Как балансирует вентилятор очистки зерноуборочных комбайнов
Перейти к содержимому

Как балансирует вентилятор очистки зерноуборочных комбайнов

  • автор:

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА ПРИ УБОРКЕ ЗЕРНОВЫХ НА СКЛОНАХ

Халилов З.Ш. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА ПРИ УБОРКЕ ЗЕРНОВЫХ НА СКЛОНАХ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 6(99). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13989 (дата обращения: 23.04.2024).

Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Статья рассматривает вопросы совершенствования системы очистки зерноуборочных комбайнов при уборке зерновых на склонах. Описана функциональная и структурная схемы как классической системы очистки зерноуборочного комбайна, так и предложенной усовершенствованной системы.

ABSTRACT

The article considers the issues of improving the cleaning system of combine harvesters when harvesting grain on the slopes. The functional and structural diagrams of both the classical cleaning system of the combine harvester and the proposed improved system are described.

Ключевые cлова: зерно, комбайн, склон, агрегат, бункер, решеты, зерновой ворох.

Keywords: grain, harvester, slope, unit, bunker, sieves, grain heap.

Введение

Зерноуборочный комбайн, приводимый в движение собственным ременным – приводом и мотором, по структуре является многоуровневым и конструктивно сложным устройством для уборки зерна, разрабатываемым предприятием «Ташсельмаш». Одним из наиболее важных агрегатов, который определяет производительность – это очищающая система, которая производит сложный технический процесс взаимодействия фракций конечного технологического продукта, который находится под воздействием гравитационных сил и воздушного потока.

К современному комбайнеру предъявляются высокие требования к очистке зерна: не менее 98% должна составлять чистота зерна из бункера, дробленного зерна – не более 1%. Современные высокопроизводительные комбайны должны выдавать зерно, не требующее дополнительной очистки. Особое внимание при производстве зерноуборочных комбайнов уделяется совершенствованию системы очистки.

Постановка задачи

Зерноуборочные самоходные комбайны, отечественного производства выполняют прямую и раздельную уборку зерновых колосовых культурна полях равнин, имеющих уклон не более 8 градусов. Отсюда вытекает проблема того, что при наличии уклона на полях приводит к неравномерному распределению зерна, поступившего на очистку, это, в свою очередь приводит к снижению эффективности очистки зерна. Для повышения производительности работы зерноуборочного комбайна на склонах и избегания больших потерь зерна, перед конструкторами и инженерами стоит задача применения новейших принципов зерновой очистки и внедрения передовых конструкторских решений в процесс разработки и производства комбайнов.

Перспективным направлением в сфере повышения эффективности работы зерноуборочного комбайна, работающего на склонах, является внедрение в систему очистных механизмов автоматического выравнивания решет в поперечном и продольном направлении. [1, с. 43-48]

Задача данной статьи заключается в описании и анализе режимов функционирования предложенного автором механизма усовершенствования зерновой очистки самоходных зерноуборочных комбайнов, которые позволяют поддерживать заданное положение решет комбайна относительно поперечного и продольного уклона.

Описание схемы системы очистки

На рис 1. приведена технологическая схема функционирования самоходного зерноуборочного комбайна. Зерно и колоски, просеянные через отверстия под барабаном молотильного аппарата перемещаются на воздушно — очистную решетку, ворох которой разделяется благодаря действию потока воздуха и решет. Решета при этом, связаны через систему рычагов с механизмом очистного привода, они поддерживают слой вороха и взрыхляют его при помощи воздушного потока.

Рисунок 1. Функциональная схема механизма очистки: 1 – стрясная доска; 2 – распределительный шнек; 3 – домолачивающее устройство; 4 – колосовой элеватор; 5 – дополнительное решето; 6 – верхнее решето; 7 – удлинитель; 8 – удлинителя поддон; 9 – нижнее решето; 10 – колосовой поддон; 11 – колосовой шнек; 12 – зерновой поддон; 13 – вентилятор

Отсюда следует, что главным параметром, влияющим на разделение зерна в очистке с помощью ветровой решетки, являются кинематические и конструктивные параметры приводного механизма очистки.

На рис 2. приведена кинематическая схема зерноуборочного механизма комбайна, и она включает следующие элементы: стрясную доску 1, верхнее 2 и нижнее решето 3, дополнительное решето 5, удлинитель 4 и рычажная система механизма колебания. Подобранные оптимально параметры кинематики механического устройства очистительного привода обеспечивают минимальный уровень потерь при уборке зерна комбайном на ровных полях. [2, с. 107-109]

При уборке зерна комбайном на полях с уклоном проявляется основной недостаток в классическом механизме привода очистной системы комбайна, так как в процессе работы увеличиваются и уменьшаются углы наклона решеток в поперечной и продольной плоскости. Если увеличивается продольный угол наклона решет, зерновая масса скапливается вдоль перехода к удлинителю, и расслоение ее при помощи воздушного потока становится практически невозможным. (рис. 1).

Если уменьшить продольный угол наклона решет, то время которое растительная масса пребывает на нижнем решете резко уменьшается, при этом часть зерна не успевает отделиться и превращается в колосовой шнек. А если изменить поперечный угол наклона решет, то зерновой ворох переместится к одной из боковин, и это приведет к тому, что он будет слабо продуваться в этой зоне. (рис. 2)

Рисунок 2. Схема кинематики механизма привода очистки: 1 – стрясная доска; 2 – верхнее решето; 3 – нижнее решето; 4 – удлинитель; 5 – дополнительное решето; 6 – передняя подвеска; 7 – задняя подвеска; 8 – рычаг двуплечий; 9 – кривошип; 10 – шатун

Заключение

При анализе схем системы очисток комбайнов для уборки зерна, которые эффективно работают на склонах, и углубленное изучение функционально-структурных характеристик показали, что в большинстве подобных конструкций были применены системы автоматического продольного и поперечного выравнивания, их совместная работа обеспечивает горизонтальное положение решеток при работе комбайнов на склонах до 20 градусов, а вдоль – до 8 градусов

Кроме основных особенностей конструкции, которые присущи классической схеме привода очистки и его механизма, в указанную схему входят и ползуны, которые установлены сзади рамы комбайна и связаны с шарниром штокового гидроцилиндра, а вторым связаны с подвеской. Если наклон продольный, то зерноуборочный комбайн выравнивает решеты за счет поднимания или опускания крайней части решет с помощью гидроцилиндра, который регулирует продольный наклон.

Список литературы:

  1. Котов, А. В. Применение векторного анализа для оптимизации механизма привода системы очистки зерна зерноуборочного комбайна при его проектировании / А. В. Котов, Ю. В. Чупрынин // Механика машин, механизмов и материалов. – 2009. – № 2(7). – С. 43–48.
  2. Халилов, Ш. З., Умаров, Э. С., & Халилов, З. Ш. (2020). РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА. Журнал Технических исследований, 3(2).

Зерноуборочные комбайны: классификация, принцип работы и особенности каждого

Комбайн зерноуборочный

Зерноуборочные комбайны – узкоспециализированные сельхозмашины, используемые для уборки зерновых. Функционально совмещают в себе операции нескольких приспособлений – жатки, веялки и молотилки. Благодаря полной автоматизации рабочих процессов позволяют закончить уборочную страду в сжатые сроки, что немаловажно для сохранения качества и питательной ценности убранного материала.

Первые зерноуборочные комбайны появились к середине XIX века в США. Они представляли собой колесные повозки, позволяющие срезать, очищать стебли от зерна и первично провеивать их от шелухи. Внешний вид современных комбайнов для заготовки злаковых культур претерпел значительных изменений. При своей высокой производительности и внушительным габаритам они не создают антропогенной нагрузки на почву, бережно обрабатывают как само зерно, так и солому и сводят к минимуму участие человека в технологическом процессе.

На сегодня ассортимент зерноуборочной техники настолько расширился, что сложно ответить, какой зерноуборочный комбайн лучше. Ввиду актуальности данного вопроса подробнее остановимся на классификации, особенностях устройства и обслуживания каждой разновидности этих агромашин.

Классификация зерноуборочных комбайнов

Классификация зерноуборочных комбайнов

Разделение этой техники производится по нескольким градациям:

  • способу агрегирования;
  • направленности срезанной массы;
  • устройству молотильно-сепарирующего блока.

По первому признаку различают комбайны:

  • самоходные – представляют собой полноценный механизм на колесном или гусеничном ходу, который приводится в действие двигателем внутреннего сгорания (например, машина марки КЗС 10К-26 и большинство современных);
  • прицепные – разновидность прицепного оборудования, которое может агрегироваться через гидропривод или карданный вал к большинству тракторов типа МТЗ-80 (КОП-3 «Росич», прицепной ПН-100 «Простор», которые могут работать как с гусеничными, так и колесными тракторами с тяговым классом не ниже второго;
  • навесные – чаще всего встречаются в малогабаритных вариантах. С помощью адаптеров могут превратить мотоблок, садовый мини-трактор в полноценный комбайн, хоть и компактного размера.

По распределению потока убранной зерно-стеблевой части:

  • продольно-прямоточные;
  • т-образные;
  • поперечно-прямоточные;
  • г-образные.

