CC BY
0
ТРГНМП! fiGIFS MATHINFS AND
FDR ТИР А ППП-1МГ)И^ТШД I ГПМР1
Научная статья УДК 631.362
DOI: 10.24412/2227-9407-2024-6-30-41 EDN: HFINEV
Теоретические исследования воздействия лопастей сепарирующей зернометающей машины на зерновой материал
Жаргал БорисовичЦыбеновСэнгэ СамбуевичЯмпилов2, СэлмэгЖаргаловнаГылыкова3, Станислав Николаевич Шуханов4, Наталья Ивановна Овчинникова5
12 3 Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, Улан-Удэ, Россия 4' 5Иркутский государственный аграрный университет имени А. А. Ежевского, Иркутск, Россия
1 tsibenov@mail.ruB' https://orcid.org/0000-0003-2275-2070
2 yampilovss@mail. ги' https://orcid. о^/0000-0001 - 72 79-9083
3 gylykova95@bk.ru, https://orcid.org/0009-0005-1093-9008
4 shuhanov56@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-2134-6871
5 nata54@bk.ru, https://orcid.org/0000-0003-2331-2050
Аннотация
Введение. Статья посвящена разработке математических моделей определения ударного взаимодействия зернового материала с лопастью сепарирующей зернометающей машины.
Материалы и методы. Рассматриваются теоретические способы уменьшения травмирования зернового материала лопастью сепарирующей зернометающей машины, применяя теории упругого удара Герца при взаимодействии двух упругих тел. Анализируются величины мгновенной ударной силы при обрезинивании приемной части лопасти сепарирующего зернометателя, а также при различных углах установки лопасти. Исследуются воздействия лопастей сепарирующей зернометающей машины на зерновой материал путем построения зависимостей влияния модуля Юнга, коэффициента Пуассона, размеров зерна, угла наклона лопасти и частоты вращения лопастного барабана на величину мгновенной ударной силы, влияющей на степень травмирования зернового материала. Получены аналитическим путем расчетное уравнение нахождения коэффициента, учитывающего механические характеристики материалов, из которых состоят тела, и их деформации в точке контакта, уравнение упругой деформации зерна в момент удара. Построены схемы распределения скоростей двух взаимодействующих тел до и после удара для нахождения относительной скорости, влияющей на мгновенную силу удара.
Результаты и обсуждение. Аналитическими методами выведены уравнения взаимодействия соударяющихся двух тел, имеющих различные механические характеристики, построены схемы взаимного их движения и необходимые зависимости для анализа. Полученные зависимости показывают, что при обрезинивании приемной поверхности лопасти ударная сила взаимодействия тел уменьшится примерно в 2 раза, а при установке лопатки под углом от 30 до 40° ударная сила уменьшится на 25-35 %.
Заключение. Уменьшение ударной силы взаимодействия зерна и лопасти сепарирующей зернометающей машины, а значит и травмирование зерна возможно путем обрезинивания приемной поверхности лопатки и установке ее под углом.
Ключевые слова: зернометатель, очистка, послеуборочная обработка, сепаратор, сушка, травмирование зерна, ударная сила
Б., Ямпилов С. С., Гылыкова С. Ж., Шуханов С. Н., Овчинникова Н. И., 2024 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
© Цыбенов Ж.
Вестник НГИЭИ. 2024. № 6 (157). C. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 6 (157). P. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print)
VWWWW^V TFYHfl ППГИИ MA ШИНЫ И ПКПРУППпЛ f/urVWWWWW
i ZAnujiui nn, 1УШшППШ n иоигудиолппь
VWWVWVW ППЯ ДГРППРПМЫШПРННПГП КПМППРКГД
Для цитирования: Цыбенов Ж. Б., Ямпилов С. С., Гылыкова С. Ж., Шуханов С. Н., Овчинникова Н. И. Теоретические исследования воздействия лопастей сепарирующей зернометающей машины на зерновой материал // Вестник НГИЭИ. 2024. № 6 (157). С. 30-41. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-6-30-41. EDN: HFINEV
Theoretical studies of the impact of the shovels of a grain throwing separation machine on grain material
Zhargal B. TsybenovSenge S. Yampilov2, Selmeg Zh. Gylykova3, Stanislav N. Shukhanov4, Natalia I. Ovchinnikova5
123 East Siberian State University of Technology and Management, Ulan-Ude, Russia 4' 5 Irkutsk State Agrarian University named after A.A. Ezhevsky, Irkutsk, Russia
1 tsibenov@mail.ru^ https://orcid.org/0000-0003-2275-2070
2 yampilovss@mail. ru, https://orcid. org/0000-0001 - 72 79-9083
3 gylykova95@bk.ru, https://orcid.org/0009-0005-1093-9008
4 shuhanov56@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-2134-6871
5 nata54@bk.ru, https://orcid.org/0000-0003-2331-2050
Abstract
Introduction. The article is devoted to the development of mathematical models for determining the impact interaction of grain material with the propeller of a grain-throwing separating machine.
