ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИИ ТРАНСПОРТЕРНОЙ ЛЕНТЫ ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ПО ПЛОТНОСТИ ПОДАВАЕМОГО МАТЕРИАЛА

APPLICATION OF CONVEYOR BELT VIBRATION FOR DENSITY SEPARATION OF FEED MATERIAL

Sairanbek Akhmetov

academician of Russian Academy of Natural Sciences, Doctor of technical Sciences, Professor of Department "Technological machines and equipment", S. Seifullin Kazakh agrotechnical University,

Kazakhstan, Nur Sultan

Muratbek Userbayev

candidate of technical Sciences, head of Department "Technological machines and equipment", S. Seifullin Kazakh agrotechnical University,

Kazakhstan, Nur Sultan

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена актуальная проблема повышения функционально-технической возможности транспортерных лент при применении их в структуре кормоприготовительных машин. Обоснована возможность применения ленты одновременно в качестве сепарирующего рабочего органа в процессе подачи корма. В предложенном авторами конструктивно-технологической схеме устройства отделение твердых примесей от кормовой массы осуществляется за счет разности плотности компонентов. В отличие от существующих схем, принцип сепарации в предложенном устройстве учитывает также и угол трения между разделяемыми компонентами кормовой массы и лентой. Выведены теоретические выражения, характеризующие конструктивные параметры сепарирующего устройства и позволяющие определить их значения, которые в совокупности составляют методику расчета этих устройств. 

ABSTRACT

The actual problem of increasing the functional and technical capabilities of conveyor belts when used in the structure of feed preparation machines is considered. The possibility of using the tape simultaneously as a separating working body in the process of feeding is substantiated. In the design and technological scheme of the device proposed by the authors, the separation of solid impurities from the feed mass is carried out due to the difference in the density of the components. In contrast to the existing schemes, the separation principle in the proposed device also takes into account the friction angle between the separated components of the feed mass and the belt. The theoretical expressions characterizing the design parameters of the separating device and allowing to determine their values, which together constitute the method of calculation of these devices, are derived.

Ключевые слова: транспортерная лента, сепарация, приготовление кормов, отделение компонентов от кормовой массы по плотности.   

Keywords: conveyor belt, separation, feed preparation, separation of components from feed mass by density.

I. Введение

В технике большое распространение получили так называемые механизмы с гибкими связями. Теории и методики, разработанные для проектирования этих механизмов, в свою очередь стали основой создания ряда других технологических машин прикладного значения, особенно в подъемно-транспортном машиностроении (канатные устройства, полиспасты, ленточные транспортеры и др.) и механических приводах машин (ременные передачи) [1].  

1.1. Актуальность заключается в том, что в работе обсуждается некоторые функциональные свойства лент транспортерных устройств, по которым в современной литературе мало информации. В частности, будет рассматриваться лента транспортера не только как средство для перемещения груза (материала, вещества), но и в качестве сепарирующего рабочего органа технологической машины для приготовления кормов.  

Известно, что в процессе уборки и хранения кормов (особенно стебельных) в них попадают различные виды инородных примесей (металлы, камни, стекло и др.) [2, 3]. В следствии чего, при механической обработке кормов измельчителями и уплотнителями из-за попадании в рабочие органы машин инородных твердых примесей происходят их преждевременные поломки и износ. Это снижает коэффициент готовности кормоприготовительных машин и повышает затраты на приобретение запасных частей и ремонт [4]. Актуальность проблемы вызвана также и тем, что в некоторых случаях требуются реализовать сепарацию корма одновременно с процессом их подачи, т.е. не прекращая технологический процесс (поток). Это позволяет повысить коэффициент готовности кормоприготовительных машин, значительно сократить число рабочих органов за счет совмещения на ленте выполнение нескольких операции. Однако, не смотря на положительные стороны, в тоже время это накладывает на ленту дополнительные динамические нагрузки периодического характера. Кроме того, отделение примесей от кормов по массе требует разработки специальных машин и устройств для этой цели.