В зависимости от молотильно-сепарирующего узла, выделяют:

  • барабанные – имеют компоновку из жатки, веялки и молотилки (например, СК-3 или «Агромаш» 3000);
  • роторные – их конструкция лишена молотилки. Вместо нее на машинах устанавливается продольный ротор («John Deere» S690);
  • гибридные – совмещают в себе и барабан, и ротор («Massey Ferguson» MF 9895 Fortia).

Рассмотрим каждую из 3 групп в отдельности.

Принцип работы зерноуборочного комбайна с барабанным измельчителем

Принцип работы зерноуборочного комбайна
Принцип работы зерноуборочного комбайна
Схема устройства барабанных или клавишных комбайнов считается классической. В передней части таких комбайнов имеются ножи, которые скашивают стебли и передают их мотовилу. С его помощью они собираются и продвигаются к жатке. За счет вращающихся шнеков колоски попадают на наклонный транспортер, а и з него – в молотилку.

В бильном барабане производится обмолот зерновых. Отделенная от стеблей часть через деку просыпается на грохот. Невымолоченные остатки проходят повторную обработку и, побывав на клавишах соломотряса, попадают на эту же часть. При этом солома идет в копнитель или на измельчение, а зерно – провеивается и осыпается в зерновой бункер, из которого его можно выгружать в грузовые машины. Существенным недостатком клавишных зерноуборочных агрегатов является производительность. За равный промежуток времени, они способны обработать площадь вдвое или даже втрое меньшую, чем роторные.

Устройство зерноуборочного комбайна роторного типа

В конструкции роторных комбайнов молотильный аппарат представлен в виде ротора. Его вращение создает центробежную силу, способствующую обмолачиванию зерновой массы. Такой конструктив по сравнению с клавишной считается более производительным. Поэтому приобретать такие модели техники лучше для полей с высокой урожайностью.

Другими достоинствами роторных зерноуборочных комбайнов являются:

  • сниженное число приводных и вращающихся механизмов;
  • меньшая трудоемкость процесса обработки.

Существенными «минусами» аксиально роторных зерноуборщиков выступают:

  • ограничения в эксплуатации по климатическим параметрам – эти машины лучше всего справляются со своей задачей в засушливых регионах;
  • неприспособленность к работе с влажным зерном;
  • высокая ресурсоемкость и дороговизна технического обслуживания;
  • большая цена на сами роторные зерноуборочные комбайны.

Особенности гибридных зерновых комбайнов

Гибридные комбайны – специализированные сельхозмашины, используемые для уборки зерновых и зернобобовых посевов. Совмещают в себе молотильные устройства двух предыдущих групп. По своим функциональным характеристикам отличаются от клавишных, но сам процесс облущивания осуществляется в роторах, куда подается стебле-зерновая часть после бильного барабана. Благодаря решетчатой структуре роторов вымолоченное зерно просыпается сразу на решетный стан, в итоге оказываясь в приемном бункере.

Как правильно выбрать зерноуборочный комбайн?

Какой зерноуборочный комбайн лучше?

Для того чтобы приобретение этой сельхоз техники не стало напрасной тратой денег, необходимо ориентироваться на следующие критерии:

  • величину обрабатываемых площадей – для небольшого хозяйства подойдет зерновой мини комбайн, такой как «Вольво» ВМ-800 или один из японских от фирмы «Yanmar». Эти малогабаритные устройства стоят они в разы дешевле классических комбайнов, просты в ремонте и обслуживании. Нередко встречаются в самодельных вариантах, сделанных своими руками на основе мини тракторов и прочей мелкогабаритной техники. Для средних и крупных землевладений лучше остановиться на современных зерноуборщиках отечественного или зарубежного производства;
  • производительность работы;
  • ширину захвата жатки;
  • потери во время молочения зерна – они не должны превышать 1 %;
  • качество и чистоту убранных семян;
  • ремонтопригодность и доступность запчастей на ту или иную модель техники;
  • бренд изготовителя – рейтинги прошлых годов показывают, что лучшими зерноуборщиками выступают «Class» Tucano-570, 2 модели от американской торговой марки «New Holland» — CX6090 и TC5.90, «Case» IH Axial-Flow 9240, «Palesse» GS12. Все они оборудованы мощными двигательными системами с потенциалом свыше 300 л.с. и адаптированы к климатическим условиям всего Евро-Азиатского континента.

