CC BY
190
Обоснование конструктивно-режимных параметров вибровозбудителя в виде секторного дебаланса
С.Н. Дроздов, к.т.н., А.А. Сорокин, к.т.н., А.А. Петров, к.т.н., А.Е. Коваленко, к.т.н., И.В. Трофимов, аспирант, И.Д. Най-манов, аспирант, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
В современной технике широко используются вибрационные и импульсные методы интенсификации технологических процессов. Преимущество её состоит в том, что, концентрируя энергию во времени, она даёт возможность расходовать её более рационально и эффективно, поэтому вибрационные машины, как правило, не только более экономичны, но и позволяют осуществлять такие технологические операции, которые невозможно выполнить машинами с постоянно действующими усилиями [1].
Для придания машинам или рабочим органам колебательных движений устанавливается возбудитель колебаний — вибратор.
По принципу действия различают центробежные, инерционные и вибраторы ударного действия. В центробежных вибраторах возбуждающая сила создаётся за счёт вращения неуравновешенных масс. Возбуждающая сила инерционных вибраторов развивается в результате возвратно-поступательного движения масс. В вибраторах ударного типа возбуждающая сила возникает при соударении подвижных масс [2].
Материал и методы исследования. При проектировании вибрационных машин большое внимание отводится вибровозбудителю. Как показывает практика, наибольшее применение имеют вибровозбудители, выполненные в виде секторного дебаланса [1—6] (рис. 1). Выбор дебалансов основан на условии минимума веса дебаланса, момента инерции и потребляемой мощности при заданной возмущающей силе. Поэтому основная задача при проектировании секторного дебаланса — определение его конструктивно-режимных параметров.
Возмущающая сила при вращении дебаланса равна:
F = m ю • r • sin ю?,
(1)
Рис. 1 - Схема секторного дебаланса
где т — масса дебаланса, кг;
г — расстояние центра масс дебаланса от точки вращения, м;
ю — угловая скорость вращения дебаланса, рад/с;
? — время, с. Для расчёта массы дебаланса используем формулу:
т = V • р, (2)
где V — объём секторного дебаланса, м3;
р — плотность материала секторного дебаланса, кг/м3.
Для вычисления объёма секторного дебаланса применим формулу:
V = A • b,
(3)
где А — площадь секторного дебаланса, м2; Ь — ширина секторного дебаланса, м. Площадь секторного дебаланса рассчитаем по формуле:
A = f • (R2 - Г!2),
(4)
где Я — внешний радиус секторного дебаланса, м; Т\ — внутренний радиус секторного дебаланса, м;
а — угол сектора секторного дебаланса, град. Тогда получим:
а
m = — • (R2 -rj2)• b •p.
(5)
Расстояние центра масс дебаланса от точки вращения вычислим по формуле:
4 • (R3 - rj3) • sin
r = -
3 • (R2 - rj) •а
• 57,3°.
(6)
Окончательно формула расчёта возмущающей силы при вращении дебаланса примет вид:
а
F = у • (R2 - rj2) • b-p-
4 • (R3 - rj3) • sin а
(7)
3 • (R2 - r?) • а
2 • 57,3° •o^ sin o?,
или
F = 38,2 • Ъ • p • (R3 - rj3) • sinа • ю2 • sin rot. (8)
Мощность, затрачиваемую на вращение секторного дебаланса при установившемся движении (ю = const), определим по формуле, предложенной В.А. Бауманом [5]:
d 3
N = f---m^r • ю
2
Рис. 1 - Поверхность отклика, характеризующая F = /(а, ю) при r1 = 0 м
a -У-
Рис. 2 - Поверхность отклика, характеризующая N = /(а, ю) при r1 = 0 м
Рис. 3 - Поверхность отклика, характеризующая F = /(r1, ю) при а =180°
где f — приведённый коэффициент трения в подшипнике качения, принимаем f =0,01; d — внутренний диаметр подшипника, на котором устанавливается секторный дебаланс.
Принимаем d =0,03 м, тогда
N = 19,1- f ■ d ■ b р- (R3 - rj3) • sin аю3. (10)
Результаты исследования. На основании полученных формул (8) и (10) построим поверхности отклика F=Да, ю), N=Да, ю) при r1 = const и F=f(r1, ю), N=f(r1, ю) при а = const (рис. 1—4).
Анализ поверхности отклика (рис. 1, 3) показывает, что секторный дебаланс имеет наибольшую возмущающую силу при r1 близкой к нулю и угле а сектора секторного дебаланса, равном 180° (для анализа конструктивно приняли R = 0,2 м, b = 0,01 м, р = 7800 кг/м3). Однако в случае, когда r1 = 0, де-
Рис. 4 - Поверхность отклика, характеризующая N = /(г1, ю) при а =180°
баланс будет иметь наибольшую массу, а значит, и момент инерции, что не соответствует нашему критерию оптимизации. Аналогичную зависимость мы можем увидеть и по поверхности отклика (рис. 2, 4), характеризующей затраты мощности на вращение секторного дебаланса.
В то же время существенный прирост возмущающей силы F наблюдается при изменении а (рис. 1). В результате можно сделать вывод, что конструктивные параметры секторного дебаланса
у
должны стремиться к условию 0,9 < ^ 1 и а = 180°.
Условие верно при любых принятых конструктивных параметрах секторного дебаланса.
Для определения влияния режимных параметров секторного дебаланса на возмущающую силу и затраты мощности построим зависимость F=Дю) и N=Дю) (рис. 5).
F кН
то
25
_J[
// / /
/ / / /'
/ / / A^f(u)
F=f(ul/ у /
у /
МВт
то
2100
50
150 и, рад/с
Рис. 5 - Зависимость возмущающей силы от секторного дебаланса и затрат мощности на поддержание колебаний от угловой скорости секторного дебаланса при =0,18 м и а = 180°
Выводы. Как показывают исследования, рекомендуемая частота колебаний секторного дебаланса должна находиться в диапазоне 50—70 Гц. Дальнейшее увеличение частоты ограничивается техническими возможностями создания надёжной и долговечной конструкции вибратора и машины, на которую устанавливается вибровозбудитель.
Частота колебаний и угловая скорость вращения связаны зависимостью:
ю= 2nv,
(11)
где V — частота колебаний секторного дебаланса, Гц.
Соответственно максимальная угловая скорость секторного дебаланса может находиться в диапазоне 314—439 рад/с.
В начальный момент при росте возмущающей силы наблюдается незначительный прирост мощности. Когда ю = 140—145 рад/с, кривая мощности сближается с линией возмущающей силы, тем самым увеличивая затраты мощности на поддержание колебаний, причём прирост возмущающей силы от секторного дебаланса снижается.
Поэтому оптимальное значение угловой скорости секторного дебаланса в зависимости от постоянных значений геометрических параметров дебаланса должно находиться в интервале 0—150 рад/с.
Литература
1. Дубровский А.А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве: книга предназначена для инженеров-конструкторов и научных работников с.-х. машиностроения / под. общ. ред. А.А. Дубровского. М.: Машиностроение, 1968.
2. Хархута Н.Я. Дорожные машины: учебник для вузов // Теория, конструкция и расчёт. Изд. 2-е, доп. и перераб. Л.: Машиностроение, 1976.
3. Пат. №2415526 Российская Федерация, А01В35/32, А01В39/28. Почвообрабатывающий агрегат / Константинов М.М., Юхин Д.П., Дроздов С.Н.; заявл. 09.10.2009; опубл. 10.04.2011. Бюл. № 10.
4. Дроздов С.Н., Фролов Д.В. Устройство для повышения проходимости колёсных тракторов на транспортных работах // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 4 (48). С. 74-76.
5. Бауман В.А., Быховский И.И. Вибрационные машины и процессы в строительстве: учебное пособие для студентов строительных и автомобильно-дорожных вузов. М.: Высшая школа, 1977. 255 с.
6. Константинов М.М., Дроздов С.Н., Кукаев Х.С. и др. Почвообрабатывающие орудия с источником направленных колебаний // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 3 (53). С. 87-89.
Обоснование конструктивно-технологических параметров протравливателя семенного материала барабанного типа
Э.Р. Хасанов, д.т.н., Т.И. Нуртдинов, аспирант, А.М. Якупов, аспирант, ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ
Предпосевная обработка семенного материала в целях защиты его от вредителей и болезней является одним из необходимых и эффективных мероприятий и проводится для обеззараживания от возбудителей болезней, уменьшения повреждения всходов вредителями за счёт действия инсектицидов, ослабления отрицательного действия болезнетворных микроорганизмов при травмированности семенного материала, стимулирования роста растений и улучшения качества семян и клубней [1]. В связи с этим в России и индустриально развитых странах в комплексе мер борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур предпосевная обработка семян является одной из основных операций [2]. В борьбе
с вирусными болезнями и вредителями растений экологически безопаснее и экономически выгоднее проводить предпосевное протравливание, чем многократно опрыскивать посевы пестицидами, так как у многих вредителей в короткие сроки развивается к ним устойчивость, значительно снижающая эффективность обработки [3].
Технические средства для предпосевной обработки семенного материала по конструкции основных рабочих органов разделяют в основном на шнековые, штанговые, камерные и барабанные [4]. Получение аэрозолей дисперсионными методами в этих устройствах заключается в распылении жидкостей, суспензий и порошков различными видами распылителей [5]. Предварительный анализ вопроса показывает, что применение камерных и шнековых технических средств предпосевной обработки нежелательно из-за отрицательного воздействия ра-
