Энергосберегающая технология уборки корнеплодов и картофеля
- Авторы: Сибирёв А.В.1, Мосяков М.А.1, Сазонов Н.В.1, Мансуров А.П.1, Лобачевский Я.П.1,2
-
Учреждения:
- ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
- Российская академия наук
- Выпуск: № 4 (2024)
- Страницы: 107-112
- Раздел: Процессы и машины агроинженерных систем
- URL: https://rjpbr.com/2500-2082/article/view/659296
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2500208224040216
- EDN: https://elibrary.ru/xjmgiw
- ID: 659296
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель работы – эмпирическое определение температуры отработавших газов при изменении нагрузки на силовую установку свеклоуборочного комбайна с сепарирующей системой, обеспечивающей лучшие показатели качества уборки в условиях повышенной влажности почвы. Разработаны: классификация способов роста сепарирующей способности щелевых устройств для очистки корнеплодов; лабораторная установка по определению показателей качества сепарирующей системы с тепловой энергией очистки отработавших газов с очистительным устройством в виде звезды; методика оценки процесса теплопередачи от отработавших газов силовой установки самоходного комбайна для уборки сахарной свеклы Holmer Terra Dos T3 к сепарирующей системе, предусматривающей определение температуры с использованием термопар, установленных в различных точках системы газовыпуска ДВС. Выполнено экспериментальное исследование температуры отработавших газов силовой установки уборочной машины с помощью термопар при максимальной частоте вращения с изменением индекса тепловой нагрузки внешней среды от 5 до 30°С. Теплота отработавших газов силовой установки Mercedes-Benz самоходного комбайна Holmer Terra Dos T3, направленная на обдув рабочей поверхности сепарирующего устройства на выходе из первого и четвертого, а также второго и третьего цилиндров, имеет незначительные расхождения, превышающие пределы погрешности (65 ± 5,8; 63,2 ± 1,5 и 74,9 ± 2,4; 75,2 ± 2,0°С соответственно), что приводит к равномерному распределению теплового потока на устройстве очистки корнеплодов сахарной свеклы.
Ключевые слова
Полный текст
Обеспечение качественной уборки урожая корнеплодов овощных культур и сахарной свеклы определяется эффективностью работы очистительных устройств уборочных машин. Основной период их работы – при интенсивном выпадении осадков, что затрудняет эффективность выделения товарной продукции от механических примесей из-за налипания на рабочую поверхность сепарирующих устройств почвы. [4, 6]
Негативное влияние данного обстоятельства на процессы уборки обусловлено зависимостью процесса очистки от влажности материала, взаимодействующего с рабочей поверхностью очистительных устройств при влажности почвы более 17%.
Известны различные способы повышения качества уборки корнеплодов при высокой влажности почвы (рис. 1).
Рис.1. Классификация способов повышения сепарирующей способности щелевых устройств для очистки корнеплодов.
Процесс очистки рабочей поверхности сепарирующих устройств уборочных машин различными типами механических воздействий приводит к повышенному повреждению товарной продукции и непосредственному налипанию почвы на сами интенсификаторы.
Результатами исследований В.А. Хвостова и Э.С. Рейнгарта установлено, что один из способов интенсификации процесса очистки сепарирующих устройств – применение теплового агента гидравлической системы уборочного агрегата, обеспечивающего обогрев рабочих органов сепарации и отслаивание с их поверхности высохшего почвенного слоя. [14] Недостаток технического решения – невозможность использования его на прицепных уборочных агрегатах без независимой гидравлической системы.
Цель работы – эмпирическое определение температуры отработавших газов при изменении нагрузки на двигатель свеклоуборочного комбайна.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для устранения недостатков интенсификации процесса очистки товарной продукции корнеплодов в условиях повышенной влажности проведены поисковые исследования по применению в качестве теплового агента обогрева сепарирующей поверхности уборочных машин теплоотработавших газов силовой установки энергетического средства. [1, 2, 11]
Разработана установка (рис. 2), позволяющая обеспечить в лабораторных условиях технологический процесс очистки товарной продукции. [8, 10, 16]
Рис. 2. Очистительная звезда сепарирующей системы комбайна Holmer Terra Dos T3: 1 – сепарирующая звезда, 2 – ось, 3 – ступица, 4 – сепарирующие прутки, 5 – шарниры, 6 – защитный экран, 7 – демпфер решетчатый, 8 – очищающее устройство, 9 – гидронасос, 10 – дефлекторы, 11 – воздуховоды, 12 – силовая установка, 13 – устройство подачи.
Предпосылками использования теплоты отработавших газов силовой установки послужили сведения о равенстве потерь теплоты, выделяемой с отработавшими газами и количеством теплоты, эквивалентной эффективной работе (табл. 1). [5, 9, 15]
Таблица 1.
