ДИНАМИКА МАШИННОГО АГРЕГАТА С ПРИВОДНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ХЛОПКА ОТ МЕЛКОГО СОРА Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

УДК 621.01

ДИНАМИКА МАШИННОГО АГРЕГАТА С ПРИВОДНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ХЛОПКА ОТ МЕЛКОГО СОРА

Джураев А.Дж., Холмирзаев Ж.

АННОТАЦИЯ. В статье приводится конструктивные особенности рекомендуемого очистителя хлопка-сырца от мелких сорных примесей. Представлены динамическая и математическая модели машинного агрегата с учетом механической и динамической характеристики двигателя, инерционных, технологических, упруго-диссипативных характеристик элементов системы. На основе численного решения задачи получены закономерности движения рабочих органов, построены графические зависимости параметров и режимов движения масс машинного агрегата. Обоснованы параметры системы.

АННОТАЦИЯ. Маколада тавсия килинган пахта хомашёсини майда ифлосликлардан тозалагичнинг конструктив хусусиятлари келтирилган. Таркибида тозалагичнинг ишчи органлари юритиш механизмларини динамик ва математик моделлари булган системада электр юритгичи механик ва динамик характеристикаси, инерцион, технологик, кайишкок-дисспатив параметрлар инобатга олинган. Масалани сонли ечими асосида ишчи органнинг харакат конунлари олинган, параметрларни узаро богланиш графиклари келтирилган. Системанинг параметрларининг кийматлари асосланган.

ANNOTATION. The article presents the design features of the recommended raw cotton cleaner from small weeds. The dynamic and mathematical models of a machine unit are presented, taking into account the mechanical and dynamic characteristics of the engine, inertial, technological, elastic-dissipative characteristics of the system elements. On the basis of the numerical solution of the problem, the regularities of the movement of the working bodies are obtained, graphical dependences of the parameters and modes of movement of the masses of the machine unit are constructed. The parameters of the system are substantiated

Ключевые слова. Хлопок-сырец, очиститель, мелкий сор, питатель, колковый барабан, высота, момент инерции, жесткость, диссипация, двигатель, сопротивление, закон движения.

Калит сузлар. Пахта хомашёси, тозалагич, майда ифлослик, таъминлагич, козикли барабан, баландлик, инерция моменти, бикрлик, диссипация, юритгич, каршилик, хдракат конуни.

Keywords. Raw cotton, cleaner, fine litter, feeder, peg drum, height, moment of inertia, stiffness, dissipation, engine, resistance, law of motion.

В известной конструкции очистительная секции хлопкоочистительного агрегата включает четыре последовательно установление составные барабаны выполненные с колками, планками и резиновыми кольцевыми втулками установленные, между наружными цилиндрами с колками, планками и ступицами, установленные жестко на валу барабанов, причем толщина кольцевых втулок каждого последущего барабана с колками и планками, меньше на 10-15% чем в предыдущем барабане ( по ходу перемещения хлопка). Подколково-планчатыми барабанами установлены сетчатые поверхности, внизу установлен пневматический сороотвод для отвода выделенных мелких сорных примесей. Каждый последующий цилиндр с колками с колками и планками будет совершать

дополнительно крутильные колебания с большей частотой и меньшей амплитудой, приводящий к эффективному выделению сорных примесей [1].

Основным недостатком существующей конструкции является низкий эффект очистки хлопка от мелкого сора за счёт недостаточности колебаний колкового барабана из-за большой его массы (момента, инерции), а также торможение хлопка в переходных зонах между колковыми барабанами из-за недостаточности линейной скорости колков и планок последующего барабана. Крема того монотонность процесса очистки хлопка не позволяет увеличение эффекта очистки [2, 3, 4, 5].

Для повышения очистительного эффекта очистительной секции от мелкого сора хлопкоочистительного агрегата совершенствования конструкции очистительной секции хлопкоочистительного агрегата совершенствована конструкция очистительной секции хлопкоочистительного агрегата за счет увеличения объема зоны рыхления и протаскивания хлопка колковыми барабанами.

