Повітророзподільник пневматичної сівалки

Винахід належить до сільськогосподарського машинобудування, зокрема до посівна машин, а саме до їх повітророзподільних органів. Відомий повітророзподільник пневматичної сівалки (Патент Румунії №53414, кл. A01C7/04), з'єднаний з вентилятором, з примикаючими до його бокової зовнішньої поверхні повітропроводами, вхідні отвори сих збільшуються в діаметрі від центру до периферії. Недоліком відомого повітророзподільника є неузгодженість його геометричних розмірів, опору пневматичної мережі, яку він живить, і діаметрів вхідних отворів, що приводить до нерівномірних витрат повітря в повітропроводах, з'єднаних з висівними апаратами сівалки, хоча в деяких випадках, коли перелічені параметри випадково знаходяться в оптимальному співвідношенні, цей устрій забезпечує рівномірні витрати повітря у висівних апаратах. Відомий також повітророзподільник пневматичної сівалки (А.с. СССР №1713471, кл. A01C15/04, 1990), виготовлений з порожнистої циліндричної труби з розташованими по всій її довжині і сполученими з внутрішньою поверхнею повітроводами, площа поперечного перерізу яких збільшується в напрямку від вентилятора до периферії повітророзподільника згідно з співвідношенням де f - площа поперечного перерізу отвора повітровода, м2; L - відстань від осі периферійного повітровода до осі вентилятора, м; l коефіцієнт опору тертя в повітророзподільнику; m - коефіцієнт витікання; i - порядковий номер повітропровода, починаючи рахувати від периферії до центру (i = 2, 3, 4, ..., n); 2n - рядність сівалки; De еквівалентний діаметр повітророзподільника, м; У відомій конструкції повітророзподільника для кожного висівного апарата по ширині захвату сівалки необхідно мати індивідуальний повітровод, що збільшує номенклатуру деталей і ускладнює технологію виготовлення сівалки. Завданням даного винаходу є спрощення будови повітророзподільника при рівномірній сівбі насіння по ширині захвату сівалки. Вирішення завдання досягається тим, що площі вхідних отворів повітророзподільника змінюються згідно з співвідношенням де f отв. площа вхідного отвору повітророзподільника, м2; fш - площа прохідного перерізу штуцера, м2; De еквівалентний діаметр повітророзподільника, м; i - порядковий номер вхідного отвору повітророзподільника, рахуючи від периферії до центру (i = 2, 3, 4, ..., n/2); n - рядність сівалки; lB коефіцієнт гідравлічного опору повітророзподільника; L - робоча довжина повітророзподільника, м. В запропонованій конструкції повітророзподільника використовуються однакові повітроводи, що зменшує номенклатуру деталей і спрощує конструкцію сівалки, а рівномірність сівби по її ширині захвату досягається за рахунок змінних площ вхідних отворів повітророзподільника згідно запропонованого співвідношення. На рисунку (фіг.1) зображена схема запропонованого повітророзподільника. Повітророзподільник складається з двох симетричних ділянок A і B порожнистої циліндричної труби і еквівалентним діаметром De, периферійні кінці якої заглушені фланцями 2, а в центральній її частині внутрішня запона труби з'єднана з вентилятором 3. На боковій поверхні повітророзподільника на відстані l0 по всій його довжині виконані вхідні отвори 4 по n/2 на кожній ділянці, які мають різні площі прохідних перерізів f отв.i. До зовнішньої бокової поверхні повітророзподільника на відстані l0 по всій його довжині співвісно з вхідними отворами 4 примикають штуцера 5 однакової довжини по n/2 на кожній ділянці, сполучені через повітропроводи 6 з висівними апаратами 7. Повітророзподільник працює таким чином. Під дією вентилятора 3 повітря відводиться з запони повітророзподільника 1, в якій створюється вакуум і за рахунок цього повітря через вхідні отвори 4 починає надходити в повітророзподільник і по штуцерам 5 і повітроводам 6 з висівних апаратів 7. Експериментальними дослідженнями встановлено, що швидкість потоку повітря всередені повітророзподільника в напрямку від периферії до вентилятора збільшується. Це пов'язано з тим, що швидкість потоку повітря вздовж вісі повітророзподільника в напрямку до вентилятора збільшується, оскільки в цьому напрямку відбувається відсмоктування повітря з висівних апаратів. В зв'язку з цим динамічна складова повного тиску збільшується, а статичний тиск, згідно закону збереження енергії, зменшується. Частина статичного тиску витрачається також на подолання опору повітророзподільника. Тому розрідження в повітророзподільнику в напрямку до вентилятора збільшується і відбір повітря з висівних апаратів виходить нерівномірним. Для досягнення завдання запропонованого технічного рішення одержана залежність змін площ вхідних отворів повітророзподільника по його довжині для рівномірного відсмоктування повітря з висівних апаратів. Для об'єму повітря, обмеженого i - м, (i - 1) - м перерізами та стінками повітророзподільника, запишемо рівняння кількості руху в проекції на поздовжню вісь повітророзподільника де P статичний тиск в перерізах повітророзподільника, Па; F