CC BY
44
технические науки
УДК 531.211
Определение усилий при проколе рулона льна распределителем теплоносителя
Шушков Роман Анатольевич, соискатель
e-mail: [email protected]
ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина
Оробинский Дмитрий Федорович, доктор технических наук, профессор
e-mail: [email protected]
ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина
Аннотация: в статье предложен способ сушки рулонов льнотресты при подаче теплоносителя внутрь рулона. Предлагаемый способ сушки паковок лубово-локнистых культур предусматривает внедрение в тело рулона распределителя теплоносителя, что позволяет сократить затраты энергии на испарение влаги. Также представлены теоретические исследования процесса прокола рулона льнотресты распределителем теплоносителя и приведены схема и уравнение к расчету усилий на прокол рулона.
ключевые слова: рулон; распределитель; усилие; коэффициент трения.
Сушка является основной технологической операцией по приведению льна в устойчивое при его хранении состояние. Только после того как из свежерулони-рованной льнотресты будет удалена вся избыточная влага можно рассчитывать на последующую надежную сохранность продукции.
Процесс искусственной сушки - один из самых энергоемких процессов, поэтому необходимо максимально использовать испарительную способность сушильной установки, что позволит значительно снизить расходы на энергию.
В результате проведенных опытов Всероссийским научно-исследовательским институтом льна было установлено, что в процессе сушки рулонов льнотресты влага удаляется неравномерно, быстрее она уходит из внешних слоев и весьма медленно из центра [1], поэтому для интенсификации процесса досушивания рулонов льна предлагается использовать способ подачи теплоносителя внутрь рулона, что позволит наиболее эффективно досушивать цилиндрические паковки лубоволок-нистых культур.
В разработанном автором устройстве для сушки рулонов льна [2] теплоноситель подается в рулон через распределитель, состоящий из цилиндра с круглыми отверстиями, в верхней части которого установлен конус для центрирования рулона при проколе.
Для определения параметров и режимов работы механизма привода исполнительного органа осуществляющего прокол рулона необходимо знать минимальное усилие, при котором распределитель может быть введен внутрь рулона.
Для определения усилия составим уравнение равновесия с учетом сил, действующих на распределитель при проколе (рис. 1).
х
Ртяж
Ртяж
Рисунок 1. Схема к расчету усилия на прокол рулона.
откуда
где Fпр - усилие прокола, Н;
Fкч - нагрузка на коническую часть распределителя, Н;
Fцч - нагрузка на цилиндрическую часть распределителя, Н;
Fтяж - сила тяжести рулона, Н.
Определим нагрузку на коническую часть распределителя по формуле:
где Fн.д - сила нормального давления, Н;
Fт - сила трения, Н;
q - нагрузка равнораспределенная, Н/м2;
Sкон - площадь поверхности конической части, м2; а - угол заострения, оптимальные значения а = 20...30°;
j - коэффициент трения скольжения стали по льну, определяется экспериментально.
Площадь поверхности конус; ~ " :
где Я - радиус основания конуса, м;
L - длина образующей конуса, м.
Определим нагрузку на делителя по формуле:
где Я - радиус цилиндра, м;
Н - высота цилиндра, м.
Сила тяжести рулона определяется по выражению:
^тяж — т ' В, (7)
где т - масса рулона, кг.
Тогда формула (2) принимает вид:
Fnp = (Я' SkoH ' Sia “■+ Ч- Skoh ■ Ф C0Sa) + (Чо Аил ■ Ч$- С™ ■ 8), (8)
= (q■ л ■ R ■ L■ sinct+ q■ л ■ R ■ L■ ф- cosa.) + (q0 ■ 2л ■ R ■ H ■ cp) - (m ■ g) ^
окончательно усилие прокола определяется:
Fnp =[q-n R L (sina+ v cosa.)] + [q„ ■ 2it■ R■ H-ф]-[m■ g] (1Q)
Коэффициент трения скольжения стали по стеблям льна определяли экспериментально с помощью трибометра (рис. 2) и используя формулу:
^к.ч Fh.h+Ft q ■ Skoh ■ sin a. + q ■ SK0H ■ cp- cosa. (3)
где Fт - сила трения, Н;
д0 - нагрузка равнораспределенная, Н/м2;
Sцил - площадь поверхности цилиндрической части, м2. Площадь поверхности цилин,! ~ -кения:
или
ф=--------------------
ra1-h+(ra1+m2)-d ai)
пі 2 'h
где т1 - масса бруска S, кг; т2 - масса груза Р, кг; h - высота падения груза, м;
d - путь, пройденный бруском по инерции, м.
Полученные результаты заносим в таблицу 1. Повторность опытов была пятикратная.
Рисунок 2. Общий вид трибометра с бруском и грузом.
Таблица 1. Результаты опытов.
т1; кг т^ кг Ьі, м її, м І2, м Із, м І4, м І5, м м d, м І
льнотреста сухая
0,744 0,56 0,447 0,690 0,695 0,688 0,691 0,695 0,692 0,245 0,38
льнотреста влажная
0,744 0,56 0,447 0,678 0,682 0,679 0,671 0,681 0,678 0,231 0,39
Расчетное усилие на прокол рулона средней плотности прессования 140 кг/м3, массой 220 кг при диаметре цилиндрической части распределителя 108 мм и при условии, что рулон насаживается сверху, составит около 3 кН, если же рулон неподвижен и распределитель вводят в него, то усилие увеличивается на величину тяжести рулона.
Список литературы:
1. Оробинский, Д. Ф. Уборка льна в условиях Северо-Западного региона России: учебное пособие / Д. Ф. Оробинский. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2007. - 190 с., ил. ISBN 5 98076-054-7.
2. Пат. 49826 Российская Федерация, МПК7 D01B1/48. Устройство для сушки рулонов льна / Оробинский Д. Ф.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н. В. Верещагина. - № 2004104301/22; заявл. 13.02.2004; опубл. 10.12.2005, бюл. № 34.
Force identification in flax roll puncture with heat distribution block
Shushkov Roman A., applicant
The Federal State Budget Educational Institution Higher Professional Education the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Orobinskiy Dmitriy F., Doctor of Science (Technics), Professor
The Federal State Budget Educational Institution Higher Professional Education the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Abstract: Flax straw rolls drying method in the heat distribution block feeding inside the roll is offered in the article. The proposed method of drying bast fiber crop packages provides the heat distribution block implementation inside the roll body, which enables to decrease energy costs for moisture evaporation. Theoretical studies of the flax straw roll puncture process with the heat distribution block are performed, as well as the breakdown and equation for roll puncture forces calculating are given.
Keywords: roll, distribution block, force, friction coefficient.
