Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1 Обоснование темы исследования 9
1.2 Краткий обзор исследований процессов сжатия листо-стебельчатых материалов и моделирование их свойств 17
1.3 Анализ факторов, влияющих на уплотнение материалов под воздействием ударной и вибрационной нагрузок . 25
1.4 Обзор конструкций механизированного ручного инструмента для уплотнения рыхлых материалов 33
1.5 Выводы из раздела 47
2 Теоретические исследования 50
2.1 Исследование динамики газо-, влаго- и теплопереноса в горизонтальных силосохранилищах (ГСХ) 50
2.2 Расчет коэффициента динамичности при ударной нагрузке 57
2.3 Определение динамических напряжений при уплотнении силосуемых кормов ударной нагрузкой 60
2.4 Определение конструктивно-эксплуатационных параметров трамбовки, влияющих на уплотнение силосуемых кормов 63
3 Программа и методика экспериментального исследования 67
3.1 Общая программа и методика исследования 67
3.2 Частные методики 68
3.2.1 Методика определения влажности и длины резки исходного растительного материала 68
3.2.2 Методика определения параметров трамбовки и режимов уплотнения 68
3.2.3 Методика обработки экспериментальных данных 74
3.2.4 Методика сооружения и расчета многосекционного малообъемного приусадебного силосохранилища 79
3.2.5 Описание приборов, экспериментального стенда и устройств 81
4 Результаты экспериментальных исследований... 88
4.1 Влажность и длина резки исходного растительного материала 88
4.2 Определение рабочих параметров ручной электрифицированной трамбовки ударного действия для уплотнения силосуемой массы 88
4.3 Определение рациональных режимов уплотнения силосуемой массы ручной электрифицированной трамбовкой ударного действия 97
4.4 Сравнительные наблюдения за уплотнением массива резки вручную и с применением механической трамбовки... 106
5 Расчет энергозатрат и технико-кономической эффективности ударного формирования массива силосуемых кормов 109
5.1 Сравнительный расчет энергетических затрат на уплотнение силосуемого корма 109
5.2 Технико-экономическая оценка приготовления силосуемого корма и экономическая эффективность результатов ис следования 112
Общие выводы 131
Литература 134
Приложения 145
- Краткий обзор исследований процессов сжатия листо-стебельчатых материалов и моделирование их свойств
- Исследование динамики газо-, влаго- и теплопереноса в горизонтальных силосохранилищах (ГСХ)
- Методика определения параметров трамбовки и режимов уплотнения
- Определение рабочих параметров ручной электрифицированной трамбовки ударного действия для уплотнения силосуемой массы
Введение к работе
Структурные преобразования, происшедшие в сельском хозяйстве в последнее 10-и летие, не только повлекли существенное перераспределение численности скота, содержащегося на животноводческих фермах с.-х. предприятий и на подворьях крестьян, но и коренным образом повлияли на структуру посевных площадей под кормовыми культурами.
Посевы высокоурожайных силосных культур - кукурузы, подсолнечника, сорго - сократились в среднем по Ставропольскому краю больше чем в 4 раза, а в отдельных районах - в 20-40 раз. Сельскохозяйственные предприятия засевают этими культурами площади, достаточные для минимального обеспечения силосом скота, содержащегося на фермах. Это привело к тому, что силос фактически исключен из рациона скота большинства фермерских, крестьянских и личных хозяйств, хотя никто не оспаривал высокой кормовой и диетической эффективности качественного силоса. Силосованный корм охотно поедается всеми видами скота, благоприятно влияет на моторику кишечника животных, 1 кг содержит 0,2...0,24 к.е. и, что весьма важно, имеет невысокую стоимость.
Так стоимость 1 ц к.е. силоса не превышает 190 руб., что в 1,4 раза дешевле 1 ц к.е. содержащихся в сене, в 1,6 раза дешевле, чем в зернофураже.
С другой стороны практически все опрошенные владельцы частных подворий основные трудности и проблемы содержания скота, увеличения численности поголовья и роста продуктивности, связывают с нехваткой кормов, их дороговизной и невысоким качеством. Основными, в указанном плане, называются: - недостаточность площадей и низкая продуктивность пастбищных
выпасов;
дороговизна зеленых кормов из однолетних и многолетних трав, травосмесей, продаваемых на корню;
низкое качество и высокая стоимость силоса, реализуемого с.-х. предприятиями владельцам подворий, осложняемое трудностями доставки его в зимнее время;
низкое качество и дороговизна концентрированных кормов;
несбалансированность и однообразие рациона скота, содержащегося на подворьях.
