Энергетические показатели шнеково-вальцового очистителя корнеплодов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Энергетические показатели шнеково-вальцового очистителя корнеплодов
В. М. Мартынов, д.т.н., Г. П. Юхин, д.т.н., профессор, А. А. Катков, к.т.н., А. М. Калимуллин, к.т.н., Башкирский ГАУ
В Башкирском ГАУ разработано универсальное и многофункциональное устройство, представляющее собой шнеково-вальцовый очиститель корнеплодов [1−4]. Его универсальность заключается в возможности обработки различных видов корнеплодов и клубней картофеля. Кроме того, очиститель может использоваться в составе комбайна [5, 6], а после демонтажа — в линии
подготовки кормов для сухой доочистки корнеклубнеплодов. Установленный под углом у к вертикали шнеково-вальцовый очиститель (рис. 1) позволяет не только очищать ворох корнеплодов от почвенных и растительных примесей, но и непрерывно принимать от выкапывающего рабочего органа и транспортировать корнеплоды с подъёмом на значительную высоту.
Работоспособность, качество работы и энергоёмкость данного устройства во многом определяются правильным подбором его конструктивных и
Рис. 1 — Общий вид шнеково-вальцового очистителя корнеплодов
кинематических параметров. Основные параметры шнеково-вальцового очистителя обусловлены его работоспособностью и качеством работы [7−11].
Цель исследования — определение мощности на привод работы шнеково-вальцового очистителя и оптимизация его параметров и режимов работы.
Материалы и методы исследования. Поставленные цели решались с помощью теоретических методов исследования.
Результаты исследования. Энергетический расчёт производили в полном соответствии с полученным законом движения компонента вороха корнеплодов в винтовом конвейере-очистителе [7−9]. За основу принят случай установившегося движения корнеплода между вальцами [10].
Мощность, затрачиваемую на транспортировку и очистку корнеплодов, представим в виде [7]:
Р = Р + Р2, (1)
где Р1 — мощность на привод шнека- Р2 — мощность на привод вальцов. Мощность Р1 определяется трением материала о виток и затратами на подъём материала и вычисляется по формуле:
Р1 = N со8а (/ю0 г + и), (2)
где N — суммарная нормальная реакция на витки шнека со стороны транспортируемого вороха корнеплодов-
а — угол подъёма винтовой линии шнека на радиусе г-
/1 — коэффициент трения скольжения корнеплода о поверхность винта шнека-
Рис. 2 — Схема действующих сил на корнеплод, находящийся между вальцами
и — скорость продольного перемещения материала, равная
и = ав • Ю0 = S • ю0
/(2п),
(3)
где ав = г • tgа = Б/(2л) — параметр винтового конвейера, м- S — шаг винта, м.
При нахождении компонентов вороха корнеплодов между вальцами (рис. 2) нормальная реакция на виток N вычисляется по формуле:
N? = [ • cosy + /2 • ((21 + N22)• аеЮо /и]
/(cosa- /1
sin a)
(4)
где О — загрузка шнека ворохом корнеплодов в смеси с почвенными примесями, Н- /2 — коэффициент трения скольжения корнеплода о поверхность вальца- Ы21, Ы22 — нормальные реакции со стороны вальцов, Н-
ив — относительная к вращающимся вальцам
скорость корнеплода, равная
4
ав Ю)2 + (Ю -фк Гк)2'-
(5)
N21 = G
где re — радиус вальцов, м- гк — радиус корнеплода, м- юв — угловая скорость вращения вальцов, рад/с- ф к — угловая скорость вращения компонента вороха корнеплодов при нахождении между вальцами, рад/с.
