CC BY
23
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
УДК 631.3
РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ЗАГРУЗОЧНОГО ОКНА ДРОБИЛКИ ЗЕРНА УДАРНО-ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
С. Ю. Булатов, канд. техн. наук, доцент;
К. Е. Миронов, ст. преподаватель; В. Н. Нечаев, канд. техн. наук, доцент,
ГБОУ ВО Нижегородский государственный инженерно-экономический университет,
ул. Октябрьская, д. 22 а, г. Княгинино, Нижегородская область, Россия, 606340
E-mail: bulatov sergey urevich@mail.ru;
П. А. Савиных, д-р техн. наук, профессор,
ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока,
ул. Ленина, 166а, г. Киров, Россия, 610007
E-mail: peter.savinyh@mail. ru
Аннотация. В период с 2012 по 2018 гг. в лабораториях ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет» изучали процесс взаимодействия частиц зернового вороха с рабочими органами дробилки с целью оптимизации её конструктивных параметров. При построении математической модели использовали численные методы, а для исследования процесса была создана лабораторная установка. В результате получены выражения для определения скорости и координат частицы зернового вороха в камере измельчения разработанной дробилки зерна. Анализ выведенных зависимостей позволил спрогнозировать траекторию движения зерновки и предположить место вывода ее из камеры измельчения - периферийное, либо торцевое решето. Вычислены граничные значения координат ввода зерновок в камеру измельчения, при которых она ударяется в стык решет. Сделан вывод о возможности симметричного расположения загрузочного окна относительно полученных граничных значений, при котором количество зерновок, проходимых через периферийное решето, будет равно количеству зерновок, проходимых через торцевое решето. Выведенные экспериментально-теоретические зависимости позволяют спрогнозировать загруженность периферийного и торцевого решет и выбрать оптимальное расположение загрузочного окна. Разработанная методика позволила определить, что при рабочих параметрах дробилки (угловой скорости ротора 314 с-1, ширине била 50 мм, угле била 45°) наиболее равномерное распределение дерти среди периферийного и торцевого решет наблюдается при симметричном расположении загрузочного окна относительно координаты х = 65 мм при b = 25 мм и х = 73 мм при b = -1 мм.
Ключевые слова: зерно, дробилка, била ротора, движение частицы, камера измельчения, оптимальные параметры, положение загрузочного окна, равномерная загрузка, ротор, численный метод.
Введение. В настоящее время в условиях импортозамещения большое внимание должно уделяться научно-технической политике. Требуется огромная работа по созданию современных малозатратных машин, механизмов и технологий, в том числе в области механизации животноводства [6]. На новый уровень должны быть подняты не только качество ма-
шин, направляемых в сельское хозяйство, но и эффективность их использования. Уровень механизации по подготовке кормов к скармливанию и раздаче в ряде хозяйств еще далеко не достигает 100 %. До сих пор вмешательство человеческого труда велико, по сравнению с фермерскими предприятиями США, в два-три раза. Поэтому в такой ситуации над
данной проблемой должны эффективно работать не только ученые ведущих научно-исследовательских центров, но и специалисты, аспиранты в учебных вузах агротехнического направления.
Значительное количество работ в последние время посвящено обработке и подготовке зерна на корм сельскохозяйственным животным. Эффективным методом подготовки зерна к скармливнию является дробление. Дробление зерна широко применяется при приготовлении корма животным в хозяйствах и комбикормовой промышленности. Благодаря высокой производительности и простоте эксплуатации для дробления зерна широко используются роторные дробилки.
В процессе исследований работы роторных дробилок зерна выявлены основные закономерности, определяющие производительность, степень измельчения, расход энергии и др. Однако по мере развития технологий скармливания корма к работе дробилок предъявляются новые требования, и необходимо постоянное совер-шенствание конструкций [9].
При проведении исследований выявлено, что одной из основных проблем роторных дробилок является неоднородность измельченного зерна по фракционному составу и большая энергоемкость процесса. Это связано, в первую очередь, с несвоевременным удале-
нием готового продукта из камеры измельчения. Поэтому разработка данных машин с обоснованными оптимальными конструктивными параметрами является важной и актуальной задачей. Выявление теоретических закономерностей протекания процесса дробления позволяет определить оптимальные диапазоны параметров, и уже на этапе проектирования вносить соответствующие коррективы в конструкцию [8, 10, 16, 17, 21].
Целью данной работы является экспериментально-теоретическое описание взаимодействия зерна с рабочими органами дробилки и разработка методики определения оптимальных конструктивно-технологических параметров.
Методика. Для исследования процесса взаимодействия частиц зернового вороха с рабочими органами дробилки создана лабораторная установка (рис. 1) [22, 23, 24], главным элементом которой является ротор 3 с жестко закрепленными на нем билами 2 (рис. 1, а). Ротор 3 располагается в корпусе 5, который с одной торцевой стороны выполнен открытым и закрывается торцевой крышкой 1. В корпусе 5 вокруг ротора 3 располагаются периферийное 4 и торцевое 6 решета, через которые осуществляется вывод дерти. Загрузка зернового вороха производится через загрузочное окно 7.
а б
Рис. 1. Конструктивное устройство экспериментальной зерновой дробилки: а - трехмерная модель; б - общий вид со снятыми торцевой крышкой и торцевым решетом: 1 - торцевая крышка; 2 - било; 3 - ротор; 4 - периферийное решето; 5 - корпус; 6 - торцевое решето; 7 - загрузочное окно
При построении математической модели взаимодействия частиц зернового вороха с рабочими органами использовали математический аппарат, в частности, численные методы, хорошо зарекомендовавшие себя при проектировании сельскохозяйственных машин [12, 13, 26, 27, 28]. Одним из шагов получения общей математической модели взаимодействия частицы и рабочих органов является определение функциональной зависимости скорости воздушного потока в камере измельчения в дробилке зерна от конструктивно-технологических параметров дробилки.
Для этого, в соответствии с общепринятыми методиками [3, 11] и планом эксперимента, на расстоянии R от оси вращения через углы s на торцевой крышке дробилки проделаны отверстия (рис. 2). Через проделанные отверстия с помощью дифференциального манометра Extech HD350 проведены замеры скорости воздушного потока вдоль осей x, y и z . Результаты исследований сводились в таблицы. Исследование проводили при следующих оптимальных конструктивно-технологических параметрах дробилки: окружная скорость ротора 314 с-1, угол бил 45° [19 ].
а б
Рис. 2. Схема расположения отверстий на торцевой крышке для замера скорости воздушного потока в камере дробилки зерна ударно-отражательного действия: a - схема расположения отверстий; б - общий вид крышки с отверстиями
Построение моделей регрессии проводили с помощью методов обработки экспериментальных данных [5, 14, 25].
Результаты. Проведено исследование движения частицы зернового вороха с момента входа ее в камеру измельчения до момента касания ею одного из решет. Используя общие законы механики относительного движения [7, 15, 29], получены аналитические выражения, с помощью которых изучен характер взаимодействия частицы с билами. По методике, описанной в работе [4], определены координаты частицы после схода с била в зависимости
от конструктивно-технологических параметров дробилки. Практическая значимость результатов исследований заключается в возможности определения оптимальных координат ввода частиц зернового вороха в камеру дробилки при известных конструктивно-технологических параметрах. В свою очередь, они создают оптимальные условия вывода готового продукта из камеры измельчения в плане равномерной загрузки как торцевого, так и периферийного решет.
Для описания движения частицы по билу рассмотрим схему их взаимодействия (рис. 3).
Рис. 3. Схема движения частицы по плоскости била дробилки: х, у, г - подвижные оси координат; х1, у1, г1 -неподвижные оси координат; , , - единичные векторы подвижной системы координат; , , -
единичные векторы неподвижной системы координат; аб - угол бил; N - нормальная реакция била на частицу; mg - вес частицы; Етр - сила
трения частицы о поверхность била; Ее - центробежная переносная сила инерции; - сила инерции Кориолиса; ш - окружная скорость
В результате исследования движения зер- выражения для определения ее скоростных новки в камере измельчения в дробилке зерна характеристик и координат [2, 20]: ударно-отражательного действия получены
тх = mg 8тШ-Цл/к2 + 1 • • —¡=
V*2+у2+^
+ тсо'х — 2 тсо2\
гп2 = -кХ -\Я\у/к2 +1 • /т ■ -¡===
(1)
у[х2 + у2 + г2
|=
—-—г (г сое оЯ — со2 2 — 2о)х). (1 + А-2)^ '
Конечные значения ускорения, скорости и камере измельчения. Для определения
координаты частицы при сходе с бил, скоростных параметров частицы после схода
определенные по выражению (1), являются ее с била рассмотрим рисунок 4. начальными условиями при ее движении в
У,
г, г,
Рис. 4. Схема действия сил на частицу после схода ее с била: х, у, z - подвижные оси координат; Х\, у1, Zl -неподвижные оси координат; и0 - относительная скорость частицы; у0 - абсолютная скорость частицы; vв - скорость воздушного потока; vн - начальная скорость частицы; mg - вес частицы; - сила аэродинамического сопротивления; ао - угол наклона ротора относительно вертикали; ю - окружная скорость
В результате исследования движения зер- выражения для определения ее скоростных новки в камере измельчения дробилки зерна характеристик и координат [18, 20]: ударно-отражательного действия получены
ux (At) = ux0 + (А • u0i ■ ux0 + kn ■ u0i ■ V ■cos W +g • sin e) • Ai;
< Uy (At) = Uy0 + (~кп • U01 • uy0 + К • % • V •sin W - g • eos e) •Ai; (2)
Uz (At) = Uz0 + (-kn • U01 • Uz0 + kn • U01 • V • C0SaB - g • Sina0 ) • At-
x(At)=ux0 •At+(-kn • u0i •ux 0+К • u0i • vs •cos w+g •sin e) •;
At2
y(At) = Uy 0 •At + (-kn • U0! • U y 0 + kn ■ U01 • Ve ■ sinw-g • cose) ~;
At-
z(At) = Uz0 • At + (-kn • U0J • UZ0 + kn ■ U01 • ve ■ cos ae - g • sin ao) •—.
(3)
Результаты исследований приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты определения скоростей воздушного потока в камере измельчения в экспериментальной дробилке
% S S of 0 & со z, мм S § „О £ О "3 м м of 0 & со z, мм S § „О £ О "3
^у ер о и >у ^у р о и >у
1. 25 0 10 30,60 31,13 28,60 25. 25 180 20 32,20 32,20 32,17
2. 50 0 10 27,70 30,90 26,80 26. 50 180 20 32,10 32,30 32,36
3. 75 0 10 23,80 24,90 28,80 27. 75 180 20 32,00 30,30 32,10
4. 100 0 10 22,50 21,50 29,90 28. 100 180 20 28,50 24,50 28,20
5. 25 90 10 31,30 31,90 32,00 29. 25 270 20 32,00 31,20 32,55
6. 50 90 10 30,90 31,60 29,70 30. 50 270 20 30,80 28,70 30,30
7. 75 90 10 29,80 31,20 27,20 31. 75 270 20 29,20 25,30 28,50
8. 100 90 10 29,00 27,20 23,00 32. 100 270 20 25,10 20,80 23,50
9. 25 180 10 32,00 32,37 32,70 33. 25 0 30 31,70 31,50 31,00
10. 50 180 10 32,38 32,40 32,30 34. 50 0 30 31,20 28,15 29,50
11. 75 180 10 31,70 30,20 31,40 35. 75 0 30 26,10 24,20 28,60
12. 100 180 10 28,40 24,80 28,00 36. 100 0 30 22,40 19,58 23,80
13. 25 270 10 320 31,40 31,70 37. 25 90 30 31,58 32,10 31,50
14. 50 270 10 30,50 28,80 30,30 38. 50 90 30 31,25 31,60 31,20
15. 75 270 10 30,00 27,20 28,00 39. 75 90 30 31,47 29,90 31,60
16. 100 270 10 25,20 21,80 18,00 40. 100 90 30 28,90 25,60 30,50
17. 25 0 20 31,20 31,04 30,45 41. 25 180 30 32,50 32,30 32,15
18. 50 0 20 29,00 28,30 29,50 42. 50 180 30 32,00 32,10 32,30
19. 75 0 20 23,70 24,00 24,50 43. 75 180 30 32,00 29,90 33,10
20. 100 0 20 21,70 19,80 22,60 44. 100 180 30 28,20 25,10 28,20
21. 25 90 20 31,50 31,90 31,40 45. 25 270 30 32,55 31,95 32,60
22. 50 90 20 30,60 31,50 31,80 46. 50 270 30 31,30 28,30 31,90
23. 75 90 20 31,00 29,60 32,40 47. 75 270 30 27,30 25,10 30,70
24. 100 90 20 25,00 25,60 27,50 48. 100 270 30 25,00 22,00 26,00
После обработки результатов исследований получены искомые функции:
= 28,89 + 0,03• Я + 0,05-е-0,0009• Я2 -0,0003• е2;
V = 29,78 + 0,041-Я + 0,056• Я2 -0,0002-е2;
ву
V = 25,61 + 0,108 • Я + 0,052 -е + 0,052 • г - 0,001-Я2- 0,0002 • Я -е- 0,00015-е2.
(4)
При подстановке зависимостей (4) скоро- тельные выражения для определения скорости сти воздушного потока от параметров Я и £ в и координат частицы в камере измельчения системы уравнений (2) и (3) получим оконча- разработанной дробилки зерна:
и (А/) = ы1(1 + (-к„ • ы01 • их0 + к„ • ы01 • (28,89 + 0,03 • Я + 0,05 • е - 0,0009 • Я2 -
-0,0003-е2) + g• А/;
ыу (А/) = иу0 + (-к • ит • иу0 + к • ы01 • (29,78 + 0,041 • Я + 0,056 • Я2 -
% "01 >0
(5)
-0,0002^ е2) - g•cosе)• А/; Ы(А/) = ыг(1 + (-к^оГ^ + к • 425,61 + 0,108^ Я + 0,052 • е+ 0,052• г -- 0,001 Я2 - 0,0002 • Яе - 0,00015^ е2) - g• sin^ )• А/. ) = ы0 •А/ + (-¿•Ыг^ + к • ы01 • (28,89 + 0,03 • Я + 0,05 • е - 0,0009 • Я2 -
-0,0003 • е2) + g• sinе)
Ат 2
у(А/) = и,0 •А/ + (-к^оГ^о + ^•Ы! 429,78 + 0,041 Я + 0,056^ Я2 -
и 01 >0
А/
и "01 2
(6)
-0,0002• е )-g• ;
) = ыг0•А/ + (-к •Ыг^ + к 425,61 + 0,108^Я + 0,052^е + + 0,052^ г - 0,001 Я2-0,0002^ Я^ е-0,00015^ е2)-g• япа )
А2
Обсуждение. По уравнению (1) определен характер взаимодействия зерновки с билом [29], а также ее скоростные характеристики и координаты схода с била при угловой скорости ротора 314с- , ширине била 50 мм, угле била 45°.
1. Ь = 25 мм, х = 80 мм, у = 35 мм, г = 0 мм (где х, у, г - координаты ввода зерновки в камеру измельчения дробилки). В этом случае зерновка отскакивает от била со скоростью ух = 0,78 м/с, Уу = -0,06 м/с, Уг = -0,06 м/с. Полученные значения являются начальными
Как было отмечено в работе [29], при Ь > условиями при расчете траектории зерновки
0 зерновка отскакивает от била, а при Ь < 0 -скользит по нему. Рассмотрим граничные условия, определяемые геометрическими параметрами дробилки:
в камере измельчения. Их подставляем в выражения (5) и (6), проводим вычисления (табл. 2).
Таблица 2
Результаты расчетов траектории зерновки в камере измельчения в дробилке зерна ударно-отражательного действия при Ь = 25 мм, х = 80 мм, у = 35 мм, г = 0 мм
2
№ е, град. х, мм у, мм г, мм и0, м/с Увх, м/с гву, м/с м/с их, м/с иу, м/с иг, м/с
1 23,0 0,0 87,0 0,0 0,78 29,88 29,67 26,73 0,14 0,42 0,25
2 38,8 1,1 90,8 1,9 1,29 30,38 29,48 27,41 0,35 0,63 0,42
3 65,0 3,8 96,3 5,1 2,13 30,87 28,93 28,36 0,73 0,96 0,73
4 99,7 9,3 104,3 10,6 3,55 30,89 27,79 29,31 1,35 1,43 1,26
5 141,2 19,5 115,8 20,2 5,89 29,97 25,79 29,97 2,25 2,02 2,13
6 188,0 36,6 131,8 36,4 9,60 27,69 22,72 30,09 3,36 2,71 3,50
2. Ь = 25 мм, х = 40 мм, у = 35 мм, г = 0 мм: Ух = 0,39 м/с, Уу = -0,06 м/с, Уг = -0,06 м/с. Результаты расчетов траектории зерновки приведены в таблице 3.
Таблица 3
Результаты расчетов траектории зерновки в камере измельчения в дробилке зерна ударно-отражательного действия при Ь = 25 мм, х = 40 мм, у = 35 мм, г = 0 мм
№ е, град. х, мм у, мм г, мм и0, м/с Увх, м/с Уф, м/с Ув2, м/с их, м/с иу, м/с иг, м/с
1 41,0 0,0 53,0 0,0 0,39 30,43 29,44 27,49 0,03 0,28 0,12
2 46,3 0,2 55,6 1,0 0,70 30,56 29,35 27,70 0,15 0,41 0,23
3 65,0 1,4 59,0 2,7 1,20 30,87 28,93 28,36 0,38 0,60 0,41
Окончание таблицы 3
№ е, град. х, мм у, мм г, мм и0, м/с Увх, м/с Уву, м/с увг, м/с их, м/с иу, м/с иг, м/с
4 95,0 4,3 64,1 5,9 2,03 30,93 27,97 29,20 0,77 0,89 0,71
5 134,1 10,2 71,2 11,3 3,41 30,20 26,18 29,89 1,35 1,24 1,23
6 180,0 20,4 81,1 20,7 5,63 28,17 23,30 30,11 2,07 1,65 2,05
7 230,4 36,0 94,1 36,2 8,98 24,48 19,16 29,63 2,76 2,03 3,22
8 283,1 57,1 110,1 60,7 13,70 19,00 13,75 28,31 3,13 2,21 4,70
3. Ь = 25 мм, х = 0 мм, г = 0 мм, у = 35 мм: ух = 1,32 м/с, уу = -0,05 м/с, уг = -0,05 м/с. Результаты расчетов траектории зерновки приведены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты расчетов траектории зерновки в камере измельчения в дробилке зерна ударно-отражательного действия при Ь = 25 мм, х = 0 мм, у = 35 мм, г = 0 мм
№ е, град. х, мм у, мм г, мм и0, м/с у*х, м/с уву, м/с увг, м/с их, м/с иу, м/с иг, м/с
1 90,0 0,0 35,0 0,0 1,32 30,96 28,16 29,07 0,49 0,62 0,46
2 126,5 3,7 40,0 3,5 2,24 30,41 26,58 29,79 0,90 0,87 0,80
3 171,5 10,5 46,8 9,5 3,73 28,64 23,89 30,12 1,43 1,13 1,35
4 222,3 21,4 55,7 19,8 6,01 25,18 19,90 29,76 1,94 1,38 2,16
5 276,0 36,2 66,5 36,2 9,24 19,83 14,54 28,54 2,21 1,52 3,19
6 330,7 53,1 78,5 60,4 13,42 12,61 7,90 26,40 1,94 1,26 4,30
4. При Ь = -1 мм, х = 80 мм, г = 0 мм, у = 35 мм зерновка соскальзывает с била через 59,4° поворота била со скоростью ух = 28,95 м/с, уу = 13,25 м/с, уг = 13,25 м/с. При этом координаты схода составляют х = 125 мм,
у = 14,9 мм, г = 13,9 мм. Подставив полученные значения в выражения (5) и (6), определим скоростные характеристики зерновки в случае скольжения ее по билу (табл. 5).
Таблица 5
Результаты расчетов траектории зерновки в камере измельчения в дробилке зерна ударно-отражательного действия при Ь = -1 мм, х = 80 мм, у = 35 мм, г = 0 мм
№ е, град. х, мм у, мм г, мм и0, м/с у„х, м/с уву, м/с увг, м/с их, м/с иу, м/с иг, м/с
1 59,4 14,9 125,0 13,9 34,48 30,80 29,08 28,18 4,23 4,16 3,89
2 104,2 25,5 135,7 23,7 41,58 30,84 27,61 29,41 5,16 4,75 4,91
5. При Ь = -1 мм, х = 40 мм, г = 0 мм, х = 123,4 мм, у = 47,1 мм, г = 46,1 мм. Резуль-у = 35 мм зерновка соскальзывает с била че- таты расчетов траектории зерновки приведены рез ух = 34,67 м/с, уг = 26,4 м/с, уу = 26,4 м/с. в таблице 6. При этом координаты схода составляют
Таблица 6
Результаты расчетов траектории зерновки в камере измельчения в дробилке зерна ударно-отражательного действия при Ь = -1 мм, х = 40 мм, у = 35 мм, г = 0 мм
№ е, град. х, мм у, мм г, мм и0, м/с у„х, м/с уву, м/с увг, м/с их, м/с иу, м/с иг, м/с
1 106,2 14,9 46,1 47,1 50,95 30,81 27,52 29,44 6,30 5,69 6,03
2 154,0 30,7 60,4 62,3 61,37 29,47 25,04 30,06 7,30 6,21 7,42
Сравнивая размеры периферийного решета (диаметр 250 мм, ширина 50 мм) с координатами движения зерновки, можно сделать вывод о выходе ее через торцевое либо периферийное решето. При х, близких к значению радиуса периферийного решета, зерновка, независимо от значения Ь, пролетает через
периферийное решето, а при х = 0 мм - через торцевое. Граничными значениями, когда зерновка ударяется в стык периферийного и торцевого решет при Ь = 25 мм, является х = 65 мм, при Ь = -1 мм - х = 73 мм. Можно предположить, что при симметричном расположении загрузочного окна относительно полученных
граничных значений величины х, количество зерновок, проходимых через периферийное решето, будет равно количеству зерновок, проходимых через торцевое решето.
Были проведены исследования по распределению дерти между периферийным и торцевым решетами. Выявлено, что при угловой скорости ротора 314 с-1, ширине била 50 мм, угле била 45°, ширине загрузочного окна 80 мм, через периферийное решето проходит 60% дерти от общего количества, а через торцевое - 40% [19, 21].
