ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ЯЧЕЕК ПРИ ИЗГИБЕ ПЧЕЛИНОГО СОТА Текст научной статьи по специальности «Физика»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 638.163.4/638.178 DOI 10.36508/RSATU.2020.45.1.012

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ЯЧЕЕК ПРИ ИЗГИБЕ ПЧЕЛИНОГО СОТА

АФАНАСЬЕВ Александр Михайлович, соискатель кафедры технологии металлов и ремонта машин, [email protected]

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

АФАНАСЬЕВ Михаил Юрьевич, канд. с.-х. наук, доцент, доцент кафедры электротехники и физики, [email protected]

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева МАМОНОВ Роман Александрович, д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры тылового обеспечения уголовно-исполнительной системы, ФКОУ ВО «Академия права и управления Федеральной службы исполнения назначения», [email protected]

Высокая рентабельность получения продуктов пчеловодства зависит от эффективного использования пчелиных сотов в технологии содержания пчел, а также получения продуктов пчеловодства. При откачке меда часть сотовых рамок выбраковывается из-за деформации сотовой структуры, образования трещин и разрывов в ней. Для восполнения выбракованных сотов приходится дополнительно закупать листы вощины, терять время и расходовать потенциал пчелиной семьи на отстройку структуры сотовых рамок. Нами проведены исследования действия центробежных сил на сотовую структуру при различных способах размещении сотовой рамки в роторе центрифуги. С помощью метода вырезания узлов были найдены усилия, возникающие в узлах шестигранной ячейки сота. При увеличении угловой скорости вращения ротора растягивающая нагрузка на ячейки сота возрастает интенсивно. При угловой скорости 26 рад/с растягивающие напряжения при вертикальном расположении сота составляют 3,479*105 Па - почти в 1,73 раза выше, чем при горизонтальном положении - 2,009*10 Па, и могут привести к разрыву восковых пластинок ячеек. Предельные растягивающие напряжения 200 кПа достигаются при угловой скорости выше 26 рад/с. Поэтому при откачке меда следует ограничивать скорость вращения вертикально расположенных рамок для снижения нагрузки и исключения повреждения ячеек пчелиных сотов, особенно в начале процесса откачки меда. Анализ полученных уравнений установил, что увеличение угловой скорости выше 26 рад/с приводит к прогрессивному росту нормальных напряжений в ячейках сота. При вертикальном расположении сота в роторе центрифуги предельные разрушающие нагрузки ячеек сота возникают при меньшей частоте вращения. Выявлено, что образование трещин зависит от радиуса кривизны сотовой структуры и для проведения скарификации перговых сотов он должен составлять около 0,55 м.

Ключевые слова: медогонки, сотовые рамки, продукты пчеловодства, откачка меда, перга, скарификация перговых сотов, ячеки сотов.

Введение

Высокая рентабельность получения продуктов пчеловодства зависит от эффективного использования пчелиных сотов в технологии содержания пчел, а также получения продуктов пчеловодства. Мед и перга являются основными продуктами, для приготовления и хранения которых пчелы используют восковые соты [1, 2]. В технологиях извлечения продуктов пчеловодства из сотов используют центробежные силы [3-6]. При откачке меда часть сотовых рамок выбраковывается из-за деформации сотовой структуры, образования трещин и разрывов в ней. Для восполнения выбракованных

сотов приходится дополнительно закупать листы вощины, терять время и расходовать потенциал пчелиной семьи на отстройку структуры сотовых рамок. Воздействие центробежных сил на восковую структуру пчелиных сотов мало изучено.

Объекты и методы исследований Нами разработан комплексный агрегат для откачки меда и скарификации перговых сотов [1, 4, 7]. Определим реакции, возникающие в узлах восковых ячеек сота при воздействии на сот центробежных сил. Воспользуемся методом вырезания узлов и, применив принцип независимости действия сил, определим усилия, возникающие в

© Афанасьев А. М., Костенко М. Ю., Афанасьев М. Ю., Мамонов Р А., 2020 г

узлах ячейки сота (рис. 1) [8].