Реакции N21 и N22 определяются по формулам [11]:
(cos9 + fsin 9)[(cosa-/sin a) sin ysin ee — cosy (sin a + /?cosa)] -
ю0 — угловая скорость вращения шнека, рад/с- г — радиус, на котором располагается центр массы корнеплода относительно оси вращения шнека-
2 sin 8[cos8(l + /2'-2)(cosa- /?sin a) +
— sin y- cosee [((cos0- sin 9)(cosa- /?sin a)+/2 (sin a + /?cosa)] + /2/2 (sin a + /?cosa)]
N22 =
О • 8ш у • cose8 + М21 • [ • 9 • (ю8 — фкгк)/ц — cos9]
С089 + /2 • 8Н1 9 • (ГеЮе — фкГк)/ие
(7)
где 9 = ш^т[ + 8/2)/(ге + гк)]-
/'-= /2ае®0/ие —
/'-= /г (ге®е -фкГк)/ие —
ге — угол установки вальцов- 5 — зазор между вальцами, м. Для упрощения дальнейших расчётов примем угловую скорость компонента вороха фк равной нулю. В формулы (4), (6) и (7) необходимо положить в качестве О загрузку шнека ворохом корнеплодов в смеси с почвенными примесями, т. е.
О = g•Q•L/и, (8)
где 0 — производительность очистителя, кг/с- Ь — длина очистителя, м. Мощность на привод вальцов с учётом найденных значений Ы21 и Ы22 определяется по формуле:
2)/2 (е Ге)2 ЦК Ге) +(®0 ^). (9)
21 + N22)
н И
250 200 150 100 50 0
N

3

Ч1 N
, 2

Р2 = (
С учётом засорённости корнеплодов почвой и растительными остатками, возможного защемления и дробления корнеплодов и почвенных комков в зазорах между наружной кромкой витка шнека и внутренней поверхностью жёлоба, а также с учётом коэффициентов полезного действия трансмиссии потребная мощность для привода очистителя может быть найдена по формуле:
Рп = кп ко к3Р / Лг, (10)
где кп — коэффициент засорённости вороха корнеплодов почвой и растительными остатками, кп = 1,05−1,25, причём большее значение характерно для процесса уборки, а меньшее — для доочистки в составе кормоцеха- к0 — коэффициент, учитывающий защемление корнеплодов и дробление почвенных комков, к0= 1,1−1,3-
к3 = 1,1−1,25 — коэффициент запаса мощности, учитывающий возможность пуска конвейера-очистителя под нагрузкой- Г[Т — коэффициент полезного действия трансмиссии.
Заметим, что мощность на привод очистителя при одном и том же передаточном отношении между шнеком и вальцами не зависит от частоты их вращения. Это объясняется тем, что при постоянной производительности очистителя с увеличением частоты их вращения пропорционально снижается загрузка очистителя ворохом корнеплодов. Заметим также, что предпочтительным вариантом с точки зрения качества очистки корнеплодов и равномерного износа поверхности вальцов является равенство Ы21 = Ы22.
На рисунке 3 показаны зависимости составляющих мощности на очистку и транспортировку корнеплодов от угла наклона очистителя к гори-
0 5 10 15 20 25 30 35
Угол наклона очистителя, град.
Рис. 3 — График зависимости мощности от угла наклона очистителя к горизонту при Ы21 = Ы22: 1 — на привод шнека- 2 — на привод вальцов- 3 — на транспортировку и очистку корнеплодов
зонту. В расчёте приняты: 0 = 1,4 кг/с, Ь = 2,5 м-? =0,66 м- г =0,47 м- гв =0,05 м- гК =0,05 м- /1= У2= 0,9. Угол установки вальцов принят из условия Ы21 = Ы22.
Условие равенства #21 = Ш22 при изменении угла наклона очистителя к горизонту сопряжено с необходимостью изменения угла установки вальцов (рис. 4). При этом изменяются нормальные реакции на корнеплод со стороны витка шнека и вальцов (рис. 5). Здесь нормальные реакции представлены удельными величинами в расчёте на единицу силы тяжести корнеплодов.
80 70 60 50 40 30 20 10 0
я
5
а я о
?
о
^
н о
1-е
0 5 10 15 20 25 30 35
Угол наклона очистителя, град.
