Аналитическое обоснование параметров рабочих органов измельчителя длинностебельных кормов

Аналитическое обоснование параметров рабочих органов измельчителя длинностебельных кормов

А.С. Голицын, аспирант, ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ

Рабочие органы предлагаемого измельчителя длинностебельных кормов представляют собой вальцы, снабжённые приводом для вращения и состоящие из дисков, имеющих выступы [1].

Академик В.П. Горячкин [2] впервые выполнил теоретический анализ работы вальцовых рабочих органов, которые использовались для подачи соломы к ножам силосорезки. В.П. Горячкин исходил из условий прокатки растительной массы, которая имеет пластические свойства, с помощью вальцов. Он сформулировал условие захвата и определил связь между сжатием растительной массы АН, коэффициентом трения / и диаметром используемых вальцов Б. Им определено, что сумма горизонтальных составляющих сил, действующих в точке контакта, направленная в сторону вращения вальцов и определяемая начальным углом а0, влияет на захват некоторого условного слоя материала, толщиной Н (рис. 1).

Рис. 1 - Силы, действующие на растительный материал в момент захвата гладкими вальцами

На рисунке 1 вальцы расположены горизонтально, параллельно друг другу, а стебель растения подаётся в зазор между вальцами перпендикулярно им [3]. При этом сила N является горизонтальной составляющей силы нормального давления Ы, которая вызывает действие силы трения Е. Сила трения Е численно равна произведению силы нормального давления N и коэффициента трения скольжения материала о поверхность вальца. Сила трения Е также имеет горизонтальную составляющую Тогда случай затягивания стебля в рабочий зазор определит неравенство:

ígф> tga 0, (1) где ф — угол трения материала о поверхность вальца; а0 — начальный угол контакта.

Материал и методы исследования. Цель исследования — анализ конструкции измельчителей,

разработанных в ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Труби-лина» (по патентам РФ №144351, №172239) [4, 5], для определения возможных недостатков как конструктивных, так и технологических, оказывающих негативное воздействие на работу измельчителя. Для обеспечения надёжной работы необходимо определить конструктивные размеры измельчителя в зависимости от параметров, характеризующих затягивающую способность его рабочей поверхности. Следует получить уравнение для определения взаимосвязи угловой скорости вальцов и поступательной скорости измельчителя. Также надо определить зависимость изменения максимальной и минимальной величины зазора между выступом диска и смежным вальцом в горизонтальной плоскости.

Результаты исследования. Работа измельчителя совмещает две операции: захват и измельчение [6].

Если рассмотреть эти операции отдельно, то исходя из анализа рисунка 1, логично предположить, что для увеличения захватывающей способности можно использовать выступы [7], которые установлены таким образом, что раствор сжимающей поверхностей, образованный выступами, совпадает с направлением вращения дисков (рис. 2).

Рис. 2 - Силы, действующие на растительный материал в момент захвата вальцами

Была рассмотрена вторая часть, операция измельчения стебля, и определены параметры смежной пары дисков, а также взаимосвязь поступательной скорости измельчителя и угловой скорости вальцов.

При заданном расположении вальцов, затягивание стебля в рабочий зазор обеспечивают силы N (рис. 2), а выступы дисков своими поверхностями аЬ и а'Ь' создают локальную деформацию стебля. При вращении дисков вальцов навстречу друг другу осуществляется срез части стебля кромками дисков Ьс и сЬ', находящейся в зоне рабочего зазора аса ' (рис. 3). Воздействие на стебель происходит на элементарном участке. Измельчение стебля осуществляется за счёт суммарного воздействия элементарных участков.

Рис. 3 - Силы, действующие на растительный материал в момент захвата вальцами

Были рассмотрены геометрические параметры смежной пары дисков, которые образуют элементарный рабочий зазор измельчителя (рис. 4).

Межосевое расстояние между вальцами определяется как алгебраическая сумма радиуса диска по краям выступов Лтах, половины диаметра промежуточного кольца 1к и технологического зазора между краем выступа смежного диска и промежуточным кольцом Хт. Высота выступа Н является разностью радиуса диска по краям выступов Ятах и радиуса диска по впадинам выступов Лт;п.

Для случая поворота дисков на угол а относительно вертикальной оси [1] в пределах, когда справедливо условие 0< а <180, определяли зазоры в горизонтальной плоскости 2а и 2а (рис. 5),

Рис. 5 - Пара дисков с выступами на смежных вальцах, повернутых на 40 градусов от вертикального расположения выступов

Получили следующие выражения для определения зазоров:

d

Za = a-R  sin a,

min 2 max

d

Za = a- R  sin a.

max 2 min

Полученные выражения (2) и (3) позволили построить график изменения величины элементарного рабочего зазора в горизонтальной плоскости от поворота диска (рис. 6).

Рис. 6 - График изменения величины зазоров, спрое-цир ов анных на горизонтальную пло ско сть от поворота двух смежных дисков измельчителя

Для определения режимных параметров рабочих органов измельчителя приняли условие, что для качественного выполнения работы с предотвращением выдергивания растений из почвы во время работы измельчителя необходимо срезать и измельчить растение за время I прохождения измельчителем расстояния I, численно равного диаметру 1 этого стебля. Тогда время на перемещение 1пер определится как отношение расстояния I к поступательной скорости V.