Введем следующие допущения:

1) растягивающие силы в одном из узлов будут соответственно параллельны друг другу в различных узлах;

2) все ячейки сота деформируются одинаково в пределах цилиндрической поверхности деформированного сота;

3) толщина всех восковых стенок ячейки сота одинакова;

4) толщина крышек на каждом соте однородна и одинакова.

Так как величина центробежной силы зависит от радиуса вращения ячейки сота, то максимальные значения сил растяжения будут достигаться на краю сота, в месте крепления вощины к деревянной рамке [9, 10]. Исследуем реакции в ячейках сота при наибольших значениях центробежных сил.

Результаты исследований

Рассмотрим действие сил в узле 1 (рис. 1) при вертикальном расположении сота в кассете ротора центрифуги (верхний брус рамки расположен вертикально). Уравнения равновесия выглядят следующим образом

(1)

Рис. 1 - Расчетная схема к определению усилий в узлах 1-6 ячейки сота

Аналогичные уравнения можем записать для

остальных узлов.

о(Ех = 0 К32со5б0° + К,со5б0° - Я12 = 0 Для узла 2: " 1 12

[Еу = 0 К325т60°-К25т60° = 0 (2)

Лпя узла 3-(1х = 0 к2з«>5б0° + К43со560° - Я3 = 0 14 у ЧЕу = 0 К235т60о - Я^т 60° = 0 (3)

Для узла 4:

2х = 0 И^соБбО0 + Я4со5б0° - Я12 = 0

Еу = 0 Яз^тбО" - й^п 60° = 0 (4)

^ ГЕх = 0 Л^созбО0 + Я^-сс^бО0 - Я45 = 0 Для узла " г /-сч

[2У=0 И^тбО0 - И^т 60° = 0 (5)

„ ( Хх = 0 Р.^-К16СО5б0о - К56СО5б0° = 0 Для узла 6:(Еу = о _ ^^ = 0 (6)

В результате решения системы уравнений получены значения неизвестных реакций:

£(21= Р23 = Р*43= Р?54= К56= 1^16= (7)

Рассчитаем растягивающее напряжение, действующее на боковую стенку (восковую пластинку) ячейки сота (рис.2). Так как при изгибе напряжение и продольные силы равномерно возрастают от нейтрального слоя (вощины), логично предположить, что распределенная нагрузка также равномерно убывает от усилия на внешней стороне сотов и убывает до нуля на нейтральном слое, расположенном на вощине. Определим значение продольной силы и нормального напряжения восковой пластинки.

Рис. 2 - Расчетная схема для определения прочности восковой стенки ячейки сота при вертикальном расположении

Максимальное значение распределенной нагрузки определяется по формуле:

(8)

где = растягивающее усилие (касательная составляющая центробежной силы, действующая на ячейкусота), Н;

h - высота ячейки сота, м. Так как распределенная нагрузка на ячейку зависит от высоты ячейки сота, то уравнение (8) можно записать

(9)

Рассмотрим сечение стенки (пластины) ячейки сота 0^1^

Нормальное напряжение при растяжении стенки восковой ячейки определим по формуле: N1

а

А

(10)

где N1 - продольная сила, Н;

А - площадь поперечного сечения восковой стенки (пластины) ячейки сота, м2.

При Zj = 0; Ni = 0; <у1 = 0 При 7,г = h; Ni = q(h)h = 2F*6

N i

<7i = — = 1 A

2F,

цб

ft-S

(11)

Построим в программе Mathcad 15 зависимость напряжений, возникающих в ячейках при вертикальном расположении сота, от угловой скорости ротора на основании уравнения 11 (рис. 3).

