Устранение налипания грунта на рабочие органы сельскохозяйственных машин с помощью пьезокерамических излучателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Братский государственный университет

УСТРАНЕНИЕ НАЛИПАНИЯ ГРУНТА НА РАБОЧИЕ ОРГАНЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН С ПОМОЩЬЮ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Зеньков С.А.

Минеев Д.А.

Рыхление влажных связных почвогрунтов (особенно при минусовой температуре) приводит к налипанию и намерзанию (адгезии) почвогрунта на рабочие органы сельскохозяйственных машин, что значительно снижает их производительность. Также увеличивается сопротивления при резании (копании) в результате прилипания влажного почвогрунта к рабочему органу сельскохозяйственной машины и возрастают простои машин вследствие необходимости очистки рабочих органов. Существует четыре группы методов снижения адгезии почвогрунтов к поверхностям рабочих органов сельскохозяйственных машин: методы, создающие на границе контакта промежуточный слой; методы, приводящие к ослаблению адгезионных связей при внешнем (интенсифицирующем) воздействии; конструкторско-технологические методы; комбинированные методы. По характеру и принципу действия методы и средства для борьбы с прилипанием и примерзанием почвогрунтов к рабочим органам сельскохозяйственных машин можно классифицировать на профилактические и средства, очищающие рабочий орган .Установлено, что наиболее эффективными являются комбинированные методы, сочетающие в себе достоинства двух и более методов и, в частности, вибротепловой [1-4].

В статье анализируется применение высокочастотного воздействия, относящегося к комбинированным методам (сочетание высокочастотной вибрации и нагрева). Комбинированное воздействие создается пьезокерамическим излучателем, который включает в себя две керамические пластины, верхнюю накладку из дюралюминия, нижнюю накладку из стали 45 и прокладки толщиной 0,2…0,3 мм из мягкой фольги. Пьезокерамические пластины и накладки скреплены между собой центральным болтом. В качестве пьезоэлементов применены кольца из массы ЦТС-19 со следующими размерами: наружный диаметр кольца 50 мм, внутренний диаметр кольца 20 мм[1].

Рис. 1 - Схема лабораторного стенда: 1 - пьезокерамический излучатель ПП-0,063(37); 2 - имитатор рабочего органа; 3 - грунтовый образец

Материалы и методы. Проведение экспериментов осуществлялось на лабораторном стенде при различной температуре наружного воздуха (-100С, -150С, -200С). В испытаниях использовался почвогрунт суглинок дисперсный, связный, определенной весовой влажности X1(W=7,5%; 12,5%; 17,5%).

Исходный почвогрунт при подготовке к эксперименту подвергался дополнительной обработке для достижения стабильности механических свойств для всей серии экспериментов с данным типом почвогрунта. Подготовка почвогрунта к эксперименту включала: доведение весовой влажности почвогрунта до требуемой по условиям эксперимента; уплотнение почвогрунта в приборе Союздорнии для стандартного уплотнения по ГОСТ 22733-2002 до Суд=3…6 ударов ударника ДорНИИ.

Порядок проведения экспериментов был следующим (см. рис. 1): бюкса с образцом почвогрунта 3 определенной весовой влажности устанавливался на модель рабочего органа 2 с пьезокерамическим излучателем 1 и замораживался при определенной температуре в течение периода времени X2 от 5 до 15 минут. По истечении этого времени включался пьезокерамический излучатель и замерялось время Y в секундах(с), по истечении которого грунтовый образец отрывался от поверхности модели рабочего органа.

Анализ априорной информации показал, что для проведения активного эксперимента с целью получения математической модели может быть выбран симметричный квази - D - оптимальный план для двухфакторной модели с N = 13 и соответствующие уровни и интервалы варьирования факторов. Для нахождения неизвестных коэффициентов уравнения регрессии применялся программный комплекс ModelNR.

Результаты. В результате обработки были получены уравнения регрессии времени начала отрыва почвогрунта от влияния следующих факторов:

весовой влажности почвогрунта

- при t0окр. среды -200

- при t0окр. среды -150

- при t0окр. среды -100

времени примерзания почвогрунта

- при t0окр. среды -200

- при t0окр. среды -150

- при t0окр. среды -100

На рис.2,3 представлена графическая интерпретация уравнений регрессии, полученных после математической обработки экспериментальных данных с помощью программы AdvancedGrapher.

