Влияние наклона решет на реактивную мощность зерноочистительной машины Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 537.311.6

И.П. Попов, С.С. Родионов, С.И. Родионова

ВЛИЯНИЕ НАКЛОНА РЕШЕТ НА РЕАКТИВНУЮ МОЩНОСТЬ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т.С. МАЛЬЦЕВА», КУРГАН, РОССИЯ

I.P. Popov, S.S. Rodionov, S.I. Rodionova

INFLUENCE OF INCLINATION DECIDES ON THE REACTIVE POWER OF THE GRAIN-CLEANING MACHINE

FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BYT.S. MALTSEV», KURGAN, RUSSIA

Игорь Павлович Попов

Igor Pavlovich Popov ip. popow@yandex. ru

Сергей Сергеевич Родионов

Sergey Sergeevich Rodionov кандидат технических наук [email protected]

София Игоревна Родионова

Sofia Igorevna Rodionova [email protected]

Аннотация. Отмечено, что при наклоне решет помимо инерционной и диссипативной мощностей дополнительно развивается гравитационная мощность, обусловленная вертикальным перемещением части зернового вороха. Целью работы является определение влияния наклона решет на реактивную мощность зерноочистительной машины. Основными методами исследования в рамках настоящей работы являются методы математического моделирования и анализа. Задачи исследования решались методами теоретической механики, математики и теории решения изобретательских задач. Рассмотрена подвижность зернового вороха и связь вертикального ускорения опоры с горизонтальным ускорением решетного стана. При этом к-я часть зернового вороха перемещается с ускорением а , а (1-Л„)-я часть - с ускорением ау, поскольку к-я часть зернового вороха условно может считаться неподвижной относительно решетного стана, а оставшаяся (1-Л„)-я часть - подвижной. Выполнен расчет реактивно-гравитационной мощности. При этом можно допустить, что изменение координаты решетного стана имеет гармонический характер. Скорость решетного стана находится как производная его координаты. Определяется вертикальная скорость зернового вороха, вертикальное ускорение опоры и вертикальная сила. Устанавливается мгновенное значение мощности, развиваемой приводом при вертикальном перемещении (1-Л„)-й части зернового вороха, мгновенное значение мощности, развиваемой приводом при горизонтальном перемещении к-й части зернового вороха, мгновенное значение реактивно-гравитационной мощности. Определяются гравитационная и реактивная мощности, в том числе, для нулевого угла наклона. Установлено, что наклон решет главным образом приводит к развитию гравитационной мощности (для приведенных количественных параметров - около 30% от

реактивной мощности) и почти не влияет на реактивную мощность.

Ключевые слова: решето, наклон, зерновой ворох, реактивная, гравитационная мощность, колебания.

Abstract. It is noted that when the sieves are tilted, in addition to the inertial and dissipative powers, the gravitational power is further developed due to the vertical movement of a part of the grain pile. The aim of the work is to determine the influence of the inclination of the sieves on the reactive power of the grain cleaning machine. The technique. The main research methods in the framework of this work are the methods of mathematical modeling and analysis. The research tasks were solved by the methods of theoretical mechanics, mathematics and the theory of solving inventive problems. The mobility of the grain pile and the relationship of the vertical acceleration of the support with the horizontal acceleration of the sieve mill are considered. In this case, the kv part of the grain pile moves with acceleration a , and (1 -k) part with acceleration a , since the kv part of the grain pile can conditionally be considered stationary relative to the sieve mill, and the remaining (1 -k) part mobile. The calculation of reactive gravitational power. In this case, it can be assumed that the change in the coordinate of the sieve mill has a harmonic character. The speed of the sieve mill is as a derivative of its coordinates. The vertical speed of the grain heap, the vertical acceleration of the support and the vertical force are determined. The instantaneous value of the power developed by the drive during the vertical movement of the (1 -k) part of the grain pile, the instantaneous value of the power developed by the drive during the horizontal movement of the kv part of the grain pile, the instantaneous value of the reactive-gravitational power are set. Gravitational and reactive powers are determined, including those for a zero angle of inclination. It has been established that the inclination of the sieves mainly leads to the development of gravitational power (for the given quantitative parameters - about 30% of the reactive power) and almost does not affect the reactive power.

Keywords: sieve, tilt, grain pile, reactive, gravitational power, oscillations.

Введение. В большинстве конструкций сепараторов применяемых на предприятиях агропромышленного комплекса решетные станы совершают возвратно-поступательные движения при помощи эксцентрикового механизма, при этом возникают переменные по величине и направлению силы инерции. Работа решетных станов зерноочистительных машин является характерным примером внешних периодических воздействий привода на массивные объекты. Реакция решетных станов как инертных тел при возвратно-поступательных колебаниях проявляется в их

силовом воздействии, на привод. Это реактивное воздействие обусловлено инерцией решетных станов. Развивается значительная механическая реактивная мощность, обусловленная массой решетных станов и зернового вороха, почти на порядок превышающая полезную мощность, расходуемую непосредственно на процесс сепарации, снижая его эффективность. Механическая реактивная мощность трансформируется в реактивную электрическую мощность, потоки которой в питающей сети порождают существенные тепловые потери в проводах.

Вестник Курганской ГСХА №4,2018 Технические науки 73

В [1] рассмотрена разновидность механической реактивной мощности - гравитационная мощность, представляющая собой производную по времени от гармонически изменяющейся потенциальной энергии массивного груза.

При наклоне решет помимо инерционной и диссипа-тивной мощностей [2-7] дополнительно развивается гравитационная мощность, обусловленная вертикальным перемещением части зернового вороха.

Целью работы является определение влияния наклона решет на реактивную мощность зерноочистительной машины.

Актуальность темы определяется значительным влиянием механических технологических операций на энергетические процессы, происходящие в питающей сети. Инерционная и гравитационная мощности преобразуются в электрическую реактивную мощность, частота механических колебаний порождает соответствующие гармоники в сети. Эти факторы приводят к дополнительным тепловым электрическим потерям - до одной десятой от реактивной мощности. Таким образом, для оптимизации энергозатрат наряду с учетом диссипативной мощности следует принимать во внимание, в том числе, гравитационную мощность.

Методика. Основными методами исследования в рамках настоящей работы являются методы математического моделирования и анализа. При этом исследуется не сам физический объект, а его математическая модель - «эквивалент» объекта, отражающий в математической форме важнейшие его свойства - законы, которым он подчиняется, связи, присущие составляющим его частям, и т.д. Использованные виды моделирования являются детерминированными, динамическими и непрерывными.

Задачи исследования решались методами теоретической механики, математики и теории решения изобретательских задач.

В соответствии с этим к-я часть зернового вороха перемещается с ускорением ах, а (1-ку)-я часть - с ускорением ау, поскольку к- я часть зернового вороха условно может считаться неподвижной относительно решетного стана, а оставшаяся (1-ку)-я часть - подвижной [8].

Результаты. Подвижность зернового вороха и связь вертикального ускорения опоры с горизонтальным ускорением решетного стана. На рисунке 1 показана связь вертикального ускорения опоры ау с горизонтальным ускорением решетного стана ах. При этом к-я часть зернового вороха перемещается с ускорением ах, а (1-/^)-я часть - с ускорением ау, поскольку к-я часть зернового вороха условно может считаться неподвижной относительно решетного стана, а оставшаяся (1-/^)-я часть - подвижной [7].

ах-ускорение решетного стана, ау- вертикальное ускорение опоры Рисунок 1 - Связь вертикального ускорения опоры с горизонтальным ускорением решетного стана

Расчет реактивно-гравитационной мощности. Можно допустить, что изменение координаты решетного стана имеет гармонический характер [8-11]

x=/sin OJÍ, (1)

где / - амплитуда колебаний, м.

Скорость решетного стана находится как производная его координаты

dx

V = — = /со cosco t, (2) dt

Вертикальная скорость зернового вороха с учетом (2) и в соответствии с рисунком 1 равна

vy=\/xtga=/üocosüoftga (3)

Ускорение решетного стана равно

ах = х = -/со2 sin со / i (4)

Вертикальное ускорение опоры в соответствии с рисунком 1 принимает вид:

ay=axtga=-/üo2sinüoftga, (5)

Вертикальная сила равна

Л = Л - fay = (1 " " (1 " К)»К (-*,) =

= (1 - kv)m.g - (1 - kv)mzko2 sinco/tga = = (1 - kv)m. (g - /or sin co/tga) ^

Мгновенное значение мощности, развиваемой приводом при вертикальном перемещении (1-/<,)-й части зернового вороха, имеет вид:

qv = fyvv = (1 -kv)tn. (g-/orsincDrtga^/cDcoscortga =

= (1 - kv)mzglacosattga-^(\ - kv)mj2a3 sin2co/tg2a ■

Мгновенное значение мощности, развиваемой приводом при горизонтальном перемещении к-й части зернового вороха, равно

а, = kmav = -к т /a>2smraf/raoosG)í = --kmf'vy sin2co/>(8) ■ь . 2

Мгновенное значение реактивно-гравитационной мощности имеет вид:

q = qx i qr -(1 - ATv)m_g/íúcos(B/tga -у (] - jfcv)jw_/W sin 2ü)/tg:a - —kjnJ2^1 sin 2м/ =

= (1 - Av gfo cos ш rtga - -и/'и1 sin2co/[(l -Ajtg'a + t]-

= , (9)

Гравитационная мощность равна

Qg=^-kv)m2gl^ga, (10)

Реактивная мощность равна

a=V/v[a-¿-v)tgw-v], (11)

Реактивная мощность при а=0 равна

На рисунке 2 представлена реактивно-гравитационная мощность.

q, Вт

[\q A q° л

~ N. [ 4 I 4 \ s 4S 4 4 \ f «■" : * : ✓ ✓ :

/ I ✓ 1 A / 1 S 1 . У 1

V/ 1

5000- 10

t, с

qa - инерционная мощность, q - гравитационная

мощность, q - суммарная мощность Рисунок 2 - Инертно-гравитационная мощность

Для воздушно-решетной зерноочистительной машины 03C-50 гравитационная мощность (10) равна

Qg =(l-A-v)wrg/cotga =

= (1 - 0,3)40-9,8- 7,5-10 э -2л8-0,123 *13Вт (13)

Реактивная мощность (11) равна

Qa = [(1 - ¿v)tg2a + kv] =

= i • 40 ■ 7,53 ■ 1О"6(2тг8)? [(1 - 0,3)0,1233 + 0, з] и 44 Вт, ( 14) Реактивная мощность (12) при а=0 равна

Ом = ^kjnfrf = 0,5 - 40-7,52 ■10Ге(2и8)30,3 м 43 Вт, (15)

Вывод. Таким образом, наклон решет главным образом приводит к развитию гравитационной мощности (для приведенных количественных параметров - около 30% от реактивной мощности) и почти не влияет на реактивную мощность.

Список литературы

1 Popov I.P., Chumakov V.G., Sukhanova S.F. Reducing the total power consumption of the grid separators in feed production // British journal of innovation in science and technology. 2017. Vol 2. №2. Pp. 15-20.

2 Popov I.P., Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumako-va L.Ja., Rodionova S.I. Energy efficiency assessment of sieve separation gear kinematic diagram // British journal of innovation in science and technology. 2017. Vol 2. № 3. Pp. 5-11.

3 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Чумакова Л.Я. Рассеивание мощности в зерновом ворохе при решетной сепарации // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 1 (21). С. 75-77.

4 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Попов Д.П. Результаты исследований энергопотребления решетной зерноочистительной машины // Вестник Курганской ГСХА. 2016. № 1 (17). С. 67-70.

5 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Чумакова Л.Я., Родионова С.И. Полная механическая мощность

при колебательных технологических процессах в кормопроизводстве // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 3 (23). С. 69-71.

6 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Шевцов И.В. Инерционная мощность решетной зерноочистительной машины // Вестник Курганской ГСХА. 2015. № 3 (15). С. 77-79.

7 Попов И.П. Суперпозиция граничных состояний макрообъектов // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2015. №2. С. 43-47.

8 Popov I.P Synthesis inert-inertial oscillator // Applied mathematics and control sciences. 2017. № 1. Pp. 7-13.

9 Попов И.П., Попов Д.П., Кубарева С.Ю. Об одном способе нейтрализации реакции массивных деталей и узлов на внешние периодические воздействия // Вестник Курганской ГСХА. 2012. № 2 (2). С. 60-62.

10 Попов И.П., Чумаков В.Г., Родионов С.С., Шевцов И.В., Низавитин С.С. Механизм зерноочистительной машины с постоянным приведенным моментом инерции // Вестник Курганской ГСХА. 2015. № 1 (13). С. 68-71.

11 Попов И.П., Чумаков В.Г., Левитский В.Ю., Родионов С.С., Чумакова Л.Я., Родионова С.И. Механизм с постоянным приведенным моментом инерции для зерноочистительной машины стремя решетными станами//Вестник Курганской ГСХА. 2018. № 1 (25). С. 76-79.

List of reference

1 Popov I.P, Chumakov V.G., Sukhanova S.F. Reducing the total power consumption of the grid separators in feed production // British journal of innovation in science and technology. 2017. Vol 2. №2. Pp. 15-20.

2 Popov I.P, Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumako-va L.Ja., Rodionova S.I. Energy efficiency assessment of sieve separation gear kinematic diagram // British journal of innovation in science and technology. 2017. Vol 2. № 3. Pp. 5-11.

3 Popov I.P, Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumako-va L.Ya. Dispersion of power in the grain pile at the sieve separation //Vestnik Kurganskoj GSHA. 2017. № 1 (21). Pp. 75-77.

4 Popov I.P, Chumakov V.G., Rodionov S.S., Popov D.P Results of studies on the energy consumption of the sieve grain cleaning machine // Vestnik Kurganskoj GSHA. 2016. № 1 (17). Pp. 67-70.

5 Popov I.P, Chumakov V.G., Rodionov S.S., Chumako-va L.Ya., Rodionova S.I. Full mechanical power at oscillatory technological processes in fodder production // Vestnik Kurganskoj GSHA. 2017. № 3 (23). Pp. 69-71.

6 Popov I.P, ChumakovV.G., RodionovS.S., Shevtsov I.V. Inertial capacity of the sieve grain cleaning machine // Vestnik Kurganskoj GSHA. 2015. № 3 (15). Pp. 77-79.

7 Popov I.P. Superposition of boundary conditions of macro-objects // News of higher educational institutions of the Black Soil Region. 2015. № 2. Pp. 43-47.

8 Popov I.P. Synthesis inert-inertial oscillator // Applied mathematics and control sciences. 2017. № 1. Pp. 7-13.

9 Popov I.P, Popov D.P, Kubareva S.Yu. On one method of neutralizing the reaction of massive parts and assemblies to external periodic effects // Vestnik Kurganskoj GSHA. 2012. № 2 (2). Pp. 60-62.

10 Popov I.P, Chumakov V.G., Rodionov S.S., Shevtsov I.V., Nizavitin S.S. The mechanism ofthe grain cleaning machine with a constant reduced moment of inertia // Vestnik Kurganskoj GSHA. 2015. № 1 (13). Pp. 68-71.

11 Popov I.P, Chumakov V.G., Levitsky V.Yu., RodionovS.S., Chumakova L.Ya., Rodionova S.I. Mechanism with a constant reduced moment of inertia for a grain cleaning machine with three sieve mills // Vestnik Kurganskoj GSHA. 2018. № 1 (25). Pp. 76-79.