Угол ф между соседними выступами на диске является отношением 2п к количеству выступов п на диске (рис. 7).

На рисунке 7 представлены вальцы с дисками. При этом каждый следующий диск на валу установлен с поворотом на угол у относительно предыдущего диска. Винтовая поверхность, образованная дисками, формируется в зависимости от величины угла у В результате была получена винтовая дискретная рабочая поверхность пары вальцов [8].

Количество резов стебля определили как отношение диаметра < стебля к высоте Н выступа. Определив угол поворота диска в для среза одного растения как произведение количества резов к стебля и угла ф между соседними выступами, выразили время среза стебля ^ как отношение угла поворота диска в к угловой скорости диска ю.

Согласно принятому условию равенства времени перемещения 1пер измельчителя и времени среза ^ стебля в итоге получили выражение для определения угловой скорости вальцов от поступающей скорости измельчителя и параметров диска:

2 п-У

h  n

Качество работы измельчителя существенно зависит от взаимосвязи угловой скорости вальцов с поступательной скоростью измельчителя.

Рис. 7 - Взаимное расположение дисков на смежных вальцах

Выводы

1. Параметры, характеризующие затягивающую способность рабочей поверхности измельчителя, такие как межосевое расстояние а и рабочие зазоры Zmin, Zmax, позволяют определить конструктивные размеры измельчителя длинностебельных кормов.

2. Определена зависимость изменения максимальной и минимальной величины горизонтального зазора между выступом диска и смежным вальцом:

d d Zа = a-R  sin а и Zа = a-R  sin а

min 2 max max 2 min .

3. Получена зависимость угловой скорости

вальцов от поступательной скорости агрегата:

„ 2%-У ю= .

п - п

Литература

1. Курасов В.С. Механика: детали машин: учебное пособие / В.С. Курасов, В.В. Куцеев, С.Г. Руднев [и др.]. Краснодар, 2013. 196 с.

2. Горячкин В.П. Собрание сочинений в 3-х томах. М.: Колос, 1965. Т. 3. 384 с.

3. Сабликов М.В. Защемление и затягивание тел // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1968. № 3. 96 с.

4. Пат. 144351 Российская Федерация, МПК B02C 4/02. Шредер / В.В. Куцеев, А.А. Титученко, А.С. Голицын; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет». №2014108270/15; заявл. 04.03.2014; опубл. 20.08.2014; бюл. № 23.

5. Пат. 172239 Российская Федерация, МПК A01F 29/00. Измельчитель кормов / В.М. Короткин, В.В. Куцеев, Е.Е. Самурганов, А.С. Голицын, А.В. Короткин; заявитель и патентообладатель Сбытовой сельскохозяйственный потребительский кооператив кукурузокалибровочный завод «Кубань». № 2016133448; заявл. 15.08.2016; опубл. 03.07.2017; бюл. №19.

6. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчёта режущих аппаратов. М.: Машиностроение, 1975. 311 с.

7. Куцеев В.В. К вопросу о свойствах геометрической формы рабочих органов сельскохозяйственных машин // Зелёная революция П.П. Лукьяненко: матер. науч.-практич. конф. Краснодар: «Советская Кубань», 2001. С. 261—269.

8. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1988. 640 с.

Понятие титриметрического тела в технологическом регламенте автоматизированной сушки высоковлажных материалов

В.М. Попов, д.т.н., профессор, В.А. Афонькина, к.т.н., В.Н. Левинский, соискатель, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ

Исследование пищевых экосистем — важная задача технологии питания, которая связана с такими областями знаний как аналитическая и физическая химия. Пищевые продукты — по структуре сложные многокомпонентные экосистемы, их качество зависит от свойств и совокупности изменений групп целевых компонентов, а также структуры при технологической обработке пищевого сырья с последующим хранением.

На сегодняшний день качественная оценка пищевого сырья и рационального его использования происходит на основе исследования состава и физико-химических свойств материала с использованием современных инструментариев и органолептических методов анализа.

Основными показателями органолептической оценки являются: внешний вид, консистенция, вкус, цвет и запах.

К физико-химическим показателям качества сушёной продукции относятся: влажность, размер частиц, степень заражённости вредителями,

содержание сернистого ангидрида, количество примесей, набухаемость и развариваемость плодов и овощей [1].

Цель исследования — дать оценку качества высоковлажного биологического сырья (на примере томатов), высушенного с применением сушильной ИК-установки цилиндрического типа, и рассмотреть возможность усовершенствования системы автоматического управления процессом сушки по целевым выходным величинам.

Материал и методы исследования. Исследование и оценка качества томатов, как яркого представителя высоковлажного биологического сырья, высушенного с применением сушильной инфракрасной установки цилиндрического типа, осуществлялось в несколько этапов, часть результатов которых была опубликована ранее [2—6].

Первый этап включал в себя органолептическую оценку и части физико-химических показателей согласно Стандарту ЕЭК ООН DDP-19, который регламентирует сбыт и призван контролировать товарные качества сушёных томатов.

Результаты органолептической оценки представлены на профилограмме рисунка 1. Результаты физико-химических показателей получены