CC BY
170
почвы на глубине до 10 см в неприкатанных гребнях увеличивается свыше допустимого значения, равного 1,2 г/см3, уже после 2 недель после проведения обработки. Упрочнение поверхности гребней позволило сохранить требуемые значения плотности почвы в течение всего рассматриваемого периода.
Рис. 2 - Распределение плотности почвы по глубине после прохода активного катка в момент предпосадочной обработки при Н6=15 %
Рис. 3 - Динамика изменения плотности почвы в гребне на глубине 10 см: 1 - без прикатывания; 2 - после прикатывания активным катком
Выводы. Таким образом, применение технологического приёма прикатывания поверхности гребней активными катками, работающими в рациональном режиме для заданных условий функционирования, позволило сохранить требуемые параметры почвенного состояния внутри гребня в течение длительного периода и исключить усадку почвы под воздействием атмосферных явлений.
Дальнейшие исследования необходимо проводить в направлении создания систем автоматизированного управления режимами работы активного катка, позволяющих корректировать его настройку с учётом изменяющихся в условиях реального времени параметров почвенного состояния. Литература
1. Лурье А. Б. Сельскохозяйственные машины (машины для обработки почвы, посева, посадки, внесения удобрений и химической защиты растений) / А. Б. Лурье, В. Г. Еникеев, И. З. Теплинский, В. А. Смелик. СПб.: изд-во СПбГАУ, 1998. 368 с.
2. Смелик В. А. Критерии оценки и методы обеспечения технологической надёжности сельскохозяйственных агрегатов с учетом вероятностной природы условий их работы: дисс. ... докт. техн. наук. СПб.,1999. 561с.
3. Кулен Ю.А., Куиперс Х. Современная земледельческая механика. М: Агропромиздат, 1986. 349 с.
4. Кушнарев А.С., Кочев В. И. Механико-технологические основы обработки почвы. Киев, 1989. 144 с.
5. Калинин А. Б. Теоретические основы выбора рациональных режимов активного катка в составе комбинированного культиватора для подготовки посадок картофеля к уборке / А. Б. Калинин, И. З. Теплинский, В. Д. Врублевский, О. В. Смелик // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2012. № 28. С. 346 — 351.
6. Калинин А.Б., Теплинский И. З. Выбор оптимальных режимов работы активного катка // Сельский механизатор. 2015. № 5. С. 8 - 9.
7. Патент РФ № 2169446 А01В61/00 Пропашной фрезерный культиватор / В. А. Смелик, И. З. Теплинский, А. Б. Калинин, С. Б. Якушев. Опубл.: 27.06.2001, Бюл. № 18.
8. Патент РФ № 2477943 А0Ш23/02 Комбинированный ботвоуборочный агрегат / В. А. Смелик, И. З. Теплинский, О. В. Смелик, М. Н. Поликарпов. Опубл.: 27.03.2013, Бюл. № 9.
Определение линейной зависимости плотности от давления в конусном двухзаходном шнеке
В. В. Новиков, к.т.н. Д. Р. Ермолаева, аспирант, А. С. Грецов,
к.т.н., ФГБОУ ВО Самарская ГСХА
В Самарской ГСХА на кафедре «Сельскохозяйственный машины и механизация животноводства» разработана конструкция шнекового пресса, позволяющая производить отжим влаги из сельскохозяйственной продукции (рис. 1).
Устройство состоит из загрузочного бункера 2, корпуса 1, внутри которого установлен составной шнек, состоящий из трёх соосно установленных на приводном валу шнеков: подающего шнека 3, выполненного в виде двухзаходного шнека, прессующего шнека 4, имеющего на последнем витке прямоугольные радиальные прорези, и шнека 7, выполненного с уменьшением шага витка, образующих четыре зоны переработки
продукта (зона загрузки - I, зона сжатия - II, зона стабилизации давления - III, зона интенсивного сжатия - IV).
Подающий двухзаходный шнек выполнен в виде конусной втулки. При этом диаметр большего основания конусной втулки равен внешнему диаметру заднего витка прессующего шнека.
Цель работы — определить зависимость плотности исходного материала от давления в конусном двухзаходном шнеке.
Задачи исследования:
— установить преимущества двухзаходного шнека от однозаходного в процессе экструзионной обработки;
— дать аналитические зависимости изменения плотности от длины шнека;
параметров в той или инои степени посвящены многие работы [2 — 9].
В ряде исследований в качестве дополнительного фактора, повышающего внутриканальное давление, использован такой конструктивный приём, как конусность тела шнека [6, 7]. В исследуемой установке также применён вариант с конусным шнеком (рис. 2).
2
Рис. 1 - Шнековый пресс для отжима влаги из сельскохозяйственной продукции: 1 - корпус; 2 - загрузочный бункер; 3 - подающий шнек; 4 - прессующий шнек; 5 - разрыхлитель мезги; 6 - конусная втулка; 7 - шнек; 8 - регулятор давления; 9 - влагосборник; I - зона загрузки, II - зона сжатия, III - зона стабилизации давления, IV - зона интенсивного сжатия
— провести сравнение внешнего воздействия на элемент материала в двухзаходном и одназа-ходном шнеках.
Данная конструкция зоны подачи пресса позволяет значительно повысить плотность исходного материала, уменьшить нагрузку на подшипниковый узел, а в итоге увеличить выход жидкости и повысить эксплуатационную надёжность установки.
Достоинства одно- и многозаходных шнеков могут меняться в зависимости от технологических требований. Однако, если целью является достижение повышения плотности конечного продукта, преимущество, в частности, двухзаходного шнека перед однозаходным очевидно [1].
В данном исследовании определяющим фактором, влияющим на динамику процесса отжима, будет число заходов винтового канала. Следует оговорить ряд допущений, практически не влияющих на значимость конечного результата [1]:
1. Суммарный объём винтовых каналов не зависит от числа заходов.
2. Относительная толщина гребня незначительна.
3. Давление является только функцией расстояния вдоль оси шнека.
4. Коэффициент трения не зависит от давления.
5. Центробежные силы незначительны.
Для непосредственного анализа приняты два варианта шнека: однозаходный и двухзаходный. Исследованиям однозаходного шнека и связанных с ним технологических и конструктивно-режимных
Рис. 2 - Двухзаходный конусный шнек: 1- конический направитель; 2 - виток шнека
Таким образом, анализируется шнек с двумя дополнительными факторами, предположительно повышающими качество процесса: конусность тела шнека и многозаходность (двухзаходность) винтового канала.
Связь между отдельными параметрами конструкции технологического режима однозначно установить сложно (даже при наличии доступной литературы), но с определёнными допущениями и упрощениями возможно решение данной задачи.
Исходя из определения массы как т = р • V путём дифференцирования можно получить следующее выражение:
йт йр йу
----•¥ + р—,
(1)
где т — текущее значение массы исходного материала, кг;
р — текущее значение плотности этого материала, кг/м3;
V — объём данного материала, м3; ? — время, с. Очевидно, что в реальном процессе ни один из четырёх членов правой части не может быть равен нулю. Для дальнейших преобразований можно воспользоваться выражением [10]
Р" Р = ехр(-С1 • р), (2)
Р~-Ро (2)
где рю— предельное значение плотности хорошо спрессованного полимера;
р — плотность при давлении р; р0— начальная плотность гранулята; с[ — эмпирический коэффициент, м2/Н. При дифференцировании уравнения (2) член в правой части представляет собой экспоненту, что создаёт определённые сложности при практическом
применении формулы (2). Поэтому можно заменить двумя первыми членами соответствующего функционального ряда [11].
Тогда итоговое выражение примет вид:
^ - ч т г йр й¥
е=с,(р„-Ро)^ у^^+р—(3)
ае ае
монотонно возрастающим. Скорость движения материала принимается постоянной.
Заменяя, с хорошим приближением, нелинейную зависимость плотности по длине шнека кусочно-линейной, где интервалы линейности соответствуют расстоянию между гребнями, можно записать следующее соотношение:
dV п , ^ т/ dP de de
Q - Ci(P„-Po)V-f
P -dV-" .(4)
de
После некоторых преобразований получается адекватное выражение:
р» - р = (р» - Ро) - с (р» - Ро) ■ р ^ Ро - р = =-с1 (р» - ро) ■ р ^ р = ро + с (р» - ро) ■ р , (5)
Ар = с (р» - ро) ■ р. (6)
Влияние конусности не нашло отражения в итоговом выражении (10), но это означает, что с точки зрения динамики процесса уравнение адекватно при любых используемых значениях конусности [6] (в том числе при нулевом).
Динамический анализ данных вариантов позволяет сделать определённые выводы.
На рисунке 3 с учётом принятых допущений показаны силы, действующие на материал в меж-витковом пространстве.
В качестве внешней силы принимается сила реакции активной стороны гребня на динамический напор материала:
, = Р21 2
Размеры площадок на всех гребнях считаются равными. Изменение плотности материала по ходу движения априори считается асимптотически-
AFi =А. — AS1
. . v2 . AFi = р. — ASi
v2
AF2 =P2-y AS2
(7)
где AFj, AF2 — силы, действующие на элемент материала соответственно со стороны первого и второго гребня в однозаходном шнеке, Н;
р1, р2— плотность материала в области контакта, кг/м3;
AS*b AS2 — площадь контактной поверхности, м3; AF'j—дополнительная сила в двухзаходном шнеке, Н;
pi— плотность материала при наличии второго витка, кг/м3;
AS 1—площадь контакта в дополнительном гребне, м3;
v = const — скорость материала, м/с. Тогда плотности материала в области контакта гребней можно выразить следующим соотношением:
Pi= Pi ■ ki ; (8)
P2= P2 ■ k2, (9)
где ki и k2 — повышающиеся коэффициенты плотности.
Рис. 3 - Силы, действующие на элемент материала, в одно- и двухзаходном шнеке: АF1, АР2 - силы, действующие на элемент материала соответственно со стороны первого и второго гребня в однозаходном шнеке; А51, АБ2 - площадь контактной поверхности; /- динамический напор; А5'1-площадь контакта в дополнительном гребне
2
С учётом асимптотического возрастания плотности:
к, >1; к2 >1; к, < к2.
В этом случае внешнее воздействие на элемент материала в двухзаходном и однозаходном шнеках можно выразить отношением:
щ + Ак,
АК
р---АХ, + р---АХ „ , „ , , , ,
= 2 \ 2 1 = НА > 1. (10)
р У А ? Р2 'к2 к2 Р2 ' 2 2
Полученный результат со всей очевидностью доказывает, что активная сила, воздействующая на материал в двухзаходном шнеке, превосходит аналогичную силу в однозаходном, что непременно должно отразиться на качестве технологического процесса.
Вывод. Двухзаходный шнек обладает рядом преимуществ перед однозаходным:
— наличие дополнительного гребня практически вдвое увеличивает осевое усилие, что приводит к значительному повышению давления;
— двухзаходность понижает скорость движения материала, но компенсирует это дополнительным приростом давления;
— контактная площадь винтовых каналов увеличивается в связи с наличием дополнительных гребней, что является следствием повышения за-полняемости каналов шнека.
Литература
1. Раувендааль К. Экструзия полимеров / пер. с англ. под ред.
A. Я. Малкина. Спб. : Профессия, 2008. 768 с.: ил.
2. Новиков В. В. Исследование рабочего процесса и обоснования параметров пресс-экструдера для приготовления карбамидного концентрата: дисс. ... канд. техн. наук. Саратов: СИМСХ, 1981. 157 с.
3. Харыбина Н. А. Повышение эффективности процесса экструдирования зерна с обоснованием конструктивно-режимных параметров зоны подачи пресс-экструдера: дисс. ... канд. техн. наук. Уфа, 2011, 167 с.
4.. Новиков В. В. Теория и расчёт одношнекового пресс-экструдера: монография. Самара, 2009. 127с.
5. Денисов, С. В. Повышение эффективности приготовления кормосмеси на основе стебельчатого корма и обоснование параметров пресс-экструдера: дисс. ...канд. техн. наук. Саратов, 2006. 142 с.
6. Орсик И.Л., Новиков В. В. Методологические аспекты теоретического определения производительности пресс-экструдера с коническим направителем // Нива Поволжья. 2016. № 1 (38).
7. Пат. № 131948 Российская Федерация, МПК7 А23К1/00, В02С13/00. Экструдер для приготовления кормовой массы /
B. В. Новиков, В. В. Коновалов, И. Л. Орсик, А. Л. Мишанин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Самарская ГСХА. № 2013112063/13;заявл. 18.03.13; опубл. 10.09.13. Бюл. № 25. 5 с. : ил
8. Корякина М.А., Шахов В.А., Козловцев А. П. Структурно-параметрический синтез шнекового экструдера для отжима рапса: монография. Оренбург, 2016. 212 с.
9. Курочкин А. А. Научное обеспечение актуального направления в развитии пищевой термопластической экструзии: монография / А. А. Курочкин, П. К. Воронина, В. М. Зем-няков, А. Л. Мишанин, В. В. Новиков, Г. В. Шабурова, Д. Н. Фролов. Прага, 2015. 185 с.
10. Коновалов В. В. Определение подачи цилиндрического шне-кового пресса / В. В. Коновалов, В. В. Новиков, Д. В. Беляев, Л. В. Иноземцева // Нива Поволжья. 2010. № 2.
11. Бронштейн И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и студентов втузов. М.: Наука, 1981. 720 с.
Теоретическое исследование факторов, влияющих на устойчивость хода по глубине бороздообразующего устройства
А. Х. Габаев, ассистент, Х. А. Хамоков, д.с.-х.н, профессор, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ
Важным фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур является качественное проведение посева, когда семена заделаны на заданную глубину, положены на влажное твёрдое семенное ложе и присыпаны влажной почвой. Большое значение имеет и равномерность распределения семян по площади питания: чем они равномернее размещены, тем лучше условия питания и освещения растений, меньше конкуренция и, следовательно, выше урожай [1, 2].
Материал и методы исследования. В настоящее время отечественные и зарубежные машиностроители предлагают различные модификации сеялочных агрегатов, которые в той или иной мере отвечают требованиям посева [3]. Однако высокая стоимость большинства из них и низкая платёжеспособность сельхозтоваропроизводителей сдерживают их внедрение в производство. Поэтому в настоящее время (да и в ближайшем будущем)
наибольшее распространение получили рядовые дисковые сеялки типа СЗ-3,6, которыми высеваются практически все культуры сплошного посева [4]. Объектом исследования является модернизированное нами бороздообразующее устройство (патент РФ № 2511237) [5].
Результаты исследования. Как известно, для глубин 2 — 4, 4 — 5, 6 — 8 см допускаемое по агротехническим требованиям отклонение соответственно равно ±0,5; ±0,7; ±1 см. Необходимо, чтобы предлагаемый сошник обеспечивал указанную равномерность заделки. Так как возможность осыпания почвы со стенок борозды и захвата семян рабочими поверхностями сошника сведена к минимуму, то основным фактором неравномерности глубины заделки семян является изменение глубины хода бороздообразующих накладок.
Изменение глубины хода бороздообразующего устройства во время работы происходит в результате изменения внешних воздействий на него. При движении бороздообразующего устройства на него действуют следующие силы (рис.):
