Разработка и обоснование загрузочных устройств для пневмотранспортирования продуктов обмолота в зерноуборочных комбайнах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Савельева, Екатерина Владимировна

• Савельева, Екатерина Владимировна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Савельева, Екатерина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ транспортирующих устройств применяемых в сельском хозяйстве.

1.2. Технологические и технико-экономические показатели работы транспортеров.

1.3. Пневмотранспортирующие системы и их структурные схемы.

1.4. Значение разгонного участка горизонтального пневмопровода с нагнетателями эжектороного типа в пневмотранспортировании.

1.5. Конструктивные и технологические параметры эжекторных питателей

1.6. Анализ загрузочных устройств, осуществляющих поступление материала широким потоком в материалопровод нагнетательной пневмосистемы

Выводы.

Цель и задачи исследования.

II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Конструкция загрузочных устройств для зерна и колосовых остатков, принцип действия и показатели их работы.

2.2. Потери давления в зоне поступления материала в трубопровод.

2.3. Движение зерновки по поверхности лотка в загрузочном устройстве для зерна.

2.4. Формирование аэросмеси в зоне смесительной камеры материало-провода загрузочного устройства для зерна.

2.5. Формирование воздушного потока в загрузочных устройствах нагнетательных систем для транспортирования колосовых остатков и зерна.

Выводы.

III. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Методика определения конструктивных и технологических параметров загрузочных устройств.

3.1.1. Устройство экспериментальной установки для определения геометрических параметров лотка.

3.1.2. Установка для определения конструктивных и технологических параметров загрузочного устройства.

3.1.3. Подготовка приборов, оборудования к проведению опытов и методика измерения.

3.1.4. Методика определения показателей работы загрузочного устройства для зерна.

3.2. Определение геометрических параметров загрузочных устройств.

3.2.1. Описание конструкции.

3.2.2. Методика исследований.

IV. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Геометрические параметры лотка загрузочного устройства для транспортировки зерна.

4.2. Конструктивные и технологические параметры загрузочного устройства для зерна.

4.3. Формирование воздушного потока и аэросмеси в смесительных камерах загрузочных устройств.

4.4. Качественные показатели работы пневмотранспортеров.

Выводы.

V. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ

5.1. Пневматическая система для транспортировки зерна и колосовых остатков в зерноуборочном комбайне «Енисей - 1200 Р».

5.2. Потери давления АР при транспортировке зерна и колосовых остатков в опытном комбайне.

5.3. Параметры пневмотранспортирующих устройств опытного и базового зерноуборочных комбайнов.

Выводы.

VI. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРО-ВАНИЯ ПРОДУКТОВ ОБМОЛОТА В ЗЕРНОУБОРОЧНОМ КОМБАЙНЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование загрузочных устройств для пневмотранспортирования продуктов обмолота в зерноуборочных комбайнах»

Производству зерна в России во все времена уделялось большое внимание, как важнейшей сельскохозяйственной продукции. Однако за последние 15 лет производство зерна в нашей стране резко упало. Так валовой сбор зерна в 2004 году в сравнении с 1990 годом уменьшился на 40 млн. тонн [30].

Причин такого явления можно назвать несколько, это сокращение посевных площадей, снижение урожайности и уменьшение общего числа комбайнов в парке. В настоящее время парк комбайнов стареет, а выпуск новых машин сократился на 61%. Это вызывает возрастание доли неисправных машин, причем надежность и производительность отечественной уборочной техники более чем в три раза ниже зарубежных аналогов [3, 30]. В результате увеличивается средняя нагрузка на комбайн, сроки уборки растягиваются на месяцы вместо 10.15 дней, что вызывает потери зерна за счет его самоосыпания [8, 10, 11, 18,30,32,39-42,45,81,85, 86, 107].

Анализ литературных источников и сама жизнь указывает, что самым важным этапом в производстве зерна является уборка, как завершающая стадия полевых работ. Так, эксплуатационные затраты на уборку зерна и его транспортировку с поля на пункт переработки составляют 50.55% всех затрат на его возделывание. Поэтому успешное выполнение уборочных работ с высоким качеством во многом зависит от применения высокопроизводительных и надежных в эксплуатации зерноуборочных комбайнов.

В современных условиях рыночных отношений в АПК РФ все отечественные комбайновые заводы выпускают машины определенного класса: Таганрог - самоходные, класса 3 кг/с. ( КЗС-З); Тула - прицепные аксиально-роторные, класса 3 кг/с. (ПН-100); Ростов - на Дону - самоходные, класса 56 кг/с. ( «Нива»), 9-10 кг/с. ( «Дон - 1500 Б») и 11-12 кг/с. («Дон - 2600»); Красноярск - класса 5,5-6,5 кг/с. («Енисей» - 1200, «Енисей» - 950) [30].