Materials and Methods. Theoretical methods of reducing injury to grain material by the shovel of a grain-throwing separating machine are considered using the theory of Hertz elastic impact in the interaction of two elastic bodies. The values of the instantaneous impact force are analyzed when the receiving part of the shovel of the separating grain sweeper is trimmed, as well as at different angles of the shovel installation. The effects of the shovels of a grain-throwing separating machine on grain material are investigated by constructing dependences of the influence of the Young's modulus, Poisson's ratio, grain size, shovel angle and rotation frequency of the shovel drum on the magnitude of the instantaneous impact force affecting the degree of injury to grain material. The calculated equation for finding the coefficient, which takes into account the mechanical characteristics of the materials that make up the bodies and their deformations at the point of contact, and the equation of elastic deformation of the grain at the moment of impact, are analytically obtained. Velocity distribution schemes of two interacting bodies before and after impact are constructed to find the relative velocity affecting the instantaneous force of impact.
Results and discussion. Analytical methods have been used to derive the equations of interaction of two colliding bodies with different mechanical characteristics, schemes of their mutual motion and the necessary dependencies for analysis have been constructed. The obtained dependences show that when rubber is applied to the receiving surface of the shovel, the impact force of the interaction of bodies will decrease by about 2 times, and when the shovel is installed at an angle from 30 to 40°, the impact force will decrease by 25-35 %.
Conclusion. Reducing the impact force of the interaction of the grain and the shovel of the grain throwing separating machine, and therefore injury to the grain is possible by applying rubber to the receiving surface of the shovel and installing it at an angle.
Keywords: post-harvest processing, grain thrower, grain injury, impact force, cleaning, drying, separator
For citation: Tsybenov Zh. B., Yampilov Senge S., Gylykova S. Zh., Shukhanov S. N., Ovchinnikova N. I. Theoretical studies of the impact of the shovels of a grain throwing separation machine on grain material // Bulletin NGIEI. 2024. № 6 (157). P. 30-41. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-6-30-41. EDN: HFINEV
Введение
Анализ технологий послеуборочной обработки зерна показал, что наиболее многочисленными операциями являются перемещение, перелопачива-
ние и погрузка зерна, осуществляемые зерномета-тельными машинами [1, а 132]. Кроме того, зерно-метательные машины применяют для предварительной очистки, сушки и охлаждения зерна
Вестник НГИЭИ. 2024. № 6 (157). C. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 6 (157). P. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print)
V^W^VWW^V ТРГНМП! nniFS МЛГШМРЯ ЛМП FflIIIPMFNT WWW^^WW
WVW^^WWV^^ FHP THF ЛПРП.1МПИЯТР1Л I ГПМР1 rvV^^VWW^^WW
[2, ^ 88]. Сушка зерна осуществляется путем многократной перебуртовки зернометательными машинами на открытых площадках зернотоков [3, с. 26]. Исследования показали, что влажность зернового материала снижается на 3...5 % и температура на 10.. .15 °С при однократном его метании [4, с. 82].
Зернометательные машины впервые начали использовать в сельском хозяйстве в начале 30-х годов прошлого века. Первые конструкции метателей выполняли погрузочные работы. Позже метательные машины в разное время совершенствовались и в настоящее время распространены конструкции следующих исследователей: П. Н. Платонова, М. М. Мисника, Г. Ф. Ханхасаева, Н. А. Урха-нова, Я. Ф. Борщева, И. А. Бороненко и других, вошедшие в классификатор зернометательных машин [5, с. 13]. Производители зерноочистительной техники на сегодня предлагают следующие зерномета-тели: МЗ-60, МЗ-90С, МЗС-90, ЗМС-100, ЗМ-30, ЗПС-100 и т. д.
Очистка зернового материала от примесей производится при его метании в окружающую среду. Разделение на составляющие компоненты осуществляется за счет различия их аэродинамических свойств. Основными аэродинамическими свойствами компонентов зернового материала являются скорость витания, парусность и сопротивление [6, с. 129].
Исследования в области метания зерна и совершенствования конструкций машин проводились многими известными учеными и ведутся по настоящее время. Большой и продолжительный интерес к данным исследованиям связан с явными достоинствами данных машин, которые снижают финансовые расходы на послеуборочную обработку, повышают товарные и посевные качества зерна при малых затратах.
К достоинствам зернометательных машин относят способность выполнять несколько операций за один проход: осуществлять перемещение, погрузку, сушку и охлаждение зерна, проводить предварительную очистку зерна от грубых примесей. Кроме того, зернометатели имеют компактные размеры, небольшие энергозатраты.
При оптимальных условиях эффективность очистки от примесей зернометателем может составить 99,5 %. Однако применяемые в послеуборочной обработке зернометатели не могут осуществлять разделение и очистку зернового материала, поскольку метание зерновой массы производится
сплошным потоком, в котором частицы оказывают влияние друг на друга, и их разделение по аэродинамическим свойствам малоэффективно [7, с. 43]. Поэтому зернометатели в основном выполняют простые операции: перемещение, перелопачивание и погрузка зерна [8, с. 16].
Кроме того, все использующиеся зернометательные машины для послеуборочной обработки значительно травмируют зерновой материал [9, с. 297; 10, с. 182]. Уменьшение травмирования зерна лопастным зернометателем может быть достигнуто путем устранения защемления или сплющивания рабочими органами устройства, а также уменьшением силы удара зерна о лопасть зерноме-тателя [11, с. 4].
Для уменьшения силы удара зерна о лопасть зернометателя необходимо приемную часть лопасти обрезинить и установить под углом к радиусу по направлению вращения барабана [12, с. 3]. Исследования воздействия лопасти зернометателя на зерно в данных условиях не проводились и являются актуальными.
Цель исследования - разработка математических моделей воздействия обрезиненных лопастей сепарирующей зернометающей машины на зерновой материал, установленных под различными углами для подбора рациональных параметров.
Материалы и методы
Объектом исследования является ударное взаимодействие зернового материала с обрезинен-ной приемной частью лопасти вращающегося барабана сепарирующей зернометающей машины, установленной под различными углами. Задача аналитического описания удара зерна о приемную часть лопасти связана с необходимостью учета механических характеристик материалов, из которых состоят тела, и их деформации в точке контакта, а также упругие деформации взаимодействующих тел. В данных условиях применима теория упругого удара Герца при взаимодействии двух упругих тел с учетом обрезиненной приемной части лопасти сепарирующего зернометателя, а также при различных углах установки лопасти. Подбор рациональных параметров возможен путем построения зависимостей влияния модуля Юнга, коэффициента Пуассона, размеров зерна, угла наклона лопасти и частоты вращения лопастного барабана, которые влияют на величину мгновенной ударной силы, в свою очередь, влияющей на степень травмирования зернового материала [13, с. 784].
ТЕХНОЛОГИИ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ] ДЛЯ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ]
При ударе зерна о лопасть зернометателя зерно испытывает упругие деформации и структурные изменения, которые, заведомо предполагая, не разрушают зерно. Зерновой материал в меньшей степени травмируется, чем меньше ударная сила воздействия на зерно [14, с. 3].
Лопасти являются рабочими органами зерно-метателей и предназначены для метания зерна в окружающую среду, при этом увеличивают скорость движения зерна [15, с. 17]. В момент подхватывания лопастями зернового материала, поступающего с приемного бункера, возникает мгновенная ударная сила, величину которой необходимо установить для анализа степени травмирования зерна.
Результаты и обсуждение Исходя из условий, представленных выше, силу удара зерна о лопасть зернометателя необходимо рассчитывать по теории упругого удара Герца [16, с. 80]. И. Я. Штаерман [17, с. 35] применил теории Герца для решения практических задач при взаимодействии упругих тел. Одна из задач рассматривала удар двух тел в точке их контакта, где мгновенная сила взаимодействия находится по формуле:
F = к ■ 4а5, (1)
где к - коэффициент, учитывающий механические характеристики материалов, из которых состоят те-
з/2.
ла, и их деформации в точке контакта, И/мм3'2; а -упругая деформация тел, мм [18, с. 35].
Формула нахождения коэффициента к:
ете7
к = 1.
з jzr е2( 1 -ßl ) +е1( 1 -l4 )'
(2)
где Е г - сумма основных кривизн двух соприкасающихся поверхностей, мм-1; Е1 - модуль Юнга зерна, Па; Е2 - модуль Юнга обрезиненной приемной части лопасти, Па; р2 - коэффициенты Пуассона зерна и резины.
Формула нахождения суммы основных кривизн Е г:
V 1 I 1 I 1 I 1
I г =--1---1---1--,
Г11 г12 Г21 г22
(3)
где г11, г12 - кривизны зерна, мм; г21, г22 - кривизны обрезиненной поверхности приемной части лопасти, мм.
Кривизны зерна определяем с учетом допущения того, что форма зерна представляет эллипсоид вращения, где размеры а и с являются полуосями эллипсоида, а размер Ь - шириной, указанные на рисунке 1.
Кривизны зерна, приведённого к эллипсоидной форме, определяются по выражениям:
Гц = - = с,
а
г12 = "Г■
(4)
A
Точка контакта / Point contact А-А
Рис. 1. Взаимодействие обрезиненной приемной части лопасти и зерна эллипсоидной формы Fig. 1. Interaction of the rubberized receiving part of the shovel and the ellipsoid grain Источник: составлено авторами на основании конструкции лопасти
Примем допущение, что при взаимодействии обрезиненной части лопасти и зерна в точке контакта поверхность резины деформируется соразмерно форме зерна, тогда кривизны г21, г22 находим, как и г11, г12, соответственно по выражениям (4). Учитывая выражения (3), (4) и приведенные допущения, формула (2), после упрощений, примет вид:
с Я, -Я,
к = 23
0.25
а2+с2 ei(l-ßl ) +е1(1-ц2 )'
(5)
Для нахождения коэффициента к согласно выражению (5), примем коэффициенты Пуассона для зерна ц1 = 0,35 и для резины = 0,47. Также известны среднее значение модуля Юнга зерна Е1 = 15 МПа и значение модуля Юнга резины Е2 = 2...40 МПа. Анализ формулы (5) показал, что значения коэффициента к зависят от размеров зерна и модуля Юнга (рис. 2).
