ANALYTICAL INDICATORS JUSTIFICATION ROOT DISK GRINDER

Abstract


The purpose of the study is to analytically justification based on the definition of the basic indicators of disk cutter chopper roots work. The increase in dairy cows productivity requires improving the quality of feed, as well as the inclusion in the composition of the diet of roots and tubers. One of the mandatory preparation of crops for feeding is fragmentation and the subsequent feeding of animals in the shortest time (up to 2 hours), to prevent damage. For grinding crops are the trowel, the hammer-wrought, pin, knife, etc. grinding machines. Most preferred, for the grinding of clean roots is a disk cutter grinding machine with horizontal axis of rotation. Effect characteristics of chopper in operation farms, it is assumed manual loading of root crops in the chopping apparatus. To improve performance, we propose an original feed device. Describing the disk chopper crops for farms with original over-bulky device that provides forced supply of the root to the blades of the disk, increasing productivity. Excessive contact force will result in excessive compression of disk the root and increase the intensity of the process. The thickness of the slices is limited by the limb of a knife from the plane of the disk surface. If you looked around enough effort root does not reach the disk, and accordingly the thickness of the slice is smaller, the performance of the device below, and the effective energy intensity of the process is reduced. Therefore, the theoretical analysis of the working process will define its basic parameters. The article gives theoretical justification and leads to the given expression describing the intensity of the process, drive power, the performance of the device, the thickness of the roots particles slices.

