IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Анализ многочисленных [1, 2, 4 - 7, 10] экспериментально - теоретических исследований, во всех типах МСУ показал, что одним из доминирующих фактов выделения зерна является динамическое сжатие растительной массы при многократных на нее воздействиях их рабочими органами.

В задачу наших экспериментальных исследований процесса сжатия растительной массы вальцами входило определение:

• зависимости изменения интенсивности усилия сжатия от числа сжатий;
• влияние релаксации на характер изменения усилия сжатия рисовой массы при ударной нагрузке.

На рис. 1 показана лабораторная установка для динамического сжатия обмолачиваемой массы.

Чтобы исключить при подсчете усилий влияние инерционных сил подвижных масс и сил трения поршня о цилиндр, оказывающих воздействия на показания D₁ , сначала записывали эти параметры на холостом ходу, а потом наносили на график рабочего процесса и вычитали (рис. 2). Поскольку график холостого хода за время одного цикла носит закономерный характер, то разницу в усилиях рабочего и холостого ходов определяли по участкам. Потребная для сжатия величина силы подсчитывалась как разность:

P = P₁ - P₂     (1)                             где P₁ - усилие сжатия соломы, Н;

                                                                P₂ - усилие холостого хода штока, Н;

Тензометрический датчик D₂ фиксировал усилие сжатия соломы, приходящееся на неподвижный валец.

1 - пульт управления; 2 - приспособление для сжатия соломы; 3 - электродвигатель; 4 - тензозвено; 5 - кривошипно-шатунный механизм.

На рис. 3 показаны графики интенсивности усилий сжатия на подвижном и неподвижном вальцах при толщине хлебной массы 45 мм и степени сжатия, равной  4,5, выполненные в одном масштабе.

Усилия подвижного вальца D₁ в течение всего периода сжатия больше соответствующего усилия на неподвижном вальце D₂ . После окончания сжатия, когда подвижный валец отходит от  неподвижного, эта разница постепенно уменьшается и в точке К графики пересекаются.

На интервале КР усилия на подвижном вальце больше, чем на неподвижном. Эта характерная особенность изменения интенсивности усилий сжатия наблюдателя на графиках всех циклах сжатия.

На рис. 4 графики усилий подвижного и неподвижного вальцов представлены в различных масштабах, что затрудняет их визуальное сравнение и анализ.

Подобная картина взаимного расположения графиков усилий сжатия соломы вальцами наблюдается и при повторных циклах сжатия, хотя максимальное усилие сжатия при многократных деформациях рисовой массы уменьшается.

Обработка экспериментальных данных позволила выяснить зависимость интенсивности усилия сжатия от числа  сжатия при многократном деформировании рисовой массы (рис. 4).

Аппроксимированные выражения этой зависимости при начальной толщине слоя сжимаемой соломы δ = 45 мм, имеют следующий вид:

Р₁ = 99,3137 - 1,024123η + 0,006426η²;   (1)

Р₂ = 71,759 - 0,7737η + 0,0047η²,    (2)

Где Р₁ и Р₂  - усилия на погонный сантиметр ребра вальцов, Н/см;

 η - число сжатий.

При сравнении усилий, обнаружилось, что при всех режимах сжатия усилие на подвижном вальце Р₁ больше, чем на неподвижном Р₂, примерно на одну и ту же величину, зависящую от скорости сжатия. На обоих вальцах сила сжатия уменьшается с изменением числа сжатий одинаково, т. е. кривые эквидистантны. Эквидистантность кривых, по нашему мнению, указывает, что разница в усилиях вальцов определяется физико-механическими свойствами обмолачиваемой массы.

Характерным является то, что при различных толщинах сжимаемого слоя усилие сжатия на вальцах в начале быстро снижается в зависимости от числа сжатий, а начиная с 40-50 сжатий, вследствие разрушения трубки, солома теряет жесткость, обусловленную прочностью трубки, и при последующих сжатиях требуется сила только на деформацию стенок разрушенной трубки. Для выяснения причины отмеченной разности в показаниях осциллограммы предполагаем, что:

 Р^*₁ = Р^*₂ + Р_u + F_пр.

Где Р^*₁ - усилие испытываемое подвижным датчиком D₁, Н;

       Р^*₂ - усилие, испытываемое неподвижным датчиком D₂, Н;

        P_u - главный вектор сил инерции частиц соломистой массы, Н;

        F_пр - равнодействующая суммарной силы межстеблевого трения, Н.

В процессе сжатия, проекции на направление силы Р^*₁ , силы инерции и силы трения частиц соломы противоположны силе       Р^*₂.

Для определения величины силы инерции применим общее уравнение импульсивного движения (рис. 5).

Где   - ударного импульс, Н с;

      m _i - масса i- той частицы, кг;

       - виртуальное перемещение, мм;

      - скорость частицы до удара, м/с;

      - скорость частицы после удара, м/с.

Допускаем, что соломистая масса поворачивается вокруг неподвижной точки подвеса. Тогда для частицы соломы:

Где l_i  изменяется от 0 до l/2; учитывая обе половины подвески, получим:

Подставив в уравнение (4) результат соотношения (5), получим :

Где V - скорость удара, м/с.

Тогда сила инерции будет равна

Где τ - время удара, с.

Вычислив Р_U  и зная Р₁^* и Р₂^*, можно подсчитать F_пр по формуле (3).

Поскольку практически трудно определить силу межстеблевого трения и величину силы трения вальца о солому, проверяем свое предположение по значению коэффициента трения стали о солому (рис. 6).

Предположив, что вычисленная сила является результирующей силой трения, можно записать:

Приведя уравнение к необходимой форме, получим значение коэффициента трения стали о солому:

Вычисленный по формуле коэффициент трения скольжения вальца о рисовую соломистую массу оказался в зависимости от толщины сжимаемого слоя растительной массы, в 1,5:2 раза выше значений коэффициента трения стали о соломистую массу, что подтверждает наши предложения о природе разницы сил P₁^* и Р₂^* . В действительности коэффициент межстеблевого трения сцепления находится в пределах найденных значений коэффициента трения. А это значит, что силы F_тр1, F_тр2 являются суммарными силами межстеблевого трения в сжимаемом слое рисостебельной массы.

Выполненный расчет показал, что значение коэффициента межстеблевого трения скольжения находится в пределах 0,45:0,65 в зависимости от скорости сжатия, что хорошо согласуется со справочными данными.

ВЫВОДЫ.

1. При динамическом сжатии рисостебельной массы функциональная зависимость усилия сжатия при деформации такая же, как и при ее статическом сжатии.
2. Усилие сжатия соломистой массы при динамическом деформировании значительно больше соответствующей силы статической деформации и прямо пропорциональна скорости сжатия.
3. Разница в напряжении сжатия между подвижными и неподвижными вальцами определяется силой инерции сжимаемой порции соломистой массы и силой межстеблевого трения, возникающей в сжимаемом слое рисостебельной массы.

Код для цитирования: Скопировать