Сущность конструкции заключается в том, что очистительная секция хлопкоочистительного агрегата состоящая из последовательно установленных в ряде колковых барабанов с сетчатыми поверхностями под ним, подача хлопка производится двумя питающими валиками. При этом колки каждого предыдущего барабана выполнены с высотой большим, чем высота колков последующего соседнего барабана наружный диаметр колковых барабанов остаются одинаковыми соответственно радиус окружности впадин колков каждого последующего барабана, будет большим, чем радиус окружности впадин колков предыдущего барабана. В предлагаемой конструкции объем захватываемого и протаскиваемого хлопка в начальной зоне будет больше. При этом обеспечивается требуемый захват, разрыхление и проталкивание хлопка. После каждого последующего колкового барабана разрыхленность хлопка-сырца будет большим и поэтому уменьшение высоты колков барабанов по ходу очистки хлопка снижается их торможение, а также снижается поврежденность волокон и семян хлопка, значительно увеличится эффект очистки.

Составление динамической и математической модели движения рабочих органов очистителя. В рассматриваемом очистителя хлопка 12 содержится питатель и 12 колковых барабанов с сороотводящими сетками под ними. Вращательное движение питающие валики и колковые барабаны получает от шести одинаковых асинхронных электродвигателей марки 4А112М643. При этом Р=3,0 кВт, п=945 об/мин и ременных передач. Передаточное отношение для колковых барабанов Цдв=2,25. Тогда пб=420 об/мин, Шб=43,96 с-1.

Питающие валики вращаются с частотой (0+20) об/мин или Юр=3,1 с-1. Следует отметить, что в очистителе хлопка-сырца от мелкого сора первые четыре колковые барабаны испытывают наибольшие нагрузки за счет транспортирования и протаскивания хлопка по сетчатой поверхностям, а остальные колковые барабаны только протаскивают хлопок по сетчатым поверхностям. Кроме того, учитывая потребную мощность на вращение вариатора и питающих валиков нагрузка на первые два колковые барабаны будут еще больше, чем на остальные две соседние барабаны очистителя.

В процессе работы очиститель позволяет необходимое разрыхление и очистку хлопка-сырца от мелкого сора. В задачу исследований входит нахождение закона изменения неравномерности вращения колковых барабанов, питающих валиков и ротора асинхронного электродвигателя, а также изменения крутящих моментов на валах с учетом моментов инерций рабочих органов, упруго-диссипативных характеристик ременных

передач, а также нагрузки от очищаемого хлопка-сырца при различной производительности машины [6].

Составим динамическую модель машинных агрегатов очистителя хлопка. При этом получается два вида схем машинных агрегатов очистителя первая пятимассовая, вторая трехмассовая с двумя разветвлениями [7, 8]. На рис. 1 представлены динамические модели рассматриваемых машинных агрегатов.

В процессе очистки хлопка-сырца от мелкого сора с 5-го по 12-й колковые барабаны испытывают нагрузки с уменьшающейся закономерностью, так как с увеличением разрыхленности хлопка снижается сопротивление и на колковые барабаны. На рис. 2 представлена схема нагруженности колковых барабанов очистителя.

Мю+Ъ^ке Мтр М,

Jк 1, Фк 1

а

Мд

/1..4Р1, МгкМц

[г,фц Мг+М^

б

а-динамическая модель машинного агрегата с приводом питателя и колковых барабанов

очистителя;

б-динамическая модель машинного агрегата с приводом колковых барабанов очистителя Рис.1. Динамические модели машинных агрегатов очистителя хлопка

Рис. 2. Гистограмм загруженности колковых барабанов очистителя хлопка

Анализ гистограммы на рис. 2 показывает, что на первые две колковые барабаны действуют моменты сопротивления хлопка М1к1 - от транспортируемого хлопка сверху колковых барабанов Мк1 - от протаскиваемого хлопка колковыми барабанами по сетчатым поверхностям, М - от снижения угловой скорости барабанов за счет сопротивления от затраты мощности вариатором и питающими валиками. При этом на последующие 3, 4 колковые барабаны действуют только нагрузки Мк2 и М1к2 а на калковые барабаны 5-12 действуют моменты сопротивления только от протаскиваемого хлопка по сетчатым поверхностям.

