Влияние скорости сетчатого транспортера на его сепарирующую способность

Полный текст

Введение Одним из наиболее перспективных направлений уменьшения себестоимости производства зерна является внедрение технологии очесывания растений на корню [1, 2]. Испытания отечественных образцов очесывающих жаток выявили ее высокую эффективность: производительность комбайна повышается в 1,7-2,0 раза, расход топлива снижается на 20-25 %, потери свободного зерна не превышают агродопуск - 0,5 % [3, 4]. Особенно эффективной технология уборки очесом растений на корню оказалась в регионах с дефицитом влаги в почве (Алтай, Казахстан, Поволжье). Оставшаяся на поле высокая стерня в зимний период хорошо задерживает снег и способствует сохранению влаги в почве. Однако ввиду того что очесанный зерновой ворох содержит до 80 % свободного зерна [5], его поступление непосредственно в молотилку вызывает чрезмерное дробление продукции (порядка 12-14 %) рабочими органами последней, что препятствует широкому практическому использованию очеса [6]. Минимизировать дробление свободного зерна возможно путем его выделения из вороха до поступления последнего в молотильное пространство [7, 8], в частности, за счет снабжения зерноуборочного комбайна специальным сепарирующим устройством, смонтированным между наклонной камерой и барабаном [9]. В результате порядка 95 % свободного зерна минует молотильную камеру и будет направлено на очистку, что исключает травмирующее воздействие на него со стороны рабочих органов молотилки. Поскольку предварительное выделение свободного зерна из очесанного зернового вороха на практике удалось осуществить только в последние годы, то не все параметры нового технологического процесса изучены до конца. В частности, при работе зерноуборочного комбайна в агрегате с очесывающим адаптером целесообразно оценить влияние скорости сетчатого транспортера на его сепарирующую способность по отношению к свободному зерну. Цель исследований Всесторонняя оценка влияния скорости сетчатого транспортера на его сепарирующую способность. Материалы и методы Для исследования процесса предварительной сепарации свободного зерна из очесанного зернового вороха авторами была разработана экспериментальная установка (рис. 1), имитирующая работу устройства для предварительного выделения свободного зерна из очесанного зернового вороха. Она состоит из рамы 1, транспортера 2, емкости 3 для сбора свободного зерна 4 и емкости для сбора вороха, идущего сходом. Транспортер 2 включает два барабана 7 и 8 и сетчатое полотно 9. При этом оси вращения барабанов 7 и 8 выполнены эксцентрично по отношению к их геометрическим осям, что обеспечивает интенсивное расслоение зернового вороха на фракции. С целью предотвращения бокового смещения сетчатого полотна 9 при работе установки боковые стороны барабанов 7 и 8 были снабжены ребордами 10. Выступы 11 на цилиндрической поверхности барабанов 7 и 8 способствовали исключению проскальзывания сетчатого полотна 9, а также очищению его ячеек от крупных компонентов очесанного зернового вороха. Привод установки осуществлялся от электродвигателя 12 посредством двух цепных передач 13 и 14. Управление электродвигателем (включение, отключение, изменение направления вращения) выполнялось при помощи частотного преобразователя 15. Все исследования проводились на пшенице сорта Московская 56. Влажность зерна составляла порядка 12 % (определялась весовым методом в межкафедральной лаборатории Брянского ГАУ). Скорость движения транспортера имела пять уровней варьирования в пределах 3-5 м/с. Минимальное значение соответствует скорости плавающего транспортера наклонной камеры зерноуборочного комбайна, максимальное - скорости на входе в молотильную камеру [10, 11]. Подача очесанного зернового вороха составляла 10 кг/с при содержании в нем 80 % свободного зерна. Длина сетчатого транспортера равнялась 2 м, а его прямоугольные ячейки имели размеры 17×15 мм (рис. 2). Рис. 2. Фрагмент сетчатого полотна Зерно, прошедшее сквозь отверстия сетчатого полотна, подвергалось взвешиванию. Каждый вариант опыта проведился с десятикратной повторностью. Таким образом, всего было учтено и обработано 50 опытов. Результаты и обсуждение Полученные данные были обработаны в программах STATISTICA и Excel. По ним построен график (рис. 3), характеризующий зависимость количества свободного зерна, прошедшего сквозь ячейки сетчатого транспортера, от его скорости. Уравнение регрессии, наиболее полно отражающее характер зависимостей (R2 = 0,976), имеет линейный вид: , (1) где Кз - количество свободного зерна прошедшего сквозь ячейки сетчатого транспортера, %; v - скорость сетчатого