РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДОЗИРОВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ВИБРАЦИОННЫМ ДОЗАТОРОМ
Целью теоретических исследований является математическое определение рациональных конструктивно-технологических, кинематических и энергетических параметров исследуемого дозатора.
2.1. Обоснование конструктивно-технологической схемы вибрационного дозатора мобильного комбикормоприготовительного агрегата.
На основании обзора и анализа конструкций дозаторов, который был выполнен в первом разделе диссертационной работы можно сделать вывод, что для малогабаритного комбикормоприготовительного агрегата для фермерских хозяйств наиболее рациональным является применение вибрационного дозатора исходных зерновых компонентов кормосмеси. Это связано с тем, что в процессе работы молотковой дробилки и шнекового смесителя корпус дозатора будет подвергаться колебаниям, кроме того, вибрационные дозаторы обладают низкой энергоемкостью и высокой производительностью [56, 107].
Дозаторы любой конструкции имеют свои преимущества и недостатки, поэтому продолжаются попытки объединения различных типов дозирующих устройств для того, чтобы усилить положительные стороны и взаимоисключить недостатки отдельных конструкций. В частности было замечено, что вибрация значительно снижает силы внутреннего и внешнего трения материала [82, 124]. Таким образом, применив вибропобуждение движения материала, можно либо повысить производительность дозирующе-транспортирующего устройства, либо снизить энергозатраты машины при сохранении прежней производительности [41]. Так, Леонтьев П.И. и Плачкова В.А. [115] разработали виброшнековый дозатор, в котором повышение производительности обеспечивалось приложением вибрации к транспортирующему шнеку дозатора.
Анализ основных направлений развития кормоприготовительной техники [52, 73, 86, 87] показывает, что в настоящее время наиболее перспективным направлением является снижение энергоемкости приготовления кормов и сопутствующих технологических процессов, в том числе и дозирования компонентов кормов. В частности одним из путей достижения этой цели является использование в технологических процессах вибрации, как фактора снижающего энергозатраты [116, 132].
Основной рабочий орган вибрационного дозатора - это плоский вибролоток, установленный под определенным углом к горизонту [70]. Материал перемещается по лотку за счет его колебаний в продольном направлении. Материал как бы перебрасывается вибролотком на небольшое расстояние, которое, складываясь, дает перемещение материала. За счет высокой частоты колебаний несущего органа, дозатор такого типа получает достаточно высокую производительность, при относительно небольших энергозатратах. При этом есть некоторые отрицательные моменты:
- за счет высокой частоты колебаний происходит интенсивный износ рабочего органа (вибролотка);
- при работе вибродозатора происходит фракционирование дозируемого материала (перемещение крупных и легких частиц в верхние слои материала);
- дозатор должен строго сохранять заданный угол между вибролотком и горизонтом (изменение этого угла приводит к снижению либо точности дозирования, либо производительности дозатора).
Таким образом, классическая схема вибродозатора имеет весьма ограниченную область применения, а последняя из перечисленных особенностей полностью исключает его использование для дозирования сыпучих материалов на мобильных средствах механизации.
Дозаторы, разработанные В.А. Желиговским, Н.Е. Кудрявцевым, Н.В. Антоновым, Н.В. Сегедой, имеют подобные недостатки, а дозатор Н.Е. Кудрявцева, кроме того, отличается сложностью приводного механизма, поскольку рабочий орган дозатора (полая трубка) совершает пространственное движение.
Дозаторы, представленные в [3, 137], наиболее приспособлены для работы в условиях мобильного агрегата. Эти дозаторы расположены в нижней части бункера, и, следовательно, постоянно загружены материалом, кроме того, они не чувствительны к небольшим наклонам корпуса. Но для такой схемы вибрационного дозирующего устройства характерен следующий недостаток - высокая производительность требует большую вместимость бункера и значительную площадь выпускного канала, что приводит к повышению давления материала на затвор. При этом оказывается, что для полного закрытия затвора необходимо усиливать возвратный механизм заслонки. Увеличение усилия закрытия заслонки затвора приводит к необходимости увеличения мощности привода. Поскольку мощность привода вибродозаторов такого типа тратится в основном не на перемещение материала, а на преодоление внутренних сопротивлений механизма привода вибролотка, то происходит повышение энергоемкости процесса дозирования.
Для устранения подобного недостатка предлагается исключить непосредственное давление материала из бункера на вибролоток дозатора. Это может быть достигнуто вынесением вибролотка вперед относительно бункер, в так называемую стабилизационную камеру, которая обеспечивает продвижение дозируемого материала к истоку дозатора, но давление на вибролоток оказывает только небольшой объем материала, который находится в стабилизационной камере дозатора.
Так же предлагается использовать механический привод вибролотка, поскольку электромагнитный привод имеет сложную систему управления [137], а пьезокристаллические преобразователи движения не могут обеспечить большие амплитуды колебаний вибролотка [15].
На основании проведенного анализа существующих конструкций и рекомендаций [21], разработана конструктивно-технологическая схема (рис. 2.1) предлагаемого вибрационного дозатора со сниженным давлением материала на рабочий орган и механическим приводом вибролотка с помощью кривошипно-шатунного механизма, которая позволит обеспечить большую производительность при меньших энергозатратах.
Рис. 2.1. Конструктивно-технологическая схема вибрационного дозатора:
1 - бункер дозатора; 2 - корпус дозатора; 3 - передняя стенка шлюза;
4 - в