В Барановський - Аналіз процесу взаємодії коренеплоду з витком шнека - страница 1

Страницы:
1  2  3 

Аналіз процесу взаємодії коренеплоду з витком шнека І Барановський В., Онищенко В., Дубчак Н., Довбуш Т. ІІ Вісник ТНТУ. — 2011. — Том 17. — № 2. — С.109-118. — (машинобудування, автоматизація виробництва та процеси механічної обробки).

УДК 631.356.2

В. Барановський , канд. техн. наук; В. Онищенко , докт. техн. наук;

Н. Дубчак2; Т. Довбуш1

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

2Бережанський агротехнічний інститут Національний університет біоресурсів і природокористування України

АНАЛІЗ ПРОЦЕСУ ВЗАЄМОДІЇ КОРЕНЕПЛОДУ З ВИТКОМ

ШНЕКА

Резюме. Проведено дослідження технологічного процесу функціонування комбінованої очисної системи (КОС) на основі аналізу руху кормових буряків робочими поверхнями подавального транспортера та встановленого над ним шнека. Отримано аналітичні та емпіричні моделі процесу косого співудару кормових буряків з витком шнека, які характеризують залежність зміни сумарної швидкості співудару й коефіцієнта технологічної взаємодії коренеплодів від основних параметрів КОС. Визначено раціональні межі основних конструктивно-кінематичних параметрів КОС з умови забезпечення мінімізації пошкодження кормових буряків.

Ключові слова: комбінована очисна система, коренеплоди, подавальний транспортер, шнек, сумарна швидкість співудару, коефіцієнт технологічної взаємодії, частота обертання шнека, діаметр шнека, пошкодження кормових буряків.

V. Baranovsky, M. Pidgursky, N. Dubchak, T. Dovbush

ANALYSIS OF PROCESS OF COOPERATION OF BEET ROOT CROP

WITH THE COIL OF SCREW

The summary. The research of technological process of functioning of the Combined Clearing System (CCS) basing on the analysis of motion of fodder beets on the workings surfaces of conveyer and screw above it has been conducted. The analytical and empiric models of process of the slanting collision offodder beets with the coil of screw, which characterize the dependence of total speed alteration of collision and the coefficient of technological cooperation of beet rods from the basic parameters of the CCS have been received. The rational limits of basic constructional and kinematics parameters of the CCS under the condition of providing the minimization of fodder beets damage have been defined.

Key words: combined cleansing system, beet roots, conveyer, screw, total speed of collision, coefficient of technological cooperation, frequency of screw rotation, diameter of screw, fodder beets damage.

Умовні позначення КОС - комбінована очисна система; КМ - коренезбиральна машина; ТТС - транспортно-технологічна система;

KT - коефіцієнт технологічної взаємодії коренеплоду;

Vmax ] - максимально допустима швидкість удару коренеплоду з витком шнека, м/с; Vck - сумарна швидкість удару коренеплоду, м/с; Vk , - вектор колової швидкості шнека;

Ve - вектор поступальної швидкості руху пруткового елеватора; р - кут між вектором Vk і віссю ОХ, рад;

Vn - вектор швидкості переміщення коренеплоду вздовж осі обертання шнека; VXk - проекція вектора колової швидкості шнека на вісь ОХ;

Vp - вектор результуючої швидкості шнека;

C , CO - вектор кутової швидкості та кутова швидкість витка шнека, рад/с;

Ry , r - відповідно радіус-вектор точки удару та зірочки приводного вала елеватора;

V, VnT - швидкість переміщення коренеплоду й теоретична швидкість переміщення витків шнека відповідно, м/с;

KVn - коефіцієнт, який враховує зниження Vn у порівнянні з VnT ; T - крок гвинтової лінії витка, м;

n , ne - частота обертання шнека та приводного вала пруткового елеватора, відповідно, об/с.; в - кут підйому гвинтової лінії в точці удару коренеплоду, град.;

C0e, C0e - вектор кутової швидкості та кутова швидкість приводного вала елеватора відповідно, рад/с; D , De - діаметр шнека та ведучої зірочки елеватора відповідно, м;

Ц/ - кут між проекцією вектора Vck на горизонтальну площину OXY та вектором Vn , град; pk - кут тертя ковзання матеріалу по гвинтовій поверхні, град.