площа прохідного перерізу повітророзподільника, м2; П - периметр повітророзподільника, м; l0 - відстань між вісями суміжних вхідних отворів повітророзподільника, м; r - густина повітря, кг/м3; Vп - швидкість потоку повітря в перерізах повітророзподільника, м/с; t - дотичне напруження в перерізах повітророзподільника, Н/м, яке висловлюється тут l ni-1 - коефіцієнт гідравлічного опору в перерізі 1 повітророзподільника. Умова рівномірного відбору повітря з суміжних висівних апаратів записується у слідуючому вигляді: де n - рядність сівалки. Підставляючи в рівняння (1) значення Vni та Vni-1 з (3) і враховуючи, що l0 = L/(n - 1), одержимо Втрати тиску у висівному апараті де x - коефіцієнт гідравлічного опору висівного апарата; V - швидкість потэку повітря в повітроводі, м/с. Втрати тиску на тертя в повітроводі де l - коефіцієнт гідравлічного опору повітровода; l - довжина повітропровода, м; d - прохідний діаметр повітровода, м. Втрати при вході в штуцер де Vш - швидкість потоку повітря в штуцері, м/с; x вх - коефіцієнт місцевого опору раптового звуження (Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - 2 - е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение; 1975. - С.94) тут f ш - площа прохідного перерізу штуцера, м2; f - площа прохідного перерізу повітровода, м2. Втрати тиску на тертя в штуцері де L - робоча довжина повітророзподільника, м; De еквівалентний діаметр повітророзподільника, м. З умови рівномірного відбору повітря площу го вхідного отвору можна встановити де f отв.i - площа i - го вхідного отвору повітророзподільника, м2; Qn/2 - витрати повітря в перерізі n/2 повітророзподільника, м3/с; vотв.i - швидкість потоку повітря в i - му вхідному отворі повітророзподільника, м/с. Швидкість руху потоку повітря в i - му вхідному отворі повітророзподільника визначимо, використовуючи відому формулу витікання (Альтиуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. - М.: Стройиздат, 1987. - С.303) де m - коефіцієнт витрат; Pa - атмосферний тиск, Па. Для визначення m i, запишемо Бернуллі для ділянки a-b де lш - коефіцієнт гідравлічного опору штуцера; lш - довжина штуцера, м; dш - прохідний діаметр штуцера, м. Втрати тиску при вході в отвір повітророзподільника Враховуючи рівняння об'ємних витрат маємо можливість виразити втрати DPa-bi через швидкість Vотв.i Враховуючи (6), (7) І (16), після перетворення маємо рівняння де DPa-b - втрати тиску на ділянці a-b, Па, які складаються з втрат у висівному апараті DPвв, втрат на тертя при русі повітря в повітроводі DPmp, втрат при вході потоку повітря в штуцері DPвх втрат на тертя при русі потоку повітря в штуцері DPш і втрат при вході потоку повітря в отвір повітророзподільника DPотв.i Використовуючи в залежності (6) значення Vотв.i з (5) і враховуючи (17), одержимо Аналогічний вираз можна записати для будьякого перерізу, наприклад, (i - 1) Підставляючи в залежність (4) величини Pi та Pi-1 з (18) і (19), після перетворень одержимо математичний вираз для визначення площ вхідних отворів повітророзподільника при умові рівномірного відбору повітря з висівних апаратів по ширині захвату сівалки По математичному виразу (20) можна задатися площею f 1 і послідовно визначити площі всіх дальших вхідних отворів при i = 2, 3, 4, ..., n/2. Оскільки пневматична висівна система симетрична відносно вентилятора, для площ вхідних отворів n/2 + 1, n/2 + 2, n/2 + 3, ..., можна записати Наприклад, розрахуємо повітророзподільник 12 - ти рядної пневматичної кукурудзяної сівалки СКПН-12 (n = 12), робоча довжина якого L = 7,7м з еквівалентним діаметром De = 0,055м, прохідний діаметр штуцера dш = 0,025м. Коефіцієнт гідравлічного опору l n визначимо по універсальній формулі Альтшуля де d - величина абсолютної шорсткості повітророзподільника, м; (на основі спроб визначено d =0,1мм); Reni-1 - число Рейнольдса в перерізі i - 1 повітророзподільника де Qва - витрати повітря у висівному апараті, м3/с; n - кінематична в'язкість повітря, м2/с. Величина витрат повітря Qва = 9 × 10-3м3/с одержана в результаті спроб з висівним апаратом сівалки СКПН-12. Діаметр першого вхідного отвору на периферії повітророзподільника dотв.1 дорівнює прохідному діаметру штуцера dш . Результати розрахунків, проведених на ЕОМ, зведені в таблиці. Крім того, були проведені експериментальні дослідження по вивченню впливу змінної величини площ вхідних отворів повітророзподільника на нерівномірність відбору повітря з висівних апаратів. По результатам обробки масивів, одержаних експериментальних даних на ЕОМ були розраховані параметри регресійної залежності параболичного виду Таким чином, був перевірений запропонований математичний вираз, приведений в формулі винаходу. На графіку (фіг.2) нанесена суцільною лінією крива, яка одержана по емпіричному рівнянню (24), а точками - по математичному виразу, яке приведене в формулі винаходу. Аналіз цього графіка вказує на високу точність одержаного математичного виразу, яке приведене в формулі винаходу.