CC BY
10
УДК 537.311.6
И.П. Попов, Л.Я. Чумакова
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕРЫ ИНЕРТНОСТИ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА С УЧЁТОМ ЕГО СЫПУЧЕСТИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т.С. МАЛЬЦЕВА», КУРГАН, РОССИЯ
I.P. Popov, L.Ya. Chumakova
DETERMINATION OF THE INERTITY MEASURE OF FRUMENTACEOUS HEAP OF CHAFF AND GRAIN TAKING INTO ACCOUNT ITS FLOWABILITY
FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BYT.S. MALTSEV», KURGAN, RUSSIA
Игорь Павлович Попов
Igor Pavlovich Popov ip. popow@yandex. ru
Любовь Яковлевна Чумакова
Lubov' Yakovlevna Chumakova vg ch u ma kov@ma il. ru
Аннотация. Работа обусловлена необходимостью учета влияния динамики зернового вороха на реактивную мощность, развиваемую при линейных колебаниях массивных решетных станов. Целью работы является определение меры инертности зернового вороха с учетом его сыпучести. Основными методами исследования в рамках настоящей работы являются методы математического моделирования и анализа. Для определения подвижности зернового вороха наилучшим образом подходит решетная зерноочистительная машина ОЗС-50. В штатном режиме (первый и третий решетные станы совершают колебания в фазе, второй и четвертый - в противофазе) при отсутствии вороха измеряется мощность Р, развиваемая приводом на частоте пс. Она состоит из двух неизвестных частей - Р и Р обусловленных соответственно инерционными и диссипативными нагрузками. После этого эксцентриковые валы разворачиваются на Теперь первый и второй решетные станы совершают колебании в противофазе, так же как и третий и четвертый, при этом обобщенная фаза колебаний первой пары решетных станов смещена относительно второй на т. В этом случае первая и вторая пары обмениваются кинетической энергией меледу собой, а не с приводом, для которого в этой связи часть мощности, обусловленная инерционной нагрузкой, равна нулю. Измеренная мощность привода равна Р,г По измеренным Р и Р,, определяется Р|г На решетные станы размещается зерновой ворох, и на той же частоте пс выполняются аналогичные измерения, в результате которых становятся известными величины Рр и Р„. Искомая часть массы вороха, вносящая вклад в инерционную нагрузку, определяется разностью Рр - Р|г
Ключевые слова: зерновой ворох, реактивная мощность, колебания, решетный стан, инертность, сыпучесть.
Abstract. The work is caused by the necessity to take into account the influence of the frumentaceous heap of chaff and grain dynamics on the reactive power developed during the linear oscillations of massive sieve mills. The aim of the work is to determine the inertia measure of the frumentaceous heap of chaff and grain with the regard to its flowability. The main research methods in the framework of this work are the methods of mathematical modeling and analysis. For determining the mobility of the frumentaceous heap of chaff and grain the OZS-50 sieve cleaning machine is the most suitable. In normal mode (the first and the third sieve mills oscillate in phase, the second and the fourth are in antiphase), in the absence of a heap of chaff and grain, the power P, developed by the drive at frequency nc., is measured. It consists of two unknown parts - P and P caused by inertial and dissipative loads, respectively. After that the eccentric shafts unfold by 7. Now the first and second sieve mills oscillate in antiphase as well as the third and fourth, while the generalized phase of oscillations of the first pair of sieve mills is shifted relative to the second by In this case the first and second pairs exchange kinetic energy between themselves and not with the drive for which in this connection part of the power due to the inertial load is zero. The measured drive power is P From measured P and P P is determined. A grain pile is placed on the sieve mills and similar measurements are made at the same frequency nc as a result of which the values of Ppand P„ become known. The desired part of the mass of the pile contributing to the inertial load is determined by the difference P - P
Keywords: frumentaceous pile, reactive power, oscillations, sieve mill, inertness, flowability.
Введение. В большинстве конструкций сепараторов применяемых на предприятиях агропромышленного комплекса решетные станы совершают возвратно-поступательные движения при помощи эксцентрикового механизма, при этом возникают переменные по величине и направлению силы инерции. Работа решетных станов зерноочистительных машин является характерным примером внешних периодических воздействий привода на массивные объекты. Реакция решетных станов как инертных тел при возвратно-поступательных колебаниях проявляется в их силовом воздействии, на привод. Это реактивное воздействие обусловлено инерцией решетных станов. Развивается значительная механическая реактивная мощность, обусловленная массой решетных станов и зернового вороха, почти на порядок превышающая
полезную мощность, расходуемую непосредственно на процесс сепарации, снижая его эффективность. Механическая реактивная мощность трансформируется в реактивную электрическую мощность, потоки которой в питающей сети порождают существенные тепловые потери в проводах.
В [1] рассмотрена разновидность механической реактивной мощности - гравитационная мощность, представляющая собой производную по времени от гармонически изменяющейся потенциальной энергии массивного груза.
При наклоне решет помимо инерционной и диссипа-тивной мощностей [2-7] дополнительно развивается гравитационная мощность, обусловленная вертикальным перемещением части зернового вороха.
Целью работы является определение влияния наклона
Вестник Курганской ГСХА №3,2018 Технические науки \
решет на реактивную мощность зерноочистительной машины.
Актуальность темы определяется значительным влиянием механических технологических операций на энергетические процессы, происходящие в питающей сети. Инерционная и гравитационная мощности преобразуются в электрическую реактивную мощность, частота механических колебаний порождает соответствующие гармоники в сети. Эти факторы приводят к дополнительным тепловым электрическим потерям - до одной десятой от реактивной мощности. Таким образом, для оптимизации энергозатрат наряду с учетом диссипативной мощности следует принимать во внимание, в том числе, гравитационную мощность.
Методика. Основными методами исследования в рамках настоящей работы являются методы математического моделирования и анализа. При этом исследуется не сам физический объект, а его математическая модель - «эквивалент» объекта, отражающий в математической форме важнейшие его свойства - законы, которым он подчиняется, связи, присущие составляющим его частям, и т.д. Использованные виды моделирования являются детерминированными, динамическими и непрерывными.
Задачи исследования решались методами теоретической механики, математики и теории решения изобретательских задач.
В соответствии с этим к-я часть зернового вороха перемещается с ускорением ах, а (1-ку)-я часть - с ускорением ау, поскольку к- я часть зернового вороха условно может считаться неподвижной относительно решетного стана, а оставшаяся (1-ку)-я часть - подвижной [8].
Результаты. Методика определения подвижности зернового вороха.
Для определения подвижности зернового вороха наилучшим образом подходит решетная зерноочистительная машина ОЗС-50. В штатном режиме (первый и третий решетные станы совершают колебания в фазе, второй и четвертый - в противофазе) при отсутствии вороха измеряется мощность Р, развиваемая приводом на частоте пс. Она состоит из двух неизвестных частей - Рп и Р21, обусловленных соответственно инерционными и диссипативными нагрузками.
После этого эксцентриковые валы разворачиваются на Теперь первый и второй решетные станы совершают колебание в противофазе, также как и третий и четвертый, при этом обобщенная фаза колебаний первой пары решетных станов смещена относительно второй на В этом случае первая и вторая пары обмениваются кинетической энергией между собой, а не с приводом, для которого в этой связи часть мощности, обусловленная инерционной нагрузкой, равна нулю [18-21]. Измеренная мощность привода равна Р2Г По измеренным Р и Р21 определяется Р1Г
На решетные станы размещается зерновой ворох, и на той же частоте пс выполняются аналогичные измерения, в результате которых становятся известными величины Р12 и Р22.
Искомая часть массы вороха срд{пс)т, вносящая вклад в инерционную нагрузку, определяется разностью Р12- Р1Г
Часть массы вороха ср2(пс)т, вносящая вклад в диссипативную нагрузку, определяется как
%(п) = т- ф (п)т,
(1)
Экспериментально-аналитическое определение подвижности зернового вороха
Для серии измерений (и соответствующих вычислений) установлены следующие данные:
1 (рабочий режим) (п = V срв(ли) = 0; 1 ф^) = 0,822; 4 2тт'
п =
W
п1 = 3 с-п2 = 5 С"1, фа(п2) = 0,579; пъ = 12 С"1, фа(п3) = 0,122.
320;
Система уравнений для этих данных при допущении, что решетные станы совершают линейные колебания, в соответствии с [22] имеет вид:
0.822 = 0.320 + ф^ (8)(3 - 8) + - 8)2 + - 8)3 (2)
0.579 = 0.320 + ф^ (8)(5 - 8) + - 8)2 + ^р(5 - 8)3
0.122 = 0.320 + ф^(8)(12- 8) + ^р(12-8)2 + _8)3
Решение системы:
ф'(8) = -6.825-1(Г2' в = 5,456.1(Г3' ® = -1.977• КГ4' (3) 2! 3!
Таким образом, функция неподвижности вороха относительно решет [11] имеет вид:
фДи) = 0.320-6.825-10"(и-8) + 5.456-10^(и-8)2-1.977-10 "(и-8)3 >(4) Функция подвижности, соответственно
Ф;(и) = 0.б80 + б.825 10"(и-8)-5.45б10 3(и-8)2 + 1.977 10 "(и-8)3 > (5)
По известным граничным значениям функций состояния (подвижности/неподвижности) (0 и 1) определяются граничные значения переменной состояния:
п = 1,8 с"1, п = 17,2 с"1
а ' '2 '
(6)
На рисунке изображены функции состояния (подвижности и неподвижности) зернового вороха.
0,75
0.?
0,25
vjtl)
<ftnr
Щ и.-
10
15
20 п. Hz
Рисунок - Функции состояния: фд(п) - функция неподвижности, фг (п) - функция неподвижности
Масса зернового вороха т на рабочей частоте пш = 8 с-1 определяется комбинацией его граничных состояний - полностью неподвижного (относительно решет) и полностью подвижного
m = ф (п )т + ф (п )т = 0,32m + 0,68m,
(7)
Выводы. Выражение (7) можно условно интерпретировать таким образом, что часть зернового вороха массой 0,32т совершает колебания вместе с решетными станами, внося вклад в инерционную нагрузку, а часть вороха массой 0,68/77 за счет подвижности относительно решетных станов создает силу трения и соответствующую диссипативную нагрузку.
Тем самым определена мера инертности зернового вороха с учетом его сыпучести.
Список литературы
I Фоминых A.B., Чумаков В.Г Алгоритм расчета процесса сепарации на решетных устройствах//Аграрный вестник Урала. Екатеринбург: Изд-во Уральской ГСХА. 2010. № 7. С. 77-79.
2ФоминыхА.В., ЧумаковВ.Г, Шевцов И.В., Косовских AM. Методика расчета процесса просеивания проходовых частиц в круглые отверстия решет//Аграрный вестникУрала. Екатеринбург: Изд-во Уральской ГСХА. 2010. № 7. С. 80-81.
3 Фоминых A.B., Фомина C.B., Мекшун Ю.Н. Решетный стан с переменной амплитудой // Сельский механизатор.
2005. № 8. С. 28.
4 Фоминых A.B., Фомина C.B., Мекшун Ю.Н. Решетный стан, совершающий колебания в своей плоскости с переменной амплитудой по длине решета // Сборник научных трудов КрасГАУ. 2005. № 5. С. 201-205.
5 Косилов Н.И., Фоминых A.B., Чумаков В.Г Семена по ранжиру в строй! // Сельский механизатор. 2006. № 2. С. 14-15.
6 Фоминых A.B. Расчет просеваемости решетных сепараторов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. № 9. С. 35.
7 Фоминых A.B. Расчет колебаний машин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. № 12. С. 35.
8 Фоминых A.B., Родионов С.С., Хименков И.А. Исследование движения тела по наклонной плоскости с переменным углом наклона // Вестник Курганской ГСХА. 2013. №4(8). С. 106-108.
9 Фоминых A.B., Воинков В.П., Фомина C.B. Технологическая линия очистки сои с применением решётного и фрикционного сепараторов // Вестник Курганской ГСХА. 2014. №4(12). С. 66-69.
10 Косилов Н.И., Фоминых A.B. Фракционные технологии для сепарирования зернового вороха // Куртамыш.
2006. 152 с.
II Фоминых A.B., Чумаков В.Г, Родионова С.И. Оптимизация процесса сепарирования на колосовых решётах// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2011. № 9. С. 26-27.
12 Popov I.P., Chumakov V.G., Sukhanova S.F. Reducing the total power consumption of the grid separators in feed production // British journal of innovation in science and technology. 2017. Vol. 2. №2. Pp. 15-20.
13 Popov I.P., Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumakova L.Ja., Rodionova S.I. Energy efficiency assessment of sieve separation gear kinematic diagram // British journal of innovation in science and technology. 2017. Vol. 2. № 3. Pp. 5-11.
14 Popov I.P. Synthesis inert-inertial oscillator//Applied mathematics and control sciences. 2017. № 1. Pp. 7-13.
15 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Чумакова Л.Я. Рассеивание мощности в зерновом ворохе при решетной сепарации // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 1 (21). С. 75-77.
16 Попов И.П., Чумаков В.Г, Родионов С.С., Попов Д.П. Результаты исследований энергопотребления решетной зерноочистительной машины // Вестник Курганской ГСХА. 2016. № 1 (17). С. 67-70.