транспортера, м/с. Анализ полученной зависимости (рис. 3) свидетельствует о том, что по мере увеличения скорости сетчатого транспортера количество свободного зерна, прошедшего сквозь его ячейки, уменьшается, а количество сошедшего с него зерна, наоборот, возрастает. При этом максимальный проход свободного зерна (94,66 %) наблюдается при минимальной скорости сетчатого транспортера, равной 3 м/с. Наличие свободного зерна обусловлено тем, что при проведении серии экспериментов длина сепарирующей поверхности оказалась недостаточной. Рис. 3. Изменение количества свободного зерна, прошедшего сквозь ячейки сетчатого транспортера, в зависимости от его скорости Для выявления характера процесса сепарации свободного зерна был построен график убывания свободного зерна по длине поверхности сепарирования (рис. 4) с регистрацией его количества на четырех контрольных участках. При этом за стопроцентное количество свободного зерна принято начало проведения эксперимента на момент его поступления в установку. Расчет количества свободного зерна, поступившего на второй контрольный участок (53,15 %), определен разницей между предыдущим значение (100 %) и количеством свободного зерна, прошедшего сквозь отверстия на первом контрольном участке (46,85 %). Аналогичным образом были получены и остальные значения (22,71; 9,89 и 5,34 %, соответственно). Оценка убывания свободного зерна из очесанного зернового вороха по длине поверхности сепарирования (рис. 4) свидетельствует о наличии резерва для повышения степени сепарации. С высокой степенью вероятности (R2 = 0,9898) линии тренда имеет экспоненциальных вид: , (2) где Сз - текущий остаток зерна в ворохе, в процентах от ее исходной массы, имевшейся в начале процесса сепарации; L - длина сепарирующей поверхности, м. Задавшись величиной Сз = 1 % (согласно агротехническим требованиям дробление семенного материала не должно превышать 1 %), определим необходимую для этого длину поверхности сепарирования по следующему равенству: . (3) Решив равенство (3) при помощи программы MathCAD (рис. 5), найдем длину сетчатого транспортера, которая обеспечивает проход 99 % свободного зерна. Следовательно, длина сепарирующей поверхности составит L = 2,69 м. По аналогичной методике были обработаны результаты эксперимента (рис. 6, а-г) при скоростях сетчатого транспортера 3,5; 4,0; 4,5 и 5,0 м/с. По ним получена зависимость длины сетчатого транспортера (обеспечивающая выделение 99 % свободного зерна) от его скорости (рис. 7). Уравнение регрессии представляет собой прямолинейный вид (R2 = 0,975): , (4) где L - длина сепарирующей поверхности, м; v - скорость сетчатого транспортера, м/с. Представленный график свидетельствует о том, что по мере увеличения скорости сетчатого транспортера его длина, обеспечивающая выделение 99 % свободного зерна, возрастает. При этом минимальная длина сепарирующей поверхности 2,69 м соответствует минимальной скорости сетчатого транспортера, равной 3 м/с. Заключение Результаты эксперимента позволяют сделать следующие выводы. 1. Эффективная сепарация свободного зерна из очесанного зернового вороха на сетчатом транспортере, смонтированным между наклонной камерой и молотильным устройством, возможна. 2. Для обеспечения максимальной сепарации свободного зерна из очесанного зернового вороха длина сетчатого транспортера должна быть не менее 2,69 м. 3. Практическая реализация такого технического решения требует смещения молотильного барабана назад и укорачивания соломотряса (за ненадобностью) без нарушения его технологического процесса. Рис. 1. Схема экспериментальной установки (обозначение позиций дано в тексте) Рис. 4. Убывание свободного зерна по длине сепарирующей поверхности при скорости транспортера 3 м/с Рис. 5. Скриншот программы MathCAD Рис. 6. Убывание свободного зерна из очесанного зернового вороха по длине поверхности сепарирования при скорости сетчатого транспортера: а) v = 3,5 м/с; б) v = 4,0 м/с; в) v = 4,5 м/с; г) v = 5,0 м/с Рис. 7. Зависимость длины сепарирующей поверхности экспериментальной установки от скорости сетчатого транспортера

Об авторах

В. Н Ожерельев

Брянский государственный аграрный университет

Email: vicoz@bk.ru
д.с.-х.н. Брянск, Россия

В. В Никитин

Брянский государственный аграрный университет

Email: vicoz@bk.ru
к.т.н. Брянск, Россия

Н. В Синяя

Брянский государственный аграрный университет

Email: vicoz@bk.ru
к.т.н. Брянск, Россия

В. М Кузюр

Брянский государственный аграрный университет

Email: vicoz@bk.ru
к.т.н. Брянск, Россия

А. Е Кузнецов

Брянский государственный аграрный университет

Email: vicoz@bk.ru
Брянск, Россия

Список литературы

Дополнительные файлы