Не умаляя важности решения других проблем, стоящих перед владельцами малых фермерских, крестьянских и личных подсобных хозяйств, на основании изложенного можно сделать вывод, что основные сложности содержания скота на подворьях заключаются в обеспечении поголовья животных потребным количеством качественных и дешевых кормов. Одними из таких кормов являются наиболее дешевые и энергетически ценные силос и сенаж, обеспечение потребности скота в которых позволит получать качественную продукцию животноводства в больших количествах и с наименьшими затратами.
Именно на решение этой проблемы и направлено настоящее исследование.
Целью работы является совершенствование формирования массива силосуемых кормов с применением ручной электрифицированной трамбовки ударного действия, рабочие характеристики которой отвечают требованиям процесса и обеспечивают минимальные энергетические, материальные и трудовые затраты.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
- рассмотреть динамику газо-, влаго- и теплопереноса в сформиро
ванном массиве стебельчатых кормов и в процессе его уплотне-
6 ния;
исследовать динамику ударного уплотнения силосуемых кормов, закладываемых в малообъемные хранилища;
выполнить анализ рабочих характеристик ручных механических трамбовок ударного действия, определить параметры и установить режимы их работы при уплотнении силосуемых кормов;
- разработать программу автоматизированного расчета многосекци
онного хранилища для силосованных кормов;
- определить технико-экономическую эффективность приусадебно
го приготовления силосованных кормов.
Рабочей гипотезой явилось предположение о возможности низкозатратного, в материальном, энергетическом и трудовом выражении, приготовления качественных силосованных кормов в малообъемных приусадебных хранилищах путем использования усовершенствованных ручных механических трамбовок, параметры и режимы работы которых отвечают требованиям формирования массива кормовой массы.
Объект исследования: процесс формирования массива силосуемого корма в малообъемном хранилище модернизированной механической трамбовкой ударного действия.
Предмет исследования: закономерности изменения плотности силосуемого корма, параметры и режимы работы ручной механической трамбовки ударного действия.
В первой главе работы обоснована тема исследования, выполнен краткий обзор исследований процессов сжатия листостебельча-тых материалов, рассмотрено моделирование их свойств. Проведен анализ факторов, влияющих на уплотнение материалов под воздействием ударной и вибрационной нагрузки. Сделан обзор конструкций механизированного ручного инструмента для уплотнения материалов с высокой скважностью.
Во второй главе на базе трудов отечественных и зарубежных ученых исследована динамика газо-, влаго- и теплопереноса в силосохранилище. Проведен расчет коэффициента динамичности, определены динамические напряжения при уплотнении силосуемых кормов ударной нагрузкой, установлены параметры ручной трамбовки, влияющие на уплотнение силосуемых кормов.
В третьей главе изложены методики проведения наблюдений, планирования и обработки эксперимента, установления параметров механической трамбовки, определения рациональных режимов уплотнения силосуемой массы, предложена программа расчета многосекционного малообъемного приусадебного силосохранилища.
В четвертой главе приведены результаты определения исходной влажности травяной и кукурузной резки. Получены экспериментальные числовые значения зависимости плотности кукурузной и травяной резки от рабочих параметров ручной электрифицированной трамбовки и исследуемых режимов уплотнения, приведены сравнительные наблюдения за уплотнением массива кукурузной резки вручную и с применением механической трамбовки.
В пятой главе проведена сравнительная оценка энергетических затрат процесса уплотнения силоса с использованием ручной трамбовки и электрифицированной трамбовки ударного действия. Определена технико-экономическая эффективность приусадебного приготовления силосованных кормов.
Научная новизна исследования заключается в установлении значимости конструктивно-технологических факторов, влияющих на процесс формирования массива силосуемой массы ручной механической трамбовкой ударного действия в малообъемных хранилищах, определении закономерностей уплотнения влажной растительной массы под воздействием ударной нагрузки.
