АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ ФРЕЗЕНЫХ Г-ОБРАЗНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ

Данилин А.В.¹, Денисов Р.А.²

¹ Кандидат технических наук, доцент; ² Кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова.

АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ ФРЕЗЕНЫХ Г-ОБРАЗНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ

Аннотация

Существуют различные способы производства вермикомпоста: в ящиках, вермиинкубаторах, на стеллажах, в мелких траншеях и грядах. При промышленном производстве вермикомпоста наибольшее распространение получил грядный способ с вертикальным и горизонтальным распределением свежей продукции.

В процессе приготовления вермикомпоста наиболее трудоемкими операциями являются измельчение и подбор вермикомпоста. На основе анализа погрузчиков органических удобрений непрерывного действия и почвообрабатывающих машин фрезерного типа для обработки влажных почв приведена в статье рассмотрены, некоторые теоретические исследования, относящиеся к работе фрез с Г-образными рабочими органами, которые предназначены для перемешивания и измельчения органических удобрений влажностью 55-75%.

Ключевые слова: Сила сопротивления резанию, удельное сопротивление, двухгранный клин, угол крошения.

Danilin V.A.¹, Denisov R.A.²

¹ PhD in Engineering, associate Professor; ² PhD in Engineering, associate Professor; Saratov state agrarian University named after N.A. Vavilov

THE ANALYSIS OF THEORETICAL RESEARCHES OF WORK OF MESENICH L-SHAPED WORKING BODIES DURING GRINDING OF ORGANIC FERTILIZERS

Abstract

There are various methods of production of vermicompost: in boxes, vereinsbedarf, on shelves, in shallow trenches and ridges. In industrial production of vermicompost, the most widely gradny method of vertical and horizontal distribution of fresh produce.

In the process of preparation of vermicompost the most time consuming operations are the grinding and selection of vermicompost. Based on the analysis of the loaders of organic fertilizers and continuous cultivation type milling machines for processing wet soils is given in the article, some theoretical studies related to the work of the milling cutter with l-shaped working bodies, which are designed for mixing and grinding of organic fertilizers humidity of 55-75%.

Keywords: resistance Force to cutting, resistivity, dihedral wedge, the angle of cracking.

При работе с органическими удобрениями сопротивление складывается из сопротивления отрыву стружки в горизонтальном направлении крылом ножа, разрезанию пласта в вертикальной плоскости стойкой ножа, сопротивления отрыву стружки от монолита и на сообщение некоторой скорости отрезанной массе [1-9]. Согласно формуле акд. В.П. Горячкиным силы тяги определяется:

,                                      (1)

где  – сопротивление, вызванное трением ножа о материал;  – сопротивление резанию с деформации отрезаемой стружки;  – сила, необходимая для сообщения скорости отбрасываемого материала ножом.

,                                                (2)

где   – сила сопротивления резанию стойкой ножа;  – сопротивления резанию крылом ножа.

Определение сопротивления трению, вызванное при контакте ножа о материал, можно объединить со второй составляющей.

Сила сопротивления резанию стойкой ножа определяется по формуле:

,                                              (3)

где  – удельное сопротивление резанию лезвием, Н/см; h – глубина резания, см.

Профессором А.Д. Далиным установлено, что удельное сопротивление резанию в зоне разрушения на поверхности материала, характеризуется возникновением трещин, у открытой поверхности, и возрастает с увеличением угла заточки лезвия стойки. Оптимальный угол заточки находится в пределах 25 – 30⁰.

Сила сопротивления стойки ножа  выражается уравнением:

,                                   (4)

где  – толщина стойки, м;  – коэффициент трения;   – угол заточки, град.

При уменьшении угла заточки  до нуля сопротивление возрастает в результате увеличения сил трения. В рыхлый материал с большим коэффициентом трения , угол  будет больше, по сравнению со в связной плотной массой с малым .

Из материалов В.А. Шамотова и В.С. Сурикова видно, что сопротивление стойки и крыла ножа различны. Для Г-образных рабочих органов значительную часть энергии при работе потребляет стойка (30 – 40 %) и лишь 20 – 25 % крыло. На отрыв почвенной стружки по боковой поверхности приходится 40 – 48 %.

Сила сопротивления крыла ножа выражается из функции: [1, 2]:

,                                             (5)

где  – ширина захвата крыла, м;  – средняя длина дуги срезаемого элемента материала, мм;  – удельное сопротивление резанию по дуге.

Крыло Г-образных рабочих органов фрезерных машин являются разновидностями клина, двух и трехгранных.

Двухгранный клин бывает: с нижней и верхней заточками.

Минимальное значение угла  клина, имеющего нижнюю заточку лезвия, должно быть примерно 25 (рис. 1,а), если угол  < 25 то заточку делают верхней (рис. 1, б).

а)	б)

Рис. 1. Сечение двухгранного клина: а – с нижней заточкой; б – с верхней заточкой.

В случае, с верхней заточкой, заглубляющую способность клина определяет угол  т.к. деформационное и динамическое сопротивления материала приложены к поверхности клина.

При больших значениях угла крошения  (клин с верхней заточкой) пласт перестает скользить вверх по рабочей поверхности клина и начинает сгруживаться впереди клина. Такое явление возникает в тех случаях, когда сумма углов трения и крошения превышает 90. т.е.  +  > 90.

При этом сила Р давления клина на пласт направлена горизонтально. Под действием этой силы материал впереди клина подвергается сжатию, которая увеличивается по мере продвижения клина до тех пор, пока почва не разрушится.

При малых значениях угла крошения  (клин с нижней заточкой), когда имеет место соотношение  +  < 90⁰ направление силы Р не совпадает с направлением поступательного движения клина, а образует с ним угол ξ.

Такое направление силы Р способствует деформированию материала впереди клина путем отрыва, а не сдвига (рис. 2). В этом случае клин стремится оторвать от дна борозды консоль АВО, изогнуть и передвинуть ее.

а)	б)

Рисунок 2. Воздействие клина на материал при различных углах :

а- во при большом значении угла ; б –  при малом

Для прочности лезвия угол заострения должен быть равным 15° – 20°. Угол  не должен быть меньше 10°, т.к. в этом случае ход машины становится неустойчивым по глубине. Минимальное значение угла  у клина, имеющего нижнюю заточку лезвия, должен быть примерно 25°.

Деформации материала, возникающие под воздействием трехгранного клина, аналогичны двухгранному клину. Разница в том, что измельчение происходит с помощью раскалывания или разламывания материала и это повышает энергоемкость процесса.

Условие отбрасывания элемента материала (рис.3), на который действуют две силы – сила тяжести  и центробежная сила  впервые рассмотрел А.Д. Далин.

Рис. 3. Силы, действующие на частицу почвы при сбрасывании ее с полевого крючка фрезы: I – IV – положение рабочего органа в пространстве

Условие равновесия сил, действующих на частицу, имеет вид:

,                                  (6)

где  – масса частицы почвы, кг;  – окружная скорость ножа, м/с;   – угол резания, град.;  – радиус вращения конца ножа, м;   – коэффициент трения;  – ускорение свободного падения, м/с².

Сопротивление отбрасыванию  выражается по формуле:

,                                        (7)

где b – толщина отрезаемой стружки, м; a – ширина крыла, м;  – скорость движения частицы, м/с; μ – плотность материала, кг/м³;  – коэффициент частицы материала.

На дальность отбрасывания частиц влияет угол резания ножа; при угле резания 60-70° она наибольшая. Увеличение ширины ножа также повышает дальность отбрасывания материала. Количество отброшенного материала возрастает с увеличением площади поверхности ножа и с уменьшением подачи.

Установлено, что масса отброшенного материала, дальность и работа на отбрасывание растут с увеличением диаметра фрезы. Изменение диаметра фрезы с 320 до 560 мм вызывает увеличение массы отброшенной почвы на 8,8 % и дальность отбрасывания на 57 %.

При резании плотного материала верхняя часть стружки, составляющая около 30 % всего объема отрезаемого материала, отбрасывается под углом 10 - 30^о к горизонту.

При работе фрезерного барабана накладываются определенные ограничения на скоростной режим работы, т.к. с увеличением числа оборотов барабана пласты материала могут вовлекаться в круговое вращение и отбрасываться вперед по ходу движения агрегата (рис. 3). На элемент стружки действуют: сила тяжести , центробежная сила инерции , нормальная реакция поверхности ножа N и сила трения .

Рис. 3. Силы, действующие на элемент стружки, находящейся на ноже.

Сила, сдвигающая элемент почвы с ножа вниз:

.                                        (8)

Сила, увлекающая элемент во вращение:

,          (9)

где – коэффициент трения материала о нож;  – масса элемента стружки, кг;  – угловая скорость барабана, рад/с;  – задний угол резания ножа, град; R – радиус барабана, м.

Движение элемента стружки в направлении к задней кромке ножа начнется при условии :

.          (10)

На величину критического угла подъема пласта оказывают влияние частота вращения, коэффициент трения, радиус барабана и угол установки ножа:

.                   (11)

При работе (11) ротационной машины на ровной поверхности и при установившемся режиме мощность равна:

,                        (12)

где  – мощность на резание материала, кВт;  – мощность на отбрасывание материала, кВт;  – мощность на преодоление сопротивления Р_х, , кВт;  – потери мощности на перекатывание машины, кВт;  – потери мощности в передаточных механизмах машины, кВт.

