КАБІНЕТ МІНІСТРІВ...

УДК 378.14 ББК 74.58 + 72.4 (4 Укр) М 34

Роль інститутів освіти та науки у формуванні інноваційної культури суспільства/ зб. наук. праць / наук.ред. В.С. Лукач – Ніжин: ПП Лисенко М.М., 2013. – 520 с. Рекомендовано до друку вченою радою від 25.04.2013, № 7. Редакц. колегія: В.С. Лукач (науковий редактор); С.В. Толочко (заступник наукового редактора); А.Г.Кушніренко; О.І.Литвинов; І.І.Махмудов; М.М.Муквич; І.Г.Тивоненко; В.П.Литовченко; М.О.Демидко; Є.І.Храпач; Ю.А.Кліментовський; З.Д.Овчарик; В.М.Стригун; С.П.Джупін; Г.М. Македон.

У збірнику надруковані доповіді учасників Міжнародної науково-практичної конференції професорсько-викладацького складу, науковців, аспірантів і студентів «Роль інститутів освіти та науки у формуванні інноваційної культури суспільства», висвітлено результати наукових досліджень, проведених науково-педагогічними працівниками, науковими співробітниками, аспірантами та студентами ФДБОЗ ВПО «Волгоградський державний аграрний університет»; ФДБОЗ ВПО «Великолукська державна сільськогосподарська академія»; ЗО «Білоруська державна сільськогосподарська академія»; Коледжу економіки та фінансів, м. Астана; Університету Мадриду; Ризького технічного університету; Університету ім. Карла в Празі; Карагандинського університету ім. Є.А. Букетова; ЗО «Поліський державний університет»; Білоруського державного аграрного технічного університету; Національного університету біоресурсів і природокористування України; ВП НУБіП України «Ніжинський агротехнічний інститут»; Білоцерківського національного аграрного університету; Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут»; Національного авіаційного університету; Національного технічного університету «Київський політехнічний інститут»;»; Львівського національного аграрного університету; Київського національного університету будівництва і архітектури; Луцького національного технічного університету; Рівненського національного університету водного господарства та природокористування; Уманського національного університету садівництва; Дніпропетровського державного аграрного університету; Бердянського державного педагогічного університету; Одеського державного аграрного університету; Ніжинського державного університету ім. М.Гоголя; Чернівецького торговельно-економічного інституту КНТЕУ; ННЦ «Інститут механізації і електрифікації сільського господарства» НААН України; Інституту механізації тваринництва НААН; Глухівського агротехнічного інституту ім. С.А.Ковпака Сумського НАУ; ВП НУБіП України «Немішаївський агротехнічний коледж»; Ніжинського ліцею Ніжинської міської ради при НДУ ім. М.Гоголя.

Тексти статей друкуються в авторській редакції. Відповідальність за інформацію, подану в науковому дослідженні, несуть автори статей.

© ВП НУБіП України «Ніжинський

агротехнічний інститут» © автори статей

СЕКЦІЯ 1

ІНФОРМАЦІНО-ТЕХНОЛОГІЧНЕ СУСПІЛЬСТО В ЗМІСТІ СУЧАСНОЇ

ОСВІТИ. МОДЕЛІ РОЗВИТКУ ТЕХНІЧНИХ ІННОВАЦІЙ В ЗМІСТІ СУЧАСНОЇ ОСВІТИ

СЕКЦІЯ 1 «Інформаційно-технологічне суспільство в змісті сучасної освіти» «Моделі розвитку технічних інновацій в змісті сучасної освіти»»

УДК 621.752 (031)

ОПТИМІЗАЦІЯ ВИМУШЕНИХ КОЛИВАНЬ ЗЕРНОВОГО МАТЕРІАЛУ НА РЕШЕТАХ ЗЕРНООЧИСНИХ МАШИН

Авдєєв С.В., студент ВП НУБіП України “Ніжинський агротехнічний інститут” Наукові керівники – Кулик В.П., асистент кафедри загальнотехнічних дисциплін

ВП НУБіП України “Ніжинський агротехнічний інститут”, Кулик О.А., викладач ВП НУБіП України “Ніжинський агротехнічний інститут”

Встановлені оптимальні режими руху зернових сумішей на робочих органах

гравітаційних зерноочисних машин за наявності сили тертя та характеру її зміни методами варіаційного числення, які мінімізують виникаючі у перехідних процесах коливання системи.

Оптимізація, зернова суміш, сила тертя, вимушені коливання, закон руху, демпфуюча сила.

Постановка наукової проблеми. Коливальні системи, що використовуються для

сепарації зерна, можна віднести до систем з динамічною нелінійністю [1]. У процесі роботи таких систем виникають різноманітні за своєю природою непружні

опори: оброблюваного зернового матеріалу; оточуючого повітря; внутрішні опори у матеріалі конструкцій машини; опори, обумовлені витратами енергії у болтових та шарнірних з’єднаннях, направляючих, у місцях опор та закріплень пружних елементів тощо. Всі ці опори по-різному змінюються у залежності від переміщень елементів коливної системи. Кожен з них впливає на форму та амплітуду коливань зернового матеріалу, а також на витрати енергії.

Результуючу всіх непружних опорів коливальної системи для сепарації зернового матеріалу можна подати як багатокомпонентний опір, який складається з суми одночасно діючих однокомпонентних опорів. У якості однокомпонентних опорів розглядаються: опір, який залежить від швидкості; гістерезисний опір який є функцією переміщення й залежить від амплітуди; опір, який залежить від фази вимушеної сили; опір, який залежить тільки від переміщення; постійний за величиною опір сухого тертя. Напрямок результуючого багатокомпонентного опору, так само як і напрямок його окремих компонентів, завжди протилежний швидкості.

Точні аналітичні розв’язки рівнянь, які характеризують рух систем за наявності сил сухого тертя, важко отримати [1–8]. Опубліковані у літературі наближені методи можуть бути застосовані тільки до систем з малим опором, тобто з малою нелінійністю. Вказані наближені методи засновані на припущенні, що коливання гармонічні.

Проте, у багатьох коливальних машинах для сепарації зернового матеріалу демпфуючі сили змінюються непропорційно швидкості, тобто, за формою є нелінійними. За величиною ці сили мають порядок вимушеної сили й можуть значно перевищувати величину сил пружності пружних елементів, тобто є відносно великими. Такі коливальні системи не можна розглядати як системи з малим опором.

Оскільки член, котрий виражає опір, є нелінійним – рух негармонічний. Тому криві коливних величин )(),(),( txtxtx відрізняються від косинусоїди чи синусоїди. Отже, форма коливань залежить від виду демпфуючої функції: один вид кривих – за сухого тертя, інший – за аеродинамічного опору, третій – за гістерезисних опорів і т.д. Звідси виникає необхідність встановити, який вид кривих має та чи інша демпфуюча функція. Знаючи це, за видом кривих, отриманих шляхом осцилографування, можна буде більш достовірно встановити закон зміни опору у реальній коливальній системі й знайти числові значення коефіцієнтів,

4

Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції професорсько-викладацького складу, науковців, аспіоантів і студентів

«Роль інститутів освіти та науки у формуванні інноваційної культури суспільства»

які характеризують такий опір. У роботі [4] запропонований чисельний метод розв’язку диференціальних рівнянь для найрізноманітніших демпфуючих функцій.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. У статті [5] розглянуті вимушені коливання вібратора з синусоїдальною збурюючою силою при наявності сухого тертя. Вперше це питання було досліджене Ден-Гартогом [6, 7], котрий показав, що в залежності від величини сили тертя коливання можуть відбуватись з паузами й без пауз. Він отримав точний аналітичний розв’язок для систем, у котрих відношення частоти ω збурюючої сили до

частоти Ω власних коливань системи 5,0≥Ωω

. Для систем, у котрих це відношення менше

0,5, Ден-Гартог отримав наближений розв’язок, а також обмежив його деяким діапазоном

частот. У області малих значень 5,0<Ωω

, за його твердженням, “рух має за півперіоду

більше однієї паузи” і “для цієї області не може бути отримане рішення” [6]. У подальшому проблемою вимушених коливань при сухому терті займались інші вчені

[8], котрі досліджували головним чином системи з несинусоїдальними вимушеними силами. Мета даної роботи полягає у розгляді вимушених коливань зернових сумішей при їх

очищенні за наявності сил сухого тертя у постановці Ден-Гартога, отриманні загального рівняння руху системи для коливань з паузами чи без пауз, й оптимізації режимів її руху, котрі мінімізують виникаючі коливні процеси, викликані наявністю саме сил сухого тертя. При цьому оптимальні режими руху зернових сумішей встановлюються за допомогою методів варіаційного числення та розв’язку рівнянь Лагранжа-Ейлера [9, 10].

Виклад основного матеріалу дослідження. Модель коливної системи з сухим тертям можна подати у вигляді пристрою

наступного типу (рис. 1). Маса М, яка закріплена пружинами до нерухомої стінки, має можливість ковзати вподовж сухої поверхні, що нахилена під кутом б (5…8є) до горизонту. Коефіцієнт тертя ковзання µ. На масу М діє гармонічна збурююча сила ( ),cos αω +tQ відновлююча сила пружин kx та постійна за величиною, але завжди протилежна швидкості за напрямком сила тертя µ⋅= MgF ( g – прискорення сили тяжіння), x – відхилення маси M від положення рівноваги.

Якщо розглядати усталені вимушені коливання системи, ці коливання здійснюються з частотою ω , яка дорівнює частоті збурюючої сили, і з розмахом, який рівний подвійній амплітуді коливань 02X . У кінцевих точках, одночасно зі зміною швидкості, сила тертя F стрибкоподібно змінює свій знак на протилежний.

Рис. 1. Модель коливної системи з сухим тертям

Умови руху системи у обидві сторони абсолютно однакові. Тому достатньо

розглянути лише одну половину циклу. Припустимо, що маса M знаходиться у одному з крайніх положень. За початок

відліку часу ( )00 =t приймаємо момент початку руху маси M з крайнього положення й 5


припустимо, що рух з одного крайнього положення у інше крайнє положення відбувається за час 1t . Назвемо цей час тривалістю руху. Зрозуміло, що тривалість руху не може бути більше

половини періоду коливань, тобто ωπ

≤1t .

Тепер диференціальне рівняння вимушених коливань системи запишемо у вигляді:

( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )

=−===

+=+−+

,0;;00;0

;cossincos

1010 txXtxxXx

tQkxxxfMgxM

βωαα

(1)

де β – фазовий кут збурюючої сили при 0=t ; ( )xsignxx

= – множник який вказує, що

напрямок сили тертя змінюється у залежності від зміни напрямку швидкості; 0X – амплітуда коливань. При 0=Q (1) описує власні коливання системи за наявності сил сухого тертя.

Виходячи з (1) можна легко отримати квадратичну функцію відношення сили тертя до амплітуди вимушеної сили:

( ) ( ) .cos22

2*

++−−=

⋅= βωt

Qkx

QxM

xx

QFF

(2)

Визначимо закон руху )(tx , за якого ( )2*F за період тривалості руху системи ( )1tt = приймає найменше значення, а значить справляє найменший вплив на динаміку нелінійної коливної системи для очищення зернового матеріалу.

Для того, щоб знайти подібний закон руху )(tx коливної системи, треба задовольнити критерій якості цього руху, який виражається у вигляді функціоналу з підінтегральною функцією (2):

( ) ( ) .mincos11

0

2

0

2* →

++−

⋅−= ∫∫

=

=

ttt

t

dttQkx

QxMdtF βω (3)

Рівняння Лагранжа-Ейлера, яке надає мінімум функціоналу (3) [10] має вид:

( ) ( );cos12 22

242 βωω +

Ω

−Ω=⋅Ω+⋅Ω+ tMQXxX IV (4)

( ) ( ) ( ) ( ) .;0;;00;0 21010 MktxXtxxXx =Ω=−=== (5)

Розв’язок (2.30) має вигляд:

( ) ( ) ( )( )

,2

cos1cossin 4224

2

22

4321 Ω+Ω−

+

Ω

−Ω+Ω++Ω+=

ωω

βωω tMQ

ttCCttCCtx (6)

або

( ) ( ) ( ) ( )( ) .coscossin 224321 ω

βω−Ω+

+Ω++Ω+=M

tQttCCttCCtx (7)

6



Взявши похідну за часом з виразу (7) отримаємо:

( ) ( )

( ) ( )( ) .sinsin

coscossin

2243

4212

ωβωω

−Ω+

−Ω+−

−Ω+Ω++Ω=

MtQttCC

tCttCCtCtx (8)

Підставивши початкові і кінцеві умови руху (5) в залежності (7) і (8), будемо мати:

( ){ ( ) ( )[

( ) ]} {

( ) ( ) ( )[ ]}

( )( ) ( ){

( ) ( ) ( )[ ]}

( ) ( ) .;cos

;coscossincos

cos1sin

1sincos

;sincossinsin

sinsin

sincoscossin

coscos1sin

cossin

12242203

11122

0111

111222

111122

101

221

211

11

122101

221

2111

1

Ω−−Ω

=−Ω

−=

Ω−++−Ω

+Ω−Ω

−Ω−ΩΩ−Ω

=

ΩΩ−Ω−+−Ω

+ΩΩΩ−Ω

Ω+Ω−+

++−Ω

+Ω−Ω−ΩΩΩ+Ω

=

CM

QssnCM

QXC

tttM

Q

Xttt

tttM

QC

ttttM

Q

tXtt

tttt

tM

QtXtt

tttC

ωβ

ωβ

ββωβωω

ω

ββωω

ββω

βωω

(9)

Результати оптимального режиму руху зернової частинки представлені на рис 2. У випадку резонансу ω=Ω слід враховувати інші види тертя (наприклад, в’язке

тертя), притаманні решітному стану, який контактує з основою.

ВИСНОВКИ 1. Запропонована математична модель, яка описує рух сумішей за наявності сили

сухого тертя. 2. Встановлені основні характеристики режимів руху сумішей у зазначених умовах, за

яких мінімізований силовий та кінематичний вплив сил сухого тертя на рух суміші у перехідних процесах.

а б

7


в

Рис. 2. Графік оптимального переміщення – а, швидкості – б та прискорення – в зернини по похилому решеті

Список літератури

1. Курдюмов А. А. Вибрация корабля / Курдюмов А. А. – Л.: Судпромгиз, 1961. – 318 с. 2. Сакович В. Л. Об учете сил сопротивления в вибраторах для бетона / В. Л. Сакович //

Известия вузов. Строительство и архитектура. – 1961. – № 6. – С. 45–58. 3. Сакович В. Л. Исследование машин вибрационного действия / В. Л. Сакович // Научные

труды Киевского инженерно-строительного института. – 1961. – Вып. 17. – С. 204–225. 4. Сакович В. Л. Метод решения уравнений динамически нелинейных вибросистем / В. Л. Сакович //

Научные труды Киевского инженерно-строительного института. – 1964. – Вып. 20. – С. 91–105. 5. Сакович В. Л. Вынужденные колебания вибратора при наличии сухого трения / В. Л. Сакович //

Научные труды Киевского инженерно-строительного института. – 1964. – Вып. 20. – С. 116–127. 6. Ден-Гартог Дж. П. Механические колебания / Ден-Гартог Дж. П. – М.: Физматгиз, 1960. 7. Den-Hartog I. P. Forced Vibrations With Combined Conlomb and Viscons Friction / I. P. Den-

Hartog // Transactions of ASME. – 1931.– Vol. 53, No. 9. – P. 107–115. 8. Стрекис А. М. Вынужденные колебания с одной степенью свободы при наличии сухого

трения и при произвольной возмущающей силе / А. М. Стрекис // Сб. “Вопросы динамики и динамической прочности”. – Рига: РПИ, 1956. – Вып. IV. С. 175–189.

9. Стрекис А. М. Вынужденные колебания с одной степенью свободы при наличии сухого трения и при произвольной возмущающей силе / А. М. Стрекис // Сб. “Вопросы динамики и динамической прочности”. – Рига: РПИ, 1956. – Вып. IV. С. 175–189.

10. Крылов А. Н. О некоторых дифференциальных уравнениях математической физики / Крылов А. Н. – М. – Л., 1950. – 384 с.

Установлены оптимальные режимы движения зерновых смесей на рабочих органах

гравитационных зерноочистительных машин при наличии силы трения и характера ее изменения методами вариационного исчисления, которые минимизируют возникающие в переходных процессах колебания системы.

Оптимизация, зерновая смесь, сила трения, вынужденные колебания, закон движения, демпфирующая сила.

The optimal regimes of grain mixtures working bodies gravitational grain cleaners in the presence

of friction and how it changes in the methods of the calculus of variations, which minimize the resulting fluctuations in the transition process of the system.

Optimization, grain mixture, friction, forced oscillations, the law of motion, damping force. OPTIMIZATION OF FORCED OSCILLATIONS GRAIN MATERIAL ON THE SIEVE

GRAIN CLEANERS AND SEPARATORS

S. Avdeev, V. Kulyk, O. Kulyk

8



УДК 62-115 СИСТЕМИ ТЕХНІЧНОГО СЕРВІСУ ТА РЕМОНТУ УСТАТКУВАННЯ

В ТВАРИННИЦТВІ

Бережний О.М., к.т.н., Інститут механізації тваринництва НААН України Махмудов І.І., к.т.н., доц. кафедри експлуатації машин та технічного сервісу

ВП НУБіП України «Ніжинський агротехнічний інститут»

У статті надані шляхи підтримання ефективного виробництва тваринницької продукції, її якості і конкурентоспроможності тривалий час, як при новому будівництві так і при реконструкції існуючих ферм, які неможливі без добре налагодженої системи технічного обслуговуванні і ремонту технічних засобів

Технічний сервіс, тваринництво, ремонт, обладнання, реконструкція, машини, конкуренція.

Система ППРТОТ, яку було покладено в основу технічного сервісу в Україні в доперебудовний період, вже не діє. На її ефективність впливали: монополізм на запасні частини, відсутність конкуренції у сфері обслуговування і ремонту, відсутність зацікавленості в якості нових машин та їх обслуговуванні протягом експлуатаційного періоду, незалежність сервісу від кінцевих результатів виробництва продукції та ін.