Full Text

Повышение молочной продуктивности коров требует улучшения качества кормов, а также включения в состав рациона корнеклубнеплодов. Одной из обязательных операций подготовки корнеклубнеплодов к скармливанию является их измельчение и последующее скармливание животным в минимальные сроки (до 2 ч) во избежание порчи. Соответственно, производительность измельчителя должна быть по возможности достаточно высокой, чтобы сократить длительность измельчения корнеплодов. Конструкция измельчителя должна обеспечивать низкие энергозатраты, соблюдение зоотребований на размер частиц (толщина ломтиков до 10 или 15 мм в зависимости от вида животных), предотвращение потерь кормов (в т.ч. за счет сока, т.е. избегать переизмельчения) [1-3]. Цель исследования - аналитически обосновать зависимости по определению основных показателей работы дискового ножевого измельчителя корнеклубнеплодов. Задача исследования - определить теоретические выражения, описывающие энергоемкость процесса, мощность привода, производительность устройства и среднюю толщину ломтиков частиц корней. Материалы и методы исследований. Для измельчения корнеклубнеплодов используются терки, молотковые, штифтовые, ножевые и др. измельчающие аппараты [1-8]. Наиболее предпочтительным, по мнению авторов, для измельчения чистых корнеплодов является дисковый ножевой измельчающий аппарат. Предлагается использовать подобный аппарат с горизонтальной осью вращения. В силу особенностей эксплуатации измельчителя в фермерских хозяйствах, предполагается ручная загрузка корнеплодов в измельчающий аппарат. Для повышения производительности используется загрузное устройство, представленное на рисунке 1 [9]. После закладки корня в приемный бункер 5, рукояткой осуществляется поворот прижимной лопасти 4 устройства в сторону вращающегося диска с ножами 3. Тем самым обеспечивается принудительный подвод корня к ножам 3 диска, обеспечивающий увеличение производительности. Чрезмерное усилие прижатия приведет к излишнему прижатию корня к диску и росту энергоемкости процесса. Толщина ломтиков ограничивается величиной отгиба ножа от плоскости поверхности диска. При недостаточном усилии корень не доходит до диска, соответственно толщина ломтика меньше, производительность устройства ниже, эффективная энергоемкость процесса снижается. Теоретический анализ рабочего процесса позволит определить его основные показатели. Результаты исследований. Конструктивные и энергетические параметры обосновывались авторами в ряде работ [9, 10]. Однако функционально не выявлялась производительность устройства. Рис. 1. Схема дискового ножевого измельчителя корнеплодов: 1 - вал привода; 2 - корпус измельчителя; 3 - диск с ножами; 4 - прижимная лопасть, шарнирно установленная на оси; 5 - приемный бункер; 6 - корнеплод; 7 - выгрузное отверстие для измельченных частиц Для определения энергоемкости измельчения корнеклубнеплодов Y (Дж/кг) требуется знать затраченную энергию (работу) А (Дж) и массу приготовленного корма m (кг). Соответственно [9]: (1) где А1, А2 - работа, затраченная на привод измельчающего аппарата и устройства подачи корнеплодов к измельчающему аппарату, Дж; m - масса измельченного корма, кг. Учитывая, что масса корнеплодов одинакова, а подвод корнеплода осуществляется вручную и не связан с приводом измельчителя, можно записать: (2) где N - мощность, потребная на привод измельчителя, Вт; Q - производительность измельчителя, кг/с. Потребная мощность привода измельчающего аппарата определится (3) где NИЗМ, NАЭР, NРАЗГ, NВЫГР - мощность, потребная соответственно на измельчение корнеплодов, на сопротивление воздуха, на разгон материала до скорости рабочего органа, на выгрузку корма из измельчителя, Вт; h - КПД привода рабочего органа. Из указанных слагаемых достаточно постоянной величиной является мощность, потребная на сопротивление воздуха, а остальные зависят от производительности измельчителя, причем существенно зависят от одной из ее составляющих - толщины срезаемых ломтиков. Чем тоньше ломтики, тем выше затраты энергии на резание. Чем толще ломтики, тем выше трение корнеплодов о диск измельчителя. Производительность измельчителя (кг/с) может быть определена [10]: (4) где Z - количество ножей измельчающего аппарата, шт.; n - частота вращения рабочего органа измельчителя, с-1; D - толщина срезаемых ломтиков, м; a - ширина загрузочной горловины измельчающего аппарата, м; b - высота загрузочной горловины измельчающего аппарата, м; k - коэффициент, учитывающий пустоты между клубнями; kс - коэффициент использования ножа; r - плотность вороха корнеплодов, кг/м3; kис - коэффициент использования рабочего времени измельчающего аппарата, связанный с циклической подачей корнеплодов. Однако данная формула не совсем корректна при используемом варианте работы предложенного измельчителя корнеплодов. Так как фактически применяется порционная подача корнеплодов по циклам, поэтому производительность (кг/с) может определиться: , (5) где Mk - масса порции измельчаемых корнеплодов за смену, кг; Тс - длительность смены, с; m - средняя масса корнеплода, кг; Nк - количество измельчаемых корнеплодов, шт.; Ти - длительность измельчения корнеплодов, с; Тп - длительность операций по замене емкостей с корнеплодами, с; Тд - длительность подготовительно-заключительных операций во время смены, с. Длительность измельчения корнеплодов (с): , (6) где Тр - длительность резания корнеплода, с; Тз - длительность закладки корнеплода, с. Длительность резания (с) можно найти: , (7) где R - радиус основания конуса корнеплода, м; Dс - толщина средней части ломтика, м. Время между проходами ножа (с) составит: . (8) Толщину средней части ломтика можно найти на основании рисунка 2,б. Если нож 2 отстоит от поверхности диска 1 на расстоянии i, то при малой частоте резания ножей ожидается наибольшая толщина ломтиков D (м). С ростом частоты вращения диска с ножами время t смещения корнеплода к диску будет сокращаться, соответственно толщина средней части ломтика Dс будет также уменьшаться. При силовом воздействии (рис. 2,а) момента М прижимной лопасти 4 на корнеплод 5, возникнет сила воздействия лопасти F, расположенная на расстоянии Rl от оси вращения лопасти (т. С), а также ранее существовавшая сила тяжести плода G. Под воздействием указанных сил корнеплод прижимается к днищу приемного бункера 6. Как результат возникает сила нормальной реакции днища N и производная от нее сила трения по днищу Fтр (Н). В результате на центр тяжести корнеплода (т. О) подействует сила инерции Fин. Она будет стараться сместить корнеплод вдоль днища, т.к. его движение к днищу невозможно. В силу опоры корня о днище (т. А) дополнительно возникает вращение вокруг точки А. Т.е. корнеплод 5 начнет прокатываться по днищу приемного бункера 6 в сторону диска 1. Как результат, первый период длительностью t1 - перемещение верхней части корнеплода по точкам 1-2-3-4-5, при минимальном сдвиге в районе т. 0. При достижении верней части диска (т. 5), второй период длительностью t2 - дальнейшее движение пройдет по точкам 6-7-8-9. В зависимости от имеющегося времени, движение прекратится по достижении лимита времени t. Для упрощения теоретических расчетов сделаем допущение о форме плода, близкой к цилиндру, лежащему вдоль плоскости диска. Рис. 2. Схема взаимодействия корнеплода и ножевого аппарата: а - схема действующих сил; б - схема перемещений корнеплода между воздействиями ножа; 1 - диск; 2 - нож; 3 - корпус измельчителя; 4 - прижимная лопасть, шарнирно установленная на оси; 5 - корнеплод; 6 - приемный бункер Нормальная реакция днища (Н): (9) где a - угол наклона днища от горизонтали, рад; b - угол наклона прижимной лопасти от вертикали, рад. Сила инерции корнеплода (Н): . (10) Сила трения о днище (Н): (11) где f - коэффициент трения корнеплода по днищу. Вращающий момент корнеплода (Н×м): . (12) Угловое ускорение корнеплода (рад/с2): . (13) Момент инерции корнеплода (кг×м2) [10]: , (14) где r - радиус центра тяжести элементарного сектора с центральным углом при вершине j®0, м; mi - масса элементарного сектора, кг. Угловая скорость вращения корнеплода (рад/с): . (15) Окружной путь вращения корнеплода (рад): . (16) Скорость движения корнеплода (м/с): . Перемещение центра тяжести корнеплода (м): . (17) Точка «ноль» (т. 0) будет смещаться влево на расстояние (м): (18) В тоже время верхние точки (т.1-2-3-4-5) будут смещаться влево на расстояние, м: (19) При достижении края корнеплода (т. 5) вращение корнеплода против часовой стрелки прекратится, и далее начнется вращение в противоположную сторону из-за продолжающегося движения центра тяжести корнеплода. Время до полного прижатия корнеплода к диску (с) составит: . (20) Время периода t1 можно определить из условия: (21) При этом данное выражение решается только приближенным численным методом, а аналитическое решение отсутствует. Время периода t2 можно определить из условия: (22) Потребная (оптимальная) угловая скорость диска (рад/с) составит: . (23) При меньшей угловой скорости корнеплод будет полностью прижиматься к диску, увеличивая трение об него, деформируя диск и повышая затраты мощности на привод. При несколько большей угловой скорости полного прижатия корнеплодов к диску не происходит, толщина средней части ломтика Dс стремится к величине i. Производительность измельчителя (кг/с) определится: . (24) Заключение. Аналитически определены основные параметры работы предложенного дискового измечителя корнеплодов.

