Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы повышения эффективности послеуборочной обработки зерна 9
1.1. Средства механизации послеуборочной обработки зерна, их технический уровень и перспективы развития 9
1.2. Анализ научных исследований по сепарации зерна на решетах с повышенной ориентирующей способностью 23
1.3. Содержание проблемы и задачи исследования 40
2. Теоретические исследования ориентации частиц зерновой смеси относительно продолговатых отверстий при круговых колебаниях решета в горизонтальной плоскости 42
2.1. Расчетная схема и дифференциальные уравнения движения частиц по решету с круговыми колебаниями в горизонтальной плоскости 42
2.2. Факторы, влияющие на вероятность ориентации частиц относительно отверстия решета при круговых колебаниях в горизонтальной плоскости 47
2.3. Исследование влияния жесткости подвесок на устойчивость движения решетных станов 53
Выводы по главе 61
3. Методика экспериментальных исследований 63
3.1. Программа экспериментальных исследований 63
3.2. Приборы и оборудование экспериментального исследования 64
3.3. Методика определения скорости движения тела по решету при круговых колебаниях в горизонтальной плоскости 68
3.4. Методика оценки влияния продольных и поперечных сил на изгибную жесткость подвесок решетного стана 69
3.5. Методика исследования влияния частоты возбуждения на радиус круговых колебаний решетного стана в горизонтальной плоскости 73
3.6. Методика сравнительных испытаний систем с прямолинейными и круговыми колебаниями решетных станов по затратам мощности и колебаниям рамы 75
3.7. Методика исследования кинематических параметров круговых колебаний решета, его формы отверстий, геометрии перемычек, удельной начальной нагрузки и исходной засоренности материала на полноту разделения зерновой смеси 77
3.8. Методика исследования влияния удельной начальной нагрузки и кинематического параметра на качественные показатели работы разделительного Бь зернового Б2, подсевного В и сортировального Г решет при круговых колебаниях 81
3.9. Методика исследования влияния удельной начальной нагрузки на просеваемость на разделительном Б і и зерновом Б2 решетах и полноту разделения зерновой смеси на подсевном В и сортировальном Г решетах при прямолинейных колебаниях 84
3.10.Методика испытания модернизированных решетных зерноочистительных машин 86
4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований 89
4.1. Исследование влияния радиуса круговых колебаний решета на скорость движения тела по поверхности решета 89
4.2. Исследование влияния изгибной жесткости подвесок и частоты возбуждения на радиус круговых колебаний решетного стана 92
4.3. Результаты сравнительных испытаний систем с прямолинейными и круговыми колебаниями решетных станов по затратам мощности и колебаниям рамы 96
4.4. Исследование влияния кинематических параметров круговых колебаний решета, его формы отверстий, геометрии перемычек, удельной начальной нагрузки и исходной засоренности материала на полноту разделения зерновой смеси 101
4.5. Исследование влияния удельной начальной нагрузки и кинематического параметра на качественные показатели работы разделительного Бь зернового Б2, подсевного В и сортировального Г решет при круговых колебаниях 110
4.6. Исследование влияния удельной начальной нагрузки на просеваемость на разделительном Б і и зерновом Б2 решетах и полноту разделения на подсевном В и сортировальном Г решетах при прямолинейных колебаниях 120
4.7. Результаты испытания модернизированных зерноочистительных машин 121
Выводы по главе 125
5. Технико-экономические показатели результатов исследования 128
5.1 Рекомендации производству по модернизации и настройки решетных зерноочистительных машин 128
5.2. Расчет экономической эффективности применения решет проволочно-сварной конструкции с возбуждением круговых колебаний в горизонтальной плоскости 130
Выводы по главе 135
Общие выводы по работе 136
Список использованной литературы 139
Приложения 150
- Анализ научных исследований по сепарации зерна на решетах с повышенной ориентирующей способностью
- Факторы, влияющие на вероятность ориентации частиц относительно отверстия решета при круговых колебаниях в горизонтальной плоскости
- Методика определения скорости движения тела по решету при круговых колебаниях в горизонтальной плоскости
- Исследование влияния изгибной жесткости подвесок и частоты возбуждения на радиус круговых колебаний решетного стана
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Для получения высоких урожаев гребуются высококачественные семена, выровненные по размерам. Созданные ігрегатьі и комплексы послеуборочной обработки зерна позволили полностью механизировать работы на току, послужили основой для получения высококачественных семян по чистоте. Основу зерноочистительных агрегатов і комплексов составляют решетные машины, обладающие низкой шергоемкостью по сравнению с воздушными и триерными системами. Однако зни имеют и существенные недостатки. Существующие решета и кинематика те движения не способствует ориентации частиц зерновой смеси относительно отверстий. Решето в машине работает как вибротранспортер, а колебания пассивных решетных станов сопровождаются значительными динамическими тагрузками, которые вызывают вибрацию рам машин, нарушение технологического процесса из-за искажения кинематических параметров и снижения надежности машин. Это приводит к увеличению продолжительности послеуборочной обработки зерна и потерям урожая, составляющим до 12%.
