книги из ГПНТБ / Механизация процессов добычи и переработки торфа

движения ножа. Верхняя часть стружки в начальном пе­ риоде рабочего цикла обладает повышенной прочностью и плотностью. Поэтому центр тяжести стружки находится ближе к ее верхней части. Кроме того, изогнутая сверху фор­ ма стружки способствует уменьшению площади контакта ее с передней гранью ножа и облегчает сбрасывание. Сбрасы­ вание стружки с ножа происходит при двух условиях:

1. Стружка по всей длине имеет примерно одинаковую прочность. Из-за обволакивания режущей кромки малораз-

Рис. 2. Схема стружкообразования

ложившимися волокнами в конечный период этапа стружко­ образования кинетическая энергия стружки гасится, и дви­ жение стружки по передней грани ножа прекращается. Однако под действием силы тяжести и центробежной силы происходит поворот стружки около режущей кромки до пол­ ного отделения стружки от режущего элемента.

2. Стружка в нижней части имеет ослабленное поперечное сечение.

Инерционных сил, возникших в процессе стружкообра­ зования, оказывается достаточно, чтобы оторвать основную массу стружки и обеспечить ее самостоятельное движение в воздухе. Оставшаяся часть торфа в зоне режущей кром­ ки не сбрасывается с режущего элемента.

Ввиду того что нож имеет форму пластины с углом в плане В= 0°, движение стружки рассматриваем как плоско­ параллельное. В течение второго этапа осуществляется дви­ жение стружки по передней грани ножа согласно рис. 2. Каждая торфяная частица участвует одновременно в двух видах движения: переносном — вместе с режущим элементом и относительном—по передней плоскости ножа. В течение этого процесса вследствие мгновенных сдвигов торфяных слоев происходит усадка стружки, т. е. уменьшение ее вы­ соты и соответственное увеличение толщины.

Как показывают измерения, коэффициент усадки струж­ ки в условиях эксперимента близок к двум. Относительная

10

скорость стружки также примерно в два раза меньше пере­ носной — скорости резания.

Абсолютная скорость стружки равна геометрической сум­ ме переносной и относительной скоростей (см. рис. 2).

На основании вышеизложенного можно сделать выводы: 1. Относительная скорость стружки в процессе стружкообразования меньше скорости резания и зависит от усадки

образующейся стружки.

В первом случае сбрасывания относительное . движение стружки является вращательным. Согласно измерениям, на отрезке времени, в течение которого стружка поворачивает­ ся вокруг режущей кромки до момента отделения от ножа, угловая скорость стружки практически равномерна.

2. Сбрасывание торфяной стружки происходит спустя не­ которое время после выхода режущего элемента из залежи и осуществляется либо поворотом стружки около режущей кромки, либо путем безостановочного соскальзывания с пе­ редней плоскости ножа.

переносной ипер скоростей. Следовательно, абсолютная ско­ рость будет больше, чем переносная, равная скорости реза­ ния ир. По расчетам, в первом варианте схода стружки с ножа иа=1,1ир, а во втором оа=1,05ир.

Канд. техн. наук В. С. ВОЛКОВ

О МАТРИЧНОЙ ФОРМЕ РАСЧЕТА РАМ ТОРФЯНЫХ МАШИН

Рамы торфяных машин, как известно, являются стати­ чески неопределимыми системами, расчет которых представ­ ляет собой трудоемкую инженерную задачу. При расчете рам методом сил для отыскания усилий в лишних связях ис­ пользуются уравнения совместности деформаций, причем применяют' обычно основную геометрически неизменяемую систему. В этом случае определение лишних неизвестных сво­ дится к решению системы линейных алгебраических уравнений:

( 1)

внутренних усилий в одноконтурной раме торфяной машины ЭСМ-8А достаточно решить систему из трех канонических уравнений. Эта же задача применительно к раме торфоубо­ рочного пневмокомбайна КПФ-6,4 оказывается пятнадцать раз статически неопределимой, и, следовательно, число кано­ нических уравнений в системе в этом случае равно пятнад­ цати [1].

При выборе оптимальной схемы рамы приходится рассчи­ тывать несколько вариантов ее нагружения. Увеличение числа контуров рамы и необходимость проверки ее на раз­ личные варианты нагружения делают расчет рамы весьма сложным из-за большого объема вычислительной работы.

Однако объем вычислений удается существенно сокра­ тить, если решение канонических уравнений выполнить в матричной форме. При этом важно отметить, что при ис­ пользовании матриц оказывается возможным рассчитывать рамы торфяных машин с помощью средств электронно-вы­ числительной техники.

В связи с этим рассмотрим основные понятия о матри­ цах, которые могут быть использованы при расчете рам торфяных машин [2].

Система уравнений (1) выражает собой линейное преоб­ разование неизвестных xh в величины А*. Система коэффици­ ентов составляет матрицу А из чисел

h i V 8 „ з • •

Заметим, что для матрицы А определитель D = D etA не­ равен нулю. Кроме того, учитываем, что побочные коэффи­ циенты с переставленными индекса-ми равны друг другу, т. е. обладают свойством взаимности:

(3 )

В матричной форме систему уравнений (1) можно записать так: [3]

(4)

12

где х — матрица — столбец неизвестных сил (усилий в лиш­

них связях);

—>

Д — матрица — столбец свободных членов (грузовых коэффициентов).

*1 Д1

д2

>

;Д =

хп К

Решение уравнения (4) в матричной форме записывают так:

В = А ~ 1 есть обратная матрица по отношению к матрице А. Задача решения уравнения (4) или системы уравнений (1) сводится, как видим, к определению обратной матрицы В. Выше уже отмечалось, что для рамы торфяной машины ЭСМ-8А система канонических уравнений имеет вид:

В качестве примера рассмотрим, как найти обратную матри­ цу для этой системы уравнений. Решение системы (7) можно представить в развернутой форме, содержащей так называе­ мые миноры Aik матрицы А:

13

Решение системы уравнений (7) 'можно записать в ма­ тричной форме (6), где

•^13 ^23 ^зз-

Итак, получить обратную матрицу В можно, вычислив определитель D матрицы А и миноры Аы по формуле (8). Эти вычисления легко выполняются на цифровых электрон­ но-вычислительных машинах.

После вычисления обратной матрицы В, согласно реше­ нию (6), чтобы установить значения лишних неизвестных, необходимо квадратную матрицу В умножить на столбцо­

вую матрицу А. Умножение квадратной матрицы из коэффи-

14

циентов 8т на столбцовую матрицу Д для трех неизвестных выполняется следующим образом:

Как видно, члены каждой строки квадратной матрицы умножаются последовательно на элементы столбцовой ма­ трицы. Матричная форма решения в виде (6) удобна тем, что для данной конструкции рамы раз и навсегда вычисляет­ ся влияние жесткостных факторов на величину матрицы А,

авлияние нагрузки отражается столбцовой матрицей.

Взаключение следует отметить, что использование ма­ тричного аппарата линейной алгебры при проектировании рам торфяных машин дает существенную экономию труда и облегчает программирование расчета рам на цифровых электронно-вычислительных машинах. Матричные соотноше­ ния между усилиями и перемещениями могут явиться на­

дежной основой для разработки алгоритма, позволяющего полностью автоматизировать расчет оптимальной схемы ра­ мы при создании новых, высокопроизводительных торфяных машин повышенной мощности.

В. А. ВОРЗОНИН, Л. О. ГОРЦАКАЛЯН

ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИИ

ИРАСХОДА ВОЗДУХА В ПНЕВМОСИСТЕМАХ ПРИ НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ

Самыми простыми и надежными приборами для измере­ ния низких давлений и расходов воздуха являются tZ-образ- ные манометры. Однако при исследовании неустановившихся режимов в пневмосистемах необходимо измерять и реги­ стрировать переменные во времени как давления, так и расходы, малые по своей абсолютной величине.

К таким приборам предъявляются дополнительные тре-

15

бования: безынерционность, надежность и непрерывная реги­ страция показаний.

