Динамика неравномерно вращающегося ротора измельчителя соломы зерноуборочного комбайна

В настоящее время для использования соломы в качестве удобрения, корма и подстилки сельскохозяйственным животным ее измельчают до требуемых размеров измельчителями, основными рабочими органами которых являются роторы с закрепленными на них рабочими органами [1–3].

Рабочие органы, установленные на роторе, работают на высоких оборотах (2500–3500 об/мин), что вызывает их неравномерный износ и приводит к дисбалансу – к повышенному износу опор ротора, шуму, увеличению энергозатрат, несоответствию заданным агротехническим требованиям к производимой продукции и увеличению затрат на ремонт и техническое обслуживание. В этой связи важнейшей задачей инженерной службы завода является исследование возможностей снижения дисбаланса ротора и на этой основе повышения ресурса рабочих органов и качества производимой продукции. Этого можно добиться при изучении всех факторов, влияющих на дисбаланс ротора и в первую очередь – неуравновешенных сил.

В настоящее время для балансировки таких роторов используют технологии балансировки в двух плоскостях коррекции [4;5;7].

Цель исследования

Для установки качественной связи между дисбалансом ротора и системой действующих сил необходимо определение системы неуравновешенных сил, действующих на ротор измельчителей соломы и приведение их к плоскостям коррекции для удобства балансировки. Это позволит определить влияние неуравновешенных нормальных сил в плоскостях коррекции, их зависимости от времени и геометрических параметров ротора. Для теоретического обоснования оптимальных параметров ротора и качественного устранения дисбаланса необходимо получить зависимости определения неуравновешенных сил, F1н и F2н, находящихся в плоскостях коррекции ПКI и ПКII.

Материалы и методы исследования

При определении неуравновешенных сил использовали методику, изложенную Ю.А. Самсаевым [6;8]. Сущность методики заключается в том, что множество дисбалансов D1, D2, ..., Dn в различных плоскостях вращения приводят к дисбалансам в 2-х плоскостях коррекции ПКI и ПКII. При вращении ротора с постоянной угловой скоростью (ω = const) дисбалансы DI и DII вызывают появление в плоскостях ПКI и ПКII неуравновешенных сил FIн = ω2DI и FIIн = ω2DII. Определение неуравновешенных сил проводили для ротора измельчителя соломы, выпускаемого «Омским экспериментальным заводом – филиалом ФГБНУ «Омский АНЦ» (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема неравномерно вращающегося неуравновешенного ротора: D1, D2, ..., Dn – дисбалансы в различных плоскостях ротора; ПКI и ПКII – плоскости коррекции;

1, 2 – кронштейны крепления рабочих органов (ножей)

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 2(54)

AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGY

Ротор вращается в самоцентрирующихся шариковых подшипниках с номинальной частотой вращения n = 3000 мин-1, имеет дискретно расположенные ножи по длине ротора, при этом каждый последующий нож расположен перпендикулярно предыдущему.

При расчете неуравновешенных сил в плоскостях коррекции использовали зависимости [9]:

F h = ш ² D i 4 1 + (tg o ) ² ;                            (1)

F IH = ш D_u J1 + (Ig o )² .                           (2)

В этих формулах: D I = (m p e ст ℓ II )/ℓ I-II , D II = (m p e ст ℓ I )/ℓ I-II – постоянные коэффициенты;

m p – масса ротора, е ст – эксцентриситет центра масс ротора, ℓ I , ℓ II ,ℓ I-II , D ст = m p е ст ;

Ш

*        2

Fhh   ® нн

tg ^=

– тангенс угла отклонения неуравновешенной силы от ее нормальной составляющей.

Результаты и их обсуждение

Результаты расчета неуравновешенной силы в плоскости коррекции 1 (ПКI) показаны на диаграмме (рис. 2), где приведены расчетные данные нормальной составляющей неуравновешенной силы.

Рис. 2 . Расчетные данные нормальной составляющей неуравновешенной силы в плоскости коррекции ПКI при значениях DI: 1 – 7,03·10^-4 Нм; 2 – 1,054·10^-3 Нм; 3 – 1,405·10^-3 Нм; 4 – 1,757·10^-3 Нм; 5 – 2,108·10^-3 Нм

Рис. 3 . Расчетные данные нормальной составляющей неуравновешенной силы в плоскости коррекции ПКII при значениях DII: 1 – 2,811·10^-3 Нм; 2 – 4,216·10^-3 Нм; 3 – 5,4622·10^-3 Нм; 4 – 7,027·10^-3 Нм; 5 – 8,432·10^-3 Нм

Установлено, что с увеличением дисбаланса D I неуравновешенная сила в плоскости коррекции возрастает. Так, при дисбалансе D I , равном 7,03·10^-4Нм, максимальное значение неуравновешенной силы составляет 2,049 Н, а минимальное значение – 1,487Н. При D I , равном 2,108·10^-3 Нм, максимальное значение неуравновешенной силы – 6,147 Н, а минимальное – 4,46 Н. Во времени силы не меняются, а зависят от геометрических размеров ротора и наличия несбалансированных масс.

Результаты расчета неуравновешенной силы в плоскости коррекции 1 (ПКII) приведены на диаграмме (рис. 3). Согласно полученным расчетам по значению неуравновешенной силы в плоскости коррекции ПКII установлено, что с увеличением DII, зависящего от массовых и геометрических параметров барабана, значение неуравновешенной силы в плоскости коррекции возрастает. В то же время значение неуравновешенной силы не зависит от времени и остается постоянным.

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 2(54)                                   AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGY

Выводы

Значение неуравновешенной составляющей скорости в плоскостях коррекции ПКI и ПКII не зависит от времени, а определяется массовыми и геометрическими параметрами ротора измельчителя соломы.

Для балансировки ротора следует использовать способ балансировки гибких типов роторов.