[ TECHNOLOGIES, MACHINES AND EQUIPMENT : FOR THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
5
X
* 2
<D 2
s я s
1
m О
0
1
2
г г" ' 1—1
л
Y
2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 Модуль Юнга E, МПа / Young's modulus E, MPa
Рис. 2. Зависимость коэффициента k от размеров зерна и модуля Юнга: 1 - крупное зерно больше 3 мм; 2 - среднее зерно 2,2.. .3 мм; 3 - мелкое зерно меньше 2,2 мм Fig. 2. Dependence of the k coefficient on grain size and Young's modulus: 1 - large grain larger than 3 mm; 2 - medium grain 2,2...3 mm; 3 - small grain less than 2,2 mm Источник: составлено авторами на основе расчетных данных 2
Упругая деформация зерна в момент удара находится по формуле:
а
_ Г5 тУ^~\5
~ U' ~г\'
(6)
где m - приведенная масса взаимодействующих тел, кг; Ун - относительная скорость взаимодействующих тел, м/с.
Приведенная масса взаимодействующих тел: тг-т2 ( т2 \
т = 1 2 = т1 (-), (7)
т1+т2 \т1+т2/
где m1 - масса зерна, кг; m2 - масса лопасти, кг.
Поскольку масса лопасти значительно выше массы зерна, то в уравнении (7) выражение в скобках принимаем равное единице. Тогда приведенная масса взаимодействующих тел равна массе зерна ^ = m1).
Исходя из вышеприведенных преобразований
и выражения (6) формулу (1) представим в виде:
Р = (8)
Исследование формулы (8) показало, что мгновенная сила взаимодействия при ударе двух тел зависит от относительной скорости Ун и коэффициента к.
Для нахождения относительной скорости Ун до и после взаимодействия соударяющихся двух тел применим теорему об изменении количества движения материальной точки [19, с. 26]:
т?2-т?1 = ^Р(Р1{),
где У - относительная скорость зерна до ударного взаимодействия с лопастью, м/с; У2 - относительная скорость зерна после взаимодействия, м/с; правая часть уравнения является векторной суммой импульсов, Н.
Сила реакции опоры поверхности лопасти N является мгновенной силой ^ или N =
Для установления скорости и направления движения зерна до и после удара о лопасть построим схему скоростей, приведенную на рисунке 3.
4
O
O
р'Г I]
п п
1'2" N -►
IV У-
n
а) б)
Рис. 3. Схема скоростей зерна: а) до ударного взаимодействия; б) после удара Fig. 3. Grain velocity scheme: a) before impact interaction; b) after impact Источник: составлено авторами на основе описания движения тел
ТЕХНОЛОГИИ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ] ДЛЯ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ]
Из схемы (рис. 3) видно, что скорости тел направлены под углом друг к другу. Составим уравнения для определения ударного импульса по нормали и касательной к поверхности лопасти:
mV? - mV? = Sn, mV% - mVf = ST. (9) Ударное взаимодействие зерна и лопасти по оси n-n осуществляется в два этапа [20, с. 17]. Первым этапом является процесс сжатия зерна до тех пор, пока ее скорость не упадет до нуля. Второй этап - возвращение формы зерна за счет ее упругости. Ударное взаимодействие завершится в момент отделения зерна от обрезиненной поверхности лопасти.
Зерно в начале второго этапа ударного взаимодействия примет скорость V2. Тогда с учетом уравнений (9) для этапа ударного взаимодействия получим выражения мгновенных импульсов:
mVn - mV? = Si, mVn - mVn = S2. (10) Коэффициентом восстановления s является отношение S2/S1, тогда с учетом выражений (10) получим:
= (11)
Учитывая, что при ударном взаимодействии скорость зерна падает до нуля (Vn = 0), уравнение (11) примет вид:
(12)
В соответствии с гипотезой Ньютона [19, с. 433] изменение скорости нормальной составляющей пропорционально изменению скорости тангенциальной составляющей:
VI - VI = ±f ■ (V? - V?), (13)
где f - коэффициент трения.
Поскольку скорость движения зерна уменьшается при ударном взаимодействии, то знак плюс
0 O
в
или минус в правой части уравнения (13) примет противоположное значение знаку величины V\ .
Из рисунка 3, а видно, что зерно движется со скоростью V0 под углом а к нормали лопасти. Скорость лопасти находится из произведения юЯ угловой скорости лопасти ю и радиуса ударного взаимодействия R. Тогда относительно лопасти скорости зерна определяются:
V™ = У0П + uR = V0 cos а + a)R;
VI = VS = V0 sin a.
(14)
С учетом уравнений (12), (13) и (14) получим:
V? = б - (у0 с о б а + соК); VI = У0 5 та + /(У0 со Ба + с К ) - ( 1 - б). (15) Уравнения (15) применимы для лопастей, установленных радиально. Для уменьшения ударного действия на зерно установим обрезиненную часть лопасти под углом в к радиусу по направлению вращения барабана (рис. 4).
При установке под углом приемной части лопасти линия нормали к ее поверхности не совпадает с вектором скорости лопасти юЯ, что приводит к уменьшению удара зерна.
