Введение
Развивая аналитическую базу теории обработки семян [1, 7], в частности предпосевной, мы изучаем физико-механические аспекты предложенной нами ресурсосберегающей технологии [2].
Теоретические исследования физических процессов, происходящих при комплексной предпосевной обработке семян на конусном классификаторе [6], начатые в работах [3, 4], приводят нас к необходимости изучения влияния на мгновенные угловые скорости решет конструктивно-установочных параметров самого классификатора.
Целью настоящего исследования является выявление зависимости величин мгновенных угловых скоростей решет от диаметра решет, расстояния между ними, угла наклона рабочего органа, максимальная величина которого ограничена средним положением горизонтального элемента каркаса. Это важно для составления в дальнейшем динамических моделей сил, действующих на семенной материал в процессе обработки.
Материал и методы исследований. Исследования основывались на методах дифференциального исчисления, аналитического моделирования, законах теоретической механики [5]. Рассмотрим мгновенные угловые скорости решет при движении рабочего органа влево со средним положением горизонтального элемента каркаса в соответствии со схемой на рис. 1. Введем обозначения по рисунку 1: W0 – центр отклонения корпуса с решетами; Wвсл – крайняя левая точка верхнего решета; Wсбсл – крайняя левая точка среднего большего решета; Wсмсл – крайняя левая точка среднего меньшего решета; Wнсл – крайняя левая точка нижнего решета; ωлвс – мгновенная угловая скорость крайней левой точки верхнего решета, с-1; ωлсбс – мгновенная угловая скорость крайней левой точки среднего большего решета, с-1; ωлсмс – мгновенная угловая скорость крайней левой точки среднего меньшего решета, с-1; ωлнс – мгновенная угловая скорость крайней левой точки нижнего решета, с-1.
Мгновенные угловые скорости крайних левых точек решет при движении корпуса влево со средним положением горизонтального элемента:
; (1)
; (2)
; (3)
; (4)
где Вкар – ширина каркаса, м; Dсбр – диаметр среднего большего решета, м; Dсмр – диаметр среднего меньшего решета, м; Δs – расстояние между решетами, мм; γ – угол конуса корпуса при вершине, рад [3].
Рисунок 1. Расчетная схема мгновенных угловых скоростей крайних точек решет при движении влево со средним положением горизонтального элемента каркаса
Рассмотрим мгновенные угловые скорости решет при движении рабочего органа вправо со средним положением горизонтального элемента каркаса в соответствии со схемой на рис. 2. Введем обозначения по рисунку 2: W0 – центр отклонения корпуса с решетами; Wвсп – крайняя правая точка верхнего решета; Wсбсп – крайняя правая точка среднего большего решета; Wсмсп – крайняя правая точка среднего меньшего решета; Wнсп – крайняя правая точка нижнего решета; ωпвс – мгновенная угловая скорость крайней правой точки верхнего решета, с-1; ωпсбс – мгновенная угловая скорость крайней правой точки среднего большего решета, с-1; ωпсмс – мгновенная угловая скорость крайней правой точки среднего меньшего решета, с-1; ωпнвс – мгновенная угловая скорость крайней правой точки нижнего решета, с-1.
Рисунок 2. Расчетная схема мгновенных угловых скоростей крайних точек решет при движении вправо со средним положением горизонтального элемента каркаса
Мгновенные угловые скорости крайних правых точек решет при движении корпуса вправо со средним положением горизонтального элемента:
; (5)
; (6)
; (7)
; (8)
где βпс – угол наклона корпуса с решетами при движении вправо с горизонтальным элементом в среднем положении, град [3].
Результаты и обсуждение. Согласно полученным уравнениям (1–4), мгновенные угловые скорости решет при движении влево напрямую зависят от величины каркаса и имеют обратную зависимость от диаметра решет, причем от среднего большего и среднего меньшего, от расстояния между решетами и от угла конуса при вершине рабочего органа. Все перечисленные величины составляют конструктивно-установочные параметры классификатора. Имея возможность изменять их, мы можем влиять на параметры процесса обработки семян. Уравнения (5–8) показывают, что мгновенные угловые скорости при движении вправо также напрямую зависят от величины каркаса, обратно зависят от диаметра среднего большего решета, угла конуса при вершине, но имеют еще обратную зависимость от угла наклона корпуса. Величина угла наклона корпуса полностью контролируется положением горизонтального элемента каркаса: чем выше он установлен, тем меньше угол.
Расчеты проводили со следующими величинами: Вкар = [0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 0,95] м; Dсбр = [0,4; 0,42; 0,45; 0,49; 0,51; 0,55] м; Dсмр = 0,35 м; Δs = 0,1 м; γ = 35 град; β = 14 град.
Графические зависимости (рис. 3) полностью согласовываются с теоретическими выводами. Увеличение ширины каркаса от 0,5 м до 0,95 м приводит к возрастанию мгновенных угловых скоростей от 0,001 рад/с до 0,0085 рад/с при движении влево и от 0,05 рад/с до 0,3 рад/с при движении вправо.
а) движение влево б) движение вправо
Рисунок 3. Зависимость мгновенных угловых скоростей решет от размеров каркаса классификатора
В соответствии с графиками (рис. 4) увеличение диаметра среднего большего решета от 0,4 м до 0,55 м снижает мгновенные угловые скорости от 0,0071 рад/с до 0,002 рад/с при движении влево и от 0,34 рад/с до 0,06 рад/с при движении вправо.
а) движение влево б) движение вправо
Рисунок 4. Зависимость мгновенных угловых скоростей решет от диаметра среднего большего решета
Полученные расчетные значения (рис. 3, 4) характеризуют рабочий процесс с конкретными конструктивно-установочными параметрами. Это дает возможность изучить интенсивность влияния каждого параметра и позволяет задавать их соотношение для достижения наиболее эффективной работы классификатора.
Выводы
1. Впервые получены уравнения для расчета мгновенных угловых скоростей решет конусного классификатора, учитывающие его конструктивно-установочные параметры со средним положением горизонтального элемента каркаса.
2. Возможность изменения конструктивных особенностей классификатора будет влиять на физические характеристики процесса обработки семян, в данном случае на мгновенные угловые скорости, которые определяют частоту колебаний. Контролирование возвратно-колебательного движения в процессе работы классификатора очень важно, так как это позволит влиять на эффективность предпосевной обработки семян.
3. Проведенные исследования открывают возможность дальнейшего изучения комплексной предпосевной обработки семян с точки зрения происходящих динамических процессов.
Рецензенты:
Бартенев И.М., д.т.н., профессор кафедры «Механизации лесного хозяйства и проектирования машин» ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж.
Стородубцева Т.Н., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Промышленного строительства, транспорта и геодезии» ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж.