Расчет и анализ приводных характеристик навозоуборочного транспортера

1. Понятие о рациональном электроприводе и условиях выбора

   В сельском хозяйстве используется большое  количество рабочих машин с электроприводом. В связи с этим для каждой машины необходимо создать рациональный электропривод, который обеспечивал бы высокую  производительность машинного устройства и высокое качество продукции.

   Наименьшие  капитальные затраты на устройство электропривода и эксплуатационные расходы на единицу продукции (автоматизированный сокращает расходы на обслуживающей персонал), текущей и капитальный ремонты, расход энергии, то есть на наименьшую себестоимость единицы продукции электропривода содержаться в приводных характеристиках рабочей машины: технологической, кинематической, инерционной, нагрузочной и энергетической [1].   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2 Расчет и анализ приводных характеристик навозоуборочного

  транспортера  

1.2.1 Технологическая характеристика

     Скребковый  навозоуборочный транспортер установлен в двухрядном коровнике и убирает  навоз от 100 коров. Он состоит из горизонтальной и наклонной части с раздельным приводом. Цепь горизонтального транспортера длиной 120 м движется по каналу и перемещает скребками навоз в сторону наклонного транспортера. С длиной цепи 10 м. Наклонный транспортер подает навоз в транспортную тележку. Период уборки заканчивается после того, как цепь горизонтального транспортера совершит 1,05 оборота, и скребки очистятся от навоза. Электропривод горизонтального и наклонного транспортера установлен в месте разгрузки. Сначала включается наклонный транспортер, затем горизонтальный. Отключение осуществляется в обратном порядке.

      Перед началом уборки навоз сбрасывается в канал и практически весь находится в канале. В качестве подстилки применяется резаная  солома, навоз убирается три раза в сутки. Наклонный транспортер  установлен под углом 20⁰.

       Анализ технологической схемы позволяет сделать следующие выводы:

1. транспортер работает в помещении с агрессивной и влажной средой;
2. электропривод нужен нерегулируемый;
3. горизонтальный транспортер работает с переменной нагрузкой, наклонный, после заполнения желоба навозом – с постоянной;
4. для привода транспортеров необходимо использовать асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и химовлагостойкой изоляцией.

 
 
 
 
 
 
 

1.2.2 Кинематическая характеристика

     Кинематическая  характеристика показывает последовательность передачи движения от двигателя к рабочим органам машины и изображается в виде схемы, она дает сведения о характере движения (вращательное, сложное или поступательное), величине передаточных отношений, угловой и линейной скорости, позволяет рассчитать траектории движения и возникающие ускорения движущихся масс машины. Кинематическая характеристика позволяет выявить наличие зазоров и оценить их влияние на изменение момента сопротивления и инерции при пуске. Используя передаточные отношения, определяют приведенный момент сопротивления и инерции.

     Кинематическая  характеристика транспортера заключается  в следующем 

(рисунок 1 и рисунок 2). Ведущая звездочка горизонтального транспортера получает движение от электродвигателя с помощью редуктора и ременной передачи, а наклонный с использованием только редуктора. Скорость движения цепи горизонтального транспортера 0,19 м/с, наклонного 0,72 м/с, шаг цепи горизонтального транспортера и наклонного транспортера 0,12 м. Число зубьев звездочки горизонтального транспортера 13, наклонного 6. Зацепление звездочки горизонтального транспортера осуществляется чрез зуб. Шаг скребков горизонтального транспортера 1,12 м, наклонного – 0,65 м. Усредненная масса одного метра цепи со скребками 6 кг.

      Анализ кинематической схемы показывает, что рабочие органы совершают поступательное движение. В схеме присутствуют зазоры, упругие элементы, и ее можно представить виде многомассового звена (рисунок 3 и рисунок 4). Зазоры и упругие элементы оказывают существенное влияние на изменение момента сопротивления и инерции в период трогания транспортера.

1– электродвигатель;

2, 3 – многоручьевые  шкивы; 

4 – ремни; 5 –  редуктор;

6 – приводная  звездочка.

     Рисунок 1 – Кинематическая схема горизонтального транспортера 

1 – электродвигатель;

2 – соединительная  муфта; 

3 – редуктор;

4 – приводная  звездочка.

     Рисунок 2 – Кинематическая схема наклонного транспортера 

      Учитывая  небольшую частоту вращения приводных  звездочек, выбираем для горизонтального транспортера электродвигатель с синхронной частотой вращения 1000 об/мин, для наклонного транспортера – 1500 об/мин.

      Для определения передаточного отношения  ременной передачи и редуктора определим  угловую скорость ведущих звездочек. 

Для горизонтального  транспортера:

  (1)

      Где: V_ЦГ – скорость цепи горизонтального транспортера, м/с; V_ЦГ = 0,19 м/с;

            t – шаг цепи транспортера, м; t = 0,12 м;

            z_Г – число зубьев ведущей звездочки, участвующих в зацеплении.

Для наклонного транспортера:

  (2)

      Где: V_ЦН – скорость цепи наклонного транспортера, м/с; V_ЦН = 0,72 м/с;

            z_Н – число зубьев ведущей звездочки; z_Н = 6.

Общее передаточное число для горизонтального транспортера:

     

    (3)

      Где: ω_ДГ – синхронная угловая скорость двигателя горизонтального транспортера, рад/с.

  (4)

Передаточное  число редуктора наклонного транспортера:

     

    (5)

     Где: ω_ДН – синхронная угловая скорость двигателя наклонного транспортера, рад/с.

  (6) 

      Учитывая, что машин с длинным тяговым  или рабочим органом не рекомендуются  червячные редукторы, выбираем для  горизонтального и наклонного транспортеров  цилиндрические редукторы. Их окончательный выбор будет осуществлен после подсчета передаваемой мощности на быстроходном и тихоходном валу.

     Рисунок 3 – Кинематическая схема навозоуборочного транспортера, представленная виде многомассового звена при включенном двигатели

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Рисунок 4 – Кинематическая схема навозоуборочного транспортера, представленная виде многомассового звена при выключенном двигатели 

1.2.3 Механическая характеристика 

      Механическая  характеристика представляет собой  зависимость момента сопротивления или усилия от скорости рабочей машины. Она необходима для анализа переходных процессов, определения возможности пуска и устойчивой работы электропривода, построения нагрузочной диаграммы привода при пуске и обоснования способа регулирования скорости приводного двигателя.

      Механическая  характеристика описывается выражением [3]:

     

    (7)

Где: М_со – момент сопротивления, не зависящий от скорости, Н∙м;

М_сн – момент сопротивления при нормальной скорости, Н∙м;

ω,ω_н – соответственно текущее и номинальное значение скорости;

х – показатель степени, характеризующей зависимость  М_с от ω.

      Для скребковых транспортеров значение х рекомендуется принимать равным нулю.

      Тогда для навозоуборочных транспортеров М_с=М_сн, момент трогания М_тр рекомендуется принимать равным (1,1…1,2)М_сн.

      Значение  М_с определим исходя из анализа действующих усилий F_с при движении транспортера:

          (8)

     Где: η – КПД передачи.

      Для горизонтального транспортера:

Максимальное  усилие сопротивления в начале сборки, Н:

   (9)

Где: F_хх – усилие сопротивления перемещения цепи на холостом ходу, Н;

      F_нав – усилие перемещения навоза, Н.

  (10) 

Где: m_уд – масса одного метра цепи со скребками, кг/м; m_уд=6 кг/м;

      L_цг – длина цепи горизонтального транспортера, м; L_цг=120 м;

      F_цк – коэффициент трения цепи о дно и стенку канала; F_цк=0,5.

     (11)

Где: F₁ – усилие сопротивления от трения навоза о дно и стенки канала, Н;

F₂ – усилие сопротивления от заклинивания навоза между скребками, перемещающими навоз, и стенкой канала, Н.

     (12)

Где: f_н – коэффициент трения навоза о дно и стенки навозного канала; f_н=0,96;

      m_нг – количество навоза, приходящихся на одну уборку, кг. 

     

   (13)

Где: n_ж – количество животных; n_ж=100 шт;

      q_н – суточный выход навоза от одного животного, кг; q_н=30кг [4];

      q_п – количество подстилки, приходящиеся на одно животное, кг; q_п=3 кг;

      n_уб – число уборок навоза в сутки; n_уб=3. 

     

    (14)

Где: F₃ – усилие от заклинивания навоза приходящееся на один скребок, Н; F₃=15 Н;

      n_ск – количество скребков, перемещающих навоз, на горизонтальном транспортере в начале уборки.

                              

     (15)

Где: n_г – шаг скребков горизонтального транспортера, м; n_г=1,12 м. 
 

      Момент  сопротивления при перемещении  горизонтального транспортера на холостом ходу:

                  

    (16)

      Максимальный  момент сопротивления в начале уборки:

      

    (17)

      Усилие  при движении наклонного транспортера с навозом:

                  

    (18)

Где: F_хн – усилие от трения при перемещении транспортера на холостом ходу, Н;

      F_нн – усилие от трения связанное с перемещением навоза, Н.

      

 (19)

Где: α – угол установки наклонного транспортера; α=20⁰;

      L_цн – длина цепи наклонного транспортера, м; L_цн=10 м;

      f_цж – коэффициент трения цепи о желоб.

                  

    (20)

      Где: F_1н – усилие сопротивления от трения навоза о дно и стенки желоба, Н;

            F_2н – усилие, связанное с подъемом навоза по наклонной части, Н;

            F_3н – усилие, вызываемое заклиниванием навоза между скребками и желобом , Н.

  (21)

      Где: m_нн – масса навоза, находящегося на наклонном транспортере, кг;

            f_нж – коэффициент трения навоза о желоб; f_нж=0,9. 

                              

   (22)