LABORATORY STAND FOR THE STUDY OF THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF VARIOUS TYPES OF SOLID MINERAL FERTILIZERS AND WORKING BODIES OF CENTRIFUGAL SPREADERS
Лабораторный стенд для исследования физико-механических свойств различных видов твердых минеральных удобрений и рабочих органов разбрасывателей центробежного типа

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к стендам для исследования рабочих органов центробежных разбрасывателей сыпучих материалов, например минеральных удобрений.
Известен стенд для испытаний рабочих органов машин для внесения удобрений (Патент SU1667680 МПК А01С15/00; G01M19/00, 1991 г.) содержащий раму с установленными на ней узлами крепления транспортёров и кузов, в задней части которого смонтирован бункер собиратель, наклонный транспортер и приводы, стенд снабжен установленными в кузове перегородками и закреплёнными на раме нагружающей камерой и крышкой, которая снабжена приводом для изменения объёма нагружающей камеры, а внутри последней установлены узлы креплений разбрасывающих органов, причём перегородки установлены под углом больше 90° и меньше 180° по отношению к горизонтальной плоскости и каждая перегородка снабжена приводом для изменения её наклона.
Недостатком известного стенда является то, что проведенные на нем испытания, имитируют только часть процессов происходящих при распределении твердых минеральных удобрений в реальной работе. Данный стенд не позволяет определять равномерность внесения удобрений, траекторию и факел полета частиц. Стенд имеет сложную конструкцию и практически не имеет регулировок параметров, влияющих на процесс внесения твердых минеральных удобрений.
Известен прибор для исследования центробежных аппаратов разбрасывателей сыпучих материалов (патент RU 2201059МПК A01C 17/00, A01C 15/00,, A01C 3/06, 2001 г.), выполненный в виде полого кольца с закрепленными внутри него отклоненными от радиального положения перегородками. Перегородки образуют в кольце ячейки, под каждой их них размещен разгрузочный поддон. Задняя стенка прибора выполнена в виде расширяющегося книзу усеченного конуса. Над передней частью поддона к его верхней кромке консольно прикреплена отклоненная вниз пластина. В средней (по глубине) части каждой ячейки по всему поперечному ее сечению установлен успокоитель, который прикреплен к верхней части ячейки и выполнен в виде набора лент из прочного эластичного материала.
Недостатком известного прибора является то, что оно устанавливается на существующий разбрасыватель твердых минеральных удобрений с существующими рабочими органами, при этом для приведения в движение рабочих органов необходим трактор или другой привод, что затруднительно в лабораторных условиях в исследовании новых рабочих органов (дозирующих устройств и цетробежных дисков). Ещё одним недостатком является то, что нет возможности исследовать другие параметры центробежных рабочих органов, кроме угла распределения твердых минеральных удобрений, а при сходе частиц с диска возможно соударение гранулы с перегородкой и последующее ее разрушение, что повлияет на объективность общей картины исследований. Для более объективной картины исследований перегородки должны быть смонтированы на каждые 10° дуги разбрасывания.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения параметров настройки разбрасывателя удобрений, необходимых для обеспечения нужной ширины разбрасывания и нужного количества разбрасываемого удобрения в зависимости от вида удобрения и устройство для его осуществления, способ настройки дозирующих органов разбрасывателя удобрения, установленных над разбрасывающими органами и разбрасыватель удобрения (патент RU2104629, МПК A01C 15/00, A01C 17/00, G01F 3/36, G01F 5/00, G01M 19/00, 1998 г.).
Недостатком известных способа и устройства является то, что способ состоит из множества отдельных не зависящих друг от друга операций, устройств и приборов необходимых для определения физико-механических свойств и параметров твердых минеральных удобрений, необходимых для последующей настройки режимов работы уже существующих разбрасывателей твердых минеральных удобрений. К недостаткам также можно отнести сложность конструкции, настройки и систематизации объема полученных данных при помощи специализированного программного обеспечения.
По известному способу для определения оптимальных параметров настройки центробежного разбрасывателя при внесении конкретного вида удобрения необходимо предварительно определить целый ряд показателей, характеризующих физико-механические свойства этого вида удобрения (текучесть, степень истирания, чистый удельный вес, фракционный состав, насыпной вес, скорость парения, угол естественного откоса и др.). Причем определение значений этих параметров производится путем натурных испытаний, более того, для определения значения каждого параметра применяется специальная установка, предназначенная для определения значения именно этого параметра. Такой подход к решению данной задачи увеличивает трудоёмкость процесса и уменьшает точность полученных результатов, так как при использовании большого числа различных устройств для определения физико-механических свойств того или иного вида минеральных удобрений приводит к результирующему значению общей погрешности проводимых натурных испытаний. Кроме того, конструкции отдельных стендов для определения физико-механических свойств конкретных видов минеральных удобрений имеют конструктивные недостатки.
