Совершенствование резания корнеплодов с обоснованием параметров измельчителя

На правах рукописи

ГОРЮШИНСКИЙ Валентин Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЗАНИЯ КОРНЕПЛОДОВ С ОБОСНОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ

ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства

механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза 2004

Работа выполнена в ФГУ ВПО «Саратовский государственный агроинженерный университет им.

Н.И. Вавилова» (г. Саратов) и в лаборатории приготовления полнорационных кормосмесей ГНУ ВИИ ТиН (г. Тамбов)

Научный руководитель Кандидат технических наук, профессор Кононов Борис Васильевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Курочкин Анатолий Алексеевич Кандидат технических наук, доцент Лянденбургский Владимир Владимирович

Ведущая организация: Федеральное государственное предприятие «Поволжская государственная зональная машиноиспытательная станция»

(ФГУ «Поволжская МИС», п. Усть-Кинельский, Самарская обл.)

Защита состоится 18 июня 2004 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053. при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образо вания «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу:

440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сель скохозяйственная академия».

Автореферат разослан «_» _ 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.П. Уханов Подписано к печати 7.05. Гарнитура Тimes New Roman. Формат 60 84/16. Бумага офсетная.

Печать офсетная. Объем: 0,93 усл. печ. л.;

0,9 уч.-изд. л.

Тираж 100 экз. С. 345М Издательско-полиграфический центр ТГТУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение продуктивности сельскохозяйственных животных и снижение себестоимости получаемой продукции обеспечивается увеличением в рационах сочных кормов, богатых протеином, витаминами и белками. Ценным видом сочных кормов для сельскохозяйственных животных являются корнеклубнеплоды, скармливаемые в чистом виде, в составе комбисилосов и наиболее полно усваивающиеся в составе влажных полнорационных кормосмесей. При введении корнеклубнеплодов в кормосмеси для закладки их на хранение в составе комбисилосов, а также для дачи животным в чистом виде корнеклубнеплоды необходимо предварительно измельчать.

Зоотехническими требованиями предусмотрено измельчение для кормления в чистом виде круп ного рогатого скота ломтями толщиной 8...12 мм;

для свиней, телят, а также для всех животных в смеси с другими кормами корнеклубнеплоды измельчают до размера пластины шириной от 10 до 30 мм, тол щиной 5...10 мм и длиной равной длине продукта. При закладке корнеклубнеплодов в составе комбиси лосов их необходимо измельчать так же, как и при выдаче животным в смеси с другими кормами.

Анализ характеристик измельчителей корнеклубнеплодов и универсальных машин, применяемых для их приготовления к скармливанию, показывает, что выпускаемые промышленностью измельчители имеют низкие качественные и эксплуатационные показатели, высокую энергоемкость выполняемого про цесса, металлоемки. В этих условиях является актуальным создание измельчителя для подготовки корне клубнеплодов к скармливанию с использованием ресурсосберегающих технологий измельчения.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ГНУ ВИИТиН.

Цель работы – совершенствование резания корнеплодов с обоснованием параметров измельчителя.

Объект исследования – измельчение корнеклубнеплодов режущими рабочими органами.

Предмет исследования – конструктивно-режимные параметры измельчителя корнеклубнеплодов барабанного типа.

Научную новизну работы составляют:

– модель функционирования измельчителя корнеклубнеплодов;

– методика определения усилий, возникающих при резании корнеклубнеплодов;

– теоретическое обоснование параметров измельчающих органов;

– аналитические выражения для определения энергоемкости отделения стружки от куска свеклы и длины стружки.

Практическую ценность представляют: конструкция устройства для определения усилия реза ния корнеклубнеплодов, комплект оборудования для лабораторного исследования физико механических свойств корнеклубнеплодов, опытный образец измельчителя.

Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными испытаниями серийного и опытного измельчителей, применением теоретических положений и результатами многофакторного эксперимента.

Реализация результатов исследований. На основании выполненных теоретических и эксперимен тальных исследований с участием автора в проектно-технологическом бюро ВИИТиН была спроектирована и изготовлена «Установка для измельчения корнеплодов» (изделие 286.00.00.000). По результатам произ водственных и хозяйственных испытаний была разработана техническая документация на опытный об разец измельчителя корнеплодов (изделие 402.00.00.000). Теоретические и экспериментальные исследо вания процесса резания корнеплодов использовались при разработке новой конструкции измельчителя кормов в конструкторском бюро ООО «CЕЛЬМАШ» (г. Сызрань). Производственные испытания измельчителя проходили в колхозе им.