Ü4

Рис. 4 - Расчетная схема для определения реакций в узле 1 при горизонтальном расположении сота

Рассмотрим узел 1 при поперечном расположении

2х = 0 К615тб0° - Я125т60° = 0 (12)

2у = 0 К16со5б0° 4- Я12со$ 60° - ^ = 0

(13)

I

г

Для узла 2:

п _ f 2х = О

Для узла 3: jEy = Q

. ( Sx = О

Для узла 4:|sy = 0

Sx = 0 Rl2sin60° + R2 sin 60° = О 2y = 0 R12cos60° + R2cos60° - R23 = 0

R34sin60° + R3sin 60° = 0 (14) R34cos60° + R3cos60° - R23 = О

R43sin60° - R45sin 60° = 0 (15) R43cos60° + R45cos60° - R4 = 0

Для узла 5:|,

Sx = О Zy = О

- R

S4sin 60° = 0 R54cos60° - R56 = 0

n c fix = 0

Для узла 6: j2y = Q

F - R61sin 60° = 0 R61cos60° - Rs6 = 0

(16)

(17)

В результате решения системы уравнений нами получены значения неизвестных реакций:

ггтй

Рис. 3 - Зависимость напряжений а1 (Па), возникающих в ячейках при вертикальном оасполо-жении сота, от угловой скорости ротора (л) (рад/с) комплексного агрегата

Анализ рисунка 3 показывает, что при увеличении угловой скорости вращения ротора растягивающая нагрузка на ячейки сота возрастает, и при увеличении угловой скорости свыше 20 рад/с растягивающие усилия резко возрастают. Допускаемые напряжения для воска при температуре 25 °С составляют около 200 кПа, поэтому увеличение угловой скорости свыше 20 рад/с может привести к разрыву восковых пластинок ячеек [7].

Исследуем силы, возникающие при горизонтальном расположение сота в роторе центрифуги (верхний брус рамки расположен горизонтально). Под воздействием центробежных сил в узловых точках соединения стенок ячеек возникают усилия (рис. 4).

(18)

-—Ьцб

Рассмотрим прочность ячейки сота при горизонтальном расположении сота. Распределенная нагрузка зависит от высоты ячейки сота и ее можно записать в виде

2у/зг

цб

(19)

Я(г2) =

2

Рассмотрим сечение пластины сота 0<г2<И

Нормальное напряжение при растяжении определим по формуле:

N2

Ъг=~ (20)

где N2- продольная сила, Н; А - площадь поперечного сечения восковой

стенки ячеики сота, м^

(21)

Построим в программе Mathcad 15 зависимость напряжений, возникающих в ячейках при горизонтальном расположении сота, от угловой скорости ротора на основании уравнения 21 (рис. 5).

Анализ рисунка 5 показывает, что при увеличении угловой скорости вращения ротора растягивающая нагрузка на ячейки при горизонтальном расположении сота возрастает менее интенсивно, чем при вертикальном. Предельные растягивающие напряжения 200 кПа достигаются при угловой скорости выше 26 рад/с. При угловой скорости 26 рад/с растягивающие напряжения при вертикальном расположении сота составляют 3,479*105 Па - почти в 1,73 раза выше, чем при горизонтальном положении - 2,009*105 Па, и

Рис. 5 - Зависимость напряжений а2 (Па), возникающих в ячейках при горизонтальном расположении сота, от угловой скорости ш (рад/с) ротора комплексного агрегата

Рис. 6 - Расчетная схема для определения прочности ячейки сота

Равномерно распределенная нагрузка, действующая на крышку ячейки сота, определяется по формуле:

Чкр

3 —

3-1

(22)

может привести к разрыву восковых пластинок ячеек. Поэтому при откачке меда следует ограничивать скорость вращения вертикально расположенных рамок для снижения нагрузки и исключения повреждения ячеек пчелиных сотов, особенно в начале процесса откачки меда.

При скарификации перговых сотов возникает необходимость частичного деформирования и разрушения стенок и крышек ячеек для интенсификации вывода влаги при сушке перги. Рассчитаем растягивающие усилия и напряжения, возникающие в крышках ячеек сотов. Учитывая, что ячейки сотов представляют собой правильные шестиугольники, реакции восковых стенок ячейки будут равны друг другу, а усилия, действующие на крышки ячеек сотов, будут параллельны. Соответственно, крышка ячейки сота будет находиться под действием параллельных сил, а нагрузка равномерно распределена по всей её ширине (рис. 6).

