Научная статья на тему 'Энергетические показатели шнеково-вальцового очистителя корнеплодов'

Энергетические показатели шнеково-вальцового очистителя корнеплодов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
130
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ШНЕКОВО-ВАЛЬЦОВЫЙ ОЧИСТИТЕЛЬ КОРНЕПЛОДОВ / ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ / AUGER-ROLLER CLEANER OF ROOT-CROPS / POWER INDICES

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Мартынов Владимир Михайлович, Юхин Геннадий Петрович, Катков Алексей Анатольевич, Калимуллин Азамат Минигалеевич

Определены составляющие мощности на привод шнеково-вальцового очистителя корнеплодов и обоснованы его конструктивные параметры. Установлены зависимости мощности на привод рабочих органов шнеково-вальцового очистителя корнеплодов от его конструктивных и кинематических параметров. Оптимальные конструктивные параметры шнеково-вальцового очистителя корнеплодов составляют: угол наклона очистителя к горизонту 25°, угол установки вальцов 42,5°. Установлено, что энергоёмкость процесса очистки корнеплодов не зависит от частоты вращения шнека и вальцов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Мартынов Владимир Михайлович, Юхин Геннадий Петрович, Катков Алексей Анатольевич, Калимуллин Азамат Минигалеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ENERGETIC INDICES OF THE AUGER-ROLLER CLEANER OF ROOT-CROPS

The components of power to drive the auger-roller root-crops cleaner have been determined and its constructive parameters substantiated. The dependencies of the power to drive the working bodies of the above device on the latter constructive and kinematic parameters have been established. The optimal constructive parameters of the auger-roller cleaner of root-crops are as follows: the angle of the cleaner inclination towards the horizon is 25°, the angle of rollers adjusting is 42.5°. It is found that the power consumption in the process of root-crops cleaning does not depend on the frequency of the auger and rollers rotation.

Текст научной работы на тему «Энергетические показатели шнеково-вальцового очистителя корнеплодов»

Энергетические показатели шнеково-вальцового очистителя корнеплодов

В.М. Мартынов, д.т.н., Г.П. Юхин, д.т.н., профессор, А.А. Катков, к.т.н., А.М. Калимуллин, к.т.н., Башкирский ГАУ

В Башкирском ГАУ разработано универсальное и многофункциональное устройство, представляющее собой шнеково-вальцовый очиститель корнеплодов [1—4]. Его универсальность заключается в возможности обработки различных видов корнеплодов и клубней картофеля. Кроме того, очиститель может использоваться в составе комбайна [5, 6], а после демонтажа — в линии

подготовки кормов для сухой доочистки корнеклубнеплодов. Установленный под углом у к вертикали шнеково-вальцовый очиститель (рис. 1) позволяет не только очищать ворох корнеплодов от почвенных и растительных примесей, но и непрерывно принимать от выкапывающего рабочего органа и транспортировать корнеплоды с подъёмом на значительную высоту.

Работоспособность, качество работы и энергоёмкость данного устройства во многом определяются правильным подбором его конструктивных и

Рис. 1 - Общий вид шнеково-вальцового очистителя корнеплодов

кинематических параметров. Основные параметры шнеково-вальцового очистителя обусловлены его работоспособностью и качеством работы [7—11].

Цель исследования — определение мощности на привод работы шнеково-вальцового очистителя и оптимизация его параметров и режимов работы.

Материалы и методы исследования. Поставленные цели решались с помощью теоретических методов исследования.

Результаты исследования. Энергетический расчёт производили в полном соответствии с полученным законом движения компонента вороха корнеплодов в винтовом конвейере-очистителе [7—9]. За основу принят случай установившегося движения корнеплода между вальцами [10].

Мощность, затрачиваемую на транспортировку и очистку корнеплодов, представим в виде [7]:

Р = Р + Р2 , (1)

где Р1 — мощность на привод шнека; Р2 — мощность на привод вальцов. Мощность Р1 определяется трением материала о виток и затратами на подъём материала и вычисляется по формуле:

Р1 = N со8а(/ю0 г + и), (2)

где N — суммарная нормальная реакция на витки шнека со стороны транспортируемого вороха корнеплодов;

а — угол подъёма винтовой линии шнека на радиусе г;

/1 — коэффициент трения скольжения корнеплода о поверхность винта шнека;

Рис. 2 - Схема действующих сил на корнеплод, находящийся между вальцами

и — скорость продольного перемещения материала, равная

и = ав • Ю0 = S • ю0

/(2п),

(3)

где ав = г • tgа = Б/(2л) — параметр винтового конвейера, м; S — шаг винта, м.

