CC BY
0
Проведенные для сравнения эксперименты при использовании тех же режимов и среды СО2, но титанового и никелевого анодов, показали, что с ростом энергии разряда возрастает гомогенность твердых растворов и фаз внедрения.
Заключение. Следовательно, как вытекает из определенных в работе особенностей образования фазового состава покрытия и переходной зоны между покрытием и основным металлом, локализации и распределения атомов в диффузионной зоне, а также механических характеристик, применение исходных многокомпонентных покрытий и использование жидких и газообразных сред с высоким содержанием углерода в сочетании с угольным анодом в процессе электроискрового легирования металлов позволяет придавать приповерхностным слоям титана и никеля новые свойства, обеспечивающие необходимые эксплуатационные характеристики.
Библиографический список
1. Тышкевич, В. М. Особенности формирования многокомпонентных покрытий на титановом сплаве ВТ-20 при электроискровом легировании / В. М. Тышкевич, Д. С. Герцрикен, В. М. Фальченко, А. И. Янович II Вютник Черкаського Дер-жуыверситету. - 1999. - №9. - С. 16-23. - (Сер. фю.-мат.).
2. Арсенюк, В. В. Вплив електроюкровоТ обробки на фазовий склад мол1бденових покритпв на стал1 20 / В. В. Арсенюк, Д. С. Герцрикен, В. Ф. Мазанко [и др.] II Металознавство та обробка металов. - 2002. - №4. - С. 3-8.
3. Мазанко, В. Ф. Вплив газового середовища на формування покривю на залЫ за електроюкрового легування / В. Ф. Мазанко, G. В. 1ващенко, С. П. Ворона, К. М. Храновська II Фшко-хЫчна механ!ка матерев. - 2008. -№44(2).-С. 117-119.
4. Герцрикен, Д. С. Взаимодействие железа с газами воздуха под действием искровых разрядов / Д. С. Герцрикен, В. Ф. Мазанко, Чао Шенжу [и др.] II Взаимодействие излучений с твердым телом : мат. 8-й Международной конференции. - 2009, 23-25 сент. - Минск: Издательский центр БГУ, 2009. - С. 24-26.
5. Герцрикен, Д. С. Взаимодействие меди с газами воздуха под действием искровых разрядов / Д. С. Герцрикен, В. Ф. Мазанко, Чао Шенжу [и др.] II Взаимодействие излучений с твердым телом : мат. 8-й Международной конференции. - 2009, 23-25 сент,- Минск: Издательский центр БГУ, 2009. - С. 27-29.
6. Герцрикен, Д. С. Взаимодействие никеля и молибдена с газами воздуха под действием искровых разрядов / Д. С. Герцрикен, В. Ф. Мазанко, Чао Шенжу [и др.] II Актуальные проблемы прочности : мат. 50 Международного симпозиума. - 2010, 27 сент. - 1 окт. - Витебск: Издательский центр Института технической акустики HAH Беларуси, 2010. -4.2.-С. 164-167.
7. Верхотуров, А. Д. Технология ЭИЛ металлических поверхностей. - Киев: Техника, 1982. -181 с.
8. Храновська, К. М. Масоперенесення, структуры! та фазов1 змЫи у залЫ та м!д! при Тх легуванн! за умов температур-них граденпв.: автореф. дис. ...канд. техн. наук / Храновська Катерина МиколаТвна. - КиТв : 1нституту металофшки ¡м. Г.В. Курдюмова HAH Украши, 2009. - 21 с.
9. Коваль, Ю. Н. Кристаллическая структура металлов и сплавов / Ю. Н. Коваль, О. М. Барабаш. - Киев : Наукова Думка, 1986.-599 с.
УДК 631.358.459(088.8)
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СЕПАРИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРУТКОВЫХ ЭЛЕВАТОРОВ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН ЗА СЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО
РАЗРУШЕНИЯ КЛУБНЕНОСНОГО ПЛАСТА
Воронков Владимир Витальевич, ст. преподаватель кафедры «Тракторы и сельскохозяйственные машины», ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д.К. Беляева.
153022, г. Иваново, ул. Ташкентская, д. 77.
E-mail: [email protected]
Ключевые слова: прутковый, элеватор, сепарация, почва, битер, фартук, траектория.