Выводы. В результате проведенных экспериментально-теоретических исследований
получены аналитические выражения для описания взаимодействия зерновки с рабочими органами дробилки, и предложена методика определения оптимальных конструктивно-технологических параметров. С ее использованием определено, что при рабочих параметрах дробилки (угловой скорости ротора 314 с-1, ширине била 50 мм, угле била 45°) наиболее равномерное распределение дерти среди периферийного и торцевого решет наблюдается при симметричном расположении загрузочного окна относительно координаты х = 65 мм при Ь = 25 мм и х = 73 мм при Ь = -1 мм.
Литература
1. Булатов Сергей, Нечаев Владимир. Система загрузки и очистки фуражного зерна комбикормового агрегата (теория методика, эксперимент, анализ) // Saarbrücken: Lap lambert. 2013. 117 с.
2. Булатов С. Ю., Миронов К. Е., Нечаев В. Н. Исследование взаимодействия зерна с лопастями ротора дробилки закрытого типа // Вестник НГИЭИ. № 8 (75). Княгинино: НГИЭУ. 2017. С. 26-34.
3. Булатов С. Ю., Миронов К. Е., Нечаев В.Н., Савиных П.А. Проведение экспериментальных исследований по определению влияния конструктивных факторов на характеристики дробилки зерна ударно-отражательного действия // Актуальные направления развития техники и технологий в России и за рубежом - реалии, возможности, перспективы : Материалы и доклады II Всерос. науч.-практич. конф. 2017. С. 12-24.
4. Результаты исследований рабочего процесса системы загрузки и очистки фуражного зерна малогабаритного комбикормового агрегата : монография / С. Ю. Булатов, В. Н. Нечаев ; М-во образования Нижегородской обл., Нижегородский гос. инженерно-экономический ин-т, каф.: «Механика и с.-х. машины». Княгинино : НГИЭИ, 2012. 143 с.
5. Губин В. И., Осташков В. Н. Статистические методы обработки экспериментальных данных : учеб. пособие для студентов техн. вузов. Тюмень : Изд-во «ТюмГНГУ», 2007. 202 с.
6. Стратегия машинно-технологического обеспечения производства продукции животноводства на период до 2020 года / Ю. А. Иванов, Н. М. Морозов, Л. М. Цой [и др.] // Российская академия сельскохозяйственных наук, Отделение механизации, электрификации и автоматизации, Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации животноводства (ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии). Подольск, 2009. 85 с.
7. Кирсанов М. Н. Решебник. Теоретическая механика. М. : Физматлит, 2008. 475 с.
8. Миронов К. Е. Изучение факторов, влияющих на характеристики зернодробилки ударно-отражательного действия // Социально-экономические проблемы развития муниципальных образований : Материалы XVII Между-нар. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. Княгинино : Изд-во НГИЭИ, 2013. С. 47-49.
9. Миронов К. Е. Исследование способов совершенствования качества измельчения фуражного зерна // Проблемы и перспективы развития аграрной экономики : Материалы науч. -практ. конф. студентов и молодых ученых. 2013. С. 90-96.
10. Миронов К. Е. Исследование факторов, влияющих на энергоемкость зернодробилки ударно -отражательного действия // Пращ Тавршського державного агротехнолопчного ушверситету. 2013. Т. 13. № 4. С. 205-209.
11. Миронов К.Е. Программа и методика экспериментальных исследований дробилки зерна ударно-отражательного действия // Наука, производство, образование: состояние и перспективы : сб. науч. тр. по материалам Всерос. науч.-практ. конф. Чебоксары : ЧГПУ им. И.Я. Яковлева, 2017. С. 86-91.
12. Мохнаткин В. Г., Солонщиков П. Н. Теоретическое обоснование конструктивных параметров рабочего колеса установки для приготовления смесей // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. № 3. Ульяновск. 2017. С. 154-158.
13. Мохнаткин В. Г., Филинков А. С., Солонщиков П. Н. Выбор рациональных параметров питающего устройства установки для приготовления кормовых смесей // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2015. № 4. С. 45-47.
14. Наследов А. Д. Профессиональный статистический анализ данных. СПб. : Питер. 2008. 416 с.
15. Никитин Н. Н. Курс теоретической механики. М. : Высш. шк. 1990. 607 с.
16. Савиных П. А., Булатов С. Ю., Миронов К. Е. Влияние конструктивно-технологических параметров дробилки зерна ударно-отражательного действия на ее энергетические показатели // Труды международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». 2014. Т. 3. С. 142-148.
17. Савиных П. А., Булатов С. Ю., Миронов К. Е., Мольков А. В. Исследование влияния перекрытия периферийного решета на производительность и энергоемкость дробилки зерна ударно-отражательного действия // Продовольственная безопасность и устойчивое развитие АПК : материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Продовольственная безопасность и устойчивое развитие АПК», Чебоксары, 20-21 октября 2015 г. Чебоксары : Чувашская ГСХА. 2015. С. 653-658.
18. Савиных П. А., Булатов С. Ю., Миронов К. Е., Нечаев В. Н. Методика определения теоретической траектории движения зерновки в камере измельчения дробилки зерна ударно-отражательного действия // Вестник НГИЭИ. № 11 (78). Княгинино : НГИЭУ. 2017. С. 58-68.
19. Савиных П. А., Булатов С. Ю., Миронов К. Е. Оптимизация конструктивно-технологических параметров дробилки зерна ударно-отражательного действия // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве : Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве», Минск, 22-23 октября 2014 г.; в 3 т.. Минск : Республиканское унитарное предприятие «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства», 2014. С. 67-73.
20. Савиных П. А., Булатов С. Ю., Нечаев В. Н., Миронов К. Е. Оптимизация рабочего процесса дробилки зерна ударно-отражательного действия // Техника и оборудование для села. № 12. 2017. С. 20-23.
21. Савиных П. А., Булатов С. Ю., Нечаев В. Н., Миронов К. Е. Результаты экспериментально-теоретических исследований дробилки зерна ударно-отражательного действия // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики : Материалы X Междунар. науч.-практ. конф. «Наука - Технология - Ресурсосбережение». Сб. науч. тр., посвящ. 65-летию со дня образов. инж. факультета Вятской ГСХА. 2017. С. 242-248.
22. Савиных П. А., Булатов С. Ю., Нечаев В. Н., Миронов К. Е. Экспериментальная дробилка ударно отражательного действия // Сельский механизатор. 2017. № 3. С. 24-25.
23. Савиных П. А., Миронов К. Е. Дробилка зерна ударно-отражательного действия // Науковий вюник Тавршського державного агротехнолопчного ушверситету. 2012. Т. 4. С. 48.
24. Пат. 2558248 Российская Федерация, МПК B02C 9/02. Зерновая дробилка / Савиных П. А., Саитов В. Е., Турубанов Н. В. [и др.]; заявитель и патентообладатель Нижегородский ГИЭИ. № 2014109792/13. Заявл. 13.03.2014; опубл. 27.07.2015. Бюл. № 21. 6 с.
25. Семин В. А., Семина С. М. Основы получения и обработки экспериментальных данных: учебно-методическое пособие. Тула : Изд-во ТулГУ. 2013. 68 с.
26. Булатов С. Ю., Нечаев В. Н., Савиных П. А. Разработка дробилки зерна для крестьянских хозяйств и результаты исследований по оптимизации её конструктивно-технологических параметров. Теория, разработка, методика, эксперимент, анализ : монография. Княгинино : НГИЭИ. 2012. 140 с.
27. Сысуев В. А., Алешкин А. В., Савиных П. А. Кормоприготовительные машины. Теория, разработка, эксперимент. В 2-х томах. Киров : Зональный НИИСХ Северо-Востока. 2008.Т. 1. 640 с.
28. Сысуев В. А., Алешкин А. В., Савиных П. А. Кормоприготовительные машины. Теория, разработка, эксперимент. В 2-х томах. Киров : Зональный НИИСХ Северо-Востока. 2008. Т. 2. 496 с.
29. Яблонский А. А., Никифорова В. М. Курс теоретической механики : учебник для вузов. М. :Интеграл-Пресс, 2006. 608 с.
DEVELOPMENT AND APPLICATION OF DETERMINATION METHOD OF THE MOST SUITABLE POSITION FOR CHARGING HOLE IN THE GRAIN CRUSHER OF IMPACT-REJECTED ACTION
S. Yu. Bulatov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor; K. E. Mironov, Senior Lecturer;
V. N. Nechaev, Cand. Tech. Sci., Associate Professor,
SBEI HE Nizhniy Novgorod State Engineering and Economic University,
22a, Oktyabrskaya St., Knyaginino, 606340, Russia
E-mail: bulatov sergey urevich@mail.ru;
P. A. Savinykh, Dr. Tech. Sci., Professor,
Federal Agrarian Scientific Center of the North-East
166a, Lenina St., Kirov, 610007, Russia
E-mail: peter.savinyh@mail. ru
ABSTRACT
In 2012-2018, the process of interaction of grain heap particles with the working parts of crusher was investigated in the laboratories of Nizhniy Novgorod State Engineering and Economic University in order to optimize crusher constructive parameters. Numerical methods were used to construct a mathematical model, as well as a laboratory installation was created to research the process. As a result of experimental and theoretical studies, expressions were obtained to determine the speed and coordinates of grain heap particles in a grinding chamber of the developed grain crusher. The analysis of obtained dependencies allowed us to predict the caryopsis trajectory and to assume the place of its output from a grinding chamber - peripheral or end sieve. The boundary values of coordinates where caryopsis hits the joint of sieve in its input into the grinding chamber were calculated. The conclusion is made about the possibility of a symmetric arrangement of the charging hole in relation to the obtained boundary values, in which the number of caryopsis passing through the peripheral sieve will be equal to the number of caryopsis passing through the end sieve. The result of experimental and theoretical dependences allow predicting the load of peripheral and end sieves and to choose the
optimal position for the charging hole. The developed method established that the most balanced distribution of groat on peripheral and end sieves under crusher operating parameters (angular velocity of rotor 314 sec-1, width of beater - 50 mm, angle of beater - 45°) is observed at a symmetric position of charging hole when x = 65 mm if b = 25 mm and x= 73 mm if b = -1 mm.
Key words: grain, crusher, rotor beater, movement of a particle, grinding chamber, optimal parameters, position of a charging hole, balanced load of rotor, numerical method.
References
1.Bulatov Sergei, Nechaev Vladimir. Sistema zagruzki i ochistki furazhnogo zerna kombikormovogo agregata (teoriya metodika, eksperiment, analiz) (Feed grain loading and cleaning system (theory, methodology, experiment, analysis)), Saarbrücken, Lap lambert, 2013, 117 p.
2.Bulatov S. Yu., Mironov K. E., Nechaev V. N. Issledovanie vzaimodeistviya zerna s lopastyami rotora drobilki zakrytogo tipa (Research of interaction of grain with rotor blades of the crusher of the closed type), Vestnik NGIEI, No. 8 (75), Knyaginino, NGIEU, 2017, pp. 26-34.
3.Bulatov S. Yu., Mironov K. E., Nechaev V.N., Savinykh P.A. Provedenie eksperimental'nykh issledovanii po opre-deleniyu vliyaniya konstruktivnykh faktorov na kharakteristiki drobilki zerna udarno-otrazhatel'nogo deistviya (Pilot studies to determine the impact of structural factors on the characteristics of the grain crusher impact actions), Aktual'nye naprav-leniya razvitiya tekhniki i tekhnologii v Rossii i za rubezhom - realii, vozmozhnosti, perspektivy, Materialy i doklady II Vse-ros. nauch.-praktich. konf., 2017, pp. 12-24.