Современное состояние исследований, направленных на усовершенствование измерений низких давлений и расходов, показывает, что при разработке таких приборов главное внимание уделяется вопросам синтеза электрических схем и их обоснованию [1]. Конструкция датчиков принимается обычно готовой или выбирается с учетом лишь некоторых частных характеристик. Наиболее совершенные типы мано­ метров выполнены по принципу емкостного датчика. Давле­ нием деформируется мембрана, которая приближается к на­ ходящемуся под током электроду конденсатора. С измене­ нием расстояния между мембраной и электродом конденса­ тора изменяется емкость, а с ней и частота генератора, ко­ торая затем преобразуется в напряжение, подаваемое на вход регистрирующего прибора. Приборы этого типа приме­ няются в основном для измерения давления в двигателях внутреннего сгорания. Пьезоэлектрические датчики способ­ ны измерять только кратковременные импульсы давления и не пригодны для измерения сравнительно медленно изменяю­ щихся процессов в пневмосистемах, которые имеют продол­ жительность 0,1—0,5 с. Осциллограммы таких процессов при измерении пьезоэлектрическими датчиками получаются ис­ каженными. Индуктивный датчик, преобразующий прогиб мембраны в изменение индуктивности, требует прибора, пред­ назначенного специально для измерения с использованием явления индуктивности и имеет небольшую чувствительность (до десятых долей кгс/см2) .

Применяемые для измерения в газовых потоках электро­ термоанемометры вносят существенные искажения в показа­ ния приборов из-за значительной нелинейности градуировоч­ ных характеристик. Градуировку датчиков необходимо про­ изводить на специальных стендах (в аэродинамической тру­ бе). Кроме того, надежность этих датчиков при большом ко­ личестве измерений низкая (вольфрамовая нить датчика часто перегорает, что приводит к необходимости новой гра­ дуировки после наварки нитей).

Всвязи с серийным выпуском отечественной промышлен­ ностью проволочных, фольговых и полупроводниковых тензорезисторов и их широким распространением появилась возможность создания на их основе различных датчиков и приборов, в том числе и манометров.

Вэтом отношении представляет интерес датчик для из­ мерения давления и расхода воды [2]. Но в пневмоустанов­ ках дазления бывают значительно ниже, поэтому в виде

малой чувствительности, его применение ограничено.

В лаборатории «Торфяные машины и комплексы» Кали­ нинского ордена Трудового Красного Знамени политехниче-

1-6

ского института был сконструирован и испытан на пневмотранопортной установке мембранный тензометрический дат­ чик, который использовался для измерения малых расходов воздуха (0,05—0,8 м3/с). Особенностью конструкции датчика является применение в качестве мембраны винипластовой каландрированной пленки, эластичные и упругие свойства ко­ торой полностью отвечают поставленным требованиям. На мембрану с обеих сторон наклеено по два соединенных в полумостовую схему проволочных тензорезистора, которые включаются в общую схему измерения. Для этих целей ис­ пользовался один из каналов стандартного тензометрическо­ го усилителя 8 АНЧ-7А.

Датчик работал в комплекте со стандартным сужающим устройством (труба Вентури). С изменением расхода возду­ ха в пневмосистеме изменялся перепад давлений в местах присоединения резиновых шлангов к сужающему устройству, а получаемый на выходе датчика сигнал пропорционален расходу воздуха.

Как было отмечено выше, в пневмосистемах, оборудован­ ных вентиляторами, давление бывает небольшим, поэтому в таких случаях воздух можно рассматривать как несжимае­ мую жидкость с соответствующим применением уравнений гидродинамики.

Тогда уравнение Бернулли относительно горизонтальной оси мембранного тензометрического датчика расхода запи­ шется:

РР

Результирующее давление, действующее на мембрану, определяется

Откуда массовый расход воздуха:

Путем подбора диаметра и толщины мембраны можно получить связь между перепадом давления и выходным то­ ком электрической части в виде

диапазона изменения перепада давления, опреде­ ляемая параметрами тензорезисторов и мембраны.

Так как коэффициенты k\ и к2— величины постоянные для данной конструкции датчика и сужающего устройства, то и коэффициент k остается неизменным.

На рис. 1 представлена тарировочная кривая датчика, которая имеет почти линейную шкалу в достаточно большом диапазоне изменения перепада давлений.

На рис. 2 дан образец осциллограммы с записью расхода воздуха.

18