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 дизайнаупрощение техобслуживания и ремонтаповышение комфортных условий труда механизатораэлектрогидравлическое управление рабочими органамиснижение металлоёмкости и габаритовуменьшение повреждения зерна и сведения его потерь до минимума.

В данной концепции не уделено должного внимания одному существенному резерву повышения производительности и надежности комбайнагармонизации 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 культурметаллоемкость 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.

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 /сдля 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 воздуховодовмасса 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 МДждля 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.