Цель исследования - повышение сепарирующей способности прутковых элеваторов картофелеуборочных машин за счет предварительного разрушения клубненосного пласта. Для этого необходимо интенсифицировать процесс сепарации почвы прутковыми элеваторами уборочных машин. Поставленную задачу можно решить путем разрушения почвенных комков, находящихся в клубненосном пласте, до сепарируемых размеров. Прутковый элеватор вследствие недостаточной площади активной зоны полностью решить эту проблему не способен. В связи с этим в статье рассматривается использование дополнительных устройств, служащих для деформации клубненосного пласта на стадии его схода с рабочих органов подкапывающих секций картофелеуборочных машин. Наиболее оптимальным способом разрушения почвенных комков является динамическое воздействие на них со стороны рабочих органов таких устройств. Предложена конструкция активного битера с гибкими прутками, на которые посажены шарообразные ударники, имеющие эластичную поверхность. Это позволяет обеспечить процесс разрушения почвенных комков с наименьшими усилиями и деформациями, что минимизирует повреждаемость клубней
картофеля. Для обеспечения максимальной площади рабочей поверхности пруткового элеватора обосновывается графо-аналитическим методом место установки прорезиненного фартука, служащего для гашения кинетической энергии элементов клубненосного пласта, отбрасываемых активным битером.
Себестоимость клубней при комбайновом способе уборки во многом зависит от степени засоренности картофельного вороха почвенными частицами, большое наличие которых увеличивает транспортные издержки, а также затраты на послеуборочную обработку урожая [1]. Анализ работы существующих конструкций картофелеуборочных комбайнов отечественного производства показывает, что при их эксплуатации даже на почвах средней связности в бункер машин поступает до 14,1% почвенных примесей [2]. В связи с этим увеличивается необходимое количество транспортных средств для доставки картофельного вороха от комбайнов к пункту доработки, снижается производительность картофелесортировок, а также уменьшается толщина плодородного слоя почвы.
Цель исследования - повышение сепарирующей способности прутковых элеваторов картофелеуборочных машин за счет предварительного разрушения клубненосного пласта.
Задачи исследований - создание конструкции устройства для эффективного динамического воздействия на клубненосный пласт в момент схода его с лемехов и теоретическое обоснование местоположения фартука-гасителя кинетической энергии частиц, отбрасываемых битером.
Материалы и методы исследований. Современные картофелеуборочные машины работают по принципу подкапывания клубненосного пласта и частичного его разрушения с помощью плоских и криволинейных лемехов с последующим выделением клубней картофеля из общей массы на сепараторах, пальчиковых горках и т.п. В настоящее время в большинстве конструкций отечественных и зарубежных картофелекопателей и картофелеуборочных комбайнов прутковый элеватор остается наиболее распространенным сепаратором почвы [3].
Существенным минусом пруткового элеватора является недостаточная площадь активной зоны, где происходит дополнительное разрушение клубненосного пласта. Эта зона находится только в непосредственной близости от пассивного или активного встряхивателей. В результате остаются неразрушенными достаточно большое количество почвенных комков диаметром свыше 25 мм, что снижает эффективность работы сепарирующего устройства [4].
Разрушение оставшихся комков до сепарируемых размеров (0-25 мм), когда основная масса почвы отсеяна, сопровождается повреждениями клубней. Это объясняется тем, что действие сил сепарирующих органов на разделяемую массу передается как почвенным комкам, так и клубням картофеля. В результате комки разрушаются, а клубни получают механические повреждения [5].
Очевидно, что для обеспечения наилучших условий разрушения комков и исключения повреждения клубней надо стремиться к тому, чтобы характер нагружения и вид деформации комка были такими, при которых разрушение происходило бы с наименьшими усилиями и деформациями.
При статическом нагружении допустимой нагрузкой на клубень, которую он выдерживает без повреждений, является усилие 150-250 Н, тогда как почвенные комки выдерживают значительно большую нагрузку. При ударном (динамическом) нагружении допустимой скоростью соударения клубней с металлической поверхностью является скорость 2,2 м/с, при которой разрушается всего 8-13% комков. И все же способ динамического нагружения при разрушении комков более эффективен и имеет преимущественное применение на картофелеуборочных машинах [6].
Наиболее перспективным рабочим органом для разрушения почвенного пласта без повреждения клубней является битер, динамически воздействующий на пласт в момент схода его с лемехов.
Установлено, что повреждаемость клубней возрастает с увеличением окружной скорости лопастей битера, но до скорости II = 6,5 м/с рост поврежденных клубней незначителен и составляет 1,5-3,0% от общей массы [7]. Такая окружная скорость неприемлема ни для одного известного комкоразрушающего рабочего органа картофелеуборочных машин. Это отчасти объясняется тем, что клубни составляют всего 2-3% в подкапываемом пласте.
С точки зрения минимизации повреждаемости клубней заслуживает внимания прутковый двухрядный битер, у которого прутки второго ряда препятствуют просеиванию мелкой почвы сквозь живое сечение битера, благодаря чему заметно возрастает защитная роль почвы. Однако жесткий металлический пруток не позволяет полностью исключить травмирования клубней, что особенно важно при уборке семенных участков.