Например, установка для определения текучести имеет примитивную конструкцию и может дать достоверные результаты только для дозаторов шиберного типа, причем в данном устройстве не учитывается влияние вертикального удельного давления на скорость истечения минеральных удобрений, так как размеры резервуара, куда насыпается строго ограниченное количество удобрений, гораздо меньше объёма бункера разбрасывателя,  а диаметр выходного отверстия равен диаметру выпускного отверстия разбрасывателя, если установить соотношение между размерами резервуара на установке и нижним его отверстием, с одной стороны и соотношение между размерами бункера и его выпускным отверстием, с другой стороны, то при пересчете появляется определённая погрешность, то есть измерения получаются не натурными и от этого уменьшается их точность.
Если проанализировать способы определения остальных параметров, то очевидно, что все они основаны на применении примитивных механических, устройств, не обеспечивающих высокой точности измерений.
Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение трудоёмкости проведения экспериментов и повышение точности и достоверности их результатов.
Технический результат достигается тем, что у лабораторного стенда для исследования физико-механических свойств различных видов твердых минеральных удобрений и рабочих органов разбрасывателей центробежного типа, содержащего станину с направляющими пазами и раму крепления, на которой установлен разбрасыватель удобрения, включающий разбрасывающий орган и бункер с дозирующим органом, установленным над разбрасывающим органом для подачи на него разбрасываемого удобрения и персональный компьютер, согласно изобретению, рама крепления установлена на регулировочном винте с возможностью перемещения в вертикальном направлении и снабжена шарниром крепления, размещённым в верхней её части, позволяющим регулировать угол наклона разбрасывателя удобрений при помощи вращения корпуса талрепа. Кроме того, рама крепления снабжена навеской с рейкой для крепления датчиков; между навеской и бункером смонтированы тензометрические датчики для определения веса удобрений находящихся в нем; разбрасыватель удобрений имеет модульную конструкцию для замены разбрасывающих органов и дозирующих органов; на рейке для крепления датчиков установлены датчик положения и ультразвуковой датчик  для определения частоты вращения разбрасывающего органа; на рейке смонтирована высокоскоростная камера. Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена конструкция лабораторного стенда для исследования рабочих органов разбрасывателей центробежного типа, вид спереди; на фиг 2 – то же, вид сбоку; на фиг 3 – навеска.
Лабораторный стенд содержит станину 1 с направляющими пазами 2, регулировочным винтом 3, рукояткой винта 4 и площадкой обслуживания 5. На регулировочном винте 3, имеющем возможность перемещения в вертикальном направлении, закреплена рама крепления 6 с болтами 7,имеющими возможность перемещения в пазах 2 и служащие для вертикального перемещения и последующей фиксации рамыкрепления6 к станине 1. Рама крепления 6 в верхней средней части имеет шарнир крепления 8, а в нижней части – пластины 9 с направляющими пазами 10, расположенные по радиусу относительно шарнира. Со стороны площадки обслуживания 5 на раму крепления 6 за одну из своих проушин установлен талреп 11.
На станине 1 закреплен шкаф управления 12 с персональным компьютером 13. На раму крепления 6 при помощи шарнира крепления 8 и направляющих 14, одна из которых соединена со второй проушиной талрепа 11, закреплена навеска 15. На навеске 15 неподвижно, через тензометрические датчики (на фигуре не показаны), закреплён бункер 16, содержащий выгрузное окно 17 с шиберной заслонкой 18 и выгрузным патрубком 19. Бункер 16 выполнен с возможностью установки в нижней его части различных дозирующих систем. В нижней части бункера установлена шиберная заслонка 20 с актуатором 21. Дозирующее устройство 22 смонтировано на бункере 16 с возможностью его замены. На навеске 15 установлен стол 23, с возможностью перемещения и фиксации в горизонтальной плоскости в направляющих пазах 24, при помощи винтов 25. Нижнюю часть навески 15 можно устанавливать на различной высоте по отношению к дозирующему устройству 22, для этого на нижней части навески имеется система регулируемого крепления 26. На столе 23 смонтирована плита 27, с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости стола, на которой закреплён электропривод 28. На валу 29 электропривода 28 смонтирован диск 30 разбрасывателя с возможностью его замены.
На навеске 15 смонтирована рейка 31 для крепления датчиков положения 32, ультразвуковых датчиков 33, высокоскоростной камеры 34, датчика объёма 35.
Лабораторный стенд представляет собой разбрасыватель удобрений, смонтированный на станине, при этом разбрасыватель удобрений имеет модульную конструкцию, позволяющую осуществлять замену разбрасывающих и дозирующих органов.
Тензометрические датчики (на фигуре не показаны) смонтированные между навеской и бункером служат для определения веса удобрений, находящихся в нем.
Для определения частоты вращения разбрасывающего органа служат датчики положения 32 и ультразвуковые датчики 33.
Высокоскоростная камера 34 предназначена для определения траектории и скорости полёта частиц удобрения.
Для определения насыпной плотности и скорости истечения удобрений служит установленный на рейке 31 над бункером 16 датчик объёма 35.
Лабораторный стенд для исследования физико-механических свойств различных видов твердых минеральных удобрений и рабочих органов разбрасывателей центробежного типа работает следующим образом.
