Определение оптимальных конструктивно-режимных параметров устройства разгрузки установки для компостирования

Литература.

1. Синеокое Г.Н., Панов И. М. Расчет и теория почвообрабатывающих машин. — М.: Машиностроение, 1977.

2. ГячевЛ.В. Теория лемешно-отвалыюй поверхности. — Зерноград. 1961.

3. Бурченко П.Н. Механико-технологические основы почвообрабатывающих машин нового поколения. — М.: ВИМ, 2002.

4. Виноградов В. И., Подскребко МЛ. Распределение нормальных давлений на поверхности плоского клина при обработке почвы на повышенных скоростях// В сб.: Усовершенствование почвообрабатывающих машин. Материалы НТС ВИСХОМ. — М. 1962.

5. Грибановский А. П., Бидлингмайер Р. В. Комплекс противозрозионных машин (теория, проектирование). — Кайнер, 1990.

THE MAIN LAWS OF POWER INTERACTION OF THREE-EDGED WEDGE WITH A SOIL V.V. Blednykh

Summary. The main laws of power interaction of three-edged wedge with a soil are considered in the article. The calculation problem of three-edged wedge tractive resistance on axes of coordinates was solved analytically for the first time.

Key words: tillage, three-edged wedge, tractive resistance.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНОРЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА РАЗГРУЗКИ УСТАНОВКИ ДЛЯ КОМПОСТИРОВАНИЯ

A.И. ЗАВРАЖНОВ, академик РАСХН

B.В. МИРОНОВ, кандидат техническихнаук, доцент М. С. КОЛДИН, аспирант

Мичуринский ГАУ E-mail: nich@mgau.ru

Резюме. Работа содержит информацию о теоретических исследованиях факторов влияющих на затраты мощности в процессе разгрузки установок ускоренного компостирования при использовании дисковых устройств разгрузки. Исследование процесса взаимодействия дисковых фрез устройства разгрузки с компостируемым материалом позволило установить теоретические зависимости значений суммарных затрат мощности в процессе выгрузки с учетом различных конструктивных и режимных параметров.

Ключевые слова: устройство разгрузки, дисковые фрезы, резание, силовые факторы, мощность, энергоемкость.

Высокой степенью эффективности переработки органических отходов животноводства можно достичь в случае непрерывно-поточного производства на базе установок для компостирования [1]. Принцип их работы основан на порционной загрузке подготовленного компостируемого сырья в теплоизолированный корпус бункерного типа, аэробном компостировании (обеззараживании), достигаемом активной аэрацией при помощи устройства подачи подготовленной кислородной смесью и нижней выгрузкой продукта компоста. Это позволяет значительно сократить сроки переработки, снизить общие затраты на производство, а также обеспечить высокие агрохимические качества получаемой продукции.

Однако системы выгрузки продукта переработки с использованием достаточно распространенных, но малоэффективных скребковых, шнековых и лопастных устройств, не обеспечивают достаточно рыхлой

структуры выгружаемого материала и тем самым снижают способность компостируемой массы «созревать», то есть окончательно закреплять в себе основные питательные вещества.

Поэтому мы разработали конструктивно-техно-логическую схему устройства разгрузки (рис.1), но-

Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема устройства разгрузки: 1 — нижний затвор; 2 — дисковые фрезы; 3 — валы.

визна которого подтверждена патентом на полезную модель [2]. Компостируемый материал, прошедший цикл переработки (5...7 суток), выгружаясь при открытии нижнего затвора 1, имеет выраженную способность к статическому сводообразованию. В результате чего образуется линия свода.

Принцип работы устройства разгрузки, установленного в зоне сводообразования, основан на взаимодействии рабочих органов с выгружаемым материалом. Рабочие органы выполнены в виде набора дисковых фрез 2 и расположены, как минимум, на

двух вращающихся валах 3. Это позволяет разрушать сводчатую структуру материала и тем самым обеспечивает его равномерное прохождение через выгрузное отверстие. Одновременно может загружаться новая порция исходного компостируемого сырья, равная выгруженной.

Установка набора дисковых фрез на валах осуществляется в зоне подсводного пространства с определенным шагом так, чтобы ось их вращения находилась на линии свода. В этом случае валы при вращении испытывают лишь часть весовой нагрузки от вышележащих слоев выгружаемого материала, а дисковые фрезы могут наиболее эффективно разрушать структуру свода и побуждать материал к движению в направлении выгрузного отверстия.

Цель наших исследований — изучение процесса работы предлагаемого устройства разгрузки и определение его оптимальных конструктивно-режимных параметров, влияющих на энергетические показатели.

Изначально мы рассмотрели модель процесса сво-дообразования (рис. 2), в результате чего были получе-

порциональности, зависящий от угла наклона плоскости подвода материала к горизонтали.

Согласно

Тогда требуемое число рабочих органов (валов) с набором дисковых фрез радиусом Яф определится так:

*. = . ,

2,2 -Яф

где Ьсв = п  т]ь- /- /2 — длина линии свода, м.

Для более эффективной работы при вращении дисковых фрез в потоке выгружаемого материала необходимо добиваться отсутствия эффекта препятствия движению частиц материала между боковыми поверхностями фрез. Это возможно лишь при оптимальном значении шага их установки на валах, м:

2ц т 0-Соз<ртеш

Р'~ у,-г '

где х0 — начальное сопротивление сдвигу, Па; ц — коэффициент внешнего трения; ум — насыпная плотность выгружаемого материала, кг/м3.

Для оценки затрат мощности рабочих органов устройства разгрузки необходимо воспользоваться принципом поступательного движения выгружаемой компостируемой массы сверху вниз.

Характер взаимодействия рабочих органов при их вращении в массиве представляет собой фрезерование — отделение частей материала кромками ножей дисковых фрез, главным образом, за счет процессов резания. Поэтому для изучения закономерности взаимодействия дисковых рабочих органов с компостируемым материалом мы провели кинематический и силовой анализ (рис. 3), на основании которого были получены зависимости по определению суммарной мощности, затрачиваемой на процесс выгрузки [3, 4]. Она складывается из мощности, затра-

ганов.

ны зависимости, определяющие значение высоты стрелы сюда и его структурной толщины как главных характеристик этого процесса, определяющих зону расположения рабочих органов внутри корпуса установки.

Высота стрелы свода /с учетом угла наклона боковых стенок равна, м:

/ = ~Ь-1ё

где а — угол наклона боковых стенок к горизонтали, град; ф — угол внешнего трения выгружаемого материала, град; Ь — ширина выгрузного отверстия, м.

Структурная толщина свода (а, в пределах которой внутренние силовые факторы в материале имеют одинаковые значения определяется следующей зависимостью:

где % — экспериментальный коэффициент про-Достижения науки и техники АПК, №8-2008 —

Рис. 3. Схема сил, действующих на частицу материала при взаимодействии с фрезой.

чиваемой при взаимодействии рабочих органов с выгружаемым материалом, а также мощности идущей на холостой ход и определяется следующим образом, Вт:

и Кф •<“'*' Со5Ч>)* g ^|t-^+»>)+ 1^ +

А А ^ СтЬ, + <р)-Ял

г,

Р,

т. g • /Г ш*.

2л

/Simp

где т — масса материала, отделяемая одним но-жом (зубом) фрезы, кг; Ьн — ширина режущей кромки ножа фрезы, м; уя — скорость подачи выгружаемого материала относительно рабочих органов, м/с; со - угловая скорость вращения рабочего органа, с ; й( — длина режущей кромки ножа фрезы, м; г, — количество ножей одной фрезы, участвующих в работе, шт; а — угол резания кромки ножа, град; <р утл поворота каждого ножа фрезы относительно оси вращения, град; /3 — угол заточки режущей кромки ножа, град; — напряжение резания выгружаемого материала, Па; В — длина вала рабочего органа, м; с = КФ •  Уп/(ЯФ  и* + *п>2 ~ кинематический

параметр; ?7 — КПД привода устройства; тп — масса рабочих органов, кг.

