ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАССЕВА УДОБРЕНИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ АППАРАТАМИ С АКТИВНОЙ ЛОПАТКОЙ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Научная статья

УДК 631.33.022.66

doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-109-113

Обоснование возможности регулирования процесса рассева удобрений центробежными аппаратами с активной лопаткой

Алексей Евгеньевич Матущенко, Ирина Васильевна Вульшинская,

Александр Александрович Полуэктов, Лариса Дмитриевна Сарксян

Кубанский государственный аграрный университет

Аннотация. Рассмотрен центробежный рабочий орган для рассева удобрений - диск, лопатки которого выполнены в виде бесконечной ленты, совершающей движение вдоль направления частицы. Неподвижные лопатки залипают удобрениями, поэтому возникла необходимость разработки рабочих органов с самоочищающимися лопатками.С целью практического использования данного рабочего органа разработана теория движения удобрений по лопатке и проанализирована возможность регулирования технологического процесса рассева удобрений. В основу теоретического исследования положена работа П.М. Василенко.

Ключевые слова: рассев удобрений, центробежный диск, лопатки, эффект самоочищения.

Для цитирования: Обоснование возможности регулирования процесса рассева удобрений центробежными аппаратами с активной лопаткой / А.Е. Матущенко, И.В. Вульшинская, А.А. Полуэктов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 109 - 113. doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-109-113.

Original article

Justification of the possibility of regulating the seeding process of fertilizers by centrifugal apparatus with an active blade

Alexey E. Matushchenko, Irina V. Vulshinskaya,

Alexander A. Poluektov, Larisa D. Sarksyan

Kuban State Agrarian University

Abstract. A centrifugal working body for sifting fertilizers is considered - a disc, the blades of which are made in the form of an endless belt moving along the direction of the particle. The fixed blades stick with fertilizers, so it became necessary to develop working bodies with self-cleaning blades. For the purpose of practical use of this working body, a theory of fertilizer movement along the blade has been developed and the possibility of regulating the technological process of fertilizer sowing has been analyzed. The theoretical research is based on the work of P.M. Vasilenko.

Keywords: fertilizer sieving, centrifugal disc, blades, self-cleaning effect.

For citation: Justification of the possibility of regulating the seeding process of fertilizers by centrifugal apparatus with an active blade / A.E. Matushchenko, I.V. Vulshinskaya, A.A. Poluektov et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 90(4): 109 - 113. (In Russ.). doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-109-113.

На основании теории движения материальной частицы по шероховатым поверхностям сельскохозяйственных машин, разработанной академиком ВАСХНИЛ П.М. Василенко, многие исследователи проделали значительный объём теоретических и экспериментальных работ. При этом предполагалось, что только частица участвует в относительном движении, а поверхность лопатки центробежного диска остаётся неподвижной. Однако неподвижные лопатки залипают удобрениями, поэтому возникла необходимость разработки рабочих органов с самоочищающимися лопатками. Одним из них является центробежный рабочий орган для рассева удобрений, лопатки которого выполнены в виде бесконечной ленты, совершающей движение вдоль направления частицы. Кроме эффекта самоочистки этот рабочий орган позволяет уменьшить сепарацию и отражение удобрений.

Цель исследования - разработка теории движения удобрений по лопатке центробежного диска и анализ возможности регулирования технологического процесса рассева удобрений для практического использования данного рабочего органа.

Материал и методы. В основу теоретического исследования положена работа П.М. Василенко. Кроме того, будем полагать, что сыпучий материал подаётся только в зону действия рабочей ветви бесконечной ленты лопатки и подхватывается ею на ленту, едва успев долететь до диска. Рассредоточившись по лопатке, сыпучий материал скользит без перекатывания отдельных частиц и без взаимодействия друг с другом. При таких допущениях можно рассматривать движение удобрений по лопатке как движение материальной частицы.

Из условия равновесия сил, действующих на движущуюся частицу (рис. 1), после некоторых

преобразований получим линейное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами и переменной правой частью:

д' + 2]ыд" - со V" " <о2т0

cos(i|jt + ф)

(1)

9"' =

'Ж

(О2

т0-

cos(i|/0 ± ф)

(2)

где А^, А2 - корни характеристического уравнения дифференциального уравнения начальной функции.

Х1 = а)(712 + 1-1); = о)(УРТГ-1). (3) По рисунку 1 видно, что (д''' + Тосозфо)2 =

= т2 - (T0sin^o)2, откуда имеем

т = л/Сд"' + То cos ф0)2 + (т0 sin ф0)2, (4)

где т - текущее значение радиуса.

тти

Рис. 1 - Схема сил, действующих на частицу, движущуюся по активной лопатке вращающегося центробежного диска

Подставив значение из (2) в (4) и сделав преобразования, получим уравнение движения частицы, выраженное через текущее значение радиуса диска:

СОЭф

где д' - ускорение движения частицы по лопатке относительно диска;

д" - скорость движения частицы по лопатке относительно диска;

д'" - перемещение частицы по лопатке относительно диска;

- угловая скорость движения диска; То - расстояние от центра диска до места подачи удобрений на диск; фо - начальное значение угла ф, заключённого между лопаткой и радиусом; £ - текущее значение времени движения частицы;

], ф - коэффициент и угол трения частицы; д - ускорение свободного падения. При положительном угле наклона лопаток к радиусу диска а в выражении cos(фо + ф) уравнения (1) ставится знак плюс, а при отрицательном - минус.

Решив уравнение (1) и найдя постоянные интегрирования, после некоторых преобразований получим уравнение движения частицы относительно диска [1]:

+-вА

№

J ш2

СОБф/

СО г

соб(Фо ± ф)

СОБф L-sin<p8 1+sinq

. е cos

2

Н)+

icpBN 01

^ )~<0 + т0 cos Фо

+ (5)

+v sin2 Фо 1-5Шф9 1-зтф9

где А = (1 - Шф)е cosíp + (1 + шф)е cosíp ; Э - угол, на который повернётся диск с момента подачи на него частицы до момента её слёта [2].

Текущее значение радиуса т зафиксируем на краю диска с радиусом R и, решив уравнение (5) относительно радиуса подачи То, имея в виду, что т0 sin ф0 = R sin а;

т0 cos ф0 = д/т02 — R2 sin2 ф и - C0SQf°:l:<p). = x0cos фо ± J т0 sin т.

СОЭф

О'

получим:

т0 =

, fff \ 2 \2R cos а--^(2 -А) -}(2-Л)Д sin а -

COS ф ( 1-s'nфв 1+8Шфв>

-2d, -— (е COS<P -е cos<i

А[ а) V

+Я2 sin а

Пфв\ 0

s<p ]--

/ ш

(6)

1д

Членом (2 — А) можно пренебречь, так (О2

как его величина составляет менее 1 %. В этом случае уравнение (6) с учётом преобразований примет вид:

т0 = R

У

2 cos а— (2 — i4)jsina-]~ 2 -2^(созфВ -9)

► + sin2 а, (7)

1-зшф8 1+зтф8

где В = е cos<p - е C0S(f> ;

- окружная скорость конца лопатки. Полярный угол и угол схода равен: R sin а

ф = 0 + arcsin--а. (8)

Полученные уравнения (7) и (8) определяют в полярных координатах геометрическое место точек подачи, обеспечивающее одну общую точку слёта удобрений [3].

Продифференцировав уравнение движения (2) и сделав некоторые преобразования, получим скорость относительного движения частицы.

Членом jj~2 пренебрегаем с относительной погрешностью не более 1 %.

~ s*n2 я—í sin a

cos ф В +

+ -ЧС-1)

(9)

1?а = 0О

1 +

T ¿

JgT- sin2a-Jsina

cosípB + -p(C-1)

"s

2 sina +

T

^---Cos(pB+^(C-l)

(12)

Из уравнения (7) выразим скорость ленты лопатки центробежного диска: . А

" пг —

0«

Л ■ А cos a — — -jJ sin a — 2".

— sin2 a

Рис. 2 - Схема скоростей частицы, слетающей с конца лопатки

- коэффициент кинематического подобия относительной скорости частицы при слёте с конца лопатки центробежного диска:

С =

"а'"

9'" - Ое '

(15)

где т9д" - скорость относительного движения частицы;

l+sin фб l-sin<p8

С = (1 + 5Шф)е cos<p +(l-sinv)e cos<p • (10)

Абсолютная скорость слёта частицы с конца лопатки т9а (рис. 2) выразится в следующем виде:

% = + V sin a)2 + {вд„ cos a)2. (11)

Подставив значение -дд» из (9) в (10) и сделав незначительное преобразование, получим:

- коэффициент кинематического подобия абсолютной скорости слёта частицы с конца лопатки центробежного диска:

(|6)

- коэффициент кинематического подобия скорости лопатки центробежного диска:

*А

С = —

" iV

(17)

С учётом коэффициентов подобия названные выше зависимости примут вид:

I) геометрическое место подачи удобрений на центробежный диск:

С„ =

г2cosa-(2 -y4)}sina-2Cj,(cos<pB - 0)

sin a

i|/ = 8 + aresin—--a.

Q)

j + sin2a, (18)

(19)

■в = —-—-I (13)

cos фВ - Q

Полученное уравнение (12) выражает скорость лопатки, при которой при неизменном месте подачи удобрений т0 и строго фиксированном положении угла поворота диска 0 можно получить одно и то же L (рис. 1) слёта с диска удобрений с разным коэффициентам трения [4].

Найденные зависимости (7), (8), (9), (11) и (12) приведём к более удобному для анализа виду, заменив размерные величины безразмерными коэффициентами подобия:

- коэффициент геометрического подобия места подачи удобрений:

Коэффициент кинематического подобия относительной скорости равен:

JC2о — sin2 a -f sin a , _

Cglll = l—2-2--C0SCpB + Сл(С " 1)1 (20)

Зная коэффициент Cgm, можно определить угол у между абсолютной i9a и окружной (переносной) де скоростями:

Y = arctg

Cgl „cosa 1 + Сд„, sin а"

(21)

2) коэффициент кинематического подобия абсолютной скорости, принимая во внимание (10), равен:

ч

1+ 2Сд,„ sin а+ Сд„, .

(22)

Значение Ca можно выразить и через углы Ф и y:

^ ' COS ф

(23)

С =--—

а совСф +y)'

3) коэффициент кинематического подобия скорости ленты равен:

СА =

соэф - (1—Ä)Jsina - -yyje2о — sin2 a

и a ■ (24)

cos фй — 0

Как установлено Ю.И. Якимовым, одной из основных характеристик работы центробежного аппарата является угол выброса Ф частиц удобрений с центробежного диска. Углом выброса называется угол, образованный радиусом подачи удобрения т0 и направлением абсолютной скорости слёта частицы.

Угол выброса Ф может быть определён соотношением:

Ф = у - y + 90°. (25)

Возможны три способа регулировки угла Ф на заданную величину на центробежном аппарате с жёсткими лопатками: угловым смещением туконаправителя, изменением места подачи Cq и изменением угла установки лопаток к радиусу диска [5].

Кроме указанных трёх способов регулировки центробежный аппарат с активной лопаткой, выполненной в виде бесконечной ленты, имеет регулировку за счёт изменения скорости ленты при постоянном значении

Подтвердим это утверждение анализом полученных зависимостей. Из выражения (23) следует, что сохранение угла выброса Ф возможно только за счёт постоянства соотношения углов ф и у. Однако, как следует из выражения (17), при неизменном значении а и 9 полярный угол ф и у также имеет постоянное значение. Следовательно, угол у (23) также постоянен [6].

Поскольку угол вылета у постоянен, то, как видно из выражения (19), Сд<<< = const . Это даёт право перейти к анализу уравнения (18).

Результаты исследования. Анализ уравнения показывает, что при изменении коэффициента трения ), а следовательно, и угла трения ф, постоянного значения Сд'" можно добиться только изменением коэффициента кинематического подобия скорости ленты Сл, т.е. при постоянной угловой скорости вращения диска за счёт изменения скорости ленты лопатки

Количественное значение скорости ленты лопатки вычисляется по уравнению (12).

Теоретические исследования были проведены экспериментально на фракциях 3...5 мм и < 1 мм гранулированного суперфосфата. Фракция 3.5 мм имела коэффициент трения i = 52, а фракция < 1 мм - f = 64, фракции удобрений подавались на диск через насадку 0 16 мм, радиус подачи Tq = 133 мм (Cq = 0,475), угол подачи 288° по прибору для определения распределения по углу. Для фракции 3.5 мм при коэффициенте кинематического подобия скорости ленты Сд определялись полярным углом ф и углом поворота диска 9 по медиане распределения по углу при 5%-ном уровне значимости [7].

Для фракции < 1 мм экспериментально подбиралась такая скорость при которой медиана распределения совпадала с медианой распределения фракции 3.5 мм. Коэффициент кинематического подобия относительной скорости определялся по зависимости (18). Данные расчёта приведены в таблице 1.

Как видно по таблице, относительная разность в значении коэффициента кинематического подобия относительной скорости движения удобрений на конце лопатки составляет 2,72 %.

Рассматривая зависимости (2), (5), (7), приходим к выводу, что скорости ленты лопатки = 0

преобразуются к известному виду, а зависимости (9), (17) (18) - к виду, полученному ранее [8].

1. Данные расчёта

Показатель Фракция удобрений, мм

3.. .5 мм < 1

Коэффициент трения 0,52 0,64

Скорость ленты, м/с 0 1,6

Коэффициент кинематического подобия скорости ленты СА 0 0,172

Коэффициент кинематического подобия относительной скорости частиц удобрений Сд"' 0,588 0,572

Вывод. Экспериментальные исследования подтверждают правильность полученных теоретических зависимостей и доказывают возможность создания центробежного аппарата, у которого оптимальные значения параметров технологического процесса рассева удобрений с разным коэффициентом трения поддерживаются за счёт изменения скорости ленты лопатки диска при неизменных значениях места подачи, угла установки лопаток и частоты вращения диска.

Литература

1. Пат. РФ на изобретение № 2725787 С1. Способ определения качества внесения твёрдых гранулированных удобрений / Маслов Г.Г., Цыбулевский В.В., Евглевский Р.О., Малашихин Н.В., Полуэктов А.А.; опубл. 06.07.2020. Бюл. № 19.

2. Пат. РФ на изобретение № 2726558 С1. Устройство для внесения минеральных удобрений / Маслов Г.Г., Малашихин Н.В., Цыбулевский В.В., Евглевский Р.О., Полуэктов А.А.; опубл. 14.07.2020. Бюл. № 20.

3. Пат. РФ на изобретение № 2400066 С1. Устройство для химической обработки растений / Маслов Г.Г., Айхлер П.Ю., Цыбулевский В.В.; опубл. 27.09.2010. Бюл. № 27.

4. Пат. РФ на изобретение № 2626170 С1. Комплекс для обработки почвы, внесения удобрений и сева семян травосмесей/ Тарасенко Б.Ф., Оськин С.В., Руднев С.Г., Пицыков И.С., Семенов А.С., Богатырев Н.И.; опубл. 21.07.2017. Бюл. № 21.

5. Синченко А.П., Сергунцов А.С. Совершенствование конструкции разбрасывателя минеральных удобрений.// Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. ст. по матер. 75-й науч.-практич. конф. студ. по итогам НИР за 2019 г.

6. Пат. РФ на изобретение № 2231246 С1. Устройство для дифференцированного внесения удобрений / Кудзиев Э.П., Мальцев Ю.В., Микоян С.А., Пузанков А.Г.; опубл. 27.06.2004. Бюл. № 18.

7. Пат. РФ на изобретение № 2684310 С1. Машина для внесения минеральных удобрений / Маслов Г.Г., Цыбулесвкий В.В., Евглевский Р.О., Колесник С.Е.; опубл. 05.04.2019. Бюл. №10.

8 Маслов Г.Г., Цыбулевский В.В., Малашихин Н.В. Контроль качества внесения твёрдых минеральных удобрений // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2021. С. 99 - 110.

Алексей Евгеньевич Матущенко, ассистент. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, [email protected]

Ирина Васильевна Вульшинская, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, ira/[email protected] Александр Александрович Полуэктов, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, [email protected]

Лариса Дмитриевна Сарксян, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, [email protected]

Alexey E. Matushchenko, assistant. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, [email protected]

Irina V. Vulshinskaya, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, ira/[email protected]

Aleksandr A. Poluektov, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, [email protected]

Larisa D. Sarksyan, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina. 13, Kalinina St.,

Krasnodar, 350044, Russia, [email protected]

-♦-

Научная статья УДК 631.862

Теоретические исследования процесса разделения жидкого свиного навоза на фракции мобильной установкой

Анатолий Михайлович Бондаренко1, Людмила Сергеевна Качанова2,

Алексей Владимирович Барышников2

1 Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ

2 Донской государственный технический университет

Аннотация. Одним из перспективных направлений переработки жидкого свиного навоза является разделение его на твёрдую и жидкую фракции мобильной установкой. Основным элементом мобильной установки является оборудование для разделения жидкого навоза на фракции. Из всего многообразия технических средств для разделения жидкого навоза разработан и апробирован на свиноводческих фермах щёточный шнек, представляющий собой шнек (винтовой конвейер) с закреплёнными по периферии витков щётками для регенерации фильтровальной сетки. Шнек установлен в перфорированном жёлобе. Устройство имеет загрузочную горловину для подачи жидкого навоза, выгрузные устройства для отвода жидкой и твёрдой фракций. Установлены три зоны процесса разделения, расположенные последовательно по длине шнека: фильтрования, обезвоживания осадка и дожима осадка для получения твёрдой фракции заданной влажности. Конструктивно мобильная установка представляет собой смонтированную на шасси двухосного прицепа установку для разделения на фракции в виде щёточного шнека с дожимным устройством. Теоретически обоснованы конструктивные, режимные и технологические параметры установки. Получены зависимости для определения объёмной производительности установки по фильтрату, осадку и твёрдой фракции и влияние на них конструктивных, режимных параметров установки и физико-механических свойств жидкого навоза и продуктов его переработки. Установлено, что эксплуатационная производительность агрегата зависит от сменной производительности установки для разделения навоза на фракции.

Ключевые слова: жидкий навоз, разделение навоза на фракции, мобильный агрегат, мобильная установка, функциональная схема, технологический процесс.

Для цитирования: Бондаренко А.М., Качанова Л.С., Барышников А.В. Теоретические исследования процесса разделения жидкого свиного навоза на фракции мобильной установкой// Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 113 - 117.

Original article

Theoretical studies of the separation process of liquid pig manure into fractions by means of a mobile unit

Anatoliy M. Bondarenko1, Lyudmila S. Kachanova2, Alexey V. Baryshnikov2

1 Azov Black Sea Engineering Institute of Don State Agricultural University

2 Don State Technical University

Abstract. One of the promising directions for processing liquid pig manure is its separation into solid and liquid fractions by a mobile unit. The main element of the mobile unit is the equipment for the separation of liquid manure into fractions. Of all the variety of technical means for separating liquid manure, a brush auger