CC BY
14
_сельскохозяйственные науки_
Разработка схемы и определение режимов работы мини-измельчителя Каримов Р. Р.1, Абдуллаев И. Э.2
'Каримов Рустам Рузимахматович /Каптоу Rustam Ruzimakhmatovich - доцент, кафедра транспортных сооружений и автомобильных дорог;
2Абдуллаев Илхом Эшкурбанович /АЪ^Иаву ПШот Eshkurbanovich - старший преподаватель, кафедра химической технологии, технический факультет, Термезский государственый университет, г. Термез, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье приведены результаты теоретические и экспериментальные исследовании мини-измельчителя в процессе резания, т.е. изучены скорость, усилия, работы и мощность резания грубых кормов
Ключевые слова: грубые корма, качество измельчения, измельчитель, конусообразный рабочий орган, ротор, нож, лезвия, стебель, резание, угол наклона, коэффициент трения стебля по лезвию, скорость, усилия, работа и мощность резания.
УДК 631.363.22
Животноводство в Узбекистане является одной из важных отраслей сельского хозяйства. Поэтому Правительством Республики большое внимание уделено развитию животноводства по государственной программе развития животноводства, основой которой является создание малых животноводческих фермерских и дехканских хозяйств с небольшим количеством животных. Сейчас в Республике существует большинство хозяйств с небольшим количеством крупного рогатого скота. В них, в основном, используются грубые корма.
Развитие малых животноводческих фермерских и дехканских хозяйств тесно связано с приготовлением качественного корма при меньших материальных затратах. Практика таких хозяйств показала, что неудовлетворительная обработка стеблей грубых кормов кормоприготовительными машинами приводит к снижению качества полученного корма и соответственно к увеличению его потерь ( до 30 %).
Существенное снижение эксплуатационных затрат и повышение качества приготовления корма из грубых стеблей кормовых культур возможно при совмещении операций измельчения и резания в кормоприготовительных машинах, т.к. измельчение и срезание растений ведет к улучшению их кормовых качеств, уменьшению потерь и экономии материальных средств [1].
Поэтому исследования направленны на разработку схемы и определение угла наклона лезвия ножа конусообразного рабочего органа мини-измелъчителя для грубых кормов (рис.1), а также изучение скорости, усилия, работы и мощности резания стеблей.
Измельчитель состоит из подающего лотка (1), кожуха (2), ротора (3) с дисками для закрепления ножей (4). К ножам устанавливаются грузики (5) для обеспечения балансирования ротора. Измельчитель имеет подставку (6), а также приведены схемы процесса резания стебля.
С целью обеспечения качественной работы измельчителя без вибрации необходимо определить некоторые параметры его рабочих органов.
При этом расчёты по определению периметров конусообразного рабочего органа мини-измельчителя приводились с использованием основных положений теоретической анализа [2,3].
Так как рабочий орган мини-измельчитель является конусообразным, тогда его диаметр будет определятся исходя из следующего соотношения
^ < < < ... < ^ , (1)
где , , ^3 - диаметры рабочего органа, измеренные по конечной части
ножа, вращающегося с балансировочными грузами, мм.
Для предотвращения дисбаланса рабочего органа должно соблюдаться условие
т > т2 > т3 > ... > т , (2)
где тз - массы грузов, балансирующих нож, г .
Рис. 1. Схема мини-измельчителя для грубых кормов: 1-лоток; 2-кожух; 3-вал с дисковым ротором; 4-нож; 5-грузок; 6-подставке; 7-ротор; 8-стебель
Как известно, скорость резания ножа, а следовательно и мощность, можно значительно уменьшить, обеспечив скользящее резание в момент срезания стеблей грубых кормов [4].
Поскольку скольжение стебля по лезвию в момент перерезания в значительной степени обусловливается углом (о,,) наклона стебля относительно лезвия ножа, который обеспечивается с помощью подающего лотка мини-измельчителя при подаче стеблей к ножам.
