Обоснование параметров быстроходного конвейера машины для перемешивания и подачи компоста с дистанционным управлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ижевская государственная сельскохозяйственная академия

Обоснование параметров быстроходного конвейера машины для перемешивания и подачи компоста с дистанционным управлением

Мохов А.А., Иванов А.Г.,

Максимов П.Л., Лебедев Л.Я.

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. Машина предназначена для приготовления компоста, для повышения управления имеет пульт дистанционного управления. Рассматривается движение компонента по быстроходному конвейеру. Приведено обоснование скорости движения ленты быстроходного конвейера.

Ключевые слова: КОМПОНЕНТ, ПЕРЕМЕШИВАНИЕ, ТРАСПОРТЕР, СИЛА, СКОРОСТЬ, КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

Основная часть

Ускоренное компостирование навоза и помета - это простой, доступный, экологически безопасный и экономически эффективный процесс в производстве, который позволяет рационально использовать природные ресурсы, а именно: перерабатывать навоз или помет в конечный экологически чистый продукт - компост [1-4].

Исходные компоненты (органические отходы, навоз и помет) перед процессом компостирования насыпаются, в зависимости от производства, в длинные кучи, бурты, ямы.

Согласно описанию процесса приготовления компоста [5], бурт должен быть в следующих габаритных пределах: ширина - 1,5…2,5 метра, высота - 2…2,5 м, длина - произвольная, зависящая от масштабов производства. На сегодняшний день приобретают популярность не только на промышленных предприятиях, но и в структуре сельского хозяйства, роботы: полностью автоматизированные, либо полуавтоматизированные машины [6]. Оптимальным решением является применение машины для перемешивания и подачи компоста с дистанционным управлением [7]. Основным узлом, формирующим бурт, является быстроходный конвейер [8], который имеет функцию автоматической осцилляции конвейера, регулировки частоты вращения [9]. В [5] даны основные параметры машины, там же окончательно установлены длина быстроходного конвейера L = 2,2 м; диапазоны углов отклонения конвейера: = -10°...+17°; в = ±28° (рис. 1).

Рис. 1 Схема работы быстроходного конвейера компостера

быстроходный конвейер компостирование лента

Рассмотрим движение частиц вороха субстрата по поверхности быстроходного конвейера. После падения частиц субстрата с тихоходного конвейера в зону загрузки быстроходного конвейера частицы имеют округлую форму, хорошо описываемую шаром с характерным размером (диаметром) d = 30…50 мм. Компоненты вороха подхватываются лентой быстроходного конвейера. Изучим начало движения разобщенных (рассредоточенных) шаровидных компонентов при самом неблагоприятном варианте, когда транспортер поднят на угол б=17°.

Сделаем допущение, что в этом процессе отсутствует проскальзывание, так как резиновая лента и влажный кусок (компонент) субстрата имеют хорошее сцепление [10].

Покажем силы, действующие на компонент: силу тяжести , нормальную реакцию , силу трения и момент трения качения М_Т. Компонент начинает скатываться вниз.

Система имеет одну степень свободы: собственное вращение компонента, определяемое угловой скоростью .

Связи, накладываемые на систему, являются голономными, поэтому удобно использовать уравнения Лагранжа II рода:

, (1)

где: Т - кинетическая энергия компонента;, - обобщенная скорость и обобщенная координата компонента, соответственно; t - время; Q_i- обобщенная сила.

В качестве обобщенной координаты принят угол собственного вращения компонента . Кинетическая энергия компонента, совершающего сложное движение вместе с подвижной лентой конвейера, определяется выражением

, (2)

где: m - масса компонента, кг; V_C - скорость центра масс, м/с; I_C - главный центральный момент инерции компонента, кгм²; - угловая скорость компонента, рад/с.

Движение компонента относительно ленты конвейера является плоскопараллельным. При принятых допущениях точка контакта K является мгновенным центром скоростей (рис. 2).

Скорость центра масс С находим по векторным уравнениям

,, (3)

где: - скорость точки контакта К компонента с лентой, равная скорости ленты; - вектор угловой скорости компонента; - радиус-вектор положения центра масс С.