Післяперебудовний період характеризувався реформуванням вітчизняного сільськогосподарського виробництва на нових організаційно-економічних засадах та створенні великої кількості виробників продукції з невеликими обсягами виробництва; енергокризою, що охопила усі галузі народного господарства і ставить жорсткі вимоги до експлуатації техніки; порушенням паритету цін не на користь товаровиробників сільськогосподарської продукції, що не дає змоги своєчасно оновлювати парк технічних засобів; деградацією наявної ремонтно-експлуатаційної бази АПК; втратою висококваліфікованих механізаторських кадрів і інженерно-технічних спеціалістів; інтенсивним насиченням господарств зарубіжною технікою, що супроводжується ускладненням її подальшої експлуатації та ін.

Через масове закриття тваринницьких ферм і зменшення закупівлі нової техніки рівень зносу залишившихся технічних засобів перевищує 80%, а коефіцієнт готовності знизився до 60%, є складності з придбанням запасних частин і ремонтно-експлуатаційних матеріалів.

Суть проблеми. Розробити Систему технічного обслуговування і ремонту машин і устаткування в тваринництві в умовах реформування АПК, спрямовану на підвищення ефективності їх використання, скорочення експлуатаційних витрат, втрат виробничої продукції і покращення її якості з подальшим впровадженням у виробництві при організації технічного сервісу.

Бачення. Розроблювана система є біотехнічною і охоплює основні засоби виробництва, тварин, ресурси у вигляді матеріалів, запасних частин, будівельної частини, необхідної для виконання ремонтно-профілактичних робіт, а також людину-основного їх виконавця.

Вона вирішує завдання підтримання роботоздатності машин і устаткування тваринницьких ферм з високим рівнем готовності їх до роботи, усунення відмов у максимальною допустимі терміни часу, забезпечення нормативної довговічності технічних засобів з найменшими витратами на ремонтно-експлуатаційні потреби.

Орієнтири відповідно світового стану. При розробці системи необхідно урахувати можливу тенденцію підтягування надійності перспективних вітчизняних технічних засобів до рівня найкращих зарубіжних зразків, а також всі переваги сучасних методів організації технічного сервісу у країнах близького та далекого зарубіжжя.

Ймовірні шляхи вирішення проблеми передбачають: 9


- розробку основних положень та складу робіт по технічному обслуговуванню

основних типів машин і устаткування в тваринництві; - розробку основних вимог до зберігання, захисту від корозії і старіння, а також

технічного обслуговування при зберіганні; - обґрунтування обсягів робіт по технічному обслуговуванню технічних засобів на

етапі проектування; - розробку норм витрат матеріалів і лімітів витрат коштів на технічне

обслуговування і ремонт; - розробку основних вимог до виробничо-технічної бази і обґрунтування

типорозмірів пунктів технічного обслуговування; - розробку проекту Державного документу «Система технічного обслуговування і

ремонту машин і устаткування в тваринництві в умовах реформування АПК». Висновки. Розроблювана Система може бути впроваджена у виробництво при

загальній концепції розвитку технічного сервісу, яка базується на ряді положень: • для збереження виробництва продукції на певному рівні за рахунок ремонту і

модернізації необхідно забезпечити роботоздатність машин, які ще залишилися в експлуатації;

• доцільно розвинути відновлення зношених деталей як альтернативу витрат нових на обслуговування старіючого парку машин;

• створити повторний ринок машин, що були у використанні і поєднати ремонто-обслуговуючі роботи підприємств технічного сервісу з торгівлею запчастинами, в тому числі і відновленими, як більш дешевими;

• розробити економічні основи для установлення виробничих зв’язків між виробниками техніки, виконавцями техсервісу і споживачами машин;

• для ефективного використання наявної техніки та забезпечення товаровиробників новою технікою створити в Україні мережу технічних центрів, здатних виконувати широкий спектр сервісних послуг, що включає маркетинг, торгівлю машинами, технічне обслуговування і ремонт в гарантійний та післягарантійний періоди, а також підготовку і перепідготовку кадрів сфери експлуатації та ремонту машин;

• в структурі заново або раніше створених МТС передбачити під розділи для технічного сервісу машин і обладнання в тваринництві;

• розробити схему організації техсервісу машин і обладнання з виконанням послуг через спеціалізовані структури на рівні товаровиробників, району, області, держави;

• визначити технічне оснащення ремонто-обслуговуючих підрозділів МТС по сервісу тваринницької техніки;

• підготувати проекти реконструкції й технічного переоснащення ремонто-обслуговуючих підрозділів з урахуванням обсягів робіт по обслуговуванню товаровиробників через МТС;

• розробити нормативно-технічну і правову документацію з організації, функціонування та економічних взаємовідносин підрозділів МТС по тваринництву, сервісних служб і товаровиробників.

10



Техніко-економічні показники пунктів технічного обслуговування тваринницьких ферм ікомплексів

Вид ферми Обслуговуване поголів’я

Загальнамісткість робіт зТО і ремонту, люд.-год.

Виробничаплоща

приміщень, м2

Кошторисна вартість, тис.грн. Кількістьробітників

загальнабудівель

ноїчастини

устаткування усього

в т.ч. виробничих

Молочніферми

400-600 корів 7000 158,0 529,15 471,53 57,62 4 3

800 10500 265,6 733,25 646,73 86,52 5 3

1200 15700 265,6 733,25 646,73 86,52 6 4

Свиноферми

12 тис. на рік 26000 353,6 755,83 606,37 149,46 9 6

24 тис. 39100 353,6 755,83 606,37 149,46 13 10

54 тис. 61000 692,4 2240,45 1795,48 444,97 23 17

108 тис. 116000 808,8 2468,42 1945,93 522,49 40 33

Список літератури 1. Формування і реалізація державної технічної політики розвитку матеріально-

технічної бази АПК в Україні. Матеріали до 5 –річних зборів Всеукраїнського конгресу вчених економістів-аграрників. К.-2003-С.40-45.

