CC BY
39
УДК 631.362.3
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПИТАЮЩЕГО И ВЫГРУЗНОГО ТРАНСПОРТЕРОВ
П.А. САВИНЫХ, доктор технических наук, зав. лабораторией
А.В. АЛЕШКИН, доктор технических наук, старший научный сотрудник
Н.Н. СОБОЛЕВА, инженер НИИСХ Северо-Востока
Ю.В. СЫЧУГОВ, кандидат технических наук, начальник
ПКБ НИИСХ Северо-Востока E-mail: svnmc@ptlan.ru
Резюме. В статье рассмотрено движение рулона как качение эллипса по горизонтальной прямой. Приведены теоретические исследования шнековой поверхности как выгрузного устройства. Даны рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров агрегата. Ключевые слова: измельчитель-раздатчик, рулон соломы, питающий и выгрузной транспортеры, ротора, шнек.
В НИИСХ Северо-Востока разработан мобильный измельчитель-раздатчик грубых рулонированных кормов ИРК-5. Он осуществляет погрузку кормов, транспортирование их в животноводческий комплекс, измельчение и раздачу в кормушки (рис. 1).
Рис. 1. Схема модернизированного измельчителя-раздатчика кормов ИРК-5: 1 — транспортное шасси; 2 — щдроцюшнд загрузочного борта; 3 — подающий транспортер; 4 — борт загрузочного устройства; 5 — рулонированные грубые корма; 6 — бункер; 7 — подкручивающий транспортер; 8 — гидроцилиндр подкручивающего транспортера; 9 — рециркуляционный канал; 10 — выгрузной шнек; 11 — привод к ВОМ; 12 — молотковый ротор; 13 — рама.
Проведенные производственные исследования показали, что пропускная способность агрегата при раздаче корма варьирует от 6 до 8 т/ч в зависимости от плотности рулона. Она обусловлена такими факторами как вылет молотков в камеру питателя, число рядов молотков на роторах, угол установки подкручивающего транспортера, скорость движения планок обоих транспортеров и др. [ 1]. Варьируя величину этих показателей мож-
но обеспечить необходимое среднее значение пропускной способности измельчителя. При движении рулона на транспортерах происходит его качение без скольжения в направлении, противоположном перемещению планок питающего транспортера, что обеспечивается определенной высотой гребенок на планках.
В поперечном сечении рулон может быть некруглым, особенно при формировании его подборщиком с постоянной камерой прессования. Если рулон — эллиптический цилиндр, то в определенные моменты движения он будет откатываться от роторов, что будет сопровождаться отсутствием подачи материала. То есть дисперсия пропускной способности измельчителя связана с процессом перекатывания рулона по подающему транспортеру. Рассмотрим дви-
Рис. 2. Расчетная схема качения эллипса, жение рулона в поперечном сечении (рис.2) как качение эллипса по горизонтальной прямой:
движение без отрыва от подкручивающего транспортера, в этом случае обеспечивается заданное значение подачи материала к роторам;
откат рулона от подкручивающего транспортера по подающему и дальнейшее перемещение его вместе с планками транспортера к роторам, в это время происходит прерывание подачи материала.
Остановимся подробнее на второй фазе движения. Для описания качения эллипса используем теорему об изменении момента количества движения в проекции на ось, проходящую через мгновенный центр скоростей перпендикулярно плоскости (см. рис. 2) и теорему о движении центра масс в проекции на вертикальную ось ух [2]. Причем оси (хр у{) жестко свяжем с верхними планками подающего транспортера, которые перемещаются с постоянной скоростью ит (оси инерциальны). Тогда имеем:
£ма : и к ф = т8(-*2А) -я/к - у1С • (1)
:1тЛс =т8 ~ Н, (2)
где <р" — вторая производная по времени от угла поворота <р эллипса вокруг мгновенного центра скоростей А; у , с — скорость центра масс в проекции на осьух\ х'и — проекция скорости мгновенного центра скоростей на ось хы; 7Л — момент инерции эллипса относительно точки А; mg — сила тяжести; хи — координаты точки А в поступательно перемещающихся осях вместе с центром эллипса С; Ы— нормальная реакция опорной поверхности,/к — коэффициент сопротивления качению; т — масса рулона; / 1с- ускорение центра масс эллипса в проекции на ось_уг
Слагаемое (-у1С • т) в уравнении (1), обус-
ловлено перемещением мгновенного центра скоростей по неподвижной центроиде. Это величина малая и в дальнейшем мы будем ею пренебрегать.
