Обоснование параметров перемешивающе-дозирующего устройства машины для перемешивания и подачи компоста с дистанционным управлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Обоснование параметров перемешивающе-дозирующего устройства машины для перемешивания и подачи компоста с дистанционным управлением

Мохов А.А., Ижевская государственная сельскохозяйственная академия

Аннотация

Ускоренное компостирование навоза и помета - это простой, доступный, экологически безопасный и экономически эффективный процесс переработки навоза или помета в конечный экологически чистый продукт - компост.

Основная задача в ускоренном компостировании - это перемешивать материал без измельчения, контролируя при этом микробиологический процесс.

Рассматривается математическая модель движения и перемешивания по транспортерному рабочему органу компостера компонентов, имеющих разную физическую природу.

Ключевые слова: КОМПОНЕНТ, ПЕРЕМЕШИВАНИЕ, ТРАСПОРТЕР, БАРАБАН, ГРЕБЕНКА, СКОРОСТЬ, УГОЛ ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ

В различных технологиях производства компоста или субстрата требуется смешивать разнообразные виды органических веществ, такие как конский, коровий навоз, птичий помет, солома и раствор. Эти компоненты имеют разную природу, отличаются друг от друга размерами частиц, формой и физическими свойствами. По данным авторов [1-3], условия для получения однородной системы при этом существенно ухудшаются.

Для выполнения всего комплекса операций используются разные машины, образующие систему машин. Но современные тенденции развития промышленности России направлены на ресурсосберегающие технологии с малой номенклатурой машин [4, 5].

Предлагаемое устройство, описанное в [6], имеет, по сравнению с зарубежными аналогами [7, 8], большую функциональность и существенно меньшую стоимость. В рассматриваемой машине [9] технологический процесс осуществляется совместной работой подающего транспортера 1 с перемешивающе-дозирующим устройством 2 в виде вращающегося барабана (рис. 1).

ё

Рис. 1 - Схема тихоходного конвейера с компонентом

Барабан состоит из образующих в виде гребенчатых планок. Барабан вращается против хода движения транспортёра. Процесс перемешивания происходит следующим образом.

В приёмный бункер загружаются компоненты смеси: свежий навоз, мокрая солома и жидкая фракция навоза. Возможно добавление микробных препаратов. Смесь движется по тихоходному конвейеру навстречу барабану. Планки барабана захватывают, дробят, режут материал с конвейера и сбрасывают его вниз. Солома, навоз и другие компоненты в своей массе переворачиваются, перемешиваются между собой. Этот процесс повторяется несколько раз до тех пор, пока не получается однородная мелкоструктурная масса, которая легко проходит в зазор между транспортером и барабаном.

Данная схема требует установки тихоходного конвейера под углом г к горизонту, причем угол должен быть больше динамического угла естественного откоса соломы и навоза: г > гд.

Для мокрой соломы и навоза с влажностью 60…90 % этот угол принимает значение гд = 30…60 °.

Зададимся некоторыми конструктивными ограничениями. Примем угол наклона тихоходного конвейера г=60°. Общая высота машины H=2,5 м. Высота подъема конвейера, с учетом размеров барабана и высоты рамы, принимается меньшей и составляет h=1,5 м, тогда длина тихоходного конвейера

м. (1)

Время обработки для полного смешивания должно составлять не более Т=30 с [10-11]. Одна партия, загруженная в бункер машины, проходит не менее N= 5…6 циклов «подъема-переворачивания», тогда скорость тягового органа транспортера V учетом (1):

м/с.

Значения скорости меньше принимать не следует, так как это приведет к существенному снижению производительности машины.

Диаметр барабана D надо принять таким, чтобы стебли соломы не могли обмотаться вокруг него. В противном случае барабан будет покрываться слоем соломы, и машину придется останавливать для очистки барабана. С учетом того, что длина стебля соломы в среднем не превышает 1 = 1,2…1,5 м, длина окружности барабана должна быть больше, и диаметр барабана рассчитаем по формуле м.

Так как стебли соломы могут слипаться, образуя пряди длиной более 1,5 м, диаметр барабана принят больше рассчитанных выше значений: D=0,6 м.

По данным [12], хорошими вычесывающими свойствами обладают гребенки, выполненные из заточенных прутков диаметром 12…14 мм. Прутки устанавливаются радиально к поверхности барабана. Однако наши эксперименты показали, что солома запутывается на этих прутках, образуя плотные связи. Поэтому было принято решение об использовании гребенчатых планок, установленных под углом к поверхности барабана (рис. 2).

Ворох материала имеет высоту в среднем y = 0,2 м и взаимодействует с планками барабана перемешивающе-дозирующего устройства. Зазор ? регулируется за счет изменения межосевого расстояния аW путем перестановки оси барабана. Величина зазора принимается равной ? = 30…50 мм, что определяется требованиями к гранулометрическому составу компоста. Частицы меньших фракций быстро слеживаются, уплотняются, за счет этого быстро затухают биохимические процессы в массе вороха из-за недостатка кислорода. Более крупные частицы не имеют достаточной свободной поверхности, что также приводит к замедлению биохимических процессов, особенно внутри крупных комков.

Чтобы субстрат не налипал на поверхность планок в момент их выхода из зоны обработки (рис. 2), «положение I» планки должно составлять острый угол с касательной к поверхности барабана. Причем, если планку установить под углом в другую сторону («положение II»), то она образует ковш, который захватывает обрабатываемый субстрат и разбрасывает его, а не перемешивает. Кроме того, мокрая солома, захваченная гребенчатой планкой, будет наматываться вокруг барабана, что приведет к остановке машины. Но, с другой стороны, малый угол установки планок приводит также к неудовлетворительной работе машины из-за отсутствия перемешивания.

