Теоретическое исследование влияния режимных и конструктивных параметров рабочих органов погрузчика буртованных грузов на приводную мощность Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОГРУЗЧИКА БУРТОВАННЫХ ГРУЗОВ НА ПРИВОДНУЮ

МОЩНОСТЬ

Хакимзянов Рустам Рафитович канд. техн. наук, доцент, ФГБОУВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова»,

г. Саратов E-mail: KhakRR@yandex.ru Леонтьев Алексей Алексеевич канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова»,

г. Саратов E-mail: aleksei_leontev@list. ru Тюкалин Владимир Сергеевич аспирант, ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И.Вавилова», г. Саратов

E-mail: tyukalin2010@yandex. ru

THEORETICAL RESEARCH OF INFLUENCE OF REGIME AND DESIGN DATA OF WORKING BODIES OF THE LOADER BURTOVANNYKH OF

CARGOES ON DRIVING CAPACITY

Rustam Hakimzyanov

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of FGBOU VPO «The Saratov

GAUof N.I.Vavilov», Saratov Alexey Leontyev

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of FGBOU VPO «The Saratov

GAU of N.I.Vavilov», Saratov Vladimir Tyukalin

the graduate student of FGBOU VPO «The Saratov GAU of N.I.Vavilov», Saratov

АННОТАЦИЯ

В статье приведена конструктивно-технологическая схема погрузчика непрерывного действия для буртованных грузов и определена суммарная мощность на привод его рабочих органов на основании ранее проведенных исследований.

ABSTRACT

The constructive and technological scheme of a loader of continuous action is provided in article for burtovanny cargoes and the total capacity on a drive of his workers of bodies on the basis of earlier carried out researches is defined.

Ключевые слова: погрузчик; режим; конструкция; параметр; барабан; ротор; питатель; конвейер; транспортер; груз.

Keywords: loader; mode; design; parameter; drum; rotor; feeder; conveyor; cargo.

Большое разнообразие перемещаемых грузов в сельскохозяйственном производстве привело к созданию множества конструктивно-технологических схем погрузчиков непрерывного действия. Важнейшим звеном погрузчика является рабочий орган 1 (питатель) (рис. 1) или рабочие органы, которые осуществляют отделение или захват груза от основного массива, и перемещение его к последующим звеньям погрузчика — транспортирующему рабочему органу 2 и отгрузочному конвейеру 3. Питатель определяет работоспособность и эффективность погрузчика в целом. Транспортирующие рабочие органы (транспортеры) необходимы для освобождения зоны между питателем и отгрузочным конвейером, т.е. перемещение груза от питателя к отгрузочному конвейеру.

Погрузчики непрерывного действия можно классифицировать по конструктивным признакам (по типу питателя, по конструкции рабочих органов и т. д.) и признакам, определяющим процессы, протекающие при работе погрузчика (количество рабочих органов, характер их движения, отношение к видам деформаций отделения частей груза и характеру движения непосредственно груза).

По количеству рабочих органов погрузчики могут быть с одним, двумя и несколькими рабочими органам. Если в конструкции погрузчика предусмотрен один рабочий орган, то, как правило, в нем совмещены функции захвата, отделения и транспортирования груза. Однако не всегда совмещение функций в одном рабочем органе является рациональным. Погрузчики, имеющие три, и более рабочих органа, значительно увеличивают время перемещения груза с момента захвата, отделения до разгрузки на отгрузочный конвейер, что ведет к затратам энергии.

Анализ конструкций питателей показал, что вопрос разделения функций между рабочими органами питателя, их взаимодействием с буртованными грузами и оптимизации траектории движения груза в процессе погрузки исследовался недостаточно.

Рисунок 1. Компоновка рабочих органов погрузчика непрерывного действия.

1 — питатель, 2 — транспортер, 3 — отгрузочный конвейер, 4 — энергетическое средство, 5 — технологическая среда.

Кроме того, у рабочих органов, совмещающих несколько функций (отделение, захват, транспортирование) конструктивные и режимные параметры имеют усредненные значения для каждого вида груза. В конструкциях погрузчиков с разделением функций появляется возможность, работая с отдельным грузом, определять оптимальные значения параметров для каждого рабочего органа, что позволит максимально приспособить рабочие органы к физико-механическим свойствам груза, повысить производительность и снизить затраты энергии на погрузку.

