Совершенствование решетного стана зерноочистительной машины

Во введении обоснована актуальность темы, приведена степень ее разра-
ботанности, определены объект и предмет исследования, сформулированы цель
и задачи исследований, научная новизна, изложены теоретическая и практиче-
ская значимость работы, методология и методы исследований, положения, вы-
носимые на защиту, степень достоверности и апробация результатов, отражены
личный вклад соискателя, количество публикаций соискателя по теме диссер-
тации, структура и объем диссертационной работы.
В разделе 1 «Обзор исследований и разработок по совершенствова-
нию зерноочистительных машин» представлен анализ конструкций и рабо-
чих процессов зерноочистительных машин, на основе которого определено
влияние колебаний и уравновешивающих элементов на работу зерноочисти-
тельных машин и установлены пути их совершенствования, выявлены влияние
вибрации несущей конструкции машины на протекание технологического про-
цесса и пути ее устранения.
Неуравновешенность движущихся частей зерноочистительных машин,
недостаточная жесткость элементов рамной конструкции вызывают вибропе-
ремещения рам таких машин, в несколько раз превышающие установленные
нормативные значения. Колебания рамы зерноочистительной машины увели-
чивают фактическую амплитуду колебаний ситовых корпусов до 40 % в срав-
нении с номинальной и существенно снижают качество сепарирования, а также
приводят к повышенному износу механизмов.
Существующие методики расчета рамных конструкций не учитывают
всех особенностей зерноочистительных машин, как машин с преднамеренно
возбужденной вибрацией для осуществления технологического процесса.
Для повышения надежности зерноочистительных машин и их вибрацион-
ной безопасности, улучшения качества сепарирования необходимо снижение
вибрационных перемещений несущих конструкций. Улучшение вибрационных
характеристик зерноочистительных машин возможно за счет совершенствова-
ния устройств подвеса решетных станов.
Для установления на стадии проектирования оптимальных параметров и
режимов работы зерноочистительных машин с учетом ограничений по вибро-
характеристикам при минимальной массе конструкции требуется разработка
комплексной математической модели рабочего процесса таких конструкций.
Сложность задачи заключается в том, что применение различных дополнитель-
ных устройств для снижения вибрации, а также повышение жесткости кон-
струкции за счет дополнительных элементов приводит к увеличению массы са-
мой машины.
Выполненный обзор позволил оценить степень разработанности темы и
сформулировать цель и задачи исследования.
В разделе 2 «Теоретические исследования вибрационных показателей
решетных станов зерноочистительных машин» рассмотрены причины воз-
никновения вибрации зерноочистительных машин, обусловленные колебания-
ми решетных станов, которые характеризуются кинематическими и силовыми
параметрами. Сепарационный решетный стан, подвешенный на двух парах
упругих плоских подвесок, совершает колебания за счет поворота эксцентрика
радиуса R на угол α = kt (k – угловая скорость вращения, с–1, t – время, с). При
этом он совершает поступательное движение по дуге окружности радиуса, рав-
ного длине подвесок L. Получены уравнения, связывающие перемещения ре-
шетного стана с углом поворота эксцентрика:

() () =S ;
S − ( h − R ) + R sin α − x + R cosα − h − L + L2 − x 2
(1)
() + ( R cosα − h − y ) = S .
S − ( h − R ) + R sin α − L − ( L − y )
222222