Дифференциальные уравнения, описывающие движение машинных агрегатов очистителя хлопка от мелкого сора согласно динамических моделей на рис. 1, выводили используя уравнения Лагранжа П-го рода [9].

Для машинного агрегата с питающим приводом:

Мд = 2Мк^с - 2Мкрфр - Фс$кМд;

1р Фр = Мд - С1(Рр - ир1 Рк1) - С2(Рр - ир2 <Рк2) - в1 (Фр - ир1 Фк1) - в2 (Фр - ир2 Фк2) ;

1 к1 ^ = с1ир1( (р- ир1 Рк1)+в1ир1( Фр- ир1 Фк1) - Мк1- Мк1;

Л 2 ФК 2 = С2ир 2( Рр - ир (к 2) - С3(Рк 2 - и2зРр ) + р 2( Фр - ир (Фк 2) - в3 (Фк 2 - П2ъФр ) - Мк 2 - 2

Фе = Сзи23(Рк 2 - ЩРб) + в3и23(Фк2 - Ы2ъФд - МТР - М 34 ;

1п Фп = и23М34 - Мк - М45 ;

1 \ф\ = и45М45 - Мк.

(1)

Для машинного агрегата с приводом колковых барабанов очистителя

Мд = 2Мк^с - 2Мкрфр - Фс$кМд;

Фр = Мд- с1( Рр- ир1 Р1) - в1( Ф р- ир1 Ф1)- с2( Рр- ир2 р2) - в2( Ф р- ир2 Ф2);

рр

2 р р 2

2 р р 2

Лф = Фр^фр - иРФ1)+в1(ф - ирЖ) -М1 -М;

^ 2ф2 = с2ир 2(Фр - ир 2Ж2) + в2(Фр - ир 2Ф2) - М2 - М.

(2)

Система дифференциальных уравнений (1) соответствует для первых двух колковых барабанов, а системе (2) соответствует для привода третьего и четвертого колковых барабанов. При этом для приводов последующих парных колковых барабанов 512 в системе исключаются члени М11 и М12. Поэтому для них не приводим математические модели.

Численное решение систем (1) и (2) произвели на ЭВМ с учетом следующих параметров систем: двигатель 4А112МА6УЗ, Р=3,0 кВт, п=945 об/мин }е=50 Гц, со0=157,1 с-1; щ=0,83; сок=98,91 с-1; 8н=0,052; 8=0,193; Р=2; иР1 = ир2=2,25; и2з=2,5; из4=8,4; и45=1,0; 3=0,117 кгм2; Л=2,94 кгм2; Л2=3,71 кгм2; Лв=0,398 кгм2; Л=0,189 кгм2; Л1 п=0,171 кгм2; 31=2,91 кгм2; 32=2,91 кгм2; С1=(200+250) Нм/рад; С2=(220+260) Нм/рад; Сз=(160+180) Нм/рад; в=(4,0+6,0) Нм с/рад; в2=(4,5+6,5) Нм с/рад; вз=(3,5+4,0) Нм с/рад.

Численное решение задачи и анализ результатов. При этом решения производили в отдельных ПК и результаты были сравнены используя специальные программы при следующих начальных условиях:

г = 0;фр = 0;ф = 0;фк 2 = 0;ф = 0ф2 = 0; Мх = 0; Мк = 0

На основе численного решения задач (1) и (2) получены закономерности изменения угловых скоростей колковых барабанов, ротора электродвигателя, нагруженности двигателя, которые представлены на рис 3. Анализ полученных законов движения ротора двигателя и колковых барабанов показывает, что система выходит на установившийся режим за 2,9 сек при технологической нагрузки от хлопка. При этом частота колебаний движущего момента электродвигателя, угловых скоростей ротора и колковых барабанов, питание хлопком зоны очистителя зависит от изменения технологической нагрузки.

