1

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov

Facultatea de Alimentaţie şi Turism

ing. STAN C.Octavian

MODELAREA PROCESELOR DE LUCRU SI MANAGEMENTUL UTILIZĂRII EFICIENTE A COMBINELOR

DE RECOLTAT CEREALE PĂIOASE

MODELING OF WORKING PROCESSES AND THE MANAGEMENT OF EFFICIENT USE OF CEREAL CROP

COMBINE HARVESTERS

Rezumatul tezei de doctorat

Summary of PhD Thesis

Conducător ştiinţific:

Prof.univ.dr.ing. Simion POPESCU

Braşov, 2013

2

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA „TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV,

500038 Braşov, B-dul Eroilor nr. 29, Tel./Fax: +40-0268-413000

Vă aducem la cunoştinţă că în ziua de vineri 07.06.2013, ora 11:00, în sala RP6 (amfiteatru corp R) la Facultatea de Alimentaţie şi Turism, va avea loc susţinerea publică a tezei de doctorat intitulată „Modelarea proceselor de lucru si managementul utilizării eficiente a combinelor de recoltat cereale păioase”, elaborată de ing. STAN C. OCTAVIAN în vederea obţinerii titlului ştiinţific de Doctor în domeniul fundamental Ştiinţe Inginereşti, domeniul Inginerie Mecanică, cu următoarea comisie, numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov, nr. 5814/30.04.2013.09.2012:

PREŞEDINTE 1. Prof. univ. dr. ing. Carol CSATLOS DECAN - Facultate de alimentaţie şi Turism

CONDUCĂTOR 2. Prof. univ. dr. ing. Simion POPESCU ŞTIINŢIFIC: Universitatea „Transilvania” din Braşov

REFERENŢI: 3. Prof. univ. dr. ing. Ghorghe Voicu Universitatea „P0litehnica” din Bucureşti 5. Prof. univ. dr. ing. Nicolae FILIP Universitatea Tehnică din Cluj – Napoca

3. Prof. univ. dr. ing. Gheorghe BRĂTUCU Universitatea „Transilvania” din Braşov În acest scop vă trimitem alăturat rezumatul tezei de doctorat şi vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat. În cazul în care doriţi să faceţi aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării, vă rugăm să le transmiteţi pe adresa Departamentului de Doctorat al Universităţii Transilvania din Brasov sau prin mail: octa_ca@yahoo.com şi/sau simipop38@yahoo.com.

mailto:octa_ca@yahoo.commailto:simipop38@yahoo.com

3

CUPRINS

CAP.1. ASPECTE GENERALE PRIVIND TEHNOLOGIILE DE RECOLTARE ALE CEREALELOR PĂIOASE.

1.1. Particularităţile morfologice şi agrobiologice ale principalelor cereale păioase (grâul, orzul şi ovăzul)............................................................................................9

1.2. Factorii agrobiologici care influenţează tehnologia de recoltare a cerealelor păioase...................................................................................................................10

1.3. Analiza comparativă a tehnologiilor actuale de recoltare a cerealelor păioase...................................................................................................................11

CAP. 2. STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN CONSTRUCŢIA COMBINELOR DE RECOLTARE A CEREALELOR PĂIOASE

2.1. Scurt istoric al evoluţiei recoltării cerealelor păioase..........................................12 2.2. Structura constructiv-funcţională a sistemelor de lucru ale combinelor de recoltat

cereale păioase.....................................................................................................13 2.3. Stadiul actual şi tendinţe în construcţia combinelor de recoltat cereale

păioase...................................................................................................................14 CAP. 3. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR DIN DOMENIUL PROCESELOR DE SEPARARE LA COMBINE. OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT

3.1. Stadiul actual al cercetărilor teoretice şi experimentale din domeniul proceselor de lucru al combinelor de cereale....................................................................................17

3.2. Obiectivele tezei de doctorat .....................................................................................21

CAP. 4. CERCETAREA TEORETICĂ A PROCESELOR DE LUCRU ALE SISTEMELOR DE CURĂŢIRE ALE COMBINELOR DE CEREALE

4.1. Modelarea fluxului de material la combinele de cereale.................................23 4.2. Bazele teoretice ale proceselor de lucru ale componentelor sistemelor de curăţire ale combinelor de cereale...................................................................................... ......24 4.3. Calculul parametrilor de bază ai sistemelor de curăţire ale combinelor................31

CAP. 5. CONTRIBUŢII LA STUDIUL EXPERIMENTAL AL PROCESELOR DE LUCRU ALE SISTEMELOR DE SEPARARE-CURĂŢIRE A COMBINELOR DE RECOLTAT CEREALE

5.1. Obiectivele şi programul cercetărilor experimentale..................................................34 5.2. Construcţia şi funcţionarea standului de laborator. Pregătirea pentru

experimente..................................................................................................................34 5.3. Pregătirea materialului pentru experimente................................................................36 5.4. Desfăşurarea experimentelor şi parametrii principali urmăriţi ..................................37 5.5. Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor experimentale............................................. 38

CAP. 6. CONCEPEREA UNUI SISTEM PERFECŢIONAT DE CURĂŢIRE LA O COMBINĂ DE CEREALE

6.1. Aspecte preliminare ................................................................................................ 44 6.2. Structura, descrierea şi utilizarea sistemului perfecţionat de curăţire conceput de

autor ..........................................................................................................................45

4

CAP. 7. CONCLUZII FINALE ŞI CONTRIBUŢII PERSONALE. PERSPECTIVE

7.1. Concluzii privind stadiul actual în construcţia combinelor de cereale .....................51 7.2. Concluzii privind cercetările teoretice asupra proceselor de separare la combinele de

cereale .......................................................................................................................51. 7.3. Concluzii la rezutatele cercetărilor experimentale asupra proceselor de separare la

combinele de cereale .................................................................................................53 7.4. Contribuţii personale ale autorului ................................................................ ...........55 7.5. Direcţii viitoare de cercetare .....................................................................................56

BIBLIOGRAFIE..........................................................................................................................57

5

TABLE OF CONTENTS

CAP. 1. GENERAL ASPECTS OF STRAW CEREALS HARVESTING TECHNOLOGIES.

1.1.Morphological and aerobiological particularities of main straw cereals (wheat, barley and oats).

1.2.Agrobiological factors influencing cereal grain harvesting technology 1.3.Comparative analysis of current grain harvesting technologies

CAP. 2. CURRENT STATUS AND TRENDS IN CONSTRUCTION OF STRAW CEREALS HARVESTING COMBINES 2.1. Brief history of the evolution of straw cereals harvesting 2.2. Present and trends in construction of straw cereals harvesting combines

CAP. 3. CURRENT STATE OF RESEARCH IN THE FIELD OF HARVESTING COMBINES SEPARATION PROCESSES. THE THESIS OBJECTIVES

3.1.The current state of theoretical and experimental research in the field of harvesting combines working processes

3.2.Thesis objectives CAP. 4. THEORETICAL RESEARCH OF HARVESTING COMBINES CLEANING SYSTEMS WORKING PROCESSES

4.1.Modeling the material flow in harvesting combine 4.2.Theoretical basis of working processes of the harvesting combines cleaning system

components – 4.3.. Calculation of the main parameters of the harvesting combines cleaning system

CAP. 5. CONTRIBUTIONS TO THE EXPERIMENTAL STUDY OF CLEANING AND SEPARATION SYSTEMS WORKING PROCESSES OF HARVESTING COMBINES

5.1.Objectives and experimental research program 5.2.Construction and operation of the laboratory stand; Preparation for experiments 5.3.Preparation of material for experiments 5.4.Conducting the experiments and tracking the key parameters 5.5.Processing and interpretation of experimental results

CAP. 6. DESIGNING AN IMPROVED CLEANING SYSTEM FOR A HARVESTING COMBINE

6.1.Preliminary aspects 6.2.The structure, description and the use of the improved cleaning system designed by

the author CAP. 7. FINAL CONCLUSIONS AND PERSONAL CONTRIBUTIONS.

6

7.1.Conclusions about the current state in the construction of straw cereals harvesting combines

7.2.Conclusions on the teoretical research in separation processes of straw cereals harvesting combines

7.3.Conclusions on results experimental research in separation processes of straw cereals harvesting combines

7.4. Personal contributions of the author 7.5.. Directions for future research

REFERENCES

7

PREFAŢĂ Ca urmare a creşterii capacităţii de lucru a aparatelor de treier tradiţionale şi cât datorită extinderii pe scară tot mai largă a aparatelor de treier axiale, la care vraful rezultat are un conţinut ridicat de părţi păioase, rolul sistemului de curăţire la combinele moderne creşte. Dea ceea se fac investigaţii pentru găsirea unor soluţii constructive şi funcţionale în scopul creşterii performanţele sistemului de curăţire, ai căror parametri sunt influenţaţi de o multitudine de factori, printre care se menţionează următorii: starea şi componenta materialului (vrafului); tipul sitelor şi regimul lor cinematic; modul de dispunere al sitelor; tipul şi caracteristicile ventilatorului; caracteristicile şi câmpul de viteze ale curentului de aer de-a lungul sitelor şi pe lăţimea de lucru; poziţia relativă între site şi ventilator. Lucrarea realizată ca teză de doctorat, a avut ca obiectiv principal realizarea unor cercetări teoretice şi experimentale privind procesul de separare a seminţelor din vraful rezultat de la scuturători în vederea găsirii unor soluţii de optimizare a procesului de curăţire în vederea creşterii indicilor calitativi de lucru şi a performanţelor ale combinelor de cereale. Lucrarea este structurată în 7 capitole (ultimul reprezintă concluziile finale), cuprinde o listă bibliografică cu 182 titluri de lucrări publicate în domeniu (inclusiv cele publicate de autor) În capitolul 1, intitulat „Aspecte generale privind tehnologiile de recoltare ale cerealelor păioase” se prezintă aspecte morfologice şi agrobiologice de bază ale principalelor cereale păioase (grâul, orzul şi ovăzul) şi factorii agrobiologici care influenţează tehnologia de recoltare a cerealelor păioase. In final se face o analiză comparativă a tehnologiilor actuale de recoltare a recoltare a cerealelor păioase În capitolul 2, intitulat „Stadiul actual şi tendinţe în construcţia combinelor de recoltare a cerealelor păioase” se prezintă, la început, un scurt istoric al evoluţiei tehnologiilor de mecanizare a recoltării cerealelor păioase si se face o analiză succintă a structura constructiv - funcţională a sistemelor de lucru ale combinelor de recoltat cereale păioase. În final se face o valoroasă sinteză a stadiului actual şi a tendinţelor în construcţia combinelor, exemplificată cu realizări constructive ale unor firme reprezentative producătoare de combine de cereale păioase. În capitolul 3, intitulat „ Stadiul actual al cercetărilor din domeniul proceselor de separare la combine. Obiectivele tezei de doctorat”, se face o sinteză a rezultatelor cercetărilor ştiinţifice reprezentative publicate in literatura de specialitate pe plan internaţional şi naţional. O atenţie deosebită se acordă metodelor de modelare matematică a proceselor de de separare şi curăţire precum şi metodele de cercetare experimentală a acestor procese, atât în condiţii de laborator cât şi în teren. În final se prezintă. necesitatea abordării temei şi obiectivele cercetărilor din teza de doctorat În capitolul 4, intitulat „Cercetarea teoretică a proceselor de lucru ale sistemelor de curăţire ale combinelor de cereale” se face la început o modelare structurală şi matematică a fluxurilor tehnologice de lucru ale combinelor de recoltat de cereale păioase dupoă care se prezintă bazele teoretice ale proceselor de lucru ale componentelor sistemelor de curăţire (site şi ventilator). Se analizează dinamica mişcării particulelor vrafului pe sită şi a procesului separării impurităţilor păioase în curenţi de aer şi se modelează matematic necesarul de putere pentru acţionarea sistemului de curăţire ale combinelor de cereale În capitolul 5, intitulat “Contribuţii la studiul experimental al proceselor de lucru ale sistemelor de separare-curăţire a combinelor de recoltat cereale” se prezintă metodologia şi programul cercetărilor experimentale în laborator şi construcţia, funcţionarea şi utilizarea