где Рцб- касательная составляющая центробеж

ной силы, Н;

31 - ширина двух крышек ячеек сота, м. Так как распределенная нагрузка зависит от ширины крышек ячеек сота, то можно записать, что

ЧЬ з) = ^

2з

(23)

Рассмотрим сечение крышки ячейки сота на протяжении 0<г3< I

Нормальное напряжение при растяжении крышки ячейки сота определим по формуле:

лг3

сг3 -

гкр

(24)

где N3- продольная сила, Н; Акр- площадь поперечного сечения крышки ячейки сота, м2.

При

2з = 0; N3 = 0; ст3 = 0

При 23 = 1, N3=рг;а =2*- = ^

¡-■V

(25)

Построим в программе Mathcad 15 зависимость напряжений, возникающих в крышках ячеек сота, от угловой скорости ротора на основании уравнения 25 (рис. 7).

Рис. 7 - Зависимость напряжений а3 (Па), возникающих в крышках ячеек сота, от угловой скорости (л) (рад/с) ротора комплексного агрегата

Анализ рисунка 7 показывает, что нагрузка на крышки ячейки сопоставима с нагрузками на стенки ячейки при вертикальном расположении сота. Таким образом, при скарификации крышки ячейки обладают достаточной прочностью, и для их разрыва требуется значительное увеличение угловой скорости вращения ротора.

При откачке меда на интенсивных режимах и скарификации перговых сотов возможно прогибание восковой основы сотов, которое может приводить к деформации и разрыву стенок ячеек, поэтому необходимо уточнить радиусы кривизны, приводящие к деформации ячейки и разрыву стенки ячейки. Для обеспечения требуемых про-

гибов восковой основы сотов были изготовлены деревянные шаблоны с радиусом кривизны 0,45; 0,50; 0,55; 0,60; 0,65; 0,70; 0,75; 0,80 м (рис.8).

Рис. 8 - Формы для прогиба восковой основы сотов

Обследование состояния поверхности стенок ячеек сота и их разрывы фиксировались при помощи электронного микроскопа марки Альтами МЕТ 1М.

Было обследовано 10 ячеек каждого образца. В результате установлено, что при радиусе кривизны менее 0,55 метра наблюдались глубокие разрывы стенок ячеек, которые показаны на рисунке 9. Также следует отметить, что при сжатии ячеек с обратной стороны сота разрывов и существенных деформаций не наблюдалось. Это можно обьяс-нить большей прочностью воска на сжатие, чем на разрыв.

Рис. 9 - Общий вид разрыва стенки ячейки при изгибе сота радиусом кривизны 0,55 м

Анализируя рисунок 9, можно видеть, что разрыв стенок ячеек происходит с наружной стороны сота, что согласуется с действием максимальных нормальных напряжений (уравнение (21)).

На основании проведенных теоретических исследований выявлено, что разрушение ячеек сота зависит от направления приложения нагрузки. Нагрузка на стенки ячеек почти в 2 раза меньше при горизонтальной установке сота в ротор центрифуги, чем при вертикальной.

Скарификацию сотов целесообразнее проводить вдоль армирующих проволок сота по ширине рамки, а при откачке меда следует ограничивать угловую скорость ротора вертикально расположенных рамок для снижения нагрузки и исключения повреждения ячеек пчелиных сотов. Также установлено, что процесс скарификации перговых

сотов целесообразно производить в специальных кассетах, позволяющих обеспечить прогиб с радиус кривизны около 0,55 м.

Выводы

Теоретические исследования усилий растяжения, возникающих в ячейках сота, позволили установить, что наибольшие усилия возникают при вертикальном расположении сота в роторе центрифуги, и при откачке меда из сотов следует ограничивать угловую скорость ротора до 20 рад/с для снижения нагрузки и исключения повреждения ячеек вертикально установленных пчелиных сотов. При угловой скорости 26 рад/с растягивающие напряжения при вертикальном расположении сота составляют 3,479*105 Па - почти в 1,73 раза выше, чем при горизонтальном положении - 2,009*105 Па, и может привести к разрыву восковых пластинок ячеек. Для исключения неравномерности образования разрывов стенок ячеек перговых сотов скарификацию центробежными силами целесообразнее проводить вдоль армирующих проволок сота по ширине рамки, при этом рекомендуется применять специальные кассеты, позволяющие обеспечить одинаковый радиус кривизны сота около 0,55 м.

