CC BY
27
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 635.65:631.3
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИРАЩЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОБМОЛАЧИВАЕМОГО МАТЕРИАЛА В ЗАЗОРЕ МЕЖДУ ВАЛЬЦАМИ
THE THRESHED MATERIAL IN A CLEARANCE BETWEEN BENDINGS MOVEMENT SPEED INCREMENT THEORETICAL DEFINITION
A.H. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ю.А. Дугин, кандидат технических наук, ст. преподаватель
ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
A.N. Tseplyaev, Y.A. Dugin
Volgograd state agricultural academy
Рассмотрено влияние изменения скорости перемещения слоев и одновременного протаскивания обмолачиваемого материала в зазоре между первой парой вальцов от уплотнения.
Threshed material dragging in a clearance between the bendings first pair form compaction was consideret.
Ключевые слова: нут, валец, винтовая линия, зазор, смещение слоев.
Key words: chick-pea, roller, spiral, gap, displacement strata.
Наиболее ответственным этапом при возделывании зернобобовых культур является уборка. На ее выполнение приходится до половины общих затрат от проведения всех операций. Объясняется это технологическими свойствами растений, в первую очередь, переплетением стеблей, неравномерностью созревания стручков, большой влажностью обмолачиваемой массы. Обычные молотильные устройства, работающие по принципу барабан - дека, мало приспособлены для обмолота зернобобовых культур. Их применение сопровождается большими и неоправданными затратами энергии, а также существенным повреждением самих бобов.
Для достижения оптимальных показателей при обмолоте нута необходимо использовать рабочий орган, воздействующий только на оболочку боба и разрушающий ее за счет деформации сжатия и сдвига. Такой принцип действия позволяет обеспечить выполнение всех технологических требований, учитываемых при разработке молотильного аппарата для обмолота зернобобовых культур.
В качестве рабочего органа в нем используются обрезиненные обмолачивающие вальцы, способствующие снижению травмирования семян до минимума при сохранении высокой полноты отделения.
Установка включает раму 1 (рисунок 1), верхнюю 2 и нижнюю 3 пары обрезиненных вальцов, которые через клиноременную передачу, промежуточный вал 5 приводятся от электродвигателя 4. На валу установлен вариатор 6 для изменения частоты вращения обмолачивающих вальцов.
2
Рисунок 1 - Технологическая схема молотильного аппарата роторно-винтового типа 1 -рама; 2, 3 - верхняя и нижняя пара обмолачивающих вальцов; 4 - электродвигатель; 5 -
промежуточный вал; 6 - вариатор
Основой вальца является вал диаметром 25 мм. С одной его стороны приваривается диск, являющийся упором для жестких резиновых шайб с выступами. Наружная поверхность каждой такой шайбы выполнена в виде многоугольника. Последняя шайба поджимается гайкой через упорный диск.
Конструкция вальцов выполнена таким образом, что из-за смещения выступов шайб на поверхности образуется некоторая винтовая линия, направленная от середины к краям, за счет чего обеспечивается равномерное распределение обмолачиваемой массы по всей длине вальцов. При этом верхние слои обмолачиваемой массы перемещаются относительно нижних быстрее за счет большей окружной скорости верхнего вальца. Наиболее крупные бобы обмолачиваются первой парой вальцов, а оставшиеся -второй.
Роторно-винтовой молотильный аппарат работает следующим образом. Масса, поступающая на обмолот, направляется в зазор между первой парой вальцов, которые вращаются навстречу друг другу.
Первая пара вальцов первоначально уплотняет материал, затем за счет разницы скоростей вальцов обеспечивает перемещение одних слоев относительно других и распределение по длине вальца за счет установки рабочих элементов вальца по винтовым линиям.
Теоретическое описание процесса уплотнения материала вальцами и одновременного его протаскивания в зазоре можно провести с использованием гипотезы Престона, в которой рассматривается смещение слоев материала в упругих средах [1].
Принимаем некоторые начальные условия:
1. Уплотняемый слой растений нута обладает упругими свойствами.
2. Смещение слоев материала происходит по некоторой криволинейной поверхности.
3. Касательная к изменению скорости в начале координат направлена вертикально
вверх и угол между ней и осью X равен р=п/2.
4. Толщина уплотненного слоя остается постоянной и равна размеру зазора Д . Исходя из указанных условий:
, р V Б Ж
</Д/ =Иу тах ?
Мя
где с1ь! - элементарная величина изменения зазора для первой пары вальцов, м; /и3 - коэффициент пропорциональности, учитывающий приращение усилия, необходимого для протаскивания одних слоев относительно других, Н; Утах -максимальная скорость движения слоев материала, м/с; Si - площадь ;'-го сечения уплотняемого материала, м2; А-изменение времени, с; ру - удельное давление в данной точке, Н/м2.
Для определения приращения скорости движения материала в зазоре рассмотрим схему (рисунок 2).
Отсюда сила, необходимая для смещения слоев будет равна:
Р' =Р
с о
■А
(2)
где: Рд - максимальная сила, действующая в направлении перпендикулярном слою нута; /А - разность между коэффициентом трения поверхности вальца и обрабатываемым материалом и коэффициентом сцепления слоев.
Однако сила Р' при распределении в слоях обрабатываемого материала не будет иметь постоянного значения и зависит напрямую от закона изменения скорости движения слоев материала [2]. Дифференциальное уравнение закона изменения смещения слоев может быть записано в виде:
.Мн.
EJ
(3)
где: р - текущий угол между касательной к траектории изменения скорости и вертикальной осью, рад; Ма - крутящий момент, вызывающий смещение слоев, (Н-м); Е - модуль упругости, обрабатываемого материала, МПа; J - момент инерции поперечного сечения обрабатываемого материала, относительно оси вращения, перпендикулярной к плоскости вращения, м4.
Рисунок 2 - Схема к определению смещения слоев материала при упругой деформации В соответствии со схемой (рисунок 2) изменение угла в общем виде равно изменению текущего угла Д в криволинейной зависимости и определится:
Р = Р,=
Ро1оУ
к/_
1 -У. 21
где fЗi - текущий угол между осью координат и касательной к точке в г-ом сечении; 32 - осевой момент инерции
сечения, м
Считая, что каждому значению у и /? соответствует определенное смещение в системе координат ОХУ, запишем:
СІХ = СІ уъ ІІ1 /? ,
где с!х - элементарное приращение смещения слоя.
(5)
С учетом формул 1, 4, 5 после некоторых математических преобразований, получим интегральное выражение усилия в / - ом сечении слоя:
(
Р*1 о/д|
Л
1-
У
<1у
Р =
40
| зіп
( ^ Л
Р/о 1-^
2/п
V У
(6)
Лу
Для определения зависимости изменения скорости протаскивания слоев вернемся к выражению (1). Из него следует, что скорость протаскивания верхнего слоя будет равна:
V,
<Ж
л
Атах
(7)
Знаменатель представленного выражения - это ничто иное, как усилие,
возникающее в /-том сечении протаскиваемого слоя, т.е. Р =Р/, —— - изменение
Л
зазора между вальцами в единицу времени, а по существу это изменение текущей
V
й?А7 й? у „
координаты У при смещении слоев в единицу времени, т.к. --------= —— . Отсюда:
сН Л
Лу о , Г• Мз~сіі'^'1°Г1П
К.
( ^ л
РІ0 1-^
ю. 24,
V J
(8)
ы/а°1
Лу
Полученное выражение (8) позволяет определить приращение скорости движения обмолачиваемого материала в зазоре между вальцами, однако из-за своей сложности и громоздкости оно не может быть решено аналитическими методами и поэтому для его решения разработана программа в ТигЬо Разса1, с помощью которой получена теоретическая кривая изменения скорости в зависимости от усилия уплотнения (рисунок 3).
V, м/с
Р,Н
Рисунок 3 - Теоретическая кривая изменения скорости перемещения слоев в зависимости от уплотнения материала
Суммарное значение окружной скорости вращения верхнего вальца будет равно сумме значений окружной скорости нижнего вальца и максимального приращения скорости движения слоя материала, прилегающего к поверхности верхнего вальца, определенного из выражения (8) и в соответствии с рисунком 3.
Полученная зависимость может использоваться при разработке роторно-винтового молотильного аппарата для определения частоты вращения обмолачивающих вальцов. Экспериментальными исследованиями установлено, что максимально допустимое усилие сжатия не должно превышать 60 Н [3]. Отсюда следует, что скорость перемещения слоев в зазоре между вальцами должна быть не более 3 м/с.
Библиографический список
1. Долгов, И.А. Уборочные сельскохозяйственные машины (конструкция, теория, расчет) : 2-е изд., перераб. и доп. / И.А. Долгов. - Красноярск: КрасГАУ, 2005. - 724 с.
2. Артоболевский, И.И. Теория механизмов и машин / И.И. Артоболевский. - М.: Наука, 1975. - 340 с.
3. Цепляев, А.Н. Определение прочностных показателей семян нута применительно к механическому обмолоту / А.Н. Цепляев, Ю,А. Дугин // Вестник ВГСХА наука и высшее профессиональное образование. - Волгоград. -№ 1 (1).-2006.-С. 51-55.
E-mail: [email protected]