8

standului de laborator utilizat. Se face analiza şi interpretaerea datelor experimentale (prezentate tabelar şi în grafice) şi se elaborează concluziile. În capitolul 6, intitulat “Conceperea unui sistem perfecţionat de curăţire la o combină de cereale” se prezintă descrierea şi utilizarea unui sistem perfecţionat de separare-curăţire care face obiectul unei aplicaţii de brevet de invenţie conceput de autor. Prin introducerea acestui sistem se poate realiza o descongestionare rapidă a sitelor şi evitarea supraîncărcării acestora şi, implicit, limitarea pierderile de seminţe.

În capitolul 7, intitulat ”Concluzii finale şi contribuţii personale. Perspective” se prezintă sintetic concluziile privind construcţia şi utilizarea mecanismelor de suspendare, stadiul actual privind cercetarea teoretică şi experimentală a sistemelor de lucru ale combinelor de cereale, în special asupra sistemului de curăţire, la care autorul a adus si contribuţii originale, inclusiv realizarea unui brevet de invenţie. Actvitatea de pregătire la doctorat a început în anul 2008 sub îndrumarea regretatului prof. univ. dr. ing. Ioan CÂNDEA, de la Facultatea de Inginerie Mecanică. Transilvania din Braşov. După decesul subit al distinsului profesor Ioan CÂNDEA, conducerea ştiinţifică a lucrării de doctorat a fost preluată de domnul prof. univ. dr. ing. Simion POPESCU. Finalizarea cercetărilor teoretice, efectuarea cercetărilor experimentale şi elaborarea lucrării s-a realizat sub conducerea prof. univ. dr. ing. Simion POPESCU, de la Catedra de Maşini pentru Agricultură şi Industria Alimentară, membru titular al Academiei de Ştiinţe Agricole şi Silvice „Gheorghe Ionescu Siseşti”. Cercetările experimentale au fost efectuate în cadrul Departamentului de Sisteme Biotehnice de la Facultatea de Ingineria Sistemelor Biotehnice a Universităţii „Politehnica” din Bucureşti, utilizând un stand experimental realizat la acest departament în cadrul altor cercetări anterioare Braşov, mai 2013 Ing. Octavian Stan

9

CAP.1. ASPECTE GENERALE PRIVIND TEHNOLOGIILE DE RECOLTARE ALE CEREALELOR PĂIOASE

1.1.Particularităţile morfologice şi agrobiologice ale principalelor cereale păioase 1.1.1. Particularităţile morfologice şi agrobiologice ale grâului Grâul este considerat cultura agricolă cu cea mai mare suprafaţă cultivată pe plan

mondial, aceasta fiind de peste 220 milioane hectare. În ţara noastră suprafaţa cultivată cu grâu este de cca. 25% din suprafaţa arabilă şi 40% din suprafaţa semănată cu cereale.Importanţa ce se acordă acestei culturi constă în următoarele particularităţi:

• pentru aproape jumătate din populaţia lumii, pâinea produsă din făină de grâu reprezintă hrana de bază;

• din punct de vedere calitativ, boabele de grâu au un raport echilibrat între conţinutul de hidraţi de carbon şi cel de substanţe proteice, corespunzător cerinţelor organismului uman;

• boabele de grâu constituie materia primă pentru producerea sau extragerea de substanţe utile care intră în procesarea unei mari diversităţi de produse agroalimentare;

• boabele de grâu au o durată mare de păstrare şi pot fi transportate la distanţe mari fără riscul degradării calităţii;

• se poate folosi direct în hrana animalelor, mai ales tărâţele ce rezultă din industria morăritului, deoarece au un conţinut ridicat în proteine, grăsimi şi substanţe minerale;

• paiele rezultate după recoltarea grâului se pot folosi în hrana animalelor sau ca aşternut în grajd, la fabricile de celuloză sau pentru prepararea îngrăşământului organic;

• datorită plasticităţii ecologice ridicate, grâul poate fi cultivat în diferite zone climatice şi la altitudini foarte mari;

din punct de vedere agrotehnic cultura este mecanizată în totalitate, iar grâul intră în aproape toate sistemele de rotaţie agricolă, fiind considerată o plantă premergătoare foarte bună, deoarece are o perioadă de vegetaţie relativ scurtă, favorizând realizarea, în condiţii optime, a lucrărilor pentru pregătirea patului germinativ a culturii ce urmează.. Recoltarea grâului se efectuează mecanizat în totalitate, cu combinele de recoltat cerealele păioase, în faza de coacere deplină, când umiditatea boabelor este cât mai aproape de 14%. Durata optimă a recoltării grâului este de 5-7 zile în zonele mai secetoase (de câmpie) şi 7-9 zile în zonele mai umede (colinare). În funcţie de soiul folosit, paiele reprezintă 55-65% din recolta totală a părţii aeriene. În condiţii optime de tehnologie şi de favorabilitate cât şi de capacitatea de producţie a soiurilor, producţia de boabe variază în limita foarte largi: 3000-10000 kg/ha

1.1.2. Particularităţile morfologice şi agrobiologice ale orzului Dintre cerealele păioase, orzul are vechimea cea mai mare în cultură având numeroase întrebuinţări: în alimentaţia omului se foloseşte sub formă de arpacaş şi surogat de cafea; în industria alimentară constituie materia primă pentru fabricarea berii, alcoolului, glucozei şi dextrinei. Din punct de vedere calitativ, boabele de orz conţin, în medie: 10,5% proteină, 2,8% grăsimi, 4,0% celuloză, 66,2% substanţe extractive neazotate (din care 53% amidon), o serie de aminoacizi esenţiali (lizină, triptofan, arginină), vitaminele B1, B2, săruri mineral (K, P, Ca);

10

În furajarea animalelor orzul se foloseşte sub formă de boabe (concentrate), furaj verde, fân şi nutreţuri grosiere (paie). În amestec cu unele leguminoase anuale (mazăre şi măzăriche) formează borceagurile, ce constituie un furaj de mare importanţă în furajarea animalelor, mai ales a vacilor cu lapte. În regiunile colinare, orzul poate fi cultivat ca plantă protectoare pentru cultura trifoiului roşu. Recoltarea orzului pentru boabe se face la începutul maturării depline, deoarece ovăzul se scutură puternic, înregistrându-se pierderi mari de recoltă. Se recomandă, pentru evitarea pierderilor, recoltarea cu combina în orele de dimineaţă, când plantele sunt cu rouă. Cultura de ovăz destinată producerii de masă verde se recoltează cu cositoarele sau vindroverele în faza de burduf, până la apariţia paniculului, iar pentru fân, la începutul înfloririi. Producţiile de ovăz variază mult, în funcţie de condiţiile de cultivare, între 1500-2500 kg/ha boabe. Raportul boabe : paie este de 1:2.

1.1.3. Particularităţile morfologice şi agrobiologice ale ovăzului Valoarea economică şi furajeră a ovăzului este dată de următoarele însuşiri: sub formă de boabe, ovăzul este un furaj concentrat foarte important în hrana animalelor, mai ales în alimentaţia cabalinelor, a tineretului şi a celor de reproducţie; boabele de ovăz au un conţinut relativ ridicat în proteine (10-17%), în extractive neazotate (54-62%), în grăsimi (4,3-6,9%), iar valoarea nutritivă a unui kg de ovăz este de 1 UN; pentru producţia de masă verde sau fân se cultivă în amestec cu mazărea sau măzărichea de primăvară, formând borceagurile de primăvară; paiele şi pleava de ovăz au valoare furajeră mai mare decât a celor de grâu şi secară (100 kg de paie are 38 UN); în hrana oamenilor, ovăzul se utilizează sub formă de grişuri, fulgi de ovăz, făină, mai ales în alimentaţia copiilor şi a celor cu regim dietetic; în regiunile colinare ovăzul se foloseşte ca plantă protectoare pentru trifoiul roşu. Recoltarea ovăzului pentru boabe se face la începutul maturării depline, deoarece ovăzul se scutură puternic, înregistrându-se pierderi mari de recoltă. Se recomandă, pentru evitarea pierderilor, recoltarea cu combina în orele de dimineaţă, când plantele sunt cu rouă. Cultura de ovăz destinată producerii de masă verde se recoltează cu cositoarele sau vindroverele în faza de burduf, până la apariţia paniculului, iar pentru fân, la începutul înfloririi. Producţiile de ovăz variază mult, în funcţie de condiţiile de cultivare, între 1500-2500 kg/ha boabe. Raportul boabe : paie este de 1:2.

. 1.2.Factorii agrobiologici care influenţează tehnologia de recoltare a cerealelor păioase

Procesul tehnologic de recoltare mecanizată a cerealelor păioase, este condiţionat în general, de o serie de factori agrobiologici caracteristici culturilor cerealiere cum sunt: soiul culturilor, gradul de maturizare a boabelor si tulpinilor, raportul dintre boabe si tulpini, umiditatea boabelor si tulpinilor, gradul de cădere a tulpinilor, gradul de îmburuienare etc. Toţi aceşti factori au impus în timp găsirea unor soluţii constructive adecvate, astfel încât recoltarea mecanizată a produsului de bază, boabele, şi a celui secundar, paiele şi pleava, să se facă în cele mai bune condiţii, cu respectarea cerinţelor agrotehnice moderne, evitându-se astfel pierderile de boabe şi vătămarea acestora, în condiţiile asigurării unui grad mare de puritate al produsului recoltat.