Показатели теплового баланса дизельного двигателя
Показатель | Qi, Дж/с | q, % |
Теплота, эквивалентная эффективной работе | 50900 | 29,2 |
Потери теплоты | ||
в систему охлаждения | 53601 | 30,8 |
с отработавшими газами | 51960 | 29,8 |
из-за неполноты сгорания | 9334 | 5,4 |
Остаточный член | 8372 | 4,8 |
Общее количество теплоты | 174167 | 100 |
Принцип работы экспериментальной сепарирующей системы
Товарная продукция корнеплодов поступает с поверхности устройства подачи 13 на сепарирующую звезду 1. В результате вращательного движения сепарирующей звезды 1 ворох равномерно распределяется по рабочей поверхности и почвенные примеси скатываются с поверхности устройства из-за его установки под углом к горизонту и повороте сепарирующих прутков 4 на шарнирном сочленении 5. Очистка от растительных примесей обеспечивается их закреплением на ворсе сепарирующих прутков и удалением очищающим устройством 8.
Далее продукция направляется к системе транспортирования и при обдуве теплым воздухом через систему дефлекторов 10 от силовой установки 12 почвенные примеси подсыхают на рабочей поверхности сепарирующих прутков 4 и отделяются от них.
Разработанная сепарирующая система обеспечивает взаимодействие устройств очистки уборочной машины и силовой установки комбайна для уборки сахарной свеклы (рис. 3.). [3, 7, 13]
Рис. 3. Конструктивно-технологическая схема самоходного комбайна Holmer Terra Dos T3, оснащенного сепарирующей системой с тепловой энергией очистки: 1 – ботвоудалитель; 2 – корчеватель; 3 – звезды сепарирующие; 4 – прутковый транспортер загрузки; 5 – выгрузной транспортер: 6 – дефлектор; 7 – воздуховод; 8 – энергетическая установка.
Экспериментальные исследования выполняли на полях ООО «Красная Горка» Пензенской области при монтировании элементов очистки на свеклоуборочный комбайн Holmer Terra Dos T3 (рис. 4, 3-я стр. обл.).
Рис. 4. Общий вид свеклоуборочного комбайна Holmer Terra Dos ТЗ и сепарирующей системы с использованием теплоты отработавших газов двигателя: 1 - ботвоудалитель; 2 - бункер; 3 - транспортер выгрузной; 4 - прутковый транспортер загрузки; 5 - дефлектор; 6 - воздуховод; 7 - сепарирующие звезды; 8 - корчеватель.
Для снижения потерь тепла и подачи его на различные части рабочей поверхности очистительного устройства, поступающего от двигателя внутреннего сгорания дефлекторы и воздуховоды системы очистки выполнены из армированного материала и равноудалены от рабочей поверхности.
Для проведения исследований поддерживали влажность почвы при ее поверхностном увлажнении по всей длине учетной делянки до требуемого предельного значения не более 32%.
Выполняли запуск двигателя самоходного комбайна Holmer Terra Dos T3 и обеспечивали его прогрев до температуры 90°С с последующим включением рабочих органов машины. Изменение подачи сепарируемого вороха сахарной свеклы до 6 кг/с варьировали поступательной скоростью движения уборочной машины в диапазоне от 5 до 9 км/ч. Экспериментальные исследования направлены на определение температуры отработавших газов при изменении нагрузки на силовую установку без учета технологических параметров (частота вращения сепарирующей звезды и расстояние между ней и дефлектором), разработанной сепарирующей системы, обеспечивающих качество уборки в условиях повышенной влажности почвы, которые ранее были опубликованы авторами данной статьи. [3] В опыте предусмотрен выход на номинальный режим работы двигателя и его последовательное нагружение от 0 до 100% номинальной мощности.
Конструктивное расположение дефлекторов системы отработавших газов силовой установки относительно сепарирующей поверхности оказывает главное воздействие на полноту очистки корнеплодов при их уборке в условиях повышенной влажности почвы.
Данное обстоятельство обусловлено обеспечением равномерного распределения силового потока по рабочей поверхности сепарирующего устройства. Методика оценки процесса теплопередачи от отработавших газов силовой установки самоходного комбайна для уборки сахарной свеклы Holmer Terra Dos T3 к сепарирующей системе предусматривает определение температуры отработавших газов с использованием термопар, установленных в различных точках системы газовыпуска ДВС. Чтобы точно измерить температуру отработавших выпускных газов используется устройство, разработанное В.Е. Колпаковым [12] (патент на полезную модель № 148815) (рис. 5).