4. Bulatov S. Yu.,. Nechaev V. N et al. Rezul'taty issledovanii rabochego protsessa sistemy zagruzki i ochistki fura-zhnogo zerna malogabaritnogo kombikormovogo agregata : monografiya (Results of researches of working process of system of loading and cleaning of fodder grain of the small-sized formula-feed unit. Monograph), Knyaginino, NGIEI, 2012, 143 p.
5. Gubin V. I., Ostashkov V. N. Statisticheskie metody obrabotki eksperimental'nykh dannykh : ucheb. posobie dlya studentov tekhn. vuzov (Statistical methods of experimental data processing: Proc. manual for students of technical universities), Tyumen', Izd-vo «TyumGNGU», 2007, 202 p.
6. Ivanov Yu. A., Morozov N. M., Tsoi L. M. et al.Strategiya mashinno-tekhnologicheskogo obespecheniya proizvod-stva produktsii zhivotnovodstva na period do 2020 goda (Strategy matire-and-technological support of production of animal husbandry for the period till 2020), Rossiiskaya akademiya sel'skokhozyaistvennykh nauk, Ot-delenie mekhanizatsii, elektrif-ikatsii i avtomatizatsii, Gosudarstvennoe nauchnoe uchrezhdenie Vserossiiskii nauchno-issledovatel'skii i proektno-tekhnologicheskii institut mekhanizatsii zhivotnovodstva (GNU VNIIMZh Rossel'khoza-kademii), Podol'sk, 2009, 85 p.
7. Kirsanov M. N. Reshebnik. Teoreticheskaya mekhanika (Theoretical mechanics), Moscow, Fizmatlit, 2008, 475 p.
8. Mironov K. E. Izuchenie faktorov, vliyayushchikh na kharakteristiki zernodrobilki udarno-otrazhatel'nogo deistviya (Studying of the factors influencing characteristics of a grain crusher of shock-reflective action), Sotsial'no-ekonomicheskie problemy razvitiya munitsipal'nykh obrazovanii, Materialy XVII Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. studentov i molodykh uchenykh, 2013, pp. 47-49.
9. Mironov K. E. Issledovanie sposobov sovershenstvovaniya kachestva izmel'cheniya furazhnogo zerna (Research of ways of perfection of quality of grinding of fodder grain), Problemy i perspektivy razvitiya agrarnoi ekonomiki, Materialy nauch.-prakt. konf. studentov i molodykh uchenykh, 2013, pp. 90-96.
10. Mironov K. E. Issledovanie faktorov, vliyayushchikh na energoemkost' zernodrobilki udarno-otrazhatel'nogo deistviya (Study of factors affecting the energy consumption of the crusher of shock-reflective action), Pratsi Tavriis'kogo derzhavnogo agrotekhnologichnogo universitetu, 2013. T. 13, No. 4, pp. 205-209.
11. Mironov K. E. Programma i metodika eksperimental'nykh issledovanii drobilki zerna udarno-otrazhatel'nogo deistviya (The program and methodology of experimental research of impact-reflective grain crusher), Nauka, proizvodstvo, obrazovanie: sostoyanie i perspektivy, sb. nauch. tr. po materialam Vseros. nauch.-prakt. konf., 2017, pp. 86-91.
12. Mokhnatkin V. G., Solonshchikov P. N. Teoreticheskoe obosnovanie konstruktivnykh parametrov rabochego kolesa ustanovki dlya prigotovleniya smesei (The theoretical justification of design parameters of impeller installation for the preparation of mixtures), Vestnik Ul'yanovskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii, No. 3, Ul'yanovsk, 2017, pp. 154-158.
13. Mokhnatkin V. G., Filinkov A. S., Solonshchikov P. N. Vybor ratsional'nykh parametrov pitayushchego ustroistva ustanovki dlya prigotovleniya kormovykh smesei (Choice of rational parameters of power supply devices installations for preparation of feed mixtures), Traktory i sel'skokhozyaistvennye mashiny, 2015, No. 4, pp. 45-47.
14. Nasledov A. D. Professional'nyi statisticheskii analiz dannykh (Professional statistical analysis of data), Saint-Petersburg, Piter, 2008, 416 p.
15. Nikitin N. N. Kurs teoreticheskoi mekhaniki (The Course of theoretical mechanics), Moscow, Vyssh. shk., 1990,
607 p.
16. Savinykh P. A., Bulatov S. Yu., Mironov K. E. Vliyanie konstruktivno-tekhnologicheskikh parametrov drobilki zerna udarno-otrazhatel'nogo deistviya na ee energeticheskie pokazateli (The Impact of structural and technological parameters of grain crusher impact actions on its energy performance), Trudy mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii «Energoobespechenie i energosberezhenie v sel'skom khozyaistve», 2014, T. 3, pp. 142-148.
17. Savinykh P. A., Bulatov S. Yu., Mironov K. E., Mol'kov A. V. Issledovanie vliyaniya perekrytiya perife-riinogo resheta na proizvoditel'nost' i energoemkost' drobilki zerna udarno-otrazhatel'nogo deistviya (Investigation of the effect of overlapping peri-farinovo sieve on performance and energy consumption grain crusher impact actions), Prodovol'stvennaya bezopasnost' i ustoichivoe razvitie APK, materialy Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Prodovol'-stvennaya bezopasnost' i ustoichivoe razvitie APK», Cheboksary, 20-21 oktyabrya 2015 g., Cheboksary, Chuvashskaya GSKhA, 2015, pp. 653-658.
18. Savinykh P. A., Bulatov S. Yu., Mironov K. E., Nechaev V. N. Metodika opredeleniya teoreticheskoi traektorii dvizheniya zernovki v kamere izmel'cheniya drobilki zerna udarno-otrazhatel'nogo deistviya (The method of determining a theoretical trajectory of the grains in the grinding chamber of grain crusher impact activity), Vestnik NGIEI, No. 11 (78), Knyaginino, NGIEU, 2017, pp. 58-68.