На кафедре ТСХМ Ивановской ГСХА разработано комкоразрушающее устройство, конструкция которого представлена на рисунке 1. Основу битера составляет трубчатый вал 1, имеющий цапфы 2 и 3, служащие для крепления вала с помощью подшипниковых узлов 5 к боковым продольным балкам рамы картофелеуборочной машины. На левой (по ходу движения) цапфе с помощью шпоночного соединения посажена ступица приводной звездочки 12.
К валу битера приварены три диска 15, крайние из которых имеют ребра жесткости 16. Диаметр дисков составляет 240 мм, а их толщина - 10 мм.
Каждый из дисков имеет двенадцать сквозных отверстий. Центры наружных отверстий расположены по окружности диаметром 0180 мм через угол 60°, а центры внутренних отверстий - по окружности 0120 мм. Отверстия левого диска с внешней стороны рассверлены под конус с целью фиксации узла троса 11 посредством воронкообразной втулки 18. Средний диск имеет отверстия 025 мм, в которые вставлены втулки 19, предохраняющие диск от износа при работе битера.
В качестве троса был выбран канат 12,0 - ГЛ-В-Л-0-Н-180 ГОСТ 2688-89. К правому (по ходу движения) концу троса припаян резьбовой наконечник 20, служащий для натяжения троса посредством гайки и контргайки 21.
Рис. 1. Схема битера с эластичными прутками: 1 - труба вала; 2,3- цапфы; 4 - подшипник; 5 - корпус подшипника; 6 - крышка сквозная; 7 - крышка глухая; 8 - болт; 9 - кольцо стопорное; 10-уплотнение; 11 -шпонка; 12-звездочка; 13-шайба; 14-болт; 15 -диск; 16-ребро жесткости; 17-канат;
18 - втулка воронкообразная; 19 - втулка защитная; 20 - наконечник резьбовой; 21 - контргайка; 22 - втулка;
23 - бандаж резиновый сферического ударника
К валу битера приварены три диска 15, крайние из которых имеют ребра жесткости 16. Диаметр дисков составляет 240 мм, а их толщина - 10 мм.
Каждый из дисков имеет двенадцать сквозных отверстий. Центры наружных отверстий расположены по окружности диаметром 0180 мм через угол 60°, а центры внутренних отверстий - по окружности 0120 мм. Отверстия левого диска с внешней стороны рассверлены под конус с целью фиксации узла троса 11 посредством воронкообразной втулки 18. Средний диск имеет отверстия 025 мм, в которые вставлены втулки 19, предохраняющие диск от износа при работе битера.
В качестве троса был выбран канат 12,0-ГЛ-В-Л-0-Н-180 ГОСТ 2688-89. К правому (по ходу движения) концу троса припаян резьбовой наконечник 20, служащий для натяжения троса посредством гайки и контргайки 21.
На каждом из тросов свободно надеты двенадцать сферических ударников, состоящих из втулок 22, на которые напекается слой износостойкой резины 23. Предложенная конструкция битера за счет упругой подвески ударников и их эластичной поверхности практически исключает повреждение клубней картофеля и улучшает деформирующие свойства устройства. Последнее обусловлено упругими колебаниями тросов битера, возникающими за счет циклического воздействия ударников на почвенный пласт.
Битер, вращаясь, сферическими ударниками наносит удары снизу по наиболее плотной части пласта, структура которого еще мало нарушена. Благодаря этому битер хорошо разрыхляет подкопанный лемехами пласт и отделяет клубни от столонов. Клубни, камни и встречающиеся в гребне инородные тела выталкиваются ударниками битера на поверхность пласта, что значительно облегчает отделение почвы на элеваторе.
Важным фактором эффективного использования пруткового элеватора является максимальное использование площади его рабочей поверхности. Поэтому для ориентации подачи разрушенного клубненосного пласта на начало полотна элеватора предусмотрен прорезиненный фартук, снижающий скорость полета массы, выбрасываемой битером.
Результаты исследований. В процессе работы любая крайняя точка поверхности битера участвует в двух движениях: относительном (вращаясь относительно оси вала) и переносном (перемещаясь совместно с машиной). Складывая эти два перемещения мы получаем траекторию абсолютного движения крайних точек ударников, которая представляет из себя удлиненную циклоиду (трохоиду).
Для определения точки начала взаимодействия элементов битера с нижними слоями клубненосного пласта (рис. 2) продолжим до пересечения с трохоидой линии рабочей поверхности плоского лемеха (тчк. А). По касательной к траектории абсолютного движения крайних точек ударников битера (под углом /Зт=68° к горизонту) в направлении вектора абсолютной скорости Уа начинают двигаться элементы пласта: клубни, камни, почвенные комки, растительные остатки. Величину абсолютной скорости ударников битера можно определить из выражения:
Уа=и+Чм. (1)
Угол ¡Зт имеет место лишь в том случае, когда исследуют взаимодействие ударников с элементарным почвенным комком или единичным клубнем.