Рис. 2 - Установка гребенчатой планки на барабан

Рассмотрим силы, действующие в системе «транспортёр, субстрат, гребенчатая планка» при малом угле (рис. 3).

Со стороны субстрата на планку действует распределенная нагрузка интенсивностью q0, направленная нормально к поверхности планки. Ее можно заменить сосредоточенной силой Q=q0 (где - длина планки), приложенной в центре планки.

Однако, на основании третьего закона Ньютона, на субстрат действует точно так же, но противоположно направленная нагрузка.

Рис. 3 - Расчетная схема «гребенчатой планки»

конвейер гребенчатый планка барабан

Под воздействием нагрузки = q0, приложенной к субстрату, происходит сжатие слоев навоза, сдвиг их друг относительно друга. Вместо переворачивания субстрат начинает уплотняться вдоль нормали к поверхности транспортера под действием нормальной составляющей

, (2)

где - угол поворота барабана, градус.

Анализ выражения (2) показывает, что чем меньше и больше по модулю угол поворота , тем значительнее растет составляющая qn, уплотняющая субстрат. Касательная составляющая к поверхности транспортёра .

Составляющая вызывает сдвиг субстрата против хода движения транспортёра и перемешивание компонентов.

Под действием составляющей qn уплотняется влажный субстрат и прилипает к поверхности транспортёра. Составляющей оказывается недостаточно, чтобы сдвинуть субстрат относительно транспортера, и он проскакивает под барабаном. В этом случае на выходе получается слипшийся пластичный крупнокомковый субстрат, который не годится на закладку для компостирования. Подобный процесс в механике называется самоторможением, или самозаклиниванием (кулачковый механизм, червячные передачи, винтовые соединения). Самоторможение возможно, если угол передачи движения больше угла трения скольжения:

(3)

где - коэффициент сцепления между влажным субстратом и поверхностью конвейера.

Для субстрата влажностью 70-85 % = 0,8-0,9 [1], тогда из выражения (3) получаем:

(4)

Но угол давления зависит как от угла установки планок , так и от угла поворота барабана . Проведем анализ величины угла передачи движения согласно выражению (4) для различных сочетаний углов и , изменяющихся в пределах: , . Диапазоны выбраны из анализа расчетной схемы (рис. 3). Расчет проведен в программе Excel. Результаты расчетов представлены в виде поверхности (рис. 4).

Рис. 4 - Результаты расчетов в виде поверхности

Таким образом, можно сделать вывод: чтобы не было эффекта самоторможения (самозалипания), необходимо брать угол установки планок не менее 45°.

Выводы

Произведен расчет тихоходного конвейера, обоснован диаметр барабана перемешивающе-дозирующего устройства.

Обоснован выбор угла наклона гребенчатой планки не менее 45°.

Список использованных источников

1. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм // - Л.: Колос, Лениградское отделение. - 1978. - 560 с.

2. Сельскохозяйственная техника. Машины и оборудование для приготовления кормов. Порядок определения функциональных показателей: СТО АИСТ 19.2-2008. - Введ. 10.12.2010. - Мн.: Минсельхозпрод. - 2010. - 48 с.

3. Терюшков В.П., Коновалов В.В. Определение рациональных параметров смесителя концкормов // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: Н34 материалы Междунар. науч.-техн. конф. (Минск, 16-17 окт. 2013 г.). В 3 т. Т. 2. / РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства»; редколлегия: П. П. Казакевич (гл. ред.), С. Н. Поникарчик. - Минск: НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства. - 2014. -С. 210-215.

4. Ляпунцова Е.В., Гукасова Н.Р. Приоритетные инструменты снижения энергоемкости национальной промышленности // Инженерный вестник Дона. - 2015, №1, ч. 2. URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2793.

5. Лебедев Л.Я., Иванов А.Г., Мухаметшин И.Г. Ресурсосберегающая технология обработки картофеля // Инженерный вестник Дона. - 2015, №2. URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/2920.

6. Пат. RU 172063 U1 МПК А01С3/00 / Машина для перемешивания и подачи компоста с дистанционным управлением / А.А. Мохов // №2016147615, заявлено 05.12.2016.

7. Compost range Wind row turners PRT 2500 [Электрон. ресурс] // Производственная компания «Pezzolato»: сайт. - Режим доступа: http://www.pezzolato.it/en/prodotto/greenline/prt-2500-wind-row-turner.

8. Сomposting unit machinery [Электрон. ресурс] // - Режим доступа: https://www.indiamart.com/mushroommachinerymanufacturing/.

9. Мохов А.А. Научно обоснованные технологии интенсификации сельскохозяйственного производства. Материалы Международной научно-практической конференции, в 3-ех томах. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия». - 2017. - С. 91-95.

10. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм // - Л.: Колос, Лениградское отделение. - 1978. - 56 с.

11. Фомин А.С., Коновалов В.В., Чупшев А.В., Терюшков В.П. // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: Н34 материалы Междунар. науч.-техн. конф. (Минск, 16-17 окт. 2013 г.). В 3 т. Т. 2. / РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства»; редколлегия: П. П. Казакевич (гл. ред.), С. Н. Поникарчик. - Минск: НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства. - 2014. - С. 216-219.

12. Гриднев П.И. Анализ технического уровня средств уборки и подготовки навоза к использованию // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства, Серия: механизация, автоматизация и машинные технологии в животноводстве. - 2015, №1(17). - С. 51-57.

13. Мохов А.А. Обоснование параметров перемешивающе-дозирующего устройства машины для перемешивания и подачи компоста с дистанционным управлением // АгроЭкоИнфо. - 2018, №1. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/1/st_117.doc.

Размещено на Allbest.ru