Пр=7,0 т/ч

Рис. 3. Закономерности движения ротора двигателя, колковых барабанов и момента

М

д машинного агрегата очистителя

На рис 4 представлены закономерности изменения угловых скоростей колковых барабанов очистителя. При этом изменения ффполучены решением системы (1),

фхиф2 получены решением системы (2). Изменения ф5 иф& получены решением

системы (2) с учетом того, что из уравнений системы исключены М\, М^ ' то-ест при этом на колковые барабаны с 5-го по 12-е только действуют силы сопротивления от протаскивания хлопка по сетчатым поверхностям. Анализ полученных зависимостей угловых скоростей колковых барабанов согласно рис. 5 показывает, что с увеличением производительности повышаются значения колебаний угловых скоростей, по соответственно уменьшаются их средние значения. На основе обработки полученных законов движения при вариации производительности, коэффициентов жесткостей ременных передач построены графические зависимости изменения М8,фр,фкх ,фк2,фх ,ф2,фъ,ф6,5, Дф, которые представлены на рис. 5а. На рис. 5а

представлены графические зависимости изменения крутящего момента на валу электродвигателя и коэффициентов неравномерностей угловых скоростей на валах первых двух колковых барабанов.

ф,10 с"1

Мд, 10 Нм 7,0

6.0

5,0

4,0 3,0

Пр=5,5 т/ч

Рис. 4. Закономерности изменения угловых скоростей колковых барабанов

очистителя хлопка-сырца

Следует отметить, что определенная неравномерность вращения колковых барабанов способствует эффективному разрыхленнию хлопка и сорных примесей. Увеличение Мк от 2,6 км до 19,5 км при /¿7=2,8 кгм2 и /¿2=3,4 кгм2 приводит к возрастанию неравномерности врашения первого колкового барабана от 0,009 до 0,112 а при больших значениях моментов инерций колковых барабанов коэффициенты неравномерностей угловых скоростей колковых барабанов находтся в приделах ¿к7=0,012^0,13, 5к2=0,011^0,101. На основе результатов эксприменталных исследований [11, 12] известно, что значительный эффект очистки в секциях пыльной очистки достигается при 5<(0,15^0,25) [13, 14]. По этому, для обеспечения необходимого эффекта очистки хлопка в машине рекомендуемыми значениями параметров являются: Мк <

(14,0-16,0) Нм; Jкl=(2,2-2,8) кгм2; 1к2=(3,0-3,4) кгм2, 11= ^=(2,0-2,2) кгм2; 1з= 16=.. = 1х2=(1,8-2,0) кгм2.

На рис. 5 б представлены графические зависимости изменения средних значений угловых скоростей колковых барабанов от увеличения производительности. При этом последующие колковые барабаны (третий и четвертый) испытывают сопротивление, как от транспортирования хлопка, так и от протаскивания его по сетчатой поверхности. Учитывая разность моментов сопротивления от хлопка ф3 уменьшается от 41,3 с-1 до

35,25 с-1, а ф4 будет на (0,5-0,85) с-1 будет больше, чем в предыдущим колковым

барабане. Подобная закономерность наблюдается и для 5 -го по 12-е колковых барабанов. Но, в них нагрузки будут только от протаскивания хлопка по сетчатой поверхности и в среднем угловая скорость умещается от 43,6 с-1 до 39,7 с-1 (см. рис. 5 б, кривые 1, 2, 3, 4, 5, 6). Как, видно из анализа закономерностей изменения средних значений колковых барабанов, что каждый последующий колковый барабан за счет уменьающейся нагрузки будет вращатся с меньшей угловой скоростью и поэтому в очистителе фактически обеспечивается надежная работа и при этом ликвидируются забои, которые происходят в основной в существующих машинах. При этом для обеспечения надежности работы и сохранения высокого эффекта очистки при большой производительности очистителя целесообразным считается максимальное уменьшение моментов инерций колковых барабанов.

