Влияние пружин на работу инерционных качающихся решет Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.531.024

ВЛИЯНИЕ ПРУЖИН НА РАБОТУ ИНЕРЦИОННЫХ КАЧАЮЩИХСЯ РЕШЕТ

Кругленя В.Е., к.т.н., доцент, Алексеенко А.С., к.т.н., доцент, Коцуба В.И., к.т.н., Белявский В.Ю., студент УО «Белорусская ГСХА»

Приведены результаты теоретических исследований работы подпружиненных инерционных качающихся решет. Получены теоретические зависимости для определения условий начала движения компонентов семенного вороха вниз и вверх по поверхности предлагаемых решет, а также отрыва их от поверхности решета при использовании витых цилиндрических и рессорных пружин.

Ключевые слова: подпружиненные инерционные качающиеся решеты, условия начала движения, поверхности решет, витые цилиндрические и рессорные пружины.

The article presents results of theoretical research into the work of spring inertial swinging sieves. We have obtained theoretical dependences for the determination of conditions of beginning of movement of seed heap components down und up along the surface of suggested sieves, as well as of their separating from the surface of the sieve with the use of twisted cylindrical and leaf springs.

Keywords: spring-loaded inertial swinging sieve conditions began la motion surface lattice, twisted cylindrical spring, and spring.

Республика Беларусь входит в пятерку лидеров по производству льняных волокон. Однако она занимает незначительную долю в мировом экспорте льна, в первую очередь из-за низкого качества и цен на продукцию. Согласно комплексному бизнес-плану развития льняной отрасли Республики Беларусь на 2011-2015 гг. планируется ежегодно производить 1300 тонн элитных семян льна в целях обеспечения товарных посевов семенами не ниже третьей репродукции, обеспечивающими выход 4-5 ц/га семян и не менее 10 ц/га льноволокна.

К сожалению, несмотря на принимаемые государством меры, льноводство является убыточной отраслью. Среднегодовое

производство льноволокна составляет 37,7 тыс. тонн (63 % от задания). Урожайность льносемян не превышает 3 ц/га вместо 6...8 ц/га по отраслевому регламенту [1, 2]. Существенное влияние на это оказывает значительная трудоемкость возделывания льна, недостаточный уровень механизации ряда технологических процессов, а также нехватка семян высоких посевных кондиций [1].

В технологической схеме послеуборочной обработки льновороха ответственным звеном

является очистка семян. В БГСХА разработан решетный стан с подпружиненными инерционными качающимися решетами, отличающийся тем, что решета установлены в корпусе решетного стана посредством пружин. Это позволяет улучшить работу решет за счет колебаний, обеспечивающих более интенсивное перераспределение компонентов вороха [3, 4]. Колебания решетных станов широко исследованы в трудах Е.С. Босого, А.И. Тарана, Г.Д. Терскова, М.Н. Летошнева и др. [5, 6, 7, 8]. Однако полученные ими формул не подходят для описания работы инерционных качающихся решет, т.к. в них не учитывается жесткость пружин, посредством которых решета установлены в решетном стане.

Для движения частицы вороха вверх по поверхности решета (рисунок 1 а) составляющая

F = mrC cosía + s) cos cct(1 + A ) силы инерции ^ ^ ^

должна быть направлена против оси OX. Кроме

силы инерции на частицу действуют

составляющие силы трения

Fw = m(gcosa + rC sin(a + s)cosct(1 + A ))tgp

и силы тяжести

mg sin a

а) б) в)

Рисунок 1 - Схема сил, действующих на частицу вороха при движении ее вверх (а) и вниз (б) по решету, а также при отрыве от решета (в)

Перемещение частицы вверх возможно, если выполняется условие

тгю соБ(а + е) СОБ (М(1 + А) _ тё а ~ т(g соъа + гю2 вт(а + е)соб юt(1 + А ))^р > 0,

(1)

где т - масса частицы, кг; а - угол наклона решет, град; р - угол внешнего трения вороха, град; е- угол направленности колебаний, град.

Преобразованием неравенства (1) получим формулу предельного значения показателя кинематического режима решетного стана для движения вороха вверх по поверхности подпружиненного инерционного качающегося решета: с витыми цилиндрическими пружинами

_ Бт(а + р)

1 соБ(а + Е + р) + 0,5((А + А)соБ(а + Е + р) + (А - А)соъ(а + Е-р))

с рессорными пружинами

Бт(а + р)

К =

соБ(а + Е + р) + 0,5 а (соБ(а + е + р) - соБ(а + е- р))

Перемещение частицы вниз (рисунок 1 б) возможно, если выполняется условие

mrc2 cos(a + s) cos cot(1 + A ) + mg sin a --m(g cosa - rC sin(a + s)cos cot(1 + A )tgp > 0.