К настоящему времени промышленность выпустила более 100 тысяч ігрегатов и комплексов. Многие из них из-за низкой надежности и большого износа не пригодны к эксплуатации. Возникла реальная опасность деиндустриализации технологии послеуборочной обработки зерна, подработки :емян и перехода ее на примитивные технологии.
Таким образом, существует народнохозяйственная проблема, состоящая в разрешении противоречий между возрастающим дефицитом зерна в стране и эграниченными возможностями технических средств, которые не позволяют получать выровненные по размерам семяна и, как следствие, высокие урожаи.
Наиболее эффективным способом повышения производительности зерноочистительных машин и качества очистки зерна и семян является применение решет с цилиндрическими перемычками, обладающие повышенной ориентирующей способностью. Однако отсутствие технических средств и оптимальных технологических режимов сдерживает применение данных рабочих органов.
Машины с круговыми колебаниями решетных станов позволяют достичь уравновешивания динамических нагрузок и снижение вибрации машин. Однако данные системы изучены не полностью и требуют научного обоснования.
Поэтому объединение в сепарирующей системе решет с цилиндрической формой перемычек и рационального режима круговых колебаний позволит в совокупности повысить производительность зерноочистительных машин, качество очистки зерна и семян, снизить динамические нагрузки и
восстановить работоспособность большого количества существуют изношенных машин за счет их модернизации.
Актуальность выбранного направления подтверждается соответстви данной темы разделу Федеральной программы по научному обеспечению AI России «Разработать научные основы развития системы технолої технического обеспечения сельскохозяйственного производства, создан машин и энергетики нового поколения, формирование эффективнс инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики», а так : одобрением данного направления НТС МСХ РФ (протокол №2 от 19.09.90 г.).
Цель работы. Повышение эффективности сепарации зерна за счет подбс режимов работы пакета решет с различной формой отверстий и геометри перемычек при круговых колебаниях в горизонтальной плоскости.
Объект исследования. Процесс сепарации зерна на решетах с различи формой отверстий и геометрией перемычек и круговыми колебаниями горизонтальной плоскости.
Предмет исследования. Выявление закономерностей процесса сепарац зерна на решетах с различной формой отверстий, геометрией перемычек круговыми колебаниями.
Методологическая основа. В основу исследований положены теор сепарации и виброперемещения зерна при круговых колебаниях реш устойчивости и колебаний нелинейных систем, математической статистики.
Научная новизна. Разработаны математические модели по оценк влияния кинематических параметров и их устойчивости на движение ориентацию частиц зерновой смеси относительно отверстий решета г круговых колебаниях, установлены закономерности процесса сепарации решетах с различной формой отверстий, геометрией перемычек и круговы колебаниями в горизонтальной плоскости; разработаны рекомендации техническая документация на модернизацию решетных машин, выработавп ресурс, и продления срока их службы.
Гипотеза исследования. Предположено, что использование решет цилиндрическими перемычками и рациональными круговыми колебания обеспечит повышение производительности машин, качество очистки зерн. семян, снижение динамических нагрузок и продление срока служ существующих машин за счет их модернизации.
Практическая ценность. Разработанные методика расчета и техничес документация позволяют на стадиях конструирования и модернизаі зерноочистительных машин подобрать оптимальные кинематичсо параметры решет, обеспечить им зоны устойчивого движения и продлить С] службы существующих машин. Применение решет с цилиндрически
перемычками и возбуждением их круговыми оптимальными колебаниями позволяет повысить производительность машин в 1,2...2,0 раза.
Реализация результатов исследования. Внедрение результатов исследования осуществляется по нескольким направлениям. Разработаны эекомендации на модернизацию зерноочистительных машин, выработавших :вой ресурс. Рекомендации переданы в департамент сельского хозяйства Курганской области и Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства СО РЛСХН.
Выполнена модернизация зерноочистительных машин ЗАВ-10.30000 и ЭВП-20А, которые находятся в лаборатории кафедры «Сельскохозяйственные машины» КГСХА, используются в учебном процессе, демонстрируются на выставках и семинарах.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-практических конференциях ЧГАУ в 1997...1999 г.г., КГСХА в 1997...1999 г.г., на Международной научно-практической конференции (г. Курган, 1997 г.), на первом и втором фестивалях-конкурсах научно-ясследовательского, технического и прикладного творчества молодежи и студентов (г. Курган, 1997, 1999 г.г.), на Курганском областном конкурсе на тучшую научно-исследовательскую работу (1998 г.), на межрегиональной тучно-практической конференции (г. Курган, 1999 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации отражены в 9 работах.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 175 страниц, в том шсле 51 рисунок, 6 таблиц и состоит из введения, пяти глав, списка читерагуры, включающего ИЗ наименований, и приложений.
Анализ научных исследований по сепарации зерна на решетах с повышенной ориентирующей способностью
В изложенной научной гипотезе отмечалось, что за счет применения решет с цилиндрическими перемычками и возбуждением их круговыми колебаниями можно повысить эффективность послеуборочной обработки зерна: производительность машин и качество очистки зерна, снизить динамические нагрузки и вибрацию машин, повысить их надежность и продлить срок службы существующих зерноочистительных машин за счет их модернизации. Для создания такой сепарирующей системы необходимо обосновать геометрические размеры решет - ширину отверстий и радиус перемычек; технологические параметры - начальную нагрузку, скорость движения зерна по решету, высоту слоя зерна; кинематические параметры - радиус и частоту круговых колебаний, угол наклона решет; динамические параметры -жесткость подвесок и частоту собственных колебаний решетных станов, расположение центра масс и центра жесткости, зоны устойчивого движения решетных станов. Большой вклад в изучение процесса сепарации зерновых смесей внесли В.Н. Анискин, A.M. Басов, Р.Н. Волик, Н.Г. Гладков, В.В. Гортинский, В.П. Горячкин, А.Г. Громов, П.М. Заика, А.Н. Зюлин, Р.З. Кацева, А.И. Климок, И.Е. Кожуховский, Н.Ф. Конченко, Н.И. Косилов, В.А. Кубышев, М.Н. Летошнев, А.А. Лопан, А.И. Любимов, Е.А. Непомнящих, Г.Т. Павловский, В.В. Пивень, Ю.В. Терентьев, Г.Д. Терсков, М.А. Тулькибаев, Н.Н. Ульрих, В.М. Цециновский /2, 5, 15, 16, 19, 20, 23, 29, 32, 35, 36, 37, 39, 40, 50, 59, 65, 71, 93, 99, 102, 104/. Существующие плоские решета с пробивными отверстиями работают как транспортирующая поверхность и не обладают требуемой ориентирующей способностью. В основу изучения процесса прохождения частиц в отверстия положена расчетная схема В.П. Горячкина /20/, в которой частица принята в форме шара. Она опускается в отверстие решета в том случае, если ее центр масс, перемещаясь по поверхности решета, пройдет расстояние где Vnp - относительная скорость движения частицы по решету; t - время, отсчитываемое с момента попадания частицы в отверстие; / - длина частицы; г - радиус шара.
Схемы расположения решет в зерноочистительных машинах В противном случае частица, встретив на своем пути поперечную перемычку, будет вытолкнута из отверстия. Действительная картина движения частицы по решету отличается от принятой. Г.Д. Терсковым установлено, что увеличение относительной скорости движения частиц по решету за пределы критической не сопровождается заметным уменьшением просеваемости /93/. По данным Ю.В. Терентьева действительная скорость движения частицы, обеспечивающая максимальную просеваемость, значительно меньше теоретической /94/. М.Н. Летошнев полагает, что длину отверстия решета следует выбирать не по предельной скорости относительного скольжения частицы по решету, а по вероятности попадания ее в отверстия решета, которая зависит от соотношения размеров частицы и длины отверстия /50/. Теоретическое обоснование своей идеи данный исследователь не приводит. В работе /46/ сделана оценка вероятности попадания частицы в форме эллипсоида в продолговатое отверстие решета (рис. 1.7). Вероятность Pi попадания частицы в отверстие, если ее центр масс расположен вблизи отверстия, может быть записана как где тип- действительные вероятности; ФІ - углы контакта частицы с перемычками. Вероятность попадания частиц в продолговатое отверстие (рис. 1.7) где Si - благоприятные участки возможного попадания частиц в отверстие; S0 - площадь прямоугольника: SO=ZU (рис. 1.7). На рис. 1.8 приведены графики зависимости вероятности попадания частицы в продолговатое отверстие решета, из которых следует, что максимальная вероятность этого явления РМАХ 0,32 /46/. Для изучения условий ориентации частиц относительно отверстия необходимо, чтобы частица на перемычках занимала неустойчивое положение /12/. Обеспечит это условие можно путем наложением на решета электрического поля /5/ или обдуванием их снизу воздушным потоком /26/.
Однако это увеличивает энергоемкость процесса сепарации зерна. Низкая вероятность попадания частиц в отверстия заставила многих исследователей обратиться к поиску формы отверстий, геометрии перемычек и теоретическому обоснованию данного явления /5, 19, 27, 29, 36, 38, 40, 41, 42, 49,79,80,94,99,104,105,106/. Ориентация частиц относительно отверстия является обязательным условием прохождения ее в отверстие /42/. С.А. Васильев отмечает, что частицы, перемещаясь по решету, стремятся найти удобное положение, чтобы пройти в отверстие /12/. На плоскопробивных решетах только небольшая часть зерен находится в контакте с перемычками отверстий и имеет возможность разворачиваться относительно отверстия /42/. Для повышения ориентирующей способности плоских решет предложено продольные перемычки отверстий изготавливать не плоскими, а в виде треугольника /106/. В этом случае профилированная поверхность обеспечивает направленное движение семян и увеличивает вероятность попадания их в отверстия. В результате повышается просеваемость зерновой смеси на 30%. Однако теоретического обоснования ориентации частиц на таких перемычках не приводится.
Факторы, влияющие на вероятность ориентации частиц относительно отверстия решета при круговых колебаниях в горизонтальной плоскости
Перейдем к анализу полученных результатов. Зададимся рядом значений радиуса круговых колебаний і?=0,005...0,010 м; круговой частотой 6У=10...60 рад/с; угла наклона решета о=6...10. Коэффициент трения между частицей и перемычками решета принят /=0,4 (угол трения /7=21,8).
Результаты расчетов сведены в таблицу 2.1 приложения 2. Отдельные расчеты представлены графически на рис. 2.2.. .2.4.
Относительное движение частицы по решету отсутствует, если в выражениях (2.20) и (2.21) кх± \ и kz \. Это говорит о том, что сила трения между частицей и решетом больше силы инерции переносного движения Fn. Если кх+ 1 и kz 1, то частица совершает скольжение по решету в направлениях осей X и Z. В этом случае радиус круговых колебаний частицы R принимает устойчивое значение. Скольжение прекращается при х+=1 и к2=\, что
Влияние радиуса и частоты круговых колебаний решета на перемещения частицы в течение цикла при угле наклона решета а=$ соответствует неустойчивым значениям радиусов г, в выражениях (2.16) и (2.17).
От величины значений кх+ зависит характер скольжения частицы по решету. Если кх± [, то скольжение происходит "вниз" и "вверх" по решету. Если кх 1, а кх+ \, то скольжение будет происходить, только "вниз" по наклонной плоскости. С увеличением радиуса круговых колебаний R перемещения X и Z увеличиваются (рис. 2.2, а, б). Это следует из выражений (2.20) и (2.21), т.к. с увеличением R уменьшаются значения к{. С увеличением круговой частоты со перемещение в направлении оси X уменьшаются, т.к. увеличивается разность перемещений X. и Х+. Снижение частоты колебаний со способствует увеличению перемещения X до максимального значения, при котором X- R. При дальнейшем уменьшении со прекращается перемещение Х+ (при кх+=\), а затем - перемещения X. (при кх.=1).
При увеличении со перемещение в направлении оси Z увеличивается, асимптотически приближаясь к радиусу круговых колебаний R (рис. 2.2, б). Увеличение угла наклона решета а способствует росту перемещений X и Z частицы в течение цикла, т.к. это приводит к снижению величин кх. и kz, и увеличению кх+. При увеличениях радиуса круговых колебаний R, круговой частоты со и угла наклона а скорость скольжения частицы по решету возрастает (рис. 2.3).
На скорость движения материала помимо радиуса, частоты круговых колебаний и угла наклона решета большое влияние оказывает коэффициент трения в зоне контакта частицы с перемычками решета. С увеличением коэффициента трения возрастает числитель подкоренного выражения (2.22), что приводит к уменьшению скорости скольжения. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.2 приложения 2 и представлены графически на рис. 2.4. При равенстве нулю или при отрицательном значении подкоренного выражения скольжение частицы по решету прекращается - нарушение
Влияние радиуса и частоты круговых колебаний решета на скорость движения устойчивости движения. На рис. 2.4 это явление изображено пунктирными линиями на зависимостях 1 и 2.
Увеличение перемещения Z сопровождается ростом площади контакта частицы с решетом S=Z-(X+X+). В результате частица имеет большую возможность встретить на своем пути отверстия решета. Кроме того, перемещения Z способствуют лучшей ориентации частиц относительно отверстия и увеличению угла разворота (р (2.23), максимальное значение которого в течение одного цикла достигает p 0,25 рад, а вероятность разворота частицы на угол я/2 составляет Ф«0,16 (рис. 2.5). Это значит, что в течение 6 циклов частицы развернутся на угол л/2 и полностью будут сориентированы относительно продолговатого отверстия.
Для сравнения при прямолинейных колебаниях плоскопробивного решета и наиболее благоприятных условиях, когда центр масс частицы не совпадает с продольной осью продолговатого отверстия на величину /1=0,4... 1,2 мм, угол разворота частицы в течение цикла р=0,023...0,056 рад /49/. Для разворота частиц и ориентации их относительно отверстий потребуется 28...66 колебаний решета. На этот же процесс потребуется время /=3,5...8,6 с, за которое частицы пройдут расстояние /=820.. .2270 мм, что превышает длину решета.
В отличие от прямолинейных колебаний решет, при круговых колебаниях можно выбрать такой кинематический режим, при котором движение частиц по решету и вероятность попадания их в отверстия решет будут минимальными и наоборот. Например, при круговой частоте ю=25 рад/с, угле наклона решета а=8 и радиусе круговых колебаний решета R=6 мм перемещение частицы по решету х=4,5 мм, поперек решета z=l,0 мм (рис. 2.2, а, б). Угол разворота частицы при этом режиме в течении одного цикла ф=0,06 рад и вероятность попадания частицы в отверстия решета Ф«0,038 (рис. 2.5).
Методика определения скорости движения тела по решету при круговых колебаниях в горизонтальной плоскости
Затем были проведены опыты по определению коэффициента трения скольжения в зоне контакта плоского деревянного тела со стальными перемычками решета цилиндрической формы. Решето устанавливалось под определенным углом к горизонту. На две соседние перемычки устанавливалось тело и толчком выводилось из состояния покоя. Если тело после толчка останавливалось, то это соответствовало условию, что угол трения рт больше угла наклона решета (рт а). Опытами пытались установить начало скольжения тела после толчка, т.е. когда рт=а. По углу трения скольжения устанавливался коэффициент трения скольжения в точке контакта тела с перемычками, т.е. fr=tgpr.
Для изучения этого явления, необходимо установить положение центра масс решетного стана в горизонтальной X, вертикальной Y и поперечной Z плоскостях. Решетный стан подвешивался на канате в различных точках. Изменяя точки крепления каната, добивались горизонтального положения решетного стана в плоскостях X, Y и Z. Расположение центра масс х0, у0 и z0 фиксировались метками (рис. 3.2).
После этого решетный стан закреплялся на раме машины с помощью круглых подвесок. При этом добивались совпадения центра масс решетного стана с центром жесткости подвесок в плоскостях X, чтобы обеспечивалась одинаковая нагрузка на каждую подвеску от сил тяжести (рис. 3.3).
Для исследования были выбраны пакеты подвесок круглого сечения. Длина подвесок / в каждом наборе была одинаковой. Были подобраны наборы подвесок длиной 300, 400, 500 и 600 мм. По высоте правые подвески были смещены относительно левых на величину h для обеспечения угла наклона а решетного стана к горизонтальной плоскости.
Величина продольной растягивающей силы, влияние которой на изгибную жесткость подвесок изучалось в данном исследовании, определялась из условия где m - масса решетного стана;
Совмещение центра масс решетного стана с центром жесткости подвесок После этого решетный стан толчком приводился в колебательное движение, которое записывалось на ленту вибрографа ВР-1М с отметкой времени (рис. 3.4). По виброграмме находили период собственных колебаний Т0 и круговую частоту собственных колебаний решетного стана
По круговой частоте решетного стана и его массе, определяли суммарную изгибную жесткость четырех подвесок а затем и жесткость одной подвески С = С/4.
По той же виброграмме определялась амплитуда А, собственных колебаний решетного стана в соседних периодах и по отношению определялся логарифмический декремент затухания где n - коэффициент затухания; In - натуральный логарифм. После этого в центр масс решетного стана прикреплялся груз массой т.\=1 кг, что подвергало дополнительному нагружению одной подвески силой
Решетный стан вновь приводился в колебательное движение, записываемое на ленту вибрографа, и вычислялись по формулам (3.5) - (3.9) параметры Т0, со0, С, Сь 5 и п.
Затем к решетному стану крепились массы т;=2, 3, 4 и 5 кг и поводились опыты по описанной выше методике. Результаты испытаний сведены в таблицу 3.2 приложения 3, по которой построен график. где а - коэффициент нагрузки: Е - модуль упругости материала подвески: Е=2,10-10п Па;
После этой серии опытов к центру масс решетного полотна крепился трос, перекинутый через блок (рис. 3.4) на конце троса подвешивались грузы массой, соответственно, nij=l, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 кг. Под действием силы тяжести этих грузов решетный стан выводился из положения равновесия и перемещался на величину Xj, которая фиксировалась штангенциркулем. Это перемещение заканчивалось в тот момент, когда упругие силы подвесок становились равными силе тяжести грузов, т.е.
Этими опытами оценивалась зависимость упругой силы и изгибной жесткости подвески от величины ее деформации х. Затем эта зависимость апроксимировалась алгебраическим выражением и методом наименьших квадратов подбирались коэффициенты этого выражения. Результаты экспериментов сведены в таблицу 3.3, приложения 3, по которой построен график (рис. 4.2).
В задачу данного исследования входило определение режимов устойчивого движения решетных станов, при которых радиус и частота круговых колебаний остаются постоянными. Потерей устойчивости движения может служить нелинейный характер изменения жесткости подвесок при их деформации.
Для проведения исследования электродвигатель ЕОРКМО 41/4 и клиноременная передача привода вала снимались с решетного стана, а на их место устанавливался электродвигатель постоянного тока Д—100 №036171408 с питанием от источника постоянного тока. Данный двигатель устанавливался в центре масс решетного стана, совмещенного с центром жесткости подвесок.
Применение этого электродвигателя позволяло бесступенчато регулировать частоту вращения его вала за счет изменения сопротивления в цепи обмотки возбуждения. На вал электродвигателя устанавливался рычаг с противовесом. Расстояние от оси вращения вала до центра масс противовеса изменялось от 70 до 170 мм. Масса противовеса изменялась за счет установки дополнительных грузов. Вал электродвигателя соединялся с помощью упругой муфты с тахогенератором 51973, в электрической схеме которого установлен миллиамперметр. Показания миллиамперметра были протарированы с частотой вращения вала электродвигателя.
Эксперимент проводился по следующей методике. Взвешивался решетный стан, и устанавливалось расположения его центра масс в горизонтальной, вертикальной и продольной плоскостях. Решетный стан крепился к подвескам длиной 300, 400, 500 и 600 мм. Расстояние между подвескам по длине и ширине решетного стана было одинаковое, а диагонали полученного прямоугольника пересекались в центре масс решетного стана. Этим обеспечивалось совмещение центра масс решетного стана и центра жесткости подвесок.
Решетный стан толчком приводился в колебательное движение, собственные колебания которого записывались на ленту вибрографа ВР-1М. По отметкам времени на ленте вибрографа и периоду собственных колебаний определялась частота собственных колебаний решетного стана. По отношению амплитуд в соседних периодах определялся логарифмический декремент затухания (3.8).
Затем включался электродвигатель, изменялась частота вращения его вала с интервалом 20.. .30 мин" и колебания решетного стана записывались на ленту вибрографа ВР-1М. Результаты исследования сведены в таблицу 3.4 приложения 3 и представлены графически на рис. 4.4.
Во время проведения данных опытов радиус круговых колебаний изменялся за счет изменений массы противовеса и радиусов установки противовесов относительно оси вращения вала контрпривода (рис. 3.1). Для исключения резонансных явлений масса решетного стана m и масса противовеса тп, длина подвесок / и угол наклона решетного стана а оставались постоянными: т=15,55 кг, тп=0,545 кг, /=480 мм, а=10, круговая частота со=41,86 рад/с. при этом частота собственных колебаний решетного стана со0=9,41 рад/с; суммарная жесткость подвесок С=1427Д4 Н/м; диаметр подвески d=4 мм; коэффициент сопротивления движению г=9,1724 Н-с/м. Данные динамические параметры получены на основе анализа собственных колебаний системы (рис. 3.5).
Эксперимент проводился следующим образом. Устанавливалась заданная частота вращения вала контрпривода. На него насаживался рычаг, на котором закреплялся противовес. В электрическую цепь электродвигателя включался комплект измерительный К505, который показывал расход мощности электродвигателя при различных радиусах круговых колебаний решетного стана, которые фиксировались вибрографом ВР-1М.
Исследование влияния изгибной жесткости подвесок и частоты возбуждения на радиус круговых колебаний решетного стана
Результаты исследования влияния продольных сил на изгибную жесткость подвески, проведенные по методике, описанной в параграфе 3.4, сведены в таблицу 3.2 приложения 3, представлены графически на рис. 4.2 (зависимость 1). Из графика следует, что с увеличением продольной растягивающей силы (параметр а/) изгибная жесткость подвески возрастает. Например, с увеличением а/с 1,1 до 1,5, т.е. в 1,364 раза изгибная жесткость возрастает в 1,12 раза. Поэтому при расчете жесткости подвески следует учитывать продольные силы и подобрать удобные аналитические выражения для оценки влияния этих сил. На рис. 2.7 приведены две теоретические зависимости. Зависимость 2 построена по выражению (2.41) и соответствует расчетной схеме подвески, один конец которой защемлен, а другой - шарнирноопертый. Зависимость 3 построена по выражению (2.26) и соответствует расчетной схеме подвески с двумя защемленными концами. В обоих случаях подвески нагружены поперечными и продольными силами. Как в теоретической, так и в экспериментальной зависимостях жесткости подвесок от величины продольных сил носят характер близкий к линейному. Поэтому проследим, какая из зависимостей 2 или 3 ближе соответствует экспериментальной характеристики 1.