М., 10 Нм

о -.--,-,-,-,-=►

О 6,0 12 18 Мк.Нч

1, 2 - Мд=/(Мк); 1, 3, 5 - при Л1=3,2 кгм2;

Л2=3,9 кгм2; 2, 4, 6 - при Зы=2,8 кгм2;

Л2=3,4 кгм2; 3, 5 - при ёк1=/(Мк);

4, 6 - 6к2=/(Мк)

Фср. 10 с"1 А

1-ф = I(Пр); 2-ф2 = I(Пр); 3 - ф = /(Пр); 4-ф2 = I(Пр); 5-ф5 = I(Пр);

6-ф6 = I (Пр)

а б

а - графические зависимости изменения крутящего момента на валу ротора электродвигателя и коэффициента неравномерности угловой скорости на валах первых двух колковых барабанах от изменения нагрузки от хлопка; б - графические ззависимости изменения угловых скоростей колковых барабанов от изменения производительности очистителя 1ХКМ-12 Рис. 5. Графические зависисмости параметров очистителя На рис. 6 а представлены графические зависимости изменения размаха колебаний угловых скоростей колковых барабанов от увеличения производительности очистителя

хлопка. Чем больше производительность, тем больше размах колебаний угловых скоростей

барабанов, причем закономерности будут нелинейными. Следует отметить, что размах угловых скоростей барабанов снижается по ходу протаскивания хлопка, так как при этом нагрузки в последующих барабанах выравниваются (см. рис. 6 а, кривые 5, 6).

Увеличение крутильной жесткости ременной передачи приводит к умещению колебаний угловых скоростей по нелинейной закономерности.

Так, при увеличении жесткости ременной передачи с1 от 0,5 102 Нм/рад до от 3,4102 Нм/рад приводит к снижению Ар от 36 с-1 до 16,6 с-1 а также соответственно уменьшается Арф от 10,1 с-1 до 2,1 с-1 (рис. 6 б). Важно отметить, что увеличение с1 и с2 приводит к возрастанию Мд, по нелинейной закономерности. Так, момент на валу двигателя увеличивается от 15,7 Нм до 35,3 Нм, а средний крутящий момент на валу пятого колкового барабана возрастает от 2,8 Нм до 8,1 Нм. При транспортировании и протаскивании хлопка колковыми барабанами размах колебаний их угловых скоростей будут большими за счет соответствующих сопротивлений от хлопка. В начале хлопок будет менее разрыхленным а далее хлопок будет более разрыхленным. Поэтому жесткость ременных передач должна быть уменьшающимся по ходу протаскивания хлопка. Поэтому рекомендуемыми значениями являются: су=(220—250) Нм/рад; с^=(270—330) Нм/рад; Сз=( 180-200) Нм/рад.

о 1,5 3.0 4.5 б.0 7,5 9,0

Ир, ич

1- Ари = /(С); 2- Афк2 = /(С2); 3-Ар = /(Пр); 1- Афи = /(Пр); 2- Афк2 = /(Пр); 3- 4. Арф2 = /(С2); 5- Ар = /(С,); 6- Ар6 = /(С2); Аф1 = / (Пр); 4- Ар2 = / (Пр); 5- 7-м = / (С, С) ;7-М = / (С, С);

Ар5 = / (Пр); 6- Арб = / (Пр) 8-Мк, = Мк 2 = / (С,, С2) ;9-М5 = / (С,);

а при

Мп + М1Ы = К + ^т^; Мк2 + М\2 = М + 1,7sin^t б

а - Графические зависимости изменения размаха угловых скоростей колковых барабанов

от изменения производительности очистителя хлопка; б - Графические зависимости изменения размаха угловых скоростей колковых барабанов и моментов нагружения от изменения коэффициентов круговых жесткостей ременных

передач привода

Рис.6. Графические зависимости параметров машинного агрегата

В приводе первых трех пар колковых барабанов следует установит по три ремня (параллельно), а в следующих трех пар колковых барабанов следует установить по две ремня. Соответственно мощность первых трех электродвигателей рекомендуется выбрать по 3,0 кВт, а последующих трех электродвигателей с мощностью 2,2 кВт, при которых обеспечиваются требуемые режимы движения колковых барабанов и необходимый эффект очистки хлопка от мелкого сора. При этом, ресурс машины увеличивается до 20 %, расход электроэнергии снижается до (5,0-5,5) кВт.

