Обоснование и анализ процесса взаимодействия пальцевого рабочего органа загрузчика с массой вороха клевера

Анализ взаимодействия элементов любого рабочего органа с материалом позволяет изучить физическую сущность возникновения сопротивлений, на преодоление которых приходится тратить определенный запас энергии. Сопротивление отделение слоя вороха с пальцевым рабочим органом, как и любым другим ротационным органом, является функцией многих переменных, характеризующих физико-механические свойства материала, геометрические размеры отделяемого слоя, кинематические и конструктивные параметры пальцев [1].

В соответствии с теорией фрезерных и других ротационных рабочих органов почвообрабатывающих машин, созданной трудами В. П. Горячкина, В. А. Желиговского, В. А. Яцука и др. применительно к пальцевому рабочему органу сила сопротивления на отделение им слоя вороха может быть представлена в виде суммы следующих слагаемых (рис.1).

1. Сила сопротивления внедрению пальцев в ворох Р_вн.
2. Сила сопротивления отрывку слоя вороха от монолите Р_атр.
3. Сила сопротивления на преодоление трения Р_сg.
4. Сила сопротивления со стороны инерционных сил Р_ин.

Тогда сила общего сопротивления будет равна (рис.1)

(1)

Определим аналитически величину и направление составляющих выражения (1).

Сила сопротивления внедрению элементов рабочего органа загрузчика в ворох состоит из силы сопротивления внедрению конической части пальца Р_кон. и силы трения вороха об его цилиндрическую боковую поверхность Р_тр.

Тогда (2)

где - число пальцев, одновременно внедряющихся в материал.

Для определения составляющих зависимости (2) рассмотрим силы, действующие на палец (рис.2).

Рис. 2. Схема сил, действующих на рабочий элемент

Сила сопротивления внедрению конической части пальца состоит на сопротивления вдавливанию Т и силы сопротивления от трепния конической части пальца о ворох F_кон.

(3)

где ,(4)

а (5)

σ₀ — удельное сопротивление вдавливанию конической части пальца в ворох, равное несущей способности монолита;

S₁ — площадь поверхности конической части пальца, м²;

– угол между образующей и осью симметрии пальца, град;

f — коэффициент трения вороха по стали.

(6)

где d — диаметр пальца, м.

Учитывая зависимость (6), выражение (3) после соответствующих преобразований будет иметь вид

(7)

Силу трения вороха о цилиндрическую поверхность пальца можно определить следующим образом:

(8)

где — коэффициент учитывающий то обстоятельство, что палец имеет криволинейный профиль, позволяющий исключить трение между его затылочной частью оставшимся ворохом в бункере;

σ_{1 —} удельное нормальное давление со стороны слоя вороха на пальцы рабочего органа

L — длина дуги траектории движения конца пальца, по которой происходит контакт слоя вороха с пальцами, изменяющейся от 0 до L м.

Учитывая, что ворох семенников относится к сыпучим несвязанным материалам, у которых отсутствует явление остаточности напряженного состояния, объясняемое действия межмолекулярных сил сцепления между частицами, σ₁ можно определить как сумму сил от массы вороха и инерционных сил, действующих на единицу поверхности, по которой происходит отделение слоя.

(9)

где — объемная масса вороха, кг/м³:

- объем слоя вороха, отделяемого одним рядом пальцев рабочего органа, м³;

— площадь поверхности, по которой происходит деформация слоя;

— угол поворота рабочего органа от вертикального положения, град.

- центробежная сила инерции, н;

- радиус окружности, по которой вращается конец пальца, м;

— частота вращения рабочего органа, с^-1;

— масса отделяемого слоя вороха.

Сила сопротивления сдвигу вороха при внедрения пальцев может быть определена как

где — площадь сечения слоя, расположенного под углом трения, м²;

- внутренний коэффицент трения вороха.

Угол внутреннего трения может быть определен по общепринятой зависимости

(11)

Учитывая необходимость расчета наибольшего значения силы сопротивления отделению слоя от массы в бункере загрузчика, в зависимость (10) подставляем максимально возможное значение площади поверхности сдвиге.

Анализ зависимостей (8), (9) и (10) позволяет установить, что в эти зависимости входят длина дуги траектории движения конца пальцевого элемента, по которой отделяется слой вороха от массы в бункере загрузчика, объем и площадь поверхности слоя, отделяемого одним рядом пальцев, а также площадь сечения слоя под углом трения вороха по вороху. Эта величина могут быть определены на основе специальных исследований геометрии отделения слоя вороха от остальной его массы [2].

Литература:

1. Горячкин В. П. Собрание сочинений. В 3-х томах. — М.: Колос, 1965. Т.-1, 702 с.
2. Дозирование слоя вороха клевера в конвейерные сушилки и обоснование параметров загрузчика. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. Горки, 1988.