2. Махмудов І.І. Формування ринку технічних засобів в агропромисловому комплексі України//Міжвідомчий науковий збірник ННЦ «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства» Глеваха -2007. Випуск 9 – с.65-70. УДК 621.752 (031)

ВИБІР КІНЕМАТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ КОЛИВАНЬ РЕШІТНИХ СТАНІВ ЗЕРНООЧИСНИХ МАШИН

Гиря І.В., студент ВП НУБіП України “Ніжинський агротехнічний інститут”

Наукові керівники – Кулик В.П. , асистент кафедри загальнотехнічних дисциплін ВП НУБіП України “Ніжинський агротехнічний інститут”

Кулик О.А., викладач ВП НУБіП України “Ніжинський агротехнічний інститут”

У роботі проведений всебічний динамічний аналіз та оптимізація режимів руху зернини вподовж похилого коливального решета, яке здійснює поступальні гармонічні коливання паралельно площині найбільшого скочування та встановлено режимні параметри решітних станів, які забезпечують так рух зернини.

Аналіз, оптимізація, режими руху, зернина, похиле коливальне решето, поступальні гармонічні коливання.

Постановка наукової проблеми. Закономірності руху зернини, яка представляється у

вигляді матеріальної точки, похилого коливального решета представляють самосійний інтерес для теорії сепарації окремих тіл малих розмірів. Ці закономірності цікаві для теорії багатьох складних процесів, наприклад, вібраційного розділення сипучих сумішей і сепарації твердих чи пружних тіл скінчених розмірів та ін. Диференціальні рівняння руху зернини вподовж похилого коливального решета грають фундаментальну роль у теорії вказаних

11


процесів.

Розглядуваному колу питань присвячена велика кількість наукової і патентної літератури. Проте питання оптимізації руху зернових частинок вподовж похилого коливального решета, яке здійснює поступальні гармонічні коливання паралельно площині найбільшого скочування, висвітлені у літературі недостатньо.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Рух зернової частинки вподовж похилого коливального решета розглянутий у роботах [1–9]. Результати, наведені у цитованих роботах, відносяться до випадку, коли коливальне решето є плоским і здійснює поступальні коливання, поле заданих сил, які діють на частинку, однорідне і, зокрема, представляє собою поле сили тяжіння, а зернина здійснює складний рух – із зупинками, рухом в напрямку сходу з решета і в зворотному напрямку та з відривом (підкиданням) її від решета.

Мета досліджень полягає у встановлені на основі всебічного динамічного аналізу режиму коливань решітного стану, за якого зернина рухається в напрямку сходу з решета без зупинок і підкидань.

Виклад основного матеріалу дослідження. Рух зернової частинки у осях ,xOy жорстко зв’язаних з похилим коливальним

решетом описується системою рівнянь Блехмана-Джанелідзе [7] (вісь Ox спрямована вподовж, а вісь Oy – поперек площини переміщення; рис. 1):

+−⋅=

+−⋅=

.cossinsin;sinsincos

2

2

NmgtmAymFmgtmAxm

αωβωαωβω

( )( )21

де m – маса зернової частинки; A та ω – відповідно амплітуда й частота коливань решета; β – кут нахилу траєкторії коливань відносно решета (кут вібрації); α – кут нахилу решета до горизонту; g – прискорення вільного падіння ( 281,9 смg = ); N – нормальна реакція; F – сила опору руху зернової частинки, котру будемо вважати силою сухого тертя (кулонового тертя). Умови, коли необхідно враховувати також і силу в’язкого тертя, наведено у [7].

При русі зернової частинки вподовж похилого коливального решета ( )0≡y [7]

0,x при 0;x при

⋅−

=

NfNf

F (3)

де f – коефіцієнт тертя ковзання, а нормальна реакція визначається з (2):

Рис. 1. Зернина на похилому решеті, яка здійснює прямолінійні гармонічні коливання

паралельно площині найбільшого скочування

12



.sinsincos)( 2 tmAmgtNN ωβωα ⋅⋅−== (4) Зернина може рухатись без відриву від решета (“без підкидання”), якщо ( ) ,0>tN

тобто

.1cossin2

≤⋅=αβω

gAW (5)

При 0=β нерівність (5) задовольняється автоматично. Параметр W , який дорівнює відношенню амплітуди поперечної складової переносної

сили інерції βω sin2mAI = до поперечної складової сили тяжіння αcosmg , вважатимемо параметром перевантаження [7].

При відносному спокої зернової частинки на поверхні )0 ,0( ≡≡ yx сила сухого тертя )0(FF = не визначається з (3), а знаходиться з (1):

.sincossin)( 2)0()0( tmAmgtFF ωβωα ⋅⋅−⋅== Стан відносного спокою при цьому зберігається до тих пір, поки виконується умова

[7]: ),()()( 1

)0( fNftFtNf ⋅


На рис. 2 зображено графік прискорення зернової частинки гороху, вівса, та гречки на

похилому решеті при їх ковзанні назад, за таких умов: кут нахилу решета ;8°=α частота коливань ;51 1−= сω радіус кривошипа ;0075,0 мr = довжина шатуна ;465,0 мl = коефіцієнт тертя ковзання гороху ,175,0=f вівса ,322,0=f гречки 511,0=f по решету (сталі).

З математичної точки зору задача, що розглядається, зводиться до вивчення розв’язків нелінійних диференціальних рівнянь, які у кожній з певних (визначених) частин фазового простору є лінійними, однак мають у кожній такій частині різну аналітичну форму запису, і навіть різний порядок [див. (1) та (2) при 0≡≡ NF й рівняння (7)]. Аналітичний розв’язок подібної задачі може бути виконаний точними методами – так званим зворотним методом [1], а також методами поетапного інвертування, припасовування, точкових відображень.

Нас у подальшому будуть цікавити лише усталені режими руху зернини вниз (вподовж похилої площини) без підкидання [1–4]. Рух зернини без відриву від похилого коливального решета може мати місце при виконанні умови (5).

Умови існування та стійкості всіх можливих усталених режимів руху частинки при відсутності підкидання виражаються через чотири безрозмірних параметри і подані у [7].