Сделаем сравнение, например, при а/=1,2. В этом случае зависимость 1 имеет значение Сі=105 Н/м, зависимость 2-С2=50 Н/м, а зависимость 3 - С3=145,5 Н/м. Тогда С3/Сі=1,386, а Сі/С2=2,1, т.е. зависимость 3 ближе соответствует экспериментальным данным. Для полного соответствия теоретических и экспериментальных данных следует ввести поправочный коэффициент ki=0,75. Так как при а/=0 жесткость подвески принимает значение (1.16), то для анализа изгибной жесткости подвески круглого сечения наиболее близко подходит выражение где Е - модуль упругости материала подвески, Па; I - момент инерции сечения подвески, м ; ki - коэффициент, учитывающий степень защемления концов подвески, kj«0,75; kP - коэффициент, учитывающий влияние на жесткость подвески продольных сил, определяемый из выражения (2.27); 1 - длина подвески, м. Результаты исследования влияния поперечных сил на изгибную жесткость подвесок, проведенные по методике, описанной в параграфе 3.4, внесены в таблицу 3.3 и представлены графически на рис. 4.3 в виде зависимости восстанавливающей силы Fn подвески от величины ее деформации X. Отношение этих величин соответствует изгибной жесткости подвесок, т.е. В результате исследования установлено, что между деформацией f=x и восстанавливающей силой подвесок существует нелинейная зависимость, которая была аппроксимирована математическим выражением Коэффициенты «с» и «Ь» данного выражения были определены с помощью метода наименьших квадратов /13/. Результаты расчетов данных коэффициентов сведены в таблицу 3.3 приложения 3. Расчеты показали, что с=2942,76 Н/м, Ь=12182021 Н/м при длине подвески 1=300 мм и диаметром 4 мм. При других параметрах выражение (4.4) имеет вид Исследование влияние частоты возбуждения на радиус круговых колебаний решетного стана Результаты исследования, выполненные по методике, описанной в параграфе 3.5, сведены в таблицу 3.4 приложения 3 и представлены графически на рис. 4.4. Сравнивая результаты теоретических исследований, представленные на рис. 2.9, с экспериментальными данными (рис. 4.4) можно подчеркнуть на близость характера изменения амплитуды колебаний от частоты. На графике (рис. 4.4) следует выделить два участка. На первом участке (зависимость 1) амплитуда возрастает с увеличением частоты. Для данной динамической системы это происходит до частоты Ші=17,4 рад/с, при которой а=8,9 мм. Далее, при частоте ю= 18,52 рад/с а=5,2 мм, при со=18,7 рад/с а=6,5 мм, при со=18,9 рад/с а=8,3 мм, т.е. в интервале частот со=17,5...19,0 рад/с наблюдается срыв амплитуды колебаний, и движение принимает неустойчивый характер. Такое явление наблюдается до частоты со«24 рад/с. До этой частоты трудно получить устойчивые амплитуды. Увеличение частоты выше со=24 рад/с приводит к устойчивым амплитудам колебаний. Однако с увеличением частоты происходит снижение амплитуды колебаний (рис. 4.4, зависимость 2). Участок кривых 1 и 2 (рис. 4.4), на котором происходят неустойчивые колебания, изображены пунктиром. Экспериментальные значения амплитуды колебаний на этом участке получить не удалось, как не удалось и другим исследователям нелинейных систем /96/. Исследование частот собственных колебаний системы путем анализа периодов затухающих колебаний, показало, что при небольших отклонениях (а 4 мм) для выбранной динамической системы с суммарной массой решетного стана и дебаланса т= 14,82 кг и восстанавливающей силой (4.4) с параметрами с=2942,76 Н/м и Ь=12182021 НУм3 частота собственных колебаний сй0= 14,656 рад/с. В линейной системе вблизи этой резонансной частоты ш0 должны происходить колебания с наибольшей амплитудой.
В нелинейной системе наибольший размах колебаний происходит при частотах выше резонансной со0 на 35...40%. Анализ отношений амплитуд собственных колебаний в соседних периодах позволил установить для данной системы коэффициент затухания из выражения где у - среднее значение отношения двух соседних амплитуд затухающих колебаний; п - коэффициент затухания; Т0 - период собственных затухающих колебаний. По коэффициенту затухания определялся коэффициент сопротивления движения системы (2.42) Результаты сравнительных испытаний дебалансного возбудителя колебаний и кинематического жесткого приводного механизма решетных станов по расходу энергии, проведенных по методике, изложенной в параграфе 3.6, сведены в таблицы 3.5 и 3.6 приложения 3 и представлены графически на рис. 4.5. Из графика следует, что с увеличением радиуса круговых колебаний решетного стана R расход мощности Р на поддержание колебаний возрастает (рис. 4.5 зависимость 1). При R=0 мощность Р=35 Вт затрачивается на преодоление сил трения в системе. Аналогичная картина наблюдается и в системе с кинематически жестким приводным механизмом решетных станов (рис. 4.5, зависимость 3). Однако в первой системе затраты энергии в 1,10... 1,17 раза меньше, чем во второй системе и с увеличением амплитуды колебаний указанная разница возрастает.