In general, este cunoscut faptul că, pe linie biologică, cercetările au condus la rezultate favorabile procesului de recoltare mecanizată a cerealelor păioase. Totuşi, creşterea şi dezvoltarea plantelor este neuniformă, cum neuniformă este şi ajungerea la maturitate a plantelor de cereale păioase. Probleme cu soluţii aflate în căutare ridică şi variaţia masei de boabe în spicele aceleiaşi culturi, care face ca maturizarea lanului să se facă eşalonat, conducând şi ea, la

11

pierderi naturale până la începerea recoltării. Perioada de recoltare a cerealelor impusă de biologia acestora este, în general, scurtă şi ea începe când boabele din spice sunt la sfârşitul fazei de coacere. Ea se desfăşoară, de regulă, până la începutul maturizării depline a boabelor. În această etapă de maturizare, boabele au umiditatea cuprinsă între 17% şi 25 %

Sfârşitul fazei de coacere în faza de ceară, corespunde cu începutul maturizării biologice depline a boabelor, când practic încetează acumularea de substanţă uscată în boabe.Din punct de vedere biologic recoltarea cu mijloace mecanizate trebuie să înceapă când producţia biologică este maximă şi durează atât cât pierderile sunt minim admise.

Perioada optimă de recoltare nu poate dura mai mult de 7-10 zile, după care, prin recoltare, se produc însemnate pierderi de boabe prin scuturare. Aceste considerente de ordin biologic impun ca numărul şi capacitatea de lucru a mijloacelor tehnice destinate recoltării mecanizate sa fie la nivelul corespunzător realizării acestei operaţii, numai în perioada optimă.

1.3.Analiza comparativă a tehnologiilor actuale de recoltare a recoltare a cerealelor

păioase

Recoltarea cerealelor păioase se poate face într-o singură fază (recoltare integrală) sau divizat în mai multe faze (două sau trei faze). În prezent, recoltarea cerealelor păioase se face în cele mai multe cazuri într-o singură fază, folosind combina. Sunt însă şi situaţii, în special în culturile îmburuienate, când nu se pot recolta cu combina la o singură trecere în perioada optimă. În aceste cazuri, se foloseşte recoltarea divizată în două faze, care permite prelungirea perioadei de recoltare cu 5-8 zile, dar această tehnologie de recoltare solicită lucrări şi utilaje suplimentare. Recoltarea integrală cu combina rezolvă cu cele mai bune rezultate recoltarea culturilor de cereale dezvoltate normal, în condiţii de vreme favorabilă şi cu umidităţi scăzute. In alte condiţii, capacitatea de lucru şi indicii calitativi de lucru pot avea valori sensibil diminuate faţă de performanţele atinse în mod obişnuit Recoltarea divizată (în două faze) cu combina constă în tăierea plantelor cu vindrovărul şi lăsarea lor în brazdă continuă pe mirişte, cu înălţimea de 20-25 cm. După uscare, plantele se adună din brazdă şi se treieră cu combina. Procedeul este specific zonelor de stepă şi în timpul anilor cu veri secetoase şi foarte secetoase, cât şi în cazul culturilor îmburuienate. In aceste zone, trecerea de la coacerea deplină şi răscoacerea este destul de rapidă şi rămân puţine zile pentru recoltarea fără pierderi

Recoltarea în două faze şi treieratul cu batoza constă, în principal, din seceratul plantelor cu vindroverul şi adunatul acestora pe o bucată de polietilenă lată de cca. 2m. Pe bandă, poate fi încărcată şi transportată masa de cereale de pe o lungime de 200-300 m. Descărcarea benzii se face în transportorul de alimentare al batozelor, care lucrează la staţionar de o parte şi de alta a parcelei, produsele rezultate fiind transportate ulterior la locurile de depozitare. Recoltarea în trei faze este procedeul prin care cerealele se taie cu vindroverul şi se lasă în brazdă pe mirişte, după care se adună cu ajutorul unor combine de recoltat furaje echipate cu dispozitive de adunat din brazdă, concomitent cu mărunţirea întregii mase. Masa tocată se adună în remorci de mare capacitate (70 m3) şi se transportă la puncte staţionare, unde se treieră. Produsul principal şi cele secundare sunt apoi dirijate direct la locul de depozitare

12

CAP. 2. STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN CONSTRUCŢIA COMBINELOR DE RECOLTARE A CEREALELOR PĂIOASE

2.1. Scurt istoric al evoluţiei recoltării cerealelor păioase

Evoluţia istorică a funcţiunilor principale ale sistemului tehnologic de lucru al combinelor de recoltat cereale păioase este legată, în primul rând, de modul de asigurare a energiei pentru procesele de recoltare. La început omul era cel care furniza energia necesară prin propria forţă musculară, apoi au urmat animalele, mai târziu maşina cu aburi, iar în final motorul cu ardere internă, energia electrică şi, poate în viitor, energia nucleară. După 1836 în America de Nord a început procesul de perfecţionare a combinelor. Pentru asigurarea necesarului energetic se foloseau animale de tracţiune (44 cai), puterea de antrenare preluându-se de la roţile motrice, cu diametrul de peste 2 . In 1878 s-a realizat prima combină autopropulsată cu abur, care a fost prezentată la expoziţia internaţională de la Paris. Datorită pericolului de explozie a maşinilor antrenate cu motoare cu aburi pe pante mai mari de 6%, în 1910 fraţii Hoit construiesc prima combină autopropulsată cu motor pe benzină din USA. Mulţi specialişti care lucrau în domeniul maşinilor agricole aveau convingerea că, datorită condiţiilor pedoclimatice, combina de recoltat cereale păioase nu avea nici un viitor în EUROPA. În 1930 a fost construit primul prototip de combină autopropulsată din Europa. Intre anii 1930-1934 fraţii Class (Germania) s-au dedicat activităţii de perfecţionare si de creştere a fiabilităţii combinelor de cereale păioase în condiţiile pedoclimatice din Germania. Astfel în 1930 a fost construit primul prototip de combină autopropulsată din Europa, iar în 1934 a fost comercializată prima combină autopropulsată CLAAS. In 1935, la firma CLAAS se fabrică primul model european de combină cu heder montat lateral, tractată de un tractor, maşină care funcţionează după principiul fluxului transversal. In 1937 începe producţia de serie a primelor maşini de treierat şi legat paie CLAAS, numite MDB cu flux transversal. In 1953 firma CLAAS lansează pe piaţă modelul Junior, destinat suprafeţelor mici, caracteristice acelei perioade; de asemenea, începe producţia de serie a combinelor de recoltat cu cositoare frontală SF, care putea să lucreze în combinaţie cu o presă de balotat încorporată (lăţimea baloţilor 1 m, cu dublă legare) şi cu echipamente pentru diferite culturi. În plus, combina putea fi echipată cu un buncăr pentru boabe, ceea ce a permis trecerea treptată la noi forme de transport şi depozitare, cu consecinţe asupra creşterii productivităţii, tehnicii agricole în general

Concomitent cu construcţia combinei de recoltat CLAAS - SF, care era prea productivă pentru acei ani, au fost dezvoltate o serie de combine autopropulsate de capacitate mai mică, modelele Columbus, Europa, Mercur, construite după principiul flux longitudinal şi aparat de treierat tangenţial. Incepând cu anii 1968 au fost construite modelele Cosmos, Corsar, Matador, Senator, Consul. In prezent constructorii de combine pentru recoltarea cerealelor păioase îşi perfecţionează permanent performanţele combinelor, concomitent cu creşterea fiabilităţii lor, ceea ce determină rămânerea pe piaţă a câtorva firme mari, a căror modele sunt îmbunătăţite continuu. Multe din firmele din ţările est europene sau firmele mici vest europene au fost cumpărate de firmele gigant, care se luptă în permanenţă pentru noi pieţe de desfacere

13

2.2.Structura constructiv-funcţională a sistemelor de lucru ale combinelor de recoltat cereale păioase

Combinele autopropulsate au fost create pentru recoltarea directă din lan a cerealelor păioase,

rezolvând cu rezultate bune recoltarea culturilor de cereale dezvoltate normal în condiţii de vreme favorabilă si cu umidităţi scăzute. O combină de recoltat cereale păioase are următoarele componente de bază care rezultă din (fig.2.29.).

Fig. 2.29. Schema unei combine autopropulsate de recoltat cereale păioase :

1-separatorul de lan; 2-rabatorul; 3-ghiarele rabatorului; 4-antrenarea intermediară a rabatorului; 5-antrenarea variabilă a rabatorului; 6-cilindrul rabatorului; 7-ridicători de plante; 8-transportorul cu melc; 9-scară acces combină; 10-transportorul de plante; 11-cilindrul hederului; 12-jgheabul de captare a pietrelor; 13-contrabătătorul; 14-bătătorul; 15-postbătătorul; 16-apărătoare; 17-scuturătorii cu cai; 18-scuturătorii -intensivi; 19-plan de întoarcere sub scuturători; 20-capota pentru paie; 21-planul oscilant; 22-casa sitelor; 23-sitele superioare; 24-sitele inferioare; 25-ventilatorul; 26-clapete reglabile; 27-melc boabe; 28-elevatorul de boabe; 29-melc umplere boabe; 30-melc uniformizare boabe; 31-melc golire buncăr; 32-buncărul; 33-motorul; 34-capacul buncărului; 35-apărătoare protecţie; 36-elevatorul retur spice; 37-melc retur spice; 38-capotă acces la motor; 39-filtru de aer; 40-cabină; 41-postul de pilotaj; 42-cutia de viteze; 43-transmisia finală; 44-puntea motrice; 45-puntea spate.

Fig. 2.30. Schema procesului tehnologic de lucru al combinelor de recoltat cereale păioase

14

Procesul tehnologic al combinelor de recoltat cereale păioase este prezentat schematic în figura 2.30., acesta constând în tăierea tulpinilor şi transportul acestora la aparatul de treier, după care, în componentele şi echipamentele specializate ale combinei, se face separarea paielor, a plevei, rezultând, boabele care se adună în buncărul combinei. Paiele sunt lăsate pe sol şi adunate ulterior cu presa de balotat paie, sau tocate şi împrăştiate pe sol.

2.3.Stadiul actual şi tendinţe în construcţia combinelor de recoltat cereale păioase

Analizând cele mai reprezentative modele ale principalelor firme representative

constructoare de combine de recoltat cereale (John Deere, Claas, New Holland, Laverda, Case IH, Massey Ferguson, Deutz-Fahr), din punct de vedere al intensificarii procesului de separare a seminţelor de cereale, se disting două sisteme de separare:

1) sistem de separare cu aparat de treier tangenţial şi sistem de scuturare, denumite combine tangenţiale sau convenţionale;

2) sistem de separare cu aparat de treier cu flux axial (axial–flow), cu unul sau două rotoare, denumite combine axiale sau neconvenţionale. Combinele convenţionale (tangenţiale) folosesc dispozitive de treierat tangenţiale in partea din faţă a combinei, scuturători de paie si restul combinei să separe paiele de pleavă si pleava de boabe. Figura 2.44 ilustrează componentele principale ale unei combine convenţionale.: Scuturătorii de paie sunt specifice fluxului tehnologic al combinelor convenţionale şi principiul lor de lucru a rămas acelaşi de ani de zile. Se bazează mai mult pe forţa gravitaţională pentru separarea de cereale şi mai puţin pe forţa centrifugă. Există variaţii uşoare de la un producător la altul în sistemul de treierare-separare. Cu toate acestea, fluxul tehnologic începe întotdeauna cu tăiatul culturilor, transportarea şi alimentarea sistemului de treierat montat tangenţial, care ar include ansamblul bătător-contrabătător.

Fig. 2.44. Schema constructive functional si componentele principale ale unei combine convenţionale de recoltat cereale păioase: A -bătător; B –contrabătător; C –postbătător; D -

scuturători paie; E –site Combinele cu scuturători de paie au cerinţe reduse de energie şi păstrează calitatea paielor pentru balotare. Acesta este avantajul major al sistemului în timp ce dezavantajul este

15

capacitatea limitată de treierat având o singură trecere a materialului de cultură pe cilindrul de treierat sau bătător. Pentru a mări capacitatea de separare, curătare a combinei, ieşiri suplimentare dinspre ventilator pot direcţiona curenţi de aer separaţi către o sită de pre-curăţare, independent de fluxul de aer al sitei principale. Pentru a creşte capacitatea de curăţare a sitei superioare sunt uneori folosite grătare adiţionale. Unii producători de cmbine de cerele au crescut capacitatea combinei convenţionale prin adăugarea unui bătător după postbătător care să uşureze munca scuturătorului de paie (în figura 2.44 se prezinta fluxul tehnologic al unei asemenea combine). Alti producatori au introdus inainte de bătătorul principal un cilindru suplimentar care sa mărească viteza de alimentare cu materialul ce intra in bătătorul principal in scopul usurarii procesului de treier (fig. 2.45). Acestea sunt eficiente si în condiţii de paie verzi sau culturi de mare randament care sunt greu de treierat şi separat.

Fig. 2.45. Schema constructivă a unei combine cu cilindru suplimentar înaintea bătătorului

principal

Fig. 2. 48. Componentele constructive principale ale unei combine International Harvester cu

flux axial cu un singur rotor: A –rotor; B -grătar treier; C -grătar separare; D -tocător paie; E -sistem de curăţare cu site; F -retur boabe necurăţate

16

Combinele neconvenţionale (axiale) au componentele constructive date în figura 2.48., fiind echipate cu următoarele componente: prebătător (pentru accelerare si preseparare), bătător, contrabătător, rotor alimentare şi două rotoare longitudinale pentru separare . Firma Sperry-New Holland a introdus în 1975 combina TR70 ca prima combină cu două rotoare longitudinale pentru treierare şi separare. In 1977 Case International Harvester introducea combina cu flux axial cu un singur rotor. Figura 2.48. ilustrează componentele principale ale unei combine International Harvester cu rotor axial.

În continuarea capitolului, în lucrare se prezintă, cu numeroase ilustraţii

(scheme şi fotografii), realizări recente privind soluţiile de perfecţionare a proceselor de lucru ale combinelor de cereale. În final se prezintă exemple de construcţii de combine de cereale realizate de firme reprezentative pe plan internaţional.

17

CAP. 3. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR DIN DOMENIUL PROCESELOR DE SEPARARE LA COMBINE. OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT

3.1. Stadiul actual al cercetărilor teoretice şi experimentale din domeniul proceselor de lucru al combinelor de cereale

3.1.1. Stadiul actual al cercetărilor teoretice privind procesele de separare la combine

În literatura de specialitate există diferite abordări pentru modelarea procesului de separare a componentelor vrafului rezultat în procesul recoltării cerealelor. Este interesant de subliniat că metodele pentru descrierea procesului de lucru al aparatului de treier, al sistemului de scuturare cu cai precum şi al sistemului de curăţire sunt similare, Trebuie menţionat că în afară de abordările bazate pe teoria probabilităţilor, in literatură au fost dezvoltate modele de convecţie-difuzie precum şi modele analitice. În continuare sunt prezentate abordările empirice bazate pe teoria probabilităţilor şi abordările fizice pentru modelarea funcţiei sumă a cumulului de cereale separate. La fel ca şi metodele empirice, abordările bazate pe teoria probabilităţilor şi abordările fizice au nevoie de una sau mai multe funcţii exponenţiale pentru a descrie procesul de separare a cerealelor.

Procesului separării a fost descris matematic prin funcţii singulare exponenţială cu coeficienţi de separare liniari determinaţi experimentale date sintetizat în tabelul 3.1.[25; 26;112] Coeficienţii de separare depind de proprietăţile culturii, debitul de alimentare al combinei, parametrii de proiectare şi ajustarea sistemului de separare. Funcţiile exponenţiale singulare sunt simple şi uşor de calculat, dar nu dau rezultate satisfăcătoare in concordantă cu rezultatele experimentale doar în cazul în care debitul de separare din partea din faţă a unităţii de separare este foarte mare. În lucrările [96; 97] este prezentată o descriere matematică complexă a procesului de separare pentru combine de treierat axiale folosind o funcţie exponenţială pentru treierat şi alta pentru procesul de separare, fiecare având un coeficient constant pentru procesul de treierat. Modelul matematic a fost validat cu date provenite din cercetare experimentale pe două combine de treierat axiale [162]. Abordări similare ale elaborării unor modele matematice de simulare a proceselor de separare se întâlnesc în lucrările [95;96], care dezvoltă descrierea funcţiei suma a cumulului de cereale separate, precum şi a funcţiei cumulului de cereale rămase neseparate prin diferenţa a două funcţii exponenţiale, cu avantajul de a fi corelate foarte bine cu datele experimentale. Majoritatea autorilor au ales coeficienţi constanţi pentru procesul de treier sau procesul migrării şi separării cerealelor, Funcţiileexponenţiale pentru procesului de separae sunt prezentate sintetizat în tabelul 3,2. În ambele tabele 3.1 şi 3.2 sunt indicate atât funcţiile de modelare cât şi autorii lucrărilor în care au fost publicate ecuaţiile empirice pentru modelarea procesului de separare

18

Tabelul 3.1.. Funcţii singulare exponenţiale ce descriu procesul de separare Vasilenko, 1954 Arnold, 1964 Filatov, Chabrat, 1967 Gubsch, 1969 Reed, Zoerb, Bigsby,1974 Scuturător cu cai

Coef. pentru: λ -lungime contrabătător δ -comprimare ψ-viteza de alimentare β-treierat

Wacker, 1985 Sistem Treier Caspers, 1973 Treier Rusanov, 1971 Sistem Treier

-presiune asupra materialului, contrabătător faţă Ψ -în funcţie de l şi alt parametru

Pustygin, 1978 Sistem Treier Lo, 1978 Sistem Treier Trollope, 1982 Sistem Treier Gregory,Fedler, 1987 Scuturător cu cai

E, F -proprietăţile culturilor D, DS, B -lungime diametru tambur Z - numărul de bare υ - distanţa dintre componente

Gregory, 1988 Sistem Treier

Kim, Gregory, 1991 Sistem Curăţire

19

Tabelul 3.2. Diferite funcţii exponenţiale ce descriu procesul de separare

Alferov, Braginec, 1972 Sistem Treier

XA fracţiune de cereal netreierate Coef. pentru:

separare

presiune asupra materialului, contrabătător faţă Ψ în funcţie de l şi alt parametru

treierare

deplasare

separare λ treierare β separare

Klenin, Lomakin, 1972 Sistem Treier

)

Chrolikow,1974 Curăţare

Huynh, Powell, 1978 Curăţire

Trollope, 1982 Sistem Treier

)

Huynh, 1982 Sistem Treier

Böttinger, 1993 Sistem Curăţire

]

Miu, 1995 Sistem Treier

Miu, 1997 Scuturător cu cai

]

3.1.2. Stadiul actual al cercetărilor experimentale privind procesele de separare la combine

Pentru cercetarea experimentală în condiţii de laborator a proceselor de lucru ale sistemelor de separare ale combinelor au fost concepute şi dezvoltate o serie standuri şi instalaţii.eperimentale echipate cu sisteme de măsurare, achiziţii şi prelucrae a datelor experimentale. Un astfel de stand, realizat la universitatea din hohenheim /germania este

20

prezentat în figura 3.4 [120;179]. Standul permite poziţionarea liberă a sistemului de alimentare, a sistemului de treier şi a scuturătorului, fiecare din componentele standului de încercare putând fi alimentat independent de celelalte. Standul foloseşte un sistem de treier cu tambur suplimentar urmat de patru scuturători cu cai.

1.1.

Fig. 3.4..Stand pentru încercarea combinelor convenţionalede separare cu alimentare cu transportator cu bandă [120]

1.2.

Fig. 3.5. Stand de încercare pentru sistemul de curăţire al combinelor de cereale [179]: 1- motor ; 2- mecanism acţionare; 3- canale de aer; 4- mecanism acţionare site; 5 -cutii de colectare cereale; 6- ventilatoare (A – E); 7- sac de colectare; 8-sită vibratoare; 9-primul

uniformizator de paie; 10 - al doilea uniformizator de paie; 11- transportor cu bandă uniformizator de paie; 12- alimentator automat de cereale; 13- ventilatoare (F – G) Pentru colectarea cerealelor separate de unitatea de treiera, standul este prevăzut cu

cutiile 1-5 iar pentru separarea cerealelor de la bătător şi scuturătorii sunt prevăzute cutiile 6-12. Materialul colectat în cutii este cântărit şi curăţat pentru a cuantifica partea de cereale şi partea de păioase în fiecare cutie, iar preaplinul de material de la scuturătorii cu cai este colectat în ultima cutie. pentru măsurarea procentului de cereale sparte. Pentru analiza probelor din secţiunile de treierat şi separare se folosesc sisteme de analiză vizuală şi de imagine computerizată [120]. Pentru calculul consumului de energie a sistemelor sunt măsurate viteza şi momentul de torsiune (cuplul) organelor de alimentare, a tobelor de treier, a tobelor bătătorului şi a scuturătorilor

21

Pentru a optimiza parametrii de proiectare şi a stabili reglajele optime ale sistemelor de curăţire la combinele de recoltat cereale, în vederea îmbunătăţirii proceselor de separare şi pentru a creşte capacitatea de recoltare a combinelor de cereale păioase, la Universitatea din Hohenheim s-a realizat un stand de testare a proceselor de curăţire, prezentat in figura 3.5 [179]. În afara experimentelor efectuate în condiţii de laborator, pe standuri special construite, s-au efectuat şi experimentări în teren, în condiţii de recoltare, prin care s-a studiat influenţa diferiţilor factori asupra proceselor de separare. În acest sens pe combină s-au montat senzori ţi aparate de măsură, pentru studiul influenţei vitezei aerului refulat de ventilator în diferite locuri (poziţii) de-a lungul sitei superioare a sistemului de curăţire al combinei, la diferite încărcări ale combinei cu material recoltat [140].. Pentru monitorizarea vitezelor aerului la sistemul de curățire în timpul recoltării grâului la diferite debite de material MOG (alte materiale decât boabe, cum ar fi materialele păioase, paie, pleavă), cu debite de până la 10 kg/s s-au folosit senzori de viteză (anemometre) cu termistoare. Testele au fost realizate în câmp la recoltarea grâului pe o combină cu flux axial model Case IH 1460, care a fost echipată cu senzori pentru măsurarea vitezei aerului și un sistem de achiziție de date corespunzător (fig. 3.15).