Оптимальний вибір параметрів коливань решета суттєво залежить як від прийнятого критерію оптимізації, так і від накладених обмежень [7]. Нижче наведені результати, які відносяться до типових постановок задачі.

Зокрема, забезпечення найбільшої середньої швидкості при відсутності підкидання є суттєвим для проектування решітної частини зерноочисних машин, призначених для сепарації зернових матеріалів. При цьому заданими зазвичай є кут нахилу плоскої поверхні α ; коефіцієнт тертя 1f та f ; або частота ω , або ж амплітуда коливань A , а визначити слід кут вібрації β й відповідно або амплітуду, або частоту вібрації.

Згідно [7], за інших однакових умовах вигідніше забезпечити необхідний рівень прискорення optA )(

2ω вибором якомога більшої амплітуди .A Розглянемо нижче випадок з наступними даними:

.0;0;;0);arctan;min(arctan0 11 >≡≥≠



Рис. 3. Графік швидкості зернової частинки гороху – 1, вівса – 2 та гречки – 3 на похилому

решеті

Для того, щоб 0 (11)

За заданої величини const=ω (частота постійна) A повинна задовольняти умову:

( )( ) .cos

sin2 n

gA πρβρα

ω⋅

+−

⋅> (12)

Кількість періодів коливань n можна обрати з наступних міркувань:

.12

+

⋅

=

ωπV

Ln (13)

У вигляді (13) дужки [ ] означають цілу частину числа, яке стоїть всередині дужок, L – довжина (шлях), яку проходить частинка по решету при її сепарації.

ВИСНОВКИ 1. Проведений всебічний динамічний аналіз та оптимізація режимів руху зернової частинки вподовж похилого коливального решета, яке здійснює поступальні гармонічні коливання паралельно площині найбільшого скочування. 2. Встановлені основні кінематичні параметри руху зернини, за яких остання рухається тільки вниз вподовж вказаного вище похилого коливального решета ( )0>x , для різних значень α,, fA та n . 3. Отримані у роботі результати можуть у подальшому слугувати для уточнення і вдосконалення інженерних методів розрахунку вібросепаруючих та вібротранспортуючих

15


систем.

Список літератури

1. Блехман И. И. Вибрационное перемищение. / И. И. Блехман, Г. Ю. Джанелидзе. – М.: Наука, 1964. – 410 с.

2. Блехман И. И. Движение частицы в колебающейся среде при наличии сопротивления типа сухого трения / И. И. Блехман, В. В. Гортинский, Г. Е. Птушкина // Изв. АН СССР. Отд-ние техн. Наук. Механика и машиностроение. – 1963. – № 4. – С. 28–32.

3. Блехман И. И. Иследования процесса вибросепарации вибротрнспортировки. / И. И. Блехман // Инжинерный сборник 1952 – Т.ХI. – С.35–78.

4. Блехман И. И. Нелинейные задачи теории вибротрспорта и вибросепарации / И. И. Блехман, Г. Ю. Джанелидзе // Труды международного симпозиума по нелинейным колебаниям, АН УССР. – 1963. Т. III. – С.41–71.

5. Брусин В. А. К теории вибротранспортировки. / В. А. Брусин // Изв. вузов. Радиофизика. – 1960. – Т. III. – Вып.3. – С. 467–477.

6. Василенко П.М. Теория движения частыц по шераховатым поверхностям сельскохозяйственних машин. / П. М. Василенко. / Издательство Академии сельскохозяйственнх наук УССР. – 1960. – С. 283–291.

7. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти томах – Т.4. Вибрационные процессы и машины. / Под ред. Э. Э. Лавендела. – М.: Машиностроение, 1981. – 509с.

8. Заика П. М. Машина для очистки и сортирования семян / П. М. Заика, Г. Е. Мазнев – М.: Машиностроения, 1967. – 144с.

9. Нагаев Р. Ф. Периодические режимы вибрационного перемещения. / Р. Ф. Нагаев. – М.: – Наука, 1978. – 160с.

В работе проведен всесторонний динамический анализ и оптимизация режимов

движения зернины вдоль наклонного колебательного решета, которое осуществляет поступательные гармонические колебания параллельно плоскости наибольшего скатывания и установлено режимные параметры решетных станов, которые обеспечивают такое движение зернины.

Анализ, оптимизация, режимы движения, зернина, наклонное колебательное решето, поступательные гармонические колебания.

The work conducted comprehensive dynamic analysis and optimization of motion along the

inclined grain oscillating sieve that performs translational harmonic vibrations parallel to the largest rolling and set operational parameters sieve, which provide such a move grain.

Analysis, optimization, driving modes, grain, inclined vibratory sieve translational harmonic vibrations.

CHOICE KINEMATIC PARAMETERS VIBRATIONS SIEVE WINNOWERS

I. Girya, V. Kulyk, O. Kulyk

16



УДК 631.31.001.57 ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ВИРТУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Дудка Б.А., магистрант Волгоградского государственного аграрного университета Хорольский С.В., магистрант Волгоградского государственного аграрного университета

Разработана система трехмерного представления на экране монитора результатов

взаимодействия почвообрабатывающего орудия с почвой в реальном масштабе времени. При этом использован ряд аналитических и экспериментальных исследований крошения почвы различными орудиями.

Виртуальное моделирование, крошение, почвообрабатывающее орудие.

В процессе исследований, направленных на создание новых и совершенствование существующих машин все чаще находит применение моделирование. Сущность метода заключается в том, что в ходе изучения некоторого объекта последний заменяется подобным ему вспомогательным представлением, называемым моделью. Формы и виды моделирования весьма разнообразны, хотя все они преследуют одну цель: воссоздать изучаемое явление в лабораторных условиях и дать возможность выявить его закономерности. Так, для отработки конструктивных параметров почвообрабатывающих и землеройных машин широко используется проведение экспериментов в почвенном канале с использованием как естественного грунта, так и модельной среды. Наряду с подобными экспериментами в последнее время все чаще используется математическое моделирование, когда для изучения явления протекающие в нем процессы заменяются их математическим описанием. В первом случае модель составляется из элементов, имеющих ту же физическую природу, что и изучаемый объект, во втором – она представляет собой результат преобразования исходного объекта в некоторую абстрактную логическую систему. Часто возникают ситуации, когда исследуемая система настолько сложна, что ее изучение путем прямого эксперимента или аналитического решения затруднено. Примером может служить исследование качества крошения почвы режущим периметром сложной геометрической формы. В подобных задачах целесообразно изучать поведение системы в целом, воспроизводя поведение ее отдельных частей и взаимодействие между этими частями. Модель системы (машины) представляет в этом случае комплексную программу для электронной вычислительной машины, описывающую поведение компонентов системы и взаимодействие между ними. Выполнение такой программы при различных исходных данных позволяет имитировать динамические процессы, происходящие в реальной системе. Приведенный выше метод получил название машинной имитации. В некотором отношении машинная имитация напоминает физический эксперимент. В отличие от математического моделирования здесь не требуется аналитического решения проблемы. В имитационной модели должны быть описаны лишь правила взаимодействия объектов системы. Эксперимент в таком случае состоит в прогонах на ЭВМ модели, а управление экспериментом заключается в варьировании исходных данных и анализе получаемых результатов.

17


а б в г

Рис.1. Схема моделирования

В начале 90-х годов получил развитие виртуальный метод моделирования. Согласно определению, компьютерным образом смоделированная виртуальная реальность есть созданная искусственными средствами аудиовизуальная смысловая среда, которая выдается или принимается субъектом ее воздействия за подлинную или близкую к подлинной. Формальных признаков несколько: моделирование в реальном масштабе времени, имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма и возможность воздействовать на нее, или отдельные объекты, имея при этом обратную связь. Моделируемые виртуальные реальности нашли широкую область применения при проектировании летательных

y

x

α

90°+ϕ2

y

x (x0,y0)

Si

Si Si+1

x

x

y

y

18



аппаратов, разработке новых архитектурных сооружений, моделировании интерьеров квартир, медицинских исследованиях. Применение данного метода для отработки конструктивных параметров почвообрабатывающих орудий перспективно с точки зрения возможности визуально контролировать качество крошения. Рассмотрим действие опорного алгоритма модельных исследований на примере простейшего лемеха. В процессе исследований необходимо выявить, как влияют его параметры на размеры образующихся почвенных агрегатов и укладку их в обрабатываемом слое. Вырежем бесконечно тонкий слой почвы по оси орудия и рассмотрим механизм действующих в среде процессов. Начальное положение лезвия ( рис.1а) характеризуется точкой с координатами X0, Y0 и углом наклона лемеха α.

Обрабатываемая почва моделируется средой, которая имеет параметры, аналогичные реальной почве. Отделение элементов почвы от массива происходит по плоскостям сдвига, наклоненным по отношению к лезвию под углом 900+ϕ2, где ϕ2 – угол внутреннего трения. Под этим же углом происходит перемещение отделенной призмы грунта. С началом движения (рис.1б) происходит смятие заштрихованой части почвы до момента скола, после чего начинается сдвиг сколотой части. Для распространения линии скола необходимо преодолеть силу сцепления частиц Ti = Ci⋅Fc, (1) где Ci – удельное сцепление частиц, кН/м2; Fc – площадь скола, м2. Удельное сцепление частиц носит вероятностный характер и определяется по формуле Ci = Ccp + fi⋅σc, (2) где Ccp – среднестатистическое значение удельного сцепления частиц, кН/м2; σс – среднее квадратичное отклонение, кН/м2; fi – случайное число от –1 до +1, определяемое при помощи генератора случайных чисел (ГСЧ) ПЭВМ. Площадь скола элементарной площадки

Fск = L⋅ dz = dza

⋅+ )cos( 2ϕα

, (3)

где L – длина линии скола, м; dz – ширина вырезанного слоя почвы, м; a – глубина обработки, м. С другой стороны Ti = (qcp+ fi+1⋅σq)⋅Vi, (4) где qcp – среднестатистическое значение коэффициента объемного смятия, кН/м3; σq – среднеквадратичное отклонение коэффициента объемного смятия, кН/м3; fi+1 – следующее случайное число от –1 до +1; Vi – объем смятого участка, м3.

Vi = ,)cos()sin(2)sin(

22

2

dzSi ⋅+⋅⋅⋅ ϕα

ϕα (5)

где Si – перемещение носка лемеха от начала движения до момента скола призмы почвы, м. Решив совместно (1)…(5) получаем

19


Si =[ ]

[ ]qiCPCicp

fqfCaσασϕ

ϕα ⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅

⋅+ +1

2

2 )sin()sin(2

)cos(1 (6)

Далее в пределах сколотой призмы по методике А.Н.Панченко [1] определяем степень крошения i и коэффициент разнозернистости Кр. В соответствии с этими коэффициентами, приняв как максимально возможный диаметр агрегата Dmax = Si при помощи ГСЧ размещаем в пределах призмы шары соответствующего диаметра (рис.1в). Далее призма движется по поверхности лемеха без изменений, если нет воздействия боковых стоек. При подходе к краю лемеха, шары осыпаются на дно борозды,при этом их укладка выполняется с учетом допустимых перемещений (рис.1г). Как показали неоднократные прогоны программы на ПЭВМ с последующим анализом крошения, результаты экспериментов на модели в почвенном канале и на экране монитора сопоставимы. Это позволяет сделать предположение о возможности применения данной методики для орудий более сложной геометрической формы. Выводы. Виртуальный метод моделирования взаимодействия почвообрабатывающих орудий с почвой перспективен для отработки их конструктивных параметров. В то же время данная методика требует совершенной теории крошения почвы, в качестве которой на первом этапе может быть использована теория измельчения почв, разработанная проф. Панченко А.Н.[1].

Список литературы 1. Панченко А.Н. Теория измельчения почв почвообрабатывающими орудиями /

Днепропетр. гос. агр. ун-т.- Днепропетровск, 1999. – 140с. This paper describes a generalized virtual model for analyzing soil – tillage tool interaction. The model incorporates effects of a number of significant tool and soil parameters and is based on the finite element procedure.

