ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦЫ УДОБРЕНИЙ ПО ЛОПАСТИ ВОРОШИТЕЛЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 631.51

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦЫ УДОБРЕНИЙ ПО ЛОПАСТИ ВОРОШИТЕЛЯ

АНДРЕЕВ Константин Петрович, ст. преп. кафедры организации транспортных процессов и безопасности жизнедеятельности, [email protected]

КОСТЕНКО Михаил Юрьевич, д-р. техн. наук, профессор кафедры технологии металлов и ремонта машин, [email protected]

ШЕМЯКИН Александр Владимирович, д-р техн. наук, зав. кафедрой организации транспортных процессов и безопасности жизнедеятельности, [email protected] Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева

МАКАРОВ Валентин Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, гл. научн. сотрудник ВНИМС, г. Рязань,[email protected]

КОСТЕНКО Наталья Алексеевна, канд. техн. наук, доцент кафедры ПГС Рязанского института (филиала) Московского Политехнического университета, [email protected]

Эффективность внесения минеральных удобрений зависит от соответствия дозы внесения необходимым потребностям растения. Качество дозирования удобрения играет важную роль в обеспечении равномерности внесения минеральных удобрений. В процессе перемещения трактора с разбрасывателем по полю минеральные удобрения из мягкого контейнера поступают к выпускным дозирующим отверстиям бункера-питателя и далее на разбрасывающий рабочий орган - диск. При вращении диска удобрения за счет центробежных сил разбрасываются по поверхности поля. Для стабилизации процесса истечения минеральных удобрений из мягкого контейнера и разрушения слежавшихся комков и агломератов в бункере вращается ворошитель, который обеспечивает разрушение комков и локально-слежавшихся масс сыпучего материала, снижает вероятность сводообразования. Частица удобрения, находящаяся на лопасти ворошителя, совершает сложное движение, которое состоит из переносного вращательного движения вместе с лопастью и относительного движения по лопасти. С учетом приложенных к частице активных сил запишем дифференциальные уравнения движения частицы в выбранной системе координат. На основе полученных выражений было проведено математическое моделирование в программе MathCAD для различных углов установки ворошителя: а - угла к направлению к окружной скорости V, и угла в к горизонту в радиальном направлении. Также варьировались масса гранул удобрений, коэффициент трения удобрений о материал ворошителя. В результате математического моделирования установлено, что для повышения равномерности дозирования и снижения крошимости гранул удобрений угол установки лопасти к окружной скорости V - угол подъема а - должен находиться в диапазоне 18-21 град. и угол к горизонту в радиальном направлении - угол поворота в должен быть равен 10-12 град. Применение разработанного ворошителя позволит снизить крошимость гранул при дозировании и повысить равномерность внесения удобрений центробежным разбрасывателем.

Ключевые слова: удобрения, разбрасыватель, дозирующее устройство, ворошитель, внесение.

Введение

Эффективность внесения минеральных удобрений зависит от соответствия дозы внесения необходимым потребностям растения. Важную роль в этом процессе играет соблюдение высокой равномерности распределения удобрений. Качество дозирования удобрения имеет большое значение в обеспечении равномерности внесения минеральных удобрений.

Принцип работы самозагружающегося разбрасывателя минеральных удобрений

Конструктивно-технологическая схема дозирующего устройства представлена на рисунке 1. В нижней части бункера 1 расположены дозирующие щели 2 с дозирующими заслонками 3. На

приводном валу 4 разбрасывающего устройства (тарелки или диска) 5 имеется ворошитель 6 с лопастью 7, расположенной под углом а к направлению к окружной скорости V и углом р к горизонту в радиальном направлении.

Устройство работает следующим образом, в процессе перемещения трактора с разбрасывателем но полю минеральные удобрения из мягкого контейнера поступаютк выпускным дозирующим отверстиям бункера-питателя и далее на разбрасывающий рабочий орган - диск. При вращении диска удобрения за счет центробежных сил разбрасываются по поверхности поля. Для стабилизации процесса истечения минеральных удобрений из мягкого контейнера и разрушения слежавшихся

© Андреев К.П., Костенко М.Ю., Шемякин А.В., Макаров В.А., Костенко Н.А.,2016 г.

»

Вестник РГАТУ, № 4 (32), 2016

комков и агломератов в бункере вращается ворошитель, который обеспечивает разрушение комков и локально-слежавшихся масс сыпучего материала, снижает вероятность сводообразования. В процессе разбрасывания удобрений ворошитель воздействует на истекающие массы до полного опорожнения мягкого контейнера и способствует равномерной подаче удобрений к разбрасывающим рабочим органам, что, в конечном итоге, ведет к повышению качества выполнения технологического процесса внесения минеральных удобрений разбрасывателем [1-7].