Для определения мощности на резание и отбрасывание фрезами материала Г. Бернацкий рекомендует исходить из удельной работы А_уд:

,                          (13)

     где  – удельная работа резания, Н/м²; – рабочая ширина захвата агрегата;  – число ножевых секций агрегата, шт;  – скорость агрегата, м/с.

,                                     (14)

 где   ,  – коэффициенты при отбрасывании и резании были получены на основе экспериментальных данных В.А. Юзбашева.

Мощность на преодоление сопротивления Р_х равна:

,                            (15)

где  – горизонтальная составляющая равнодействующей силы сопротивления P; υ – скорость агрегата, м/с; ψ – угол наклона равнодействующей, град.

Потери мощности на перекатывание машины:

,                                       (16)

где μ' – коэффициент сопротивления перекатыванию опорных колес; – вертикальная нагрузка на опорные колеса, Н.

Потери мощности в передачах машины:

,                   (17)

где  – КПД передачи.

Литература

1. Данилин, А.В. Совершенствование технологии производства вермикомпоста с разработкой и обоснованием параметров измельчающего устройства [Текст] / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / А.В. Данилин / Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2006. – 170 с.
2. Канарев, Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия [Текст] / Ф.М. Канарев. – М.: Машиностроение, 1983. – 153с.
3. Матяшин, Ю.И. Расчет и проектирование ротационных почвообрабатывающих машин [Текст] / Матяшин Ю.И., Гринчук И.М. - М.: Агропромиздат,1988. – 176 с.
4. Нестеров, Е.С. Разработка технологического процесса и почвообрабатывающего орудия для основной обработки почвы [Текст] / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Е.С. Нестеров / Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2011. – 149 с.
5. Яцук, Е.П. Ротационные почвообрабатывающие машины [Текст] / Яцук Е.П. и др. – М.: «Машиностроение», 1971. - 256 с.
6. Левченко, Г.В. Исследование устройства для повышения эффективности выгрузки грузов плохосыпучих, способных к прилипанию или примерзанию, из кузова транспортного средства [текст] / П.С. Бедило, Г.В. Левченко, И.Ю. Тюрин / Международный научно-исследовательский журнал. – Екатеринбург, 2015. № 10-3 (41). с. 19-21.
7. Левченко, Г.В. Зависимость крутящего момента на валу питателя погрузчика непрерывного действия от режимных параметров [текст] / Г.В. Левченко, С.А. Макаров, И.Ю. Тюрин, Ю.А. Дугин /Международный научно-исследовательский журнал. – Екатеринбург, 2015. № 10-3 (41). с. 41-43.
8. 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
9. Тюрин И.Ю. Технические средства для внесения органических удобрений [текст] / Н.В. Хитрова, И.Ю. Тюрин / Научная мысль. 2015. № 3. с. 102-105.

References

1. Danilin, A. V. Improvement of technology of vermicompost production with the development and justification of parameters of a grinding device [Text] / V.  Danilin / the Dissertation on competition of a disci-tion of the degree of candidate of technical Sciences, Saratov state agrarian University named after. N. And. Vavilova. Saratov, 2006. – 170 p.
2. Kanarev, F. M. Rotary tillage machines and tools [Text] / F. M. Kanarev. – M.: Mashinostroenie, 1983. – 153с.
3. Matiashyn, Y. I. Calculation and design of rotary tillage machines [Text] / Matiashyn Y. I., Grinchuk M. I. - M.: Agropromizdat,1988.-176с
4. Nesterov, E. S. process design and tillage implements for primary tillage [Text] / E. S.Nesterov / the Dissertation on competition of a disci-tion of the degree of candidate of technical Sciences, Saratov state agrarian University named after. N. And. Vavilova. Saratov, 2011. – 149 S.
5. Yatsuk, E. P. Rotary tillage machines [Text] / E. P. Yatsuk and others – M.: mechanical engineering, 1971. - 256 p.
6. Levchenko, G. V. a Study of devices to improve the efficiency of unloading illiquid, capable of sticking or freezing of the vehicle body [text] / P. S. Bedilo, G. V. Levchenko, I. Y., Tyurin / International research journal. – Ekaterinburg, 2015. No. 10-3 (41). p. 19-21.
7. Levchenko, G. V. the Dependence of torque on a shaft of a feeder of a loader of continuous action from operational parameters [text] / G. V. Levchenko, S. A. Makarov, Y. I. Tyurin, Y. A. Dugin /international research journal. – Ekaterinburg, 2015. No. 10-3 (41). S. 41-43
8. 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. N. And. Vavilova. Saratov, 1998.
9. I. Y. Technical means for application of organic fertilizers [text] / N. V. Khitrova, Y. I. Tyurin / Scientific thought. 2015. No. 3. p.102-105.