Grundlagenuntersuchungen am Mähdrescher-Vorbereitungsboden mit pneumatischer Unterstützung

Abstract

Nowadays the cleaning unit in combines is often the power limiting assembly unit. There are no additional accelerating fields acting to segregate and separate grain besides gravitational acceleration. A strengthened pre separation of the material mixture acting in front of the winnowing step in the combine can increase the power of the cleaning unit without additional accelerating fields. A pneumatically supported separation process at the preparation floor is a promising measure. The target is to generate a fluidized bed. Conveying and segregation at the preparation floor are modeled following different approaches. The analytical description of the conveying at the pneumatically supported preparation floor by means of extended point mass approaches in conjunction with a stochastic description of the segregation is suitable for conventional modeling approaches for complex process engineering processes to a limited extent. For the experimental evaluation of the conveying and segregation a test rig with an additional fan at the preparation floor is developed. The test rig allows the determination of grain losses, cleanliness, return and separation characteristic in the cleaning unit. As typically handled in combines the feeding of the material is handled via the preparation floor and return pan. In order to be able to assign the grain losses to the point of delivery, the grains transported on the return pan are coloured. To evaluate the segregation at the preparation floor, the average height of the grain above the preparation floor is to be determined. This determination is done by means of a high-speed camera recording with subsequent particle tracking. The investigations at the preparation floor without pneumatically support show that the segregation at the preparation floor is restricted at high throughputs. Furthermore, it demonstrates that upon increasing throughput the proportion of the grains in the share of grain losses from the return pan increases disproportionally higher than the total grain losses. The design notes derived therefrom include the adaptation of the preparation floor length as well as the optimization of the return pan’s connectivity to the cleaning unit. By means of a pneumatic support arranged in the last third of the preparation floor, a fluidized bed is generated in the investigation, which increases the work efficiency of the cleaning unit by approximately 10%.

Die Reinigung ist heute oft die leistungsbegrenzende Baugruppe im Mähdrescher, da zur Entmischung und Abscheidung von Korn neben der Gravitationsbeschleunigung keine zusätzlichen Beschleunigungsfelder wirken. Um die Leistung der Mähdrescher-Reinigung ohne zusätzliche Beschleunigungsfelder zu steigern, kann eine intensivierte Vorsortierung des Gutgemisches vor Eintritt in die Fallstufe der Mähdrescher-Reinigung zielführend sein. Hierfür erweist sich die pneumatische Unterstützung des Sortierprozesses am Vorbereitungsboden als aussichtsreiche Maßnahme. Ziel ist die Erzeugung einer Wirbelschicht. Zur Modellierung der Förderung und Entmischung auf dem Vorbereitungsboden werden verschiedene Ansätze angewendet. Die analytische Beschreibung der Förderung auf dem pneumatisch unterstützten Vorbereitungsboden durch erweiterte Punktmassenansätze in Verbindung mit einer stochastischen Beschreibung der Entmischung ist zur Modellierung komplexer verfahrenstechnischer Prozesse nur eingeschränkt geeignet. Zur experimentellen Bewertung der Förderung und Entmischung wird ein Versuchsstand mit einem zusätzlichen Gebläse am Vorbereitungsboden entwickelt. Der Versuchsstand erlaubt die Ermittlung der Kornverluste, der Sauberkeit, der Überkehranteile und der Abscheidekennlinie in der Mähdrescher-Reinigung. Ausgerichtet am Mähdrescher erfolgt die Gutbeschickung sowohl über den Vorbereitungs- als auch über den Rücklaufboden. Um die Kornverluste dem Beschickungsort zuordnen zu können, werden die Körner auf dem Rücklaufboden eingefärbt. Zur Bewertung der Entmischung auf dem Vorbereitungsboden wird die mittlere Aufenthaltshöhe des Korns über dem Vorbereitungsboden herangezogen, welche durch Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen mit anschließender Partikelverfolgung ermittelt wird. Die Untersuchungen am Vorbereitungsboden ohne pneumatische Unterstützung zeigen, dass bei hohen Gutdurchsätzen die Entmischung auf dem Vorbereitungsboden eingeschränkt ist. Weiterhin wird deutlich, dass sich mit steigendem Gutdurchsatz der Anteil der Körner vom Rücklaufboden an den Kornverlusten überproportional zum Gesamtkornverlust vergrößert. Die aus den Untersuchungen abgeleiteten Gestaltungshinweise beinhalten die Anpassung der Vorbereitungsbodenlänge und die Optimierung der Rücklaufbodenanbindung in der Mähdrescher-Reinigung. Durch eine im letzten Drittel des Vorbereitungsbodens angeordnete pneumatische Unterstützung wird eine Wirbelschicht erzeugt, die den Arbeitserfolg der Mähdrescher-Reinigung um rund 10 % steigert.