Ленина Тамбовского района Тамбовской области.

Апробация. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов по итогам научно исследовательской работы СГАУ им. Н.И. Вавилова (г. Саратов, 1982, 1983 гг.);

на научной конферен ции профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов УСХА (г. Ульяновск, г.);

на международной конференции «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (г. Уфа, 2003 г.);

на международной научно-практической конференции «Агропромыш ленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (г. Пенза, 2003 г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 научных работах.

Новизна конструкции устройства для определения усилия резания подтверждена авторским свидетель ством на изобретение СССР № 905702. Все научные работы опубликованы без соавторов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 124 наименований и приложений. Работа изло жена на 118 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 36 иллюстраций и 6 приложений.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

– модель процесса подготовки корнеклубнеплодов к скармливанию животным;

– теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров измельчителей корнеклубне плодов барабанного типа;

– опытный образец измельчителя барабанного типа со спирально-огибающей поверхностью;

– методика экспериментального исследования резания кормовой свеклы ножами различной формы;

– результаты хозяйственных испытаний предложенного измельчителя корнеклубнеплодов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы по повышению эффективности подго товки корнеплодов к скармливанию скоту.

В первом разделе «Состояние механизации процесса из мельчения корнеклубнеплодов» приведен анализ измельчите лей корнеклубнеплодов, на основе которого предложена клас сификация машин для их измельчения. Намечено перспектив ное направление совершенствования барабанных измельчите лей.

Изучению процесса измельчения корнеклубнеплодов посвящены работы исследователей Е.И. Рез ника, В.И. Курдюмова, В.А. Богатова, М.В. Лазарева, В.И. Арнаутова, Л.Н. Ромазанова, И.И. Мейлахса, Х.Х. Куйго и др. Ими получены ценные рекомендации по совершенствованию этого оборудования и технологии резания применительно к кон струкции каждой машины.

Однако измельчение корнеклубнеплодов требует изучения и дальнейшего совершенствования с учетом физико-механических свойств материала, проявляющихся при его взаимодействии с рабочими органами и ограждающими частями измельчителя.

Поэтому исследованиями было намечено решить следующие задачи:

– разработать модель подготовки корнеклубнеплодов к скармливанию животным;

– выполнить теоретические исследования измельчения машиной с использованием режущих рабо чих органов для определения ее конструктивно-режимных параметров;

– провести экспериментальные исследования резания корнеплодов для обоснования его параметров с изучением физико-механических свойств кормовой свеклы;

– изготовить опытный образец измельчителя барабанного типа, испытать его в производственных условиях и дать оценку эффективности его использования.

Во втором разделе «Теоретические исследования резания корнеклубнеплодов клиновидным но жом» рассматриваются модели технических систем, описывающие процессы, происходящие при подго товке корнеклубнеплодов для внесения их в комбинированные силосы и к скармливанию. Рассмотрим модель, обусловленную воздействием как внешней среды, так и внутренних процессов, происходящих в системе. На рис. 1 приведена модель функционирования измельчителя корнеклубнеплодов (ККП). В упрощенном виде процесс его функционирования включает в себя три взаимосвязанных блока: загрузка измельчителя (ПЗ);

измельчение (ПИ) и выпуск измельченного продукта (ПВ).

В модели измельчителя внешние и внутренние воздейст вия характеризуют следующие вектор-функции: Хпз – условия (средства) загрузки;

Yпз – влияние параметров загрузки на измельчение и выпуск готового продукта;

Хпи – влияние параметров измельчителя на процесс измельчения, влияние параметров измельчаемого ма териала на процесс измельчения;

Yпи – влияние параметров измельчения на выпуск готового продукта;

Хпв – параметры измельчителя и свойства измель ченного продукта;

Yпв – влияние параметров выпуска на энер гоемкость процесса измельчения.

