CC BY
58
УДК 631.363.4
В.С. Ананьев, В.А. Богатов
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ СЖАТИЯ И ПРОТАЛКИВАНИЯ МАТЕРИАЛА МЕЖДУ РЕЖУЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
БЛОКА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ НОЖЕЙ
Ключевые слова: усилия сжатия, проталкивание материала, угол защемления, угол заточки, процесс деформации.
Введение
В увеличении и ускорении производства животноводческой продукции определяющая роль принадлежит кормам, на долю которых приходится более половины себестоимости продукции животноводства. Очевидно, что подготовка кормов к скармливанию в соответствии с зоотехническими требованиями приобретает приоритетное значение. Наиболее энергоемкий и вместе с тем распространенный процесс подготовки кормов — измельчение [1].
Постановка задачи
Учитывая многие положительные характеристики существующих измельчителей корнеклубнеплодов, всегда есть перспектива улучшения их технико-экономических показателей. Основное направление в развитии конструкций — это совершенствование рабочих органов измельчителей и снижение их энергоемкости.
Перед современным кормопроизводством стоит задача:
— производить корма с минимальным соотношением «цена — качество». Это такие корма, доля затрат на которые в себестоимости продукции минимальна, или корма, позволяющие снизить период откорма и таким образом ускорить оборот денежных средств. Указанного выше можно достигнуть в том случае, если снизить энергоемкость процесса измельчения при соблюдении зоотехнических требований, предъявляемых к измельченному корму.
Методика эксперимента
При прохождении измельчаемого материала происходят сжатие и проталкивание между скошенными и прямолинейными элементами ножей [2] (рисунок 1). Воспользуемся формулой для определения усилия сжатия и проталкивания материала в случае параллельного расположения ножей
[3]:
P = Poexpf Af(i + cos2 ef)+(^2^^вКл -cosркл)] ,(1)
g ° 1 егЪ ■ sin х
где в — угол заточки лезвия ножа, град.;
f — коэффициент Пуассона;
£1 — коэффициент бокового расшире-
ния;
X — расстояние от лезвия, м;
X — угол защемления, град.;
b — расстояние между ножами, м;
Р0 — атмосферное давление, Па;
Кл — коэффициент трансформации режущей способности лезвия,
Кл = 8Х / 8 = 8 cos т / 8 = cos т ;
Т — угол скольжения, град.;
8Х — трансформированное сечение кромки лезвия, м;
8 — сечение кромки лезвия, м.
Угол защемления % в многоножевом блоке находим как отношение сторон треугольников (рис. 1).
Зададимся параметрами, что AC = BD, AB = CD, a = a'=a" , в = в .
Из ABCD находим:
BD
sin х = —. (2)
BC
Из AABB находим:
BB' = AB' - sin в ,
AB ' = AB
(3)
(4)
cos в
Тогда из AB'CD находим:
BD = BD + BB’ = BD + (AB - tgp). (5)
B'D = BD + (AB - tgв)
B C=
B C
AB' AB 1
(6)
cos a' cos в cos a Подставляя значения B'C в (6), получим:
si”Xi = 1У? = BD + ■ (cos&■ cosa). (7)
B C AB
Из AABB" находим:
BB' '= AB' '■ sin2e, (8)
AB
AB =
cos2в
Рис. 1. Схема к определению угла защемления
Подставляя значения АВ'' в (8), получим:
ЛВ
ВВ'' =-------Йп2в^ ЛВ • tg2в = ВВ'. (9)
сов2в
Тогда из ДB''CD находим:
В' 'Ъ = BD + ВВ'' = BD + (ЛВ • tg2в) . (10) В' 'Ъ = BD + (ЛВ • tgв)
В' 'С ЛВ
В С ЛВ
1
sinХ2 = ^7ТГ =---------' ' (11)
В"С =
сова" сов2в сова"
Подставляя значения В''С в (11) получим:
ВГВ = ВЪ +(ЛВ • ^2в) {с0,2Р. сова) - (12)
Рд.Н 1255 ■
1055
855 ■ 655 455 ■ 255 ■
А 1
/Ф' У
Л Г
1
25
30
-Угол заточки 15 - Угол заточки 25
35 X. град. -Угол заточки 20
яп х 2 =
В' 'С ЛВ
Тогда формула для определения угла
защемления х имеет вид:
ВЪ + ЛВ • tg (ів)
ЛВ
• (совві • сова) - (13)
Подставляем (13) в (1), получаем формулу для определения усилия сжатия и проталкивания корнеплодов для нашего случая:
( \
. (14)
Ря = р ехр
ХА + сов2 рКл)+ (є^рКя - сов рКл)] ' ВЪ + ЛВ • tg(ві)
ЛВ
• (сов( ві) • сов а)
Результаты исследований
По результатам теоретических исследований получили графическую зависимость усилия сжатия и проталкивания корнеплодов Р8 от угла заточки лезвия в и угла защемления х (рис. 2).
Рис. 2. Теоретическая зависимость усилия сжатия и проталкивания корнеплодов от угла заточки лезвия и угла защемления
Усилия сжатия и проталкивания материала незначительно увеличиваются при изменении углов заточки (рис. 2). При изменении же угла защемления происходит заметное изменение усилия резания.
Подставим теоретические данные в
формулы (1) и (14), в результате чего получим усилия сжатия и проталкивания материала предлагаемого блока ножей и блока, в котором ножи располагаются параллельно друг другу и имеют одинаковый угол защемления (табл.).
Сравним полученные теоретические данные усилия сжатия и проталкивания материала.
Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 4 (90), 2012
83
Таблица
Теоретическое значение величины усилия сжатия материала от расположения ножей в блоке
Угол защемления, град. 25 30 35
Предлагаемый блок ножей
Усилие сжатия и проталкивания материала, Н 257 650 1284
Стандартный блок ножей
Усилие сжатия и проталкивания материала, Н 280 720 1440
-♦-предлагаемый блок -«-стандартный блок
Рис. 3. Теоретическая зависимость усилия сжатия и проталкивания материала от расположения ножей в блоке
Анализ рисунка 3 показал, что усилие сжатия и проталкивания материала изменяется при различном расположении ножей. В том случае, когда ножи смещены относительно друг друга и имеют различные углы защемления, усилие сжатия и проталкивания материала меньше, чем в том случае, когда ножи расположены параллельно и име-
+
ют одинаковый угол защемления. Разница составляет 10%.
Заключение
Проанализировав зависимости усилия сжатия и проталкивания корнеплодов от значимых факторов процесса измельчения, можно сделать вывод, что наибольшее влияние на усилие сжатия и проталкивания материала оказывает угол защемления.
Библиографический список
1. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. — М.: Колос, 1994. — 751 с.
2. Ивашко А.А. Вопросы теории резания органических материалов лезвием // Тракторы и сельхозмашины. — 1968. — № 1. — С. 34-37.
3. Хабарова В.В., Исаев Ю.М., Богатов В.А. Процесс измельчения корнеплодов консольными ножами // МЭСХ. — 2008. — № 1. — С. 14-15.
+