Рис. 4 — Зависимость угла установки вальцов от угла наклона очистителя к горизонту при условии равенства Ы21 = Ы22
Мощность на привод шнека определяет в основном очищающую способность устройства. Чем больше эта мощность, тем больше достигается трение корнеплодов о виток и, как следствие, обеспечивается лучшая очистка корнеплодов от связанной с ними почвы. Поэтому оптимальный угол наклона очистителя к горизонту 25°. При этом угле из условия #21 = Ш22 угол ге =42,5°.
Выводы. 1. Установлены зависимости мощности на привод рабочих органов шнеково-вальцового
U 1,20 I 1,05
га ,
0
0,90
§ 0,75 л
§ 0,60
IS
& amp- 0,45
К
а 0,30
1 0,15 «0,00
0 5 10 15 20 25 30 35
Угол наклона очистителя, град.
Рис. 5 — Зависимость удельных нормальных реакций N (4) и N2j = N22 (6) от угла наклона очистителя к горизонту
очистителя корнеплодов от его конструктивных и кинематических параметров.
2. Определены оптимальные конструктивные параметры шнеково-вальцового очистителя корнеплодов: угол наклона очистителя к горизонту — 25°, угол установки вальцов — 42,5°. Установлено, что энергоёмкость процесса очистки корнеплодов не зависит от частоты вращения шнека и вальцов.
Литература
1. Патент 2 223 628. Российская Федерация. Устройство для очистки корнеклубнеплодов / Юхин Г. П., Мартынов В. М., Катков А. А. Калимуллин А.М.- заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2 002 121 554/12- заявл. 05. 08. 02- опубл. 20. 02. 04. Бюл. № 5. 8 с.
2. Патент 2 268 575. Российская Федерация. Очиститель корнеплодов / Юхин Г. П., Мартынов В. М., Катков А. А. Калимуллин А.М.- заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2 004 117 662/12- заявл. 09. 06. 04- опубл. 27. 01. 06. Бюл. № 3. 7 с.
3. Патент 2 272 396. Российская Федерация. Очиститель вороха корнеклубнеплодов / Юхин Г. П., Мартынов В. М., Катков А. А., Калимуллин А.М.- заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2 004 124 394- заявл. 10. 08. 04- опубл. 27. 03. 06. Бюл. № 9. 7 с.
4. Патент 2 338 366. Российская Федерация. Транспортёр-очиститель корнеплодов / Юхин Г. П., Мартынов В. М., Катков А. А. Калимуллин А.М.- заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2 007 109 383/12- заявл. 14. 03. 07- опубл. 20. 11. 08. Бюл. № 32. 5 с.
5. Патент 2 272 394. Российская Федерация. Комбайн для уборки корнеклубнеплодов / Мартынов В. М., Юхин Г. П., Кали-муллин А.М., Катков А. А. заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2 004 124 393- заявл. 10. 08. 04- опубл. 27. 03. 06. Бюл. № 9. 6 с.
6. Патент 2 338 365. Российская Федерация. Корнеклубнеубо-рочный комбайн / Мартынов В. М., Юхин Г. П., Калимуллин А. М., Катков А.А.- заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2 007 109 382/12- заявл. 14. 03. 07- опубл. 20. 11. 08. Бюл. № 32. 7 с.
7. Карташов Л. П., Юхин Г. П., Мартынов В. М. и др. Рекомендации по проектированию очистителей корнеклубнеплодов шнекового типа от почвы. М: Россельхозакадемия, 2005. 36 с.
8. Карташов Л. П., Юхин Г. П., Мартынов В. М. и др. Моделирование рабочего процесса шнеково-вальцового очистителя корнеплодов от почвенных примесей // Техника в сельском хозяйстве. 2005. № 1. С. 11−15.
9. Мартынов В. М. Взаимодействие корнеплода с витком шнека и вальцом очистителя // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 12. С. 10−12.
10. Мартынов В. М. Исследование движения корнеплода на вальцах очистителя // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2010. № 4. С. 7−9.
11. Мартынов В. М. Проектирование рабочих органов и машин для уборки корнеплодов. Уфа: Изд-во Башкирского ГАУ, 2011. 250 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой