С Є Голячук - Дослідження процесу роботи та обҐрунтування параметрів пристроюдля обмолочування стрічки льону - страница 1

Страницы:
1  2 

УДК 631.358:633.521

ДударєвІ.М., Голячук С.Є., Панасюк С.Г.

Луцьк

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ РОБОТИ ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРИСТРОЮ

ДЛЯ ОБМОЛОЧУВАННЯ СТРІЧКИ ЛЬОНУ

У статті представлені результати теоретичних досліджень з обґрунтування конструктивних і кінематичних параметрів пристрою для обмолочування стрічки льону. Також досліджено процес вивантаження насіннєвого вороху льону з комірок молотильного барабана.

Ключові слова: льон, стрічка льону, пристрій для обмолочування, молотильний барабан, конструктивні та кінематичні параметри.

Постановка проблеми. Основними вимогами, що висуваються до пристроїв для обмолочування льону, є забезпечення збереження якісних показників насіння і стеблової частини (льоноволокна) без пошкоджень та втрат. Пристрій для обмолочування стрічки льону, що представлений на рис.1, відповідає вказаним вимогам, оскільки його робочі органи, що мають прогумовані поверхні, не призводять до втрат і пошкодження насіння та стеблової частини врожаю льону.

Пристрій для обмолочування стрічки льону містить транспортувальну та молотильну частини. До складу транспортувальної частини включено три затискні транспортери, один з яких дисковий. У місцях переходу стрічки стебел між затискними транспортерами встановлено спрямовуючі прутки. До складу молотильної частини включені підвідний стіл, над яким передбачено прутковий спрямовувач, молотильний барабан з горизонтальною віссю обертання та струшувач. Конструктивно забезпечено обертання дискового затискного транспортера та молотильного барабана в одну сторону. Молотильний барабан складається з двох вертикальних дисків між якими на осях встановлені вальці з прогумованою поверхнею. Між вальцями передбачено вставки, що кріпляться до дисків. Над молотильним барабаном встановлена суцільна дека з прогумованою внутрішньою поверхнею та з можливістю регулювання зазору між ними.

Для дослідження роботи та обґрунтування конструктивних і кінематичних параметрів запропонованого пристрою, необхідно провести додаткові теоретичні дослідження.

17 16  14    15   13 11 12 9

Рис.1. Пристрій для обмолочування стрічки льону: 1, 2 - затискний транспортер; 3 - спрямовуючий пруток; 4 - диск; 5 -натяжний шків; 6 - притискний шків; 7 - прогумований пас; 8 - підвідний стіл; 9 - прутковий спрямовувач; 10 -струшувач; 11 - вертикальний диск; 12 - приводний вал; 13 - підшипниковий вузол; 14 - вісь обертання вальця; 15 -валець з прогумованою поверхнею; 16 - вставка; 17 - суцільна дека

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Серед основних напрямків досліджень науковців, що займаються розробкою льонозбиральної техніки, є розробка пристроїв для обмолочування стрічки льону. У більшості запропонованих конструкцій пристроїв передбачено заміну жорстких поверхонь, що взаємодіють з льоном, на еластичні [1-4]. Робочі органи з еластичними поверхнями забезпечують менші пошкодження насіння і стеблової частини льону. Тому теоретичні та експериментальні дослідження, що спрямовані у цьому напрямку, є актуальними.

Мета дослідження - отримати залежності для обґрунтування раціональних конструктивних та кінематичних параметрів пристрою для обмолочування стрічки льону, а також дослідити процес вивантаження насіннєвого вороху льону з комірок молотильного барабана.

Результати дослідження. Якість обмолоту льону залежить від товщини стрічки, врожайності льону, кінематичних та конструктивних параметрів молотильного пристрою. У запропонованому молотильному пристрої дека розміщена над барабаном, що спрощує його конструкцію, оскільки при розташуваннісуцільної деки під молотильним барабаном, необхідно було б його обладнувати гнучкими елементами чи лопатками для вивантаження насіннєвого вороху, а це створювало б можливість намотування стебел на барабан та погіршувало б умови перебігу технологічного процесу. Одними з основних конструктивних параметрів молотильного пристрою є кут обхвату барабана суцільною декою у та величина зазору між декою та вставкою барабана.  Для кута обхвату має виконуватися умова   у <п,  що зумовлена

конструктивними особливостями запропонованого молотильного пристрою. З іншої сторони, чим більше значення кута обхвату у, тим більше вимолот, внаслідок зростання тривалості перебування необмолоченої

стрічки льону в робочій зоні молотильного барабана. Збільшення значення кута обхвату дозволяє зменшити кутову швидкість обертання барабана, чим досягається зменшення пошкодження стебел та насіння, крім того, усувається можливість витягування окремих стебел із затискного транспортера та їх намотування на барабан.