Рис. 5. Схема устройства для измерения температуры движущихся газообразных веществ мобильного агрегата: 1 – корпус; 2 – термодатчик; 3 – элемент крепежный; 4 – кожух; 5 – окно; 6 – шторка; 7 – блок управления; 8 – датчик инфракрасный; 9 – направляющая; 10 – привод; 11 – козырек защитный.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты исследований статистически обрабатывали (табл. 2, 3).
Таблица 2.
Результаты измерений температуры отработавших газов с помощью термопар при максимальной частоте вращения (nmax) на безнагрузочном режиме, мин1
Точка измерения | , °С | , °C | , °C | , °C | tan | Δ, °C | , °C | |
Вход в дефлектор | 140,1 | 142,9 | 139,1 | 140,7 | 1,14 | 4,3 | 4,9 | 140,7±4,9 |
Выход из дефлектора | 130,6 | 130,1 | 128.9 | 129,9 | 0,5 | 4,3 | 2,17 | 129,9±2,17 |
Таблица 3.
Результаты измерений температуры отработавших газов с использованием термопар
Точка измерения | , °С | , °C | , °C | , °C | tan | Δ, °C | , °C | |
Минимальная частота вращения nmin на безнагрузочном режиме, мин¹ | ||||||||
Вход в дефлектор | 78,1 | 78,2 | 79,9 | 78,7 | 0,58 | 4,3 | 2,5 | 78,7 ± 2,5 |
Выход из дефлектора | 65,2 | 63,5 | 69,5 | 66,0 | 1,78 | 4,3 | 7,6 | 66,0 ± 7,5 |
Частота вращения на безнагрузочном режиме n = 800 мин¹ | ||||||||
Вход в дефлектор | 78,3 | 78,6 | 77,5 | 78,1 | 0,32 | 4,3 | 1,4 | 78,1 ± 1,4 |
Выход из дефлектора | 67,5 | 66,9 | 67,8 | 67,4 | 0,25 | 4,3 | 1,0 | 67,42 ± 1,0 |
n = 1000 мин¹ | ||||||||
Вход в дефлектор | 86,1 | 86,9 | 85,5 | 86,1 | 0,4 | 4,3 | 1,7 | 86,1 ± 1,7 |
Выход из дефлектора | 70,5 | 71,6 | 69,8 | 70,3 | 0,8 | 4,3 | 3,5 | 70,3 ± 3,5 |
n = 1200 мин¹ | ||||||||
Вход в дефлектор | 96,2 | 96,4 | 95,8 | 96,1 | 0,17 | 4,3 | 0,8 | 96,1 ± 0,8 |
Выход из дефлектора | 77,6 | 77,0 | 77,2 | 77,2 | 0,17 | 4,3 | 0,8 | 77,2 ± 0,8 |
n = 1400 мин¹ | ||||||||
Вход в дефлектор | 106,3 | 106,3 | 106,9 | 106,5 | 0,2 | 4,3 | 0,9 | 106,5 ± 0,9 |
Выход из дефлектора | 84,2 | 83,6 | 84,3 | 84,0 | 0,21 | 4,3 | 0,9 | 84,0 ± 0,9 |
n = 1600 мин¹ | ||||||||
Вход в дефлектор | 113,9 | 113,8 | 114,3 | 114,0 | 0,15 | 4,3 | 0,65 | 114,0 ± 0,65 |
Выход из дефлектора | 99,2 | 98,5 | 101,4 | 99,7 | 0,9 | 4,3 | 3,7 | 99,7 ± 3,7 |
n = 1800 мин¹ | ||||||||
Вход в дефлектор | 128,6 | 129,3 | 128,0 | 128,6 | 0,37 | 4,3 | 1,6 | 128,6 ± 1,6 |
Выход из дефлектора | 113,4 | 113,6 | 112,8 | 113,0 | 0,43 | 4,3 | 1,9 | 113,0 ± 1,9 |
n = 2000 мин¹ | ||||||||
Вход в дефлектор | 140,6 | 140,6 | 140,9 | 140,7 | 0,1 | 4,3 | 0,4 | 140,7 ± 0,4 |
Выход из дефлектора | 123,5 | 122,5 | 124,5 | 123,5 | 0,6 | 4,3 | 2,5 | 123,5 ± 2,5 |
По полученным результатам теплота отработавших газов силовой установки Mercedes-Benz самоходного комбайна Holmer Terra Dos T3, направленная на обдув рабочей поверхности сепарирующего устройства на выходе из первого и четвертого, а также второго и третьего цилиндров имеет незначительные расхождения, превышающие пределы погрешности (65 ± 5,8; 63,2 ± 1,5 и 74,9 ± 2,4; 75,2 ± 2,0°С соответственно), что позволяет равномерно распределять тепловой поток на устройство очистки корнеплодов сахарной свеклы и обеспечить повышение показателей качества уборки в соответствии с опубликованным материалом. [3]
При сравнении авторских данных с полученными ранее по рассматриваемой тематике исследований известными учеными (В.А. Хвостов, Э.С. Рейнгарт, В.Е. Колпаков и другие) не вступают в противоречие, а считаются логическим развитием совершенствования способов повышения сепарирующей способности очистительных устройств обогревом тепловым агентом, в частности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания свеклоуборочного комбайна.
Об авторах
Алексей Викторович Сибирёв
ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
Автор, ответственный за переписку.
Email: sibirev2011@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9442-2276
доктор технических наук, главный научный сотрудник
Россия, МоскваМаксим Александрович Мосяков
ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
Email: sibirev2011@yandex.ru
кандидат технических наук
Россия, МоскваНиколай Викторович Сазонов
ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
Email: sibirev2011@yandex.ru
кандидат технических наук
Россия, МоскваАлександр Петрович Мансуров
ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
Email: sibirev2011@yandex.ru
доктор технических наук
Россия, МоскваЯков Петрович Лобачевский
ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»; Российская академия наук
Email: sibirev2011@yandex.ru
академик РАН, профессор
Россия, Москва; МоскваСписок литературы
- Валиев А.Р., Васьков Н.А., Сабиров Р.Ф. и др. Современные автоматизированные и роботизированные машины для междурядной обработки почвы // Техника и оборудование для села. 2020. № 4. С. 2–7.
- Гаспарян И.Н. Защита картофеля от ризоктониоза. Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». 2014. № 3. С. 22–24.
- Дорохов А.С., Сибирёв А.В., Аксенов А.Г., Сазонов Н.В. Результаты лабораторных исследований сепарирующей системы с тепловой энергией очистки машины для уборки корнеплодов // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2022. № 1. С. 19–26.
- Измайлов А.Ю., Колчин Н.Н., Лобачевский Я.П., Кынев Н.Г. Современные технологии и специальная техника для картофелеводства // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2015. № 3. С. 43–47.
- Калинин А.Б., Смелик В.А., Теплинский И.З. и др. Выбор и обоснование параметров экологического состояния агроэкосистемы для мониторинга технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2015. № 39. С. 315–319.
- Калинин А.Б., Теплинский И.З., Кудрявцев П.П. Почвенное состояние в интенсивной технологии // Картофель и овощи. 2016. № 2. С. 35–36.
- Коршунов А.В., Симаков Е.А., Лысенко Ю.Н. и др. Актуальные проблемы и приоритетные направления развития картофелеводства // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 3. С. 12–20. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2018-10303
- Ларюшин Н.П., Кухарев О.Н., Кирюхина Т.А. Исходные положения при проектировании машин для уборки лука // Наука в центральной России. 2015. № 6(18). С. 48–58.
- Лачуга Ю.Ф., Ибятов Р.И., Зиганшин Б.Г. и др. Метод расчета траектории движения зерна в пневмомеханическом шелушителе // Российская сельскохозяйственная наука. 2021. Т. 6. С. 64–67.
- Лобачевский Я.П., Ценч Ю.С. Принципы формирования систем машин и технологий для комплексной механизации и автоматизации технологических процессов в растениеводстве. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2022. № 16(4). С. 4–12. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2022-16-4-4-12. EDN: IDJFYV.
- Овэс Е.В., Гаитова Н.А., Шишкина О.А. Индуцирование микроклубнеобразования новых перспективных сортов картофеля в асептической культуре. Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2020. № 15(4(60)). С. 48–54. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2021-48-54
- Патент № 148815 Россия, МПК G01 K13/02. Устройство для измерения температуры движущихся газообразных веществ мобильного агрегата / В.Е. Колпаков, Р.В. Шкорлаков, А.С. Тяготин, № 2014133995; Заяв. 19.08.2014; Опубл. 20.12.2014, Бюл. № 35.
- Сабиров Р.Ф., Валиев А.Р., Мухамадьяров Ф.Ф. Обоснование конструктивно-технологических параметров устройства для обработки семян биопрепаратами // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. Т. 16. № 3(63). С. 84–89. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2021-84-89
- Савиных П.А., Сычугов Ю.В., Казаков В.А., Чернятьев Н.А. Комбикормовый цех для сельскохозяйственного предприятия. Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № (6). С. 131–137.
- Ценч Ю.С., Годлевская Е.В. Математическое моделирование как инструмент проектирования сельскохозяйственных машин и агрегатов (применительно к истории развития научной школы Южного Урала). Сельскохозяйственные машины и технологии. 2023. № 17(2). С. 4–12.
- Lü J.Q., Shang Q.Q., Yang Y. et al. Design optimization and experiment on potato haulm cutter // Transactions of the CSAM. 2016. Vol. 47. No. 5. Р. 106–114.
Дополнительные файлы