На стебель воздействуют центробежная сила
_ _ тУ2
Р _-, (3)
К )
где т-масса срезаемой части стебля, приведенная к плоскости среза, г;
У-окружная скорость стебля в плоскости среза, м/с;
расстояние от оси стебля до оси вращения рабочего органа, мм;
Используя теорему косинусов, находим
R =
/У2
п 2 d cm 2 r>7 r>
Rp + cos ап - Rp dcm COS an cos pH, (4)
где Кр - радиус ротора, мм; - диаметр стебля, мм; (Зн -угол наклона лезвия ножа, град.
p ^ ^ V ^ ^ 5 ' cm
Так и находим радиус ротора
Rp = 0,5 • Д - /
^ ^ 1ы,, (5)
где 1Н - I - той длина ножа, мм.
1 I
После подстановки (4) к формулу (3) получим
тУ2
Р = ■
d2
К cos2 an - Rpdcm cos an cos (5H
Итак, сила инерции
Т = ma, (7)
где а - окружная составляющая ускорения стебля в плоскости среза, м/Сz По принятому допущению
V
а• (8)
где At- время, за которое стебель приобретает скорость Vво время среза, с.
77
(6)
При этом скольжению стебля по лезвию ножа препятствует сила трения
Е = N, (9)
где / - коэффициент трения стебля по лезвию; N - нормальное давление стебля на лезвие, н .
Так как при больших окружных скоростях ножа отгиб стебля невелик, его упругое сопротивление также незначительно, и мы его учитывать не будем.
Тогда, согласно выше приведенному допущению, определим условие скольжения стебля вдоль лезвия ножа. При этом сумма проекций всех сил, осуществляющих перерезание стеблей, должна быть больше силы трения. Для лезвия с наклоном назад это условие описывается неравенством
тУ . _ 2тУ -sin рн +
А 2 + ЛСт2 ап - Ш^т ап cos Рн
>
(
(10)
Г
т¥ п 2тУ -cos рн —. ==
А \4Rp2 + й2ст ап - 4Rpdcm ^ап ^Рн
После преобразований получим
1 йст 2 ап - Rpdcm COSаn ^ РН + Rp ' - А У'С& (РН - Р) < 0
Обозначаем хр А tV как перемещение стебля в процессе резания. Тогда, решая неравенство (11) относительно Р , получим:
(11)
Рн < р- агс^ -
й„„2 cosап -4Rpdcm cosРн cosап + 4Rp2
2 х
(12)
На основании проведенных экспериментальных исследований (рис. 2), что с увеличением скорость резания от 15 м/с до 19 м/с и диаметра стеблей от 4 мм до 16 мм при постоянной скорость подачи стеблей [5], усилия резания уменьшается гиперболическим видам от 89,4 Н до 82,5 Н, также работа резания увеличивается прямолинейным видам по скоростью резанию от 4,79 Н.м до 5,93 Н.м и по диаметра стеблей от 5,14 №м до 6,10 №м.
Это объясняется тем, что пересечениях кривых определяют оптимальных значениях параметров, т.е. скорость резания 16,6 м/с, диаметра стеблей 7.. .10 мм, усилия резания 85,2 Н и работа 5,25 №м.
90 т 6.10
88 .. 5.75
84 -- 5.05
82 -I- 4.75
1
( > ^г \
И 1 1 Рс?=1Ю
18 м/с 19
13 мм 16
Рис.2 .Изменение усилия Р и работа А резания в зависимости от окружной скорости У0 резания
и диаметра й стеблей
Также, работа резания ножа зависит от геометрии режущей кромки т.е. толщины угла заточки и остроты лезвия ножа. Результаты исследования определены путем тензометрирования (таблица).