Пропускная способность всех перечисленных зерноуборочных комбайнов повышается за счет усложнения конструкций, которые, как правило, снижают [96] надежность в работе и увеличивают металлоёмкость и габариты. Об этом упоминается в основных направлениях повышения технического уровня комбайнов.

Концепция создания новых отечественных комбайнов включает четыре направления, из которых выделены следующие проблемы: совершенствование дизайна; упрощение техобслуживания и ремонта; повышение комфортных условий труда механизатора; электрогидравлическое управление рабочими органами; снижение металлоёмкости и габаритов; уменьшение повреждения зерна и сведения его потерь до минимума.

В данной концепции не уделено должного внимания одному существенному резерву повышения производительности и надежности комбайна -гармонизации его конструкций по параметрам. Она исключает интуитивные [30] решения, когда какой-нибудь силовой или технологический рабочий орган на комбайне имеет размерно-массовый параметр, не соответствующий его номинальной производительности. Например, производительность транспортеров, перемещающих зерно в бункер, а колосовые остатки на дополнительный обмолот, должна превосходить пропускную способность мо-лотильно-сепарирующего аппарата. Если этого не будет наблюдаться, то снизится надежность работы комбайна, повысится дробление зерна.

Из выше сказанного следует, что на качественные показатели работы зерноуборочного комбайна существенное влияние оказывают транспортирующие устройства для зерна и мелкого вороха. Исследованию шнеков и элеваторов посвящено большое число работ [2, 29, 34, 73, 88, 89, 131 и др.]. Главное достоинство этих устройств - простота конструктивного исполнения. Однако они имеют ряд серьёзных недостатков:

- повреждают зерно, особенно зернобобовые культуры (сою) до 6-8% [5, 6, 8, 10, 11, 19, 35, 36, 43, 45, 68, 70,71, 72, 75, 78, 79, 80, 84, 98, 100, 105, 108,109,111];

- неудовлетворительно перемещают материал (зерно, мелкий ворох) при недостаточной его сыпучести и влажности [2, 24, 29, 34, 35, 36, 66, 67, 72, 76, 97];

- снижают производительность с ростом угла наклона к горизонту [8, 24,35,36,42, 66, 67, 109, 121];

- низкая износостойкость шарнирных сочленений цепей, скребков, кожуха и других элементов желоба элеваторов и шнеков [6, 8, 16, 24, 35, 36, 53, 57, 58, 67,72];

- высокая энергоёмкость.

На сегодняшний день винтовые шнеки и скребковые элеваторы в зерноуборочных комбайнах не претерпели серьёзных изменений в конструктивном исполнении. Все технические решения на усовершенствование транспортёров предусматривали следующее:

- изменение геометрических параметров движущихся механических частей и их линейной скорости;

- изготовление скребков, винтов из различных материалов, с использованием прорезиненных лент, пластмасс, металла и др.

Эти технические решения не устраняют все те проблемы, упомянутые ранее.

Для транспортировки порошкообразных, зернистых, мелкокусковых, плохосыпучих и длинноволокнистых (сено, солома и т.д.) материалов с большим успехом применяют пневматические устройства. Практика использования пневматических устройств зарекомендовала их важнейшие качества: непрерывность, простота конструкций, удобство в обслуживании и ремонте, малая металлоёмкость, низкая повреждаемость и отсутствие потерь транспортируемого материала, надежность в работе, улучшение санитарно-гигиенических условий и техники безопасности.

Чтобы использовать пневмотранспортирующие системы для перемещения зерна в бункер и колосовых остатков на дополнительный обмолот, нужны новые загрузочные устройства. Они должны иметь особенность в конструктивном исполнении, обладать геометрическими размерами и габаритами, которые позволят встроить их в зерноуборочный комбайн вместо винтовых шнеков зернового и колосового. Для этого необходимо учитывать геометрические размеры зерноуборочного комбайна, его привода и технологические процессы молотильного сепарирующего устройства и очистку.

Нужно отметить, что до настоящего времени загрузочные устройства пневмотранспортирующих систем, предназначенные для встраивания их вместо винтовых шнеков, не применяли ни на отечественных, ни на зарубежных комбайнах. Они не были объектом исследований как составные единицы транспортирующих систем комбайнов. Это обусловлено тем, что загрузочные устройства являются главным звеном во всех системах, как нагнетательных так и всасывающих типов.

Применение пневмотранспортирования продуктов обмолота на комбайне поможет значительно снизить: повреждение зерна, особенно зернобобовых культур; металлоемкость транспортирующих органов и стоимость их изготовления. Процесс пневмотранспортирования можно совмещать с очисткой. В работе разработаны и обоснованы загрузочные устройства для зерна и колосовых остатков пневмотранспортирующих систем для зерноуборочных комбайнов с повышенной пропускной способностью и надежностью процесса перемещения продуктов обмолота.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Савельева, Екатерина Владимировна

ВЫВОДЫ

1. На основании проведенного анализа выявлено, что винтовые шнеки и скребковые элеваторы допускают дробление сои до 8-8,5%. Они недостаточно надежны в эксплуатации, скребки элеваторов, винты шнеков и сочленения шарнирных соединений цепей изнашиваются за 2-3 сезона, их производительность не превышает 3 - 3,5 кг/с.

2. Разработанные пневмотранспортирующие системы нагнетательного типа имеют следующие параметры загрузочных устройств для зерноуборочного комбайна с пропускной способностью не менее 9-10 кг/с:

- лотки выполнены в виде подковы с выпуклыми передними и задними образующими, у которых радиус закругления направляющих кривых и образующих равны 48-55 мм;

- закругленные консоли нижней части образующих лотков перекрываются воздухонаправляющими лопастями;

- величина конфузорно-диффузорного зазора S составляет 22-25 мм;

- угол наклона а0 воздухонаправляющих лопастей составляет: 15°-18° (для зерна); 20° - 25° (для колосовых остатков);

- угол подъема /3° кромок лотков относительно дна смесительной камеры должен быть для сои: 3°-50,пшеницы:5°-60, овса:6°-9°,колосовых остат-ков:10°-12°.

- высота #к расположения кромки отражательного козырька относительно дна смесительной камеры устанавливается: (0,4-0,5)£> диаметра материалопровода (для зерна); (0,25-0,3)D для колосовых остатков;

- для транспортировки колосовых остатков лотки в смесительной камере следует располагать с интервалом друг от друга - от 1,0 D до 1,2 D диаметра материалопровода.

3. Загрузочные устройства разделяют зерновую массу и колосовые остатки на потоки, которые направляются лотками в смесительные камеры. При этом скорость схода транспортируемых частиц зерна с кромок лотков должна быть не ниже 0,85 м/с.

4. Диаметр материалопровода, обеспечивающий надежное перемещение зерна и колосовых остатков, нужно принимать от 200 до 250 мм, а длину образующей отделителей-разгружателей равной 1000-1300 мм.

5. Скорость воздушного потока в смесительных камерах обоих загрузочных устройств нужно задавать: для зерна - 45-50 м/с, производительность вентилятора по воздуху 4,5 -5,2 м /с; для колосовых остатков соответственно 38-42 м/с, производительность вентилятора по воздуху 3,8-4,0 м /с.

6. Пневмотранспортирующие системы нагнетательного типа с разработанными загрузочными устройствами снижают дробление зерна сои в 4-6 раз по сравнению с элеваторно-шнековыми, обеспечивают надежное перемещение продуктов обмолота в зерноуборочном комбайне при подаче до 10-12 кг/с. Снижены: стоимость изготовления пневматических устройств на 1520%, за счет применения пластмассовых воздуховодов; масса на 30-40%. Потери зерна за очисткой свободным зерном у опытного комбайна на 0,3-0,4% меньше базового, а бункерное зерно содержит на 1,5-2% меньше сорных примесей, при этом расход энергии на пневмотранспортирование продуктов обмолота составляет: для зерна - 26,3 МДж; для колосовых остатков -13,3 МДж.

7. Экономический эффект от применения пневмотранспортирования продуктов обмолота в зерноуборочном комбайне составил от 450 до 600 рублей на 1 тонну намолоченного зерна сои. Все затраты на переоборудование зернового комбайна окупятся за 0,33 года работ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Савельева, Екатерина Владимировна, 2006 год

1. Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика / А.Д. Альтшуль, Н.К. Киселев. - М.: Стройиздат, 1975. - 372 с.

2. Анакин И.А. К вопросу о причинах забивания шнеков зернового комбайна в условиях Западной Сибири: автореф. дис. канд. техн. наук / И.А. Анакин. Новосибирск, 1954. - 16 с.

3. Ариничев В.Н. Государственное регулирование сельского хозяйства: Концепции, механизмы, эффективность// Никоновские чтения. М.: 2005.-С. 308-310.

4. Балацко Л.Д. Исследование процессов транспортирования семян пневматическим способом / Л.Д. Балацко // Тр. ВИМа. 1964. - Т. 34. - С. 40-68.