Как работает комбайн: устройство, принцип работы

Зерноуборочный комбайн широко распространен в сельском хозяйстве для уборки пшеницы, рожи, ячмени и других колосовых культур. Кроме того, данная машина выполняет задачи и по сборке других технических сортов зерновых, таких как подсолнечник, зернобобовые, мелкосеменные смеси, гречиха и рапс. Наиболее распространенными комбайнами считаются самоходные комплексы «Вектор», «Дон-1200» и «Дон-1500» с производительностью 8-12 тонн за один час. Потери зерна при этом не превышают 1,5%. Эти сельскохозяйственные комплексы представляют собой сложные механизмы, выполняющие определенные операции по следующей технологической цепочке:

  • срезание хлебных колосьев, подача их к молотильне и обмолот
  • очищение вороха, перемещение в бункер и выгрузка зерна.

Выполнение этих операций ручным способом требует колоссального физического труда, и в связи с этим на помощь приходят комбайны, прекрасно функционирующие в полях. Они быстро собирают зерновые и автоматически отделяют нужную часть урожая в зависимости от выбранной настройки, адаптированной под ту или иную культуру.

Навигация по статье

  • 1 Устройство и схема работы комбайна
  • 2 Краткий принцип действия комбайна
  • 3 Как работает оборудование комбайна
  • 4 Схемы и наглядные пособия по устройству и работе комбайна
  • 5 Подготовка комбайна к работе
  • 6 Правила и порядок эксплуатации комбайна

Устройство и схема работы комбайна

Насколько комбайн функционален, настолько и конструктивно прост, несмотря на наличие большого количества элементов, которые при одновременной работе значительно повышают эффективность сбора урожая.

Как работает комбайн: устройство, принцип работы

В соответствии с классической конструкцией комбайн состоит из следующих компонентов:

  • жатки
  • бункера
  • проставки
  • трансмиссии
  • ходовой части
  • гидравлической части
  • электрической части
  • двигателя
  • наклонной камеры
  • молотильно-сепарирующего устройства (МСУ)
  • органов управления
  • кабины
  • электронно-контрольной системы.

Данный набор компонентов наряду с их высокой производительностью обеспечивает длительную и эффективную работу. Однако от оператора требуется постоянный контроль за состоянием всех элементов комбайна, которые можно заменить при необходимости. Своевременное обслуживание (заточка лезвий, замена расходных материалов) продлит срок службы и повысит долговечность.

Классическая схема работы комбайна предусматривает раму, которая является основой всей силовой конструкции. На раму опираются передний и задний мосты. При этом сзади установлены ведущие колеса, а сзади – поворотные. Помимо этого, на раме закреплены ряд молотильных приспособлений, транспортировочных устройств, ДВС, кабина с органами управления, гидравлическая система, электрооборудование и сам бункер для сбора урожая. В передней части с помощью шарниров зафиксирована жатвенная часть, а сзади установлен копнитель для соломы или измельчитель.

Краткий принцип действия комбайна

У зерноуборочного комбайна может быть несколько операций одновременно. Техника перемещается по полю и срезает зерновые культуры, которые затем подаются в молотильный аппарат для последующего обмолота зерна от колосьев. Следующим этапом является очищение обработанного зерна от постороннего мусора для получения готового продукта.

Он подается в готовый бункер, который постепенно заполняется по мере обработки поля. Его содержимое опустошается в месте выгрузки, после чего комбайн снова готов к выполнению вышеуказанной технологической цепочки задач. Учитывая все эти функциональные возможности, такую машину можно назвать универсальной, способной заменить жатку, молотилку, веялку и другие узкоспециализированные средства для сбора урожая. Более того, возможности комбайна можно расширить благодаря установке навесного оборудования.

Как работает оборудование комбайна

Подробный принцип действия зерноуборочного комбайна можно разделить на несколько этапов.

  1. Мотавильный механизм наклоняет хлебостои, затем производится обрезка культуры режущим аппаратом
  2. На шнек поступает растительная масса, которая постепенно сужается и подается в наклонную камеру, а после нее – в МСУ по транспортировочной ленте
  3. В работу вступает принимающий битер для уборки пшеницы, который перемещает сырье к барабану, а специальный камнеуловитель не допускает попадания камней и тяжелых предметов, которые мгновенно откидываются винтовыми лопастями
  4. Дека принимает колосья, которые проходят через бичи и выбиваются через специальные насечки, затем с целью уменьшения потерь прямые биения заменяются на скользящие
  5. После сталкивания соломенной массы с поперечной планкой начинается процесс отделения в сепарирующей зоне. Она обмолачивает всю соломенную массу, из которой получается до 80% зерновых культур, а остаток распушается на соломотрясе
  6. После прохождения зерен через клавишный механизм происходит их очищение на специальной решетке, а солома переходит в копнитель
  7. Передвижение вороха осуществляется от МСУ и соломотряса по стрясной доске прямо к пальчиковой решетке, где происходит процесс очищения путем выдувания примесей мощным потоком воздуха, исходящим от вентиляторов. Зерно скатывается по доске и поступает в шнек
  8. После шнека колосья попадают в колосовой элеватор, затем их принимает распределительный шнек, а потом они попадают в отбойный битер и барабан. Происходит повторное обмолачивание
  9. Шнек переносит сырье в зерновой элеватор и бункер, затем происходит уплотнение соломы при помощи прессующей камеры половонабивателя, который наполовину уплотняет солому, попавшую в копнитель и направляет полову на дно устройства.

