CC BY
12
+1 >
f
Э2л](Я + r cosDi)2 + (r sin Di)2 •
• sin(Di - arctg —r smDi—
R+rcosDi
rD2 +e^(R + r cosDi)2 + (r sin Di)2 • r sin Dt
• cos(Di - arctg-
. (17)
Л + г
Это неравенство может использоваться для определения коэффициента трения:
f <-
e27(R + r cosDi)2 + (r sin Di)2 •
• sin(Di - arcig
r sin Di R + r cosDi
+ g¿
. (18)
rD2 +е2д/(R + r cosDi)2 + (r sin Di)2 •
D r sin Di
• cos(Di - arcig-)
R + r cosDi
При наличии гармонических вращательных колебаний, когда ю? =1, для обеспечения начала движения частицы по поверхности цилиндра должно выполняться условие:
е2^/[R + rcos(Qf + у)]2 + [rsin(Qí + y)]2 • r sin(Qí + y)
(Di + y) - arcig -
f
R + r cos(Qí + y)
rD2 + е2д/[[ + rcos(Qf + y)]2 + [rsin(Qí + y)]2 • r sin(Qí + y)
22 + r^ro ^ + g >
(Di + y) - arcig
R + r cos(Dí + y)
. (19)
Выводы.
1. Наиболее эффективными при сепарировании сыпучих продуктов являются центробежные сепараторы с цилиндрическими рабочими органами и вертикальной осью вращения. Вращательные колебания минимизируют нагрузки на
отдельные узлы и детали привода центробежного сепаратора.
2. Выдвинутая гипотеза позволяет сузить диапазон экспериментальных исследований для определения основных параметров, обеспечивающих наиболее эффективное сепарирование.
3. Применение планетарного вращения цилиндрического решета с наложением вращательных колебаний способствует расширению диапазона конструктивных и кинематических параметров, позволяющих обеспечивать высокую эффективность процесса сепарирования.
4. Решение системы дифференциальных уравнений (16) численным методом позволяет при выбранных геометрических параметрах сепаратора определить рациональные значения кинематических параметров привода и расположение отверстий решета, способных обеспечить максимальную эффективность процесса сепарирования.
Литература
1. Тарасов В.П. Технологическое оборудование зерноперера-батывающих предприятий: учеб. пособие. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002. 229 с.
2. Федоренко И.Я., Пирожков Д.Н. Вибрируемый зернистый слой в сельскохозяйственной технологии: монография. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006. 166 с.
3. Федоренко И.Я. Перемещение частицы по поперечно вибрирующей шероховатой плоскости // Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обслуживание сельскохозпроизводителей Сибири: матер. Междунар. науч.-практич. конф. / Россельхозакадемия; Сибирское отделение. ГНУ СибИМЭ. Новосибирск, 2008. С. 548-554.
4. Тищенко Л.Н., Ольшанский В.П., Ольшанский С.В. О гидродинамической модели движения зерновой смеси по наклонному плоскому решету. Полтава: Пол. НТУ, 2009. Вып. 3(25). Т. 1. С. 205-213.
5. Белов М.И., Романенко В.Н. Математическая модель сепарации зерна на решете очистки // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 5. С. 10-13.
6. Белов М.И., Романенко В.Н., Славкин В.И. Математическая модель движения частицы по решету очистки // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. № 8. С. 33-36.
7. Лапшин И.П., Косилов Н.И. Расчёт и конструирование зерноочистительных машин. Курган: ГИПП «Зауралье», 2002. 168 с.
8. Холодилин А.Н. Вибрационное решётное сепарирование зернопродуктов в поле центробежных сил: дисс. ... канд. техн. наук. М., 1985.
2
Взаимопроникающие движения в воздушно-соломистой смеси при функционировании ИРС зерноуборочного комбайна
А.П.Ловчиков, д.т.н., Е.А. Поздеев, аспирант, О.С. Шагин,
аспирант, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ
Зерноуборочный комбайн можно рассматривать как сложную многопараметрическую преобразующую техническую систему [1-12], состоящую из различных технико-технологических подсистем, которые имеют своё технологическое назначение.
Исследование проводили с целью обоснования методического подхода моделирования технологи-
ческого подпроцесса измельчителя-разбрасывателя зерноуборочного комбайна. В процессе исследования решалась задача: обосновать методический подход к разработке модели взаимопроникающего движения в воздушно-соломистой смеси при функционировании измельчителя-разбрасывателя комбайна. Исследование базировалось на общелогическом методе и математическом анализе.
