METHOD OF DETERMINING WEAR OF FAN BLADES CRUSHER GRAIN

Full Text

Введение Научно доказано, что главными факторами, влияющими на продуктивный потенциал животных, являются структура кормовой базы хозяйств, качество кормов и способы их скармливания [1-3]. Известно, что концкорма являются важным компонентом в рационе животных и способствуют большему проявлению их продуктивного потенциала [4, 5]. Для измельчения зерна в животноводстве применяют дробилки с различными рабочими органами [6-14]. Наибольшее распространение получили молотковые дробилки зерна. Это связано с простотой их конструкции и относительно высоким ресурсом рабочих органов. В настоящее время для сельхозпроизводителей большой интерес представляют малогабаритные комбикормовые заводы и агрегаты, в состав которых входят дробилки зерна с вентилятором [15, 16]. Однако наряду с очевидными преимуществами молотковые дробилки, как с принудительной подачей материала, так и с пневматической, обладают рядом недостатков, одним из которых является повышенный износ их рабочих органов - молотков, решета, лопаток вентилятора. Наибольший интерес с точки зрения снижения износа представляют лопатки вентилятора, поскольку, изменяя их форму, можно снизить или увеличить интенсивность износа. Кроме того, они больше подвержены износу, так как весь измельченный материал проходит через них с большой скоростью, в то время как в камере измельчения количество зерна распределяется между большим числом молотков, а относительная скорость зерновок в ней снижается. Целью исследования является разработка методики расчета износа лопаток вентилятора с учетом его аэродинамических характеристик. Материалы и методы При определении величины износа лопаток вентилятора необходимо получить поле скоростей в камере вентилятора. Рассмотрим методику на примере дробилки зерна с ротором-вентилятором [15], разработанной в Нижегородском государственном инженерно-экономическом университете. Для построения поля скоростей в камере вентилятора на крышке высверливаются отверстия на одинаковом расстоянии, расположенные в радиальном положении через одинаковый угол (рис. 1). В радиальном и касательном направлениях с помощью анемометра замеряются скорости воздуха. Замеры проводят по всей глубине камеры (рис. 2) и вычисляют среднее значение. Для того чтобы при снятии замеров по глубине камеры не повредить измерительный прибор лопатками, в них делают прорези (рис. 2). После этого строят поле скоростей и получают функциональную зависимость. Результаты и их обсуждение (1) (2) Известно, что износ появляется в результате проявления сил нормального давления со стороны поверхности. Как показали наблюдения, наибольшее влияние на ресурс рабочих органов дробилок зерна оказывает абразивный износ рабочих поверхностей. Интенсивность износа зависит от силы трения и скорости относительного движения зерновок. Анализ сил, действующих на зерновку при ее движении по лопатке вентилятора, показывает, что сила трения складывается из нескольких составляющих: центробежной силы F, силы Fm тяжести, силы F Кориолиса. Все перечисленные силы определяются по известным формулам: F4 = fm «л r sin у ; Fт = ftna; F = 2 fm со V, (3) где f - коэффициент трения зе рновки o лопатку ротора; m - масса зерновки; a - вектор ускорения частицы; с л - окружная скорость лопаток вентилятора; r - радиус кривизны лопаток; у - угол наклона лопатки к радиусудиска ротора; V - скорость относительного движения зерновки. Из выражений (1)-(3) следует, что интенсивность износа рабочих поверхностей лопаток вентилятора зависит от коэффициента трения зерновки о лопатку, угла наклона лопатки к радиусу диска ротора, а наибольшее влияние на силу трения оказывает окружная скорость лопаток. Проанализировав формулу (1), можно заметить, что сила трения - это функция, зависящая от текущего значения радиуса r. Это значит, что и интенсивность износа лопаток вентилятора будет возрастать с увеличением радиуса кривизны. Данное утверждение хорошо доказывается проведенными наблюдениями за характером износа лопаток при измельчении зерна (рис. 3). Анализ показал, что наибольшему износу подвержена периферийная часть лопаток, и, исходя из полученного результата, можно рекомендовать с целью увеличения срока службы лопаток вентилятора их толщину увеличивать от центра к периферии либо провести упрочнение лишь тех участков, которые наиболее подвержены износу. О.