Список литературы

1.Мамонов, Р.А. Свойства меда и сотов необходимые для конструирования комплексного агрегата / Р.А. Мамонов, А.М. Афанасьев, М.Ю. Афанасьев // Пчеловодство. - 2017. - № 7. - С. 39-41.

2. Некрашевич, В.Ф. Комбинированный агрегат для переработки пчеловодной продукции / В.Ф. Некрашевич, А.А. Курочкин, А.М. Афанасьев // Пчеловодство. - 2016. - № 5. - С. 48-49.

3. Патент № 2472340 Российская Федерация, МПК А01К 59/00. Способ скарификации перговых сотов / В.Ф. Некрашевич, Р.А. Мамонов, М.В. Коваленко (РФ); заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Рязанский ГАТУ. - Заявка 2011123184/13 от 08.06.2011; опубл. 20.01.2013, Бюл. № 2. (1стр.).

4. Патент № 2615832 Российская Федерация, МПК А01К 59/00. Комбинированный агрегат для откачки мёда, скарификации перговых сотов и выделения воскоперговой массы из сотов. / В.Ф. Некрашевич, Р.А. Мамонов, Т.В. Торженова, А.М. Афанасьев; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Рязанский ГАТУ. - Заявка 2016115950 от 22.04.2016; опубл. 11.04.2017. Бюл. №11. (9 стр.).

5. Патент № 2498178 Российская Федерация, МПК F26B9/06. Устройство для сушки перговых сотов / В.И. Курдюмов, А.В. Журавлев; Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА. - Заявка № 2012122841/06 от 01.06.2012; Опубликовано 10.11.2013 Бюл. № 31. (4 стр.).

6. Патент № 2549380 Российская Федерация, МПК F26B15/04. Устройство для сушки перговых сотов / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, А.В. Журавлев; Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА. - Заявка 2014116334/06 от 22.04.2014 опубл. 27.04.2015, Бюл. №12. (5 стр.).

7. Некрашевич, В.Ф. Исследование прочностных свойств восковой основы сотов / В.Ф. Некрашевич, Р.А. Мамонов, А.М. Афанасьев, М.Ю.

Афанасьев, М.Ю. Костенко, А.В. Шемякин // Пчеловодство. - 2020. - № 1. - С. 46-48.

8. Tarasov, D. Mathematical modeling of deformations of flexible threads under their dynamic loading in the zone of material plasticity / D. Tarasov, V. Konovalov, V. Zaitsev, Y. Rodionov // Journal of Physics: Conference Series 2019. С. 012014.

9. Журавлев, А.В. К вопросу очистки рамок от

-О

воскового сырья центробежными силами / А.В. Журавлев, С.А. Сутягин, В.И. Курдюмов // Вестник Рязанского ГАТУ им. П.А. Костычева. - 2015. - № 4 (28). - С. 83-85.

10. Мамонов, Р.А. Теория процесса центробежной скарификации пчелиных сотов / Р.А. Мамонов // Вестник Рязанского ГАУ им. П.А. Костычева. -2018. - № 2 (38). - С. 102-107.

RESEARCH OF STRENGTH OF CELLS AT BENDING OF BEE CELL

Afanasyev Alexander M., applicant for the Department of Metal Technology and Machine Repair

Kostenko Mikhail Yu., Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Metal Technology and Machine Repair, [email protected]

Afanasyev Mikhail Yu., candidate of agricultural sciences, associate professor, associate professor of the Department of Electrical Engineering and Physics

Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostycheva

Mamonov Roman A., doctor of technical sciences, associate professor, professor of the logistics department of the penal system, FKOU VO "Academy of Law and Management of the Federal Service for the Execution of Appointment", [email protected]

The high profitability of obtaining beekeeping products depends on the efficient use of bee honeycombs in the technology of keeping bees, as well as obtaining beekeeping products. During the pumping out of honey, part of the honeycomb frames are rejected due to deformation of the honeycomb structure, the formation of cracks and tears in it. To replenish the rejected honeycombs, one has to additionally purchase sheets of wax, waste time and spend the potential of the bee family on rebuilding the structure of the honeycomb frames. We have studied the effects of centrifugal forces on the honeycomb structure with various methods of placing the honeycomb frame in the centrifuge rotor. Using the method of cutting knots, the forces arising in the nodes of the hexagonal cell of the honeycomb were found. With an increase in the angular velocity of rotation of the rotor, the tensile load on the honeycomb cells increases intensively. At an angular velocity of 26 rad / s, tensile stresses at a vertical location of the honeycomb are 3.479 * 105 almost 1.73 times higher than at a horizontal position of 2.009 * 105 Pa, and can lead to rupture of the wax plates of the cells. Ultimate tensile stresses of 200 kPa are achieved at an angular velocity above 26 rad / s. Therefore, when pumping honey, you should limit the speed of rotation of vertically arranged frames to reduce the load and eliminate damage to honeycomb cells, especially at the beginning of the process of pumping honey. An analysis of the obtained equations established that an increase in the angular velocity above 26 rad / s leads to a progressive increase in the normal stresses in the cells of the cell. With a vertical arrangement of the honeycomb in the centrifuge rotor, the ultimate breaking loads of the honeycomb cells occur at a lower rotational speed. It was revealed that the formation of cracks depends on the radius of curvature of the honeycomb structure and should be about 0.55 m for scarification of perch honeycombs.

Key words: honey separators, honeycomb frames, beekeeping products, pumping out honey, bee bread, scarification of bee honeycombs, honeycomb cells.

Literaturn

1.Mamonov, R.A. Svojstva meda i sotov neobhodimye dlya konstruirovaniya kompleksnogo agregata /R.A. Mamonov, A.M. Afanas'ev, M.YU. Afanas'ev//Pchelovodstvo. - 2017. - № 7. - S. 39-41.

2. Nekrashevich, V.F. Kombinirovannyjagregatdlyapererabotkipchelovodnojprodukcii/V.F. Nekrashevich, A.A. Kurochkin, A.M. Afanas'ev//Pchelovodstvo. - 2016. - № 5. - S. 48-49.

3. Patent № 2472340 Rossijskaya Federaciya, MPK A01K 59/00. Sposob skarifikacii pergovyh sotov/ V.F. Nekrashevich, R.A. Mamonov, M.V. Kovalenko (RF); zayavitel' i patentoobladatel' FGOU VPO Ryazanskij GATU. - Zayavka 2011123184/13 ot 08.06.2011; opubl. 20.01.2013, Byul. № 2. (1str.).

4. Patent № 2615832 Rossijskaya Federaciya, MPK A01K 59/00. Kombinirovannyj agregat dlya otkachki myoda, skarifikacii pergovyh sotov i vydeleniya voskopergovoj massy iz sotov. / V.F. Nekrashevich, R.A. Mamonov, T.V. Torzhenova, A.M. Afanas'ev; zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO Ryazanskij GATU. -Zayavka 2016115950 ot 22.04.2016; opubl. 11.04.2017. Byul. №11. (9 str.).

5. Patent № 2498178 Rossijskaya Federaciya, MPK F26B9/06. Ustrojstvo dlya sushki pergovyh sotov/ V.I. Kurdyumov, A.V. ZHuravlev; Zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO Ul'yanovskaya GSKHA. - Zayavka № 2012122841/06 ot 01.06.2012; Opublikovano 10.11.2013 Byul. № 31. (4 str.).

6. Patent № 2549380 Rossijskaya Federaciya, MPK F26B15/04. Ustrojstvo dlya sushki pergovyh sotov /V.I. Kurdyumov, A.A. Pavlushin, A.V. ZHuravlev; Zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO Ul'yanovskaya GSKHA. - Zayavka 2014116334/06 ot 22.04.2014 opubl. 27.04.2015, Byul. №12. (5 str.).

7. Nekrashevich, V.F. Issledovanie prochnostnyh svojstv voskovoj osnovy sotov /V.F. Nekrashevich, R.A.

Mamonov, A.M. Afanas'ev, M.YU. Afanas'ev, M.YU. Kostenko, A.V. SHemyakin //Pchelovodstvo. - 2020. - № 1. - S. 46-48.

8. Tarasov, D. Mathematical modeling of deformations of flexible threads under their dynamic loading in the zone of material plasticity / D. Tarasov, V. Konovalov, V. Zaitsev, Y. Rodionov // Journal of Physics: Conference Series 2019. S. 012014.

9. ZHuravlev, A.V. K voprosu ochistki ramok ot voskovogo syr'ya centrobezhnymi silami / A.V. ZHuravlev, S.A. Sutyagin, V.I. Kurdyumov//VestnikRyazanskogo GATUim. P.A. Kostycheva. - 2015. - № 4 (28). - S. 83-85.

10. Mamonov, R.A. Teoriya processa centrobezhnoj skarifikacii pchelinyh sotov / R.A. Mamonov //Vestnik Ryazanskogo GAU im. P.A. Kostycheva. - 2018. - № 2 (38). - S. 102-107.

УДК 621.362

DOI 10.36508/RSATU.2020.45.1.013 К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ КПД ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЛЬТЬЕ

БЫШОВ Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, доцент кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка, [email protected]

КАШИРИН Дмитрий Евгеньевич, д-р техн. наук, доцент, зав каф. «Электроснабжение», [email protected]

ГОБЕЛЕВ Сергей Николаевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «(Электроснабжение», [email protected]

БОЧКОВ Павел Эдуардович, магистрант кафедры «Электроснабжение», [email protected] ПАВЛОВ Виктор Вячеславович, аспирант кафедры «(Электроснабжение», [email protected] Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева

В процессе сушки продуктов сельского хозяйства, в частности, продуктов пчеловодства, часто возникает необходимость удаления влаги из теплоносителя (воздушного потока). Эффективное решение этой задачи может быть достигнуто путём использования элементов Пельтье. Элементы Пельтье - это полупроводниковые тепловые насосы, то есть устройства, позволяющие получать отрицательные температуры при протекании через них электрического тока. Для создания эффективных сушильных установок нами были определены рациональные условия электрического питания этих устройств, в частности, род тока и величина потребляемой мощности, обеспечивающие наилучшие значения КПД устройства. Лабораторные исследования проводили в два этапа: исследование мощностных характеристик элемента Пельтье при подключении его к блоку питания, генерирующему постоянный электрический ток; исследование мощностных характеристик элемента Пельтье при подключении к специализированному блоку питания. В качестве опытного образца был исследован элемент Пельтье марки «(ТЕС1-12705». В статье описана методика проведения исследований, структурная и электрическая схемы лабораторной установки, а также её общий вид. По результатам исследования были получены математические модели и графические зависимости разницы температур At от потребляемой мощности Р. Полученные результаты позволили установить количественные характеристики исследуемых процессов.

Ключевые слова: элемент Пельтье, блок питания, форма тока, разница температур.

Введение

Элемент Пельтье - это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого заключается в возникновении разницы температур при протекании через него электрического тока. Элементы Пельтье широко применяется для создания портативных холодильных установок, для конденсации влаги из воздуха, циркулирующего в сушильных установках, а также в качестве датчиков, регистрирующих перепад температуры. Современный элемент Пельтье представляет собой керамическую пластину толщиной от 2 мм до 5 мм и площадью от 4 см2 до 36 см2, внутри которой расположены полупроводниковые спаи, включённые последовательно. При подаче электрического © Бышов Д. Н., Каширин Д. Е., Гобелев

тока на элемент Пельтье он превращается в тепловой насос. Одна его сторона охлаждается, а другая нагревается. При этом, используя различные комбинации элементов Пельтье, можно добиться практически криогенных температур.

Элементы Пельтье имеют свойства обратимости, то есть при перепаде температуры на его поверхностях устройство генерирует термо-ЭДС. Главным преимуществом элемента Пельтье перед другими системами охлаждения является долгий срок службы (20000 часов), бесшумность работы, малые габариты при достаточно большой мощности отвода тепла.

Нами исследуется возможность использования элементов Пельтье для осушения воздуха при его С. Н.,Бочков П. Э., Павлов В. В., 2020 г.