При нахождении компонентов вороха корнеплодов между вальцами (рис. 2) нормальная реакция на виток N вычисляется по формуле:

N¡ = [ • cosy + /2 • ((21 + N22 )• аеЮо /и]

/(cosa- /1

sin a)

(4)

где О — загрузка шнека ворохом корнеплодов в смеси с почвенными примесями, Н; /2 — коэффициент трения скольжения корнеплода о поверхность вальца; Ы21, Ы22 — нормальные реакции со стороны вальцов, Н;

ив — относительная к вращающимся вальцам

скорость корнеплода, равная

4

ав Ю)2 + ( Ю -фк Гк )2'

(5)

N21 = G

где re — радиус вальцов, м; гк — радиус корнеплода, м; юв — угловая скорость вращения вальцов, рад/с; ф к — угловая скорость вращения компонента вороха корнеплодов при нахождении между вальцами, рад/с.

Реакции N21 и N22 определяются по формулам [11]:

(cos9 + fsin 9)[(cosa-/sin a)sin ysin ee - cosy(sin a + /¡cosa)] -

ю0 — угловая скорость вращения шнека, рад/с; г — радиус, на котором располагается центр массы корнеплода относительно оси вращения шнека;

2 sin 8[cos8(l + /2'2 )(cosa- /¡sin a) +

- sin y- cosee [((cos0- sin 9)(cosa- /¡sin a)+/2 (sin a + /¡cosa)] + /2/2 (sin a + /¡cosa)]

N22 =

О • 8ш у • cose8 + М21 • [ • 9 • (ю8 - фкгк)/ц - cos9]

С089 + /2 • 8Н1 9 • (ГеЮе - фкГк )/ие

(7)

где 9 = ш^т[ + 8/2)/(ге + гк)];

/'= /2ае®0/ие ;

/'= /г (ге®е -фкГк )/ие ;

ге — угол установки вальцов; 5 — зазор между вальцами, м. Для упрощения дальнейших расчётов примем угловую скорость компонента вороха фк равной нулю. В формулы (4), (6) и (7) необходимо положить в качестве О загрузку шнека ворохом корнеплодов в смеси с почвенными примесями, т.е.

О = g•Q•L/и, (8)

где 0 — производительность очистителя, кг/с; Ь — длина очистителя, м. Мощность на привод вальцов с учётом найденных значений Ы21 и Ы22 определяется по формуле:

2 )/2 (е Ге )2 ЦК Ге ) +(®0 ^ ) . (9)

21 + N22)

н И

250 200 150 100 50 0

N

3 \

Ч1 N

,2

Р2 = (

С учётом засорённости корнеплодов почвой и растительными остатками, возможного защемления и дробления корнеплодов и почвенных комков в зазорах между наружной кромкой витка шнека и внутренней поверхностью жёлоба, а также с учётом коэффициентов полезного действия трансмиссии потребная мощность для привода очистителя может быть найдена по формуле:

Рп = кп ко к3Р / Лг, (10)

где кп — коэффициент засорённости вороха корнеплодов почвой и растительными остатками, кп = 1,05—1,25, причём большее значение характерно для процесса уборки, а меньшее — для доочистки в составе кормоцеха; к0 — коэффициент, учитывающий защемление корнеплодов и дробление почвенных комков, к0= 1,1—1,3;

к3 = 1,1—1,25 — коэффициент запаса мощности, учитывающий возможность пуска конвейера-очистителя под нагрузкой; Г[Т — коэффициент полезного действия трансмиссии.

Заметим, что мощность на привод очистителя при одном и том же передаточном отношении между шнеком и вальцами не зависит от частоты их вращения. Это объясняется тем, что при постоянной производительности очистителя с увеличением частоты их вращения пропорционально снижается загрузка очистителя ворохом корнеплодов. Заметим также, что предпочтительным вариантом с точки зрения качества очистки корнеплодов и равномерного износа поверхности вальцов является равенство Ы21 = Ы22.

На рисунке 3 показаны зависимости составляющих мощности на очистку и транспортировку корнеплодов от угла наклона очистителя к гори-

0 5 10 15 20 25 30 35

Угол наклона очистителя, град.

Рис. 3 - График зависимости мощности от угла наклона очистителя к горизонту при Ы21 = Ы22: 1 - на привод шнека; 2 - на привод вальцов; 3 - на транспортировку и очистку корнеплодов

зонту. В расчёте приняты: 0 = 1,4 кг/с, Ь = 2,5 м; £ =0,66 м; г =0,47 м; гв =0,05 м; гК =0,05 м; /1= У2= 0,9. Угол установки вальцов принят из условия Ы21 = Ы22.