0 |Ш 1

i

Рис. 2 - Расчетная схема движение частиц удобрений относительно ворошителя.

Учтем приложенные к частице активные силы: Учтем приложенные к частице активные силы: G - вес частицы ^=тд), Н; где т - масса частицы, кг;

д - ускорение свободного падения, м/с2. Рсопр - силу сопр°тивления ^к^ Н;

где к - коэффициент вязкости среды, Н/(м/с);

- окружная скорость лопатки, м/с. Направление силы сопротивления примем противоположным окружной скорости лопатки ворошителя.

Реакциями связей частицы являются: N - сила нормального давления, Н; Ртр - сила трения Н;

где f - коэффициент трения частицы о лопасть. Спроектировав силы на ось координат, запишем основное уравнение динамики.Так как силы инерции находятся в плоскости, перпендикулярной оси вращения, то для вертикальной оси можем записать:

№та - fNcosa - т§=0 (1)

Выразим из уравнения (1) значение силы нормального давления

N = -

sin а- / cosa

(2)

Рис. 1 - Схема дозирующего устройства с дисковым разбрасывателем Исследование движения частицы удобрений по лопасти ворошителя

Частица удобрения, находящаяся на лопасти ворошителя, совершает сложное движение, которое состоит из переносного вращательного движения вместе с лопастью и относительного движения по лопасти со скоростью V2. Учитывая, что для обеспечения заданной ширины захвата вал разбрасывающего устройства должен вращаться с постоянной угловой скоростью, скорость ворошителя, закрепленного на том же валу, постоянна. Лопасть ворошителя расположена на расстоянии R от центра вращения с углом подъема а и углом наклона р. Рассмотрим движение в системе координат XYZ( рис. 2).

Тогда значение силы трения будет равно:

f т fmg

тр = № = -----(3)

sin a-j cosa v '

Запишем дифференциальное уравнение движения частицы в выбранной системе координат.

~ d2x

т = Fconp sin(^) + N sin a cos /? sin(úJí) + +F coste cos /?sin(<wí)

(4)

d2y

m~jT = Fconp00^0^) + A^sintecos /?cos ((Dt) + +Fmp cos a eos (3 cos(W)

m = sin or cos jS + iV coste cos yS-G

Подставим значения величин и преобразуем:

dVr к т, . , . те

т—- = —Fsin (вЯ) +---

dt т since -feosa

Tflg

+ f —---cosacos jSsin (cot)

sin of — / cosa

sin a cos p sin(újf) +

mg

dVy , ч

dt m sina-/cosa

sin a cos p cos (cot) -

mg

sin or-/ cosa dVz _ mgco&a eos ¡3

eos a eos fi cos(íhí)

fmgsm.acos/3

(5)

dt sin a — / cos a sin a — / cosa — mg

Сгруппируем переменные в системе уравнений (5), тогда выражение будет иметь вид

dVY к . , ч евтасоэ/? . , .

—- = — сор&т(бЛ) + —-— зт(й*) +

dt т Бта-/со5а

+ Мсоьасоьр

sin a—f cos«

dV к . . gsinacostf . .

—- = — ftipcos(ci) +-cos(gí) —

dt m sin a-f cosa

(6)

fg cosa cos/3

cos(iyf)

sin a-f cosa dVz _ gcosacos/? fgsmacosp dt sina-/cosa sin a —/cosa

Разделим переменные:

dV =

dVy =

к esinctcos/? /ecos a cos в

— СОр Н——-+ ^-—

т sin a-f cos or sin а - / cos а

A' esinacos/? fe cos a cos/?

— £»/? + —--

m sin a - / cos a sin a - / cos a

ún{cot)dt

eos (ú)t)dt

dVz=g

eos a eos /? / sin « eos /?

sin er-/cosa sin a-f cos a

-1

dt

Л..

к g sin a eos В + fg cos a cos В

—wp + ---——-—

m sin a-f cos a

(8)

=

cosacos/?-/sinacos /?

-1

sin a - f cos a Преобразуем выражение 7 и проинтегрируем:

J dVx = J" лг sin ootdt о

Vy t

J= J Av cos cotdt

V 0

V- t

J dVz = J Azgdt

(9)

K=K.r+ — [l-cos(^)]

CO

К .

Vv =Vov H — sin cot

CO

(10)

vz=v02+xzgt

Учитывая, что скорость является производной от перемещения, запишем

tlx А Лх , .

— = К,- + — - — COS(flrf) at со со

Щ~= VOY sin^(11)

dt со

dz Tr ,

777 = К, + dt

(11)

Разделим переменные:

dx =

Vox + — I - — cos(ú)t)

G) СО

dt

(12)

dy =

dz -

A- ■

V H—— sin cot

(O

Vo: +Лzgt\it

dt

11роинтегрируем полученное выражение

Vm + — I - — cos {cat)

CO J CO

idx=\ ]dy = \

oy 0

2- t \dz = \[Voz+Azgt\ii

dt

V h—— sin cot

CO

dt

(13)

В результате интегрирования получим

(7)

х - хп =

— V-^ySin (cot)

(О

СО'

у-У 0 =

Л

Vt--— cos cot

Z-Zn= Vt +

CO'

K&2

(14)

Для простоты преобразований постоянные ве-ли^иныобозначим:

к g(sin a eos ft + fg eos a eos J3)

Лх = —сор + —-:---

m sin a- j cos a

Окончательно выражение для закона движения имеет вид

К, + — V-^sin [cot)

У = У о + У J +

со со

со'

■ COS

cot)

(15)

Подставив переменные и преобразовав выражение, получим

На основе полученных выражений (15) было проведено математическое моделирование в программе MаthCAD для различных углов установки ворошителя : а - угла к направлению к окружной скорости V, и угла в к горизонту в радиальном направлении. Также варьировались масса гранул удобрений, коэффициент трения удобрений о материал ворошителя. В результате моделирования были получены траектории движения гранул удобрений, обеспечивающие равномерное перемешивание и их движение при минимальных нагрузках (рис. 3). Полученные значения углов обеспечивают минимальные нагрузки - низкую крошимость гранул удобрений, что способствует высокой равномерности внесения.

Рис. 3 - Траектории движения гранул удобрений под воздействием ворошителя

Заключение

Анализ траекторий движения частиц удобрений показал, что при движении ворошителя происходит перемещение частиц к периферии. Так как выгрузка удобрений происходит из центральной части мягкого контейнера, в зоне над дозирующими щелями образуется зона повышенного давления. Обеспечение движения удобрений в зоне дозирования способствует снижению вероятности сводообразования. В результате математического моделирования установлено, что для повышения равномерности дозирования и снижения кроши-мости гранул удобрений угол установки лопасти к

окружной скорости V - угол подъема а - должен 2-4.

находиться в диапазоне 18-21 град. и угол к гори- 4. Пат. 2363133 Российская Федерация, МПК

зонту в радиальном направлении -.угол поворо- А01С17/00 . Самозагружающийся разбрасыва-

та р должен быть равен 10-12 град. Применение тель удобрений [Текст] / В. Н. Буробин, А. М. Ко-

разработанного ворошителя позволит снизить ролев, К. П. Андреев. - № 2008110352/12 ; заявл.

крошимость гранул при дозировании и повысить 20 03 08 ; опубл 10 08 09 Бюл № 22 _ 15 с

равномерность внесения удобрений центробеж- 5. пат. 2363134 Российская Федерация, МПК

ным разбрасываделем. А01С17/00 . Самозагружающийся разбрасыва-

„Спис?к литературь' тель удобрений [Текст] / В. Н. Буробин, А. М. Ко-

1.Андреев, К. П. Исследование работы само- ролев, к. П. Андреев. - № 2008110353/12 ; заявл. загружающегося разбПа слывателя мин еральных 20 ; опубл.10.08.09, Бюл. № 22. - 11 с.

удобрений [Текст] / К. П. Андреев, В. А. МакаPов, 6 Пат 2363135 Российская Федерация МПК

А. В. Шемякин, М. Ю. Костенко //Сб. науч. трудов дп°- Пат^2363135 Российская федерация, МПК - Рязань ■ РГАТУ 2015 - С 140-143 А01С17/00 . Самозагружающийся разбрасыва-

2. Разбрасыватель минеральных удобрений с тель удобрений [Текст] / В. Н. Бур°бин, А. М. Ко-сепарацией крупных примесей / К. П. Андреев, В. ролев, К. П. Андреев . - № 2008110354/12 ; заявл. А. Макаров, А. В. Шемякин, М. Ю. Костенко //Сб. 20 03 08 ; опубл. 10.08.09, Бюл. № 22. - 12 с. науч. тр. - Рязань ■ РГАТУ, 2015. - С. 241-244. 7. Пат. 2490856 Российская Федерация, МПК

3. Макаров, В. А. Самозагружающийся раз- А01С17/00 . Самозагружающийся разбрасыватель брасыватель удобрений / В. А. Макаров, М. Ю. удобрений [Текст] / Митраков М. В., Макаров В. А., Костенко, К. П. Андреев // Механизация и электри- Хрипин В. А. - № 2011126834/13 ; заявл. 29.06.11 ; фикация сельского хозяйства. - 2015. - № 3. - С. опубл. 27.08.13, Бюл. № 24. -8 с.

