Теоретическое обоснование угла наклона ориентирующих дисков роликово-дисковой сортирующей поверхности Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2009. Вып. 81.

УДК 631.362.333

ГА. ЛОГИНОВ; ЕЕ. ОРЕШИН

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УГЛА НАКЛОНА ОРИЕНТИРУЮЩИХ ДИСКОВ РОЛИКОВО-ДИСКОВОЙ СОРТИРУЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Приведено теоретическое обоснование рационального значения угла наклона ориентирующего диска к оси вращения роликово-дискового сортирующего рабочего органа, основанное на ограничении скорости передвижения клубня картофеля по сортирующей поверхности с целью снижения его повреждаемости при сохранении условия активного его ориентирования.

Эффективность картофелеводства обусловливается количеством и качеством товарной продукции, затратами трудовых и материальных ресурсов на ее производство. Послеуборочная обработка является одним из звеньев технологи производства этой культуры и определяет ее товарное качество, себестоимость и конкурентоспособность в условиях рынка. Поэтому сельхозпроизводители заинтересованы в повышении классности своей продукции при послеуборочной и предреализационной обработке. При сортировании картофеля повышение качества товарной продукции возможно снижением повреждаемости и повышением точности калибрования клубней картофеля на фракции. Для повышения точности калибрования сотрудниками ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии разработана роликово-дисковая поверхность, активно ориентирующая сортируемую массу картофеля на проходовые отверстия. Степень направляющего воздействия на картофель зависит от угла наклона ориентирующих дисков. При малом угле наклона ориентирующих дисков они не достаточно воздействуют на сортируемую массу. А при чрезмерно большом угле наклона воздействие на клубни картофеля столь высоко, что они не успевают проходить через проходовые отверстия, так как приобретают высокую скорость передвижения, что влечет к снижению точности калибрования и повышению их повреждаемости.

С целью снижения повреждения клубней картофеля ориентирующими дисками следует ограничить величину угла их наклона, оп-

75

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

ределив скорость взаимодействия клубней картофеля с ролиководисковыми рабочими органами. Рассмотрим это взаимодействие, приняв следующие допущения: клубень однородный, имеет сферическую форму и в рассматриваемый момент времени совершает сложное движение [1]. По результатам исследований [2], максимальная скорость его движения по рабочей поверхности не должна превышать 3 м/с. При этом процент повреждений не будет выходить за пределы агротехнических требований. Для отображения перемещения клубня картофеля используем две системы координат (рис. 1). Одну из координатных осей считаем неподвижной, а вторую жестко связанной с клубнем картофеля. Неподвижную систему координат выберем так, чтобы ось OX была направлена вдоль оси вращения ролиководискового вала, ось OZ - параллельна роликово-дисковой сортирующей поверхности и проходила через оси вращения валов, ось OY -перпендикулярно сортирующей поверхности. Начало координат О1 подвижной системы координат примем находящимся в центре клубня картофеля, ось O1X направим параллельно OX, O1Y - вдоль нормальной составляющей движения клубня картофеля, а ось O1Z - вдоль касательной составляющей. Рассматривая движение клубня по рабочему элементу, составим дифференциальные уравнения через модули действующих сил на неподвижные оси OXYZ [3]:

• •

тхс = N2cosr~Fu -Fnp2;

• •

<тУс = Ni sin х + F sinx - mg-Fk sin X + N2 sin 7 + F^i cosX; (1)

• •

mzc = F^isin x+Fk cosx- Ni cosx - F cosx,

где N - реакция опоры от действия силы тяжести и кориолисова ускорения, Н; N2 - реакция опоры от действия силы Fu , Н; Fu -сила сопротивления перемещению клубня, возникающая в результате воздействия наклонного диска на клубень картофеля, Н; F х - составляющая силы трения клубня, направленная по касательной к окружности вала в точке контакта клубня, Н; F - составляющая силы трения

клубня, направленная вдоль оси вращения роликово-дискового вала,

76

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2009. Вып. 81.