Fig. 3.15. Schema pozitiei senzorilor și a echipamentelor de achizitie de date pe combina cu flux axial folosită la teste.

Viteza aerului care a trecut prin prin sită a fost măsurată cu 32 de senzori de viteză cu termistoare capsulate în sticlă montate în serie.. Tehnicile de regresie multiplă au demonstrat că debitul de cereale, debitul de MOG (alte materiale decât boabe), și raportul dintre MOG și cereale afectează vitezele de-a lungul părților laterale ale secțiunii mijlocii ale sitei.

3.2.Obiectivele tezei de doctorat

Pe plan internaţional şi naţional s-au făcut numeroase cercetări teoretice şi aplicative privind perfecţionarea constructiv-funcţională a sistemelor de curăţire, cercetări promovate şi realizate de prestigioase institute de cercetări cât de departamentele de cercetare ale firmele producătoare de combine de cereale. Cu toate acestea pentru aprofundarea proceselor privind

22

comportarea sistemelor de curăţire se impune continuarea acestor cercetări, teoretice şi experimentale, pentru optimizarea performanţelor acestor sisteme. Obiectivul principal al tezei de doctorat constă în analiza a proceselor de separare a seminţelor din vraful rezultat de la scuturători şi efectuarea unor cercetări teoretice şi experimentale detaliate asupra procesului de separare a semintelor si a celorlalte componente ale vrafului la sistemul de curatire al combinelor de cereale. Scopul finala al cercetărilor il constituie optimizarea procesului de separare-curăţire care să ducă ca la creşterea indicilor calitativi de lucru şi mărirea performanţelor energetice ale combinelor de cereale. Obiectivele cercetărilor teoretice sunt, în principal, următoarele:

• Elaborare unei asinteze a rezultatelor cercetărilor teoretice realizate pe plan internaţional pe baza consultării materialelor documentare existente în literatura de specialitate existentă pe plan internaţional.

• Conceperea şi elaborarea unor modele structurale şi matematice care să descrie cat mai bine procesele de lucru ale sistenelor de separare ale combinei, cu aplicaţii directe la procesele combinate ale sistemul de curatire: a-procesul de cernere al sitelor şi b-procesul de separae prin curenţi de aer (vânturare);

• Simularea pe calculator a unor procese de lucru modelate matematic privind procesul de separare prin cernere şi prin curenţi de aer (vânturare);

• Conceperea unui sistem optimizat de separare/curăţire echipat cu un sistem de ventilare optimizat care să fie adaptabil la condiţiile concrete de teren (pantă) şi la culturii care să răspundă tendinţei actuale de mărire a capacităţii de lucru a combinelor precum şi de automatizarea a procesului de lucru a combinelor, venind în sprijinul producătorilor de a mării eficienţa combinelor şi productivitatea la recoltare. Acest aspect va constitui propunerea pentru un brevet de invenţie

Obiectivele cercetărilor experimentale sunt, în principal, următoarele: • Conceperea/utilzarea unui stand de laborator, prevăzut cu un sistem de separare/curăţie

cu sită (de cernere) şi ventiator centrifugal, echipat cu aparatură de măsură şi achiziţii date experimentale ai parametrilor urmărişi la cercetarea pe stand;

• Studiul influenţilor parametrilor cu o influenta determinanta asupra procesului de separare/curăţire: debitul specific dealimentare cu material; viteza curentului de aer sub sita; raportul parti paioase / seminte din amestecul de material; marimea orificiilor sitelor (apreciata prin gradul de deschidere a jaluzelelor);

• Prelucrarea matematică a datelor experimentale în vedrea elaborării unor concluzii şi recomandări privind optimizarea proceselor de separare/curăţire, prin perfecţionarea constructiv-funcţională a sistemelor cu sită şi ventiator.

23

CAP. 4. CERCETAREA TEORETICĂ A PROCESELOR DE LUCRU ALE SISTEMELOR DE CURĂŢIRE ALE COMBINELOR DE CEREALE 4.1. Modelarea structurală a fluxului de material la combinele de cereale

Fluxul tehnologic de lucru al combinelor convenţionale de recoltat cereale păioase este format din înlănţuirea următoarele procese distincte de lucru: secerare. treier, scuturare, curăţire, transportul şi încărcarea în buncăr. Schema bloc a fluxului tehnologic de lucru este dată în figura 2.1, în care sunt indicate şi principalele organe (sisteme) de lucru care participă la efectuarea proceselor menţionate [34;35,137].

Fig. 4.1. Schema bloc a fluxului tehnologic al combinelor convenţionale de recoltat cereale Semnificaţia notaţiilor din figura 2.1 este următoarea: q este debitul de alimentare cu

material din lan; qcb -debitul de material separat prin contrabătător; qsc -debitul de alimentare al scuturătorului; qssc-debitul de seminţe şi spice separat prin suprafaţa scuturătorului; qv -debitul de vraf care intră la sistemul de curăţire; qpl - debitul de paie lungi eliminate de la scuturător; qps -debitul de paie scurte eliminate de la curăţire; qplv- debitul de pleavă eliminat de la curăţire; qs -debitul de seminţe separat la sistemul de curăţire; qi -debitul de impurităţi eliminat la curăţirea a II- a; qsn -debitul de spice şi frânturi de spice netreierate, recuperate de la sistemul principal de curăţire.

În general, combina convenţională de recoltat cereale păioase cu două sisteme de curăţire, are fluxul tehnologic cu circulaţie materialului de la un aparat (sistem) la altul în serie şi are, o buclă închisă pentru debitul de spice netreierate provenite de la curăţirea I. Debitul de spice netreierate este reintrodus în flux fie la aparatul de treier sau la postbătător.

Prin introducerea în flux a unui aparat de retreierare al spicelor (calculat, dimensionat şi reglat corespunzător) se elimină posibilitatea recirculării şi creşterii exagerate a debitelor de lucru pentru organele de lucru principale din combină. In acest caz, aparatul de treier are un singur debit de intrare (alimentarea din lan) şi două debite de ieşire: prin contrabătător şi prin postbătător spre scuturător. Această modificare a fluxului tehnologic este realizată prin introducerea unui plan înclinat oscilant plasat sub toate

24

elementele scuturătorului, care colectează materialul care trece prin suprafaţa cu orificii a acestora şi-l trimite la transportorul intermediar oscilant (de vraf).[137].

4.2. Bazele teoretice ale proceselor de lucru ale componentelor sistemelor de curăţire ale combinelor de cereale 4.2.1 Modelarea matematică a fluxului de material în sistemul de curăţire ale combinelor de cereale Sistemul de curăţire al combinei este ansamblul funcţional în interiorul căruia se

desfăşoară un proces complex de separare a seminţelor din vraful rezultat de la aparatul de treier prin eliminarea celorlalte componente ale vrafului, cu implicaţii directe asupra performanţelor şi calităţii lucrului întregii maşini. Vraful este un amestec format din seminţe, pleavă, paie scurte, spice şi fragmente de spice treierate şi netreierate, paie lungi, praf. După unii cercetători vraful ajuns la sistemul de curăţire al combinei se compune din: 65...80 % seminţe, 2,5...3 % spice, 12,5...20 % pleavă şi 5... 12 % paie scurte (20...200 mm lungime) [34.

Procentul de pierderi de seminţe la recoltare şi procentul de impurităţi în buncărul combinei, ca indici de apreciere a acesteia, sunt influenţate de eficienţa separării componentelor vrafului în sistemul de curăţire al combinei. După cercetările din literatură [34] circa 67 .. .87 % din pierderile totale ale combinei sunt datorate sistemului de curăţire, mai ales la debite mari de alimentare, deoarece grosimea stratului de material pe sita superioară ajunge până la 100 mm, iar grosimea maximă admisibilă (pentru a nu se depăşi nivelul de pierderi standard) determinată experimental la studiul curăţirii pe site cu jaluzele, conform datelor (confirmate şi de alţi cercetători) este de 30. . .40 mm . Sistemul de curăţire al combinelor trebuie să asigure separarea şi eliminarea eficientă a părţilor păioase din masa de vraf prin efectul combinat al curentului de aer realizat de ventilator şi al separării pe site, simultan cu asigurarea unor pierderi cât mai reduse de seminţe în pleava evacuată. Performantele sistemului sunt influenţate de o multitudine de factori, printre care se menţionează următorii: starea şi componenta materialului (vrafului); tipul sitelor şi regimul lor cinematic; modul de dispunere al sitelor; tipul şi caracteristicile ventilatorului; caracteristicile şi câmpul de viteze ale curentului de aer de-a lungul sitelor şi pe lăţimea de lucru; poziţia relativă între site şi ventilator. Debitul de vraf qv care ajunge în organele de curăţire poate fi calculat cu relaţia: qv = q (1 - λ.c) (4.1) unde: q este debitul de alimentare al aparatului de treier; λ.- coeficientul conţinutului de paie din masa de material exprimat prin raportul între masa paielor şi masa totală materialului; c-coeficientul care caracterizează gradul de mărunţire a paielor de către aparatul de treier, care depinde de umiditatea relativă Ur a paielor, având valorile [34]: c=0,6...0,7, când Ur≤10%; c=0,7...0,8, când Ur=10...15%; c=0,8...0,9, când Ur≥10...15%; Ţinând seama de fluxurile din figura 4.1 şi de notaţiile pentru debitele de material se obţine expresia:

(4.2)

Cantitatea de seminţe qssi care trece prin orificiile sitelor sistemului de curăţire este exprimată prin relaţia:

(4.3)

Debitul de material care trebuie eliminat de ventilator qvent este formată în principal din debitul de pleavă şi de paie scurte:

25

(4.4)

Debitul necesar de aer al ventilatorului Qa pentru antrenarea materialului aflat pe sitele sistemului de curăţire este dat de relaţia:

[m:/s] (4.5)

în care: μg este coeficientul concentraţiei gravimetrice a amestecului de aer şi material (ca în cazul transportoarelor pneumatice): μg = 0,2....0,3, ρa = 1,2 kg/m3 -densitatea aerului.

4.2.2. Dinamica mişcării particulelor vrafului pe sită – condiţii care determină mişcarea relativă şi separarea Separarea seminţelor în cadrul sistemelor de curăţire se realizează datorita stării de cernere imprimate materialului prin intermediul mişcării de oscilaţie a batiului cu site si a curentului de aer ascendent care străbate stratul de material aflat pe sită.

