Общие предпосылки к изучению процесса движения удобрений по рабочему органу

Известно, что эффективность воздействия органических удобрений на почву, а затем и на растения зависит от равномерности высева. Равномерность высева обеспечивается правильным выбором конструктивных параметров и режимов работы высевающего устройства.

Перемещаясь по высевающему устройству органические удобрения взаимодействуют с рабочей поверхностью, воздухом и друг с другом. Решение задачи об относительном движении слоя с учетом всех взаимодействий между частицами пока не представляется возможным: обычно эту задачу решают, приняв ряд допущений. Нами были приняты следующие отправные предпосылки и допущения:

1) движение элемента слоя органических удобрений рассматривается как движение материальной точки;

2) сила сопротивления рабочему перемещению элемента слоя по рабочей поверхности аналогична по своему действию силе трения и связана с нормальным давлением зависимостью F= f^. N (f – условный коэффициент сопротивлению перемещению по плоскости)

3) коэффициент f не зависит от толщины слоя и кинематических факторов: скорости относительного перемещения, частоты и амплитуды колебаний, угла наклона.

4) сопротивление воздуха не оказывает существенного влияния на движение слоя и им можно пренебречь.

Сложность кинематики и динамики движения удобрений в устройствах вибрационного типа затрудняет описание процесса в виде аналитических выражений, отражающих зависимости подачи удобрений, потребляемой мощности, физико-механических свойств удобрений. В связи с этим возникает необходимость провести теоретической анализ процесса подачи твердых органических удобрений устройством вибрационного типа. В основу методики положено изучение сложного движения элементарной частицы в принятой конструкции. С целью выяснения характера движения удобрений вдоль грузонесущего органа и последовательности их выхода через высевное окно проведены теоретические исследования по выбору рациональных режимов работы вибровысевающего устройства.

В безударных вибрационных транспортерах груз массой m лежит на плоскости рабочего органа машины, который совершает горизонтальные колебания с размахом S (рисунок 3.48). Груз прижат к плоскости силой тяжести – mg, которая вызывает силу трения, препятствующую перемещению груза относительно рабочего органа.

N

m

F_тр U

O S O

mg

Рисунок 3.48 - Колебания безударного вибрационного транспортера

Максимальное значение силы терния равно fmg, где f – коэффициент трения покоя. Если принять коэффициент трения движения равным коэффициенту трения покоя, то при относительном перемещении груза по плоскости сила трения сохраняет постоянное значение, равное f mg [5,14,16], и уравнение движения груза при его перемещении вперед имеет вид:

ma_г = -fmg (3.89)

где a_г- ускорение груза

 

Средняя скорость перемещения груза

V_ср. = fg T (3.90)

где fg = a₁ – ускорение рабочего органа; [ fg] = a₂- модуль ускорения замедления

T = - период колебаний; K= - коэффициент режима вибрации.

Отсюда следует, что средняя скорость перемещения груза при заданных a₁= fg(ускорение рабочего органа) и K= увеличивается с увеличением периода T. Однако при этом быстро увеличивается требуемый размах рабочего органа S.

S = a₁ ; (3.91)

Для увеличения средней скорости перемещения груза при тех же значениях a₁ и k надо увеличивать перемещение рабочего органа S. С этой целью обычно вместо кулачкового механизма используют кулисный механизм с ускоренным обратным ходом. Однако скорость перемещения груза остается небольшой, и для её увеличения переходят к вибрационным устройствам с подбрасыванием груза (рис.3.49).

Y

S

 

Х

 

Рисунок 3.49 - Колебания вибрационного устройства с подбрасыванием груза

Если перемещаемый материал допускает подбрасывание с последующим ударом о поверхность рабочего органа, то можно получить большую скорость перемещения груза по сравнению с безударными вибрационными транспортерами. Увеличение скорости перемещения груза в вибрационном транспортере с подбрасыванием груза происходит при свободном полете груза в отличии от безударных транспортеров, в которых груз всегда находится в контакте с рабочими органом.

Особенность процесса вибровысева – наличие больших масс груза над поверхностью грузонесущего органа. Импульсы, создаваемые грузонесущим органом, могут не достигать свободной поверхности груза, а затухать в нем. В этом случае слои груза, входящие в контакт с транспортирующей поверх-ностью, совершают периодические перемещения практически с амплитудой колебаний. По мере удаления от грузонесущего органа амплитуда колебаний слоев уменьшается и становится равной нулю. Вышележащие слои груза не испытывают действия вибрации. Вследствие постоянного подпора выше-лежащих масс груза при вибровысеве в ряде случаев оказывается невозможной реализации режимов с подбрасыванием. При указанных особенностях распространения вибрации движение груза при колебаниях происходит не по всей длине грузонесущего органа, а лишь вблизи выпускного окна. В этом случае средняя скорость перемещения частицы определяется из выражения.

V= b A cos (3.92)

 

где b- поправочный коэффициент, зависящий от вида перемещаемого материала; A – амплитуда колебаний, см; - частота колебаний, с^-1; - угол наклона вибровысевающего устройства; К – коэффициент кинематического режима;

Из выражения (3.92) следует, что на характер перемещения материала значительное влияние оказывает коэффициент кинематического режима

К = (3.93)

Коэффициент кинематического режима зависит от амплитуды и частоты колебаний. В качестве обобщающего критерия режима работы используют ускорение грузонесущего органа (). На практике по конструктивным и технологическим соображениям не всегда оказывается возможным повысить интенсивность режима вибрации лотка с целью увеличения скорости перемещения материала увеличением частоты и амплитуды колебаний. Для обеспечения высокоскоростного движения частиц груза, рационально согласованного с движением грузонесущего органа, при минимальных динамических нагрузках на привод и элементы вибровысевающего устройства установлены оптимальные значения коэффициента режима вибрации в пределах 1<K<3,3 в режиме работы с подбрасыванием груза.

При К>3,3 вибровысевающее устройство работает со значительными ускорениями, обуславливающими большие динамические нагрузки на привод, подшипники и другие элементы, при К<1 высев материала совсем прекратится, т.к. груз лежит на плоскости и перемещается преимущественно микробросками или лежит неподвижно на грузонесущем органе.

При интенсивных режимах работы вибрационного высевающего устройства, когда скорость выхода частиц материала велика и высевное окно не в состоянии пропустить всю массу удобрений, характер движения материала в бункере меняется, у передней стенки образуется скоростной подпор, что увеличивает значительно динамические нагрузки. Скоростной подпор образуется в результате напора массы удобрений от задней стенки по всей высоте Н перемещения груза (рисунок 3.50).

 

Рисунок 3.50 - Характер движения материала в бункере с образованием скоростного подпора

Кроме того, при интенсивных режимах вибрации, отмечается частичная или полная «сегретация» перемещаемого материала, в результате чего образуется «пыльная подушка», которая снижает перемещение потока материала. Поэтому было целесообразным провести исследования с целью уменьшения до минимума скоростного подпора у передней стенки бункера.

Устранение скоростного подпора возможно конечно и правильным выбором амплитуды и частоты колебаний, при котором высота перемещаемого груза Н была бы близка к высоте высевного окна по всей длине вибровысевающего устройства.

Однако и в этом случае остаются существенными динамические нагрузки в результате того, что необходимо прилагать усилие для подъема массы по всей длине вибровысевающего устройства, которое можно устранить, применив условие, при котором характер истечения материала из бункера по грузонесущему органу имел бы нарастающий характер, т.е. высота перемещаемого груза имела бы минимальное значение в начале вибровысевающего устройства и равную высоте высевной щели у передней стенки в момент выхода. Следовательно, и динамические нагрузки имеют минимальные значения.

Для того, чтобы получить требуемый вид истечения материала необходимо, чтобы один из аргументов менялся по мере приближения материала к передней стенке. Однако не представляется возможным получить разную угловую скорость в начале и в конце вибровысевающего устройства. Поэтому нужно изменять амплитуду колебаний пропорционально с приближением к высевному окну. В связи с этим рассмотрим кинематическую схему грузонесущего органа, у которого одна жестокая связь с кривошипом, а другая свободна и совершает скользящее движение по плоскости (рис.3.51). В таком случае коэффициент кинематического режима будет менять свое значение по мере приближения к выходному отверстию, т.е. оно не будет постоянным при постоянной угловой скорости.

Рисунок 3.51 - Характер движения материала в экспериментальном вибрационном высевающем устройстве

Если в обычных виброустройствах коэффициент кинематического режима постоянен для всего грузонесущего органа, то в данном случае в зависимости от места нахождения частицы по длине вибровысевающего устройства оно имеет постепенно нарастающий характер. Траектория движения частицы, находящееся у задней стенки бункера совершает плоское движение и по мере продвижения приобретает гармонический характер п нарастающей, т.е. высота перемещаемого груза имеет минимальное значение Н_min в начале вибровысевающего устройства и равную высоте высевного окна Н_max у передней стенки в момент выхода.