Результаты исследования. Взаимодействие рабочих органов измельчителя-разбрасывателя комбайна с объектом воздействия приводит к изменению
состояния незерновой части стебля (соломины) и её качественно-количественных характеристик (переход из неустойчивого состояния в состояние покоя). Одновременно с этим под воздействием аэродинамических сил (напора воздуха), образующегося от вращения ножей измельчителя-разбрасывателя соломы (ИРС) комбайна, продукт измельчения распределяется за машиной.
Общеизвестно, что основу любого технологического процесса и подпроцесса составляют взаимодействия между структурами поведения и режимами функционирования в системе механико-технологического пространства, что отражается в общем виде системой уравнений, т.е. в виде математических моделей.
Технологический процесс измельчителя-разбрасывателя соломы (ИРС) зерноуборочного комбайна характеризуется образованием смеси воздух + измельчённая солома, т.е. газосмесь (газ + твёрдые частицы), которую можно рассматривать как гетерогенную среду (суспензию) и многоскоростную систему. В данной смеси за сплошную среду можно принять воздух, где находится «скелет» твёрдых частиц в виде измельчённой соломы, который также движется.
Исходя из вышеизложенного, предположим, что в каждой точке пространства после измельчителя солома комбайна находит несколько сред (в нашем случае две) со своей приведённой плотностью р,- (М — масса ¿-компонента, I = 1...т в единице объёма), со своими скоростями и и и,-, плотностью р,, давлением р,, температурой Т (примем допущение, что Т несущественна). Воздушно-соломистая смесь в целом характеризуется параметрами:
т т
р = >Р-' р-9 = Ерг -и-• (1)
г =1 г =1
Кроме приведённых плотностей р, смесь может характеризоваться истинной плотностью рД т.е. плотностью воздуха и измельчённой соломы, соответствующих данному давлению при отсутствии других компонентов смеси.
Предположим, что в объёме V находится воздушно-соломистая смесь, состоящая из , = 2 компонент. Величина V — часть объёма, занимаемая -й компонентой смеси при истинной плотности. Тогда согласно закону сохранения массы имеем:
рО • V = V-рг,
(2)
откуда
V
V
рг
Так как V = > V
г=1
, то получим:
~ рг
=
(3)
=1 рг
Исходя из выражения (3) воздушно-соломистую смесь можно описать уравнением, связывающим
приведение плотности р, с истинными плотностями рД которое имеет вид:
р. + = ю
ООО '
р1 р2 рт
р
(4)
Соотношение —0 = уг есть объёмная доля
р°
,-й компоненты воздушно-соломистой смеси. Выражение (4) позволяет замкнуть систему уравнений смеси.
Для воздушно-соломистой смеси удельная энергия (приходящаяся на единицу массы) Е1 имеет вид:
Ег = иг + Кг = Ц +у,
где и — внутренняя энергия; .2
(5)
— кинетическая энергия единицы массы.
2
Тогда для смеси в целом энергия имеет вид:
Ц+—^
г 2
V у
(6)
р- Е = Хрг • Ег =Хрг
г=1 г=1
При движении воздушно-соломистой смеси трудно определить энергии, поэтому воспользуемся скоростями V,, которые называют диффузионными и определяемыми равенством:
Vг =иг
Тогда на основе работы Х.А. Рахматулина [13] можно записать:
р-Е = £рг
(Vг + и)2 =ро -и2 т рг 'V
2
2
2
(7)
г=1 г =1
т.е. кинетическая энергия многоскоростной среды определяется не только её движением как целого со скоростью и, но и скоростями относительного движения составляющих — воздуха и твёрдых частиц, или измельчённой соломы.
Исходя из этого положения полная энергия смеси равна:
^ ТТ и2 1 т р--V Е = и + — + — -> —— 2 р Й 2
(8)
Из выражения (8) следует, что полная энергия воздушно-соломистой смеси зависит от относительного движения её составляющих.
Кроме того, гетерогенная смесь (в нашем случае воздух воздух + твёрдые частицы (измельчённая солома) описывается многоскоростной моделью с учётом динамических эффектов, возникающих из-за несоответствия скоростей отдельных фаз, поскольку сила взаимодействия компонент смеси пропорциональна разности их скоростей. При этом не отсутствует линейная зависимость взаимного сопротивления от разности скоростей, так как коэффициент взаимного сопротивления зависит не только от скоростей, но и от других параметров смеси, в частности от геометрических параметров измельчённой соломы.
Р
Вывод. Анализ динамики взаимопроникающих движений в воздушно-соломистой смеси свидетельствует о сложности протекания процесса перемещения компонентов газовзвеси, поскольку во многом зависит как от относительных движений составляющих, так и от других параметров, в том числе от геометрических параметров измельчённой соломы.
Литература
1. Ловчиков А.П. Технико-технологические основы совершенствования зерноуборочных комбайнов с большим молотильным аппаратом. Ульяновск: Зебра, 2016. 111 с.
2. Результаты производственной проверки прямого комбай-нирования с высоким срезом зерновых культур / А.П. Ловчиков, В.П. Ловчиков, Ш.С. Иксанов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 1 (63). С. 75-77.
3. Ловчиков А.П. Повышение эффективности технологических систем уборки зерновых культур (на примере регионов Южного Урала и Северного Казахстана СНГ): дисс. ... докт. техн. наук. Оренбург, 2006. 271 с.
4. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Поздеев Е.А. Биологи-зация земледелия в ресурсосберегающих технологиях возделывания зерновых культур // Международный научно-исследовательский журнал (International Researeh Journal):1143. 4.2, Екатеринбург. 2016. С. 44-46.
5. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Поздеев Е.А. Агротехническая оценка работы измельчителей-разбрасывателей соломы комбайнов при уборке зерновых культур прямым комбай-нированием // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 2 (58). С. 55—58.
6. Ловчиков А.П.,Ловчиков В.П., Иксанов Ш.С. Теоретический аспект технологического процесса прямого комбайнирова-ния зерновых культур с двойным срезом стеблей // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 3 (53). С. 92-95.
7. Снижение потерь и механических повреждений зерна при уборке урожая / А.И. Завражнов, М.М. Константинов, А.П. Ловчиков [и др.]: методич. рекомендации. Мичуринск: МГАУ, 2012. 82 с.
8. Ловчиков А.П. Формирование уборочно-транспортных комплексов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2003. № 10. С. 7-9.
9. Ловчиков А.П. Повышение качества зерна и эффективности использования комбайнов в условиях Южного Урала. Челябинск: РЕКПОЛ, 2002. 144 с.
10. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Гриднева И.И. Снижение травмирования зерна в период уборки урожая // Хранение и переработка сельхозсырья. 2002. № 12. С. 35—38.
11. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П. Механическое травмирование зерна и выход продукции помола // Хранение и переработка сельхозсырья. 2003. № 3. С. 55-57.
12. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П. Влияние механических микроповреждений зерна колосовых культур на выход продукции при помоле: учеб. пособие. Челябинск: ЮжноУральский ГАУ, 1999. 61 с.
13. Рахимов Х.Р. Газовая и волновая динамика. М.: Московский университет. 1983. 200 с.
Определение угла установки лопаток рассеивающего диска
Е.В. Припоров, к.т.н., ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ
Учёными Кубанского ГАУ разработана конструкция центробежного аппарата с подачей материала вдоль лопаток, что исключает отражение частиц и повышает качество поверхностного распределения удобрений [1, 2].
Важный параметр центробежного аппарата, от которого зависит качество рассева удобрений, — угол установки лопаток. На величину этого угла оказывает определяющее влияние коэффициент трения частиц по поверхности лопатки. В зависимости от угла установки лопаток выбирается место подачи на рассеивающий диск. Выбор оптимального места подачи на диск обеспечивает необходимую зону рассева и исключается заброс за корпус машины. Выбор необходимого места подачи — главная проблема во время настройки центробежного аппарата. Изменение коэффициента трения требует корректировки угла установки лопаток и изменения места подачи на рассеивающий диск. Эти работы при отсутствии необходимых приборов проводятся интуитивно и вызывают увеличение времени настройки и повышение расхода минеральных удобрений.
М.И. Васильковский и В.М. Хроликов установили, что коэффициент трения определяется методами, предназначенными для испытания несыпучих тел [3]. Эти методы вносят погрешность в определяемую величину из-за того, что не
учитывают сыпучесть удобрений. На коэффициент трения в процессе вращения рассеивающего диска влияют состояние поверхности и другие факторы, которые невозможно учесть в процессе проведения исследований в стационарных условиях.
Цель настоящей работы — проведение сравнительной оценки точности и достоверности значений коэффициента трения при его определении в процессе работы центробежного аппарата.
Материал и методы исследования. Известен способ определения коэффициента трения скольжения по величине угла установки лопаток к радиусу в процессе работы центробежного аппарата [4]. Для определения коэффициента трения используется прибор, включающий плоский рассеивающий диск с лопатками, консольно закреплённую ловушку с 10 ячейками и коническую воронку для подачи материала. Место установки ловушки задаётся расстоянием от центра диска до центральной перегородки ловушки, равным 0,85 от продольной оси агрегата. Место установки воронки задаётся расстоянием 0,45 от центра диска и углом 72° по направлению вращения диска от места установки воронки до продольной оси агрегата [4].
На начальном этапе исследования лопатки устанавливают радиально с углом, равным а^=0. Этому значению угла установки лопаток соответствует коэффициент трения /=0,5. Засыпают исследуемый материал в воронку и включают установку. Определяют массу материала в первых
