Определение сопротивления прессованию входной конической полости штемпельного пресса для грубых кормов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

где к — глубина хода бороздообразующего устройства в равновесном положении, Аф — определяем по выражениям (10) и (11).

Как видно из приведённых выше зависимостей, к конструктивным параметрам непосредственно бороздообразующего устройства (без учёта подвески), влияющим на изменение глубины его хода, относятся: радиус г, угол конусности а и ширина цилиндрической части Ь бороздообразующей накладки. Эти параметры оптимизируются в соответствии с требованиями равномерности заделки семян.

Усилие сжатия пружины, необходимое для заглубления сошника на глубину к0, определяется из условия статического равновесия:

во = впр +^«1вкп, (13)

где 0пр — усилие предварительного сжатия пружины, Н;

Аф — начальный угол отклонения поводка.

Выражение, определяющее максимальный угол отклонения поводка, будет иметь вид:

во - впр

Зависимость (14) свидетельствует, что с возрастанием 0пр уменьшается Афтах.

Выводы. Результаты исследований показывают, что для уменьшения колебания бороздообразую-щего устройства необходимо увеличивать усилие предварительного сжатия пружины. В результате семена заделываются на заданную глубину, укладываются на влажное твёрдое семенное ложе, что улучшает условия питания растений, создаются условия для получения более высоких урожаев. Литература

1. Габаев А.Х., Мишхожев А. А. Совершенствование средств механизации для посева семян зерновых культур // Моуащ(о. 2015. № 38. [Электронный ресурс]. URL://http: Novainfo.Ru.

2. Габаев А. Х. Влияние свойств почвы на процесс образования бороздки для семян // Известия Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета. 2013. № 2. С. 67 — 71.

3. Габаев А. Х. Обзор существующих бороздообразующих рабочих органов // Novainfo. 2016. № 41. [Электронный ресурс]. иЯЪ://Ы1р: Novainfo.Ru.

4. Габаев А.Х., Каскулов М. Х. Теоретическое исследование процесса высева и заделки семян в почву посевной секцией сеялки с магнитным высевающим аппаратом // Известия Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета. 2013. № 2. С. 77 - 83.

5. Патент RU № 2511237 С1 А01С7/20, Бюл. № 10 от 07.12.2014 г.

К

(14)

Определение сопротивления прессованию входной конической полости штемпельного пресса для грубых кормов

В. Ю. Полищук, д.т.н, профессор, Л. В. Межуева, д.т.н. профессор, Е. И. Панов, инженер, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Формующие каналы штемпельных прессов для прессования брикетов из грубых кормов в местах перехода от камеры предварительного сжатия к прессующему цилиндрическому каналу имеют, как правило, конические полости. Входные конические полости являются обязательным элементом в фильерах пресс-грануляторов, вырабатывающих древесные пеллеты. Поэтому для определения технико-экономических параметров оборудования необходимо оценивать сопротивление сужающихся конических полостей экструдированию полуфабриката. Полученная модель применима конструкцией штемпельного пресса по патенту РФ № 2541020, разработанного авторским коллективом [1].

Напряжённое состояние полуфабриката при установившемся движении в канале фильеры отличается от его напряжённого состояния в момент начала движения [2, 3]. Будем полагать, что это различие сохраняется и для сужающейся конической полости.

Рассмотрим напряжённое состояние полуфабриката, пластически деформируемого в сужающейся входной полости с произвольным углом конусности относительно цилиндрической системы координат (г, ф, 2) с началом в точке вершины конуса, образующего полость.

Будем полагать, что нормальные осевые напряжения ст2 зависят только от координаты г. Сечение конической полости плоскостью, содержащей ось Ог, показано на рисунке 1.

Рис. 1 - Схема напряжённого состояния системы конической сужающейся полости цилиндрического канала

Выделим элементарный объём пространства двумя плоскостями, перпендикулярными оси 01 на расстоянии <1 друг от друга и приложим к нему действующие нагрузки. Объёмными силами в полуфабрикате будем пренебрегать по сравнению с поверхностными.

Как и ранее [3], будем полагать, что контактные напряжения сдвига т определены законом Кулона, т. е. зависят от нормального напряжения на контактной поверхности а„ и не могут превосходить предельного напряжения сдвига тт, а коэффициент трения / принят постоянным на выбранном промежутке изменения нормальных напряжений:

Т = fOn , при On(i-\)^On ^Oni ■

(1)

Выделим сектор элементарного объёма, заштрихованного на рисунке 1 двумя плоскостями, содержащими ось 01, угол между которыми равен 1ф, и рассмотрим его равновесие по оси 0г. Это позволяет связать т с нормальным радиальным напряжением стг:

1 - ftga

O = fiOr '

(2)

при Ог(-1) Ог1,

где а — угол конуса полости;

/■— приведённый коэффициент трения.

Это также позволяет связать граничные значения нормальных напряжений:

Он =(1—Ша)оы. (3)

Применение условия равновесия выделенного элемента, на котором основаны зависимости (2) и (3), при больших значениях угла а ограничено, так как позволяет получать недопустимые значения напряжений.

Будем полагать, как и ранее [4], что на участке Кулонова трения справедливость соотношения между осевым нормальным напряжением стг, радиальным нормальным напряжением аг и пределом текучести полуфабриката стг имеет вид:

о2 — Ог =ат. (4)

Предел текучести полуфабриката является переменным и зависит от всестороннего напряжения сжатия, которым в данном случае является напряжение ог Полигональная аппроксимация предела текучести полуфабриката имеет вид:

(5)

O = O(-1) + Si \&г - Or((-1) ] ' °Ti- От(i-1);

Si =-

(6)

Ori -Or(i-1)

где От(—1 и От1 — величина предела текучести соответственно в начале и конце 1-го участка аппроксимации;

Ог (—1)и ОГ1 — напряжения сжатия соответственно в начале и конце 1-го участка аппроксимации.

С учётом зависимостей (4) и (5) связь между напряжениями стг и az имеет вид:

O = (1 + S) ar - SiOr(i-1) + От(-1). (7) Аналогичное представление коэффициента трения и предела текучести было использовано ранее для цилиндрического канала фильеры [3].

Связь граничных значений участков аппроксимации обозначаем выражением:

Ozi =Ori +OTi , (8)

которая совместно с выражением (3) определяет значения всех нормальных напряжений и предела текучести на границах i-го участка аппроксимации. Номограмма, иллюстрирующая описанный алгоритм, представлена на рисунке 2.

Рис. 2 - Номограмма для определения граничных значений нормальных напряжений с диаграммами зависимостей: 1 - / = / (Оп); 2 -О = / (Оп ); 3 - Ог =ОГ ; 4 - От = / (Ог )

Дифференциальное уравнение напряжённого состояния полуфабриката имеет вид [5]:

doz

4Т + 2(Oz -Or ) = 0.

(9)

dz z sin 2a z

Использование приведённых выше зависимостей позволяет получить из уравнения (9) уравнение с разделёнными переменными:

dOz

2dz

где

AiOz + Bi z sin 2a = 2f'i + Si sin 2q , г 1+ S

(10) (11)

Вг = 2(2f +S sin2a) Si°z(i-1)-OT((-1) +

1 + Si

+O

т (i-1)

sin 2a.

(12)

Описание напряжённого состояния в конической сужающейся полости начинается в точке С с координаты 1С, в которой действует осевое нормальное напряжение стгс. Будем считать, что это напряжение соответствует у-му участку аппроксимации.

Интегрируя уравнение (10) при начальных условиях 2 = 2С а2 = а2С , получим распределение осевых нормальных напряжений на у-м участке аппроксимации:

а2

2 А

[ А(с + В- ]

/ \

2 2С

ят2а

- В,

(С <( <Оц

где

А =

2 /' + 3- ят 2а

1 + 6-

(13)

(14)

В = 2(2П+3ЯП2«) + .

+ (

Т (1-1)

sin2а

3 = ат- -(Тс

( агс

(15)

(16)

С>тС - величина предела текучести в точке С;

а2С - величина напряжения сжатия в точке С. Координата конической полости г, на которой заканчивается действие у-го участка аппроксимации, определена выражением:

2] = 2С

А-(+В

А(с + В-

ят2а

(17)

Интегрируя уравнение (10) на участке 2 > 2- при начальных условиях 2 = 2,- а2 =(2(- , получим распределение осевых нормальных напряжений на

1-м участке аппроксимации:

" ( 2 ^

[ -1)+В ]1 2

1

а =— 2 А

ят2а

Ч-1

- В,

а(. 1) < а < а.

2( -1) 2 21

(18)

Координата конической полости г, на которой заканчивается действие 1-го участка аппроксимации, определена выражением:

ят2а

А1(21 + В1 А1(2(1 -1)+ В1

2 А,

(19)

На к-м участке аппроксимации в поперечном сечении полости с осевой координатой гЬ касательное контактное напряжение может достигнуть предельного напряжения сдвига:

/агь=тт. (20)

Поскольку

ТТ

ат

73

(21)

из условий (4), (20) и (21) имеем:

(2Ь

1 + 3к

-+1

Гк^-3к ,

(2(к-1) < (2Ь < (2к

[ат(к-1) -3каг(к-1)

]

ят2а

2Ь = 2 к-1

Ак а2Ь + Вк Ак а2(к-1)+ Вк

2 Ак

(22)

(23)

При попадании полуфабриката в зону пластического контактного трения Т = Тт связь между нормальными напряжениями в полуфабрикате приобретает вид:

а2-аг = 0. (24)

Расчёт напряжений для этого случая рассмотрен нами ранее [5].

Если точка отсутствует по всей протяжённости входной полости, расчёт напряжений в ней проводится по зависимостям (18) и (19).

Вывод. Разработан метод определения напряжений в полуфабрикате, экструдируемом через сужающуюся коническую полость, в начале движения полуфабриката, который позволяет не накладывать ограничений на форму представления физико-механических свойств экструдируемого полуфабриката.

Литература:

1. Пат. 2541020 Российская Федерация, МПК В 29С 47/00. Пресс-экструдер / Е. И. Панов, Ю. В. Медведева, В. Ю. По-лищук, В. П. Ханин.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Оренбургский государственный университет. № 2013139724/05; заявл. 27.08.2013; опубл. 10.02.2015, Бюл. № 4. 7 с.

2. Полищук В. Ю. Напряжённое состояние древесных опилок в цилиндрическом канале при переходе из состояния покоя в движение / В. Ю. Полищук, В. П. Ханин, Е. И. Панов, Ю. В. Медведева // Вестник Оренбургского государственного университета. 2013. № 1. С. 223 - 227.

3. Панов Е.И., Полищук В.Ю., Ханин В. П. Предельное напряжение сдвига древесных опилок, прессуемых между матрицей и роликом гранулятора // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2015. № 1. С. 17 - 23.

4. Полищук В. Ю. Определение давления выпрессовывания в конических фильерах кольцевой матрицы пресса для гранулирования кормов // Известия вузов. Пищевая технология. 1976. № 3. С. 113 - 118.

5. Панов Е. И. Напряжённое состояние пластичного полуфабриката при экструзии через сужающуюся коническую полость / Е. И. Панов, В. Ю. Полищук, В. П. Ханин, Ю. В. Медведева // Вестник Самарского государственного университета путей сообщения. 2014. № 1. С. 107 — 111.