Практическая значимость исследования заключается в ус-
тановлении параметров и режимов работы ручной механической трамбовки ударного действия для уплотнения силосуемых кормов, создании программы для расчета многосекционного приусадебного хранилища, в возможности использования результатов работы в фермерских, крестьянских и личных подсобных хозяйствах при заготовке корма в малообъемных хранилищах.
По результатам выполненного исследования на защиту выносятся следующие положения, имеющие научную и практическую значимость:
установление значимости факторов, влияющих на процесс формирования массива силосуемой массьг под действием ударной нагрузки в малообъемных хранилищах;
закономерности уплотнения растительной массы с упруго-вязко-пластичными свойствами под воздействием ударной нагрузки;
определение параметров ручной механической трамбовки ударного действия для уплотнения силосуемого сырья, модернизация ее конструкции и подбор режимов работы применительно особенностей выполняемого процесса;
методика автоматизированного расчета многосекционного хранилища для силосования кормов.
Краткий обзор исследований процессов сжатия листо-стебельчатых материалов и моделирование их свойств
Из анализа таблицы 1.5 прослеживается, во-первых, тенденция роста потерь сухого вещества с ростом влажности сырья; во-вторых, наибольшие потери происходят в наземном бурте; в-третьих, бетонное силосохранилище с пленочным укрытием лишь при силосовании сырья с влажностью свыше 70% обладает очевидными преимуществами перед необлицованной земляной траншеей с аналогичным укрытием [26].
Исключительно важным показателем эффективности корма является его биоэнергетический коэффициент, определяемый как отношение энергосодержания ресурса, в нашем случае корма, к энергоемкости его производства. Биоэнергетические коэффициенты различных кормов при разных технологиях их возделывания и приготовления приведены в работах А.А. Кива [45], проф. В.И. Гребенник [33], Е.И. Базарова [13] и представлены в приложении 3.
Анализ полученных данных показал, что низкими бионергетическими коэффициентами обладают наиболее энергоемкие корма -травяная мука и комбикорм - соответственно 44,5 и 95,2% при высокой себестоимости 1 ц корм. ед. Достаточно высокими бионерге-тическими коэффициентами обладают сочные корма (218,4%), в том числе силос - 158,2%, а среди грубых кормов - сенаж (188,4%). Особо следует отметить, что биоэнергетический коэффициент грубых, сочных и зеленых кормов в среднем почти вдвое больше, чем у концкормов.
На основании приведенных данных и ряда других материалов акад. Новиков Ю.Ф. и др. [17] пришли к следующему заключению: - в перспективе тактика энергосберегающего использования кормов при производстве молока и других продуктов скотоводства должна быть направлена на снижение в структуре кормовой базы доли концентрированных кормов до 10...15% и повышение доли объемистых кормов до 85...90%. Это позволит поднять биоэнергетический коэффициент кормового рациона в целом; - непременным условием является высокое качество используемых объемистых кормов, что выдвигает в основные проблему совершенствования технологии приготовления и хранения названных кормов. Это "...повлечет изменение в структуре стоимости животноводческих объектов в направлении возрастания удельного веса средств хранения кормов: силосо-, сенаже-, сено- и корнехра-нилищ» [17, с. 23]. Актуальность заключения, сделанного 20 лет назад, не только не снизилась, но даже возросла на сегодняшний день. Процессы сжатия стебельчатых материалов под воздействием статических, динамических, ударных, вибрационных нагрузок и сочетаний их исследовались многими отечественными и зарубежными авторами [4, 7, 34, 48, 100, 105...109 и др.]. Наибольший вклад в этой области внесли В.И. Особов, СВ. Мельников, С.А. Алферов, Г.К. Васильев, А.А. Григорьев, В.Ф. Некрашевич, A.M. Семенихин, М.А. Пережогин, П.Т. Колесников, О.Г. Ангилеев, И.Я. Автомонов, В.Д. Дутов, Н.И. Сипко, H.Skalweit, J.L.Butler, H.F. Colly, E.Mewes. Большинство исследователей в качестве основных физических переменных процесса принимали давление рабочего органа Р в кгс/см2 (Н/м2) и плотность материала у в кг/м3. Эмпирические формулы, отражающие зависимость между названными переменными приведены в таблице 1.6, где уо — начальная плотность материала, кг/м3; А, В, С, п, а - константы материала. Из таблицы видно, что среди авторов нет единого мнения о закономерностях процесса уплотнения стебельчатых материалов. Одни предлагают зависимость P = f{y) в виде степенной функции, другие - в виде показательной функции. Это объясняется широким -диапазоном физико-механических свойств уплотняемых материалов, различной формой и размерами объекта воздействия (гранула, брикет, тюк, кипа, ворох, монолит), различным характером прилагаемой нагрузки и многообразием технических средств ее осуществления. Применительно нашей работы по объекту воздействия наиболее близки исследования [7, 46, 84, 108], в которых рассматривается уплотнение силосуемого сырья высокой влажности, а также исследования по машинному уплотнению силоса в хранилищах выполненные А.М.Семенихиным [83], И.Я.Автомоновым [1], И.С.Колотушкиным [49], А.А.Березовским [16], П.А.Щербиной [102] и др. По характеру прилагаемой нагрузки представляют интерес работы [46, 69, 74, 105], где рассматриваются закономерности сжатия листостебельчатого сырья под воздействием ударной нагрузки, а также работы, выполненные В.И. Особовым [67], Е.В. Александровым и О.Б. Соколинским [3], П.Т. Колесниковым [47]. Уплотнению растительных материалов при действии вибрационной нагрузки посвящены работы Г.К.Васильева [28], А.М.Мусина [61], Я.Б. Оруджева [65], В.И.Особова [68], В.А Ткаченко [94].
На основании установленных закономерностей были разработаны и нашли широкое применение ряд технических устройств, машин и механизмов для прессования, брикетирования и гранулирования сеносоломистых материалов, предложены технические средства и рекомендованы эффективные мероприятия, обеспечивающие трамбовку больших объемов силосуемого сырья укаткой тяжелыми тракторами. Однако характер, особенности и закономерности уплотнения растительного сырья высокой влажности ( = 50...80%) в малообъемных хранилищах на сегодняшний день никем не рассматривались и технические средства для его осуществления отсутствуют.
Моделирование механических свойств уплотняемых материалов, обладающих упруго-вязко-пластичными свойствами, принято осуществлять с использованием классических моделей Кельвина и Максвелла (рис. 1.1), отличающихся параллельным или последовательным соединением упругого и вязкого элементов.
Исследование динамики газо-, влаго- и теплопереноса в горизонтальных силосохранилищах (ГСХ)
По завершении удара под действием упругих сил грунта штемпель движется снизу вверх. Это служит началом возбуждаемых ударом собственных колебаний грунта. Колебания развиваются в результате упругих сил грунта, расположенного в непосредственной близости от штемпеля до глубины, примерно равной двум его диаметрам. На частоту этих колебаний оказывает влияние масса штемпеля и его размер.
Колебания, возбуждаемые в большой толще грунта, имеют более высокую частоту и накладываются на колебательные движения, развивающиеся в результате упругости верхнего слоя грунта. В итоге штемпель и поверхность грунта совершают сложные колебательные движения.
Волна напряжения распространяется от поверхности грунта в его глубину. Она характеризуется скоростью распространения, амплитудным значением напряжения сттях и временными параметрами временем нарастания tn и спада tc и общим временем, в течение которого грунт находится в напряженном состоянии tH. Производной этих временных параметров является скорость изменения напряженного состояния &из (Па/с), которая положительна при нарастании напряжения и отрицательна при его спаде.
С удалением от поверхности временные параметры волны увеличиваются, а амплитудное значение напряжения сгтахснижается, поэтому импульс как бы расплывается (рис. 1.12). Это свидетельствует о том, что отдельные точки эпюры импульса, отображающие разные значения напряжений, распространяются с различными скоростями.
При одной и той же величине удельного импульса затухание напряжений с глубиной возрастает с увеличением скорости штемпеля в момент удара и снижается с увеличением его массы. Поэтому для достижения на какой-то глубине более высоких сжимающих напряжений импульс удара следует увеличивать, увеличивая массу штемпеля или высоту падения его, а не его скорость. Но выше было показано, что на контактные давления главное влияние оказывает скорость, с ростом которой контактные давления возрастают.
На затухание волны напряжений при одной и той же влажности грунта значительное влияние оказывает его плотность. В мало сопротивляющихся деформированию слабых грунтах происходит непрерывное затухание максимальных напряжений с глубиной.