17 Попов И.П., Чумаков В.Г, Родионов С.С., Чумакова Л.Я., Родионова С.И. Полная механическая мощность при колебательных технологических процессах в кормопроизводстве // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 3 (23). С. 69-71.
18 Попов И.П., Попов Д.П., Кубарева С.Ю. Об одном способе нейтрализации реакции массивных деталей и узлов на внешние периодические воздействия // Вестник Курганской ГСХА. 2012. № 2 (2). С. 60-62.
19 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Шевцов И.В., Низавитин С.С. Механизм зерноочистительной машины с постоянным приведенным моментом инерции // Вестник Курганской ГСХА. 2015. № 1 (13). С. 68-71.
List of references
1 Fominykh A.V, Chumakov V.G. Algorithm for calculating the separation process on the sieve devices //Agrarian Vestnik of the Urals. Ekaterinburg: Publishing House of the Ural State Agricultural Academy. 2010. №7. Pp. 77-79.
2 Fominykh A.V., Chumakov V.G., Shevtsov I.V., Kosovskih A.M. Method of calculating the process of sifting of passage particles into the round holes of sieves //Agrarian Vestnik of the Urals. Ekaterinburg: Publishing House of the Ural State Agricultural Academy. 2010. № 7. Pp. 80-81.
3 Fominykh A.V., Fomina S.V., Mekshun Yu.N. Sieve mill with variable amplitude // Rural mechanicizer. 2005. № 8. Pp. 28.
4 Fominykh A.V., Fomina S.V., Mekshun Yu.N. Sieve mill, oscillating in its plane with a variable amplitude along the length of the sieve // Collected scientific papers KrasGAU. 2005. № 5. Pp. 201-205.
5 Kosilov N.I., Fominykh A.V., Chumakov V.G. Seeds by rank in arrayal! // Rural mechanic. 2006. № 2. Pp. 14-15.
6 Fominykh A.V. Calculation of the screening of sieve separators // Mechanization and electrification of agriculture. 2006. № 9. P. 35.
7 Fominykh A.V. Calculation of machine vibrations // Mechanization and electrification of agriculture. 2006. № 12. P. 35.
8 Fominykh A.V, Rodionov S.S., Khimenkov I.A. Study of body movement on an inclined plane with a variable angle of inclination // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2013. №4(8). Pp. 106-108.
9 Fominykh A.V., Voinkov V.P, Fomina S.V. Technological line for soybean purification using grate and friction separators // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2014. №4(12). Pp. 66-69.
10 Kosilov N.I., Fominykh A.V. Fractional technologies for the separation of a pile of grain. Kurtamysh, 2006. 152 p.
11 Fominykh A.V., Chumakov V.G., Rodionova S.I. Optimization of the separation process on spike sieves // Mechanization and electrification of agriculture. 2011. № 9. Pp. 26-27.
12 Popov I.P., Chumakov V.G., Sukhanova S.F. Reducing the total power consumption of the grid separators in feed production // British journal of innovation in science and technology. 2017. Vol. 2. №2. Pp. 15-20.
13 Popov I.P., Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumakova L.Ja., Rodionova S.I. Energy efficiency assessment of sieve separation gear kinematic diagram // British journal of innovation in science and technology. 2017. Vol. 2. № 3. Pp. 5-11.
14 Popov I.P. Synthesis inert-inertial oscillator//Applied mathematics and control sciences. 2017. № 1. Pp. 7-13.
15 Popov I.P., Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumakova L.Ya. Dispersion of power in the grain pile at the sieve separation // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2017. № 1 (21). Pp. 75-77.
16 Popov I.P., Chumakov V.G., Rodionov S.S., Popov D.P Results of studies of energy consumption of a sieve grain cleaning machine // Vestnik of the Kurgan State Agricultural Academy. 2016. № 1 (17). Pp. 67-70.
17 Popov I.P., Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumakova L.Ya., Rodionova S.I. Full mechanical power at oscillatory technological processes in fodder production // Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2017. № 3 (23). Pp. 69-71.
18 Popov I.P., Popov D.P, Kubareva S.Yu. On one method of neutralizing the reaction of massive parts and assemblies to external periodic effects //Vestnik of Kurgan State Agricultural Academy. 2012. № 2 (2). Pp. 60-62.
19 Popov I.P., ChumakovV.G.,RodionovS.S., Shevtsov I.V., Nizavitin S.S. The mechanism of the grain cleaning machine with a constant reduced moment of inertia // Vestnik of the Kurgan State Agricultural Academy. 2015. № 1 (13). Pp. 68-71.