Din punct de vedere al procesului de separare prin cernere prin site, cea mai avantajoasă metodă de deplasare a particulelor pe suprafaţa sitei este deplasarea în salturi, deoarece traiectoria descendentă a particulei este apropiată de verticală, uşurând trecerea particulelor prin ochiurile sitei. Pentru a se obţine separarea rapidă a particulelor cu dimensiuni reduse, este necesar ca acestea să realizeze cât mai multe contacte cu suprafaţa de separare, astfel încât să ajungă într-o poziţie favorabila faţă de ochiul sitei (în dreptul suprafeţei libere şi să treaca în cernut.

Mişcarea materialului pe site, care conduce la separarea seminţelor prin orificii, este o mişcare relativă impusă de forţele de inerţie imprimate de site prin regimul lor cinematic. Regimul cinematic al sitelor şi distribuţia forţelor de inerţie pe lungimea sitelor sunt influenţate

Fig. 4.3. Schema cinematică a unei site oscilante cumecanism bielă-manivelă . În figura 4.3 este prezentată şi schema cinematică a sitei plane oscilante, planul sitei

formând cu orizontala unghiul α. [114]. În vederea efectuării studiului teoretic al mişcării particulelor pe suprafaţa sitei, sistemului de antrenare (mecanismul bielă - manivelă) i se ataşează sistemul de axe x - y, axa x - x formând unghiul β cu orizontala. Acest unghi caracterizează înclinarea faţă de orizontală a direcţiei forţei de inerţie Fi care se transmite ansamblului sitei de către mecanismul bielă -

26

manivelă (fig. 4.4 ,a şi 4.5,a). Ansamblului sitei i se ataşează sistemul de axe ξ- η, axa ξ - ξ fiind conţinută în planul sitei, formează unghiul α cu orizontala (fig. 4.4, b şi 4.5, b).

Fig. 4.4. Schema forţelor care acţionează asupra unei particule de material la deplasarea pe suprafaţa sitei în sensul pozitiv al axei ξ-ξ

Dispunerea sitei faţă de orizontală precum şi dispunerea sistemului de acţionare faţă de cadrul

sitei, trebuie să asigure deplasarea în salturi a tuturor particulelor spre locul de colectare a refuzului. Asupra unei particule singulare, aflată pe suprafaţa sitei, acţionează următoarele categorii

de forţe:forţa de greutate: gmG ⋅= ; forţa de innerţie: rmFi ⋅⋅=2ω şi forţa de frecare:

)]sin{[ βαµµ +⋅+⋅⋅=⋅= xf agmNF

Fig. 4.5. Schema forţelor care acţionează asupra unei particule de material

la deplasarea pe suprafaţa sitei în sensul negativ al axei ξ-ξ

Deoarece mişcarea suprafeţei este ciclică, în cadrul unui ciclu de funcţionare (o rotaţie a manivelei mecanismului de producere a oscilaţiilor sitei), proiecţia pe axa x-x a acceleraţiei centrifuge ω2·r (acceleraţia ax), îşi modifică semnul. Astfel, pentru prima semiperioadă, când biela execută o mişcare de avans (manivela este cuprinsă în semiplanul aflat în stânga axei y-y), accelaraţia ax este orientată în sensul negativ al axei x - x (fig.4.4, a), iar pentru a doua

27

semiperioadă , când biela execută mişcarea de retragere (manivela se află cuprinsă în semiplanul din dreapta axei y-y), acceleraţia ax este orientată în sensul negativ al axei x - x (fig.4.5.a

Sensul în care particulele efectuează saltul pe suprafaţa sitei (înspre amonte sau înspre aval) pe parcursul uneia dintre semiperioadele unui ciclu de funcţionare, depinde de efectul componentei rezultantei forţelor care acţionează asupra particulei în cadrul fiecărei semiperioade.

În baza schemei prezentate în figura 4.4,a, parametrii mişcării oscilatorii armonice a sitei (spaţiul, viteza şi acceleraţia) se determină prin relaţiile:

⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅=⋅⋅=

)cos(

)sin()cos(

2 tratrv

trx

x

x

ωω

ωωω

(4.6)

în care r şi ω sunt, raza şi, respectiv viteza unghiulară a manivelei. Pentru a se face distincţie între cele două cazuri de deplasare a particulelor pe suprafaţa

sitei (în sensul pozitiv sau negativ al axei ξ- ξ ), corespunzătoare celor două semiperioade ale mişcării sitei, în ecuaţiile caracteristice mişcării particulei, mărimilor cinematice li se ataşează inicele s pentru cazul deplasării particulelor în sensul pozitiv al axei ξ-ξ (în sus) şi indicele j pentru cazul deplasării particulelor în sensul negativ al axei ξ-ξ (în jos).

Deplasarea particulelor în sensul pozitiv al axei ξ-ξ. În figura 4.4,b sunt prezentate forţele care acţionează asupra unei particule de masă m aflată în contact cu suprafaţa de separare. Pentru acest caz, acceleraţia ax este orientată în sensul pozitiv al axei x - x , fapt pentru care forţa de inerţie Fi = m·ax este orientată în sensul negativ al axei x - x.

Ecuaţia diferenţială a mişcării relative a particulei faţă de planul sitei are expresia:

ssxdtd tgNgmamm s ϕαβαξ ⋅−⋅⋅−+⋅⋅=⋅ sin)cos(2

2

(4.8) în care φs este unghiul de frecare dintre particulă şi suprafaţa sitei. Dacă în ecuaţia diferenţială (4.7) se introduce expresia forţei normale Ns şi expresia

acceleraţiei ax , se obţine forma finală a ecuaţiei diferenţiale care defineşte mişcarea relativă pe suprafaţa sitei a particulei în sensul pozitiv al axei ξ-ξ :

[ ] ϕ ϕβαϕβα ϕαξ ωωξ cos )cos()cos( )sin(2 )cos(22 +++++ ⋅⋅−⋅⋅⋅== gtrdtds s (4.9) Deplasarea particulelor în sensul negativ al axei x-x. În figura 4.5, b sunt prezentate

forţele care acţionează asupra particulei de masă m aflată în contact cu suprafaţa sitei, pentru cazul în care acceleraţia ax este orientată în sensul negativ al axei x - x , forţa de inerţie fiind orientată în sensul pozitiv al axei x – x. iar ecuaţia diferenţială, care descrie mişcarea relativă a particulei pe suprafaţa sitei, are expresia:

ϕαβαξ tgNgmamm jxdtd j ⋅−⋅⋅++⋅⋅=⋅ sin)cos(2

2

(4.11) Dacă în ecuaţia diferenţială (4.11) se introduce expresia acceleraţiei ax şi a forţei normale

Nj, se obţine forma finală a ecuaţiei diferenţiale care defineşte mişcarea relativă a particulei, aflată în contact cu suprafaţa sitei, în sensul negativ al axei ξ -ξ :

ϕ

ϕβαϕβα

αϕξ ωωξ cos)cos(

)cos()sin(2 ])cos([2

2−+

−+− ⋅⋅−⋅⋅⋅== gtr

dt

dj

j (4.12)

28

Deosebirile dintre expresiile ecuaţiilor diferenţiale (4.9) şi (4.12) scot în evidenţă diferenţa dintre condiţiile de deplasare a particulei pe suprafaţa sitei în sens pozitiv respectiv, negativ al axei ξ - ξ .

Integrând o singură dată ecuaţiile diferenţiale (4.8) şi (4.11) se obţin expresiile unor ecuaţii diferenţiale de ordinul întâi, care caracterizează evoluţia vitezelor relative de deplasare a particulei în raport cu suprafaţa sitei:

⋅⋅⋅−⋅⋅⋅==

⋅⋅⋅−⋅⋅⋅==−+

−+−

++++

+

ϕϕβα

ϕβααϕξ

ϕϕβα

ϕβαϕαξ

ωωξ

ωωξ

cos)cos(

cos()sin(

cos)cos(

)cos()sin(

])sin([

])sin([

tgtr

tgtr

dtd

j

dtd

s

j

s

(4.13)

Relaţiile (4.8), (4.12) şi (4.13) sunt utilizate pentru studiul teoretic a comportării particulelor la deplasarea lor pe suprafaţa de separare, prin intermediul tehnicii de calcul moderne, folosind în acest scop pachetul de programe specializate în calcul matematic MathCAD sau MATLAB.

4.2. 3. Bazele teoretice ale separării impurităţilor păioase în curenţi de aer

4.2.3.1. Aspecte generale Rolul curentului de aer debitat de ventilatorul sistemului de curăţire este de a antrena şi

transporta particulele uşoare din masa de vraf (praf, pleavă, paie şi spice tocate) fără să producă antrenarea şi transportul acestora odată cu seminţele culturii principale. De aceea este necesar cunoaşterea proprietăţilor aerodinamice ale particulelor (componentelor) produselor păioase şi seminţelor: viteza de plutire si coeficientul de rezistenţă aerodinamică C.

Viteza de plutire vp este acea viteza a curentului de aer va care asigură menţinerea particulei în echilibru dinamic. Viteza de plutire are valori cuprinse într-un interval larg datorită numărului mare de factori care o influenţează. Aceasta poate fi determinată analitic pentru particulele ideale (de formă sferică, izotrope, care au poziţie stabilă în curentul de aer) şi experimental cu ajutorul unor instalaţii speciale.

Fig.4.11.Forţele care acţionează asupra particulei aflate într-un

curent de aer vertical ascendent Când o particulă materială se află într-un curent de aer vertical, ascendent (fig.4.11) care

are o viteză constantă va în toate punctele de pe secţiunea transversală a conductei, aceasta este supusă acţiunii forţei de greutate G şi a forţei portante a curentului de aer F. Particula se poate afla în una din situaţiile următoare:

- G> F, particula se va depune sub acţiunea forţei gravitaţiei;

29

- G< F, particula va fi antrenată de curentul de aer, deplasându-se în sensul de mişcare al acestuia;

- G=F, particula va pluti în curentul de aer. Particulele antrenate de curentul de aer se vor deplasa cu viteze diferite în funcţie de

forma şi greutatea lor. Forţa de portanţă F a curentului de aer se poate determina astfel: - pentru curgerea laminară a aerului, cu relaţia lui Stokes: pvdF ⋅⋅⋅⋅= ηπ3 (4.22) - pentru curgerea turbulentă a aerului, cu relaţia lui Newton:

gv

apSCF

2

γ⋅⋅= (4,.23)

în care: η este vâscozitatea dinamică a aerului; d- diametrul particulei; vp- viteza relativă a particulei faţă de cea a câmpului aerodinamic; C- coeficientul de rezistenţă a câmpului aerodinamic (adimensional); S- suprafaţa proiecţiei particulei pe un plan perpendicular pe direcţia vitezei; aγ - masa volumică a aerului ( aγ = 1,2 kg/m

3); g- acceleraţia gravitaţională. Ecuaţia de mişcare a particulei la deplasarea în câmpul aerodinamic cu viteza v se

exprimă cu relaţia cunoscută din aerodinamică : GFm dtdv =+⋅ (4.24) Cazul de plutire a particulei în curentul de aer are loc când G=R, condiţie din care rezultî

relaţia: 2

2

pagv

a vSCSCGp ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= ⋅ργ (4.25)

în care: aρ este densitatea aerului : ρa = g. aγ . Din relaţia (4.25)rezultă viteza de plutire vp sau viteza critică de plutire, vc, exprimate

prin relaţia:

aSC

gGcp vv γ⋅⋅

⋅== (4.26) La rândul său coeficientul de rezistenţă aerodinamică d C depinde de regimul de curgere

al fluidului (aerului), caracterizat prin numărul Reynolds Re, dat de relaţia cunoscuta: Re =v.d/γ, (4.27)

în care :d este diamertul particulei, în m; v-viteza de curgere a fluidului, in m/s; γ- vâscozitatea cinematică a fluidului, în m2/s.