Н. Моисеев [17, 18], исследуя процесс износа молотков, вывел следующую аналитическую зависимость, позволяющую определить величину износа: dy = dt ^(Н1 (х, x0 ) zL1 (х0 ) + H2( x, x0 )zL2 ( x0 ) )dx. где x - текущая координата зерновки; x 0 (4) начальная координата зерновки; Н1 - давление зерновки на молоток при ударе; Н - давление зерновки на молоток при скольжении; [x1, x2] отрезок, на котором происходит взаимодействие молотка и зерновки; L1(x0), L2(x0) - распределение зерновок при ударе и скольжении соответственно. Из выражения (4) следует, что помимо силы трения на величину износа влияние оказывает и распределение частиц по рабочей поверхности. Определяя величину износа молотков, в ряде работ [17, 18] предлагается рассчитать относительную скорость частиц по выражению: [-/скГ + mco2 (х + R)]3,218!-)5 [Юр (х + R)]5 м =---------------------------------------- ^^-^---------------------- , - (5) где R - радиус подвеса молотка; f(x) - форма ударной поверхности молотка; /ск - коэффициент трения скольжения зерновки по молотку; юр - угловая скорость ротора. (6) Однако данная формула справедлива в случае принудительной подачи зерна. В случае подачи зернового вороха за счет разряжения величину износа лопаток вентилятора необходимо рассчитывать, учитывая воздушные потоки, создаваемые вентилятором. Здесь необходимо использовать методику, примененную в работе СЮ. Булатова, В.Н. Нечаева, П.А. Савиных [19], при решении частного случая второго закона Ньютона: mW = R + G, где R аэродинамическое сопротивление; G - вес частицы. При решении поставленной частной задачи определяется вектор относительной скорости зерновки. В общем случае он равен разности векторов абсолютной скорости частицы и скорости воздушного потока: где v0 - вектор абсолютной скорости зерновки; Ув - вектор скорости воздушного потока. (8) Индивидуальный подход к конкретной модели дробилки зерна с вентилятором при решении поставленной задачи обеспечит точность расчетов. В этом случае необходимо построить поле скоростей воздушного потока (рис. 1, б) в камере вентилятора, которое зависит от аэродинамических характеристик вентилятора. Далее методами математического анализа или планирования эксперимента на основании полученных экспериментальных данных выводятся функциональные зависимости, характеризующие изменение касательной и нормальной составляющей скорости воздушного потока от радиуса R и угла 8 (рис. 1, б): vBX= f(R,8); vBn = f(R,8), где R - радиус замера; 8 - угол замера. Так, например, для дробилки зерна с ротором-вентилятором касательная и нормальная составляющие описываются выражениями [19]: vOT = 18,49 +17,34-R + 0,12-8-17,41-R2 вт ' ' ' ' (9) (10) -3,45-R - 8 + 2,46-82; vra =-0,66 + 11,48- R -13,12- 8-2,7-R2 + 6,51- R-8 + 8,07-82. Получив необходимые зависимости и подставив их в выражение (7), рассчитывается относительная скорость зерновки, которая используется вместо предложенного выражения (5). Таким образом рассчитывается величина износа лопаток вентилятора и принимаются меры к ее снижения. Выводы 1. Интенсивность износа рабочих поверхностей лопаток вентилятора зависит от коэффициента трения зерновки о лопатку, угла наклона лопатки к радиусу диска ротора. При этом наибольшее влияние на силу трения оказывает окружная скорость лопаток. 2. Для увеличения срока службы лопаток и снижения интенсивности их износа необходимо выбрать правильную форму с минимально возможным радиусом кривизны. 4. Предложена методика, на основании которой можно рассчитать величину износа лопаток вентилятора с учетом его аэродинамических характеристик.

About the authors

V. V Goeva

GBOU VO Nizhniy Novgorod state engineering-economic university

Email: v-goeva@mail.ru

References

Supplementary files