Максимальные значения напряжений, измеренные на некоторой глубине от поверхности рыхлых, легкодеформирующихся грунтов, оставались практически постоянными при ударах, удельные импульсы которых отличались друг от друга в 3...4 раза [97]. И, наконец, было установлено, что накопление необратимой деформации грунта за ряд последовательных ударов штемпеля прямо пропорционально логарифму числа этих ударов. Приведенные зависимости, достаточно полно описывающие характер и закономерности процесса уплотнения грунтов ударными трамбовками, не могут быть перенесены на уплотнение силосуемой массы с существенно отличающимися свойствами и параметрами. Установить закономерности формирования массива силосуемых кормов под воздействием ударной нагрузки осуществляемой типовыми механическими трамбовками является одной из задач настоящего исследования. 1.В настоящее время свыше 50% поголовья скота содержится в фермерских крестьянских и личных подсобных хозяйствах. Такое положение сохранится и в обозримом будущем. 2.Одни из наиболее эффективных и дешевых сочных кормов зимнего периода содержания скота - силос и сенаж практически выпали из рациона скота, содержащегося на частных подворьях, вследствие отсутствия апробированных конструкций малообъемных многосекционных хранилищ силосованных кормов, несовершенства технологии и отсутствия средств механизации приготовления их в малогабаритных хранилищах. Нет рекомендаций по расчету объема, размера, вместимости, выбору мест расположения, технике, технологии и особенностям сооружения многосекционных приусадебных силосохранилищ. 3.Применение башенных кормохранилищ известных конструкций в крестьянских хозяйствах затруднено вследствие их дороговизны, слабой приспособленности к климатическим условиям региона и реальным условиям хозяйствования (перебои в электроснабжении, в подвозе массы и т.д.). 4. Анализ исследовательских работ по уплотнению сена и травяной резки под действием ударной нагрузки показал, что ударное воздействие на ограниченные объемы растительного материала весьма результативно технологически, эффективно энергетически и осуществимо технически. Однако среди исследователей нет единого мнения о закономерностях уплотнения стебельчатого сырья, предлагаются различные модели описания механических свойств уплотняемого материала, отсутствует модель, адекватно описывающая характер поведения совокупности «силосуемый материал -ударная машина». 5.В ряде работ достаточно подробно рассмотрены особенности характера приложения ударной и вибрационной нагрузки, выполнен анализ факторов, влияющих на уплотнение растительных материалов с влажностью менее 17%. Однако крайне мало информации по уплотнению ударной нагрузкой сырья с высокой влажностью, не установлены закономерности формирования массива силосуемых кормов в малообъемных хранилищах, нет рекомендаций по технологии выполнения таких работ.
Методика определения параметров трамбовки и режимов уплотнения
Проведение поисковых опытов показало необходимость внесения некоторых изменений в конструктивные и эксплуатационные параметры типовой трамбовки с целью приспособления ее для уплотнения массива силосуемых кормов в малообъемных хранилищах. Изменению подверглись конструкция трамбующего башмака и частота нанесения его ударов.
Площадь трамбующего башмака потребовалось увеличить по сравнению с типовым, так как при уплотнении силосуемой массы последним, опорная площадь которого составляет 0,04 м2, происходит погружение его в рыхлый стебельчатый материал. Увеличение площади трамбующего башмака нами было ограничено 0,12 м2, исходя из физической ширины расстановки ног оператора при работе с ручными уплотняющими машинами [10, 31].
Наблюдения проводились с использованием сменных экспериментальных башмаков различной конфигурации и размеров (табл. 3.1), но обладающих равной массой 5,5 кг. Соответствие массы экспериментальных башмаков серийному обеспечивалось перфорированием их рабочей поверхности.
Частота нанесения ударов экспериментальными образцами башмаков варьировалась в сторону ее уменьшения, так как при стандартной частоте ударов равной 560 мин"1 независимо от опорной площади башмака происходило его погружение в материал. При повышении частоты ударов более 100 мин"1 наблюдался эффект разуплотнения верхнего слоя материала, поэтому верхний уровень частоты нанесения ударов был ограничен этим значением. При снижении частоты ударов менее 60 мин"1 происходила перегрузка электродвигателя трамбовки, сопровождавшаяся резким ростом потребляемого тока. Нижний уровень частоты нанесения ударов был принят равным 60 мин"1.