THE STUDY OF MOTION OF PARTICLES OF FERTILIZER ON THE BLADES OF THE AGITATOR Andreev Konstantin P., senior lecturer in OTP and BC, [email protected]

Kostenko Mikhail Yu., Dr. sci. Sciences, Professor of the Department of TM and RM, [email protected] Shemyakin Alexander V., Dr. sci. Sciences, head. the Department of OTP and BC, [email protected] Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev

Makarov Valentin A., doctor of engineering. Sciences, Professor, chief researcher employee VNIMS, Ryazan, [email protected]

Kostenko Natalia A., B. SC. Sciences, associate Professor PGS, Ryazan Institute (branch) of the Moscow Polytechnic University, [email protected]

the Efficiency of mineral fertilizers depends on the conformity of the dose making the necessary needs of the plant. The quality of the dosing of fertilizer has an important role in ensuring the uniformity of mineral fertilizers. In the process of moving the tractor with the spreader but the field of mineral fertilizer from the containers flow to the metering outlet openings of the hopper-feeder and further spreading the working body of the disk. When the disk rotates, the fertilizer due to a centrifugal force are scattered over the surface of the field. To stabilize the flow process of fertilizer from the containers, and the destruction of the compacted lumps and agglomerates in the hopper rotates the agitator, which ensures the destruction of lumps and locally compacted mass of granular material reduces the likelihood of svoeobraznaya. Particle fertilizers that are on the blades of the agitator makes a complex movement, which consists of a portable rotary motion together with the blade and the relative movement of the blade with the speed of the particle is applicable to active power. Write the differential equation of motion of a particle in a chosen coordinate system. On the basis of obtained expressions was carried out mathematical modeling in the MathCAD for different angles of the agitator :a -angle to the direction of the peripheral speed V and angle в to the horizontal in the radial direction. Also vary the mass of granules of fertilizers the coefficient of friction of fertilizers on the material of the agitator. As a result of mathematical modeling it was found that for improving the uniformity of dosing and reduce kashimashi granules of fertilizer the installation angle of the blade to a peripheral speed V the angle a should be in the range 18...21 deg and the angle to the horizontal in the radial direction.the rotation angle в = 10...12 degrees. Using the developed mixer will reduce kashimashi granules in dosage and increase the uniformity of the centrifugal fertilizer spreader.

Key words: fertilizer spreader, the metering device, agitator, making.

Literatura

1.Andreev K.P.Issledovanie raboty samozagruzhaushegosya razbracyvatelya mineral'nyh udobreniy/ Andreev K.P., Makarov V.A., Shemyakin A.V., Kostenko M.U. // Sbornik nauchnyh trudov SMU RGATU

Vypusk 1, Ryazan:FGBOU VO RGATU, 2015 - S.140-143.

2. Andreev K.P. Razbracyvatel' mineral'nyhudobreniy s separacyey krupnyh primesey / Andreev K.P., Makarov V.A., Shemyakin A.V., Kostenko M.U. // Sbornik nauchnyh trudov SMU RGATU Vypusk 1, Ryazan:FGBOU VO RGATU, 2015 - S.241-244.

3. Makarov V.A. Samozagruzhaushiysya razbracyvatel' udobreniy / Makarov V.A., Kostenko M.U., Andreev K.P.// Mehanizacyya I elektrofikacyya sel'skogo khozyaystva, №3, Moskva 2015. S. 2-4.

4. Samozagruzhaushiysya razbracyvatel' udobreniy: pat. RU 2 363 133 С1, RF, MPK А01С17/00 / V.N. Burobin, А.М. Korolev, K.P. Andreev.№ 2008110352/12; zyavl.20.03.08; opubl.10.08.09, Bul. № 22.

5. Samozagruzhaushiysya razbracyvatel' udobreniy: pat. RU 2 363 134 С1, RF, MPK А01С17/00 / V.N.

Burobin, А.М. Korolev, K.P. Andreev.№ 2008110353/12; zyavl.20.03.08; opubL10.08.09, Bul. № 22.

6. Samozagruzhaushiysya razbracyvatel' udobreniy: pat. RU 2 363 135 С1, RF, MPK А01С17/00 / V.N. Burobin, А.М. Korolev, K.P. Andreev.№ 2008110354/12; zyavl.20.03.08; opubl.10.08.09, Bul. № 22.

7. Samozagruzhaushiysya razbracyvatel' udobreniy: pat. RU 2 490 856 С1, RF, MPK А01С17/00 / V.N. Burobin, А.М. Korolev, K.P. Andreev.№ 2008110354/12; zyavl.29.01.11; opubl. 27.08.13, Bul. № 24.

УДК 636.085.522.55

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗЕЛЕНОЙ МАССЫ НА ПРИГОТОВЛЕНИЕ СИЛОСА В МЯГКИХ ВАКУУМИРОВАННЫХ КОНТЕЙНЕРАХ

БЕЗНОСЮК Роман Владимирович, канд. техн. наук, доцент кафедры технологии металлов и ремонта машин, [email protected]

БОГДАНЧИКОВ Илья Юрьевич, канд. техн. наук, доцент кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка, [email protected]

КОСТЕНКО Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, профессор кафедры технологии металлов и ремонта машин, [email protected]

РЕВИЧ Яков Львович, канд. техн. наук, ст. научн. сотрудник, [email protected] РЕМБАЛОВИЧ Георгий Константинович, д-р техн. наук, зав. кафедрой технологии металлов и ремонта машин, [email protected]

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева При приготовлении силоса в мягких вакуумированных контейнерах плотность зеленой массы является важным фактором данного процесса, так как от нее зависит качество получаемого продукта. Обеспечение необходимой плотности, возможность создания оптимальных влажностных режимов способны повысить эффективность процесса приготовления силоса. Исследования по силосованию показали, что плотность, выделение сока, эффективность созревания силоса зависят от длины резки. Программа экспериментальных исследований включала в себя: исследование фракционного состава зеленой массы (силосной резки); исследование влияния усилий сжатия на плотность зеленой массы и на выделение силосного сока; исследование влияния средней длины силосной резки и плотности массы на выделение силосного сока. Для определения выхода сока при различной степени уплотнения зеленую массу предварительно разделяли на фракции. Разделенную на фракции силосную резку помещали в прибор для исследования влияния сжимающих напряжений на плотность силоса. При сжатии силоса через отверстия в направляющей трубе выделялся силосный сок, который собирался в лотке на основании в мерную емкость. Исследования показали, что при вакуу-мировании силосной массы с избыточным давлением около 0,1 МПа и влажностью 72% происходило ее уплотнение с увлажнением. При этом выделения свободного силосного сока не происходило. В ходе проведенных исследований получены зависимости влияния длины резки и плотности массы на выделение силосного сока. Таким образом, заготовка силоса в мягких вакуумированных контейнерах способна обеспечить сохранение сока в силосной массе, что повышает питательность силоса и исключает загрязнение окружающей среды.

Ключевые слова: приготовление силоса, мягкие вакуумированные контейнеры, плотность силосной резки, выделение силосного сока.

3) исследование влияния средней длины силосной резки и плотности массы на выделение силосного сока.

Объект и методика исследований Объектом исследований являлся технологический процесс приготовления силоса, в том числе с применением мягких вакуумированных контейнеров; предмет исследований - взаимосвязи между усилиями сжатия, плотностью, фракционным составом зеленой массы и выделением силосного сока. Уборка велась силосоуборочным комбайном Claas Jaguar 980 в условиях сельскохозяйственного предприятия ООО «Вакинское Агро» Рыб-новского района Рязанской области. Исследования проводились в период массовой заготовки кукурузы восковой спелости на силос (сентябрь

Введение

Обоснование рациональной длины резки, необходимой для приготовления и последующего хранения качественного силоса в мягких вакуумированных контейнерах с учетом плотности, усилия уплотнения и других параметров зеленой массы, закладываемой на хранение, является актуальной народнохозяйственной задачей.

В программу экспериментальных исследований, результаты которых представлены в данной статье, входили следующие основные положения:

1) исследование фракционного состава зеленой массы (силосной резки);

2) исследование влияния усилий сжатия на плотность зеленой массы и на выделение силосного сока;

© Безносюк РВ., Богданчиков И.Ю., Костенко М.Ю., Ревич Я.Л., Рембалович Г.К., 2016 г.