5. Бережной И.А. Некоторые физико-механические свойства семян сои / И.А. Бережной, А.Т. Волков, В.Н. Рябченко // Доклады МИИСП. 1970. -Т. 5, вып. 1.-С. 48-50.

6. Бермичев А.А. Совершенствование процесса перемещения сои скребковым транспортером комбайна: автореф. дис. канд. техн. наук / А.А. Бермичев. Благовещенск, 2004. - 17 с.

7. Богданов И.Н.Пневматический транспорт в сельском хозяйстве / И.Н. Богданов. М.: Росагропромиздат, 1991. - 126 с.

8. Борисов A.M. Исследование процесса транспортирования зерна скребковой цепью в закрытом наклонном кожухе / A.M. Борисов // Тр. ВИС-ХОМа. 1967. - Вып. 55. - С. 506-535.

9. Боцманов В.В. Расчет пневматического транспорта половы, сбоины и соломы / В.В. Боцманов // Сельхозмашины. -1951. № 10. - С. 7-11.

10. Бумбар И.В. Совершенствование технологического процесса работы зерноуборочного комбайна на уборке сои / И.В. Бумбар. Благовещенск, 1991. - 135 с.

11. Бурсиан В.Р. Пневматический транспорт на предприятиях пищевой промышленности / В.Р. Бурсиан. М.: Пищевая промышленность, 1964. - 276 с.

12. Быков B.C. Пневмотранспортные установки / B.C. Быков, А.К. Скворцов; Воронежская гос. лесотех. акад. Воронеж, 2002. - 163 с.

13. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г.В. Веденяпин. М.: Колос, 1973. - 197 с.

14. Велыпоф Г. Пневматический транспорт при невысокой концентрации перемещаемого материала / Г. Волшоф. М.: Колос, 1964. - 158 с.

15. Воронцов О.С. Элеваторное оборудование / О.С. Воронцов. М.: Загот-издат, 1949.-320 с.

16. Гастерштадт И. Пневматический транспорт / И. Гастерштадт. Д.: Изд-во сев.- зап. Облпромбюро ВСНХ, 1927. - С. 15-87.

17. Гершевич М.Г. Технологические основы и техническое обеспечение возделывания сои (применительно к зоне Дальнего Востока): автореф. дис. д-ра с.-х. наук / М.Г. Гершевич. Новосибирск, 1992. - 35 с.

18. Глотов В.П. Зерно сои как объект механического воздействия рабочих органов / В.П. Глотов, С.П. Присяжная // Сб. науч. тр. / Благовещенский СХИ. 1979. - Вып. 4. - С. 110-116.

19. Глотов В.П. К теории повреждаемости зерна при обработке / В.П. Глотов, Б.Ф. Соколов // Тр. ЧИМЭСХа. 1956. - Вып. 36. - С. 206-210.

20. Горячев С.В. Обоснования параметров и режимов работы транспортера порционной жатки: автореф. дис. канд. техн. наук / С.В. Горячев. -Оренбург, 2001.- 19 с.

21. Грановский Н.В. Основы планирования экстремального эксперимента многофакторных технологических процессов / Н.В. Грановский. М.: Наука, 1971.-72 с.

22. Гриков Г.В. Аппаратура для скоростного фотографирования / Г.В. Гри-ков, А.И. Соловьев, Б.М. Фракштейн // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1978. - № 4. - С. 24-26.

23. Гринберг B.JI. Исследование процесса транспортирования корнеклубнеплодов винтовыми транспортерами в технологических линиях в подготовке и переработке кормов: автореф. дис. канд. техн. наук / B.JI. Гринберг. Минск, 1971. - 21 с.

24. Громов А.Г. Влияние режимов работы ковшовых элеваторов на повреждение зерна / А.Г. Громов, В.П. Глотов, И.А. Новиков // Тр. ЧИМЭСХа. 1956. - Вып. 36. - С. 225-232.

25. Гурьянов Ю.Г. Исследование процесса выгрузки семян шнековыми устройствами: автореф. дис. канд. техн. наук / Ю.Г. Гурьянов. Саратов, 1972.-26 с.

26. Дзядзио A.M. Пневматический транспорт на зернообрабатывающих предприятиях / A.M. Дзядзио. М.: Заготиздат, 1961. - 328 с.

27. Домрачеев П.П. Пневматический транспорт измельченной древесины: учеб. пособие / П.П. Домрачеев. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 135 с.

28. Дроздов Н.И. Исследование элеваторов и шнеков комбайна / Н.И. Дроздов // Сельхозмашина. 1948. - № 4. - С. 13-16.