После его заполнения оператор жмет на соответствующую педаль и выгружает копну. После выгрузки происходит автоматическое закрытие копнителя. Если вместо него установлен измельчитель, тогда мякина перемалывается и разбрасывается по полю.

Схемы и наглядные пособия по устройству и работе комбайна

Как работает комбайн: устройство, принцип работы Как работает комбайн: устройство, принцип работы Как работает комбайн: устройство, принцип работыКак работает комбайн: устройство, принцип работы

Подготовка комбайна к работе

Подготовка комбайна к работе подразумевает ряд мероприятий, при которых должны быть учтены все нюансы. Потеря хлебной массы при обмолоте является типичной проблемой, которая не поддается стандартизации. Поэтому ее частично решают путем совершенствования комбайна, который оснащают дополнительным оборудованием, наделенным широким набором регулировок. Благодаря этому можно снизить издержки.

Как работает комбайн: устройство, принцип работы

Безусловно, оборудование необходимо правильно настроить, что и является залогом бесперебойной и эффективной обработки урожая с минимальными потерями. Для этого уделяют особое внимание настройке зерноуборочного комбайна, а именно следующим параметрам:

  • диапазон скоростей молотильного барабана устанавливают в пределах 900-1300 об/мин
  • скорость вращения вентилятора не должна превышать 700-850 об/мин
  • зазор основной деки на уровне 8-12 мм, а отверстие решета – 8-10 мм
  • пазы вентилятора – точки 2-3.

Как правило, агрегат готов к работе после проверки его технического состояния, комплектности, а также тестовой работы всех транспортировочных систем и единиц комбайна. Детальная проверка позволит выявить неполадки и заранее устранить их перед выездом в поле. Ниже представлены узлы, которые подвергаются обслуживанию в первую очередь.

  • проверка всех крепежей, фиксаторов, ремней и цепей
  • контроль расположения шкивов, контуров и звездочек
  • проверка деталей на герметичность
  • замена масла и фильтров в двигателе, мостах и трансмиссии при необходимости
  • проверка усилия на педалях управления.

Правила и порядок эксплуатации комбайна

  1. Обслуживание ДВС и коробки передач, проверка масла в гидравлике и топливном баке, доливка охлаждающей жидкости в радиатор
  2. Оператор выбирает подходящую передачу и начинает движение вперед на среднем положении рычага хода. По мере изменения скорости движения проверяются тормоза
  3. При температуре воздуха ниже нуля градусов Цельсия необходимо подождать несколько минут работы двигателя на холостом ходу
  4. Переход на следующую передачу происходит только на ровной поверхности. Для этого переключатель устанавливается в положение «нейтраль» и выбирается нужная передача
  5. Перед выездом комбайна на дороги общего пользования жатка должна быть установлена на своем месте, а также надо заранее отрегулировать передние и задние фары, с включенным ближним светом, а зерновой бункер опустошить
  6. Работа тормозной системы комбайна должна быть плавной, а при движении вниз по наклонной запрещается включать нейтральную передачу
  7. Во время езды по полю задействуется управление тормозами, что позволяет снизить радиус разворота. На слишком мягком участке допускается уменьшение давления в передних шинах, а на крутых склонах – надо наоборот повысить давление для улучшения устойчивости. При этом также снижается вероятность перевертыша, если бункер загружен на половину
  8. Обеспечить равномерную загрузку при обмолоте хорошо помогают высокие обороты двигателя. По мере увеличения оборотов важно контролировать скорость движения, высоту среза и мотовилы таким образом, чтобы поддерживать равномерную и непрерывную загрузку хлеба. Убедиться в правильности отрегулированных параметров можно с помощью пробного заезда.

Анализ работы турбинного вентилятора очистки зерноуборочного комбайна и оптимизация качественной характеристики воздушного потока Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Миренков В. В., Хиженок В. Ф.