Запишем уравнения, составляющие скорости зерна по нормали и касательной к поверхности лопасти до удара согласно схеме (рис. 4, а): V? = У0 с о б( а -9 ) + шК с о б 9 ;
VI = с К б т в-у0 б \ п(а - в). (16)
Представим уравнения после удара с учетом выражений (12-16):
V? = б V? = б - (У0 со Б(а -9) + с К со б 9); VI = с К б т 9-V0 б т(а -9) + +ДЦ, с о Б(а -9 ) + оК с о б 9 )-(1- б). (17)
о O
в
'V Т 2
а)
б)
Рис. 4. Схема скоростей зерна при наклонной лопасти: а) до ударного взаимодействия; б) после удара Fig. 4. The scheme of grain speeds with an inclined board: a) before the impact interaction; b) after the impact Источник: составлено авторами на основе описания движения тел 1
2
ч
ÔQ'
Мгновенная сила F, H Instantaneous force F, H
MM
о ft
о\ О)
о о
и и
tr tr
Б Б
ft ft s
о Л u>
я о н о u> g
о H я
о р о
н я g
№ W
ы р о
ft '■о в о H
я р ft я я
3 и о чз4 я о
а я й
о
я v; w ft H я о о о и ft tl
и О) v;
я р ft
►ъ H
ft р
я о\ что
я я р я р
^ H л
и р ft ft
g g
О s о «
CfH S
з и
/-V P
13 ^
S о
о н p
« о
M
я s
я
s
ft
g
я о
а
о о
4
о s
о о
Й «
о
W Е
ft р ~ о
ы Р W S О S S
О о н s
W
и
я< *
Л ®
я to g H я '-J Л p о
о H
я о
ON p H
о H s
я M
я p p 1
« о
W ft я я
5
о S
и
я о о
4
о я
ы g
g §
s (¿J
s
о ►©*
2 s
a §
тз я
я Ч
О Р
я р
я о я
о
4
я
H
я
W
я о
ё я
я g
я и о
я р
я
я ft
ЕЙ « s °
й я<
я
ft
g
я о яс
л р
о H
я
Й о
я р
о H
я
л
H
я
Й о я
H
я
о я о
о о H №
u> ft
я р
'"d
к
о
Скорость Vj", м/с. Speed V/\ m/s.
MM
-й- <Jj К»
СП СП с
= D
3
So
3
С)
Nj
8 •fc.
¡1 сл
а: с а;
а:
I
х
Nj
S •fc.
ю
сл
2 I
0
1
I §
Б
fx
п
0
1
я
1/1
1л Го .vj
^ к ?
* о
Г- ^
У) Кд ■
S й
Nj 'Si Nj ~ Nj
i •fc. О 41
s
I
on §
en <o
I
Nj Nj Nj
i •fc. О 41
Вестник НГИЭИ. 2024. № 6 (157). C. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 6 (157). P. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print)
VWWWW^V TFYHfl ППГИИ MA ШИНЫ И ПКПРУПППА f/urVWWWWW
VWWVWVW ППЯ АГРППРПМЫШ ПРННПГП КПМП ПГКГА
Анализ зависимостей (рис. 6) показал, что при Для анализа влияния нормальной составляю-
росте коэффициента k c 1,7 до 4,5 мгновенная удар- щей скорости зерна V\ на мгновенную ударную ная сила повысилась на 35-40 %. силу построим зависимости (рис. 7).
Нормальная составляющая скорости зерна V1n, м/с The normal component of the grain velocity V1n, m/s
Рис. 7. Зависимости влияния нормальной составляющей скорости зерна на мгновенную ударную силу: 1 - k = 1,7 Н/мм3/2; 2 - k = 2,6 Н/мм3/2; 3 - k = 3,4 Н/мм3/2; 4 - k = 4,5 Н/мм3/2 Fig. 7. Dependences of the influence of the normal component of grain velocity on the instantaneous impact force:
1 - k = 1,7 H/mm3 2; 2 - k = 2,6 H/mm3/2; 3 - k = 3,4 H/mm3/2; 4 - k = 4,5 H/mm3/2 Источник: составлено авторами на основе расчетных данных2
Анализ зависимостей (рис. 7) показал, что при росте нормальной составляющей скорости зерна У\ с 4 до 6,5 м/с мгновенная ударная сила повысилась примерно в 2 раза.
Заключение
Аналитические исследования ударного взаимодействия зерна с лопастью подтвердили, что величина ударной силы зависит от физико-механических характеристик (модуль Юнга) зерна и приемной части лопасти, а также от значения нормальной составляющей скорости зерна перед ударом. Таким образом, при увеличении частоты вращения лопастного барабана и начальной скорости движения зерна до взаимодействия с приемной ча-
стью лопасти мгновенная ударная сила увеличивается. При увеличении расстояния от центра вращения до контакта зерна с лопастью увеличивается ударная сила.
Проведенные теоретические исследования и их анализ показали, что для уменьшения силы ударного взаимодействия зерна с приемной частью лопасти необходимо последнюю установить под углом от 30 до 40° к радиусу по направлению вращения барабана. Кроме того, обрезинивание приемной части лопасти, модуль Юнга которой варьируется от 2 до 40 МПа, позволит уменьшить ударную силу примерно в два раза.