Вследствие того, что подкопанный пласт имеет связность и определенную толщину, при ударе происходит расслоение почвы: нижние слои движутся с большей скоростью, чем верхние. В результате вектор абсолютной скорости полета частиц уменьшает свой угол к горизонтали почти вдвое, т.е. Следова-
тельно, изменяется местоположение точки Аа начала отрыва частиц от элементов битера.
После взаимодействия ударников с почвенным пластом масса по параболической траектории движется в пространстве до тех пор, пока не коснется поверхности прорезиненного фартука. Уравнение траектории движения частиц имеет следующий вид:
, (2)
2Уа • соэР.
где х - текущее значение перемещения частицы по оси абсцисс, м; д - ускорение свободного падения, м/с2.
Подставив в формулу (2) значение х, = 0,025 м получим ординату точки 1*.
9 810 0252
У, = 0,025 • 1а34--?—^-= 0,0065ж
1 2- 7,4- соз34
Для построения траектории движения частиц задаемся еще несколькими значениями х и полученные значения у; заносим в таблицу 1.
Таблица 1
Координаты траектории полета частиц пласта, м
Xi 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 0,250
V 0,0065 0,0130 0,0185 0,0240 0,0290 0,0330 0,0370 0,0410 0,0450 0,0475
Xi 0,275 0,300 0,325 0,350 0,375 0,400 0,425 0,450 0,475 0,500
Vi 0,050 0,0520 0,0535 0,0550 0,0560 0,0565 0,0570 0,0565 0,0560 0,0550
Исходя из полученной траектории полета частиц и зная межосевое расстояние L между центрами вращения битера и ведомых поддерживающих звездочек пруткового элеватора из компоновочной схемы картофелеуборочного комбайна конструктивно выбираем: расстояние / (расстояние по горизонтали между центром вращения битера и рабочей плоскостью прорезиненного фартука) равное 0,12 м; расстояние h (расстояние по вертикали между центром вращения битера и нижним краем фартука) равное 0,1 м.
Выбранные расстояния справедливы только в нерабочем состоянии уборочной машины. При выполнении технологического процесса отброшенная битером почва отклоняет фартук назад по ходу движения агрегата. Для обеспечения подачи клубней и почвенных комков на начало элеватора с целью уменьшения его длины и, следовательно, металлоемкости машины допускаемый угол отклонения yw не должен
превышать 30°. Данное условие можно обеспечить регулированием массы металлической пластины, закрепленной в нижней части фартука. Как видно из расчетной схемы на рисунке 2, даже при максимально возможном угле отклонения фартука, частицы пласта будут ударяться о его поверхность, не нарушая выбранный режим работы.
Заключение. Предложенная конструкция битера с эластичными прутками позволит интенсифицировать процесс сепарации почвы на основном элеваторе картофелеуборочных машин, за счет лучшей деформации клубненосного пласта вследствие возникающих вертикальных колебаний сферических ударников. Кроме того, будет наблюдаться минимальное динамическое воздействие рабочих органов битера на клубни картофеля, что обеспечит их хорошую сохранность.
Полученная траектория свободного полета элементов клубненосного пласта даёт возможность оптимизировать место установки фартука-гасителя.
Библиографический список
1. Туболев, С. С. Машинные технологии и техника для производства картофеля / С. С. Туболев, С. И. Шеломенцев, К. А. Пшеченков [и др.]; под общ. ред. Н. Н. Колчина. - М.: Агроспас, 2010. - 316 с.: ил.
2. Колчин, Н. Н. Комплексы машин и оборудования для послеуборочной обработки картофеля и овощей. - М.: Машиностроение, 1982. -268 с.: ил.
3. Туболев, С. С. Отечественному картофелеводству нужны современные механизированные технологии и машины II Картофель и овощи. - 2006. - №6. - С. 3-5.
4. Прямов, В. В. Эффективность уборки картофеля и овощей машинами различных типов / В. В. Прямов, К. А. Пшеченков, С. В. Мальцев, Н. Н. Колчин II Картофель и овощи. - 2012. - №4. - С. 3-5.
5. Туболев, С. С. Применение машинных технологий производства картофеля в России / С. С. Туболев, К. А. Пшеченков, Н. Н. Колчин II Картофель и овощи. - 2007. - №5. - С. 3-6.
6. Алесенко, В. М. К определению линейной скорости сепарирующего элеватора, расположенного за лопастным битером II Механизация и электрификация сельского хозяйства : Республиканский межведомственный тематический научно-технический сборник. - Минск: Урожай, 1970. - Вып. 8. - С. 144-149.
7. Солодухин, А. П. Исследование эффективности применения удара для разрушения картофельной грядки II Тр. ЦНИИМЭСХ НЗ СССР. - 1964. - Т. 3. - С. 56-67.