Determinarea prin calcul a vitezei de plutire a particulelor, chiar şi pentru cele de forma sferică, este destul de complicată, de aceea aceste viteze se determină experimental prin diferite metode din literatura de specialitate.

4.2.3.2..Viteza de plutire a fragmentelor de paie şi a plevii Componenta produselor păioase extrase din care vraf ajunge la sistemul de curăţire este

formată din amestec de pleavă (resturi de spice, ariste şi palee) şi paie, de cu lungimi l care încep de la câţiva mm pană la l = 20...30 cm (majoritatea o formează fragmente de paie cu lungimi cuprinse in limitele l =3...20 cm. În cazul mişcării produselor păioase şi a seminţelor în canale şi camerele de separare ale regimul de curgere a fluidului în jurul particulei este caracterizat de numărul lui Reynolds Re dat de relaţia [34]:

Re =va.D/ γ, (4.28)

30

unde: va este viteza fluidului, în m/s; D- diametrul conductei, canalului sau dimensiunea echivalentă a camerei respective, în m; γ- vâscozitatea cinematică a fluiudului, în m2/s.

Regimul de curgere a fluidului in jurul particulei respective este de asemenea caracterizat prin de numărul lui Reynolds Re dat de relaţia (4.27) pusă sub forma:

Re” =v.d/γ, (4.29) unde: v este viteza relativă a particulei faţă de fluid, în m/s; d-diametrul particulei saiu dimensiunea echivalentă a acestuia, în m

Regimul de curgere a fluidului în jurul particulelor este influenţată puternic de mişcarea de rotaţie particulei în curentul de fluid, care face, probabil, ca valoarea coeficientului aerodinamic să crească, iar pe de altă parte datorită nesimetriei scurgerii aerului ăn jurul particulei, apar şi forţe laterale care pot deplasa particula pe diferite direcţii. S-a constatat că regimul de curgere a fluidului în jurul particulelor depinde de masa volumică a acestora şi diametrul mediu echivalent, La lungimi ale paielor de 5 mm fragmentele de paie cu nod au o masă specifică de peste 0,5 g/m3, iar la fragmentele de peste 20 cm diferenţele dintre paiele cu nod şi fără nod dispar.

Relaţia de calcul a vitezei de plutire a fragmentelor de paie vp se determină cu relaţia[34]: vp =10 mm vd . (4.30)

unde: dm este diametrul echivalent al segmentului de paie, în m; ρm- masa specifică a paielor, în kg/m3. Se observă că viteza de plutire depinde de produsul (dm. γm). Din cercetări experimentale a rezultat că viteza e plutire a paielor cu fragmente cu lungimi de 19...100 mm (cu şi fără noduri) are valori cuprinse între limitele vp = 2,5...5,0 m/s [34]. Determinarea coeficientului de rezistenţă aerodinamică a fragmentelor de paie depinde de secţiunea paielor S, considerate ca un cilindru cu diametrul d şi lungimea l, şi este dat de relaţia: S =d.l. (4.31) Cunoscând viteza de plutire determinată experimental, caloarea coeficientului de rezistenţă aerodinamică C (adimensional) se determină cu relaţia [34]: C =G/F.ρ.vp2 (4.32) în care: G este greutatea fragmentului; ρ= γm.g –greutatea specifică a materialului (paielor)

În practică, determinarea secţiuniiF a fragmentelor de paie este deosebit de complicată, deoarece în realitate în curentul de aer paiele îşi schimbă poziţia sau se rotesc. De aceea cecetările din domeniu propun un un alt coeficient de rezistenţă, determinat de relaţia 125]:

K =G/ vp2 [Ns2/m2] (4.33) Calculul coeficientului de rezistenţă K a scos în evidenţă are o variaţie liniară cu

lungimea fragmentelor l. Prin măsurători experimentale, s-au stabilit următoarele relaţii de calcul al coeficientului de rezistenţă K [34:

• pentru fragmente fără nod: K =0,205.l (4.34)

• pentru fragmente cu nod la un capăt : K =0,261.l

n care l este lungimea fragmentelor, în m. Pleava se poate considera că este formată în special din particule uşoare a căror viteză de

plutire este mult mai mică decât cea a fragmentelor de paie şi, evident, a seminţelor. Din literatură de specialitate din domeniul separării la sistemele de curăţire s-a stabilit experimental că viteza de plutire a plevii nu depăşeşte pe cea a fragmentelor de paie. De exemplu, pentru pleava de grâu cu umiditatea de 7,5% valoarea medie a vitezei de plutire este de 1, 2...1,3 m/s pentru pleava formată din palee şi ariste şi 2,16 m/s pentru spice fără seminţe [34].

31

4.2.3.3. Viteza de plutire a seminţelor Încercările de determinare a vitezei de plutire vp prin calcul nu a dat rezultate

satisfăcătoare datorită dificultăţilor în determinarea coeficientului aerodinamic C şi a secţiunii seminţei S. Determinarea secţiunii F a seminţelor, aceasta poate fi făcută cu relaţia F = . π.d2/4 (4.35) în care d este diametrul mediu al seminţei ( în cazul grâului diametrul mediu se consideră ca medie dintre lîţimea şi grosimea seminţei). Diametrul mediu al seminţei se poate determina pe baza sferei echivalente volumului V al seminţei şi se determină, cu relaţia: d =(6V/ π)1/3 (4.36) Secţiunea F a seminţei se poate determina în baza celor cele trei dimensiuni a, b şi c ale seminţei, cu relaţia: F =(a.b.c)2/3 (4.37) Determinarea vitezelor de plutire vp se face pe cale experimentală prin mai multe procedee. Prin prelucrarea mai multor date experimentale a fost găsită o corelare între vitezelor de plutire vp şi greutatea G a seminţelor, exprimată prin relaţia: vp = 4,32-0,106 G. (m/s) (4.38)

Valorile coeficientului de rezistenţă a câmpului aerodinamic C şi viteza critică de plutire vc ale unor seminţe de cerele sunt date în tabelul 4.1.

Tabelul 4.1. Valorile coeficientului de rezistenţă a câmpului aerodinamic C şi viteza

critică de plutire vc ale unor seminţe de cerele Denumirea

culturii Coeficientul de

rezistenţă a câmpului aerodinamic, C

Viteza critică de plutire

vc (m/s)

Grâu 0,184...0,265 8,9...11,5 Secară 0,160...0,222 8,4...10,0 Ovăz 0,17...0,30 8,0...9,0 Orz 0,190...0,270 8,4...10,8

4.3.. Calculul parametrilor sistemelor de curăţire ale combinelor de cereale Parametrii ventilatorului sistemelor de curăţire se stabilesc ţinând seama de următoarele

condiţii: curentul de aer să acţioneze in mod uniform pe lăţimea sitei totodată să acţioneze pe întreaga lungime a sitei şi să antreneze afară din maşină toate fracţiunile uşoare libere din amestecul de seminţe.

Debitul de aer pe care trebuie să-1 realizeze ventilatorul depinde de debitul de particule uşoare care ajunge la sistemul de curăţire, dat de relaţia:

qu =(cp+cs).qv/100 (4.39)

în care: qu este debitul de fracţiuni uşoare; cp – conţinutul de pleavă în masa de vraf [%];cs - procentul de paie scurte în masa de vraf [%];qv - debitul de vraf.

Debitul de aer Qa [m3/s] se calculează cu relaţia:

32

Qa = q / μ .ρ (4.40)

unde: ρ este masa specifică a aerului; μ - coeficientul concentraţiei gravimetrice, μ = 0,2...0,3. Viteza curentului de aer în zona de antrenare a fracţiunilor uşoare trebuie să fie mai mare

decât viteza critică a cestora şi mai mică decât viteza critică a particulelor care trebuie să rămână. Valorile vitezei critice au valorile : v c r = 0,75...5,25 m/s, la pleavă şi v c r = 2,1...7 m/s la paie scurte şi spice fără boabe [34].

Viteza curentului de aer în secţiunea de refulare al ventilatorului se alege mai mare decât viteza lui în zona de separare întrucât el suferă o difuzie laterală după ieşirea din ajutaj şi se calculează cu relaţia [100]: v a = kv . v c r (4.42)

unde: kv este coeficient de proporţionalitate care ţine seama de difuzia laterală a curentului de aer, kv = 1,4 ... 1,7; v c r - viteza critică a particulelor uşoare [100]:.

Fig. 4.12. Schema de amplasare a ventilatorului în raport cu sita

Schema de amplasare a ventilatorului în raport cu sita sistemului de curăţare este prezentată

în figura 4.12 în baza căreia se determină parametrii de bază ai ventilatorului[100]: Aria secţiunii orificiului de evacuare a aerului la carcasa ventilatorului se determină în

funcţie de debitul şi viteza aerului, din care rezultă: S = Qa / v a = B.Ie (4.43)

în care: Bc este lăţimea ventilatorului; Ie - înălţimea orificiului de refulare. De regulă lăţimea orificiului de refulare este egală cu lăţimea sitelor, Bc = B, şi rezultă

înălţimea lt = Q a /B c v a . înălţimea orificiului de evacuare Ie şi poziţia lui faţă de sită trebuie să fie astfel încât să asigure acţiunea curentului de aer pe toată lungimea sitei. Valoarea distanţei de la marginea canalului de refulare până la marginea canalului de refulare până la sită rezulta din figura 4.7 si este dată de relaţia.

( ) ( )[ ]( ) ( )βδβδβδδδβδ

−−+−⋅+−−⋅

=tgtg

tgItgLa es sincos (4.44)

în care: Ls este lungimea sitei; a - distanţa de la marginea canalului de refulare până la sită; δ- unghiul de înclinare a direcţiei curentului de aer faţă de sită, poziţia optimă separării corespunde la δ = 25 ...30°; β- unghiul de expansiune a curentului de aer, β = 1 2 . . . 16°.