Вектор-функции Хпз, Хпи, Хпв могут быть представлены в виде Х пз = Х {Х 1з, Х 2 з, Х 3з, Х 4 з } ;

Х пи = Х {Х 1и, Х 2и, Х 3и, Х 4и, Х 5и, Х 6и, Х 7 и, Х 8и } ;

(1) Х пв = Х {Х 1в, Х 2в, Х 3в }, Yпз Хпи Хпз ПЗ ПИ ПИ ПЗ Yпи ПВ Хпв Yпв ПВ Рис. 1 Модель работы измельчителя ККП:

ПЗ – загрузка измельчителя;

ПИ – измельчение;

ПВ – выпуск измельченного продукта где Х1з – производительность загружающих устройств;

Х2з – размеры загружаемых корней;

Х3з – высота слоя загружаемых корней;

Х4з – физико-механические и другие свойства загру жаемых корней;

Х1и, Х2и, Х3и, Х4и, Х5и, Х6и, Х7и, Х8и – конструк тивные и технологические параметры барабана измельчителя (угол заточки ножей, угол резания, ширина стружки, скорость резания, толщина стружки, диаметр барабана, кривизна и ше роховатость поверхности);

Х1в, Х2в, Х3в – показатели конфигу рации выпускной части измельчителя.

Таким образом, рассматривая функционирование измель чителя ККП, выявляем факторы, влияющие на этот процесс и возможность оценки значимости каждого из них.

Рассмотрены особенности технологического процесса измельчения корнеклубнеплодов в машинах, отличающихся по типу измельчающего механизма, по виду подпора материала при его измельчении, по конструкции измельчающего органа с получением продукта определенного качества. Учитывая недос татки конструктивных схем измельчителей, применяющихся при измельчении корнеклубнеплодов, предложена конструкция машины (рис. 2), имеющая измельчающий механизм барабанного типа, спи ральный корпус, огибающий барабан, обеспечивающий одновременную работу 2-3 ножей и умень шающий непроизводительное движение неизмельченной части корней. Измельчитель работает сле дующим образом: подлежащие измельчению корнеплоды подаются транспортером 2 по направлению к барабану 3, попадают в рабочую камеру между ножами барабана и спиральной поверхностью корпуса 6. Ножи пластинчатые с гребенчатыми выступами 4 (диффузионные) делят стружку на дольки, срезая ее с измельчаемого материала, и перемещают клин неизмельченной части, обуславливая тем самым непре рывное ее продвижение до момента полного измельчения. Толщина стружки задается радиальным пе ремещением валиков 5. Частицы измельченного продукта выбрасываются вниз.

Для нахождения мощности при измельчении корнеклубнеплодов необходимо определить все со ставляющие силы, возникающие в процессе резания, деформации или другого воздействия со стороны ра бочих органов и ограждающих поверхностей. В общем виде для определения полного сопротивления реза нию используем рациональную формулу В.П. Горячкина:

Pрез = P0 + Pдеф + P, (2) где Pрез – общее сопротивление резанию, Н;

P0 – постоянное сопротивление резанию, Н;

Pдеф = kab – сопротивление резанию от деформации стружки, Н;

P = ab p – сопротивление от сообщения стружке скорости, Н.

Для применения этой формулы необходимо определить коэффициенты пропорциональности.

Общее сопротивление резанию от деформаций стружки составляет (рис. 3):

8 Рис. 2 Схема измельчителя корнеклубнеплодов:

1 – рама;

2 – транспортер;

3 – барабан;

4 – нож пластинчатый с гребенчаты ми выступами;

5 – валик, регулирующий толщину стружки;

6 – спиральный корпус;

7 – привод транспортера;

8 – привод барабана Рот Р Rтр Рсж Rf 0 р Рf Ртр Rсж О Rот Рис. 3 Схема действия сил и их реакций при изгибе стружки Рдеф = Рсж + Р f, где Рсж – сила, сжимающая стружку, Н;

Р f – сила, необходимая для преодоления трения стружки о нож, Н.

Eb 2 (sin0 + fcos0 ) аb, В развернутом виде Рдеф = (3) 2C где 0 = – угол резания, град;

Е – модуль упругости корнеклубнеплода, Па;

С – длина передней грани ножа, м;

a – ширина отрезаемой стружки (длина ножа), м;

b – толщина отре заемой стружки, м.

Коэффициент пропорциональности k рациональной формулы В.П. Горячкина будет равен:

Eb (sin + fcos ).

k= (4) 2C Сила Pw, действующая на стружку (рис. 4), равна Pw = abp. (5) Тогда сила сопротивления, препятствующая перемещению ножа Pc = fabp.

Сила, необходимая для сообщения стружке скорости, будет равна P = fabp cos, где р – скорость резания, м/с.

Коэффициент пропорциональности для третьего члена рациональной формулы В.П. Горячкина для силы резания будет равен = f cos, (6) где – удельная плотность материала, кг/м;

f – коэффициент трения измельчаемого материала по ножу.

Сопротивление стружки по ножу пластинчатому с гребенчатыми выступами (диффузионному) Рдн со ставляет (рис. 5) н Е, (7) Рдн = fnblпр н + s где n – количество гребенчатых выступов на ноже, шт.;

lпр – приведенная длина гребенчатых выступов, м;

– толщина гребенчатого выступа, м;

н s – расстояние между гребенчатыми выступами, м.

Постоянное сопротивление резанию P0 для кормовой свеклы определено в разделе 3 эксперимен тальным путем.

Полное сопротивление резанию будет равно сумме сил, определенных по формулам (2), (4), (6).

При резании материала ножом с криволинейной передней гранью угол отклонения стружки изменя ется от 1 до 2. Его можно определить по формуле 2. (8) = 1 + Pw Rc T R Р p Рc Rw Rт х Рис. 4 Схема сил и их реакций отбрасывания стружки а lпр s н p Rд Рд b Рис. 5 Схема взаимодействия ножа пластинчатого h с гребенчатыми выступами с измельчаемым материалом Все найденные величины используются в инженерном расчете измельчителя корнеклубнеплодов.

В третьем разделе «Экспериментальные исследования процесса резания корнеклубнеплодов» из ложены: программа исследований, описания экспериментальных установок, методики проведения опы тов, характеристика корма, результаты и анализ экспериментальных исследований.

В соответствии с задачами исследований в программу входило уточнение физико-механических свойств кормовой свеклы – как основного вида корнеклубнеплодов, выращиваемых на корм скоту. Исследова ние прочностных свойств кормовой свеклы было решено произвести в классической, с точки зрения со противления материалов, форме по разрушению образца с приложением нагрузки как вдоль, так и по перек волокон. На рис. 6 показаны графики нагружения образцов D = 29 мм и L = 36 мм до разрушения.

Графики имеют три ярко выраженных этапа. Первый этап – плавное возрастание напряжения в образце до 2 105 Па. Так как кормовая свекла и, Па L, Рис. 6 Графики разрушения образцов кормовой свеклы:

–•– – с приложением нагрузки вдоль волокон;

----- – с приложением нагрузки перпендикулярно расположению волокон другие виды корнеклубнеплодов имеют клеточную структуру, на первом этапе клетки образца перехо дят из природного в напряженное состояние. Второй этап – упругая деформация образца с возрастанием напряжения от 2 105 до 8 105 Па. Графики деформации образцов свеклы с различным расположением волокон на этапах первом и втором практически совпадают. На третьем этапе увеличение деформации ведет к снижению роста напряжения и к разрушению образцов. Причем напряжение разрушения, пре дел прочности, кормовой свеклы вдоль и поперек волокон различается незначительно: 10,33 105 Па и 10,26 105 Па соответственно. Относительная деформация при наступлении разрушающих напряжений в образце составляет от 23 до 29 %. Модуль упругости Е при приложении нагрузки возрастает в соот ветствии с деформацией от 26,1 105 Па до 49,7 105 Па, затем снижается до 36,9 105 Па.

При резании свеклы ножом пластинчатым с гребенчатыми выступами (диффузионным) с полу чением долек заранее заданных размеров происходит сжатие измельчаемого материала на величину до 10 % от природного состояния, поэтому возникает необходимость определения коэффициента трения кормовой свеклы в указанных условиях. На рис. 7 показан график f 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,, Па 1 2 3 4 Рис. 7 График изменения коэффициента трения разреза кормовой свеклы по стали в зависимости от давления изменения коэффициента трения f разреза кормовой свеклы по стали неокрашенной в зависимости от давления на исследуемую поверхность. Максимальный коэффициент трения наблюдается при давле нии 0,01 105 Па и составляет 0,85. При увеличении давления между трущимися поверхностями проис ходит резкое падение коэффициента трения: давлению 0,05 105 Па соответствует коэффициент трения 0,64;

давлению 0,082 105 Па – 0,34;

давлению 0,38 105 Па – 0,19. Дальнейшее увеличение давления ведет к снижению коэффициента трения до величины f = 0,07. Такие изменения связаны с разруше нием клеток, прилегающих к зоне трения, и выделением на поверхность трения сока свеклы, высту пающего при этом в качестве смазки. Были также получены значения коэффициента трения при дав лении до 5 10 Па кожицы кормовой свеклы: по дереву окрашенному f = 0,2…0,4;

по дереву неокра шенному f = 0,5…0,6;

по резине технической f = 0,93…1,09;

по стали окрашенной f = 0,51…0,75;

по стали неокрашенной f = 0,77…0,86.

В соответствии с задачами в программу исследований входило определение влияния режимов резания (скорость резания, угол резания), конструктивных параметров измельчающих органов (тол щина лезвия ножа), технологических параметров (толщина стружки, ширина стружки) на усилие ре зания. В основу определения конструктивных параметров рабочих органов и режимов процесса реза ния корнеклубнеплодов положена методика планирования многофакторного эксперимента. За крите рии оптимизации выбраны: усилие резания Ррез и усилие отжатия Ротж. Для удобства производства весь эксперимент разделен на две части. В первой части определяется влияние скорости резания – Х1, толщины стружки b – Х2, влияние угла резания – Х3 и толщины ножа н – X4.

После реализации первой части эксперимента и обработки данных получена полиномиальная модель процесса резания кормовой свеклы по выбранным оценочным данным:

Pрез = 27,449+1,91X1 + 4,816X 2 + 7397X 3 + 3,928X 4 + 0,787X1 X 4 +1,6 X 2 X 4 + 2 2 2 +1,7 X 3 X 4 + 0,608Х1 0,459Х 2 0,428Х 3 0,622Х 4 ;

(9) Pотж = 9,096+ 3,323X1 +1,605X 2 4,8X 3 + 2,389X 4 + 1,219X1 X 2 1,781X1 X 1,894X1 X 4 (10) Х12 0,634Х 2 2,856Х 3 2,207Х 4.

2 2 0, Продифференцировав уравнения (9), (10), взяв производные первого порядка по каждой перемен ной и решив их, получаем оптимальные значения X1... Х4 для усилия резания и усилия отжатия. Вели чина Х1рез показывает, что оптимальная скорость резания ножом пластинчатым равна опт = 5,45 м/с. Величина Х3 показывает, что оптимальный угол резания пластинчатым ножом равен = 10°. Х1рез и Х3рез находятся в исследуемой области. Величина факторов Х2рез, Х4рез показывает, что опти мальное их значение находится далеко за пределами области исследования в сторону уменьшения, по этому толщина стружки выбирается из зоотехнических требований, а толщина ножа выбирается из ус ловия обеспечения его прочности и соответствует b = 10 мм;

н = 1 мм.

Для изучения поверхности отклика вблизи оптимума Х1рез, Х3рез и интересующей нас области Х2рез, Х4рез подставляем эти значения факторов в уравнения регрессии (9), (10), кроме двух исследуемых, по лучаем уравнения, по которым строим двухмерные сечения поверхностей отклика (рис. 8 и 9). На гра фике (рис. 8) зависимости усилия от изменения скорости и толщины стружки b при угле резания = 10° и толщине лезвия ножа н = 1 мм видно, что оптимальная скорость резания находится в пределах = 3,5...6 м/с, причем усилие резания при увеличении толщины стружки с 2 до 14 мм возрастает от 1, до 8 102 Н/пог.м ножа. На графике (рис. 9) зависимости усилия резания от изменения угла резания и толщины ножа н при скорости резания = 5,45 м/с и толщине стружки b = 10 мм видно, что оптималь ная область ограничена толщиной ножа н = 2,62 мм и углом резания = 35, при этом усилие резания составляет 12 102 Н/пог.м. Дальнейшее увеличение указанных параметров ведет к резкому увеличению усилия резания. Усилие отжатия на графике (рис. 8) при = 10 и н = 1 мм находится в отрицательной области. Это значит, что в реальной машине давление от ножа че рез измельчаемый материал будет передаваться на спиральный корпус. На графике (рис. 9) при = 5, м/с и b = 10 мм в исследуемой области усилие отжатия приближается к нулю.

