CC BY
912
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
УДК 631.365.2
Асатурян А. В.
Asaturyan A. V.
АНАЛИЗ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЗЕРНОМЕТАТЕЛЬНЫХ МАШИН ANALYSIS OF THE GRAIN WORKERS CATAPULTS
Целью исследований является повышение эффективности процесса обработки зернового вороха метательными машинами. Одним из основных недостатков в работе метательных машин является повреждение семенного материала. Большая часть зернометателей имеют рабочий орган - ленточный триммер, который повреждает зерно за счёт истирания и динамического сжатия. Применение порционного метателя с лопастным барабаном почти исключает эти явления. Однако наблюдается травмирование зернового вороха кромкой метательной лопат-кии бесконечной лентой. Установка лопаток с зазором между их кромкой и лентой позволяет избежать такого рода травм.
Ключевые слова: ленточный метатель зерна, лопастной барабан, зерновой ворох
Objectiveofresearchesisimprovementofeffectiveness-grainpileprocessingwiththrowingmachines. One of mainlack-sinthrowingmachinesworkingprocessisdamagingof seed grains. Mostofgrainthrowershaveoperatingdevice - belt trimmer, which damages grains due to grinding and dynamical contraction. Usingofportionthrowerwithpaddlebarrelalmost excludes these damages.However, grains are being damaged by a throwing paddle's edge and by an endless belt. Installing paddles with a clearance gap between their edges and an endless belt allows to avoid such kinds of grain damages.
Key words: belt grain thrower, paddle barrel, grain piles
Асатурян Андрей Вартанович -
аспирант кафедры теоретической и прикладной механики
Азово-Черноморского инженерного института
ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный
университет»
г. Зерноград
Тел.: 8-908-175-70-91
E-mail: asaturyan-a@mail.ru
Asaturyan Andrey Vartanovich -
Post-graduate student at the department of theoretical and
applied mechanics Azov Black Sea engineering institute
of the federal state budgetary educational institution of the
higher professional education
«Donskoy state agrarian university» Zernograd
Tel.: 8-908-175-70-91
E-mail: asaturyan-a@mail.ru
Сельскохозяйственное производство традиционно ассоциируется с производством зерновых культур. Именно зерновые культуры обеспечивают продовольственную и стратегическую безопасность и независимость страны, а так же служат средством оценки состояния агропромышленного комплекса.
Подготовка зернового вороха к хранению начинается с момента снятия зерна с колоса. Приведение снятого с колоса зернового вороха в кондиционное состояние включает в себя массу технологических операций. Во время проведения каждой из них на зерно многократно воздействуют рабочие органы сельскохозяйственных машин. Повреждения, полученные при этом зерновками, снижают качество материала: поврежденное зерно в большей мере по сравнению с неповрежденным подвержено заболеваниям и заражению вредителями, склонно к самосогреванию, что приводит к частичной или полной потере потребительских свойств вплоть до снижения классности до фуражного.
Наибольшая степень повреждаемости зерна наблюдается при обработке его метательными машинами, которые занимают значительное место в существующей технологической схеме послеуборочной обработки зерна. /1/
Существующие конструкции метательных машин были спроектированы в 60-70-х годах прошлого века и морально устарели.
Рассмотрим наиболее распространенные в сельскохозяйственном производстве конструкции зернометательных машин. Зернометатели условно делят на следующие типы: ленточные, лопастные и вентиляторные /1/. Более подробная классификация метательных машин приведена на рисунке 1.
Различные конструкции метательных машин распространены на предприятиях АПК в различной мере в силу ряда причин (простота обслуживания, производительность, затраты энергии на единицу выполненной работы и т. д.). Менее всего распространенывентиляторныезерноме-татели. Причиной тому послужила их высокая энергоемкость, низкая по сравнению с конкурентами производительность, а так же высокий уровень шума и запыленность в рабочей зоне.
Ленточные зернометатели, или зернопульты, были широко распространены в 60-70-х годах 20 века ввиду достаточно простой конструкции и возможности обслуживания и ремонта в условиях мастерской хозяйства. Зернопульт (рисунок 2) состоит из рамы, на которой монтируют загрузочный бункер 3, приводной 1 и направляющий барабаны 2, охватываемые прорезиненной лентой 5, и загрузочный барабан 4.