Величина зазору між суцільною декою та вальцями молотильного барабана змінюється від найбільшого значення hj на початку входження необмолоченої стрічки в робочу зону барабана (на рис.2

положення І) до найменшого значення hjj у кінці робочої зони (на рис.2 положення ІІ). Величина зазору

залежить від необхідного ступеня ущільнення верхівкової частини стебел для ефективного проходження процесу їх обмолоту.

Визначимо зміну внутрішнього радіуса суцільної деки в межах робочої зони молотильного барабана. Нехай зміна внутрішнього радіуса суцільної деки R описується рівнянням спіралі Архімеда (в полярних координатах):

R(y) = Rn + tAy , (1)

де Rn - найменший внутрішній радіус суцільної деки в межах робочої зони молотильного барабана (положення ІІ), Rn = r + rB + Иц;

r - відстань між осями обертання O та O1;

rB - зовнішній радіус вальця;

hjj - товщина стрічки льону під час її ущільнення у положенні ІІ, що рівна найменшому значенню величини зазору між суцільною декою та барабаном (hn = CD );

tA - коефіцієнт рівняння спіралі Архімеда, tA = R—— ;

W

Rj - найбільший внутрішній радіус суцільної деки на початку робочої зони барабана (положення

І), Rj = r + rB + hj;

hj - товщина стрічки льону під час її ущільнення у положенні І, що рівна найбільшому значенню величини зазору між суцільною декою та барабаном (ht = AB);

W - кут обхвату барабана суцільною декою (кут спіралі Архімеда), що відраховується у напрямку з положення ІІ до положення І (з кінця робочої зони до її початку).

Враховуючи зазначене, після перетворень отримаємо рівняння зміни внутрішнього радіуса суцільної

деки:

R(W) = r + rB + hn + tAyy , (2)

W

Товщина стрічки льону під час її ущільнення у положеннях І та ІІ (на початку та в кінці робочої зони молотильного барабана):

і     H      , H

hj = — та hu = —, (4)

де H - початкова товщина стрічки необмолоченого льону у верхівковій її частині (в зоні обмолоту стебел) перед контактом з вальцями барабана, що визначається як різниця між внутрішнім радіусом суцільної деки та зовнішнім радіусом вставки між вальцями барабана;

kj та kn - відповідно, коефіцієнт ущільнення стрічки у положеннях І та ІІ (на початку та в кінці робочої зони барабана).

Рис.2. Розрахункова схема до визначення конструктивних та кінематичних параметрів

молотильного барабана

Підставляючи вирази (4) в залежності (2) та (3), після перетворень отримаємо:

R(y/) = r + rB +— + tAy

(5)

tA =

(6)

Визначимо час, за який дисковий затискний транспортер поверне стрічку льону на кут обхвату у барабана суцільною декою:

(7)

де        ат - кутова швидкість обертання дискового затискного транспортера.

За час ty вальці барабана мають здійснити достатню кількість проходів п через один і той самий

елемент стрічки льону для забезпечення повного її обмолоту. Кількість проходів n вальців через один і той самий елемент стрічки льону для її обмолоту визначається експериментальним шляхом.

Враховуючи зазначене, вираз для визначення кутової швидкості обертання молотильного барабана, що необхідна для забезпечення встановленої кількості проходів n вальців через стрічку за час tw, матиме

вигляд:

у/ + 2я(п -1)/p

(8)

де n - кількість проходів вальців барабана через один і той самий елемент стрічки льону в межах робочої зони барабана, що визначається кутом у ;

p - кількість встановлених на молотильному барабані вальців.

Підставляючи час ty у вираз (8), після перетворень отримаємо залежність, що встановлює

співвідношення між кутовими швидкостями молотильного барабана та дискового затискного транспортера з врахуванням конструктивних параметрів барабана:

,   2тг(п -1) а = І 1 + —---

(9)

Залежність (9) отримана за умови, що перший та останній проходи вальців через один і той самий елемент стрічки льону відбуваються в крайніх точках суцільної деки (робочої зони барабана), тобто у положеннях І та II.

Для накопичення насіннєвого вороху під час обмолочування льону на вставках молотильного барабана необхідно передбачити комірки. Розміщення вороху в комірках зменшуватиме попадання частинок

ивороху в зазор між вальцями та вставками барабана під час переміщення вальців другою половиною робочої зони. Наявність комірок також зменшить пошкодження насіння, що можливе внаслідок багаторазової дії вальців на нього.