Масса материала, отделяемого одним ножом фрезы, определяется по формуле: т=Ум-У1 =ум -¿„х

R.

1 <р

-Sin(bp')+

Vn ' Кф 0)

Cos

,

Скорость подачи (м/с) выгружаемого материала рассчитывается из уравнения:

22,^0,2 К

ш

V.. =-

фр

л •

Для получения математической модели изменения критерия оптимизации, а также оценки степени влияния отдельно взятых факторов на величину затрачиваемой мощности мы проанализировали зависимость (6). При этом значимость выбранного количества факторов проверялась расчетами с помощью программы математического моделирования «МшИСаё», в результате которых были получены поверхности отклика, характеризуемые значениями

Таблица 1. Значения физико-механических и технологических свойств компо стируемых материалов различного состава

Показатель Исследуемый материал

Влажность \А/, % 57...64 СМ СО со LO

Насыпная плотность (исходная) кг/м3 661,0 728,0

Насыпная плотность уи\ кг/м3 760,0 825,0

Коэффициент внешнего трения по стали ^ 0,91...1,12 0,98...1,19

Коэффициент внутреннего трения и 0,94...1,05 1,10...1,16

Начальное сопротивление сдвигу т0, кПа 0,885 0,990

Напряжение резания ов, мПа 0,0378 0,0413

г — для материала, находящегося в зоне выгрузного отверстия.

Рис. 4. Мощность, затрачиваемая устройством разгрузки, при различных значениях угловой скорости — со и угла резания — а (при установке дисковых фрез с шагом р=0,115 м): а) — для компостируемой смеси (Н+С); б) — для компостируемой смеси (Н+О);----------использование фрез с расположением кромки ножа под углом 15";..— использование фрез с расположением кромки ножа под углом 30";--использование фрез

с расположением кромки ножа под углом 45’.

экстремума (минимума) затрачиваемой мощности.

В эксперименте выделенные конструктивно-ре-жимные параметры рабочих органов устройства разгрузки изменялись в следующих диапазонах: угловая скорость вращения рабочих органов—со^ = 6... 18 с-1; шаг установки дисковых фрез —р= 0,075...0,115, м; угол резания, под которым расположены кромки ножей дисковой фрезы — а = 15...45°.

При расчетах были использованы значения физико-механических и технологических свойств (табл. 1) двух видов компостируемых смесей — навоз КРС с соломой пшеничной (Н+С); навоз КРС с опилками древесными (Н+О). Они получены в результате проведенных экспериментальных исследований по известным методикам [5].

Анализ результатов теоретических исследований и математического моделирования показал, что при выгрузке компостируемого материала существуют зоны минимума затрачиваемой мощности (рис. 4). Одновременно были установлены близкие к оптимальным значения конструктивных и режимных параметров рабочих органов устройства разгрузки (табл. 2).

Минимальные значения мощности ЫтЫ достигаются при одинаковом значении шага установки дисковых фрез для обоих видов исследуемых материалов р~0,115м. При изменении величины Р' в ту или иную

Таблица 2. Оптимальные значения факторов (пара- сторону наблюдается довольно резкий рост затрачи-

метров устройства разгрузки) ваемой мощности.

Установленные теоретические зависимости позволили получить картину технологического процесса, выявить ряд наиболее значимых факторов, а также возможность и целесообразность проведения исследований на экспериментально-лабораторной установке с заданными конструктивными параметрами.

Литература.

1. Завражнов А.И., Миронов В.В., Колдин М.С. // Обоснование поточной технологии ускоренного компостирования отходов на фермах КРС. / Вестник МичГАУ. №1/2006., стр. 162-170.

