Мощность резания ротационно-дискового измельчителя толстостебельных культур Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»



Машиностроение^

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вульфсон, И.И. Колебания в машинах [Текст]: Учеб. пособие для ВТУЗов. / И.И. Вульф-сон; СПбГУТД.- Изд. 2-е, доп.- СПб., 2006.260 с.

2. Жавнер, B.JI. Рекуперативные приводы с нелинейными аккумуляторами для цикловых промышленных роботов пищевой промышленности [Текст] / B.J1. Жавнер, Ю.А. Бойцов, H.A. Феоктистова // Интенсификация процессов, оборудование и управление пищевых производств: Межвуз. сб. науч. тр.- Л.: Изд-во ЛТИХП, 1991.- С. 77.

3. Корендясев, А.И. Манипуляционные системы роботов [Текст] / А.И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес [и др.].— М.: Машиностроение, 1989.- С. 279-286.

4. Крупенин, В.Л. Манипуляционные системы резонансного типа [Текст] / В.Л. Крупенин, Т.С. Акинфеев, В.И. Бабицкий // Машиноведение.— 1982. № 1.- С. 2-8

5. Тимошенко, С.П. Теория колебаний в инженерном деле [Текст] / С.П. Тимошенко.— М.-Л.: ГНТИ, 1932.- 344 с.

УДК 631.3.022

И А. Будашов

МОЩНОСТЬ РЕЗАНИЯ РОТАЦИОННО-ДИСКОВОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ТОЛСТОСТЕБЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР

Основными недостатками выпускаемых измельчителей являются повышенный расход энергии, низкая производительность, быстрое затупление режущих кромок рабочих органов, несоответствие измельченного продукта зоотехническим требованиям. Кроме того, многие измельчители неудовлетворительно работают на кормах повышенной влажности.

Для устранения этих недостатков необходимы дальнейшее совершенствование процесса измельчения незерновой части урожая и изыскания новых конструктивных решений, обеспечивающих не только повышение качества измельченного материала, но и снижение расхода

энергии, увеличение долговечности измельчителей за счет совершенствования рабочих органов.

Для лучшего понимания того, как влияет лезвие ножа сегментного типа на резание толстостебельных культур, нами были спроектированы и изготовлены три специальных ножа, отличающихся друг от друга формой лезвия (рис. 1)[1].

В ходе исследований публикаций по теории резания лезвием и сопротивлению материалов автор вывел формулы нормальной составляющей критической силы резания толстостебельных культур применительно к каждому из представленных ножей.

Рис. 1. Экспериментальные ножи: а — с прямым лезвием; б — с криволинейным лезвием; в — с насечкой лезвия

^Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование 2'201 ]

Для прямого и криволинейного лезвия при бесподпорном резании толстостебельных культур нормальную составляющую критической силы резания N. Вт, вычисляют по формуле

N =

50bsapH3 + 0,02344/EW4 cos ф cos3 yfocos a Kn cos aH3

где 5 — толщина (острота) лезвия, м; 5 — подача, м/с; стр — нормальные (контактные) разрушающие напряжения, возникающие в перерезаемом стебле, Н/м [2]; Я — высота резания, м;/— стрела прогиба стебля, м; Е — модуль упругости стебля при растяжении, Н/м2; с1 — диаметр стебля, м; Ф — угол скользящего резания, град.; у — угол отклонения от вертикали по направлению подачи, град.; К— число ножей; я — число оборотов диска с ножами в минуту; а — угол между кромкой лезвия ножа и направлением подачи стеблей при наиболее нагруженной позиции активной части лезвия, град. Для лезвия с насечкой при бесподпорном резании толстостебельных культур нормальную составляющую критической силы резания N. Вт, вычисляют по формулам

л

Ы = -

© = tg© =

df

dH

- = 0,001рад,

ёН ёнлт

где 0 — угол поворота стебля в плоскости среза.

Тогда для прямого и криволинейного лезвия, при бесподпорном резании толстостебельных культур, нормальную составляющую критической силы резания N. Вт, вычисляют по формуле

N =

3200§sa Я2 +&End4cosqcos2y&cosa

r2

Ъ2Кпсо$аН

а для лезвия с насечкой при бесподпорном резании

3743,98502&арЯ2 + 0£лЛемф со$2 у^сова

32Кпсо$аН2

Для прямого и криволинейного лезвия при подпорном резании толстостебельных культур нормальную составляющую критической силы резания N. Вт, вычисляют по формуле

N =

1600bso ра(Н + a) + ®EndA costras2 у Kn cos а l6Kncosaa(H + а)

АясоваЯ3 А = 5$,55sopH3 +

+ 0,02344fEnd4 cos ф tos3 уШ cos а.

Если разрешающей способности измерительного инструмента для определения отличия величины стерни L от высоты среза Яна определенном этапе будет недостаточно, т. е. не будет возможности определить очень малую величину /(это произойдет, если прогиб стебля по сравнению с высотой резания будет очень мал при угле поворота в плоскости среза меньше 0,5°), тора-счет критической силы будем производить через угол поворота сечения. Критическим условием будем считать определение, изложенное в [3], при котором разрушение пролета (в нашем случае стебля) начнется при превышении прогибом доли

1

(где а — зазор между подвижным и неподвижным ножом, м), а для лезвия с насечкой при подпорном резании

N =

18725so ра(Н + а) + ®End4 cos фсоз2 у Kn cos a

16АГлсо8ая(Я + а)

1000 ^^^^ т- е- ПРИ/= Для углов по-

ворота сечения не больше 1 ° принято считать [4], что тангенс угла равен углу, выраженному в радианах. Отсюда следует, что разрушение может произойти при

Для преодоления равнодействующей R сопротивлений в соответствии с рис. 2 требуется приложить со стороны ножа равную ей и противоположно направленную силу Ркр, составляющими которой являются окружное усилие Д направленное перпендикулярно радиус-вектору л и усилие Рх, действующее по направлению радиус-вектора. Угол между радиус-вектором и лезвием ножа равен углу скольжения т. Критическую силу Ркр можно разложить на составляющие: нормальную к лезвию N и касательную Г, направленную по лезвию. Сила R всегда отклонена от нормали на угол ф, равный углу трения между лезвием ножа и материалом.

Уравнение моментов составляющих критической силы относительно оси вращения диска:

Mv„ = Nr cos т + Tr sin т.

кр

Учтя, что T=f'N, и сделав соответствующее тригонометрическое преобразование, получим

4

Машиностроение

7vpe3 =Мкр® = cost(1 + f' tgx)-

MKp = Nr cost + ayhsint = ^rcost(l + /'tgt),

где/— коэффициент скользящего резания [5]. Мощность, требуемая для резания:

пп

где ю — угловая скорость, рад/с.

В то же время f' = ktgx [2] и ф = arctg/' = = arctg(£tgT) [6], где к = 0,325 — коэффициент пропорциональности [7].

Следовательно, потребляемую мощность резания при бесподпорном резании толстостебельных культур в случаях прямого и криволинейного лезвия можно определить по формуле

=

рез

50&а ВЕЪ + 0,02344/EW4 cos фcos3 yKn cos а

= ---3- Х

а

X ^OST^^Hg2!^— =

V 6 /30

Kn cosа//

х rcosTra

Л = 1,6 &а РН3 +0,0007SfEnd4 х

х cos [arctg (&tgT)] cos3 y^cosa; при бесподпорном резании для лезвия с на-

сечкой

=

^т рез

5 8,3 + 0,02344/EW4 cos ф cos3 у^я cos a

Kn cos ai/3

Л i ^ 2 xrcosx 1 + Ktg т— = v & /30

В

Kn cos air

X rCOSTOT

5 = 1,93 + 0,00078fEnd4x

х cos [arctg (&tgT)] cos3 y^cosa;

при подпорном резании для прямого и криволинейного лезвия

N =

± т рез

1600bso а(Н + а) + RREnd4 сos ф cos2 у^я cos a

=---х

16 Ал cos + я)

x г cos т (l + kXz^T]— = V 6 /30

Л

1 Л т

Нож-рассекатель ^^

Ф [т

N j

Рис. 2. Схема сил, учитываемых при определении потребляемой мощности резания

D

4%0Кпсоъаа(Н + а) х г cos тпп + &tg2T j; D = \600bsapa(H+a) +

+ 0isW4 cos [arctg (&tgT) ]cos2 y^cosa;

при подпорном резании для лезвия с насечкой =

рез

1872&с Da(H + а) + ®End4 с os ф cos2 у^я cos a

=---х

\6Kncosaa(H + а)

х г COST (l + £tgM— = V 5 /30

С

=-х

480iTwcosafl(//+fl) х г cos тпп + &tg2T j.

С = 1872bsopa{H +a) + REnd4 х

х cos[arctg(£tgT)]cos2 y^cosa.

Общая мощность, потребляемая измельчающим аппаратом на процесс резания толстостебельных культур, представляет собой сумму мощностей, расходуемых на холостой ход и на резание:

^Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование 2'201 1

N.

об

N + N

.\х рсз*

где Л^ — потребляемая энергия холостого хода, кВт, которая в свою очередь равна

30л„Лв '

где тл — масса диска с находящимися на нем деталями, т;g= 9,82 — ускорение свободного падения, м/с ; Яс — радиус шейки вала измельчителя под диск, м; = 0,995 — потери на трение в опорах вала [8]; цв = 0,7 — КПД вариатора [9].

В статье сделана попытка приблизиться к выводу универсальной формулы мощности измельчения резанием толстостебельных культур, которая учитывает основные конструктивные и кинематические параметры измельчителя.

Проведенные экспериментальные испытания измельчителя толстостебельных культур ротацион-но-дискового типа выявили, что резание ножами с прямым лезвием менее энергоемко по сравнению с другими ножами. Экономический эффект, приходящийся на один нож, в сфере производства и эксплуатации ножа с прямым лезвием по отношению к ножу с радиусным лезвием при резании кукурузы и подсолнечника составляет 90,72 руб., при резании клена— 123,12 руб. Экономический эффект, приходящийся на срок службы ножей [10] с прямым и радиусным лезвием, в сфере производства и эксплуатации ножа с прямым лезвием по отношению к ножу с насечкой при резании кукурузы составляет 211,68 руб, подсолнечника —298,08 руб., клена — 384,48 руб. (в ценах ноября 2010 года).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Будашов, И.А. Ротационно-диековый измельчитель толетоетебельных культур: энергоемкость эксплуатации [TckctJ / И.А. Будашов / Рубцовский индустриальный институт // Новые материалы и технологии в машиностроении: Сб. тезисов всероссийской научно-технической конференции 23—24 ноября 2006 г.— Рубцовск, 2006.— 128 с.

2. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов [ТекстJ /Н.Е. Резник.— М.: Машиностроение, 1975.— 311 с.

3. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов |TeKCTj / Н.М. Беляев.— М.: Главная редакция физ.-мат. лит-ры изд-ва «Наука», 1976.— С. 608.

4. Ясенецкий, В.А. Машины для измельчения кормов |'[екст | / В.А. Ясенецкий, П.В. Гончарен-ко / Под ред. акад. BACXH14J1 J1.В. Погорелого.— Киев: Тэхника, 1990.— 166 с.

5. Босой, Е.С. Сопротивление стеблей резанию. Конструирование и производство сельхозма-

шин |TeKCTj / Е.С. Босой // Труды РИСХМа.— Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского-на-Дону университета, 1964.

6. Проценко, Г.И. Расчет измельчающих аппаратов | '[с кст |: лекции / Г.И. Проценко.— Ростов н/Д: РИСХМ, 1987,- 57 с.

7. Алешкин, В. Р. Механизация животноводства |'[екст | / В.Р. Алешкин, П.М. Рощин.— М.: Агро-промиздат, 1985.— 336 с.

8. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. В четырех томах [TckctJ / Под ред. М.И. Клецкина.— Изд. 2-е, перераб. и доп.— М.: Машиностроение, 1967.— Т. 1,— 722 с.

9. Пронин, Б.А. Бесступенчатые клиноремен-ные и фрикционные передачи (вариаторы) [TckctJ / Б.А. Пронин, А.Г. Ревков.— Изд. 2-е, перераб. и доп.— М.; Машиностроение, 1967.— 404 с.

10. ГОСТ 23729—88. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки специализированных машин.

УДК531.8:621.01

А.А. Хростицкий, А.Н. Евграфов, В.А. Терёшин

ГЕОМЕТРИЯ И КИНЕМАТИКА ПРОСТРАНСТВЕННОГО ШЕСТИЗВЕННИКА С ИЗБЫТОЧНЫМИ СВЯЗЯМИ

При исследовании механизмов с избыточ- зических ограничителей движения в кинемати-ными связями рассматриваются два вида меха- ческих парах (КП), а также особой структуры низмов, в которых такие связи — следствия фи- механизма и определенных количественных со-