29. Жалнин Э.В. Стратегия перспективного развития механизации уборки зерновых культур / Э.В. Жалнин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2004. - № 9.

30. Заборсин А.Ф. Пневмотранспорт сахара в пищевой промышленности / А.Ф. Заборсин, Т.К. Васильев. М.: Пищевая промышленность, 1979. -с. 276.

31. Золотов А.А. Влияние геометрических параметров аксиально-роторных молотилок зерноуборочных комбайнов на показатели работы: автореф. дис. канд. техн. наук / А.А. Золотов. М., 2000. - 24 с.

32. Зуев Ф.Г. Пневматическое транспортирование на зернообрабатывающих предприятиях / Ф.Г. Зуев. М.: Колос, 1976. - 344 с.

33. Зуев Ф.Г. Подъемно-транспортные машины зерноперерабатывающих предприятий / Ф.Г. Зуев, Н.А. Лотков, Л.И. Палухин. М.: Колос, 1978. -341 с.

34. Иванов В.Г. Исследование режимов работы скоростных винтовых транспортеров-зернопогрузчиков: автореф. дис. канд. наук / В.Г. Иванов. Иркутск, 1963. - 23 с.

35. Иванов Ю.В. Анализ работы винтовых транспортеров с полимерными покрытиями / Ю.В. Иванов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1964. - № 5. - С. 33-35.

36. Калинушкин М.П. Пневматический транспорт в строительстве / М.П. Калинушкин, Э.Ж. Орловский, И.О. Сегаль. М.: Госстройиздат, 1961. -162 с.

37. Карлов А.И. Исследование начального участка и местных гидравлических сопротивлений в условиях пневмотранспорта: автореф. дис. канд. техн. наук / А.И. Карлов. Минск, 1960. - 16 с.

38. Кленин Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. Элементы теории рабочих процессов, расчет регулировочных параметров и режимов работы / Н.И. Кленин, В.А. Сакун. М.: Колос, 1960. - 671 с.

39. Климов А.А. Организация уборки комбайном в совхозе / А.А. Климов, М.П. Горшков. 4-е изд. - М.: Сельхозгиз, 1938. - 175 с.

40. Коваль Т.А. Уборка урожая комбайнами / Т.А. Коваль. 3-е изд. - М.: Сельхозгиз, 1945. - 134 с.

41. Колычев В.И. Механизация транспорта массовых грузов в сельском хозяйстве / В.И. Колычев. Л.: Сельхозгиз, 1936. - 401 с.

42. Корбанев В.И. Исследование способов интенсификации процесса приготовления тукосмесей в пневмотранспортных установках: автореф. дис. канд. техн. наук / В.И. Корбанев. Новосибирск, 1982.- 16 с.

43. Корниенко В.В. Совершенствование технологического процесса обмолота сои аксиально-роторным молотильно-сепарирующим устройством: автореф. дис. канд. наук / В.В. Корниенко. Благовещенск, 2004. -23 с.

44. Коробко Н.П. Исследование эксплуатационной технической надежности мобильных сельскохозяйственных агрегатов (на примере уборки зерна в Нечерноземной зоне РСФСР.- Л., 1979. 17 с.

45. Крамской В.Ф. Основы расчета пневматического транспорта: учеб. пособие / С.Т. Чарков, Г.Р. Квашин; Тюменский гос. нефтегазовый ун-т.-Тюмень, 1999. 106 с.

46. Красников В.В. Подъемно-транспортные машины в сельском хозяйстве / В.В. Красников. М.: Колос, 1973. - 460 с.

47. Креймерман Г.И. Исследование работы винтовых транспортеров / Г.И. Креймерман // Тр. ВНИИЗа. 1952. - Вып. 24. - С. 210-230.

48. Кривошейн А.И. Наладка пневматических устройств на зерноперераба-тывающих предприятиях / А.И. Кривошейн. М.: Колос, 1972. - 176 с.

49. Кузнецов Ю.М. Пневмотранспорт: теория и практика / Ю.М. Кузнецов. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 60 с.

50. Кузьмин Б.А. Электрическое измерение напоров в процессе пнев-мотранспортирования / Б.А. Кузьмин // Тр. ВНИИ механизации сельского хозяйства. 1966. - Т. 40. - С. 265-276.

51. Кукта Г.М. Испытания сельскохозяйственных машин / Г.М. Гукта. -М.: Машгиз, 1964. 282 с.

52. Левин Я.С. Исследование факторов, влияющих на дробление зерна / Я.С. Левин // Сб. науч.- исслед. работ ВИСХОМа. 1961. - Вып. 31. - С. 3-39.