Н; F - центробежная сила инерции, Н; Яр = Яр1 = Яр2 - радиус ролика, мм; х - угол между радиусом ролика, проходящим через точку соприкосновения клубня картофеля и поверхности ролика, и горизонтальной плоскостью в, град; mg - сила тяжести клубня картофеля, Н;

Fk - сила инерции Кориолиса, Fk = 2та>УГ cosу1, Н; где УГ - относительная скорость движения клубня.

Рис. 1 Схема к расчету угла наклона у ориентирующего диска: 1 - ориентирующий диск; 2 - ролик; 3 - клубень картофеля

В наш ем случае выражение относитнльной скорости имеет вид:

У Г =

Г°Яр -akRk^

Яг

(Я„+я ).

где у - угол между векторами угловой скорости со и относительной скорости клубня картофеля, у1 =900; wk - угловая скорость

77

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

вращения клубня картофеля относительно своей оси на ролиководисковом сортирующем валу, рад/с.

Для определения реакций опор N и N2 составим дифференциальные уравнения в проекциях на оси О^ и OiZi траектории движения центра масс и на оси О1У1 и 01Х1 [3]:

masi = Fтр1 — mgcosz;

<

Js\ = Ртр\^к + MТ , и

mas2 = N\COsy-Fu -^2;

<

Js2 = Frnp2Rk - N\h COSr + FuK

(2)

(3)

где as1, as2 - ускорения центра масс в плоскости 01Y1Z1 и в плоскости 01Y1X1 соответственно, м/с2; RK - радиус клубня, м; g -ускорение свободного падения, м/с2; МТ - момент сопротивления качению, Н-м; r - угол наклона ориентирующего диска, рад; J - момент

инерции клубня, кг-м2; для шара J = 0,4mRl; sx и s2 - угловые ускорения клубня относительно центра масс в плоскости 01Y1Z1 и 01Y1X1 соответственно, с-2; h - плечо действия силы F, равное высоте от вектора силы до центра клубня картофеля, мм. h = R — R + R .

Из рис. 1 видно, что:

F тр\ = F™, = ■

F

тр

N 2 к

тр 2 V2 S ‘

Момент сопротивления качению МТ равен:

Мт N2KRk,

где к - коэффициент трения качения, мм.

78

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2009. Вып. 81.

Решая дифференциальные уравнения, определим реакцию опоры

N2 и N1 :

N2 =

V2 • 0,4mRkg cos х .

(-0,6Rk -ЛУ ’

(4)

N =

m7a. srnfat) • (l,4Rk + R, - R )+ 1,4R 0^ _________________________________(- 0,6R -V2). (5)

0,4Rms у + h cos у

Рассмотрим в неподвижной системе координат OXYZ колебание точек ориентирующего диска, возникающее в результате вращения его вокруг оси вала. Угол наклона диска у к оси OY в плоскости OYX будет изменяться во времени t по гармоническому закону [4]:

у = уа cosfat + щ), (6)

где уа - амплитуда угла наклона ориентирующего диска к координатной оси OY в плоскости OXY в результате вращения ориентирующего диска вокруг оси роликово-дискового сортирующего вала OX, рад; \ух - фазовый (начальный) угол поворота ориентирующего диска вокруг своей оси в начальный момент времени, t = 0.

Ускорение точек клубня в плоскости OXYZ равны ускорению центра масс клубня картофеля в плоскости OXYZ. Для определения ускорения точек ориентирующего диска в плоскости OXY продифференцируем выражение (6) и определим силу сопротивления перемещению клубня, возникающую в результате воздействия наклонного диска на клубень картофеля:

Fu = ту = туаа sin (at). (7)

Далее полученные зависимости подставляем в выражения (1) с учетом, что X = fat, у = у cos(at + ^) и проинтегрируем по времени

79

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

t. В результате получим значения скоростей клубня картофеля по осям OX, OY, OZ:

• 0,4Rg sin(wt

тг 0, ' Rkg sin\wtt- i \ Ya (1,4Rk + Rp Rd

V„ = X„ = ( k---ц=4-Ya sin(wt)- p

w(0,6R + V21 а

(l,4Rk + Rp - Rd )cos(wt)

1,4R* + Rp - Rd

____0,56R2g sin(wt)____

w(0,6Rk W2)(l,4Rk - Rd + Rp ) ’