Рис. 2 - График зависимости времени отрыва почвогрунта от его весовой влажности при t0окр. среды -200 (1); -150 (2); -100 (3)

Из графика видно, что для отрыва грунтового образца с весовой влажностью 7,5%, по окончанию периода примерзания 15 мин, от поверхности имитатора рабочего органа не зависимо от температуры окружающей среды требуется наибольшее время воздействия излучателя, т.к. в почвогрунте малое количество воды и образец не только примерзает к металлу, а также происходит прилипание, в связи с чем необходимо большее количество энергии для подсушивания почвогрунта в месте контакта с металлом. Для почвогрунта с весовой влажностью 17,5% необходимо меньше времени воздействия излучателя, т.к. у более влажных почвогрунтов прочность примерзания почвогрунта к металлу обуславливается прочностью льда, а, как известно[1-4], при вибротепловом воздействии на замороженный почвогрунт в первую очередь происходит разрушение льда, содержащегося в почвогрунте. На графике также видно, что для почвогрунта с весовой влажностью 12,5% необходимо наименьшее время воздействия, т.к. воды в почвогрунте еще не достаточно для прочного примерзания к металлу, но уже не происходит процесс прилипания почвогрунта, т.к вода замерзает быстрее.

Рис. 3 - График зависимости времени отрыва грунта от времени примерзания почвогрунта при t0окр. среды -200 (1); -150 (2); -100 (3)

Анализ графика, представленного на рис.3, показывает, что при температуре наружного воздуха, понижающейся от -100 до -200 (грунтовый образец с весовой влажностью, равной 17,5%, соответствует естественной влажности для данного типа почвогрунта), с ростом времени примерзания, увеличивается продолжительность воздействия излучателя для отрыва образца от поверхности модели рабочего органа. Данный факт обуславливается тем, что при отрицательной температуре время замерзания воды в грунтовом образце прямо пропорционально понижению температуры наружного воздуха. вибротепловой пьезокерамический излучатель грунт

На основании полученных экспериментальных данных спроектировано устройство с установкой на нем пакетных пьезокерамических излучателей [2], которые размещены на рабочем органе сельскохозяйственной машины. В конструкции применены пьезокерамические излучатели, размещенные в подготовленных отверстиях в рабочем органе и закрепленные в них центральным болтом. Набор пьезокерамических излучателей создает продольные колебания, которые передаются центральному болту, а в результате нагрева пьезокерамической массы происходит и нагрев центрального болта. В результате этого поверхность центрального болта является одновременно источником теплового и вибрационного воздействия, что значительно снижает налипание почвогрунта на поверхность рабочего органа сельскохозяйственной машины.

Выводы

Использование пьезокерамических излучателей более выгодно с точки зрения компактного и равномерного размещения по поверхности рабочего органа чем, к примеру, использование существующих на данный момент средств для обогрева рабочего органа или вибрационного воздействия. Техническая производительность сельскохозяйственных машин с пьезокерамическими излучателями для снижения адгезии при работе на влажных почвогрунтах при отрицательной температуре в 1,2…1,4 раза больше [2], чем у машин, не оборудованных таким устройством, Экономический эффект от их внедрения обусловлен повышением производительности, поэтому целесообразно говорить о применения пьезокерамических излучателей для снижения адгезии почвогрунтов к рабочим органам сельскохозяйственных машин.

Список литературы

1. Science and Education [Text]: materials of the II international research and practice conference, Vol. I, Munich, December 18th-19th, 2012 / publishing office Vela VerlagWaldkraiburg - Munich - Germany, 2012 - 650 p.

2. Зеньков С.А. Методика расчета оборудования с акустическим воздействием для снижения адгезии грунтов к ковшам экскаваторов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2006. № 2-1 (26). С. 67-72.

3. Зеньков С.А., Товмасян Э.С. Математическая модель для определения параметров оборудования высокочастотного действия при проектировании ковшей экскаваторов // Современные проблемы теории машин. 2014. № 2. С. 41-44.

4. Зеньков С.А., Игнатьев К.А. Влияние ультразвукового воздействия на адгезию грунтов к рабочим органам землеройных машин. //Системы. Методы. Технологии. 2012. №2. С. 43-45

Аннотация

В данной статье рассматривается вопрос влияния вибротеплового воздействия от пьезокерамических излучателей на процесс налипания почвогрунтов к рабочим органам сельскохозяйственных машин. Проведена экспериментальная работа и получены значения функции отклика- времени отрыва почво грунта от влияния влажности и времени примерзания грунта. После обработки эксперимента были получены математические модели зависимостей, представлена графическая интерпретация вибротеплового воздействия от пьезокерамических излучателей и сделаны выводы о целесообразности применения пьезокерамических излучателей.

Ключевые слова: пьезокерамика, излучатель, адгезия, сельскохозяйственная машина, почвогрунт.

Размещено на Allbest.ru