Зерно, поступающее из бункера под гладкий загрузочный барабан на вогнутую поверхность быстро движущейся ленты, зажимается между ними и, благодаря трению о ленту и загрузочный барабан, приобретает скорость ленты. Загрузочный барабан приводится во вращения
силой сцепления его со слоем зерна, находящемся уже на том участке, где он приобрел скорость ленты. В конце рабочей ленты зерно отрывается и летит, как тело, брошенное под углом к
горизонту. При полете зерна происходит разделение его на фракции, в зависимости от парусности частиц.
Рисунок 1 - Классификация зернометательных машин
Рисунок 2 - Схема сил, действующих на зерновку в зернопульте: 1 - приводной барабан; 2 - направляющий барабан; 3 - загрузочный бункер; 4 - загрузочный барабан; 5 - прорезиненная лента.
14
Ежекв.артальны.й^..,
О Ставрополья
научно-практическии журнал
Рассмотрим действие сил на элементарную массу груза (рисунок 2), находящуюся на элементарном удалении малом участке пути скольжения груза, ограниченного углом Шф /2/.
На этот груз действуют следующие силы: mg - сила тяжести; N - нормальная реакция поверхности загрузочного барабана; И2 - нормальная реакция поверхности ленты; &¥х - сила трения зерна о загрузочный барабан и ШГ2 - сила трения зерна о ленту (движущие силы); тгю2 -
нормальная сила инерции груза и тг-
dw &
ка-
сательная сила инерции груза, направленная в сторону, противоположную ускорению груза (ю - угловая скорость движения груза на рассматриваемом участке, г - радиус загрузочного барабана).
Пренебрегая силой тяжести груза, так как она незначительна по сравнению с нормальной силой инерции, составим уравнение равновесия сил, проецируя их на нормаль и на касательную к ленте:
тгш2 + Л^ - И2 = О
тг — — ^ — йИ? = О
6Л 1 2
(1)
Натяжение в набегающей на приводной барабан ветви ленты определяется по формуле (2):
_ Р0е™
^нв - ко _ 1 (2)
где в - угол обхвата лентой приводного барабана в радианах;
/ - коэффициент трения ленты о приводной барабан;
к0 - коэффициент запаса натяжения, 1,3...1,5.
Натяжение сбегающей с приводного барабана и в набегающей на приводной барабан ветвях тягового органа будет:
с _ с1 _ с _ р
•-'ги «-> "ип * П
(3)
Натяжение сбегающей с натяжного барабана и набегающей на загрузочный барабан ветвей тягового органа будет следующим:
5-5^! (4)
Определим нормальную силу реакции И2 поверхности ленты, возникающую на элементе дуги &/, ограниченном элементарным углом Шф (рисунок 3). На этот элемент дуги действуют силы натяжения Б0. Нормальная сила И2, действующая на элементарном участке дуги, является геометрической суммой сил £0:
с1 (р
Ы2 — 250зт— — (р (5)
а t
Силу £0 определяем, пользуясь уравнением Эйлера:
50 — 5е^2 (6)
Рисунок 3 - К определению сил, действующих на зерновку
Подставив значение £0 в уравнение (5), получим:
Щ—Бе^2д. <р (7)
Определим силу трения на участке Ш1:
<Н=2 — ^е*^ <р (8)
Подставив значения N2 и ШГ2 из (7) и (8) в (1), получим:
тш2 (р- 0;
(I он ,
тг—--Л^Д -5/2^2й <р—0, (9)
а £
где / - коэффициент трения зерна о загрузочный барабан;
/2 - коэффициент трения зерна о ленту.
Исключив из (9) нормальную силу получим дифференциальное уравнение движения груза на пути скольжения его под загрузочным барабаном:
б, 0) , ,
тг—--5/2е^2йр -(р+
сИ (10)
+ тг Дсо2 — 0
Определив массу груза т и, подставив значения V и Ш после преобразования, получим дифференциальное уравнение в следующем виде:
(I О) ,
— + к<й — ке*Ь (11)
а <р
где — 3,6 5д(/1+/2) (12)
V
Зная, что (л) — — (где V - линейная скорость г
груза), путем преобразований получаем: к тг
V — ---е^ + с0ге_/1^ (13)
Л +/2 0
Достоинствами данной конструкции является получение на выходе больших скоростей метания за счет сцепления зернового материала с лентой, которое обеспечивается давлением со стороны прижимного барабана. Однако это вызывает значительное повреждение зерна, что ограничивает область использования таких рабочих органов.