Примечания:
1 Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. Официальный сайт [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://new.fips.ru/Archive/PAT/2008FULL/2008.08.27/D0C/RUNWC1/000/000/ 002/332/267/DOCUMENT.PDF (дата обращения 11 апреля 2024 г.).
2 ФГБОУ ВО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления». Официальный сайт [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.esstu.ru/uportal/document/view.htm?documentId= 26809&departmentId=25 (дата обращения 12 апреля 2024 г.).
Вестник НГИЭИ. 2024. № 6 (157). C. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 6 (157). P. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print)
V^W^VWW^V ТРГНМП! nniFS МЛГШМРЯ ЛМП FflIIIPMFNT WWW^^WW WVW^^WWV^^ PHP THF А ПРП-INm ISTPIA I ГПМР1 rvV^^VWW^^WW
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Бутенко А. Ф., Асатурян А. В., Воронов Е. В. О конструктивных особенностях и принципе работы экспериментального зернометателя с лопастным барабаном // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2019. № 12 (182). С. 131-136.
2. Казахбаев С. З., Карымсаков Н. С., Мадалиева Э. Б., Шевцов А. Н. Зернометатель-классификатор для послеуборочной обработки зерна // Theoretical & Applied Science. 2015. № 5 (25). С. 88-94.
3. Фокин С. В., Храмченко А. В. К вопросам механизации процессов сельскохозяйственного производства // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 8-3 (19-3). С.25-27.
4. Бутенко А. Ф., Асатурян А. В. К обоснованию эффективности использования комбинированного ленточного метателя зерна // Международный технико-экономический журнал. 2018. № 1. С. 80-86.
5. Асатурян А. В. Анализ рабочих органов зернометательных машин // Вестник АПК Ставрополья. 2015. № 4 (20). С. 12-17.
6. Пивень В. В., Уманская О. Л., Кривчун Н. А. Математическое моделирование траекторий движения компонентов при воздушном сепарировании сыпучих смесей // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 2. С. 128-132.
7. Урханов Н. А., Абидуев А. А., Мантуров Л. А. Результаты исследования зернометателя и повышение эффективности разделения и очистки зерна // Вестник ВСГУТУ. 2014. № 3 (48). С. 43-47.
8. Зернометатель АО «Кузембетьевский РМЗ» // АгроФорум. 2023. № 4. С. 16-17.
9. Малашихин Н. В. Повышение качества зернового вороха во время уборки // Вестник науки. 2022. Т. 3. № 11 (56). С. 296-299.
10. Добровольский М. С., Онищенко Е. А., Юдаев Е. С., Бутенко А. Ф. К совершенствованию конструкций метательных машин в послеуборочной обработке зерна // Научное обеспечение агропромышленного комплекса молодыми учеными. Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 85-летнему юбилею Ставропольского государственного аграрного университета. 2015. С. 181-186.
11. Суханова М. В. Обоснование применения ударопоглощающих рабочих органов для снижения травмирования и интенсификации предпосевной обработки семян // Вестник аграрной науки Дона. 2020. № 3 (51). С.4-10.
12. Цыбенов Ж. Б., Ямпилов С. С., Матуев А. А., Цыбенова Л. Г., Хандакова Г. Ж. Патент 2578918 C1 РФ. Сепарирующий метатель сыпучих материалов; заявл. 12.01.15; опубл. 27.03.16, Бюл. № 9.
13. Пехальский И. А., Кряжков В. М., Артюшин А. А., Сорочинский В. Ф. Травмирование внутренних структур зерновок как фактор снижения продуктивности семян зерновых культур // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 117. С. 783-792.
14. Суханова М. В., Прохода А. А., Иванов А. Н. Экспериментальное определение силы ударного воздействия поверхности различной жесткости на семена // Вестник аграрной науки Дона. 2019. № 3 (47). С.17-21.
15. Yampilov S., Tsybenov Zh., Gylykova S., Onkhonova L., Moshkin N. Separating grain thrower for processing grain material // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Krasnoyarsk, 16-19 июня 2021 года. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering. Volume 839. Krasnoyarsk: IOP Publishing Ltd. 2021. P. 52053.
16. Пермякова В. В. Основные модельные представления механического удара // Инновации в гражданской авиации. 2018. Т. 3. № 2. С. 77-86.
17. Гурьянов Г. А. Прикладная модель измельчения шарообразной твердой частицы прямым ударом о недеформируемую плоскую поверхность // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2020. № 1. С. 32-42.
18. Кобрикова В. Н. Количество движения материальной точки и механической системы относительно центра // Студенческий. 2022. № 15-4 (185). С. 25-28.
Вестник НГИЭИ. 2024. № 6 (157). C. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 6 (157). P. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print)
VWWWW^V ТРУНП ППГИИ MA ШИНЫ И ПКПРУПППА f/urVWWWWW
VWWVWVW ППЯ АГРППРПМЫШПРННПГП КПМППГКГА
19. Забродин В. П., Бутенко А. Ф., Суханова М. В., Чепцов С. М. Исследование ударного воздействия механического устройства на семена озимой пшеницы // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. № 2. С. 14-18.