2. Установка для компостирования/Завражнов А.И., Капустин В.П., МироновВ.В., Колдин М.С., Никитин П.С.//Патент на полезную модыь РФ № 71116. Приоритет от 06.07.2007.

3. Завражнов А.И., Миронов В.В., Колдин М.С. // Исследование энергоемкости процесса разгрузки установки ускоренного компостирования органического сырья. / «Вопросы современной науки и практики. Университет им.В.И.Вернадского» №1(11)/2008., стр. 16-23.

4. Пустыгина М.Л. Циклоидальные кривые как основа расчета параметров рабочих органов сельскохозяйственных машин / Техническая механика в с/х производстве: труды МИИСП, т. 14., — Москва, 1977. Вып. 9. — с.5-10.

5. Ковалев Н.Г. Сельскохозяйственные материалы виды, состав, свойства. — М.: ЯК Родник, 1998г — 208 с.

DETERMINATION OF OPTIMAL CONSTRUCTIVE-SECURE PARAMETERS OF COMPOSTING

INSTALLATION DISCHARGE ARRANGEMENT

A.I. Zavrazhnov, V.V. Mironov, M.S. Koldin

Summary. The work contains information about theoretical study of factors influencing power costs of faster composting installation during discharging with use of disc discharge arrangement. The research permitted to determine theoretical value dependences of power total costs during discharging subject to different constructive and security parameters. Key words: discharging arrangement, disc cutters, cutting, power factors, power, energy intensity.

Наименование параметра Материал

Затрачиваемая мощность - Л/т/„, Вт Угловая скорость вращения фрез - Шфр, с'1 Шаг установки дисковых фрез - рі, м Угол установки ножей дисковых фрез - сг„,° 4885 4760 12,0 13,0 0,115 0,115 37 35

УДК 631.352.5

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СКОШЕННОЙ МАССЫ В ПРИСТВОЛЬНЫЕ ПОЛОСЫ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ КОСИЛКИ ДЛЯ ИНТЕНСИВНОГО САДОВОДСТВА

A.И. ЗАВРАЖНОВ, академик РАСХН

К.А. МАНАЕНКОВ, кандидат технических наук, доцент

B.В. ХАТУНЦЕВ, инженер Мичуринский ГАУ E-mail: nich@mgau.ru

Резюме. Исследован процесс перемещения скошенной массы из междурядий в приствольные полосы рабочими органами косилки для интенсивного садоводства. Установлены пределы дальности полета травы в зависимости от конструктивных и технологических параметров. Предложена схема компоновки устройства для осуществления технологического процесса. Ключевые словаинтенсивный сад, междурядье, приствольная полоса, мульчирование, косилка, рабочий орган, скошенная масса.

В современных интенсивных садах свободную часть междурядий залужают многолетними травами, а приствольные полосы содержат под черным паром.

Траву в междурядьях систематически скашивают. Для этого используют обычные косилки или косилки-измельчители [2]. В первом случае скошенную массу желательно удалять из сада, потому что под ней травостой выпревает [3]. Во втором — скошенная трава остается на поверхности междурядий в виде сечки.

Почву в рядах деревьев обрабатывают механически или гербицидами.

Однако вне зависимости от способа обработки приствольных полос, без предохранения их поверхности от воздействия ветра и высоких температур трудно обеспечить оптимальное содержание продуктивной влаги в верхнем слое почвы в течение продолжительного промежутка времени и проводить регулирование влагонакопления. Эту проблему можно решить путем капельного орошения приствольных полос или если их поверхность покрыта мульчей. С агрономической точки зрения лучше всего подходит выращивание будущего материала для мульчирования в междуряд ьях сада залуженных многолетними травами [3].

В Мичуринском ГАУ разработана схема косилки с роторами, вращающимися в одну сторону и ори-