Значительных успехов в области совершенствования рабочих органов метательных машин, в частности порционного метания, добились такие ученые, как Ханхасаев Г. Ф., Шуханов С. Н., Рыков И. Г. на базе ВСГТУ /3/.
На базе АЧГАА так же неоднократно создавались конструкции метательных машин, направленные на снижения травмирования зернового материала/4, 5, 6, 7/. Конструкции защищены патентами. На кафедре теоретической и прикладной механики был разработан эксперимен-
тальный рабочий орган с активным питателем. Данный метатель можно классифицировать как ленточный, так как в конструкцию входит закольцованная лента, опирающаяся на ведущий и ведомый барабаны, и охватывающая прижимной барабан с отверстиями/7/.
Питатель,расположенный во внутренней полости прижимного барабана,выполнен в виде четырёх полувинтовых лопаток, установленных под углом 900 относительно друг друга, и оснащен независимым приводом(рисунок 4).
В)
Рисунок 4 - Метатель сыпучих материалов конструкции АЧГАА а) - общий вид метателя; б) - вид сверху; в) - поперечный разрез метателя; г) - продольный разрез метателя; д) - питатель. 1 - рама; 2 - ведущий барабан; 3 - ведомый барабан; 4 - прижимной лопастной барабан; 5 - бесконечная лента; 6 - опора лопастного барабана; 7 - направляющая; 8 - стопорные винты; 9 - бункер; 10 - задвижка; 11 - диск питателя; 12 - полувинтовые лопатки; 13 - наклонные лопатки; 14 - поперечные диски; 15 - отверстия лопастного барабана; 16 - электродвигатель; 17- клиноременная передача ведущего барабана; 18 - вариаторведущего барабана; 19 - клиноременная передача питателя; 20 - вариатор питателя; 21 - механизм регулировки угла наклона; 22 - колесный ход.
Работает метатель следующим образом. Зерновой ворох подается из бункера 9 к периферии диска 11 на полувинтовые лопатки 12. Далее зерно равномерно распределяется по ширине лопастного барабана 4, одновременно получая разгон. Происходит предварительное разделение вороха. Далее обрабатываемый материал попадает в отверстия 15 лопастного барабана, где подхватывается наклонными лопатками 13.
По утверждениям авторов, за счет уменьшения разности скоростей движения частиц после схода с лопаток питателя и скорости движения
лопаток прижимного барабана уменьшается травмирование зерна, а так же повышается качество очистки зернового вороха за счёт предварительного разделения на фракции.
Несмотря на это, зерно при обработке метателем подвергается воздействию сначала питателя, затем лопатоклопастного барабана.
В результате анализа вышесказанного можно сделать вывод о необходимости совершенствования существующих рабочих органов метательных машин с целью снижения травмирования зерна.
16
Ставрополья
научно-практическии журнал
Предлагаемый метатель сыпучих материалов имеет комбинированную конструкцию ленточно-лопастного типа /3/ (рисунок 6).
Рисунок 6 - Предлагаемый комбинированный метатель: а) - общая схема; б) - лопастной барабан; в) - стойка с Г-образной лопаткой; 1 - приводной барабан; 2 - натяжной барабан; 3 - бесконечная лента; 4 - лопастной барабан; 5 - ось лопастного барабана; 6 - стойка; 7 - Г-образная лопатка; 8 - опорный диск;
9 - ограничительная реборда.
Зернометатель (рисунок 6) состоит из приводного 1 и натяжного 2 барабанов, охваченных бесконечной лентой 3, и лопастного барабан 4. На оси 5 лопастного барабана посредством стоек 6 установлены метательные лопатки 7 с козырьком в верхней части, наклоненным в сторону вращения барабана. Лента удерживается от осевого смещения по опорным каткам 8 при помощи ограничительных реборд 9.
Промежуточный барабан опирается на 2 диска.Использование лопаток в конструкции промежуточного барабана позволяет обеспечить порционное метание, что в конечном итоге дает возможность значительнее по сравнению с метателями, формирующими на выходе непрерывную струю, снизить влажность обрабатываемого зерна за один пропуск. Таким образом, снижается количество пропусков зернового вороха через машину и, как следствие, степень его повреждаемости. Кроме того, нали-
чие зазора между бесконечной лентой и кромкой метательной лопатки предотвращает истирание зернового материала.
