальных исследований работы роторного метателя зерна с ускоряющей крыльчаткой. Ключевые слова: роторный метатель зерна, ускоряющая крыльчатка, макроповреждение зерна, посевные качества зерна. В производственном процессе получения продовольственного и семенного зерна особое внимание уделяется послеуборочной обработке. Она заключается в доведении зерна и семян до требуемых кондиций по чистоте, влажности и другим показателям. Как правило, обработка зернового вороха осуществляется по поточной технологии промышленного типа, т.е. многократным воздействием на обрабатываемый материал. Это повышает одни качественные показатели, но в то же время ухудшает другие - приводит к увеличению механического повреждения зерна, что особенно нежелательно для семенного материала. Интенсификация технологического процесса очистки зернового вороха может стать более эффективной при соблюдении следующих условий: - предварительное расслоение вороха рабочим органом; - тонкослойная подача и сепарация зернового вороха, обеспечивающая минимальное взаимодействие компонентов вороха с рабочими органами; - усиление разделения по аэродинамическим свойствам и уменьшение количества пропусков зернового материала через машины. Использование метательных рабочих органов - неотъемлемая часть послеуборочной обработки зерновых. Зернометатели применяют для перелопачивания зернового вороха на открытых площадках зернотоков, загрузки и разгрузки транспортных средств и зерноскладов, а также в пневмоинерционных сепараторах. В технологической цепи метатели применяются в ходе предварительной очистки зернового вороха, качество и степень которой сильно влияют на качество выполнения остальных операций послеуборочной обработки. Применяемые серийные зернометательные машины за последние десятилетия не претерпели серьезных конструкционных изменений. В большинстве случаев их рабочие органы содержат бесконечную ленту (ленточные метатели ЗМ-60, ЗМЭ-60-80, ПЗС-80, ПЗС-100, ПЗС-200, ЗМС-90-20 и др.), иногда - лопатки (лопастные метатели). Все серийные зернометатели имеют существенный недостаток - травмирование обрабатываемого материала между прижимным барабаном и бесконечной лентой [1, 2]. К недостаткам также можно отнести метание сплошной струей: при этом создается сопутствующий воздушный поток, который препятствует частичному проветриванию и выделению примесей из массы зернового вороха [1]. Существенных результатов в области модернизации рабочих органов ленточных зернометателей на современном этапе развития АПК достигли Г.Ф. Ханхасаев и С.Н. Шуханов, которые разработали новые по типу технические решения - порционные зернометатели [1, 3]. Отличительная особенность таких метателей заключается в применении прижимного лопастного барабана вместо сплошного. Это позволило на выходе из аппарата получить струю в виде отдельных порций, благодаря чему повысилось качество работы метателей, а именно степень очистки, частичного охлаждения, подсушивания обрабатываемого материала, снизилась повреждаемость зерна. Анализ предложенных технических решений показывает, что при встрече с лопаткой часть порции зерна подвергается ударному взаимодействию. Чем больше скорость барабана и радиус встречи, тем больше сила в момент удара, а значит, и напряжение в зерновке [4]. Превышение величины фактических напряжений в зерновке над допускаемыми приводит к нарушениям в ее структуре и в целом негативно сказывается на товарных, посевных и продовольственных качествах. Снижения эффекта ударного взаимодействия можно достичь уменьшением разности скоростей зерновки и лопатки, а также направлением векторов скоростей соударяемых тел. Указанный способ реализован в техническом решении экспериментального рабочего органа - метателя сыпучих материалов (пат. РФ №2215681). Подача материала в нем осуществляется при помощи трехзаходного шнека, витки которого заканчиваются лопатками, разгоняющими частицы зернового вороха и подающими его на лопатки барабана. Для упрощения конструкции метателя вместо шнека установлена ускоряющая крыльчатка, которая представляет собой диск с лопатками определенной формы. Степень микроповреждения зерна ускоряющей крыльчаткой составляет не более 2% (с исходным - 39,7%) [4]. На этапе экспериментальных исследований работы метателя было выявлено, что некоторая часть зернового вороха попадает между прижимным лопастным барабаном и бесконечной лентой, из-за чего возникает дополнительное повреждение обрабатываемого