1.2. Цель и задачи исследования

С целью решения данной проблемы в последние годы рядом исследователей были разработаны экспериментальные устройства для очистки кормов от твердых примесей [5-7]. Исследователи основывались на применении различии физико-механических свойств разделяемых компонентов инородных примесей и кормов. Однако эти устройства отличаются низкой пропускной сепарирующей способностью и степенью очистки, громоздкостью и значительной энергоемкостью.

В целях анализа ситуации нами была разработана классификация существующих конструктивно-технологических схем сепарирующих  устройств, что позволило определить их недостатки и перспективные пути совершенствования [8]. В известных конструкциях недостаточно исследованы влияние на технологический процесс и работоспособность конструкции машин для очистки кормов вибрации и трения.

II. Обоснование конструктивной схемы эффективного устройства для очистки стебельных кормов от твердых механических примесей

Основная часть существующих конструкции кормоочистительных машин содержат в структуре ленточные транспортеры и в качестве главного рабочего органа - различные виды лопастных и барабанных устройств  ударного действия. Общий недостаток устройств - многоэтапность процесса сепарации. В результате чего существующие машины громоздки, энергоемки, имеют низкую пропускную сепарирующую способность.

В целях устранения вышеназванных недостатков нами была предложена  машина для очистки кормов от твердых механических примесей [9].

Конструктивно-технологическая схема устройства показана на рис. 1.

Устройство состоит из ленточного транспортера 1 с роликовыми опорами 2, несущая ветвь ленты, посредством рамы 3, а также натяжных и приводных барабанов 4 и 5 установлена под углом j₁ к горизонту. Сепарирующий активный рабочий орган, выполнен в виде установленного под несущей ветви ленты 1 пульсирующего механизма, имеющего в конце толкатель 6 с роликом 7, смонтированным поперек ленты с возможностью ударного взаимодействия с ней. Звездочки 8 и 9 механизма дополнительной тяговой цепи  жестко прикреплены к боковым сторонам барабанов 4 и 5. Они снабжены соответственно натяжными роликами 10 и 11, которые имеют упругие элементы 12 и 13. Жесткости последних регулируются при помощи смонтированных в них винтовых механизмов (на схеме не показаны).

Для отделения мелких ферромагнитных примесей в предложенном устройстве также предусмотрен: электромагнит 14, который монтируется внутри барабана 5, а также лоток 15 для отвода твердых примесей.

Угол наклона j₁ несущей ветви ленты 1 регулируется путем поворота рамы 3 относительно вала приводного барабана 5 при помощи винтового механизма (не показан).

Рисунок 1. Конструктивная схема устройства для сепарации кормов от твердых инородных примесей (предварительный патент РК 4515)

Расположение рабочей ветви ленты с направлением скорости вниз позволяет ленте выполнять одновременно функцию сепарирующего органа.

Благодаря дополнительной кинематической связи между приводным и натяжным барабанами 5 и 4, осуществляемой тяговым механизмом цепной передачи, сохраняется устойчивость движения ленты 1, снижаются динамические нагрузки, которые возникают в результате ударного взаимодействия ленты с роликовым толкателем 6.

Использование предложенного изобретения в технологических линиях обработки стебельных кормов повышает качество технологических процессов и снижает материалоемкость и энергозатраты кормоприготовительных машин.

Для анализа и исследования рабочих параметров устройства была создана расчетная схема (рис. 2) ударного взаимодействия роликового толкателя с наклонной лентой, позволяющая моделировать упругий косой удар.

Рисунок 2. Расчетная схема ударного взаимодействия ролика вибратора с наклонной лентой и находящейся на ней частицей кормовой массы

III. Результаты теоретических исследований

На основании проведенных теоретических исследований получено теоретическое выражение для определения скорости сепарируемой массы в конце удара [10, 11]:

                                                (1)

где   - скорость отбивания (отрыва) разделяемого компонента кормовой массы; k_f - приведенный коэффициент трения равный   f - коэффициент трения скольжения между компонентами кормовой массы и поверхностью ленты; g - ускорение силы тяжести, м/с²;  t^¢₁ - время удара, с; j₁ - угол наклона несущей части ленты транспортера к горизонту, град; k - коэффициент восстановления скорости разделяемых компонентов кормовой массы после удара, равный   u_n и - соответственно нормальные составляющие скорости после и до удара, м/с; m_т и  m_к - соответственно приведенная к ролику масса вибратора и масса частицы разделяемых компонентов, кг.

Определен угол отражения разделяемых компонентов от поверхности ленты после удара толкателя:

                                                           (2)

где  b - угол отражения компонентов, град.

Установлено, что угол b может оказаться в пределах двух режимов (рис. 2):

  - режим 1                      0 <b <a                                                                  (3)

  - режим 2             a < b = b’ < 90⁰ 

где a - угол, между скоростью частицы в начале удара  и нормальной осью n-п (угол удара), град.

На основе (1) предложена более удобная для практических расчетов формула:

                                                                (4)

По уравнениям (1) и (4) можно сделать вывод, что скорость  зависит в основном от параметров k_f, k и b. Следовательно, качество сепарации зависит от разности  каждого из последних параметров для разделяемых (сепарируемых) компонентов кормовой массы, которые определяются экспериментально.

Если в уравнении (1), угол установки ленты принять равным углу трения компонентов кормовой массы, т.е.

f = tg j₁,                                                                                  (5)

при

т_т + m_к » т_т ,                                                                            (6)

можно записать

                                              (7)

где - скорость трения скольжения компонентов по поверхности ленты, равная .

При помощи коэффициента К_п можно приближенно, но с достаточной точности определить время удара t₁. Для этого следует умножить коэффициент К_п к скорости  при определенном угле наклона ленты j₁.

IV. Выводы

Обоснована возможность применения транспортерных лент в качестве сепарирующего рабочего органа в кормоприготовительных машинах одновременно в процессе подачи материала, что значительно повышает их коэффициент возможности. Это достигается за счет одновременного использования транспортерной ленты для выполнения двух операции: подачи материала и сепарации его компонентов в зависимости от плотности. Предложенная методика определения параметров процесса сепарации кормовой массы от твердых примесей может быть использовано в процессах расчета и проектирования кормоприготовительных машин.

Список литературы:

1. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. - Учебник. - М.: Высшая школа, 1985. - 520 с.
2. Кукта Г.М. Технология переработки и приготовления кормов. - М.: Колос, 1978. - 240 с.
3. Алимов Т.К., Шекалова Н.А. Тенденция в использовании соломы на корм // Сельское хозяйство за рубежом. - 1977, № 1, С.: 34-40.
4. Голиков В.А., Ерохин А.С. Сепарация металломагнитных примесей из стебельных кормов // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1973, № 12. - С.: 27-28.
5. Якименко А.П., Коломиец А.П., Паткин А.А. Устройство для отделения инородных твердых предметов от массы стебельного корма: Описание изобр. к А.с. СССР № 1253498, 1986. - БИ № 32.
6. Коломиец А.П., Панкин А.А., Коломиец Н.П. Устройство для отделения примесей от потока кормов: Описание изобр. к А.с. СССР № 1269765, 1986. - БИ № 42.
7. Якименко А.П., Коломиец А.П., Паткин А.А. Устройство для выделения твердых примесей из потока кормов: Описание изобр. к А.с. СССР № 1271447, 1986. - БИ № 43.
8. Кононов Б.В., Ахметов С.М. Классификация, обзор и анализ существующих исследований по очистке стебельных кормов от примесей / Сб. научн. работ. - Саратов, Саратовский СХИ им. Н.И. Вавилова, 1991. - С. 112-124.
9. Айталиев Е.С., Ахметов С.М., Арстаналиев Е.У. Устройство для очистки стебельных кормов от твердых механических примесей: Описание изобретения к Предв. патенту РК № 4515, кл. А 01  F 29/00,1991.
10. Ахметов С.М., Арстаналиев Е.У. Анализ работы ленточного  сепаратора стебельных кормов. - «Техника в сельском хозяйстве». - 1996, №6, С.: 23-24.
11. Ахметов С.М., Арстаналиев Е.У. Производительность и мощность кормоочистительной машины. - «Тракторы и сельскохозяйственные машины», 1996, №12. - С.: 21-22.