Розглянемо процес вивантаження насіннєвого вороху льону з комірок молотильного барабана (рис.3). Розвантаження комірки відбувається, коли частинка насіннєвого вороху, що знаходилася на початку вивантаження у точці S1 комірки, переміститься у точку S2. Частинку насіннєвого вороху розглядатимемо як

матеріальну точку, що здійснює відносний рух вздовж ділянки S1S2 комірки. Уздовж ділянки S1S2 комірки спрямуємо рухому вісь n , перпендикулярно до ділянки у напрямку обертання молотильного барабана - вісь т . На частинку насіннєвого вороху діє сила ваги mg , сила тертя Fmp та нормальна реакція поверхні комірки N . Оскільки переносним є обертальний рух барабана навколо горизонтальної осі, що проходить через точку O, з постійною кутовою швидкістю w , то на частинку також діятимуть відцентрова сила інерції Fin та коріолісова сила інерції Fk. При дослідженні знехтуємо опором повітря. Спроектуємо сили, що діють на частинку вороху, на осі n та т :

d n dt2

md—T- = mg cos(cr0 -a) - N - Fk,

dt2 0 k

(10)

де        a0, a - відповідно, кут розміщення комірки молотильного барабана відносно горизонтальної осі при якому розпочинається вивантаження вороху з комірки та кут повороту барабана, що відраховується з положення, коли розпочинається вивантаження вороху з комірки. Сила інерції переносного руху:

Коріолісова сила інерції:

Fn = m(Rk + n)w2 = mRkw2 + mnw2. (11)

_ с— dn Fk = 2mwVr sin(w, %) = 2mw—, (12)

dt

... . . dn

де        Vr - відносна швидкість частинки насіннєвого вороху вздовж осі n , Vr = — .

dt

Сила тертя частинки насіннєвого вороху поверхнею комірки барабана:

Fmp = fN , (13)

де        f - коефіцієнт тертя.

d 2т

Оскільки частинка насіннєвого вороху рухається вздовж ділянки S1S2 комірки, то —р^ = 0. З другого рівняння системи (10) визначимо нормальну реакції поверхні комірки:

dn

N = mgcos(a0 -a)-2mw. (14)

dt

Рис.3. Розрахункова схема до дослідження процесу вивантаження насіннєвого вороху льону з комірок молотильного

барабана

Кут повороту барабана можна записати так:

a = wt.

(15)

Підставляючи в перше рівняння системи (10) значення сил тертя Fmp та інерції Fn, а також зробивши заміну a = wt, після перетворень отримаємо:

d2 n dt

= g(cosa0 - f sina0)sin(wt)-g(sina0 + f cosa0)cos(wt) +

dn 22

(16)

+2fw--+ w n + Rkw

dt

Далі позначимо:

A = -g(sina0 + f cosa0), B = g(cosa0 - f sina0), D = Rkw2. Тоді рівняння (16) матиме вигляд:

d2 n   „ .  dn     2      . ^

—— - 2f w--w n = A cos(wt) + B sin(wt) + D .

dt dt

Розв'язок неоднорідного диференціального рівняння (18) шукатимемо у вигляді:

n= n1+ n2.

Знайдемо загальний розв'язок однорідного диференціального рівняння:

d2n dn dt2     " dt

2   2 f w^--w2n = 0.

Складемо характеристичне рівняння для рівняння (20):

k2 -2fwk-w2 = 0. Корені характеристичного рівняння (21) k1 та k2:

k1,2 =w(f ±ф ).

Розв'язок однорідного диференціального рівняння:

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

Частковий розв'язок неоднорідного рівняння шукатимемо у вигляді:

n2 = n21 + n22.

Частковий розв'язок n21 :

n21 = N cos(wt) + M sin(wt).

(24)

(25)

Двічі диференціюючи (25) та підставивши отримані значення у рівняння (18), визначимо значення сталих N та M :

N

Bf - A

2w2(1 + f2)

Підставляючи N та Му рівняння (25), отримаємо:

M

Af+B

2w2(1 + f2) (26)

Bf-A Af+B

n21 = —2.- cos(wt)--+- sin(wt).

2w2(1 + f2)V   '   2w2(1 + f2)    V '

Частковий розв'язок n22 :

n22 = L .

Двічі диференціюючи рівняння (28) та підставляючи отримані значення у (18), знайдемо L :

L

~w2

(27)

(28)

(29)

Коли підставимо вирази (27) та (28) у вираз (24), частковий розв'язок неоднорідного рівняння матиме такий вигляд:

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

С Є Голячук - Дослідження процесу роботи та обҐрунтування параметрів пристроюдля обмолочування стрічки льону