Причем, с эффект очистители для низких сортов хлопка также будет важным на (9,0-10) % относительно серийной машины.

Выводы: Разработана эффективная схема конструкции очистителя волокнистого материала от мелкого сора. На основе решения задачи динамики машинных агрегатов очистителя с учетом механической характеристики двигателях, упруго-диссипативных свойств упругих передач, инерционности и технологических нагрузок от очищаемого волокнистого материала определены закономерности изменения угловых скоростей, их неравномерностей, а также нагруженности привода, построены графические зависимости параметров, обоснованы наилучшие значения параметров очистителя волокнистого материала.

ЛИТЕРАТУРА

1. Джураев А. и др. Очистительная секция хлопкоочистительного агрегата. Патент FAP 00948, Бюлл. №9, 2019.

2. Djuraev A., Khudaykulov Sh., Jumaev A. Development of the design and calculation of parameters of the saw cylinder with an elastic bearing support jin // International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE). - India, 2020. Vol.8, Issue 5. - pp. 14890-14896.

3. Джураев А., Кулиев Т., Чориев Ш. Совершенствование эффективных, ресурсосберегающих конструкций и научные основы расчета параметров очистителей хлопка-сырца и волокна: Монография. - Ташкент: Инновация, 2020. - 259 с.

4. Djuraev A., Kuliev T. Designing and methods of calculating parameters of a fibrous material cleaner from large litter // International Journal of Advanced Science and Technology. - India, 2020. Vol.29, No.8s. - pp. 444-452.

5. Djuraev A., Kuliev T. Improvement of the construction and justification of parameters of the fibrous material regenerator // International Journal of Advanced Science and Technology. -India, 2020. Vol.29, No.8s. - pp. 453-460.

6. Джураев А., Ражабов О.И., Омонов М.И. Совершенствование технологии и конструкции рабочих органов очистителя хлопка от мелкого сора. Монография. Изд. «Наука и технологии», Ташкент, 2020, 152 с.

7. Джураев А., Мавлонов О., Далиев Ш. Разработка конструкций и методы расчета параметров колковых барабанов. Монография. Изд. LAP LAMBERT, Academic Publishing, 2016, 134 с.

8. Джураев А., Турдалиев В., Бобоматов А., Холтураев Х. Разработка конструкций и методы расчета параметров колебавшихся сеток. Монография. Изд. LAP LAMBERT, Academic Publishing, 2016, 157 с.

9. Кулиев Т.М., Чориев Ш.Н., Джураев А., Раджапов О.И. Очистительная секция хлопкоочистительного агрегата. Патент IAP 2019 0522. 2019.

10. Джураев А., Максудов Р, Теория механизмов и машин. Учебник, II-часть, изд., «Наука и технологии», Ташкент, 2019, 500 с.

11. Джураев А., Олимов О.Т., Аброров А.С., Анваров О.М. Динамике вибрурующих рабочих органов очистителей хлопка-сырце. Монография. Изд. «Наука» Убр. Рас.

Ташкент, 2003, 192 с.

12. Rajabov O. Experimental study of the interaction of multifaceted and cylindrical spinky cylinder in cotton cleaner from small waste //

13. Yunusov S., Normatov E. Analysis of the surface of the arralious double plastic consolidated collector // International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. - India, 2018. Vol.5, Issue 12. - pp. 7578-7582.

14. Djuraev A., Kuliev T. Cration of a design and justification of parameters of a single-stage fiber cleaner // International Journal of Advanced Science and Technology. - India, 2020. Vol.29, No.5. - pp. 4522-4529.

Механика ва технология илмий журнали кабул килинди 24.10.2020