Исследование изменения распределения воздушных потоков в системе очистки зерноуборочного комбайна КЗС-1319 в зависимости от геометрических параметров проточных областей

Введение. Для обеспечения качественного выделения зерна из зернового вороха в системе очистки зерноуборочного комбайна с одновременной минимизацией потерь зерна очень важно обеспечить оптимальное распределение параметров воздушного потока по всему объему системы очистки.

Скорость воздуха во всех точках не должна превышать скорость витания зерна конкретной убираемой культуры, но должна гарантированно превышать скорость витания половы, фрагментов колоса, соломы и других инородных примесей.

Распределение скоростей воздуха по объему очистки должно быть максимально равномерным без ярко выраженных провалов (локальное снижение скорости) и факелов (локальное повышение скорости).

Ясно, что общая скорость воздушного потока зависит от общего расхода вентилятора, который в свою очередь зависит от геометрических параметров вентилятора и его частоты вращения.

Параметры распределения скоростей воздушных потоков по объему очистки очень сильно зависят от геометрических параметров проточных областей.

И если параметры формирования общего расхода центробежных вентиляторов широко освещены в литературе [1-3], то вопрос влияния геометрических параметров проточных областей на характеристики распределения воздушных потоков по объему системы очистки зерноуборочного комбайна в специальной научно-технической литературе не освещен.

В данной работе будут проиллюстрированы результаты проведенного исследования расчетным путем изменения распределения воздушных потоков в системе очистки конкретной опытной модели зерноуборочного комбайна K3C-1319 производства ОАО «Гомсельмаш» в зависимости от геометрических параметров проточных областей системы очистки.

Методика исследования. Проведены расчет и сравнительный анализ расчетных параметров воздушного потока в системе очистки комбайна K3C-1319 при различных конструктивных изменениях. Вращение роторов вентилятора с частотой 1000 об/мин обеспечивает общую скорость подачи воздуха в очистку и его массовый расход. Решета находятся в среднем положении механизма системы очистки [4-10].

Геометрическая модель и конечно-объемная сетка проточных областей системы очистки представлены на рисунке 1.

а - геометрическая модель; б - конечно-объемная модель Рисунок 1 - Модели проточной области системы очистки

Расчетная модель с граничными условиями проточных областей системы очистки представлена на рисунке 2.

Расчет проводился для большого количества вариантов с разнообразными изменениями геометри ческих параметров проточных областей системы очистки. Результаты расчета в данной работе приведены для шести вариантов, для которых получены наиболее интересные и характерные, отличающиеся друг от друга результаты.

Зоны свободного потока воздуха

Рисунок 2 - Расчетная модель проточной области системы очистки

Вариант 1. На рисунке 3 представлены линии тока с распределением скоростей воздуха в проточных областях системы очистки K3C-1319 исходной конструкции (вариант 1).

Рисунок 3 - Линии тока и распределение скоростей аэродинамического потока в системе очистки зерноуборочного комбайна K3C-1319. Вариант 1

На рисунке 4 и 5 представлены поля и векторы распределения скоростей воздушных потоков в проточных областях по сечению над верхним решетом очистки K3C-1319 варианта 1.

В исходной конструкции системы очистки (вариант 1), как видно из рисунков 3, 4, 5, весь массовый поток воздуха сосредоточен в верхней части очистки и слабо продувается нижняя часть, что может привести к скапливанию массы на решетах.

Рисунок 4 - Поля распределения скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 1

Рисунок 5 - Векторы скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 1

Вариант 2. На рисунке 6 представлены линии тока с распределением скоростей воздуха в проточных областях системы очистки K3C-1319 с добавленным элероном в нижнем раструбе (зона А, рисунок 6) варианта 2.

На рисунке 7 и 8 представлены поля и векторы распределения скоростей воздушных потоков в проточных областях по сечению над верхним решетом очистки K3C-1319 варианта 2.

Как видно из рисунков 6, 7, 8, установка элерона в нижнем раструбе позволила увеличить поток воздуха в нижней зоне под решетами, однако данный вариант характеризуется высокой неравномерностью потока под решетами с наличием локальных факелов.

0.00000

6.0000

Velocity: Magnitude (m/s)

12.000 _______ 18.000

24.000

Рисунок 6 - Линии тока с распределением скоростей воздушного потока в системе очистки зерноуборочного комбайна K3C-1319. Вариант 2

Рисунок 7 - Поля распределения скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 2

Рисунок 8 - Векторы скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 2

Вариант 3. На рисунке 9 представлены линии

формой элерона по сравнению с вариантом 2 (зона А, тока с распределением скоростей воздуха в проточных рисунок 9) варианта 3. областях системы очистки K3C-1319 с измененной

Рисунок 9 - Линии тока с распределением скоростей воздушного потока в системе очистки зерноуборочного комбайна K3C-1319. Вариант 3

Рисунок 10 - Поля распределения скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 3

Рисунок 11 - Векторы скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 3

На рисунке 10 и 11 представлены поля и векторы распределения скоростей воздушных потоков в проточных областях по сечению над верхним решетом очистки K3C-1319 варианта 3.

Как видно из рисунков 9, 10, 11, изменение формы элерона в нижнем патрубке по сравнению с вариантом 2 позволило увеличить равномерность распределения потоков воздуха в нижней зоне под решетами, однако не обеспечило требуемой равномерности в этой зоне и привело к локальным факелам в верхней зоне над решетами.

Вариант 4. На рисунке 12 представлены линии тока с распределением скоростей воздуха в проточных областях системы очистки K3C-1319 с уменьшенным элероном (зона А, рисунок 12) и исключенным элементом в передней зоне нижнего решета (зона Б, рисунок 12) варианта 4.

Рисунок 12 - Линии тока с распределением скоростей воздушного потока в системе очистки зерноуборочного комбайна K3C-1319. Вариант 4

На рисунке 13 и 14 представлены поля и векторы распределения скоростей воздушных потоков в проточных областях по сечению над верхним решетом очистки K3C-1319.

Рисунок 13 - Поля распределения скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 4

Как видно из рисунков 12, 13, 14, в варианте 4 достигнуто наиболее равномерное распределение воздушных потоков в нижней зоне без нарушения неравномерности вверху.

Вариант 5. На рисунке 15 представлены линии тока с распределением скоростей воздуха в проточных областях системы очистки K3C-1319 в отличие от варианта 4 с поднятым элероном (зона А, рисунок 15) варианта 5.

Рисунок 14 - Векторы скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 4

Рисунок 15 - Линии тока с распределением скоростей аэродинамического потока в системе очистки зерноуборочного комбайна K3C-1319. Вариант 5

На рисунках 16 и 17 представлены поля и векторы распределения скоростей воздушных потоков в проточных областях по сечению над верхним решетом очистки K3C-1319.

Velocity: Magnitude (m/s)

5.2000         7.8000

10.400

Рисунок 16 - Поля распределения скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 5

Рисунок 17 - Векторы скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 5

Как видно из рисунков 15, 16, 17, подъем элерона по сравнению с вариантом 4 приводит к интенсификации воздушных потоков вверху над решетами, однако приводит к локальным провалам внизу.

Вариант 6. На рисунке 18 представлены линии тока с распределением скоростей воздуха в проточных областях системы очистки K3C-1319, отличающихся от варианта 5 только регулировкой заслонки в верхнем раструбе вентилятора, уменьшающего поток воздуха (зона В, рисунок 18) варианта 6.

Рисунок 18 - Линии тока с распределением скоростей воздушного потока в системе очистки зерноуборочного комбайна K3C-1319. Вариант 6

На рисунке 19 и 20 представлены поля и векторы распределения скоростей воздушных потоков в проточных областях по сечению над верхним решетом очистки K3C-1319 варианта 6.

Рисунок 19 - Поля распределения скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 6

Рисунок 20 - Векторы скоростей воздушного потока в плоскости над верхним решетом в системе очистки комбайна K3C-1319. Вариант 6

Как видно из рисунков 18, 19, 20, регулировка заслонки в верхнем раструбе вентилятора позволила интенсифицировать воздушные потоки в нижней зоне, однако привела к снижению продувки верхней зоны и увеличила неравномерность по всему объему очистки.

Результаты исследований и их обсуждение. Как видно из приведенных выше результатов проведенного расчета для различных вариантов геометрии проточных частей введение дополнительных, регулирующих поток элементов, в зоне выхода воздуха из вентилятора позволяют эффективно управлять как скоростью, так и ее распределением по объему системы очистки.

Из рассмотренных вариантов вероятно наиболее приемлемым является вариант 4, однако варианты 5 и 6 тоже представляют научно-практический интерес. Окончательный выбор оптимального варианта необходимо осуществлять на основе эксплуатационных испытаний натурной модели, оснащенной необходимыми регулировками проточных частей для реализации рассмотренных выше вариантов.

Заключение. На основании проведенного анализа рассмотренных выше различных вариантов конструкции проточных частей системы очистки комбайна K3C-1319 можно сделать следующие выводы.

• 1.    Введение элерона в нижний раструб вентилятора позволяет запустить воздушный поток в заднюю часть системы очистки и продуть решето по длине, высотой расположения и формой элерона можно эффективно регулировать интенсивность воздушного потока под решетами.

• 2.    Изменение формы передней части нижнего решета позволяет изменить распределение воздушных потоков под нижним решетом.

• 3.    Изменение расхода воздуха в верхнем раструбе вентилятора путем введения регулируемой заслонки позволяет изменить характер распределения воздушного потока в верхней части системы очистки, что в свою очередь за счет эжекционного эффекта оказывает влияние на распределение воздушного потока в нижней части решет.

В заключение можно сделать общий вывод о том, что проведение подобных расчетов на этапе проектирования комбайна с целью определения оптимальных параметров геометрии проточных областей и выявления степени влияния геометрии и расположения различных элементов на распределение воздушных потоков позволяет минимизировать количество вариантов изготовленной в железе системы очистки для проведения экспериментального подтверждения выводов, сделанных по результатам моделирования. Это позволяет существенно снизить стоимость и время разработки новых машин.