материала. Это стало причиной устранения ленты из конструкции рабочего органа. Таким образом, из ленточного получен роторный метатель зерна (рис. 1), основные элементы которого - питатель 1, ускоряющая крыльчатка 2 (внутренний диск), наружный диск 3 и направляющая камера 4. Важную роль в работе роторного метателя играют форма и профиль питателя (пат. РФ №2261832), который стационарно установлен во внутренней полости ускоряющей крыльчатки так, что его нижняя кромка параллельна плоскости установки лопаток внутреннего диска. Благодаря конструкции питателя происходит равномерное распределение потока поступающего зернового материала по ширине лопаток внутреннего и внешнего дисков. Отличительная особенность разработанного рабочего органа состоит в том, что на выходе из аппарата зерновой ворох подается в пространство веерными порциями. Один из основных технологических параметров работы роторного метателя - угол сектора рассева 2αт, т.е. разность между векторами скоростей бросания крайних частиц в момент схода с лопаток наружного диска (см. рис. 1). Для выполнения технологического процесса необходимо соблюдение условия . Критическое значение угла сектора рассева должно быть , в противном случае эффективность работы метателя снижается. С учетом угла сектора рассева в конструкции метателя предусмотрена направляющая камера с возможностью регулирования относительно опорной поверхности на угол λ. На рис. 2 представлено распределение зерновой массы в процессе веерного метания пшеницы сорта «Дар Зернограда» на открытой площадке по результатам предварительных экспериментов. В итоге получаем картину формирования бурта зерна на открытой площадке зернотока с высотой веера более 4 м. В процессе веерного метания происходит разделение зернового материала в воздухе на отдельные фракции по аэродинамическим свойствам: семена как самые тяжелые частицы летят дальше всего, а легкие примеси падают ближе. Для оценки качества разделения зернового вороха по длине метания использовали показатель массы 1000 семян. Исследование проводили при разных частотах вращения наружного барабана (рис. 3). Проанализировав диаграммы распределения, разделим длину метания на три характерных участка. На первом участке (длина метания до 6,5 м) масса 1000 семян составила от 37,5 до 39,6 г в зависимости от частоты вращения. При увеличении частоты вращения наружного диска на первый участок попадают зерна с меньшей массой, т.е. наиболее мелкие, с содержанием примесей зернового вороха - семян сорняков, половы и т.д. Масса 1000 семян на втором участке, посередине длины метания, почти не зависит от частоты вращения наружного диска. При этом содержание сорной примеси на данном участке значительно ниже, чем на предыдущем. На третьем участке (длина метания от 11 м) закономерность изменения массы 1000 семян становится более выраженной: чем больше частота вращения наружного диска, тем выше масса 1000 семян. Например, при частоте вращения 690 мин-1 она составляет 47,8 г, а при 540 мин-1 - 46,1 г. Выделенные фракции зерна на третьем участке не содержат примесей и сорняков, что достаточно четко просматривается визуально. Для качественной оценки фракций, полученных путем разделения при метании, определены посевные качества зерна при частоте вращения наружного диска 590 мин-1. Результаты исследований приведены в таблице. Анализ представленных результатов показывает: чем дальше зерна падают от метателя, тем выше масса 1000 семян и лучше их посевные качества. Посевные качества зерна при веерном метании Показатели До обработки После обработки метателем, % Расстояние от метателя, м 5 9 12 Энергия прорастания, % 81,6 71,4 82,3 89,3 Всхожесть, % 87,22 76,55 89 94,3 В процессе обработки зерна влажностью 16,3% на различных режимах достигнуто снижение влажности от 1,55 до 2,32%, в сравнении с ЗМ-60 - 0,91%. Степень макроповреждения обработанного зерна на различных режимах составила от 0,11 до 0,26% (с исходным - 5,04%). В результате предварительных исследований экспериментального рабочего органа роторного метателя зерна с производительностью до 20 т/ч установлено, что при веерном метании плотность выбрасываемых порций частиц зернового вороха значительно ниже, чем в сплошной струе. Это повышает эффективность предварительной очистки, проветривания и снижения влажности. Использование предлагаемого метателя в производстве позволит повысить качество очистки и снизить потери полноценного зерна в отходы.