Целью эксперимента являлось определение на исследовательской установкех) влияния частоты ударов башмака и продолжительности трамбования на послойное уплотнение кукурузной (влажностью 70%) и травяной резки (влажностью 60%) до значений плот-ности в 650 кг/м и 550 кг/м соответственно. Наблюдениями предусматривалось определение минимальных затрат времени на уплотнение 1 м" площади трамбуемой поверхности единичного слоя толщиной 0,3 м до указанных значений плотности В комплект оборудования стенда входит металлическая емкость, с габаритными размерами 1,0x1,0x0,7 м. В емкость укладывается слой уплотняемого материала, который предварительно взвешивался для определения исходной плотности массы. Замерялись высота (толщина) заложенного в емкость слоя до его уплотнения и величина усадки материала по завершению уплотнения. Ранее уплотненный слой отделялся от вновь закладываемого полосой полимерной пленки (рис. 3.1). Исходная и конечная плотность (кг/м3) определялись по формулам Описание исследовательской установки приведено в разделе 3.2.5. экспериментальным башмаком (0,33 х 0,36 м) Условиями эксперимента предусматривалась реализация плана полного факторного эксперимента (табл. 3.2) [12, 39]. Уплотнение проводилось ручной электротрамбовкой техником-лаборантом, находящимся непосредственно на массе уплотняемого материала. Фиксировались частота ударов башмака и продолжительность трамбования слоя до достижения им требуемой плотности. Уровень влияния массы оператора, находящегося на поверхности материала, на процесс уплотнения, ввиду того, что скорость передвижения трамбовки по поверхности составляет около 1 м/мин, принято равным статическому приложению нагрузки. По известным данным [47] данное влияние равно 15%. Во второй серии опытов с целью определения рациональных режимов уплотнения силосуемой массы экспериментальные исследования проводились в следующем порядке. Емкость заполнялась уплотняемой массой на заданную толщину (высоту) слоя. Проводилось уплотнение слоев кукурузной и злаковой резки с использованием сменных рабочих органов различных размеров до заданной плотности. Частота нанесения ударов башмака устанавливалась регулятором скорости, а количество его ударов по одному следу ограничивалось истечением заданного времени, фиксируемого по секундомеру. Мощность, потребляемая электродвигателем трамбовки, определялась по показаниям ваттметра измерительного комплекта К-505. Критерием оценки являлось минимальное количество ударов по одному следу, за которое достигалась требуемая плотность силосуемой массы. Нами в разделе 2 было определено теоретически, а в работах Детистовой О.И. [35, 36] подтверждено экспериментально, что плотность силосуемой массы при трамбовании ударом зависит от толщины уплотняемого слоя и числа ударных воздействий. При этом за первые 5... 6 воздействий происходило предварительное уплотнение за счет снижения пористости, а после 25 ударов по одному следу прирост плотности замедлялся. Исходя из изложенного, нижний уровень числа ударов по одному следу принят равным 10, верхний уровень - 30.
Поисковые опыты показали, что при толщине единичного уплотняемого слоя более 0,4 м в начальной стадии трамбования происходит погружение башмака трамбовки в массу и его отскок не сопровождается отрывом от материала, а при толщине менее 0,2 м происходит раздавливание отдельных частиц растительной массы, что приводит к вытеканию сока. Изложенное определило уровни варьирования толщины единичного уплотняемого слоя hp\ нижний уровень - 0,2 м; верхний уровень - 0,4 м.
Определение рабочих параметров ручной электрифицированной трамбовки ударного действия для уплотнения силосуемой массы
Опытный образец преобразователя частоты питающей сети (поз. 3, рис. 3.4) на основе 3-х фазного инвертора напряжения для асинхронного трехфазного электродвигателя [24] был разработан и изготовлен нами совместно с инженером-электриком М.А. Мельниковым. Преобразователь частоты позволил изменять частоту вращения ротора от 280 до 3000 мин"1 и, тем самым, изменять частоту ударов башмака по уплотняемой массе от 57 до 610 в минуту.
Схема и общий вид преобразователя частоты представлены на рисунке 3.5. Преобразователь включает в себя следующие функциональные блоки: питания и защиты (БПЗ); датчиков тока и напряжения (БДТН); формирователь импульсов управления (БФИУ); инвертор напряжения (БИН) (рис 3.5а).