Таблица 1. Зависимость работы резания ножа от его геометрии
Параметры Работа резания, мм
Толщина ножа, мм. 2,69* 2 3,03 3 3,27 4 3,52 5 4,27 6
Угол заточки ножа, град. 5,54 11 6,02 13 6,31 15 6,61 17 6,84 19
Острота лезвия ножа, мкм. 6,75 25 7,11 75 8,50 125 8,11 175 8,97 225
*Примечание: в числителе - работа резания; в знаменателе - геометрия ножа
Из таблицы видно, что с увеличением толщины ножа от 2 мм до 6 мм, угла заточки ножа от 110 до 190 и остроты лезвия ножа от 25 мкм до 225 мкм увеличивается работа резания соответственно на 63,0%, 81,0% и 75,3%.
Итак, с увеличением значения параметров ножа увеличивается работа резания в среднем 73,1%.
Результаты исследований по определению потребляемой мощности мини-измельчителя на срез стебля в зависимости от длины ножа приведены на рис.3, что с увеличением длины ножа от 80 мм до 120 мм уменьшает потребляемую мощность на 11,3%, т.е. кривая зависимости их имеет гиперболический вид. Также, с увеличением угла наклона лезвия ножа от 220 до 540 увеличивается потреблямая мощность на 3,9%, т.е. зависимость их имеет линейный характер.
1.90
N
ч\ .........теоритический _эксперимент
1л \ч
у-,. ^■""ГГ-*-"" г
......... \Рн
90 100 1и _
110 ММ 120
30 38
Аг-
Рис. 3. Зависимость потребляемой N мощности мини-измельчителя по длине I
ф
ножа и угла наклона лезвия
Итак, на основании выражений (5) и (12) теоретические данные сравнены с экспериментальным, и разница между ними не превышает 5 %.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
- определена зависимость угла наклона лезвия ножа (ф ) от различных факторов процесса резания стеблей, т.е. при расчеты: Кр _ 130...190мм, _ 0,5...2мм, ап _ 0...200, (_ 24...300, ёст _ 4 ...16мм иф _ 0...480;
- при окружной скорости до 18,8 м/с наблюдается заметное уменьшение усилия резания, а дальнейшее увеличение ее приводит к сглаживанию разности усилия;
79
- с увеличением окружной скорости резания при постоянной скорости подачи стеблей активность
режущей кромки ножа, а скользящее действие режущей кромки увеличивается, т.е. общая работа,
расходуемая на срез, уменьшается за счет увеличения времени среза в пределах 1,7.4,7 -10 3 с , а
оптимальная скорость резания ножа равна 17.19 м/с .
Литература
1. Каршиев Ф. У. Обоснование параметров рабочих органов мини дробилки-измельчителя грубых кармов: Автореферат дисс.... кант. техн. наук. Ташкент, 2007, 22 с.
2. Каримов Р. Р., Тураев Б. Б., Тулаганов А. А., Авазов Д. Ж. Определение усилия резания стебельчатых кормов. // «Проблемы механики». Журнал, Ташкент, № 4, 2010, С. 42 - 44.
3. Каримов Р. Р., Холмуродов М. Х., Тошпулатов Т. М., Авазов Ж. Д. Исследование угла наклона лезвия ножа рабочего органа мини-измельчителя для грубых кормов. // «Доклады академии наук Республики Узбекистан». Журнал, Ташкент, № 5, 2011,стр.51 - 53.
4. Каримов Р. Р., Иманов Б. Б., Каримов Ё. З., Абулов М. Р. К исследованию конусообразного рабочего органа мини-измельчителя грубых кормов. // «Вестник ТашГТУ». Журнал, № 3, 2013, С. 123 - 126.
5. Каримов Р. Р., Иманов Б. Б., Каримов Ё. З., Чориев Г. Н. Разработки схемы и определения угла наклона лезвия ножа конусообразного рабочего органа мини измельчителя. // Сборник материалов международной научно-технической конференции на тему: «Современные материалы, техника и технологии в машиностроении», 19 - 20 апреля 2014 года, Андижанский машиностроительный институт, Андижан, С. 247 - 250.