Подставляя силу N т уравнения (2) в (1), получим:
Ч> = 4- (т Я (~ х2л ) “ /к т 8 + /к т % с )•
•'а
По выбору систем отсчета:
У К У ТА
Дважды дифференцируя это равенство по времени, имеем:
Ук = ~У>
1 (3)
и ф = T-(mg(-xІA)-ft.mg + fкm(-у2Л)) .
•'л
В соответствии с преобразованием координат любые точки в подвижной системе, жестко связанной с эллипсом, в системе (х,, _у,) имеют координаты:
а-
а
(4)
cos <р - sin <р
sin <р cos <р
Введем для точек эллипса полярные координаты ip, а), причем а отсчитываем от оси х, тогда
\х = a cos а ;
= b sin а ,
где а, Ъ — полуоси эллипса.
Соотношение (5) выполняется и для точки А (экстремум границы эллипса в направлении оси у2), то есть:
(5)
^- = 0. да
(6)
Выразив у1А и через угол а, используя соотношения (4), (5), получим:
[х2 = a cos a cos р - ft sin а sinp ; |>>2 = a cos а srmp + bsina cosp , тогда
д У г • •
—^ = -a sin a sin « + о cos а cos® да Т
Для точки А, согласно (6) и (8): arctg
а
(7)
(8)
(9)
Теперь для любого угла <р по уравнениям (7) и (9) можно определить координаты точки А в поступательно перемещающихся осях (х2, у2) и использовать их в уравнениях (3) для х2Ли >'2А.
Дважды интегрируя уравнение (3) по времени /, получим:
* (.
0 J А
dt
-«/к
}л jA<f» j* ■
(10)
где <р0; ф0, уи(0У, >^(0); //0) - начальные условия движения.
Момент инерции эллипса относительно точки А будет меняться при изменении угла <р в соответствии с теоремой Штейнера:
1к='*с+т(х1к+У1к)> (11)
где /с — момент инерции относительно центра масс 1с-0,25т(а2+Ь1).
Алгоритм численного определения угла <р в процессе отката эллипса по уравнению (11) был реализован в программе на языке «Фортран», которая предусматривала определение начальных условий в зависимости от размеров рулона, коэффициентов сопротивления качению и скорости движения питающего транспортера.
Эллипс совершил перекатывание в наиболее устойчивое положение <рк = ж/2 (полуось Ъ горизонтальна) за время /к. Рассчитывалась также / — длина дуги эллипса, соответствующая перемещению точки контакта А в осях (х, у), которая, в свою очередь, равна длине пути, пройденного нижней точкой эллипса по подающему транспортеру. То есть по этой длине / и скорости транспортера ит определяется время Г3, в течение которого отсутствует подача материала к роторам измельчителя:
I-(Ь-а) ьТ
Программа предусматривала изменение малой оси эллипса за каждую половину оборота рулона на величину, пропорциональную вылету молотков в камеру измельчения.
Результаты расчетов промежутков /к — времени отката и ^ — отсутствия подачи материала к роторам при различных значениях ит представлены на диаграмме (рис. 3 а). На первом этапе измельчения рулона, когда а близко к А и сопротивление качению^, существенно, отката не происходит.
