Зерновой ворох, поступающий на воздушно-решётную очистку зерноуборочного комбайна, состоит из таких фракций, как зерновая масса, чешуйки колоса, измельчённые части колоса и стебля, внутри которого в качестве скелета присутствует технологический воздух [1 – 7]. При этом зерновой ворох очистки комбайна можно рассматривать как многокомпонентную и многоскоростную смесь, для которой характерна структура.

Исследование проводили с целью обоснования методического подхода к математическому моделированию сепарации зернового вороха при комбинированной очистке зерноуборочного комбайна. Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе.

Результаты исследования. Поскольку зерновой ворох очистки зерноуборочного комбайна состоит из зерновой массы (полноценное, щуплое и дроблёное зерно), половы (остатки колоса и стебля) и технологического воздуха, его можно рассматривать как среду или смесь, состоящую из n – компоненты, в которой находятся зерновая масса i и поток технологического воздуха. Приведённая плотность j-й компоненты (j = 1, 2… n), т.е. массу компоненты, приходящуюся на единицу объёма смеси, можно обозначить ρ_j, а её истинную плотность – через

. Тогда смесь (зерновой ворох) может быть описана уравнением, связывающим приведённую плотность ρ_j с истинными плотностями компонентов:

(1)

Для лучшего понимания процессов, происходящих в зерновом ворохе на решётах очистки зерноуборочного комбайна, введём понятие пористость половы k_п, которое определяется соотношением:

k_j_п = ρ_j/

(j = 1, 2… n) (2)

и представляет собой объёмные доли компонент, что можно отразить аналитическим выражением:

k_j_п = V_j/ V , (3)

где V_j – объём, занимаемый j-й компонентой (половой);

V – объём смеси (зернового вороха).

Наличие движения технологического воздуха в зерновом ворохе на решётах очистки с некоторым давлением Р позволяет рассматривать среду или смесь в некотором приближении как равномерную пористую.

Приведённую плотность зернового вороха на решётах очистки комбайна как пористой смеси ρ_п можно определить через истинную плотность

формулой:

ρ_п = m_v ·

, (4)

где m_v – объёмная пористость.

Сквозь единицу площади поверхности зернового вороха, расположенной в данном сечении с поверхностной пористостью m_s, за единицу времени протекает следующая масса:

· m_s· v_n, (5)

где v_n – компонента скорости, нормальная к рассматриваемому сечению.

Тот же расход, выраженный через приведённую ρ_п, будет равен

· v_n. Следовательно:

· m_s· v_n = ρ_п· v_n

или

· m_s = ρ_п.

Тогда:

· m_s = m_v ·

или

m_s = m_v. (6)

Равенство (6) свидетельствует о том, что поверхностная пористость смеси (зернового вороха) равна её объёмной пористости.

Из выражения (6) следует равнозначность влияния как пористости поверхности, так и объёмной её доли на выделение свободного зерна из смеси. Кроме того, это равенство имеет большое значение для получения замкнутой системы уравнений, описывающих свойства зернового вороха очистки зерноуборочного комбайна как многокомпонентной и многоскоростной смеси.

Рассмотрим движение зернового вороха на решете очистки комбайна как многокомпонентной смеси, предположив, что сила взаимодействия компонент пропорциональна разности их скоростей, а сила взаимного сопротивления взаимно противоположна массе данной фазы.

Исходя из этого написанное уравнение на основе взаимно проникающего движения многокомпонентной и многоскоростной смеси в эйлеровских переменных имеет вид [8]:

(7)

При этом

где λ_пр_j – коэффициент присоединённой массы j-й компоненты к n-компоненте (дроблёного и щуплого зерна к полноценному или чешуек колоса к частям колоса и стебля).

Тогда уравнение сохранения массы зернового вороха на решётах очистки зерноуборочного комбайна примет вид:

_j_п,_n_{= 1, 2...}_N_. (8)

Из выражения (8) следует, что изменение приведённой плотности ρ_п смеси определяется прежде всего скоростными характеристиками её компонентов и интенсивностью

_j_пперехода массы из j-компоненты в i-ю в единице объёма смеси в единицу времени, что необходимо учитывать при разработке как математической модели сепарации зернового вороха на решётах, так и комбинированной очистки зерноуборочного комбайна.

Вывод. В результате проведённого исследования установлено, что зерновой ворох на решётах очистки зерноуборочного комбайна можно рассматривать как многокомпонентную и многоскоростную смесь, которая характеризуется пористостью из-за N-го числа компонентов.

Кроме того, аналитические зависимости свидетельствуют о сложном характере движения компонентов в смеси зернового вороха, что необходимо учитывать как при разработке математической модели сепарации зернового вороха, так и в комбинированной системе очистки зерноуборочного комбайна.

Литература

1. Методический подход к моделированию технологического процесса зерноуборочного комбайна / Ловчиков А.П., Поздеев Е.А., Шагин О.С. [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 6 (74). С. 91 – 93.

2. К разработке стационарного процесса обмолота хлебной массы комбайном с классическим молотильно-сепарирующим устройством / А.И. Ряднов, А.П. Ловчиков, О.С. Шагин [и др.] // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2019. № 2 (54). С. 314 – 322.

3. Методический подход к исследованию эффективности технологических процессов измельчения и разброса соломы зерноуборочного комбайна / А.П. Ловчиков, С.А. Турчанинов, А.О. Бжезовский [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (78). С. 116 – 119.

4. Ловчиков А.П., Поздеев Е.А., Шагин О.С. Взаимопроникающие движения в воздушно-соломистой смеси при функционировании ИРС зерноуборочного комбайна // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 5 (73). С. 152 – 154.

5. Результаты производственной проверки прямого комбайнирования с высоким срезом зерновых культур / А.П. Ловчиков, В.П. Ловчиков, Ш.С. Иксанов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 1 (63). С. 75 – 77.

6. Ловчиков А. П. Технико-технологические основы совершенствования зерноуборочных комбайнов с большим молотильным аппаратом. Ульяновск: Зебра, 2016. 111 с.

7. Снижение потерь и механических повреждений зерна при уборке урожая: метод. рекомендации / А.И. Завражнов, М.М. Константинов, А.П. Ловчиков [и др.]. Мичуринск: МГАУ, 2012. 82 с.

8. Рахимов Х.Р. Газовая и волновая динамика. М.: Московский университет, 1983. 200 с.