Условие равенства #21 = Ш22 при изменении угла наклона очистителя к горизонту сопряжено с необходимостью изменения угла установки вальцов (рис. 4). При этом изменяются нормальные реакции на корнеплод со стороны витка шнека и вальцов (рис. 5). Здесь нормальные реакции представлены удельными величинами в расчёте на единицу силы тяжести корнеплодов.

80 70 60 50 40 30 20 10 0

я

5

а я о

£

о

^

н о

1-е

0 5 10 15 20 25 30 35

Угол наклона очистителя, град.

Рис. 4 - Зависимость угла установки вальцов от угла наклона очистителя к горизонту при условии равенства Ы21 = Ы22

Мощность на привод шнека определяет в основном очищающую способность устройства. Чем больше эта мощность, тем больше достигается трение корнеплодов о виток и, как следствие, обеспечивается лучшая очистка корнеплодов от связанной с ними почвы. Поэтому оптимальный угол наклона очистителя к горизонту 25°. При этом угле из условия #21 = Ш22 угол ге =42,5°.

Выводы. 1. Установлены зависимости мощности на привод рабочих органов шнеково-вальцового

Ü 1,20 I 1,05

га ,

0

0,90

§ 0,75 л

§ 0,60

IS

& 0,45

К

а 0,30

1 0,15 « 0,00

0 5 10 15 20 25 30 35

Угол наклона очистителя, град.

Рис. 5 - Зависимость удельных нормальных реакций N (4) и N2j = N22 (6) от угла наклона очистителя к горизонту

очистителя корнеплодов от его конструктивных и кинематических параметров.

2. Определены оптимальные конструктивные параметры шнеково-вальцового очистителя корнеплодов: угол наклона очистителя к горизонту — 25°, угол установки вальцов — 42,5°. Установлено, что энергоёмкость процесса очистки корнеплодов не зависит от частоты вращения шнека и вальцов.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Литература

1. Патент 2223628. Российская Федерация. Устройство для очистки корнеклубнеплодов / Юхин Г. П., Мартынов В.М., Катков А. А. Калимуллин А.М.; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2002121554/12; заявл. 05.08.02; опубл. 20.02.04. Бюл. № 5. 8 с.

2. Патент 2268575. Российская Федерация. Очиститель корнеплодов / Юхин Г.П., Мартынов В.М., Катков А.А. Калимуллин А.М.; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2004117662/12; заявл. 09.06.04; опубл. 27.01.06. Бюл. № 3. 7 с.

3. Патент 2272396. Российская Федерация. Очиститель вороха корнеклубнеплодов / Юхин Г.П., Мартынов В.М., Катков А.А., Калимуллин А.М.; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2004124394; заявл. 10.08.04; опубл. 27.03.06. Бюл. № 9. 7 с.

4. Патент 2338366. Российская Федерация. Транспортёр-очиститель корнеплодов / Юхин Г.П., Мартынов В.М., Катков А.А. Калимуллин А.М.; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2007109383/12; заявл.14.03.07; опубл. 20.11.08. Бюл. № 32. 5 с.

5. Патент 2272394. Российская Федерация. Комбайн для уборки корнеклубнеплодов / Мартынов В.М., Юхин Г.П., Кали-муллин А.М., Катков А.А. заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2004124393; заявл. 10.08.04; опубл. 27.03.06. Бюл. № 9. 6 с.

6. Патент 2338365. Российская Федерация. Корнеклубнеубо-рочный комбайн / Мартынов В.М., Юхин Г.П., Калимуллин А.М., Катков А.А.; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2007109382/12; заявл.14.03.07; опубл. 20.11.08. Бюл. № 32. 7 с.

7. Карташов Л.П., Юхин Г.П., Мартынов В.М. и др. Рекомендации по проектированию очистителей корнеклубнеплодов шнекового типа от почвы. М: Россельхозакадемия, 2005. 36 с.

8. Карташов Л.П., Юхин Г.П., Мартынов В.М. и др. Моделирование рабочего процесса шнеково-вальцового очистителя корнеплодов от почвенных примесей // Техника в сельском хозяйстве. 2005. № 1. С. 11-15.

9. Мартынов В.М. Взаимодействие корнеплода с витком шнека и вальцом очистителя // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 12. С. 10-12.

10. Мартынов В.М. Исследование движения корнеплода на вальцах очистителя // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2010. № 4. С. 7-9.

11. Мартынов В.М. Проектирование рабочих органов и машин для уборки корнеплодов. Уфа: Изд-во Башкирского ГАУ, 2011. 250 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.