материалопровод пневмотранспортной системы пневматической хлопкоуборочной машины

Формула изобретения

Материалопровод пневмотранспортной системы пневматической хлопкоуборочной машины, содержащий входной и изогнутый выходной воздуховоды, отличающийся тем, что выходной воздуховод имеет радиусы кривизны стенок, соизмеримые с поперечными размерами его сечения, и имеет участок с постоянной площадью его поперечного сечения, а также участок с монотонно убывающей в направлении потока массы хлопка-сырца площадью, при этом входной воздуховод имеет постоянную площадь его поперечного сечения и на выпуклых изнутри участках стенок выходного воздуховода выполнены жалюзийные прорези, ориентированные поперек потока и имеющие выходы наружу в направлении, противоположном потоку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, преимущественно к устройствам для транспортировки хлопка-cырца, собираемого пневматической хлопкоуборочной машиной.

Известно устройство для транспортировки хлопка-сырца, представляющее собой криволинейный диффузор, разворачивающий воздушный поток в вертикальной плоскости на угол 90^o и обеспечивающий относительно равномерное поле скоростей на выходе из него в бункере после установки в колене направляющей лопатки (I).

Недостатком указанного устройства является реализуемая на практике возможность забивания проточной части, при которой для дальнейшей работы аппарата требуется удаление из канала сформировавшейся в зоне передней кромки лопатки густой сетки из сухих веток и хлопковых долек. Указанное забивание имело место, несмотря на то, что при проектировании материалопровода соблюдались условия, обеспечивающие прохождение любой ветки, которая могла быть надломлена еще до начала уборки, через верхнюю или нижнюю секции, образованные в материалопроводе описанной выше лопаткой.

Механизм забивания можно представить себе следующим образом. Первая сухая ветка, коснувшаяся передней кромки лопатки и удержавшаяся на ней, зацепившись веточками или за счет сил трения, становится своеобразной ловушкой для таких же и более мелких веточек и хлопковых долек. В результате формируется весьма плотная "нашлепка" и хлопковые дольки теперь уже не транспортируются в бункер, а выбрасываются на поле отраженными от "нашлепки" потоками воздуха. Чтобы избавиться от нее, приходилось выключить вентилятор, после чего она падала через вертикальный участок материалопровода и рабочий зазор пневматического аппарата на поле. Такое ее поведение свидетельствует о том, что силой, удерживающей "нашлепку" в канале, является скоростной напор, прижимающий ее к передней кромке направляющей лопатки.

Вторым серьезным недостатком указанного материалопровода является необходимость вводить собранный хлопок-сырец в бункер через окно в его передней стенке, имеющее весьма большую высоту (600 мм) и малую по сравнению с соответствующим размером бункера ширину, что, с одной стороны, существенно затрудняет организацию процесса заполнения бункера хлопком-сырцом с достаточно высоким коэффициентом использования его объема, а с другой не позволяет установить перед входом в бункер компактный очиститель хлопка транспортного типа.

Кроме того, описанный выше транспорт хлопка-сырца предполагает заброс разогнанных до горизонтальной скорости порядка 15 м/с хлопковых долек в бункер, где значительная их часть достигает задней сетчатой стенки, причем первые порции ударившихся об эту сетку долек зависают, образуя на ней достаточно плотный слой, от которого отскакивают хлопковые дольки, заброшенные в бункер позднее. Отрыв зависших долек при разгрузке бункера ведет к образованию в собранном хлопке-сырце свободного волокна, что, в свою очередь, несколько снижает качество волокна при последующей обработке хлопка-сырца на текстильных предприятиях.

Следует также принять во внимание и достаточно большое гидравлическое сопротивление самого компактного очистителя хлопка транспортного типа. Схема указанного в качестве прототипа материалопровода в сочетании с этим очистителем здесь совершенно не проходит, так как даже при использовании ее по назначению создаваемое ей противодавление было уже близким к критической величине, превышение которой ведет к появлению и в самом материалопроводе, и в рабочем зазоре пневматического хлопкоуборочного аппарата рециркуляционных вихревых зон течения воздуха, и выбросу воздуха с хлопком-сырцом за пределы рабочего зазора. Но даже если бы и удалось сделать материалопровод с существенно меньшим гидравлическим сопротивлением, то и в этом случае при необходимом для эффективного сбора хлопка-сырца суммарном расходе активного и эжектируемого снаружи воздуха порядка 4 м³/с через один сопловый аппарат, противодавление, создаваемое очистителем, будет близким к критической величине.

Целью изобретения является выравнивание транспортируемой массы воздуха и хлопка-сырца по площади поперечного сечения выходного воздуховода для более равномерного распределения хлопка-сырца по объему бункера.

Указанная цель достигается тем, что в материалопроводе пневмотранспортной системы пневматической хлопкоуборочной машины, содержащем входной и изогнутый выходной воздуховоды, согласно изобретения, выходной воздуховод имеет главные радиусы кривизны стенок, соизмеримые с поперечными размерами его сечения, при этом воздуховоды имеют постоянную или монотонно убывающую в направлении потока площадь поперечного сечения, при этом на выпуклых изнутри участках стенок воздуховодов выполнены жалюзийные прорези, ориентированные поперек основного потока и имеющие выходы наружу в направлении, противоположном основному потоку, чтобы затруднить попадание в соответствующие щели хлопковых долек, которые из-за наличия в них семян обладают относительно большой инерцией и при достаточно малой высоте щелей не увлекаются сбрасываемыми через щели порциями воздуха, тогда как пыль и мелкий сор, не обладающие столь большой инерцией и в силу этого имеющие спектр скоростей питания, который характеризуется существенно меньшими значениями, эффективно увлекаются сбрасываемым через щели воздухом, обеспечивая тем самым предварительную грубую очистку транспортируемой в материалопроводе массы.

Протяженность материалопровода вдоль рабочего зазора пневматического аппарата выбирается так, чтобы его передняя стенка была вынесена вперед на 100 мм, а задняя назад на 100 мм относительно передней и задней кромок сопловых щелей. Такая геометрия воздушного тракта обеспечивает ввод всего сформировавшегося в рабочем зазоре пневматического аппарата воздушного потока в материалопровод без образования рециркуляционных вихревых зон, которые могут провоцировать выброс части снятого струями хлопка-сырца на поле. Дело в том, что наряду с активным воздухом, подаваемым в рабочий зазор через сопловые щели, поток содержит еще воздух, эжектируемый через передний и задний срезы рабочего зазора, причем коэффициент эжекции у предложенного в (I) аппарате близок к 1.

Управление воздушным потоком в материалопроводе отрабатывается на стенде, где путем отгиба внешних кромок жалюзийных прорезей регулируются зазоры на разных участках. Для определения транспортных характеристик материалопровода выполнялись эксперименты с введением в поток хлопковых долек. Этот ввод осуществляется с помощью ленточного транспортера, смонтированного под сопловым аппаратом (фиг.3) и движущимся вдоль рабочего зазора со скоростью 1,08 м/с. Перед началом эксперимента заготовлялись (взвешиванием на лабораторных весах) порции хлопка-сырца, соответствующие сбору с 1-го рядка хлопчатника при различной урожайности на гектар. Затем после включения рабочего органа пневматического агрегата и выхода его на режим запускался транспортер и каждую секунду, отмечаемую хронометром, на него подавалась одна из заготовленных порций. Выбор оптимальных жалюзийных прорезей задней стенки выполняется следующим образом. Постепенно увеличивая размер прорези отдельных секций, через вырезанное в боковой стенке для стенда и закрытое органическим стеклом окошко наблюдается движение в материалопроводе разогнанных воздушным потоком хлопковых долек. Эти дольки являются наглядным индикатором эффективности работы материалопровода, как пневмотранспортного устройства.

При малой степени открытия щелей вся масса поднимаемых потоком хлопковых долей движется в относительно тонком слое, примыкающем к передней стенке материалопровода. По мере расширения щелей на задней стенке граница зоны материалопровода, занятая движущейся вверх массой хлопка-сырца, постепенно отодвигается к задней стенке. Аналогичным образом поток хлопковой массы "размазывается" и по ширине материалопровода путем расширения жалюзийных щелей различных секций на боковых стенках.

Имеются и существенные различия в тактике "размазывания" транспортируемой массы хлопка-сырца по двум указанным измерениям поперечного сечения материалопровода. Первую из описанных выше процедур удается выполнить достаточно качественно, завершив ее приближением задней границы движущейся в криволинейном канале хлопковой массы практически вплотную к задней стенке, так что между летящими дольками и задней стенкой почти везде остается устойчивый по отношению к режимам работы пневматического рабочего органа зазор 10 15 мм. Исключением здесь является лишь самая верхняя, почти горизонтальная узкая полоска задней стенки (фиг.4), где в силу особо сильного поджатия потока в вертикальном направлении из-за необходимости его подвести к рекомендуемой технологией верхней части пильных дисков очистителя транспортного типа уже не удается полностью исключить соударения отдельных хлопковых долек об эту полоску.

Что же касается боковых стенок, то их профилирование было существенно затруднено загромождением пространства между соседними материалопроводами тягами системы управления трактора, на котором подвешивается пневматический хлопкоуборочный орган. Поэтому нижнюю часть материалопровода приходится выполнять в форме узкого (230 мм) канала почти постоянной ширины, а расширение материалопровода выполняется на относительно коротком его участке, совпадающем с разворотом канала в плоской симметрии пневматического рабочего органа. Таким образом, здесь необходимо расширить поток в поперечном направлении, заставив его безотрывно омывать весьма искривленные выпуклые боковые стенки. При безотрывном обтекании этих стенок не допустить соударений отдельных хлопковых долек с ними не удается хотя бы потому, что транспортируемая воздухом масса уже на начальном вертикальном участке материалопровода неизбежно заполняет всю ширину весьма узкого (практического щелевого) канала, так как это имеет место еще на верхнем срезе рабочего зазора пневматического аппарата.