Рабочий процесс зернометателя происходит следующим образом. Из питателя зерно поступает на поверхность бесконечной ленты. При движении вместе с лентой большая часть зерна подхватывается метательными лопатками, а оставшаяся масса, по высоте слоя равная предустановленному зазору между бесконечной лентой и кромкой метательной лопатки, выбрасывается из метателя за счет сил трения между поверхностью бесконечной ленты и зерновым материалом /3/.
Применение зернометателя разработанной конструкции позволит сохранить качество обрабатываемого зернового материала и достичь значительного экономического эффекта от увеличения всхожести, и как следствие снижения затрат на посевной материал.
Литература
1. Бутенко А. Ф. Снижение травмирования зерна роторнымзернометателем : дис.... канд. техн. наук. Зерноград, 2005.
2. Корнеев Г. В. Транспортеры и элеваторы сельскохозяйственного назначения М.: МАШГИЗ. 1961. 227 с.
3. Ханхасаев Г. Ф., Шуханов С. Н., Рыков И. Г. Повышение качества предварительной очистки зерна путем порционного метания // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 5. С. 45-46.
4. Бутенко А. Ф., Асатурян А. В., Чепцов С. М. К совершенствованию конструкций рабочих органов ленточных метателей зерна //
References
1. Butenko A. F. Obosnovanieparametrovirezhi movtehnologicheskogoprocessarabotyroto rnogozernometateljapokriterijusnizhenijatra vmirovanijazerna: Diss. ... kand. tehn. nauk. Zernograd, 2005. 186 s.
2. Korneev G. V. Transporters and elevators for an agricultural purpose. MASHGIZ, Moscow, 1961. 227 s.
3. Hanhasaev G. F, Shuhanov S. N., Rykov I. G. Improvement of quality of preliminary clearing of grain by portion throwings//Tractors and agricultural cars. 2011. № 5. p. 45-46.
4. Butenko A. F., Asaturyan A. V., Cheptsov S. M., To improvement of operating devices
Современные тенденции в образовании и науке : сб. науч. тр. по материалам Меж-дунар. науч.-практ. конф. Тамбов, 2014. Ч. 14. С. 20-25.
5. Бутенко А. Ф. Асатурян А. В., Чепцов С. М. Теоретические основы процесса работы экспериментального роторного зер-нометателя // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2014. № 7 (101). 11 с.
6. Бутенко А. Ф. Метатель зерна на основе рабочего органа роторного типа // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 12. С. 13-15.
7. Бутенко А. Ф., Асатурян А. В., Чепцов С. М. Экспериментальное определение параметров активного питателя ленточного метателя зерна // Вестник АПК Ставрополья. 2015. №1 (17). С. 17-20.
8. Пат. № 2261832 РФ, МПК7 В65в31/04 Метатель сыпучих материалов / Н. И. Шабанов, А. Ф. Бутенко (Яи). 2004109736/11 ; заявл. 30.03.2004 ; опубл. 10.10.2005.
9. Пат. № 2546755 РФ, МПК7 В65031/02 В65в31/04 Метатель сыпучих материалов / А. В. Асатурян, А. Ф. Бутенко (Яи). 2013157136/11 ; заявл. 23.12.2013 ; опубл. 10.04.2015.
constructions of belt grain-throwers. // Modern tendencies in Education and Science the collection of scientific works on materials of International scientific and practical conference in 14 parts. Part I. Tambov. 2014. p. 20-25.
5. Butenko A. F Theoretical basis of working processof the experimental rotor grain-thrower. / A. F Butenko, A. V. Asaturyan, S. M. Cheptsov // Polithematical net electronic scientific journal of Kubansky State Agrarian University, 2014, № 7(101), IDA 1011407134. - 11 c.
6. Butenko A. F Grain-thrower on the basis of operating device of rotor type. // Tractors and agricultural machines. 2014. №12. p.13-15
7. Butenko A. F., Asaturyan A. V., Cheptsov S. M., Experimental determination of belt grain thrower's active feeder parameters // The bulletin of AIC of Stavropol. 2015. №1 (17). C. 17-20.
8. Pat. 2261382 Russian Federation, B65G 31/04 - The thrower of pour materials / N. I. Shabanov, A. F. Butenko. № 2004109736/11; appl. 30.03.2004; published 10.10.2005.
9. Pat. 2546755 Russian Federation, B65G31/02 B65G31/04 - The thrower of pour materials / A. V. Asaturyan, A. F. Butenko. № 201315713/11; appl. 23.12.2013; published 10.04.2015.