Во второй части эксперимента, так как качество резания ножа пластинчатого с гребенчатыми вы ступами, делящими стружку на дольки, b, мм X X, м/c Рис. 8 Двухмерное сечение поверхностей отклика, характеризующее удельное усилие резания Ррез (—) и удельное усилие отжатия Ротж, 102 Н/пог.м (----) пластинчатым ножом при = 10°;

н = 1 мм X X ° Рис. 9 Двухмерное сечение поверхностей отклика, характеризующее удельное усилие резания Ррез (—) и удельное усилие отжатия Ротж, 102 Н/пог.м (-----) при резании пластинчатым ножом = 5,45 м/с;

b = 10 мм больше удовлетворяет зоотехническим требованиям, чем качество резания ножом пластинчатым, про изводится изучение влияния расстояния между поперечными пластинами ножа s на усилие резания при постоянной толщине стенки ножа н = 1 мм. Учитывая, что в парном взаимодействии дополнительного фактора с тремя остальными могут быть существенные отличия от результатов первой части экспери мента, вводим также их: скорость резания – X1, толщина стружки b – Х2, угол резания – Х5 и ширина стружки s – Х6.

После реализации второй части эксперимента и обработки данных получена полиномиальная модель процесса резания кормовой свеклы по выбранным оценочным показателям для ножа пластинча того с гребенчатыми выступами (диффузионного):

д Pрез = 35,529 1,084X1 + 9,674X 2 + 1,168X 5 7,339X 6 + 2,25X1 X 2 + 2 + 3,875X1 X 5 + 2,0 X 2 X 5 4,375Х 2 Х 6 1,25Х 5 Х 6 + 2,747Х 5 + 3,621Х 6 ;

(11) д Pотж = 13,203 1,442X 2 + 2,711X 5 + 5,035X 6 + 0,717X1 Х 6 + 1,126X 2 X 5 + + 3,284X 2 X 6 1,253X 5 X 6 0,747Х12 0,624Х 2 + 3,02Х 5 + 1,652Х 6.

(12) 2 2 Продифференцировав уравнения (11), (12), взяв производные первого порядка по каждой перемен ной и решив их, получаем оптимальные значения X1, Х2, Х5 и Х6 для усилия резания и усилия отжатия. Так как мощность привода измельчителя находится в прямой зависимости от усилия резания, а усилие отжатия стружки учитывается при прочностном расчете барабана и ограждающего корпуса, так же как и в случае с ножом пластинчатым, все дальнейшие исследования ведем по усилию резания корнеклубнеплодов.

Оптимальная скорость резания находится в исследуемой области и составляет для ножа пластинча того с гребенчатыми выступами (диффузионного) опт = 6,9 м/с, оптимальные угол резания = 15,8;

толщина стружки bопт = 14,2 мм;

ширина стружки sопт = 16,2 мм.

Для изучения поверхности отклика вблизи оптимума Х1 и Х5 и интересующей нас области Х2 и Х строим двухмерные сечения поверхности отклика. Подставляем в кодированном виде оптимальные зна чения X1 и Х5 и интересующие нас значения Х2 и Х6 в уравнения (11) и (12), кроме двух исследуемых, и получаем уравнения, по которым строим двухмерные сечения поверхностей отклика (рис. 10). На рис.

10 показаны зависимости изменения удельного усилия резания и удельного усилия отжатия при посто янном значении толщины стружки b = 10 мм и постоянном значении ширины стружки s = 10 мм с изменением скорости резания от 1 до 10 м/с и угла резания от 5 до 45. В начальном этапе до центра эксперимента удельное усилие резания уменьшается. Увеличение угла резания более 20 и скорости резания более 6 м/с ведет к увеличению усилия резания.

° X X, м/c Рис. 10 Двухмерное сечение поверхностей отклика, характеризующее удельное усилие резания Ррез ( ) и удельное усилие отжатия Ротж, 102 Н/пог.м (-----) при резании ножом пластинчатым с гребенчатыми выступами b = 10 мм;

s = 10 мм Причем удельное усилие резания примерно равно при минимальных и максимальных значениях пере менных и. Очевидно, в начальном этапе силы, обусловленные трением материала о поверхность но жа, быстро уменьшаются, в дальнейшем с увеличением значений указанных выше переменных резко возрастают силы, вызванные деформацией стружки и необходимостью сообщать ей скорость.

Из уравнения регрессии (9) вычитанием усилия деформации стружки и усилия, необходимого на сообщение стружке скорости, для кормовой свеклы получено удельное усилие Р0 = 0,329 10 Н/пог.м ножа, которым при Pрез 10 10 Н/пог.м ножа можно пренебречь.