Из неравенства (4) получим формулу предельного значения показателя кинематического режима решетного стана для движения вороха вверх по поверхности подпружиненного инерционного качающегося решета:

- с витыми цилиндрическими пружинами

к = sin(p-a)

2 cos(a + s- р) +1 ((Aq + A)cos(a + s- p) + (Aq - Ap)cos(a + s + p))

(5)

- с рессорными пружинами

sin(p - a)

K 2 =

cos(a + s - p) +1A (cos(a + s - p) + cos(a + s + p))

Отрыв частиц от поверхности решета (рисунок 1 в) возможен, если выполняется условие по оси

OY

штш2 sin(« + £)(1 + А ) cos ~ mg cos а- 0 ^

Преобразовав уравнение (7), получим предельное значение показателя кинематического режима решетного стана, при котором возможен отрыв частиц вороха от поверхности решета:

cosa

KO =-

(1 + Ap )sin(a + £)

Для сравнения предельных значений параметров кинематического режима существующих решетных станов и решетного стана с подпружиненными инерционными качающимися решетами построены графики предельных значений кинематического режима при использовании витых цилиндрических пружин (рисунок 2) и рессорных пружин (рисунок 3) при коэффициенте жесткости пружин Ap = 2, угле наклона решет а = 10° и угле трения ф = 25°.

е, град

Рисунок 2 — Предельные значения показателя кинематического режима решетного стана с витыми цилиндрическими пружинами: К1, - К2, - КО - подпружиненные

инерционные качающиеся решета; — м - КБ1, — м - КБ2, — н - КБО - существующие решета; П, П - режимы движения предлагаемых решет только вниз без отрыва и с отрывом; □ , □ - режимы движения предлагаемых решет с преобладающим движением вниз без отрыва и с отрывом; П, П - режимы движения существующих решет только вниз без отрыва и с отрывом; П, П - режимы движения существующих решет с преобладающим движением вниз без отрыва и с отрывом

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

е, град

Рисунок 3 — Предельные значения показателя кинематического режима решетного стана с рессорными пружинами: - - К2, - КО - подпружиненные инерционные

качающиеся решета; — — - КБ1, — — - КБ2, — — - КБО - существующие решета; □, □ -режимы движения предлагаемых решет только вниз без отрыва и с отрывом; П, П - режимы движения предлагаемых решет с преобладающим движением вниз без отрыва и с отрывом; □ , □ -режимы движения существующих решет только вниз без отрыва и с отрывом; □, □ - режимы движения существующих решет с преобладающим движением вниз без отрыва и с отрывом

Очевидно, что при использовании режима решетного стана ниже, чем у подпружиненных инерционных качающихся существующих, в 3 раза (1+Лр). У решет с витыми цилиндрическими пружинами подпружиненных инерционных качающихся

предельное значение показателя

кинематического

кинематического режима решетного стана К при малых углах направленности колебаний (0.. .10°) выше, чем у существующих, в 1,2.1,7 раза, а при 21° - выше в 6 раз. Кинематический параметр K2 ниже, чем у существующих, в 1,2.1,8 раза, а КО - в 3 раза.

Так как максимальная потребная мощность привода решетного стана зависит от показателя кинематического режима решетного стана, следовательно, его уменьшение позволяет снизить мощность, затрачиваемую на очистку семян, на 27,2.44,0 %. Кроме того, увеличивается зона движения вороха с отрывом от поверхности решета. Так, например, при угле направленности колебаний s = 0° у существующих решет отрыв наступает при кинематическом параметре К = 5,67, а у подпружиненных инерционных качающихся решет - при К = 1,89, что повышает эффективность работы решет с круглыми отверстиями.

Список литературы

1. Комплексный бизнес-план развития льняной отрасли Республики Беларусь на 20112015 гг. Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь. - Минск, 2010. - 160 с.

2. Отраслевой регламент. Возделывание льна. Типовые технологические процессы. -Минск: Ин-т системных исследований в АПК НАН Беларуси, 2009. - 44с.

решет с рессорными пружинами предельное значение показателя

3. Результаты теоретических исследований инерционных качающихся решет / В.Е. Кругленя, В.И. Коцуба, А.С. Алексеенко, // Вестн. Белорус. гос. с.х. акад.- 2008. - №4. - С. 125-129.

4. Решетный стан: пат. 2437 Респ. Беларусь, МПК B07B 1/36 / В.А. Шаршунов, В.Е. Кругленя, А.Н.Кудрявцев, А.С. Алексеенко, В.И. Коцуба; заявитель В.А. Шаршунов [и др.]. -№ u 20050401; заявл. 30.06.05; опубл. 30.03.05 //Афщыйны бюл. /Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2006. - № 1. - С. 201.

5. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин: Учебник для вузов сельскохозяйственного машиностроения. / Е. С. Босой, О. В. Верняев, И. И. Смирнов и др.; Под ред. Е. С. Босого. - М.: Машиностроение, 1977. - 568 с.

6. Таран А. И. Значение направленности колебаний и выбор кинематического режима для работы плоских решет. // Сборник научных трудов. - Тарту: Эстонская СХА, 1959. - Вып. 13. - С. 99-111.

7. Терсков Г. Д. Движение материала на транспортере с гармоническими продольными колебаниями. // Труды ЧИМЭСХ. - Челябинск: ЧИМЭСХ, 1940. - Вып. 1.

8. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. М.: Сельхозгиз, 1955. - 764 с.