Для исследования указанных положений были разработаны погрузчики непрерывного действия для погрузки связных [3], сыпучих [4] грузов и корнеклубнеплодов [2]. В своей конструкции погрузчики имеют два рабочих органа: — отделяющий (фрезерный, барабанный, роторный питатель

соответственно) и отгрузочный рабочий орган (винтовой и скребковый

транспортер). Теоретический анализ работы погрузчиков, позволил получить аналитические выражения для определения мощности на привод рабочих органов.

Для погрузчика связных грузов с фрезерным питателем и винтовым транспортером (шнеком) мощность затрачивается на преодоление

возникающих сил сопротивлений: резания и отделения груза,

транспортирования к месту разгрузки и разгрузки, и будет складываться из

Р

мощности, потребляемой фрезерным питателем фр и мощности,

Р

потребляемой шнеком ± шн .

р=р +р

фр шн

(1)

Мощность, потребляемая фрезерным питателем определится

P = [n k (ш / 360) - а ЬЬ(1 + tg® ) + nk (ш / 360) •

фр LHpvTH / рез V От тр / н р V т н /

• (т(- cos 6 - Vo фрcos Ф + е cos Ф sm( Ф - Фтр ) - (2)

- gf cos ф sin(9 + а„)) — CT^S^siní ф - ф„р) - / sin( ф + а„))) / sin ф]/„ /1

где пн — количество ножей в ряду кр фрезы; шт.; 1н — длина кривой описываемой ножом в массиве груза, м; ун — угол, определяющий рабочую часть окружности, когда нож находится в массиве, град; 5 — толщина ножа, м;

G — контактное напряжение резанию, кПа; ф — угол внешнего трения

рез г г 5 ? т тр J г

частицы о лезвие ножа, град; т — масса частицы груза, кг; f— коэффициент трения частицы о поверхность ножа; <зраз — контактное напряжение

разрушению, кПа; ан — угол установки ножа к касательной окружности фрезы, град.

Мощность, потребляемая винтовым транспортером

Р„ = {№-((/>„, + 'І®# )/2)^ + Ч 8ІП2Є/4 + т£ зіп2ф/4 -

*/*> К. + ®* )8Іп(е " Ф)/(2(®„ -»#)) +!/* 8ІП(0 + Ф) ■Г2]'

• [/2«А» + £сс«є) + <о2„Д„/<р„ -££,„.]]/(сое а„ + /вта„)}1)„со„/2 (3)

Мощность, потребляемая погрузчиком корнеклубнеплодов будет

складываться из мощности потребляемой роторным питателем Рр и

Р

мощности, потребляемой скребковым рабочим органом ± тр .

Р = Р + Р (4)

р тр * V /

Мощность, потребляемая роторным питателем, определится, как произведение силы сопротивления отделяемого слоя к абсолютной скорости движения частицы груза:

Р =ІЧ)

р <■

(5)

Окончательно для роторного питателя получим:

Рр= [ ЯВфя со^ + /„р Уоп (g сое ф + (02р Гр) + + (р соБф + р БІ^ф)/ (г -г) + V рю2(г -г )1

V.!. в т ± г ТУл^р в / оп р ^ р ск /

(6)

[71

£) V , , О п п, собГсо ґ - у)

- а + 2)2п2 + 2 * * * *-----------------^

V V • -I

і2 р р I

пр пр

где иа — абсолютная скорость задаваемая частице груза рабочим органом, м/с;

^со — контактное напряжение сдвигу, кПа; 1'тр <, — коэффициент трения

картофеля о поверхность скребка; fтр. ж — коэффициент трения картофеля о поверхность желоба; в — угол установки скребков отгрузочного транспортера,

град; ^тр — поступательная скорость движения отгрузочного транспортера,

м/с; кп — коэффициент учитывающий сопротивление на натяжных и отклоняющих звездочках, а также потери в шарнирах цепи и подшипниках; Н

— высота насыпи, м; В — ширина захвата рабочего органа (В=!л), м; \|/ = тг / 2 — (ф ч- е) — угол между нижней гранью лопасти и основанием насыпи, град; е — угол кривизны лопасти, град; с=гр^/2 — высота лопасти, м; — диаметр вала роторного питателя, м; g — ускорение свободного падения, м/с2; р

-5

— плотность груза, кг/м ; /вн — коэффициент внутреннего трения; рв - давление вертикального слоя, кПа; рг — давление горизонтального слоя, кПа; Уот —

-5

фактически отделяемый объем слоя картофеля, м ; гк — радиус клубня, м.