Рассмотрен принцип действия системы очистки зерноуборочного комбайна. Прове-дено компьютерное моделирование и оптимизация параметров системы очистки зерно-уборочного комбайна с использованием турбинного вентилятора и делителя воздушного потока. Выявлено оптимальное расположение дефлектора распределения потока внутри ко-жуха вентилятора.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Миренков В. В., Хиженок В. Ф.

Анализ работы вентилятора системы очистки зерноуборочного комбайна

Моделирование процесса функционирования центробежных вентиляторов в воздушно-решетной очистке зерноуборочного комбайна

Научное обоснование и совершенствование пневматических систем сельскохозяйственных машин на основе моделирования технологического процесса

Компьютерное моделирование процесса разделения зерна и половы на фракции в системе очистки зерноуборочного комбайна

Исследование параметров воздушного потока в камере очистки зерноуборочного комбайна
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Анализ работы турбинного вентилятора очистки зерноуборочного комбайна и оптимизация качественной характеристики воздушного потока»

АНАЛИЗ РАБОТЫ ТУРБИННОГО ВЕНТИЛЯТОРА ОЧИСТКИ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА И ОПТИМИЗАЦИЯ КАЧЕСТВЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА

В. В. МИРЕНКОВ, В. Ф. ХИЖЕНОК

Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»,

В настоящее время предъявляются высокие требования к очистке комбайнами зерна, поступающего после обмолота: чистота бункерного зерна не менее 98 %, а дробленого не более 1 %.

Получение чистого зерна от комбайна, которое не нуждается в дополнительной очистке, — одно из требований к современным высокопроизводительным комбайнам. Поэтому оптимизации систем очистки новых комбайнов уделяется особое внимание.

В конструкции систем очистки зерна современных комбайнов классической роторной и комбинированной схем используют стрясную доску или блок шнеков для транспортировки мелкого вороха и ветрорешетчатую очистку с регулируемыми жа-люзийными решетами. Воздушный поток, создаваемый вентиляторами в новых конструкциях очисток, разделяется на два отдельных потока: один обдувает зону предыдущей очистки, другой — верхнее и нижнее решета.

Вентилятор системы очистки зерноуборочного комбайна предназначен для обработки воздушным потоком вороха, поступившего на решета очистки. При этом воздушный поток выполняет две задачи: разрыхляет (вспушивает) обрабатываемый на решетах ворох (чем облегчает проход зерна сквозь пространственную решетку, образованную соломистыми частицами) и уносит в копнитель легкие примеси, имеющие большую парусность [5].

Вентилятор очистки отечественных комбайнов представляет собой многолопастный крылач, частота вращения которого регулируется с помощью специального клиноременного вариатора в пределах 450-1200 об./мин.

Целью работы является моделирование основных параметров предлагаемого турбинного вентилятора очистки зерноуборочного комбайна и составления рекомендаций по усовершенствованию конструкции.

Недостатком базового двухсекционного центробежного вентилятора с осевым забором воздуха являются: решета, имеющие суммарную длину более трех метров и расположенные под углом к плоскости выходного отверстия вентилятора. Они должны обдуваться воздушными потоками, имеющими одинаковую скорость по всей ширине решет. Очевидно, что данная конструкция вентилятора очистки комбайна не в полной мере соответствует требованиям скорости воздушного потока около решет. Кроме того, вызывает интерес распределение скоростных потоков не только по ширине решет, но и по длине, так как несоблюдение скоростных режимов воздушного потока будет приводить к некачественной работе системы очистки [4].

Указанные недостатки базового варианта вентилятора предлагается решить использованием более производительного турбинного вентилятора с комплектом дефлекторов.

Анализ параметров турбинного вентилятора производили с использованием современных расчетных компьютерных программ. Одним из таких представителей расчетных программ является SolidWorks/FlowSimulation. Данный пакет предлагает широкий спектр возможностей конечно-элементного анализа, начиная от простого линейного стационарного анализа и заканчивая комплексным нелинейным анализом переходных процессов.

При расчете для облегчения задания граничных условий и учета различных динамических факторов используются исследования движения моделей сборки Motion. Исследования движения не изменяют модель сборки или ее свойства. Они моделируют и анимируют движение модели.

Целесообразность выбора типа конечного элемента определяется степенью сложности геометрии узла и требуемой точности решения. Наличие в программе FlowSimulation конечных элементов для моделирования гидро- и аэродинамики дает возможность применения численных методов для определения параметров потока, давления и температуры жидкости или газа в изучаемой области, например, в зоне-выхода воздушных потоков из вентилятора очистки. Решение указанных задач выполняется при помощи модуля FlowSimulation, что позволяет анализировать движение непрерывной среды, а именно определять градиент давления, распределения скоростей и температур, направление движения потока воздуха и т. д. Для моделирования турбулентного движения используются уравнения неразрывности. При этом вычисляются следующие параметры: число Маха, коэффициент давления, общее давление и функции потока для движущейся среды.