VIRTUAL SIMULATION OF A SOIL – TILLAGE TOOL INTERACTION B.Dudka, S.Chorolskiy,

УДК 664.723.047 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ

РАЦИОНАЛЬНОЙ ФОРМЫ ГРУЗОНЕСУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРАНСПОРТНОГО КАНАЛА АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ВЫГРУЗНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА-

ОХЛАДИТЕЛЯ ЗЕРНА ПОСЛЕ СУШКИ

Зимин И.Б., к.т.н., доц. кафедры «Автомобили, тракторы и сельскохозяйственные машины»

ФГБОУ ВПО «Великолукская государственная сельскохозяйственная академия», Россия

Органически связанной с сушкой зерна является операция охлаждения зерновой массы после сушки. Перспективным направлением совершенствования техники и технологий охлаждения зерна после сушки является применение в составе зерносушилок аэродинамических устройств. Для достижения наилучшего технологического эффекта охлаждения зерновой массы на аэродинамических устройствах нами предлагается

20



использовать криволинейную поверхность грузонесущего рабочего органа транспортного канала.

Зерновой материал, охлаждение зерна, аэродинамический выгрузной рабочий орган-охладитель зерна после сушки, газораспределительная решетка, лопатка жалюзи.

На современном этапе развития техники и технологий послеуборочной обработки зерна

особая роль отведена зерносушильным агрегатам, от качественной работы которых в полной мере зависит сохранение качественных показателей зерновой массы, перед ее закладкой на хранение. Органически связанной с сушкой зерна является операция охлаждения зерновой массы после сушки. Согласно агротехническим требованиям, температура зерновой массы после сушки не должна превышать температуру наружного воздуха более чем на 10оС [3].

Перспективным направлением совершенствования техники и технологий охлаждения зерна после сушки является применение в составе зерносушильных агрегатов аэродинамических устройств, способных обеспечивать охлаждение просушенного зерна одновременно с его транспортированием [1,4]. С целью совершенствования рабочего процесса охладителя зерна аэродинамического типа нами предлагается использовать криволинейную форму грузонесущей поверхности транспортного канала [6]. Для обоснованного подхода к проектированию и изготовлению рассматриваемого типа грузонесущего органа аэродинамического охладителя определим его основные конструктивные параметры.

Подача (G, кг/с) зернового материала вдоль выпрямленной лопатки длиной oRπ может быть определена по формуле [2]:

ммSG ρυ= где S – площадь поперечного сечения щели газораспределительной решетки, м2; υм – скорость смещения зернового материала вдоль грузонесущей поверхности

газораспределительной решетки, м/с; ρм – плотность зернового материала, кг/м3 Для достижения наилучшего технологического эффекта, в случае изготовления лопаток-

жалюзи криволинейной формы, необходимо, чтобы каждая воздухоподводящая щель газораспределительной решетки имела высоту (hщ), изменяющуюся в пределах от hщ=0 (у верхних кромок транспортного канала) до hщ= hщmax (в нижней части транспортного канала).

Площадь поперечного сечения (S, м2), с точки зрения технологических параметров, можно выразить из формулы (1):

мм

GSρυ

= (2)

С другой стороны, принимая во внимание конструктивные параметры

газораспределительной решетки, величину S можно определить по формуле:

2щohRS

π= (3)

где Ro – радиус изгиба лопатки – жалюзи газораспределительной решетки, м; hщ – высота щели газораспределительной решетки, м

(1)

21


При минимальной высоте слоя зернового материала, равной αtgthш ⋅= (где t – шаг

щелей газораспределительной решетки, м; α - угол наклона лопатки-жалюзи к горизонту, град.) заданная подача (G) аэродинамического выгрузного рабочего органа-охладителя зерна после сушки обеспечивается возрастанием скорости смещения (υм) зернового материала.

Таким образом, приравнивая правые части выражений (2) и (3), после преобразований получим формулу для определения радиуса изгиба лопатки – жалюзи газораспределительной решетки:

αρπυ tgtGR

ммo

2= (4)

Для исключения прорывов воздуха через щели газораспределительной решетки и

наиболее полного взаимодействия зерновой массы необходимо, чтобы зерновой материал, расположенный по ширине криволинейной (вогнутой) поверхности лопатки-жалюзи, не соскальзывал к центральной осевой линии транспортного канала аэродинамического выгрузного рабочего органа-охладителя зерна после сушки. Для выполнения отмеченного условия весьма важно, чтобы угол между касательной к окружности радиуса изгиба лопаток-жалюзи и горизонталью должен находиться в пределах угла (ϕ) трения скольжения зернового материала (рис.1). Таким образом, делаем вывод, что форма поперечного профиля лопатки–жалюзи решетки должна быть такой, чтобы все участки криволинейной поверхности лопатки–жалюзи при удержании зернового материала были равноценны. В этих условиях радиус изгиба лопатки-жалюзи должен иметь не постоянную, а переменную величину, изменяющуюся от Ro до Rmax.

Рис. 1. К определению формы криволинейной поверхности лопаток-жалюзи газораспределительной решетки

22



На основании изложенного, представляет интерес получение зависимости, описывающей форму криволинейной поверхности, в случае изготовления лопатки-жалюзи с переменным радиусом изгиба.

Примем Ro за начальный радиус изгиба лопатки-жалюзи. Предположим, что в

полярных координатах угол ε (рис.1) изменяется в пределах 20πεε ≤≤ , а радиус R

изменяется в диапазоне от Ro до Rmax. Пусть положение частицы зернового материала, находящейся в точке А, определяется координатами R и ε. Другая частица, весьма близкая к первой, лежит в точке В и имеет координаты R1 и ε1 (ε1=ε+∆ε). Очевидно, чтобы частица из точки B сдвинулась в точку А, ей необходимо преодолеть силу сопротивления, при этом, если она находилась бы в точке С, то вероятность скатывания была бы увеличена. Таким образом, угол между нормалью nn и радиусом R1=R+∆R должен находиться в пределах угла трения.

Принимая во внимание указанные выше допущения, в бесконечно малом треугольнике ВАС (рис.1), угол ϕ будет соответствовать углу трения скольжения зернового материала.

Пренебрегая малыми величинами высших порядков, из треугольника АВС определяем

КАБІНЕТ МІНІСТРІВ...

Documents