Запишем все векторы через оси декартовой системы координат:

, , ,

где - радиус компонента.

Рис. 2 Схема начала движения компонентов вместе с лентой быстроходного конвейера

Векторное произведение .

Подставим в (3), получим полный вектор скорости:

, (4)

Запишем полную кинетическую энергию системы, подставив в выражение (2) все величины c учетом (4):

. (5)

Обобщенная сила представляет собой активную силу, совершающую работу и определяемую из выражения , где - сумма элементарных работ внешних активных сил на возможном перемещении системы

Анализ сил показывает, что на перемещении обобщенной силой является момент силы тяжести и момент трения качения

, (6)

где - коэффициент трения качения, м.

Из уравнения Лагранжа (1) получаем дифференциальное уравнение с учетом (5) и (6):

, (V₁ = cost,

Тогда: , .

Если принять, что момент инерции шара , тогда

. (7)

Дважды интегрируем выражение (7), получаем:

,

Обозначим приведенный коэффициент трения . Постоянные интегрирования С₁ и С₂ находим из начальных условий: при t= 0 скорость и угол поворота равны нулю (). Тогда получаем выражение для ускоренного вращения компонента:

.

Скорость центра масс клубня относительно ленты будет направлена вниз и равна:

.

Скорость центра масс компонента относительно рамы конвейера:

. (8)

Путь, пройденный центром масс относительно рамы:

.

Определим время , в течение которого одиночный компонент преодолеет весь конвейер, то есть поднимется вверх по наклонной плоскости. Для этого решим квадратное уравнение, приравняв путь S длине конвейера:

. (9)

Приняв скорость конвейера равной 4 м/с и подставив все значения величин в формулу (9), получаем

с.

При этом скорость, согласно выражению (8), будет равна:

м/с.

Таким образом, одиночный компонент при подъеме вверх будет непрерывно с ускорением скатываться, что увеличивает время подъема по сравнению со случаем отсутствия относительного движения (время c) в 1,18 раза, или на 18%.

Скорость быстроходного конвейера не должна быть меньше V₁ = 2,78 м/с.

Однако компоненты могут опираться друг о друга, что приводит к остановке относительного движения и улучшению условий для движения компонентов с конвейером.

Выводы

Для возможности движения компонента по быстроходному конвейеру при самом неблагоприятном варианте, когда транспортер поднят на угол б=17°, скорость ленты конвейера должна иметь значение не менее 2,78 м/с.

Список использованных источников

1. Компостирование методом ускоренной ферментации «ABONO» [Электрон. ресурс] // «ABONO»: сайт. Режим доступа: http://www.abono.ru/category/fermentation-compost/.

2. Поляков П.В., Критерии рациональности и эффективности использования природных ресурсов // Инженерный вестник Дона. 2013, №4. http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1881.

3. SonnenbergН. Energieaus der Landwirtschaft / Sonnenberg H., Graef M. // Landtechnik. 1999. - Jg. 54, N l. P. 16-17.

4. Making the most of Waste // Feedstuffs. 1977. V. 49, № 49. P. 22-24.

5. Мохов А.А., Обоснование некоторых параметров компостера. 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.

6. Максимов П.Л., Иванов А.Г., Мохов А.А., Петров В.А. Изучение возможностей автоматизации сельскохозяйственных работ // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2015, №3 (44). С. 32-38.

7. Пат. RU172063U1 МПК А01С3/00 / Машина для перемешивания и подачи компоста с дистанционным управлением / А.А.Мохов // №2016147615, заявлено 05.12.2016.

8. Щулькин Л.П., Повышение эффективности работы ленточных и винтовых конвейеров на комбинате строительных материалов // Инженерный вестник Дона. 2013, №4. http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2176.

9. Максимов П.Л., Иванов А.Г., Мохов А.А. Проект разработки универсальной мобильной платформы // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Научное и кадровое обеспечение АПК для продовольственного импортозамещения». Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, ФГБОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия». 2016. С. 39-42.

10. Романкин Н.Е. Конструкция и расчет конвейеров. Справочник. Старый Оскол: ТНТ. 2011. 145 с.

Размещено на Allbest.ru