Производительность шестеренного гранулятора и факторы, влияющие на подачу корма для прессования

Увеличение производительности машин означает использование всех возможных ресурсов конкретной конструктивной схемы рабочего органа. Производительность шестеренного гранулятора с равновеликими колесами в функции геометрических и конструктивных параметров в общем случае представляется в виде [I]:

5с=2-2-Гед-Д,-Ғ,кг/с.

где z - количество межзубовых впадин на каждом колесе;

У_ед - объем единичной порции корма, обособленной при образовании замкнутого пространства входящим зубом сопряженного колеса, м³;

р₍₎ - плотность корма в момент образования замкнутого пространства, кг/м³;

• V    - частота вращения колес, с .

Возможности повышения производительности гранулятора связаны с увеличением объема межзубовых впадин и увеличением плотности корма во впадине к моменту образования замкнутого объема.

Объем межзубовой впадины зависит от параметров зубчатого профиля колеса, а плотность корма в межзубовой впадине зависит от соотношения объемов подаваемого корма к колесам и объемов впадин в момент образования замкнутого пространства.

Шестеренные рабочие органы грануляторов обычно рассматривают как два одинаковых зубчатых колеса с эвольвент-ным профилем зубьев. Эвольвентный профиль зубьев принимается неизменным, т.к. за колесами сохраняется функция передачи крутящего момента от одного колеса к другому. Из параметров зубчатого зацепления в исследованиях фигурирует только модуль. Кроме модуля на геометрию зуба влияет целый ряд факторов, например, характер и коэффициент смещения исходного профиля, коэффициент отклонения межцентрового расстояния, степень заострения головки зубьев и др. [2, 3].

Известны зубчатые грануляторы, у которых функция передачи крутящего момента снята с прессующих колес и передана на рядом расположенную пару приводных колес. Следовательно, для прессующих колес становится необязательным коэффициент перекрытия зацепления и даже сам профиль боковой поверхности зуба в виде эвольвенты [4].

Рассмотрим возможные отклонения геометрии зуба прессующих колес гранулятора, сохраняя условия эвольвентного характера профиля зуба для двух равнове ликих прессующих колес. Задачей анализа является изыскание возможностей увеличения производительности гранулятора.

Производительность зубчатого рабочего органа непосредственно определяется количеством кормовой смеси, направляемой в зону сжатия (подачей). Считая насыпную массу кормовой смеси равномерно распределенной по объему, подачу материала можно определить как сумму двух слагаемых:

^=^+^2.Кг/с, где ^у - подача массы за счет сил трения корма о поверхность выступов зубчатых колес, кг/с;

ф _ подача массы межзубовыми пространствами двух прессующих колес, кг/с.

Подача массы за счет сил трения равна:

q, = (А - 2 г • cos ф)В • u_v • р₀, кг/с.

где А - межцентровое расстояние, м; г_а - радиус головки зубьев колес, м;

В - ширина колес, м;

• V    - вертикальная составляющая линейной скорости точки на поверхности головки зуба, м/с; р₀ - плотность (насыпная масса) кормовой смеси, кг/м³;

(р - угол трения кормовой смеси о цилиндрическую поверхность головок зуба колес.

Из анализа этого выражения следует, что подача за счет сил трения может быть q}=(A-2га • cos(p)B-^-(о-cosp-pQ,

где (О - угловая скорость вращения колес,

Радиус головок неоднозначно влияет на подачу: при уменьшении радиуса головки зуба увеличивается численное значение скобки, т.е. толщины захватываемого материала, но уменьшается линейная скорость перемещения кормосмеси. Так же влияет угол трения: увеличение угла трения с одной стороны способствует более раннему захвату материала, но одновременно уменьшается значение косинуса угла, что увеличена путем увеличения межцентрового расстояния, ширины колес и скорости.

Для равновеликих колес, работающих с материалом неизменной исходной плотности, необходимо считать постоянными межцентровое расстояние, ширину колес и плотность (насыпную массу) кормовой смеси. Изменяемыми параметрами останутся радиус головки зуба, угол трения, скорость точки на поверхности головок зуба.

Выразив линейную скорость через угловую скорость вращения колес, получим более подробную функцию:

кг/с, снижает значение вертикальной составляющей скорости. Необходимо заметить, что для гранулятора более раннее начало сжатия кормовой смеси очень важно. Этот фактор можно сравнить со степенью форсирования рабочего режима гранулятора.

Следовательно, для увеличения подачи кормовой смеси за счет сил трения необходимо содействовать увеличению значения угла трения.

В общем случае угол трения является приведенным к некоторому промежуточ- ному значению, учитывающему долю контактов по поверхностям стального колеса и корма:

где^ - угол трения кормовой смеси по стали;

f_t — площадь контакта кормовой смеси по стали (суммарная площадь площадок на диаметре головки зуба), м²;

(рз - угол трения комовой смеси по кормовой смеси (угол внутреннего трения или угол естественного откоса);

q7™ =(л- 2г7° • cos

Подача материала межзубовыми пространствами зависит от соотношения объема впадин и объема зуба, диаметра головок и диаметра впадин зуба. Можно с достаточной для первичной оценки точностью считать, что объем самих зубьев равен объему впадин между ними. Поэтому количество рабочей смеси, которое рабочий орган подаст за один оборот, можно считать равным двойному объему пространства между зубьями за вычетом объ-

Ч2 = Р где г - радиус делительной окружности зубчатого колеса, м;

5\ - площадь торцевой поверхности впадины, м;

S^ - площадь торцевой поверхности зуба, м.

гя = г - /и(/?я где т - модуль, м;

п_а - коэффициент высоты зуба рейки;

с* - коэффициент радиального зазора;

^ — коэффициент смещения, который может иметь положительное или отрицательное значение;

Һ - высота зуба, м;

f₂ - площадь контакта кормовой смеси по кормовой смеси во впадинах между зубьями, м".

Уменьшить площадь контакта кормовой смеси по стали с одновременным увеличением площади контакта по корму можно путем заострения головок зуба, т.е. увеличив радиус головок. Предельным состоянием будет заострение зуба до такой степени, когда площадка на головке зуба превратится в линию. Следовательно, увеличивая радиус головки зуба, можно добиться максимальной подачи материала за счет сил трения:

рВ • Р_о • г"^ • ГО • COS ф₂ , кг/с. (1)

ема радиальных зазоров между радиусом головки одного зуба и радиусом ножки другого. Объем кормосмеси, заключенный в этом объеме, не учитывается, потому что этот объем при установившемся вращении колес будет постоянно заполнен и не изменяется.

Средняя теоретическая подача межзубовыми пространствами гранулятора с равновеликими колесами определяется выражением

Радиусы окружностей зубчатого зацепления определяются известными из теории механизмов и машин формулами [2]:

радиус окружностей головок:

+ с — ^)+А,м,

радиус делительной окружности:

г = 0,5 • т • z, м, где z - число зубьев;

высота зуба:

һ = ^h* - Лу^ т + с -т^ где Ау - коэффициент уравнительного смещения, при^ ^0.

Для условия неизменности межцентрового расстояния коэффициент обратного смещения равен сумме коэффициентов смещения колес, откуда радиус головки зуба после соответствующих подстановок в формулу (1) будет зависеть от следующих факторов (при условии равного по знаку и значению смещения исходного профиля зуба обоих колес одновременно):

ra = m(0,5-z + h* +

Тогда максимальная подача межзубовыми пространствами составит:

НШЛ'

^2

= г 2m\0,5z -vh* А- х

-А ‘В- р0-й)*

, кг/с.

На основе этого можно сделать следующие выводы:

• -    достижение максимальной подачи материала за счет сил трения возможно за счёт увеличения радиуса головки зуба;

• -    применяя максимальные значения модуля при положительном наибольшем смещении исходного профиля зуба и не ограничивая высоту зуба можно увеличить подачу корма гранулятором за счет объема межзубовых впадин;

• -    максимальная подача корма межзубовыми пространствами в совокупности с максимальной подачей за счет сил трения обеспечат наиболее производительную работу зубчатого гранулятора с равновеликими колесами.