Используется решатель, реализующий раздельный последовательный алгоритм, который заключается в раздельном решении для каждой степени свободы (температуры, давления, скорости и т. д.) системы матриц, полученных при конечноэлементной дискретизации основного уравнения. Задача течения воздуха нелинейная и основные уравнения связаны между собой. Последовательное решение уравнений с обновлением зависящих от давления параметров составляет глобальную итерацию. Количество глобальных итераций для достижения сходящегося решения может значительно варьироваться в зависимости от решаемой задачи [1].

При расчете были использованы следующие материалы:

1) вал — сталь 40х: модуль упругости — 214 ГПа, коэффициент Пуассона — 0,26;

2) лопасти вентилятора — сталь 45: модуль упругости — 204 ГПа, коэффициент Пуассона — 0,3;

3) втулки — сталь 18 ХГТ: модуль упругости — 203 ГПа, коэффициент Пуассона —

4) корпус — листовая сталь: модуль упругости — 89 ГПа, коэффициент Пуассона —

Физические свойства воздуха: плотность — 1,204 кг/м3, вязкость — 1,51 (м2/с)10-5.

В связи с тем, что вентилятор состоит из двух симметрично расположенных секций, возможен анализ только одной секции (рис. 1), дискретизация которой представлена на рис. 2.

Рис. 1. 3Б-модель турбинного вентилятора очистки комбайна

Рис. 2. Конечно-элементная дискретизация твердотельной модели секции вентилятора

очистки зерноуборочного комбайна

Количество конечных элементов составило 142911 шт., из которых твердых элементов — 62067 шт.

В результате проведенного конечно-элементного анализа в FlowSimulation были получены результаты распределения потоков скоростей и давлений в вентиляторе очистки зерноуборочного комбайна. На рис. 3 представлена качественная характеристика потоков скоростей вентилятора очистки зерноуборочного комбайна на разных режимах работы при частоте вращения 70 и 120 рад/с. Характеристика определялась на выходе из кожухов вентилятора. Как видно из представленных результатов моделирования, скорость потока на выходе вентилятора распределена не равномерно по поперечному сечению выходного отверстия и изменяется от 1,8 до 12 м/с (рис. 3, а) и от 8 до 20 м/с (рис. 3, б).

Рис. 3. Качественная характеристика вентилятора очистки комбайна, полученная в FlowSimulation по ширине и высоте потока при частоте вращения вала вентилятора 70 рад/с (а) и при частоте вращения вала вентилятора 120 рад/с (б)

Данный расчет показал адекватность расчетной ЗБ-модели, в связи с чем можно провести дальнейшую оптимизацию параметров вентилятора очистки зерноуборочного комбайна с целью более равномерного распределения потоков скоростей и давлений воздуха. Причем оптимальные скорости (7-12 м/с) воздушного потока наблюдаются по центру выходного отверстия (рис. 3, а) при частоте вращения вала вентилятора 70 рад/с, но имеют неравномерное распределение по высоте и ширине выходных каналов вентилятора. При частоте вращения 120 рад/с расчетные показатели скорости имеют значения 6-18 м/с и более равномерное распределение по ширине и высоте выходных каналов. Однако данные скорости недопустимы при работе системы очистки, так как будет происходить выдувание неочищенного зерна.

Для снижения скорости и более равномерного распределения воздушных потоков предлагается использовать дефлектор (рис. 4), установленный в кожухе вентилятора.

Рис. 4. Дефлектор воздушного потока

Положение дефлектора в кожухе вентилятора определялось путем изменения расстояний к1 и к2 (рис. 5).

Рис. 5. Положение дефлектора в зависимости от параметров И1 и И2

В результате изменений расстояний были получены расчетные величины максимальных скоростей на выходе из верхнего и нижнего канала турбинного вентилятора и сведены в табл. 1.

Влияние параметров кг и к2 на величину скоростного потока

Номер положения Одновременно изменяемые параметры к1 и к2, мм Максимальная расчетная скорость воздушного потока V, м/с

Верхний канал Нижний канал

10 40 40 12,6 6,5

11 42,5 42,5 12,0 13,5

Как видно из табл. 1, наиболее рациональным является положение № 3.

Расчет турбинного вентилятора с установленным дефлектором (рис. 6), использующим найденное оптимальное положение, показал, что было достигнуто рациональное распределение потоков скоростей по ширине и высоте выходных каналов (7,3-12,7 м/с).