33

Elaborarea unui model matematic pentru determinarea consumului de energie constituie un instrument eficient pentru a prognoza necesarul de energie. Valoarea puterii necesare la nivelul ventilatorului Pb (în kw).şi se estimează cu ajutorul formulei [6]:

( 4.45) unde: este coeficientul de putere necesară ventilatorului, ce conţine parametrii de proiectare ai acestuia; - viteza periferică a ventilatorului în m/s. In acelaşi timp în lucrarea [6] s-a propus şi o formulă a calculului puterii necesare la nivelul sitelor. S-a înlocuit setul de site cu o sită unică echivalentă obţinându-se formula:

, ( 4.46) unde: este coeficientul de putere necesară sitelor, calculat la rândul lui cu formula:

, ( 4.47) în care: este raportul dintre masa de material agitată de site şi debitul de material în combină;

- lungimea echivalentă a sitelor în m; - amplitudinea mişcării provocată de oscilaţia sitelor, în m; - acceleraţia gravitaţională , în m/s; - deplasarea spre înapoi a masei de material pe sită, pe oscilaţie, în m. Valorile parametrilor , şi sunt impuse de cerinţele funcţionale a combinelor iar valorile parametrului cf se aleg în funcţie de tipul culturii şi de condiţiile de exploatare.

34

CAP. 5. CONTRIBUŢII LA STUDIUL EXPERIMENTAL AL PROCESELOR DE LUCRU ALE SISTEMELOR DE SEPARARE-CURĂŢIRE A COMBINELOR DE RECOLTAT CEREALE 5.1. Obiectivele şi programul cercetarilor experimentale

Obiectivul de bază al cercetării experimentale a constat în studiul pe stand, în laborator,

a procesului de separare a seminţelor dintr-un amestec format din seminţe şi particule păioase standul fiind echipat cu o sită de tip Petersen (acest tip echipează sistemele de curăţire tradiţionale ale combinelor de cereale).

În cadrul cercetărilor s-a urmărit realizarea următoarelor obiective: - studiul distribuţiei masei de seminţe separate pe lungimea sitei în funcţie de conţinutul

(procentual) de particule păioase şi de mărimea deschiderii orificiilor sitei; - studiul variaţiei pierderilor (procentuale) de seminţe de ovăz în funcţie de conţinutul

(procentual) de particule păioase şi de mărimea deschiderii orificiilor sitei ; - studiul variaţiei vitezei curentului de aer în diferite puncte plasate pe lungimea sitei în

funcţie de diferite poziţii ale clapetei de reglare a debitului de aer al ventilatorului; - analiza comparativă a procesului de separare a seminţelor din amestecuri seminţe -

particule păioase cu compoziţii similare pentru culturile de ovăz şi orz; 5.2. Construcţia si funcţionarea standului de laborator

Experimentările au fost efectuate în cadrul Departamentului Sisteme Biotehnice de la Facultatea de Ingineria Sistemelor Biotehnice a Universităţii Politehnica din Bucureşti, utilizând un stand experimental realizat la acest departament pentru alte cercetări anterioare [150]. Schema de principiu a standului este prezentată în figura 5.1 [137, 150,155, la baza realizării constructive şi funcţionale a standului fiind sistemul de curăţire utilizat la combinele tradiţionale (clasice). La construcţia standului s-a utilizat o sită cu orificii reglabile (tip Petersen), adaptată la condiţiile funcţionării în laborator ( pentru cantităţi mai mici de material), având lungimea totală de 1,2 m şi lăţimea de lucru de 0.22 m. (o singură secţiune de pe lăţimea sistemului de curăţire).

Fig.5. 1. Schema de principiu a standului utilizat la experimentări [150; 137,155]: 1- sită cu orificii reglabile (tip Petersen); 2 - transportor oscilant; 3-buncăr de alimentare

cu vraf; 4 -ventilator centrifugal cu carcasă spirală; 5-uniformizator de aer evacuat; 6-

35

sertar deplasabil de colectare a materialului separat prevăzut cu două seturi de compartimente;

2- Sita 1 este suspendată articulat la extremităţi cu ajutorul a două balansiere (bielete) de suspendare O1B1, şi O1C1, cu lungime reglabilă. Unghiul de înclinare al sitei faţă de orizontală se poate regla atât prin modificarea poziţiei sitei pe cadrul sudat 7, cât şi prin modificarea lungimii balansierelor (sita s-a montat la un unghi faţă de orizontală de aproximativ 7o). Lungimea bielei AB a mecanismului de acţionare a sitei este reglabilă., la experimente sita având lungimea de 728 mm), iar excentricitatea (manivela) de asemenea, alegându-se în cazul experimente valoarea de 0,035 m. Sita a fost închisă de o parte şi de cealaltă, cu două foi din tablă zincată, formând astfel o cameră de separare din care aerul refulat de ventilatorul 4 nu poate ieşi decât pe deasupra sitei (la trecerea vrafului de pe transportorul oscilant pe sită), prin orificiile sitei sau pe la partea din spate a acesteia, încât se poate aprecia că astfel se formează o cameră de separare-curăţire pneumatică, închisă la partea de sub sită cu o cutie de colectare pe secţiuni a seminţelor separate prin jaluzele. Dirijarea curentului de aer sub sită, realizat de ventilatorul centrifugal 4 şi de uniformizatorul de aer refulat 5, a fost realizată astfel încât să cuprindă întreaga lungime a sitei 1, pornind de la capătul posterior al transportorului oscilant 2. Mecanismul de acţionare a sitei şi ventilatorului, de tipul cu curele trapezoidale, a permis realizarea unei frecvenţe de oscilaţie a sitei de 325 osc/min şi a unei viteze a curentului de aer la ieşirea din ventilator de 8.2 m/s. Ceilalţi parametri ai mecanismului de acţionare au avut aceleaşi valori ca la combina Dropia 1180 (fabricată în România).

Fig.5.4. Construcţia cutiei de colectare a materialului separat prin orificiile sitei: 1–sertar cu alveole; 2-carcasă din lemn; 3-plane înclinate de dirijare material; 4-rigletă din

lemn pentru controlul orificiilor de golire;

În procesul separării (curăţirii), materialul care a trecut prin orificiile sitei cu jaluzele s-a colectat într-un sertar 1 (fig.5.4) cu două seturi de câte opt compartimente, plasate uniform pe lungimea sitei Sertarul 1, care are alveole cu lungime egală (75 mm) se poate deplasa în interiorul casetei (carcasei) de lemn 2 prevăzută cu câte un plan înclinat 3 pentru fiecare grup de

1

2 3

4

36

două compartimente de colectare. Sertarul 1 poate fi poziţionat cu unul din cele două seturi de compartimente în dreptul planelor înclinate de dirijare, astfel încât, într-unul din seturile de compartimente, să poată fi colectate numai seminţele care corespund încărcării nominale a sitei, dupa stabilizarea procesului de separare. Evacuarea seminţelor colectate în alveole se realizează prin orificii de golire care la experimentari sunt închise cu ajutorul unei riglete din lemn 4. 5.3. Pregătirea materialului pentru experimente

Materialul folosit la experimente a fost un amestec format din seminţe şi particule păioase. Au fost folosite amestecuri pentru 2 culturi: a) amestec de seminţe de orz şi particule păioase (pleavă şi fragmente de paie) b) amestec de seminţe de ovăz şi particule păioase (pleavă şi fragmente de paie). Caracteristicile principale ale materialelor folosite la amestecuri au fost următoarele: masa volumică a seminţelor. 587 kg/m3 la orz şi 455 kg/m3la ovăz; masa a 1000 seminţe 38,3...41,8 g, la orz şi 25.6...28.5 g, la ovăz; conţinutul de umiditate relativă a seminţelor : 11.7...12.2 %, la orz şi 11.3...12.5% la ovăz; masa volumică a părţilor păioase a fost în limitele 58,4...64,7 kg/m3. Umiditatea paielor uscate apropiată de cea a seminţelor.

Fig. 5.5. Construcţia instalaţiei de vânturare şi separare:

1-pâlnie de alimentare cu material tocat; 2-jgheab de alimentare uniformă cu material; 3-camera de separare; 4-motorul electric pentru acţionarea ventilatorului; 5-ventilator; 6.-vas de

colectare seminţe; 7-sac de filtrare aer evacuat şi colectare praf

Înainte de amestecare cu seminţele, particulele păioase (pleavă şi fragmente de paie) au

fost mărunţite cu o maşină de tocat resturi vegetale cu acţionare electrică. Fragmentele de paie în amestecul de particule păioase realizate au avut următoarele 3 fractii de distribuţie dimensională: 15% pleavă simplă (palee şi fragmente de paie foarte scurte); 44% paie mici (fragmente tocate sub 3...4 cm lungime); 41% paie mari (fragmente de paie cu şi fără nod sub 7...8 cm lungime).

5

4

3

1

2

7

6

37

Determinarea valorilor fracţiilor au fost realizată prin separarea amestecului de părţi păioase cu ajutorul unei vânturători de laborator (fig. 5.5), care se compune dintr-o pâlnie de alimentare cu material 1, jgheabul 2 de uniformizare a alimentării, camera de separare 3 şi motorul electric 4 pentru acţionarea ventilatorului 5. Seminţele au fost colectate în vasul 6 iar părţile păioase (paie şi pleavă) în sacul de colectare 7. 5.4. Desfăşurarea experimentelor şi parametrii principali urmăriţi Pentru a urmări distribuţia curentului de aer pe lungimea sitei au fost efectuate măsurători ale vitezei aerului la mersul în gol al standului, la aceeaşi turaţie a rotorului ventilatorului, în locuri (puncte) plasate la distanţe egale de fereastra de evacuare a ansamblului ventilatorului până la capătul posterior al sitei. Determinările au fost făcute pentru trei poziţii diferite ale clapetei de reglare a curentului de aer: prima poziţie a clapetei a fost când prelungirea acesteia s-a plasat la capătul posterior al sitei, în punctul cel mai depărtat de ventilator, iar ultima poziţie a fost când prelungirea clapetei s-a poziţionat la 30 cm de capătul anterior al sitei. Cea de-a doua poziţie a fost una intermediară.

Pentru fiecare set de experienţe viteza curentului de aer la ieşirea din canalul de refulare al ventilatorului a fost măsurată cu ajutorul unui anemometru cu palete (turbină) şi verificată cu un aparat de măsură cu tub Pitot, valoarea obţinută fiind media valorilor rezultate la trei determinări succesive. Materialul care a trecut prin orificiile sitei cu jaluzele a fost colectat în sertarul cu două seturi de câte opt compartimente pe lungimea sitei pe o perioada de testare de 6 secunde, pentru ca, prin deplasarea sa în timpul efectuării experimentului, să poată fi colectat numai materialul corespunzător încărcării nominale a sitei. Un timp mai mare de colectare ar fi umplut mai mult cutiile de sub sită şi exista posibilitatea ca seminţele colectate să se supraîncarce şi să treacă în cutiile alăturate. Determinările s-au făcut cu sita în regim nominal, adică s-a colectat material numai după ce primele particule de material au ajuns la capătul posterior al sitei (deşi la evacuare au fost foarte puţine seminţe). Debitul de material nu a putut fi prea mare, 0,06 kg/dm⋅s, dar s-a păstrat acelaşi la toate probele (cu