20. Игумнов Л. А., Метрикин В. С. О сложной динамике в простейших вибрационных системах с трением наследственного типа // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2018. Т. 18. № 4. С. 433-446.
Дата поступления статьи в редакцию 20.03.2024; одобрена после рецензирования 26.04.2024;
принята к публикации 27.04.2024.
Информация об авторах: Ж. Б. Цыбенов - к.т.н., доцент, Spin-код: 6249-4515; С. С. Ямпилов - д.т.н., профессор, Spin-код: 7528-2774; С. Ж. Гылыкова - преподаватель, Spin-код: 5955-2326; С. Н. Шуханов - д.т.н., доцент, Spin-код: 6382-4059; Н. И. Овчинникова - д.т.н., профессор, Spin-код: 2828-9022.
Заявленный вклад авторов: Цыбенов Ж. Б. - общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Ямпилов С. С. - сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста. Гылыкова С. Ж. - обработка данных и анализ результатов исследования. Шуханов С. Н. - участие в планировании теоретических исследований. Овчинникова Н. И. - анализ теоретических зависимостей и результатов исследования.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Butenko A. F., Asaturyan A. V., Voronov E. V. O konstruktivnyh osobennostyah i principe raboty eksperi-mental'nogo zernometatelya s lopastnym barabanom [On the design features and principle of operation of an experimental grain sweeper with a paddle drum], Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Altai State Agrarian University], 2019, No. 12 (182), pp. 131-136.
2. Kazakhbaev S. Z., Karymsakov N. S., Madalieva E. B., Shevtsov A. N. Zernometatel'-klassifikator dlya posleuborochnoj obrabotki zerna [Grain thrower-classifier for post-harvest grain processing], Theoretical & Applied Science, 2015, No. 5 (25), pp. 88-94.
3. Fokin S. V., Khramchenko A.V. K voprosam mekhanizacii processov sel'skohozyajstvennogo proizvodstva [On the issues of mechanization of agricultural production processes], Aktual'nye napravleniya nauchnyh issledovanij XXI veka: teoriya i praktika [Current directions of scientific research of the XXI century: theory and practice], 2015, Vol. 3, No. 8-3 (19-3), pp. 25-27.
4. Butenko A. F., Asaturyan A.V. K obosnovaniyu effektivnosti ispol'zovaniya kombinirovannogo lentochnogo metatelya zerna [To substantiate the effectiveness of using a combined belt grain thrower], Mezhdunarodnyj tekhniko-ekonomicheskij zhurnal [International Technical and Economic Journal], 2018, No. 1, pp. 80-86.
5. Asaturyan A.V. Analiz rabochih organov zernometatel'nyh mashin [Analysis of the working bodies of grain-throwing machines], Vestnik APK Stavropol'ya [Bulletin of agroindustrial complex of Stavropol], 2015, No. 4 (20), pp.12-17.
6. Piven V. V., Umanskaya O. L., Krivchun N. A. Matematicheskoe modelirovanie traektorij dvizheniya kom-ponentov pri vozdushnom separirovanii sypuchih smesej [Mathematical modeling of trajectories of motion of components during air separation of bulk mixtures], Sovremennye naukoemkie tekhnologii [Modern high-tech technologies], 2019, No. 2, pp. 128-132.
Вестник НГИЭИ. 2024. № 6 (157). C. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 6 (157). P. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print)
V^W^VWW^V ТРГНМП! nniFS МЛГШМРЯ ЛМП FflIIIPMFNT WWW^^WW
WVW^^WWV^^ FHP THF ЛПРП.1МПИЯТР1Л I ГПМР1 rvV^^VWW^^WW
run inn lwuujinirtL, ^итгьсл
7. Urkhanov N. A., Abiduev A. A., Manturov L. A. Rezul'taty issledovaniya zernometatelya i povyshenie effek-tivnosti razdeleniya i ochistki zerna [The results of the study of the grain sweeper and improving the efficiency of grain separation and purification], Vestnik VSGUTU [Bulletin of VSGUTU], 2014, No. 3 (48), pp. 43-47.
8. Zemometatel' AO «Kuzembet'evskij RMZ» [Grain sweeper JSC «Kuzembetyevsky RMZ»], AgroForum [AgrarForum], 2023, No. 4, pp. 16-17.
9. Malashikhin N. V. Povyshenie kachestva zernovogo voroha vo vremya uborki [Improving the quality of grain heaps during harvesting], Vestnik nauki [Bulletin of Science.], 2022, Vol. 3, No. 11 (56), pp. 296-299.
10. Dobrovolsky M. S., Onishchenko E. A., Yudaev E. S., Butenko A. F. K sovershenstvovaniyu konstrukcij metatel'nyh mashin v posleuborochnoj obrabotke zerna [Towards improving the designs of throwing machines in post-harvest grain processing], V sbornike: Nauchnoe obespechenie agropromyshlennogo kompleksa molodymi uchenymi. Vserossijskaya nauchno-prakticheskaya konferenciya, posvyashchennaya 85-letnemu yubileyu Stavropol'skogo gosu-darstvennogo agrarnogo universiteta [In the collection: Scientific support of the agro-industrial complex by young scientists. All-Russian scientific and practical conference dedicated to the 85th anniversary of Stavropol State Agrarian University], 2015, pp. 181-186.
