Производительность шестеренного гранулятора и факторы, влияющие на подачу корма для прессования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2 (22)2013

Механизация и электрификация животноводства, растениеводства

МЕХАНИЗАЦИЯ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА, РАСТЕНИЕВОДСТВА

УДК 631.363

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ШЕСТЕРЕННОГО ГРАНУЛЯТОРА И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПОДАЧУ КОРМА ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ

© 2013 г. В. II Скиде:ю, И. И. Краснов

Изложены зависимости параметров рабочего органа гранулятора с равновеликими колесами для достижения максимальной производительности. Определены возможности повышения производительности гранулятора за счёт подача материала силами трения и межзубовыми пространствами.

Ключевые слова: производительность, гранулятор, подача, межзубовое пространство, зуб, радиус, кормосмесь.

Equations of parameters of the granulator unit with equal wheels to achieve maximum productivity are submitted. Possibilities of the granulator productivity increase due to the fodder supply by friction forces and spaces between teeth are defined.

Key words: productivity, granulator, supply, space between teeth, tooth, radius, fodder

mix.

Увеличение производительности машин означает использование всех возможных ресурсов конкретной конструктивной схемы рабочего органа. Производительность шестеренного гранулятора с равновеликими колесами в функции геометрических и конструктивных параметров в общем случае представляется в виде [1]:

где z - количество межзубовых впадин на каждом колесе; Ved - объем единичной порции корма,

обособленной при образовании замкнутого пространства входящим зубом сопряженного колеса, м\ р0 - плотность корма в момент образования замкнутого пространства, кг/м';

4

V - частота вращения колес, с"1.

Возможности повышения производительности гранулятора связаны с увеличением объема межзубовых впадин и увеличением плотности корма во впадине к моменту образования замкнутого объема.

Объем межзубовой впадины зависит от параметров зубчатого профиля колеса, а плотность корма в межзубовой впадине зависит от соотношения объемов подаваемого корма к колесам и объемов впадин в момент образования замкнутого пространства.

Шестеренные рабочие органы грану-ляторов обычно рассматривают как два одинаковых зубчатых колеса с эвольвент-ным профилем зубьев. Эвольвентный профиль зубьев принимается неизменным, т.к. за колесами сохраняется функция передачи крутящего момента от одного колеса к

Вестник аграрной науки Дона

2(22) 2013

другому. Из параметров зубчатого зацепления в исследованиях фигурирует только модуль. Кроме модуля на геометрию зуба влияет целый ряд факторов, например, характер и коэффициент смещения исходного профиля, коэффициент отклонения межцентрового расстояния, степень заострения головки зубьев и др. [2, 3].

Известны зубчатые граиуляторы, у которых функция передачи крутящего момента снята с прессующих колес и передана на рядом расположенную пару приводных колес. Следовательно, для прессующих колес становится необязательным коэффициент перекрытия зацепления и даже сам профиль боковой поверхности зуба в виде эвольвенты [4].

Рассмотрим возможные отклонения геометрии зуба прессующих колес грану-лятора, сохраняя условия эвольвентного характера профиля зуба для двух равнове-

д, = (А- 2га

где А - межцентровое расстояние, м;

Га - радиус головки зубьев колес, м;

В - ширина колес, м; V - вертикальная составляющая

линейной скорости точки на поверхности головки зуба, м/с;

р() - плотность (насыпная масса)

кормовой смеси, кг/м3; (р - угол трения кормовой смеси о цилиндрическую поверхность головок зуба колес.

Из анализа этого выражения следует, что подача за счет сил трения может быть

q}=( A- 2ra - cos

где СО - угловая скорость вращения колес, с"1.

Радиус головок неоднозначно влияет на подачу: при уменьшении радиуса головки зуба увеличивается численное значение скобки, т.е. толщины захватываемого материала, но уменьшается линейная скорость перемещения кормосмеси. Так же влияет угол трения: увеличение угла трения с одной стороны способствует более раннему захвату материала, но одновременно уменьшается значение косинуса угла, что

ликих прессующих колес. Задачей анализа является изыскание возможностей увеличения производительности гранулятора.

Производительность зубчатого рабочего органа непосредственно определяется количеством кормовой смеси, направляемой в зону сжатия (подачей). Считая насыпную массу кормовой смеси равномерно распределенной по объему, подачу материала можно определить как сумму двух слагаемых:

q = ql + q2, кг/с,

где qj - подача массы за счет сил трения

корма о поверхность выступов зубчатых колес, кг/с;

q2 - подача массы межзубовыми

пространствами двух прессующих колес, кг/с. Подача массы за счет сил трения равна:

•COS<p)B-tJv- р09 кг/с,

увеличена путем увеличения межцентрового расстояния, ширины колес и скорости.

Для равновеликих колес, работающих с материалом неизменной исходной плотности, необходимо считать постоянными межцентровое расстояние, ширину колес и плотность (насыпную массу) кормовой смеси. Изменяемыми параметрами останутся радиус головки зуба, угол трения, скорость точки на поверхности головок зуба.

Выразив линейную скорость через угловую скорость вращения колес, получим более подробную функцию:

(р)В-Га'СО- COSCP' р0 , кг/с,

снижает значение вертикальной составляющей скорости. Необходимо заметить, что для гранулятора более раннее начало сжатия кормовой смеси очень важно. Этот фактор можно сравнить со степенью форсирования рабочего режима гранулятора.

Следовательно, для увеличения подачи кормовой смеси за счет сил трения необходимо содействовать увеличению значения угла трения.

В общем случае угол трения является приведенным к некоторому промежуточ-

2 (22) 2013

Механизация и электрификация животноводства, растениеводства

ному значению, учитывающему долю контактов по поверхностям стального колеса и корма:

<Рг/1+<Р2-/2

/, + Л

гдъ(р} - угол трения кормовой смеси по стали;

— площадь контакта кормовой смеси по стали (суммарная площадь

площадок на диаметре головки зуба), м2;

<р2

угол трения комовой смеси по кормовой смеси (угол внутреннего трения или угол естественного откоса);

упшх = — 2г"ред • cos <р2

Подача материала межзубовыми пространствами зависит от соотношения объема впадин и объема зуба, диаметра головок и диаметра впадин зуба. Можно с достаточной для первичной оценки точностью считать, что объем самих зубьев равен объему впадин между ними. Поэтому количество рабочей смеси, которое рабочий орган подаст за один оборот, можно считать равным двойному объему пространства между зубьями за вычетом объ-

/2 - площадь контакта кормовой смеси

по кормовой смеси во впадинах ^ 2 между зуоьями, м .

Уменьшить площадь контакта кормовой смеси по стали с одновременным увеличением площади контакта по корму можно путем заострения головок зуба, т.е. увеличив радиус головок. Предельным состоянием будет заострение зуба до такой степени, когда площадка на головке зуба превратится в линию. Следовательно, увеличивая радиус головки зуба, можно добиться максимальной подачи материала за счет сил трения:

)S.

Ро ' ГаРед * С0 ' Ч>2 , КГ/С. (1)

ема радиальных зазоров между радиусом головки одного зуба и радиусом ножки другого. Объем кормосмеси, заключенный в этом объеме, не учитывается, потому что этот объем при установившемся вращении колес будет постоянно заполнен и не изменяется.

Средняя теоретическая подача межзубовыми пространствами гранулятора с равновеликими колесами определяется вы-

ражением

q2 = r(2ra - А)В • р0 • со • ^ . кг/с.

где г - радиус делитель ной окружности зубчатого колеса, м;

- площадь торцевой поверхности впадины, м;

- площадь торцевой поверхности зуба, м.

5 +5*

6 _>

Радиусы окружностей зубчатого зацепления определяются известными из теории механизмов и машин формулами [2]:

радиус окружностей головок:

= г - m{h* + с* - %)+ А, м,

где т - модуль, м; / *

па - коэффициент высоты зуба рейки;

с - коэффициент радиального зазора; X — коэффициент смещения, который может иметь положительное или отрицательное значение; /у - высота зуба, м;

радиус делительной окружности:

г = 0,5 • т • 2 ? м,

где 2 - число зубьев; высота зуба:

к - {¿к* ЛуУ т + с* -т, м,

где Лу - коэффициент уравнительного смещения, при^^ .

Вестник аграрной науки Дона

2 (22) 2013

Для условия неизменности межцентрового расстояния коэффициент обратного смещения равен сумме коэффициентов смещения колес, откуда радиус головки зуба после соответствующих подстановок в формулу (1) будет зависеть от следующих факторов (при условии равного по

знаку и значению смещения исходного профиля зуба обоих колес одновременно):

га=т(0,5-г + 1г* + х), м.

1Ш1Х

Я 2 =/

\2m{p,5z + h* + х)

Тогда максимальная подача межзу-бовыми пространствами составит:

S.

Х)-А •В-р0-а)

, кг/с.

На основе этого можно сделать следующие выводы:

- достижение максимальной подачи материала за счет сил трения возможно за счёт увеличения радиуса головки зуба;

- применяя максимальные значения модуля при положительном наибольшем смещении исходного профиля зуба и не ограничивая высоту зуба можно увеличить подачу корма гранулятором за счет объема межзубовых впадин;

- максимальная подача корма межзу-бовыми пространствами в совокупности с максимальной подачей за счет сил трения обеспечат наиболее производительную работу зубчатого гранулятора с равновеликими колесами.

Литература

1. Бусленко, Н.П. Моделирование сложных систем / Н.П. Бусленко. - Москва: Наука, 1978.-395 с.

2. Васильев, Г.К. Исследование процесса уплотнения сено-соломистых материалов вибрационным приложением нагрузки: автореферат диссертации кандидата технических наук/Г.К. Васильев. - Москва, 1970. -24 с.

3. Вашкявичус, А.Ю. Определение длины пресс-канала матрицы брикетного пресса / А.Ю. Вашкявичюс, А.И. Жалтаус-кас // Тракторы и сельхозмашины. - 1976. -№ 6. - С. 26.

4. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г.В. Веденяпин. -Москва: Колос, 1973.- 199 с.

Сведения об авторах Скид ел о Виктор Владимирович - аспирант кафедры механизации и технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград), инженер ФГБУ «Северо-Кавказская МИС». Тел. 8(908)182-02-74, 8(86359)41-6-57. E-mail: [email protected].

Краснов Иван Николаевич - д-р техн. наук, профессор кафедры механизации и технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Азово-Черно-морской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)43-1-71. E-mail: Krasnov [email protected].

Information about the authors Skidelo Victor Vladimirovich - post-graduate student of the mechanization and technology for production and processing of agricultural products department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(908)182-02-74, 8(86359)41-6-57. E-mail: [email protected].

Krasnov Ivan Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor of the mechanization and technology for production and processing of agricultural products department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-1-71. E-mail: [email protected].