В четвертом разделе «Производственные испытания измельчителя корнеклубнеплодов» приведе ны результаты хозяйственных испытаний предлагаемого измельчителя в колхозе им. Ленина Тамбов ского района. При испытании выявлено: производительность измельчителя при измельчении кормовой свеклы составила 24,5 т/ч. Мощность на приводе измельчающего барабана составила 13 кВт, мощность на приводе подающего транспортера – 1 кВт. Базовым для сравнительной оценки работы эксперимен тальной машины принят измельчитель «Волгарь-5». Годовой экономический эффект от работы экспе риментального измельчителя составил 11 177,9 рублей в ценах 2003 года.

Общие выводы На основе практического опыта и анализа литературных источников разработана модель подго товки корнеклубнеплодов к скармливанию животным. Анализ рассмотренных схем позволил предло жить барабанный измельчитель со спиральным корпусом, огибающим барабан, при реализации которо го производительность измельчителя может быть повышена.

2 Теоретические исследования резания корнеклубнеплодов позволили:

– аналитическим путем на основе физико-механических свойств измельчаемого материала опреде лить усилие резания для ножей различной формы;

– определить величину коэффициентов пропорциональности рациональной формулы В.П. Горячки на для расчета усилия резания;

– определить длину стружки, скалываемой ножом при ее изгибе;

– определить расчетный угол резания при криволинейной передней поверхности ножа.

3 Экспериментальные исследования дали возможность:

– уточнить временное сопротивление при разрушении образца кормовой свеклы в продольном и по перечном направлении = 10,25...10,36 102 Па;

– определить пределы изменения модуля упругости кормовой свеклы Е = 26,1 105…49,7 105 Па в зависимости от величины деформации;

– определить коэффициенты трения кормовой свеклы в зависимости от величины нагрузки по различным материалам, используемым при изготовлении ножей и ограждающих поверхностей;

– определить оптимальный угол резания кормовой свеклы как для ножа пластинчатого опт = 10...15°, так и для ножа пластинчатого с гребенчатыми выступами (диффузионного) при толщине стружки в пределах зоотехнических норм опт = 15…20°;

– определить оптимальную скорость резания кормовой свеклы ножом пластинчатым опт = 5,45 м/с, ножом пластинчатым с гребенчатыми выступами опт = 6,9 м/с;

– определить усилие резания кормовой свеклы при оптимальных значениях всех факторов: для но жа пластинчатого Pрез = 12 102 Н/пог.м, для ножа пластинчатого с гребенчатыми выступами Pрез = д 30…35 102 Н/пог.м.

4 Производственные испытания измельчителя корнеклубнеплодов показали работоспособ ность конструкции;

производительность машины, обеспеченная оптимальными условиями измельче ния, составила 24,5 т/ч, мощность на приводе 14,0 кВт. Применение опытного образца измельчителя по зволило получить экономический эффект 11 177,9 рублей в ценах 2003 года по сравнению с базовым «Волгарь-5».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 А. с. СССР № 905702. Копер для измерения работы резания образца корнеплодов / В.С. Горю шинский. – Б.И., 1982. № 5.

2 Горюшинский В.С. Классификация измельчителей корнеклубнеплодов // Механизация заготов ки, приготовления и раздачи кормов: Сборник научных работ. – Саратов, 1982. – С. 95 – 100.

3 Горюшинский В.С. Определение усилия резания корнеклубнеплодов барабанными измельчите лями // Механизация заготовки, приготовления и раздачи кормов: Сборник научных работ. – Саратов, 1982. – С. 100 – 106.

4 Горюшинский В.С. Теоретическое исследование процесса резания корнеклубнеплодов клино видным ножом // Механизация заготовки, приготовления и раздачи кормов: Сборник научных работ. – Саратов, 1983. – С. 24 – 33.

5 Горюшинский В.С. Измельчитель корнеплодов // Пути повышения эффективности АПК в усло виях вступления России в ВТО: Материалы междунар. конф. – Уфа, 2003. – С. 340 – 341.

6 Горюшинский В.С. Исследование прочностных и других физико-механических свойств кормо вой свеклы // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы: Материалы междунар.

науч.-практ. конф. – Пенза, 2003. – С. 70 – 71.

7 Горюшинский В.С. Оценка функционирования технических систем подготовки корнеклубне плодов к скармливанию животным // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспекти вы: Материалы междунар. науч.-практ. конф. – Пенза, 2003. – С. 71 – 72.