About the authors

S S Petrova

FSBEI HVE Samara SAA

Email: ssaariz@mail.ru
446442, Samara region, settlement Ust’-Kinelskiy, Uchebnaya, 2 str
cand. of techn. sciences, associate professor

V V Konovalov

FSBE HVE Penza STA

Email: konovalov-penza@rambler.ru
440014, Penza region, Penza, Baydukova, 1a str
dr. of teсhn. sciences, prof. of the department «Animal husbandry mechanization»

S V Volkov

FSBE HVE Penza STA

Email: fpk_pgta@mail.ru
440014, Penza region, Penza, Baydukova, 1a str
cand. of techn. sciences, associate professor of the department «Animal husbandry mechanization»

I A Voronova

FSBEI HVE Penza SAA

Email: sha_penza@mail.ru
440014, Penza region, Penza, Botanichescaya, 30 str
cand. of agricultural sciences, associate professor

References

  1. Мухин, В. А. Механизация приготовления кормов. - Саратов : СГСХА, 1994. - 186 с.
  2. Сыроватка, В. И. Механизация приготовления кормов : справочник / В. И. Сыроватка, А. В. Демин, А. Х. Джалилов [и др.] ; под общ. ред. В. И. Сыроватка. - М. : Агропромиздат, 1985. - 368 с.
  3. Коновалов, В. В. Механизация технологических процессов животноводства / В. В. Коновалов, С. И. Щербаков, В. Ф. Дмитриев. - Пенза, 2006. - 232 с.
  4. Ведищев, С. М. Совершенствование измельчающего измельчающего аппарата для клубнемойки ИКМ-5М / С. М. Ведищев, А. В. Брусенков, А. В. Прохоров // Сельский механизатор. - 2009. - №6. - С. 25.
  5. Курдюмов, В. И. Результаты исследования процесса смешивания в измельчителе-смесителе вертикального типа / В. И. Курдюмов, В. Ф. Некрашевич // Инновационные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России : мат. Всероссийской научно-производственной конф. - Ульяновск : УГСХА, 2003. - C. 224-227.
  6. Кухарев, О. Н. Физико-механические свойства современных сортов и гибридов сахарной свеклы / О. Н. Кухарев, Г. Е. Гришин, И. Н. Сёмов, И. А. Старостин // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2013. - Т. 8, №2 (28). - С. 77-80.
  7. Савиных, П. А. Результаты экспериментальных исследований рабочего процесса измельчителя-раздатчика с ножевым ротором / П. А. Савиных, Ю. В. Сычугов, Н. Н. Соболева, В. Е. Тупицын // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2006. - Т. 16, №3. - С. 38-47.
  8. Тишанинов, Н. П. Новые направления совершенствования процессов измельчения компонентов кормов / Н. П. Тишанинов, С. Г. Калиниченко // Достижения науки и техники АПК. - 2007. - №3. - С. 46-48.
  9. Коновалов, В. В. Определение показателей работы дискового измельчителя корнеклубнеплодов с обоснованием устройства загрузки / В. В. Коновалов, И. А. Воронова, В. П. Терюшков, А. В. Чупшев // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2015. - №02(24). - С. 146-151.
  10. Коновалов, В. В. Расчет оборудования и технологических линий приготовления кормов. - Пенза : РИО ПГСХА, 2002. - 206 с.

Statistics

Views

Abstract - 42

PDF (Russian) - 4

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2015 Petrova S.S., Konovalov V.V., Volkov S.V., Voronova I.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies