В.Д. Хмыров, В. Б. Куценно, Б.С. Труфанов
ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», г. Мичуринск, Россия
Основной источник плодородия почвы - органическое удобрение (навоз). Оно способствует накоплению гумуса в почве и питательных элементов для растений. В настоящее время перспективной технологией является производство навоза при содержании свиней на глубокой подстилке. В ангарах устанавливается групповая кормушка, поилка и рулоны сена бобовых культур (люцерна, клевер, козлятник), и животные имеют к ним свободный доступ [1].
Листья и соцветия растительной массы поедаются животными, а стебли растаскиваются по помещению, перемешиваются с твердой фракцией навоза и поглощают влагу. За период откорма (4–5месяцев) несменяемая подстилка превращается в пласт навоза, переплетенный стеблями растений, глубиной до одного метра, влажностью 58– 62% и плотностью до 980 кг/м3. Пласт навоза при уборке необходимо разрезать ножом в вертикальный плоскости и перемещать шнеком прорезанные порции в горизонтальном направлении к выгрузному транспортеру. Для уборки этого навоза из помещения в настоящее время отсутствуют технические средства. Для выполнения вышеуказанных операций предлагается конструкция питателя–разрушителя (патент № 2008109394/22, патент № 2009122624/22) [2,3].
Влияние угла заточки ножа на усилие резания навоза глубокой подстилки изучали на разрывной машине марки «ИР5047–50–03», представленной на рисунке 1.
1 – виброопоры; 2 – кожух; 3 – направляющая; 4– крепежная стойка; 5– винт; 6– комплект скоб; 7,14–подвижный траверс; 8– датчик–силоизмеритель; 9–устройство измерения деформации; 10– стойки; 11– траверс неподвижный; 12– арретир; 13– тяга; 16– стойка; 17–пульт оператора; 18– силоизмерительная система; 19– микропроцессорный блок; 20– каркас; 21– силовой блок; 22, 24 соединительные устройства; 23– принтер. Рисунок 1 – Схема (а) и общий вид (б) разрывной машины ИР 5047–50–03
На разрывную машину устанавливали приспособление (рисунок 2), которое состоит из комплекта скоб с платформами 1и 4, ножа 2 , стойки 3 и образца навоза глубокой подстилки 5.
Для определения усилия резания на стойку 3 укладывали брикеты навоза глубокой подстилки 5 ,которые были заранее приготовлены, сечение брикетов было 300*300 мм, влажность 62% и плотность 980 кг/м3.
1–нижняя скоба с платформами; 2–нож; 3–стойка с прорезью для выхода ножа;4–верхняя скоба с платформами; 5–образец навоза глубокой подстилки
На втором рисунке – рабочий узел разрывной машины ИР 5047–50–03
В процессе работы разрывной машины ИР 5047-50-03 верхняя платформа нижней скобы 1, на которой устанавливались сменные ножи 2 с разными углами заточки (рисунок 3), и нижняя платформа верхней скобы 4, на которой устанавливалась стойка 3 с прорезью для выхода ножа из прорезанного образца навоза, двигаются реверсивно друг относительно друга вдоль центральной оси стоек. Как только нож начинал внедряться в образец навоза 5, датчик 8 (рисунок 1) снимал усилие, которое фиксировалось компьютером. Процесс резания ножом образца навоза представлен на рисунке 4. Полученный график разбивается на три зоны. Первая зона характеризует процесс сжатия и начало резания образца навоза. Вторая - процесс резания. Третья - зона снятия напряжения, нож выходит из образца навоза. В эксперименте испытывались ножи со следующими углами заточки J3 : 15,30,45,60,75,90. Эксперименты проводились с ножами с симметричной и асимметричной заточкой толщиной 4 и 8 мм с пятикратной повторностью.
Полученные результаты экспериментальных исследований представлены на рисунках 5 и графиков 5 и 6, с увеличением угла заточки ножа сила резанья уменьшается, достигает минимума при угле заточки J3 =450 ,затем начинает увеличиваться. Наиболее интенсивное увеличение силы резания происходит в промежутке значений угла J3 =60-900 .
Это изменение объясняется образованием уплотненного ядра перед кромкой ножа, которое передвигается вместе с ним, увеличивая при этом рост ширины зоны влияния ножей на массу материала. Ножи с асимметричной заточкой имеют несколько меньшую силу резанья по сравнению с симметричной заточкой , в среднем на 22% для ножей толщиной 4мм и на 7% для ножей толщиной в 8мм
С увеличением угла J3 от 150 до 900 сила резания изменяется для ножей толщиной 4мм от 1020(Н) до 1350(Н) при симметричной заточке и от 750(Н) до 780(Н) при асимметричной. Минимальная сила резания навоза глубокой подстилки при угле /3 =450; где Ррез равна 720(Н) с симметричной заточкой и 520(Н) с асимметричной заточкой [4]
Рисунок 4 - Компьюторограмма процесса резания навоза глубокой подстилки
На рисунке 5 представлены зависимости силы резанья Ррез от угла В заточки и толщины ножа Ь для ножей с симметричной и асимметричной заточкой. Как видно из графиков 5 и 6, с увеличением угла заточки ножа сила резанья уменьшается, достигает минимума при угле заточки J3 =450 ,затем начинает увеличиваться. Наиболее интенсивное увеличение силы резания происходит в промежутке значений угла J3 =60-900 .
Это изменение объясняется образованием уплотненного ядра перед кромкой ножа, которое передвигается вместе с ним, увеличивая при этом рост ширины зоны влияния ножей на массу материала. Ножи с асимметричной заточкой имеют несколько меньшую силу резанья по сравнению с симметричной заточкой , в среднем на 22% для ножей толщиной 4мм и на 7% для ножей толщиной в 8мм
С увеличением угла J3 от 150 до 900 сила резания изменяется для ножей толщиной 4мм от 1020(Н) до 1350(Н) при симметричной заточке и от 750(Н) до 780(Н) при асимметричной. Минимальная сила резания навоза глубокой подстилки при угле /3 =450; где Ррез равна 720(Н) с симметричной заточкой и 520(Н) с асимметричной заточкой [4]
Рисунок 5 - График зависимости силы резания навоза глубокой подстилки от угла заточки ножа симметрично.(W=62% р =980кг/м3).
Рисунок 6 - График зависимости усилия резания навоза глубокой подстилки от угла заточки ножа асимметрично.(W=62% р =980кг/м3).
Анализ полученных результатов экспериментальных исследований показал, что для резания навоза глубокой подстилки целесообразно применять ножи с асимметричной заточкой под углом 45°.
Литература
1. Гриднев, П.И. Новый альтернативный способ содержания свиней [Текст] /П.И. Грид-нев, Т.Т.Гриднева //Свиноферма, 2005. – №7. – С.82–83.
2. Питатель разрушитель навоза глубокой подстилки [Текст]: пат. на полезную модель 84360 Рос. Федерация: 84 360 U1 / Хмыров В.Д., Труфанов Б.С., Куденков В.Б.; патентообладатель МичГАУ. – № 2008109394/22; заявл. 11.03.2008; опубл. 10.07.2009, Бюл.№19.
3. Питатель – разрушитель навоза глубокой подстилки [Текст]: пат. на полезную модель 91795 Рос. Федерация: 917950 U1 / Хмыров В.Д., Труфанов Б.С., Горелов А.А., Куденко В.Б.; патентообладатель Мичуринский государственный аграрный университет. – № 2009122624/22; заявл. 11.06.2009; опубл. 10.03.2010, Бюл.№7.
4. Резник, Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов [Текст] / Н.Е. Резник.– М.: Машиностроение, 1975.– 275с.
Источник - ВЕСТНИК МИЧГАУ, научно-производственный журнал, 2010, № 1, Печатная версия.