АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ МОЩНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ФРЕЗЕРУЮЩЕГО ТИПА

Левченко Г.В.¹, Ракутина А.В.², Тюрин И.Ю. ³,  Дугин Ю.А.⁴

¹ кандидат технических наук, ² соискатель, ³ кандидат технических наук ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ», ⁴ кандидат технических наук ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный аграрный университет

АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ МОЩНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ФРЕЗЕРУЮЩЕГО ТИПА

Аннотация

Важное место в мероприятиях по восстановлению и поддержанию плодородия почвы занимает внесение органических удобрений. Основным источником органических удобрений являются пожнивные остатки и отходы производства, прежде всего навоз. Поэтому, перспективность использования погрузчика непрерывного действия  органических удобрений становится более очевидной по мере появления оригинальных и эффективных питателей.

Ключевые слова: питатель, процесс, груз, перемещение, отгрузка, транспортер, фрезирование, мощность, производительность.

 

 Levchenko G.V.¹, Rakutina N.V.², Tyurin  I. Y.³,   Dugin Y.A.⁴

¹ PhD in Engineering,  ² Postgraduate student, ³ PhD in Engineering, FSBEI  HE “Saratov SAU”,  ⁴ PhD in Engineering, FSBEI  HPE “Volgograd State Agricultural University”

THE ANALYSIS OF RESEARCH CAPACITY AND PERFORMANCE OF WORKING BODIES OF MILLING TYPE

Abstract

An important place in efforts to restore and maintain soil fertility is to use organic fertilizers. The main source of organic fertilisers are crop residues and production wastes, primarily manure. Therefore, the future use of the loader of continuous action of organic fertilizers becomes more apparent as the emergence of original and efficient feeders.

Keywords: feeder, process, freight, moving, shipping, conveyor, milling, power, performance.

Производство продукции растениеводства характеризуется сезонностью и цикличностью выполнения работ, которые подлежат модернизации [1-8]. Однако образование органических удобрений происходит непрерывно, что обуславливает необходимость их накопления и хранения. Период оптимального внесения имеет ограниченные сроки - осенью под зябь или весной - под вспашку. В этот период и протекает основная нагрузка по грузопотокам, связанным с внесением органических удобрений.

Все технологические схемы внесения навоза предусматривают погрузку в транспортное средство, разбрасыватель. Существует много вариантов механизации уборки и погрузки навоза. Преимущественно на фермах КРС для погрузки навоза используются механические стационарные и мобильные устройства.

Работа лопастного питателя включает три основных процесса происходящих одновременно и непрерывно: отделение частиц груза, перемещение груза в пределах питателя и отгрузка на транспортер.

За основу при исследовании рабочих органов фрезерующего типа может быть применена формула академика Горячкина В.П. [9] для определения силы тяги тракторных плугов:

                            (1.1)

где             f_n       - коэффициент трения плуга о грунт ; G       - вес плуга ; p       - удельное сопротивление деформации ; b       - ширина пласта ; h       -  высота (глубина) пласта ; V_тр    - скорость перемещения грунта .

Данное выражение отражает  в общем физическую картину фрезерования. В каждом конкретном случае требуется развитие уравнения (1.1) применительно к данному рабочему органу.

Дальнейшее развитие теории связано с переходом от определения усилий к расчетам мощности фрезерования и производительности питателя.

Профессором  д.т.н.  А. Д. Далиным и  к.т.н.  П. В. Павловым предложена формула для расчета мощности прицепной фрезы (данная формула и последующие приводятся в обозначениях авторов)  [9]:

  (1.2)

Составляющие в выражении (1.2) отражают затраты мощности на передвижение прицепной фрезы, подталкивание, фрезерование, отбрасывание грунта фрез-барабаном.

Основным членом уравнения (1.2) является мощность, затрачиваемая на фрезерование грунта:

                                 (1.3)

где            p         - удельное сопротивление грунта ; s, b, h - размеры стружки ; z          - число ножей ; n         - частота вращения фрез-барабана .

Выражения (1.2) и (1.3) определяют общий подход к расчетам мощности фрезерования. Для каждого рабочего органа требуется дальнейшее развитие.

Для расчета мощности в общем виде, потребляемой роторным разбрасывающим органом  А. И. Дементьевым [9] предложена следующая формула :

                     (1.4)

где    N_деф. - расход мощности на деформацию вала ; N_отб.  - расход мощности на отбрасывание удобрений ; N_1тр., N_2тр. - расход мощности на преодоление сил трения удобрений о щиток, незабранную часть валка и лопасти ротора ; N_х.х.  - расход мощности на холостой ход ротора .

Элементы мощности  N_р определяются по формулам:

                           (1.5)

где p - удельное сопротивление сдвигу ; h_сдв  - высота сдвигаемой части валка ; r_p - расстояние от центра ротора до точки приложения равнодействующей ; V_п  -поступательная скорость рабочего органа .

              (1.6)

где    E       - коэффициент разброса валка ; b       - ширина окна валкообразователя ; h_b      - высота валка удобрений ; γ_уд     - объемный вес удобрений ; V_{о ср}   - средняя скорость движения частицы удобрений .