Рис. 6. Качественная характеристика вентилятора очистки комбайна, полученная в FlowSimulation по ширине и высоте потока с установленным дефлектором

Также представляет интерес расчет всей конструкции системы очистки с установленными верхним, нижним и удлинительным решетами (рис. 7). Адекватность расчетной модели во многом определяется точностью задания механических характеристик материала и граничных условий. Для проведения данного анализа использовались тетраэдральные и жидкостные элементы. В качестве граничных условий использовались частота вращения вала вентиляторов (120 рад/с для зерновых культур), атмосферное противодавление на выходе (101325 Па) и скорость воздушного потока на входе в вентиляторы (7 м/с).

Рис. 7. Граничные условия, задаваемые при анализе системы очистки зерноуборочного

комбайна во FlowSimulation

Анализ линий тока скоростей в поперечном и продольном сечениях системы очистки при оптимальной частоте вращения (120 рад/с) и примененных дефлекторах воздушного потока показал следующее:

1) скорость воздушного потока распределена равномерно по поперечному сечению решет (рис. 8);

2) скорость воздушного потока в конце решетных станов находится в интервале 3-6 м/с и его величины достаточно для выполнения технологического процесса (рис. 8, 9);

3) скорость воздушного потока на нижнем, верхнем и дополнительном решетах находится в интервале 6-12 м/с и его значения достаточно для выполнения бесперебойного технологического процесса (рис. 9).

Рис. 8. Визуализация линий тока скоростей, полученных во FlowSimulation в поперечном сечении системы очистки на выходе из кожухов вентиляторов

Рис. 9. Визуализация линий тока скоростей, полученных во FlowSimulation в продольном сечении системы очистки

Также была смоделирована визуализация линий тока скоростей и давлений, в результате которой можно утверждать об отсутствии турбулентных потоков, завихрений и практически отсутствии перепадов давления в зоне расположения решетных станов.

Рис. 10. Визуализация линий тока давлений (а) и скоростей (б), полученных во FlowSimulation

Как видно из представленных результатов (рис. 10, а), скорость потока на выходе вентилятора согласуется с данными, полученными теоретическим путем [4].

В результате проведенных расчетов установлено:

1. Воздушный поток турбинного вентилятора по ширине и высоте выходного канала более равномерный по сравнению с классическим центробежным вентилятором.

2. Относительная скорость турбинного вентиляторов в 3-4 раза выше, чем центробежных. Данная характеристика приводит к увеличению коэффициента производительности.

3. Турбинный вентилятор позволяет создавать воздушный поток, проходящий дважды через решетку (в центростремительном и центробежном направлениях), что приводит к увеличению коэффициента давления и совместно с повышенным коэффициентом производительности обеспечивает более пологое снижение КПД.

4. Асимметричное расположение лопастей рабочего колеса позволяет равномерными порциями подавать воздух к выходному каналу.

5. Применение дефлектора позволяет получить скорость воздушного потока на нижнем, верхнем и дополнительном решетах в интервале 6-12 м/с и его значения достаточно для выполнения бесперебойного технологического процесса.

6. Установлена адекватность расчетной 3Б-модели, позволяющей провести дальнейшую оптимизацию вентилятора очистки зерноуборочного комбайна.

1. Алямовский, А. А. SolidWorks 2007/2008 компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский. — СПб. : БХВ-Петербург, 2008.

2. Босой, Е. С. Теория, конструкция и расчет / Е. С. Босой. — М. : Машиностроение, 1978.

3. Брусиловский, И. В. Аэродинамика осевых вентиляторов / И. В. Брусиловский. -М. : Машиностроение, 1984.

4. Миренков, В. В. Анализ работы вентилятора системы очистки зерноуборочного комбайна / В. В. Миренков, В. Ф. Хиженок, П. Е. Родзевич // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. — 2012. — № 2. — С. 18-25.

5. Долгов, И. А. Уборочные сельскохозяйственные машины / И. А. Долгов. — Ростов н/Д : ДГТУ, 2003.

6. Карпенко, А. Н. Сельскохозяйственные машины / А. Н. Карпенко, В. М. Халан-ский. — М. : Колос, 1983.

7. Комбайн зерноуборочный самоходный КЗС-10К «Палессе GS10». Инструкция по эксплуатации. — Гомель : Гомсельмаш, 2008.

8. Клочков, А. В. Комбайны зерноуборочные зарубежные / А. В. Клочков, В. А. Попов, А. В. Адась. — Минск : Новик, 2000.

9. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологический расчет / Б. Г. Турбин [и др.]. — Л. : Машиностроение, 1967.

10. Черкасский, В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры / В. М. Черкасский. — М. : Энергоатомиздат, 1984.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *