Рассеивание мощности в зерновом ворохе при решетной сепарации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Вестник Курганской ГСХА № 1, 2017 Теаш^ские науки 75

УДК 631.362.322

И. П. Попов, В. Г. Чумаков, С. С. Родионов, Л. Я. Чумакова

РАССЕИВАНИЕ МОЩНОСТИ В ЗЕРНОВОМ ВОРОХЕ ПРИ РЕШЕТНОЙ СЕПАРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА»

I. P. Popov, V. G. Chumakov, S. S. Rodionov, L. Ya. Chumakova CFPFCITY DISSIPATION IN LOTS OF GRAIN IN SIEVE SEPARATION

FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»

Аннотация. Показано, что в рабочем режиме часть зернового вороха условно может считаться подвижной относительно решетного стана и обеспечивать значительную часть диссипативной нагрузки. С учетом подвижности вороха произведен расчет диссипативной мощности, развиваемой приводом зерноочистительной машины и рассеиваемой в ворохе.

Ключевые слова: решетный стан; колебания; диссипативная мощность; привод.

Summary. It is shown that during the operating mode a part of lots of grain conditionally can be regarded as movable relative to the sieve and insuring the significant part of dissipative load. Taking into account the mobility of lots of grain it was calculated the dissipative capacity developed by grain-cleaning machine and dissipated in the lots of grain.

Keywords: sieve boot; fluctuations; capacity dissipation; drive

unit.

Игорь Павлович Попов

Igor Pavlovich Popov popov_ip@kurganobl.ru

Владимир Геннадьевич Чумаков

Vladimir Gennadevich Chumakov vgchumakov@mail.ru доктор технических наук, доцент

Сергей Сергеевич Родионов

Sergey Sergeyevich Rodionov кандидат технических наук, доцент rodses09@mail.ru

Любовь Яковлевна Чумакова

Lyubov Yakovlevna Chumakova vgchumakov@mail.ru

Введение. Зерновой ворох в решетной зерноочистительной машине теоретически имеет два предельных состояния. Первому предельному состоянию соответствует максимальная частота колебаний, при которой ворох остается неподвижным относительно решетного стана за счет статической силы трения, а второму - минимальная частота, при которой ворох остается неподвижным относительно корпуса машины благодаря инерции. В рабочем режиме, частота которого находится в промежутке между частотами, соответствующими двум предельным состояниям, доля к зернового вороха условно может считаться неподвижной относительно решетного стана и вносить вклад в инерционную нагрузку, а оставшаяся доля (1 - к) - подвижной и обеспечивать значительную часть диссипативной нагрузки.

Целью работы является установление диссипатив-ной мощности, обусловленной потерями в зерновом ворохе. Этой теме посвящены работы [1-9].

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. Основными этапами математического моделирования являются построение модели, решение математической задачи, к которой приводит модель, интерпретация полученных следствий из математической модели, проверка адекватности модели, модификация модели. Использованные методы позволяют получить достоверное описание исследуемых объектов.

Результаты. Выполним определение диссипативной мощности для одного решетного стана. Масса зернового вороха тх (кг), неподвижного относительно корпуса машины, равна (1 - к)т

Научный журнал

Вестник Курганской ГСХА

Сила давления этой части вороха на решета определяется выражением:

N = (1 - (1)

где § - ускорение свободного падения, м/с2.

Сила трения, направленная противоположно скорости, равна по модулю

Е = /-Н = /-(1-к)-тг-к , (2)

где / - динамический коэффициент трения, определяемый опытным путем.

При гармонических колебаниях координата решетного стана равна

х = 1^т(а>-$, (3)

где I - амплитуда колебаний стана, м,

м> - циклическая частота колебаний, рад/с.

Скорость решетного стана находится как

V = х = I- ю-со$(ю1) (4)

Диссипативная мощность, рассеиваемая в зерновом ворохе, определяется выражением

р2 =-Е- V = -/- (1 -к)- т2- к- V = -

= - / - (1 - к)-т--I-ю-ео8(ю-0 (5)

Диссипативная энергия, рассеиваемая в зерновом ворохе за полупериод колебаний, равна

2Ю 2Ю

Лп = | р-- & = / - (1 - к)-т--I-ю-к | (ео8(ю-/))-Ж--

Р- у*

N \ [ N \ \ / /

\

Л \\ \ // // /

V- (\ \ ж \/ 1 1

Е \ 1 N \ / / / /

• . V ч _ У _ /

V - скорость решетного стана, Е - сила трения, р- - диссипативная мощность, t - время

Рисунок 1 - Диссипативная нагрузка

Диссипативная мощность, рассеиваемая в зерновом ворохе, равна

Р = 4п / (1 - к)т^1 =

= 4 80,6-(1 - 0,3;-40-9,8-7,510"3 = 40 Вт. (8)

Диссипативная мощность для первого случая, когда смещение фаз составляет п радиан, (рисунок 2), изменяется в соответствии с выражением

Р-п = 2Ртах|ео8(ю-1^ ,

(9)

= /-(1 - к) - т-1 - шД. яп( ю-01-^ = 2/-(1 - к)-т-1- К (6)

ю 1.ю

где Рттсх - амплитуда диссипативной мощности для одного решетного стана, Вт.

Среднее значение диссипативной мощности, рассеиваемой в зерновом ворохе, может быть найдено как

Рг = 2п-Лр = 4п/(1 - к) тг§1, где п - частота колебаний, Гц (п= т/2ж).

(7)

На рисунке 1 представлены графики скорости, силы трения и диссипативной мощности, рассеиваемой в зерновом ворохе.

Площадь, ограниченная кривой мощности и осью абсцисс, (затененная область) представляет собой в некотором масштабе диссипативную энергию - тепло, выделяемое в зерновом ворохе.

Для оценки практического значения полученных результатов определим диссипативную мощность для двух случаев. Первый: зерноочистительная машина содержит два решетных стана, фазы колебания станов смещены относительно друг друга на п радиан. Второй: для двух станов зерноочистительной машины смещение фаз колебаний составляет п/2 радиан.

Пусть I = 7,5^10-3 м; т- = 40 кг; к = 0,3; частота колебаний п = 8 Гц; / = 0,6.

р , р2 - диссипативные мощности решетных станов; р - суммарная диссипативная мощность

Рисунок 2 - Диссипативная мощность машины с эксцентриками, смещенными относительно друг друга на п

0

0

Вестник Курганской ГСХА № 1, 2017 Технические науки 77

Пиковые значения мощности составляют

= 2 Р „.

(10)

Вычислим диссипативную мощность для двух решетных станов со смещением фаз колебаний станов относительно друг друга на р/2 радиан, и сравним результаты с полученными ранее.

Эта мощность равна

Рп/2 = Р тах (( + |з1П Ю • ) (11)

Пиковые значения мощности составляют

(12)

Графики мощности представлены на рисунке 3.

Р =J2p

1 z( к /2)max ^ 1 zi

Pzn/2

N <к S N £ N V

У А \ / А \ / А \

/ \ / \ / \

n/2

(p, рад

n

р, р2 - диссипативные мощности решетных станов; рп22 - суммарная диссипативная мощность

Рисунок 3 - Диссипативная мощность машины с эксцентриками, сдвинутыми на п/2

0

Выводы. 1 Учет подвижной относительно решетного стана части зернового вороха позволяет выполнить расчет диссипативной мощности, развиваемой приводом зерноочистительной машины и рассеиваемой в ворохе.

2 Нагружение привода и питающей сети диссипативной нагрузкой у машины со смещением фаз колебаний на п/2 радиан существенно равномернее, а ее пиковая мощность в ^¡2 раз меньше (почти на 30 %), чем у машины со смещением фаз колебаний на п радиан.

Список литературы

1 Фоминых А. В. Слоистая модель сыпучей среды. Совершенствование механизации производственных процессов в животноводстве : Сб. науч. трудов ЧГАУ.

- Челябинск, 1991.

2 Фоминых А. В. Численное интегрирование дифференциальных уравнений движения частицы относительно колеблющейся поверхности методом Рунге

- Кутта // Совершенствование механизации производственных процессов в животноводстве : Сборник научных трудов ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1990.

3 Фоминых А. В. Движение зерна по колеблющемуся решету в плоскости наибольшего ската // Совершен-

ствование технологий и машин для уборки и послеуборочной обработки зерна и семян. - Челябинск, 1991.

4 Фоминых А. В., Фомина С. В., Мекшун Ю. Н. Решетный стан с переменной амплитудой // Сельский механизатор. - 2005. - № 8. - С. 28.

5 Фоминых А. В., Фомина С. В., 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.

6 Фоминых А. В., Шевцов И. В. Методика расчета процесса сепарирования вороха на решете // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора К. Г. Колганова. - Т. 2. - Челябинск, 2006. - С. 194 - 200.

7 Фоминых А. В. Повышение эффективности сепарирования зерна и сои на основе совершенствования фракционных технологий и машин : дис. ... д-ра техн. наук. - Челябинск, 2007. - 317 с.

8 Пивень В. В., Уманская О. Л. Анализ методов оценки эффективности сепарирования // Современные научные исследования и инновации. - 2013. - № 2 (22).

- С. 6.

9 Пивень В. В., Уманская О. Л. Основные тенденции совершенствования фракционных технологий очистки зерна // Проблемы современной науки и образования.

- 2013. - № 1 (15). - С. 39-42.