11. Sukhanova M. V. Obosnovanie primeneniya udaropogloshchayushchih rabochih organov dlya snizheniya travmirovaniya i intensifikacii predposevnoj obrabotki semyan [Justification of the use of shock-absorbing working bodies to reduce injury and intensify pre-sowing seed treatment], Vestnik agrarnoj nauki Dona [Bulletin of Agrarian Science of the Don], 2020, No. 3 (51), pp. 4-10.
12. Tsybenov J. B., Yampilov S. S., Matuev A. A., Tsybenova L. G., Khandakova G. J. Patent 2578918 C1 RF. Separiruyushchij metatel' sypuchih materialov [Separating thrower of bulk materials], zayavl. 12.01.15; opubl. 27.03.16, Byul. No. 9.
13. Pehalsky I. A., Kryazhkov V. M., Artyushin A. A., Sorochinsky V. F. Travmirovanie vnutrennih struktur zernovok kak faktor snizheniya produktivnosti semyan zernovyh kul'tur [Traumatization of the internal structures of grain crops as a factor in reducing the productivity of grain seeds], Politematicheskij setevoj elektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University], 2016, No. 117, pp. 783-792.
14. Sukhanova M. V., Prokhoda A. A., Ivanov A. N. Eksperimental'noe opredelenie sily udarnogo vozdejst-viya poverhnosti razlichnoj zhestkosti na semena [Experimental determination of the impact force of a surface of various stiffness on seeds], Vestnik agrarnoj nauki Dona [Bulletin of Agrarian Science of the Don], 2019, No. 3 (47), pp. 17-21.
15. Yampilov S., Tsybenov Zh., Gylykova S., Onkhonova L., Moshkin N. Separating grain thrower for processing grain material, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Krasnoyarsk, 16-19 июня 2021 года, Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering. Vol. 839, Krasnoyarsk: IOP Publishing Ltd, 2021, p. 52053.
16. Permyakova V. V. Osnovnye model'nye predstavleniya mekhanicheskogo udara [Basic model representations of mechanical impact], Innovacii v grazhdanskoj aviacii [Innovations in civil aviation], 2018, Vol. 3, No. 2, pp. 77-86.
17. Guryanov G. A. Prikladnaya model' izmel'cheniya sharoobraznoj tverdoj chasticy pryamym udarom o nedeformiruemuyu ploskuyu poverhnost' [An applied model of crushing a spherical solid particle by direct impact on a non-deformable flat surface], Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Mekhanika [Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Mechanics], 2020, No. 1, pp. 32-42.
18. Kobrikova V. N. Kolichestvo dvizheniya material'noj tochki i mekhanicheskoj sistemy otnositel'no centra [The amount of motion of a material point and a mechanical system relative to the center], Studencheskij [Studentskiy], 2022, No. 15-4 (185), pp. 25-28.
19. Zabrodin V. P., Butenko A. F., Sukhanova M. V., Cheptsov S. M. Issledovanie udarnogo vozdejstviya mek-hanicheskogo ustrojstva na semena ozimoj pshenicy [Investigation of the impact of a mechanical device on winter wheat seeds], Sel'skohozyajstvennye mashiny i tekhnologii [Agricultural machines and technologies], 2018, Vol. 12, No. 2, pp. 14-18.
Вестник НГИЭИ. 2024. № 6 (157). C. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 6 (157). P. 30-41. ISSN 2227-9407 (Print)
VWWWW^V TFYHH ППГИИ MA ШИНЫ И ПКПРУПППА f/urVWWWWW
VWWVWVW ППЯ АГРППРПМЫШПРННПГП КПМППГКГА
20. Igumnov L. A., Metrikin V. S. O slozhnoj dinamike v prostejshih vibracionnyh sistemah s treniem nasledstvennogo tipa [On complex dynamics in the simplest vibration systems with hereditary type friction], Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Seriya: Matematika. Mekhanika. Informatika [Izvestiya Saratov University. A new series. Series: Mathematics. Mechanics. Computer science], 2018, Vol. 18, No. 4, pp. 433-446.
The article was submitted 20.03.2024; approved after reviewing 26.04.2024; accepted for publication 27.04.2024.
Information about the authors: Zh. B. Tsybenov - Ph. D. (Technology), associate professor, Spin-code: 6249-4515; S. S. Yampilov - D. Sc. (Technology), professor, Spin-code: 7528-2774; S. Zh. Gylykova - lecturer, Spin-code: 5955-2326;
S. N. Shukhanov - D. Sc. (Technology), associate professor, Spin-code: 6382-4059; N. I. Ovchinnikova - D. Sc. (Technology), professor, Spin-code: 2828-9022.
Contribution of the authors: Tsybenov Zh. B. - general project management, analysis and addition of the text of the article. Yampilov S. S. - collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text. Gylykova S. Zh. - data processing and analysis of research results. Shukhanov S. N. - participation in the planning of theoretical research. Ovchinnikova N. I. - analysis of theoretical dependencies and research results.
The authors declare no conflicts of interests.