Актуальність питання. Особливе значення для удосконалення конструктивно-технологічного рівня й окремих робочих органів КМ необхідно надавати питанням загальних інженерно-технічних проблем конструювання машин: удосконалення робочих органів та інших конструктивних елементів КМ на основі глибшого аналізу врахування фізико-механічних властивостей коренеплодів [1]. Характеристики кормових буряків, як елемента системи „машина-робочий орган-коренеплід", необхідно враховувати у вигляді сукупності різних механічних якостей і параметрів, які є визначальними при сумарних механічних діях на об'єкт обробки, їх допустимий рівень і діапазон конструктивно-кінематичних параметрів робочих органів [2].

Під час оптимізації параметрів ТТС КМ, які мають робочі органи гвинтових механізмів, на стадії їх проектування доцільно спочатку побудувати математичну модель технологічного процесу роботи КОС [3] з метою отримання закономірностей процесу її функціонування залежно від основних конструктивно-кінематичних параметрів.

Аналіз відомих досліджень. Опубліковані результати теоретичних дослідження гвинтових механізмів ТТС КМ відносяться, як правило, до побудови математичних моделей процесу роботи безпосередньо шнекових конвеєрів як окремих робочих органів відносно невеликого діаметра (у межах 0,1...0,25 м). Запропонована конструкція КОС [3, 4], яка, окрім шнекового робочого органу, містить комбінацію інших конструктивних елементів і має власні специфічні властивості, й зумовила проведення даних досліджень.

Метою дослідження є подальший розвиток методології та методів оптимізації параметрів комбінованих очисників вороху коренеплодів ТТС КМ.

Результати дослідження. Головними критеріями, які характеризують технологічний процес сепарації викопаного вороху, є ступінь відокремлення домішок від коренеплодів і показник ступеня пошкодження коренеплодів у процесі їх взаємодії з робочими поверхнями КОС. Для оцінювання ступеня пошкодження коренеплодів, максимальні значення яких виникають у процесі їх взаємодії з витком 3 шнека 2 КОС (рис. 1), введемо коефіцієнт технологічної взаємодії коренеплоду, який виразимо як

відношення kt = [Vmax ]/Vck > 1 .

Максимально допустима швидкість [Vm ] удару кормових буряків з робочими поверхнями   обмежена   допустимими   значеннями   [5],   при   перевищенні якихкоренеплоди отримують пошкодження, що не перевищують межі слабо- та сильнопошкоджених коренеплодів згідно з агротехнічними вимогами [6].

Для визначення сумарної швидкості Vck наведено розрахункову схему, (рис. 1а).

У нашому випадку процес взаємодії коренеплоду з витком 3 шнека 2 розглянемо в аспекті дії ударної сили на матеріальне тіло. При цьому коренеплід взаємодіє з поверхнею витка шнека у точці О, який обертається з частотою n. Початкову швидкість удару коренеплоду позначимо через Ve, значення якої відповідає швидкості

руху пруткового елеватора 1. Точка удару О знаходиться на відстані Ry від осі обертання шнека O1. Після удару коренеплід відбивається від поверхні витка шнека з кінцевою сумарною швидкістю Vck та рухається в її напрямку під кутом у/.

Загальний випадок ударної взаємодії двох тіл характеризується зміною кутових і поступальних швидкостей руху відносно координатних осей просторової системи OXYZ. При косому ударі виникають різні види фрикційної взаємодії та деформація стиснення тіла коренеплодів, відповідно, тангенціального (дотичного) та нормального ударного імпульсу. При цьому результатом деформації стиснення є поява тріщин у тілі коренеплоду або його розколювання. Зменшення нормального ударного імпульсу можливе за рахунок зменшення сумарної Vck, реалізація якого досягається за рахунок

зменшення нормальної складової Vck, або за рахунок зменшення кута нахилу поверхні співудару в.

У зв'язку з цим розглянемо план швидкостей косого удару коренеплоду та витка шнека в горизонтальній площині OXY (рис. 1б), вважаючи при цьому, що швидкість руху до і після співудару змінюється тільки у коренеплода.

Vie. Ve

n

X

Рисунок 1. Розрахункова схема (а) та план швидкостей (б) косого співудару коренеплоду з робочими поверхнями КОС: 1 - елеватор; 2 -шнек; 3 - виток шнека

Із аналізу схеми плану швидкостей отримаємо

1

Vk =

dp

dt

ax R  a = y dt

p = 2m;

Vp =4Vx\ + Vn2 =4V2 cos2 p + V2;

; V

n VnTKVn

TnK Vn =

TKVna; T = пВЛв;

Vck =4Vki+к =#;-к)2+к J ye = ^=axK. ae_

e     dt       e e dt

2n

pe = 2nne

(1)

З рівнянь (1) отримано диференціальне рівняння скалярної сумарної швидкості

V

ck

dt

Dcos p dp 2 dt

2 dt

+

DKVntge dp 2 dt

або після спрощення залежності (2) та умови KT

Vmax ] /Vck > 1

Vck

1_

24

D2 (cos2 p +        в(dp

e dt I   e dt

^ - 2Dcosp^)

dt

Kt =

2\Vmax ]

> 1.

D2 (cos2 p + Kltg2e)fdp] + D,

dt

dt

D

dt

2Dcospdpp\

dt

(2)

(3) (4)

Отримане диференціальне рівняння (4) характеризує технологічність роботи КОС або залежність зміни коефіцієнта технологічної взаємодії коренеплоду KT з витком шнека від основних параметрів очисної системи.

Враховуючи (1), залежність (4) матиме вигляд

[V ]

_max J_

:Jd2n2 (cos2 p + K2Vntg2в)+ Dene(Dene - Dn cos p)

Kt =

> 1.

(5)

Аналіз рис. 1а показує, що після удару коренеплід відбивається від поверхні витка шнека з кінцевою сумарною швидкістю Vck та рухається в напрямку її вектора

Vck, проекція якої на горизонтальну площину OXY з вектором швидкості осьового

переміщення витків шнека Vn утворює кут у/. При досягненні швидкості V

ck

dl, / dt

0 коренеплід подавальним транспортером знову рухається в напрямку шнека та знову зазнає ударної взаємодії з робочою поверхнею витка шнека.

У цьому випадку можна зробити висновок, що мінімальні пошкодження коренеплодів і максимальна технологічність роботи КОС будуть також за умови, коли кут у < 0, або коли коренеплоди рухаються вздовж осі обертання шнека.

Згідно з рис. 1а отримаємо

Vk2 = V: + Vc2k + 2VnVkkcosW

(6)

або dt

+ 2

f DKVntge dpYdl

„       . cos у + . 2      dt A dt J {     2      dt J

Позначивши в (7) відповідні складові через

DKVntge dp"

Dcosp dp De dpe ^    2     dt     2 dt

0. (7)

dl.

'DKV„tge dp^2

Dcosp dp   De dpe 2     dt    2 dt

^     2      dt J рівняння, розв'язок якого відносно x має вигляд

dt

отримаємо

dp

ntgec°sy/— =

P;

приведене

dt

DK

VntgP dp ±

1

2

dt 2\

При цьому два дійсні значення dlk /dt будуть за умови

dpe

f n dp - Dcosp--De

\ dt dt

< 0.

dt

квадратне (8) (9)

2

2

2

2

2

2

2

2

Таким   чином,   теоретична   залежність,   яка   характеризує взаємозв'язок коефіцієнта KT та основні параметри очисної системи, має вигляд

2\Vmax ]

Kt = '

> 1.

DKnJgP^4DKntge^)2^ у- 1)-fDcospddp-Dddp

(10)

dt   \f dt j v ,

Враховуючи (1), для практичного використання залежностей (7), (10) запишемо

-nDnKV„tge ± n^(DnKVntge)2 (cos2 у -1)-(Dncos p - Dene )2 ■ 1

Страницы:
1  2  3 


Похожие статьи

В Барановський - Аналіз процесу взаємодії коренеплоду з витком шнека

В Барановський - Обгрунтування коефіцієнта динамічного ефекту роботи адаптованого викопуючого робочогооргану