19. Savinykh P. A., Bulatov S. Yu., Mironov K. E. Optimizatsiya konstruktivno-tekhnologicheskikh parametrov dro-bilki zerna udarno-otrazhatel'nogo deistviya (Optimization of constructive-technological parameters of grain crusher impact action), Nauchno-tekhnicheskii progress v sel'skokhozyaistvennom proizvodstve, Materialy Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. «Nauchno-tekhnicheskii progress v sel'skokhozyaistvennom proizvodstve», Minsk, 22-23 oktyabrya 2014 g., v 3 t., Minsk, Respublikanskoe unitarnoe predpriyatie «Nauchno-prakticheskii tsentr Natsional'noi akademii nauk Belarusi po mekhani-zatsii sel'skogo khozyaistva», 2014, pp. 67-73.
20. Savinykh P. A., Bulatov S. Yu., Nechaev V. N., Mironov K. E. Optimizatsiya rabochego protsessa drobilki zerna udarno-otrazhatel'nogo deistviya (Optimization of working process grain crusher impact action), Tekhnika i oborudovanie dlya sela, No. 12, 2017, pp. 20-23.
21. Savinykh P. A., Bulatov S. Yu., Nechaev V. N., Mironov K. E. Rezul'taty eksperimental'no-teoreticheskikh issle-dovanii drobilki zerna udarno-otrazhatel'nogo deistviya (The results of experimental and theoretical studies of grain crusher impact actions), Uluchshenie ekspluatatsionnykh pokazatelei sel'-skokhozyaistvennoi energetiki, Materialy X Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Nauka - Tekhnologiya - Resursosberezhenie», Sb. nauch. tr., posvyashch. 65-letiyu so dnya obrazov. inzh. fakul'teta Vyatskoi GSKhA, 2017, pp. 242-248.
22. Savinykh P. A., Bulatov S. Yu., Nechaev V. N., Mironov K. E. Eksperimental'naya drobilka udarno otrazha-tel'nogo deistviya (Pilot crusher percussion reflective of the action), Sel'skii mekhanizator, 2017, No. 3, pp. 24-25.
23. Savinykh P. A., Mironov K. E. Drobilka zerna udarno-otrazhatel'nogo deistviya (Grinder grain impact actions), Naukovii visnik Tavriis'kogo derzhavnogo agrotekhnologichnogo universitetu, 2012, T. 4, p. 48.
24 Savinykh P. A., Saitov V. E., Turubanov N. V. et al. Pat. 2558248 Rossiiskaya Federatsiya, MPK B02C 9/02, Zer-novaya drobilka (The grain crusher), zayavitel' i patentoobladatel' Nizhegorodskii GIEI, No. 2014109792/13, Zayavl. 13.03.2014, opubl. 27.07.2015, Byul. No. 21, 6 p.
25. Semin V. A., Semina S. M. Osnovy polucheniya i obrabotki eksperimental'nykh dannykh : uchebno-metodicheskoe posobie (Fundamentals of obtaining and processing experimental data: a teaching manual), Tula, Izd-vo TulGU, 2013, 68 p.
26. Bulatov S. Yu., Nechaev V. N., Savinykh P. A. Razrabotka drobilki zerna dlya krest'yanskikh khozyaistv i re-zul'taty issledovanii po optimizatsii ee konstruktivno-tekhnologicheskikh parametrov. Teoriya, razrabotka, metodika, eksper-iment, analiz (Development of grain crusher for farms and the results of research to optimize its structural and technological parameters. Theory, development, methodology, experiment, analysis), monografiya, Knyaginino, NGIEI, 2012, 140 p.
27. Sysuev V. A., Aleshkin A. V., Savinykh P. A. Kormoprigotovitel'nye mashiny. Teoriya, razrabotka, eksperiment (Machine for preparing of feed. Theory, development, experiment), V 2-kh tomakh, Kirov, Zonal'nyi NIISKh Severo-Vostoka, 2008, T. 1, 640 p.
28. Sysuev V. A., Aleshkin A. V., Savinykh P. A. Kormoprigotovitel'nye mashiny. Teoriya, razrabotka, eksperiment (Machine for preparing of feed. Theory, development, experiment), V 2-kh tomakh, Kirov, Zonal'nyi NIISKh Severo-Vostoka, 2008, T. 2, 496 p.
29. Yablonskii A. A., Nikiforova V. M. Kurs teoreticheskoi mekhaniki : uchebnik dlya vuzov (Course of theoretical mechanics : Textbook for universities), Moscow, Integral-Press, 2006, 608 p.
УДК 631.362
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ НАСТРОЙКИ ВИБРОПНЕВМОСЕПАРАТОРА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ
ПРИ ОЧИСТКЕ ПШЕНИЦЫ ОТ ТРУДНООТДЕЛИМЫХ ПРИМЕСЕЙ
В. Д. Галкин, д-р техн. наук, профессор;
А. А. Хавыев, канд. техн. наук; В. А. Хандриков, канд. техн. наук;
К. А. Грубов, С. В. Галкин, А. Ф. Федосеев - инженеры,
ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ,
ул. Героев Хасана, 113, г. Пермь, Россия, 614025
E-mail: engineer@pgsha.ru
Аннотация. Исследования проведены на экспериментальной установке на кафедре сельскохозяйственных машин и оборудования ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ. Для разработки методики настройки вибропневмосепаратора на очистке семян пшеницы от члеников редьки дикой реализован двухфакторный трехуровневый план. Исследования проведены с использованием семян пшеницы сорта Иргина кондиционной влажности. В качестве факторов при удельной нагрузке 2,9 кг/с м приняты: частота колебаний деки и продольный угол ее наклона при амплитуде колебаний деки 0,015 м; угле установки стенки деки а = 24 градуса; угле направленности