Отметим, что /3 можно назвать временем отсутствия подачи лишь при условии, что 13 > /к (рис. 3 б). Если /3 < /к, то средняя угловая скорость отката меньше, либо равна естественной угловой скорости вращения рулона на питающем транспортере без откатывания. Таким образом, при = 1К происходит качественное изменение движения рулона. Для малых скоростей движения нижнего транспортера ит(^< ?к) откат рулона прерывает подачу к роторам. Для больших скоростей: ит > / — (Ъ — а)/ /к процесс отката не нарушает стабильности подачи материала. Поэтому для обеспечения равномерной пропускной способности измельчителя целесообразно выбирать ит,
ік,с
з
2.5 2
1.5 1
0,5
0
Ь,с
0,15
0,2
а
0,25
0,3 4/0
желоба; Л^2 — нормальная реакция винтовой поверхности шнека; 'Р1 — сила трения о цилиндрическую поверхность, направлена противоположно абсолютной скорости {Г; Тг — сила трения о поверхность шнека, направлена по касательной к винтовой линии, которая служит траекторией в относительном движении по отношению к вращающемуся шнеку; mg — сила тяжести (в этом случае ее влияние существенно). Проекции перечисленных сил на оси координат £,, £2, £3 приведены в таблице.
Рис. 3. Зависимости времени: а — отката подачи материала от скорости движения подающе- Уравнения движения го транспортера; 6 — прерывания ^ рулона от ротора при различных скоростях движения подаю- при ПОСТОЯННОЙ скорости 1? щего транспортера, где ■; □; Щ; ПШ; Щ — полуобороты рулона.
5
2,5
3
2
1
0
8
0,1
0,3 ьъ М/с
удовлетворяющую условию на всех стадиях измельчения рулона, то есть для всех значений а/Ь.
Перемещение материала в измельчителе после взаимодействия с роторами происходит в шенковом транспортере /^диаметром 400 мм, смонтированном поперек раздатчика в камере измельчения (рис. 1).
Поэтому встает задача изучения свойств шнековой винтовой поверхности как транспортирующего устройства. При скольжении измельченных частиц по поверхности шнека, они перемещаются по цилиндрическому желобу к выгрузному окну.
Таблица. Проекции сил на оси координат*
Сила Ось
£1
N1 -Л/іЗіп^)о 0 Л/ісов^ро
0 -Яі 0
N2 Л^зіпасо&ро /\fecosа /Угвіпазігфо
^2 Ггсоэлсоэ^о -/^эта Ггсовазіп^о
Щ 0 0 ■тд
ся движении по желобу шнека.
Для нахождения угла <р0 [1], соответствующего зоне транспортирования материала при установившемся движении, выберем инерциальные оси координат £2, £3 (рис.4). Ось £2 параллельна оси шнека;
£3 — вертикальна; £, — горизонтальна. Абсолютное ускорение частицы в этой системе координат равно нулю. На частицу материала действуют силы: —
нормальная реакция цилиндрической поверхности
* здесь а — угол подъема винтовой линии, пересечения винтовой и цилиндрической поверхностей:
tga = И/2л: г, где И — шаг винта; г—радиус шнека. имеют вид уравнений равновесия:
: [— втро + Ы2 вша сов^0 + 0030 со$<Ро = 0", (12)
: • + М2со&а-^28*па = 0; (13)
£3 Г + #28ШавШро +^2с°8а8ПЦ!>о = 0.(14)
Полагая одинаковыми коэффициенты трения о шнек и о желоб:
/=/; =/2 и силы трения
РГМ/,
/;= ЛГ/; получим из (12)
= ^(ата + / сова)с1фро ■
Из уравнения (13):
N1 = сова -/вша).
Тогда *ЯРо=/
вша + / сова
(15)
сова - /вша
При угле подъема винта шнека а—17,65° (шаг винтовой линии, равный ее диаметру) и /=0,2:
Р0=6,28\
Ранее [3] было определено, что при движении по- Таким образом, д ля предотвращения выброса мате-
тока частиц материала от роторов после соприкос- риала в процессе перемещения по дну шнекового транс-
новения с витками шнека, происходит их скольже- портера необходимо обеспечить заглубление шнека на
ние по виткам без отражения к роторам и смещение высоту Ъ по отношению к плоскости подачи материала,
вправо в сторону выгрузного устройства. которая зависит от угла <рй и степени заполнения шнека.
Литература.
1. Сысуев В.А., Алешкин А.В., Кормщиков АЛ. Методы механики в сельскохозяйственной технике. Киров. — Кир. обл. типогр., 1997. — 216с.
2. Добронравов В.В., Никитин Н.Н. Курс теоретической механики. — М,: Высшая школа, 1983. — 575с.
3. Савиных Л.А., Алешкин А.В., Сычугов Ю.В. и др. Определение траектории движения частицы, скользящей по винтовой поверхности шнека //Problemy intensyfikacjiprodukcji zwierzKcej z uwzglKdnieniem ochrony nrodowiska Istandardyw ue/Materiaiy na konferencjK. — Warszawa 21-22 wrzeibnia 2004 r. - P. 427-433.
RESULTS OF THEORETICAL INVESTIGATIONS OF FEEDING AND UNLOADING TRANSPORTERS P.A. Savinykh, A.V. Aleshkin, N.N. Soboleva, Yu.V. Sychugov.
Summary. Structurally-technological circuit of mobile forages crusher—dispenserwhich are carrying out loading, transportation, crushing, and distribution of rough rolled forages was presented. The movement of a roll, as rolling of ellipse on a horizontal straight line, was considered in cross section. The theoretical researches on properties of auger’s surface as handler were given. The recommendations at the choice of constructive and technological parameters were given in the article.
Keywords: crusher-dispenser; straw roll; feeding and unloading transporters; rotor; auger.
УДК 636.4:616
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ METAHTEHKA
Д. Б. МАРЧЕНКО, аспирант Сибирский НИИСХ E-mail: dimar73@mail.ru
Резюме. В статье представлен метод оптимизации формы метантенка, предназначенного для сбраживания птичьего помета. Определена оптимальная высота боковой части метантенка, имеющей форму конуса. Ключевые слова: метантенк, метаногенез, помет, прибыль, коэффициент трения.
Один из путей рационального использования помета — метановое сбраживание (метаногенез), которое служит хорошим способом утилизации жидкого помета с превращением его в удобрение и локальный энергоноситель — биогаза [1,5].
Технических вариантов реализации метаногене-за биомассы достаточно много, от конструктивно простых, непрофессионально изготовленных приспособлений до технологически совершенных установок непрерывного действия с использованием автоматизированных систем [2, 3].
В цехе по переработке помета (рис. 1) может быть установлен один и более метантенков в зависимости от потребностей производства.
Технологический процесс переработки состоит в следующем. Помет, содержащий порядка 8 % сухого вещества, после отделения крупных неорганических примесей, подается в заглубленный бетонный приемный резервуар 2. При необходимости помет разбавляют водой до влажности 92 %, перемешивают насосом до однородности смеси и закачивают в биореакторы. После их загрузки и налаживания циркуляции смеси в змеевик ре-
акторов подается горячая вода и начинается постепенный разогрев биомассы до температуры 48...58 °С, которая во время процесса поддерживается автоматически.
При этой температуре происходит обеззараживание помета. Процесс анаэробного сбраживания длится 10 суток, с периодическим перемешиванием биомассы в реакторах насосом.
По истечении этого времени осуществляется анализ сброженной биомассы. При получении положительных результатов, каждые последующие сутки из реакторов насосом отбирают часть готового удобрения, которое закачивают в хранилище для дальнейшей расфасовки в тару. Реакторы дополняются тем же объемом свежего помета из резервуара 2 и процесс сбраживания продолжается.
Рис. 1. Схема утилизации помета с получением концентрированных удобрений. 1 — птицефабрика; 2 — приемный резервуар; 3 — газгольдер; 4 — хранилище сброженной массы; 5—виброгрохот; б — пресс; 7 — сушилка; 8— гранулятор.