Перед началом работы производится настройка лабораторного стенда согласно программе испытаний. Для этого на обесточенном стенде производится установка необходимого для проведения эксперимента оборудования. К бункеру 16 крепится исследуемое дозирующее устройство 22, после чего на вал 29 электропривода 28 монтируется исследуемый диск 30 разбрасывателя центробежного типа. После этого производится регулировка стола 23 по высоте относительно дозирующего устройства 22. Для этого нижняя часть навески 15 устанавливается на нужной высоте при помощи системы креплений 26. После регулировки стола 23 по высоте производится регулировка диска 30 по отношению к дозирующему устройству 22, для этого производится перемещение в горизонтальном направлении плиты 27, а также стола 23 в пазах 24 с последующей фиксацией винтами 25. При помощи регулировочного винта 3 производится регулировка высоты разбрасывателя относительно уровня земли, для этого производится вращение рукоятки винта 4 по часовой или против часовой стрелки, тем самым поднимая или опуская регулировочный винт 3 с закрепленной на нём рамой крепления 6. После чего производится регулировка угла наклона разбрасывателя, для этого вращают корпус талрепа 11, это приводит к изменению расстояния между его проушинами и перемещению направляющих 14 в пазах 10. Далее производится регулировка датчика положения 32, ультразвукового датчика 33, высокоскоростной камеры 34, датчика объёма 35 на рейке 31. Затем бункер 16 загружается откалиброванным сыпучим материалом.
По окончанию подготовительных операций на лабораторный стенд подаётся напряжение, для этого в шкафу управления 12 включается питающий автоматический выключатель (на фигуре не показан), после чего запускается персональный компьютер 13. На персональный компьютер 13 вносится эксплуатационные параметры настроенного лабораторного стенда, а также загружается программа эксперимента.
Для проведения испытаний рабочих органов разбрасывателя производится запуск на персональном компьютере 13 установленного программного обеспечения. После чего согласно программе эксперимента персональный компьютер 13 подаёт сигнал на электропривод 28, который начинает вращать вал 29 с заданной частотой вращения, приводя в движение диск 30. Затем, если дозирующее устройство 22, оборудовано системой автоматической регулировки подачи сыпучего материала, то персональный компьютер 13 подаёт сигнал на дозирующее устройство 22, которое переходит в необходимый режим работы. Если дозирующее устройство 22 не оборудовано системой автоматической регулировки подачи сыпучего материала, то установка необходимого режима работы производится вручную. После установки режима работы дозирующего устройства 22, персональный компьютер 13 подаёт сигнал на актуатор 21, который производит полное открытие шиберной заслонки 20, тем самым осуществляется поступление сыпучего материала в дозирующее устройство 22, из которого согласно установленному режиму работы сыпучий материал дозируется на вращающийся диск 30 и разбрасывается.
В процессе проведения испытаний на персональный компьютер 13 поступают данные об изменении массы сыпучего материала в бункере 16 с тензометрических датчиков (на фигуре не показаны) об изменении объёмной массы сыпучего материала в бункере 16 с датчика объёма 35, также о положении и скорости вращения диска с датчика положения 32, о движении частиц в момент схода с диска и полёте с ультразвукового датчика 33 и высокоскоростной камеры 34. Полученные данные впоследствии агрегируются и анализируются.
При завершении программы исследований персональный компьютер 13 подаёт сигнал на актуатор 21, который закрывает шиберную заслонку 20, затем при наличии системы автоматической регулировки подачи сыпучего материала подаётся сигнал на дозирующее устройство 22, которое переходит в нерабочий режим. При отсутствии системы автоматической регулировки подачи сыпучего материала перевод дозирующего устройства 22 в нерабочий режим производится вручную. Затем персональный компьютер 13 подаёт сигнал на электропривод 28, который прекращает вращение вала 29 и тем самым останавливая диск 30.
После окончания исследований персональный компьютер 13 выключается, лабораторный стенд обесточивается, для этого в шкафу управления 12 выключается питающий автоматический выключатель (на фигуре не показан), остатки сыпучего материала выгружаются из бункера 16 через выгрузное окно 17, для этого на выгрузной патрубок 19 закрепляется мешок (на фигуре на показан) и открывается шиберная заслонка 18. После чего производится снятие и очистка основных рабочих органов.
Предлагаемый лабораторный стенд для исследования  физико-механических свойств различных видов твердых минеральных удобрений и рабочих органов разбрасывателей центробежного типа имеет модульную конструкцию, которая позволяет проводить отдельные и совместные лабораторные исследования основных рабочих органов разбрасывателей, тем самым оценивать качество их работы и определять оптимальные режимы для каждого рабочего органа. Установленные на лабораторном стенде ультразвуковой и тензометрический датчики, датчик положения, высокоскоростная камера, датчик объём позволяют одновременно снимать максимальное количество показателей на одном стенде без применения дополнительного оборудования. Использование предлагаемого лабораторного стенда для исследования физико-механических свойств различных видов твердых минеральных удобрений  и рабочих органов разбрасывателей центробежного типа при проектировании, производстве или дальнейшей их модернизации позволит повысить равномерность внесения минеральных удобрений и мелиорантов на уже существующих и разрабатываемых машинах.