Нельзя также полностью ликвидировать жалюзийные решетки на указанных, сильно искривленных участках боковых стенок, так как без интенсивного отсоса с них пограничного слоя здесь неизбежен отрыв потока, и, следовательно, не удается заполнить воздушным потоком эту часть материалопровода по всей ширине, что совершенно необходимо и для эффективного снижения гидравлического сопротивления, и для включения в эффективную работу навесного очистителя хлопка по всей его весьма большой ширине (1000 мм). Последнее обстоятельство усугубляется тем, что здесь важно достаточно равномерно распределить по ширине материалопровода не только воздушный поток, но и транспортируемую им массу хлопка-сырца, так как эффективность его очистки существенно зависит от удельного потока транспортируемой массы на единицу оси очистителя в единицу времени в силу того, что при оптимальной скорости вращения пильных дисков этим потоком определяется толщина слоя хлопковых долек, увлекаемых дисковым барабаном, и создающего сопротивление пропускаемому через зазоры между дисками потоку воздуха с мелким сором.

Единственный возможный здесь компромисс заключается в том, что можно существенно заузить жалюзийные щели на самом начальном участке сильно искривленной секции боковых стенок так, чтобы если не воздушный поток, то по крайней мере поток транспортируемой массы хлопковых долек здесь отрывался от этих стенок.

Дело в том, что для выравнивания скоростного поля воздуха и удельных потоков хлопковых долек по ширине материалопровода имеются еще два способа управления потоками. В средней части рассматриваемого участка, где ширина канала еще достаточно мала, для эффективного управления потоками можно использовать интенсивный отсос, возникающий при установке в соответствующей части боковых стенок жалюзийных прорезей с высотою порядка 8 мм. В верхней же части этого участка, который является криволинейным щелевым каналом между передней и задней стенками материалопровода движения потоков и эффективно контролируются интенсивным отсосом через жалюзийные прорези на задней стенке (высота прорези порядка 10 12 мм).

Наиболее трудоемким оказался подбор прорезей для неплоских участков боковых стенок, так как здесь не удается избежать соударений с ними хлопковых долек. При постоянном форсировании режима подачи хлопка-сырца на ленточный транспортер из расчета на скорость движения машины по полю 1,08 м/с и на возможные пределы урожайности хлопчатника наблюдалось увеличение площади клиновидного участка, в пределах которого прорези забивались хлопковыми дольками (фиг.4). Важным результатом этих стендовых экспериментов, подтвержденным затем лабораторно-полевыми испытаниями, является то, что при постоянной интенсивности подачи хлопка-сырца и постоянном режиме работы хлопкоуборочной машины площадка с забитыми хлопком прорезями, достигнув в течение нескольких минут определенных размеров, стабилизируется, так что дальнейшее продвижение верхней границы этой площадки не наблюдается.

Только после получения этого результата можно было сделать вывод о работоспособности предлагаемого материалопровода.

На фиг.1 изображена схема материалопровода; на фиг.2 схема штампованных жалюзийных прорезей; на фиг.3 схема стенда для оптимизации режима отсоса пограничного слоя через жалюзийные прорези на искривленных стенках материалопровода; на фиг.4 схема забивания части жалюзийных прорезей хлопковыми дольками.

Материалопровод содержит телескопически соединенные входной воздуховод 1 и изогнутый выходной воздуховод 2. Выходной воздуховод 2 образован сильно искривленными задней 3, передней 4 и боковыми 5, 6 стенками, имеющими спрофилированные жалюзийные прорези 7. Входной воздуховод 1 образован плоскими передней 8, задней 9 и боковыми 10, 11 стенками, имеющими жалюзийные прорези 12.

Работает материалопровод следующим образом. Материалопровод подвешивается над рабочим зазором пневматического хлопкоуборочного аппарата (на чертежах не показано). Поднимающийся из рабочего зазора воздушный поток со сбитыми с кустов хлопковыми дольками разворачивается в материалопроводе, омывая без отрыва сильно искривленные выпуклые стенки и претерпевая при этом развороте деформации поперечного сечения. Возникающее в результате торможения потока избыточное статическое давление обеспечивает частичное стравливание воздуха с содержащимся в нем мелким сором и пылью через все имеющиеся на стенках жалюзийные прорези 7 и 12, формируя эффективный отсос пограничного слоя, необходимый для безотрывного обтекания всех выпуклых внутренних поверхностей как воздушным потоком, так и взвешенной в потоке массой хлопка-сырца, а кроме того и для снижения расхода воздуха до уровня, обеспечивающего его прохождение через навесной очиститель (на фиг.3 не показан) хлопка-сырца с противодавлением, не провоцирующим запирание материалопровода, сопровождаемое выбросом на поле хлопковых долек.

Иcточники информации:

1. Пневматическая хлопкоуборочная машина по а.с. N 1216839, 1982. МКИ5 А 41 D 46/10.