Блок питания и защиты состоит из силового источника напряжением +300 В для питания инвертора и четырех гальванически развязанных источников +15 В для питания блока формирователя импульсов управления и цепей управления силовыми ключами инвертора.
Для уменьшения модуляции напряжения на выходе инвертора с частотой 100 Гц применяется блок силового фильтра (БСФ), представляющий собой П-образный индуктивно-емкостной фильтр. Блок датчиков тока и напряжения необходим для построения системы защиты по току инвертора, а также позволяет реализовать различные законы регулирования электропривода.
Блок БФИУ формирует импульсы управления силовыми ключами инвертора. Используется метод неравномерной однополярной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) [42]. Индуктивное сопротивление обмоток статора прямо пропорционально частоте протекающего через них тока, следовательно, для получения постоянного момента на валу двигателя при частотном регулировании необходимо изменять действующее значение напряжения инвертора. Блок инвертора напряжения (БИН) содержит шесть однотипных ключей, соединенных по мостовой схеме. Мостовое соединение ключей позволяет получать двухполярное напряжение на обмотке двигателя при однополярном источнике питания. Инвертор формирует трехфазную последовательность импульсов с регулируемой частотой от 5 до 66,7 Гц. При регулировании частоты напряжение изменяется прямо пропорционально току обмотки двигателя. Этим достигается реализация закона регулирования с постоянным моментом двигателя. Подключение преобразователя к сети переменного тока и подключение электродвигателя трамбовки к преобразователю осуществляется через клеммы 1, включение в работу производится автоматическим выключателем 5. Установка заданной частоты вращения ротора выполняется ручкой регулятора скорости 8. Контроль потребляемого тока осуществляется по амперметру 11. Тарировка регулятора скорости осуществлялась в следующей последовательности. К электродвигателю трамбовки подключался тахометр ИО-130. После пуска электродвигателя с помощью регулятора скорости устанавливалась частота вращения ротора через каждые 10 мин"1, которая фиксировалась по показаниям тахометра. По соответствующим показаниям тахометра проводилась градуировка шкалы регулятора скорости. Принципиальные электрические схемы функциональных блоков регулятора представлены в приложении 4 (рис. 1 - 4). Для определения погрешности измерений при замерах значений построен тарировочный график плотности растительной резки от величины ее усадки (рис. 3.6). Усадка уплотненной резки определялась с точностью ± 0,5 см, что дает величины отклонения в за-мерах плотности равные для кукурузной резки ± 10 кг/м , для тра-вяной ± 8 кг/м .
Опыты на установке выполнялись двумя сериями, в каждой уплотнялась кукурузная и травяная резка. Каждая серия повторялась трижды с трамбующими башмаками различной площади в плане. Мощность, потребляемая электродвигателем трамбовки, отмечалась по показаниям ваттметра измерительного комплекта К-505.
Первая серия опытов предусматривала помещение слоя уплотняемой растительной массы толщиной 0,3 м в емкость 2 (рис. 3.4) площадью 2,25 м . Масса закладываемого материала предварительно взвешивалась на платформенных весах 6, определялась его начальная плотность. На поверхности неуплотненного слоя располагался рабочий, прошедший обучение работе с ручным электрифицированным инструментом, в нашем случае - с электротрамбовкой. Кнопкой «Пуск» преобразователя частоты питающей сети 3 запускался электродвигатель трамбовки 1, регулятором скорости 5 устанавливалась заданная частота нанесения ударов, и в течение заданного времени уплотнения проводилось трамбование массы. Время работы фиксировалось секундомером. По шкале, нанесенной на стенку емкости 2, отмечалась величина усадки корма, подсчитыва-лась конечная плотность утрамбованной массы. На поверхность уплотненного корма укладывалась полоса полимерной пленки шириной 0,5 м для обозначения границы слоя и отделения его от следующего. Затем в емкость помещалась следующая порция растительной резки и процесс повторялся.
Во второй серии опытов экспериментальные исследования проводились в вышеизложенном порядке. Опыты повторялись трижды с различной толщиной единичного уплотняемого слоя. Определялось число ударов трамбующего башмака по одному следу, ограничиваемое истечением заданного времени, фиксируемого секундомером с одновременным визуальным контролем.