V y =-

yc= S r

_ 2(Rpw- Rkwk )Rk + Rp)cos(wt) 42 • 0 2Rkg sin2(wt)

Rp wk (0,6R + 42)

(RpW - Rkwk)2(Rk + Rk)cos(wt)

Rpw

gt + w Ya

_ . _ , t sin (2wt)

0,4 Rkg ь+-4w^

____0,56R^g sin(wt)____

(0,6Rk W2J(l,4Rk - Rd + Rp ) 0,6Rk + 42

V = z =

zc c

t sin(2wt)

42 • 0,4Rg| ------- | ,, л

12 4w J 0,2Rkgsin (wt).

k((UR + 42) w(0,6R W2)

2(rpw - Rkwk)(Rk + Rp)cos(wt) (Rpw - Rkwf(Rk + Rp)cos(wt)

R

Rp2w

(8)

Скорость передвижения клубня картофеля по ролиководисковой сортирующей поверхности определяется выражением:

V = , IV* + Vl + у^с

(9)

Совокупность выражений (8) и (9) является базой для получения значения максимально допустимого угла наклона ориентирующего диска на основе ограничения скорости перемещения клубня картофеля по сортирующей поверхности, при котором повреждения клубней картофеля находятся в пределах агротехнических требований.

80

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2009. Вып. 81.

В результате построения графика зависимости скорости передвижения клубня картофеля по роликово-дисковой сортирующей поверхности от времени в момент взаимодействия и угла наклона ориентирующего диска к перпендикуляру оси вращения сортирующего вала (используя пакет программы «Mathcad») и его анализа получено значение угла наклона ориентирующего диска к перпендикуляру оси

вращения вала у = 10 —140 при максимальной допустимой скорости передвижения клубня картофеля по рабочей поверхности. Vdon = 3 м/с (рис. 2).

Рис. 2. Графическая зависимость скорости передвижения клубня по роликово-дисковой поверхности от времени в момент взаимодействия и угла наклона ориентирующего диска к перпендикуляру оси вращения сортирующего вала

Отметим, что для клубня картофеля меньшего размера (массы), в сравнении с рассматриваемым средним клубнем допустимый угол наклона ориентирующего диска больше и скорости их передвижения будут в пределах агротехнических требований.

81

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Василенко П.М. Теория движения частицы по шероховатым поверхностям сельскохозяйственных машин / П.М. Василенко -Киев: Изд-во УАСХН, 1960.

2. Заводнов А.В., Заводнов С.В. Обеспечение сохранности клубней картофеля при ударном взаимодействии с рабочими органами сельскохозяйственных машин / А.В. Заводнов, С.В. Заводнов // Науч. тр. ВИМ - 2002. - Т.141,ч.1. - С. 212-214.

3. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. Изд. 4-е, стереотипное / С.М. Тарг. - М.: Наука, 1966.

4. Борычев С.Н. Технологии и машины для механизированной уборки картофеля: (обзор, теории, расчет): монография / С.Н. Борычев, Министерство с.х. и продовольствия РФ, Департамент кадровой политики и образования, Рязанский гос. с.-х. акад. им. П.А. Кос-тычева. - Рязань: РГСХА, 2006.

Получено 14.09.2009.

УДК 631.366.35.342

Н.В. РОМАНОВСКИЙ; А.В. СЕРГЕЕВ, канд. техн. наук;

В.И. ШАМОНИН, канд. техн. наук

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

НАВЕСНОЙ КОРНЕПЛОДОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ ММТ-1М

Рассмотрены составляющие трудозатрат при механизированной уборке корнеплодов. На основании анализа намечены пути снижения трудозатрат за счет конструктивного исполнения уборочной машины. Дано описание модернизированной уборочной машины и результаты ее испытаний.

В соответствии с программой, разработанной в рамках союза Россия-Беларусь «Повышение эффективности производства и переработки плодоовощной продукции на 2005-2008 гг.», дочернему предприятию ЗАО «Завод «Универсалмаш» (ПО «Кировский завод») была поручена совместно с ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии мо-

82