             (1.7)

где    f_уд      - коэффициент трения удобрений по удобрению ; f        - коэффициент трения удобрений по поверхности щитка ; b₁      - нижнее основание трапеции валка удобрений .

                       (1.8)

где   ψ - коэффициент, учитывающий какая часть удобрений, сдвигаемая лопастью, движется вдоль нее .

Зуевым В.А., Кутлембетовым А.А., Бортовым А.М.  рекомендуются формулы для определения мощности и производительности транспортерного питателя при отделении силоса и сенажа [9]:

мощность

                               (1.9)

где    r_x       - удельная работа отделения ; ρ     - отношение площади поверхности контакта рабочего органа с силосным буртом к его проекции на горизонтальную плоскость R       - радиус рабочего органа ; k       - отношение максимальной удельной работы на криволинейном участке к максимальной удельной работе на прямолинейном участке .

производительность питателя

                                       (1.10)

где    В       - ширина захвата ; Н       - глубина захвата ; γ       - плотность материала ; V       - скорость рабочих элементов ; S       - подача ; t        - шаг рабочих элементов .

Исследованиям взаимодействия различных органов погрузчиков непрерывного действия посвящена работа  Н. В. Павлова  [9]. На основании проведенных исследований предложено выражение определения мощности на отделение части навоза от основного массива в общем случае, которое имеет вид:

     (1.11)

где    N_ср    - средняя мощность при погрузке ; Q       - производительность погрузчика ; l        - длина стенки ; φ      - угол внутреннего трения ; γ       - объемный вес материала ; f        - коэффициент внутреннего трения ; Р_о      - предел несущей способности материала ; η_м ;η_vэ ;η_s  ;η₃ ;η_к ;η_А ;η_о ;η_ро ;η_l ;η_b  - коэффициенты.

Мощность на фрезерование материала для рабочих органов с осью вращения, перпендикулярной перемещению машины, предложено [9] определять в зависимости от работы резания и частоты вращения режущих элементов:

                                          (1.12)

где    W_p     - работа резания одной стружки ; n       - число оборотов фрезы в минуту ; z        - число режущих элементов рабочего органа .

Выражения (1.11) и (1.12) не отражают в полной мере особенности рабочего процесса и поэтому не позволяет с необходимой точностью определять мощность при фрезеровании навоза лопастным питателем.

Д. А. Шалман для определения мощности и производительности снегоочистителя предлагает следующие формулы [9]:

полная мощность, расходуемая на работу фрезерного питателя

               (1.13)

где    η_фр.    - к.п.д. механизма привода питателя ; N_1фр   - мощность, затрачиваемая фрезерным питателем на резание ; N_2фр   - мощность, затрачиваемая фрезерным питателем на со общение снегу кинематической энергии ; k_пер    - коэффициент, определяемый опытным путем ; N_3фр   - мощность на валу питателя, затрачиваемая на перемещение снега .

Мощность же, затрачиваемая на работу шнекового питателя определяется как

                  (1.14)

где    Q       - производительность снегоочистителя ; η_шн.п.  - к.п.д. механизма привода шнеков ; W^уд._шн.п.- удельная работа всего шнекового питателя .

Производительность     питателя:

                               (1.15)

где    П       - теоретическая объемная производительность ; ρ      - плотность снега ; В_с      - ширина захвата ; Н_с      -высота срезаемого пласта ; V_пл    - скорость снегоочистителя .

При  определении общей мощности во время фрезерования почвы Ю. А. Мишенев [9] предлагает использовать формулу:

       (1.16)

где    N_p     - мощность, затрачиваемая на резание почвы ; N_k     - мощность, затрачиваемая на сообщение кинетической            энергии ; η      - к.п.д. передачи ; V       - скорость ; μ      - коэффициент перекатывания опорных колес фрезы ; Q_z      - вертикальная нагрузка на опорные колеса фрезы ; R_x      - сопротивление ножей ротора .

И. А. Недорезов, В. П. Прокофьев, В. П. Антипов предлагают для определения мощности резания грунта фрезой и на основе анализа энергетических затрат по основным элементам рабочего цикла уравнения технической производительности [9]:

мощность

              (1.17)

где    m      - коэффициент производительности ; k       - удельное сопротивление резанию грунта ; Н       - глубина копания (рыхления) грунта ; B       - ширина рабочего органа ; V_раб.    - поступательная скорость машины ;           - среднеарифметическая величина коэффициента, учиты-                             вающая степень блокирования ; φ_к      - угол наклона фрезы с забоем ; η      - к.п.д. привода .

производительность

        (1.18)

где    N       - мощность базового тягача ; η_т      - к.п.д. трансмиссии ; N_f      - мощность, потребляемая для передвижения машины ; k_п.к       - коэффициент, учитывающий потери грунта при копании ; k       - удельное сопротивление копанию грунта ; k_t       - коэффициент, учитывающий использование машины по времени .

Мощность и производительность заборного органа при фрезеровании навоза погрузчиком непрерывного действия для погрузки буртов подпольных навозохранилищ определяются из уравнений [9]:

мощность

                             (1.19)

для    k_уд.ф   - коэффициент удельного сопротивления фрезерованию ; V_ок    - скорость резания ; D       - диаметр фрезы ; B       - ширина забора фрезы ; α_n          - угол наклона плиты заборного органа .

производительность

                          (1.20)

где    V_z      - объем погружаемого материала, захваченного одной             лапой ; z        - число лап ; n       - число фрез на заборном органе ; ρ      - плотность материала ; ω      - окружная скорость ; k_о      - коэффициент обрушения материала ; k_р          - коэффициент разрушения материала .

Приведенные выше формулы обеспечивают функциональную взаимосвязь отдельных параметров (конструктивных и режимных) и показателей рабочего процесса (производительности, потребляемой мощности и энергоемкости). Отмечая ценность исследований авторов, следует отметить, что все выражения получены для различных конструктивно-технологических схем и грузов. Поэтому нельзя считать обоснованным их перенос и применение для описания работы и подсчета показателей лопастных питателей погрузчиков непрерывного действия.

Литература

1. Соколов, Н.М. Почвовлагосберегающий способ основной обработки почвы на склонах [текст] / Н.М. Соколов / Тракторы и сельскохозяйственные машины – 2012, №5, с.17-18.
2. Тюрин, И.Ю. Совершенствование технологического процесса досушивания сена на стационаре [текст] / Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук/ Саратов, 2000, 194 с.
3. Тюрин, И.Ю. Значение процесса и способы сушки зерна [текст] // Тюрин И.Ю., Тельнов М.Ю // Научное обозрение, № 4. – Саратов, ООО «АПЕКС-94», 2011., с.112…115.
4. Тюрин, И.Ю. Совершенствование процесса досушивания сена[текст]/ Монография / Saarbrucken, 2012, 80 стр.
5. Дугин, Ю.А. Совершенствование технологии и разработка роторно-винтового молотильного аппарата для обмолота нута [текст] / Ю.А. Дугин/ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия. Волгоград, 2008.
6. Левченко, Г.В. Устройство для упорядоченной укладки рулонов грубых кормов [текст] / Г.В. Левченко, В.Н. Соколов, А.В. Ракутина / Научное обозрение, № 3. – Саратов, ООО «АПЕКС-94», 2014., с. 38…41.
7. Макаров, С.А. Устройство для отрезания и погрузки силоса и сенажа. / С.А. Макаров, И.М. Павлов, И.А. Майоров, М.О. Шакалов, Н.Е. Шиневский // Патент на изобретение № 2225091 опубл. 08.04.2002.
8. Левченко, Г.В. Погрузчик-смеситель / Г.В. Левченко, П.И. Павлов, И.С. Алексеенко // Патент на полезную модель №87153; МПК B65G67/24, опубл. 09.2009, бюл. №27.
9. Левченко, Г.В. Повышение эффективности погрузки органических удобрений погрузчиком непрерывного действия и оптимизация параметров лопастного питателя [текст] / Г.В. Левченко / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова. Саратов, 1998

References

1. Sokolov, M.Pochvovlagosberegayuschy way of primary tillage on slopes [text] / N.M. Sokolov / Tractors and agricultural machinery - 2012, №5, s.17-18.
2. Tyurin, I.Y.Improving the process finish drying of hay at the hospital [text] / Dissertation for the degree of candidate of technical sciences / Saratov, 2000, 194 p.
3. Tyurin, I.Y.The value of the process and methods of grain drying [text] // Tyurin I.Y., Telnov M.Y. // Scientific Review, № 4. - Saratov LLC "APEX 94", 2011, p.112 ... 115.
4. Tyurin, I.Y.Improving the process of dryness hay [text] / Monograph / Saarbrucken, 2012, 80 p.
5. Dugin, Y.А. Perfection of technology and the development of rotary screw threshing machine threshing chickpea [text] / Y.A. Dugin / thesis for the degree of candidate of technical sciences / Volgograd State Agricultural Academy. Volgograd 2008.
6. Levchenko, G.V.Device for orderly stacking bales of roughage [text] / G.V. Levchenko, V.N. Sokolov, A.V.Rakutina / Scientific Review, № 3. - Saratov LLC "APEX 94", 2014, p. 38 ... 41.
7. Makarov, S. A. Device for cutting and loading silage and haylage. / A. S. Makarov, I. М. Pavlov, I. A. Mayorov, M. O. Jackals, N. E. Shineski // Patent for the invention № 2225091 publ. 04.2002.
8. Levchenko, G.V.Truck Mixer / G.V. Levchenko, P.I. Pavlov, I.S. Alexeenko // Patent for useful model №87153; IPC B65G67 / 24, publ.27.09.2009, Bull. №27.
9. Levchenko, G. V. improving the efficiency of loading of organic fertilizer truck and a continuous optimization of parameters of a rotary-vane feeder [text] / G. V. Levchenko / the Dissertation on competition of a disci-tion of the degree of candidate of technical Sciences, Saratov state agrarian University named after. And. Vavilova. Saratov, 1998.