Мощность, затрачиваемая на привод скребкового транспортера погрузчика картофеля запишется

7ГГ

2

(СОБ Р + БІП Р) + /и жmg(C0Ъ Р + БІП Р) +

Р =[/ СУ

тр 1-і/ тр.г

71Ґ2

+ аЛ—-(соБр-БІпр)- /* теХо к

со г\ V І \ / и тр .ж О J тр п

2

(7)

Мощность погрузчика сыпучих грузов будет складываться из мощности, потребляемой барабанным питателем Рб и мощности, потребляемой скребковым транспортером Рпр.

(8)

Р-Рб+Рпр.

Р,

2тсо(гбюсо8со/ + ия)со8а2Л/1-со82 а2Л - то)2г біп со/ + а Ы

V

\і + рГАГ +

1 к

+ Р +(—р/„——2 + Р +рА) + Р’

их V. г\ * и . о иу .Г в в ' А

2 tg(p

М

Д

хиа(9)

где: а2 — вспомогательный угол между силой Кориолиса Гк и радиусом г питателя, град; к — толщина планки, мм; 1п - длина планки, м; асж —

напряжение сжатия слоя зерна, кПа; // — коэффициент внешнего трения; Аг, Ав-площадь поверхности горизонтального и вертикального слоев, м2; hn - высота планки, м; Fux Fuy — проекции силы инерции Fu на оси абсцисс и ординат, Н; hM

— высота подъема порции груза при разгрузке на транспортер, м; lM — расстояние на которое перемещается груз при разгрузке на транспортер, м; ам

— угол подъема порции груза при разгрузке, град; tM — время полета порции груза, с.

Мощность на привод скребкового транспортера определится по известной методике [4] и запишется

Fv

t скр

р =

тр 1000лЛ

30/ п

v =

по

СКР Kh2if/C

X

30

ß

Н

tg<P„

. 30 и

Г Sin GM-------------LL

n

V

\ N

-X

arccos------1

________r

nn„

~7t

J-

6

Г2 • 2

+^j-sin za +

2

7t HS"

о

60

unr

X

r 9 ЗО

_i______________LL

7tn

V

Sinör

(10)

где I — длина планки, м; п^ — частота вращения барабана, с-1; ^ — высота скребка, м; К — коэффициент соотношения ширины и высоты скребка; у/ — коэффициент заполнения желоба; Ср — коэффициент учитывающий угол наклона транспортера; (рд — угол естественного откоса зерна в движении, град; г — радиус барабана, м; а — угол поворота барабана, град; иП —

поступательная скорость погрузчика, м/с; Н — высота насыпи зерна, м.

Анализ представленных выражений показывает, что мощность на привод рабочих органов погрузчиков буртованных грузов, зависит от режимных (угловая скорость питателя, скорость движения отгрузочного транспортера и т. д.), конструктивных (диаметр питателя, конструктивные особенности отделяющих элементов и т. д.) параметров, а также от траектории, по которой

движется груз при его перемещении. Траектория движения груза будет складываться из траектории, которую проходит груз на участке захвата порции груза, перемещения в слое груза, разгрузки питателя и перемещения отгрузочным транспортером.

Список литературы:

1. Ерохин М.Н., Казанцев С.П., Карп А.В. и др. Подъемно-транспортные машины // Под ред. М.Н. Ерохина и С.П. Казанцева. — М.: КолосС, 2010.

— 335 с.

2. Павлов П.И., Хакимзянов Р.Р., Леонтьев А.А. Результаты исследования погрузчика картофеля с двухфазным питателем // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. — Саратов, 2009. — № 12. — С. 62—65.

3. Патент РФ № 2000129074, 2001. Дубинин В.Ф., Павлов П.И.

Хакимзянов Р.Р. Фрезерношнековый питатель // Патент России № 17523.2001. Бюл. № 10.

4. Хакимзянов Р.Р., Сизов С.С. Погрузчик зерна // Сельский механизатор. — 2010. — № 8. — С. 32—33.