где S – длина шатуна, м; h – расстояние по вертикали от центра эксцентрика до
начала системы координат, м; x – горизонтальное перемещение решетного ста-
на, м; y – вертикальное перемещение решетного стана, м.
Аналитическое представление решений данных уравнений очень гро-
моздкое, что в частности затрудняет их дифференцирование для нахождения
скоростей и ускорений решетного стана. Решение уравнений осуществлялось
численным методом в среде Maple, для чего была написана соответствующая
программа. При этом учитывается, что угол поворота эксцентрика является
функцией времени. Затем производится полиномная аппроксимация численно-
го решения относительно времени. Полученные полиномы x(t) и y ( t ) при сле-
дующих значениях параметров: L = 0,7 м, S = 0,6 м, h = 0,065 м, R = 0,03 м,
k = 35 с-1 легко дифференцируется, что позволяет найти функции скоростей
vx ( t ) , v y ( t ) и ускорений ax ( t ) , ay ( t ) .
x ( t ) = 1,05t + 1,16t 2 − 216t 3 + 65,3t 4 + 0,228 ⋅105 t 5 − 0,348 ⋅106 t 6 +
+ 0,396 ⋅107 t 7 − 0,266 ⋅108 t 8 + 0,918 ⋅108 t 9 − 0,133 ⋅109 t10 +(2)
+ 0,468 ⋅107 t11 + 0,835 ⋅108 t12 + 0,687 ⋅108 t13.
y ( t ) = −0,558 ⋅ 10−5 t + 0,79t 2 + 1,73t 3 − 336t 4 + 254t 5 + 0,751 ⋅105 t 6 −
− 0,145 ⋅107 t 7 + 0,258 ⋅108 t 8 − 0,377 ⋅ 109 t 9 + 0,261 ⋅ 1010 t10 −(3)
− 0,114 ⋅1011 t11 + 0,264 ⋅ 1011 t12 − 0,253 ⋅1011 t13 .
Для перехода к функции угла поворота эксцентрика используется зави-
симость t = πα / 180k . Графики зависимостей величин ускорений ax ( t ) и a y ( t )
от угла поворота эксцентрика представлены на рисунке 1.
а)б)
Рисунок 1 – Зависимости величин горизонтальных (a) и вертикальных (б)
ускорений решетного стана от угла поворота эксцентрика

Как видно из приведенных графиков (рисунок 1) особенно велики гори-
зонтальные ускорения. Их максимальное и минимальное значения составляют
соответственно 38,6 и –35,3 м/с2. Очевидно, что они создают большие силы
инерции, вызывающие биения решетных станов. В силу того, что линия дей-
ствия шатуна привода не проходит через центр масс решетного стана, то возни-
кающие при работе моменты вызывают и значительные вертикальные биения.
Отметим, что при изменении некоторых геометрических параметров привода
эти ускорения значительно изменяются. При изменении S и h максимальное по
модулю горизонтальное ускорение практически не меняется. При увеличении h
максимальное по модулю вертикальное ускорение увеличивается. Так при h =
0,065 м оно равно 1,54 м/с2 , при h = 0,1 м оно равно 1,7 м/с2 , а при h = 0,15 м
оно равно 2 м/с2. При уменьшении значения радиуса эксцентрика R макси-
мальное по модулю горизонтальное ускорение уменьшается. Так при R = 0,03
м максимальное по модулю горизонтальное ускорение равно 38,6 м/с2, а при
R = 0,02 оно равно 25,3 м/с2. При увеличении угловой скорости вращения экс-
центрика k как горизонтальное, так и вертикальное ускорение увеличиваются.
На основе принципа Даламбера записаны уравнения равновесия решетно-
го стана с учетом сил инерции. Получены решения данных уравнений:
 h1 ( 2 Fup − Fx ) + b ( G − Fy ) cos β cos γ + b ( Fup − Fx ) sin β cos γ
N1 = +
2b cos γ ( cos β cos γ − sin β sin γ )
(4)
2h1 ( G − Fy ) cos β sin γ − h1Fx sin β sin γ
+;
2b cos γ ( cos β cos γ − sin β sin γ )
 h1 ( 2 Fup − Fx ) + b ( Fy − G )  cos β cos γ + b ( Fx − Fup ) sin β cos γ
N2 = − −
2b cos γ ( cos β cos γ − sin β sin γ )
(5)
2h1 ( G − Fy ) cos β sin γ − h1Fx sin β sin γ
−,
2b cos γ ( cos β cos γ − sin β sin γ )
где N 1 , N 2 – реакции двух пар стержней подвески, Н; Fup – суммарная сила
упругости на изгиб четырех стержней, Н; Fx = ma x и Fy = ma y – соответственно
горизонтальная и вертикальная силы инерции, Н; m – масса решетного стана,
кг; b – расстояние от стержней до центра масс стана, м; G = mg – вес стана, Н;
g – ускорение свободного падения, м/с2; β – угол наклона шатуна
( sin β = ( h + y − R cos α ) / S ); γ – угол отклонения стержня подвески от вертика-
ли ( sin γ = x / L ); h1 – половина высоты стана, м.
Боковую силу Fбок определим по формуле

Fбок = T cos β =
(F
upcos γ − Fx cos γ − Fy sin γ + G sin γ ) cos β
,(6)
cos β cos γ − sin β sin γ
где T – сила реакции шатуна, Н.
По причине жесткого закрепления стержней подвески к стану и корпусу
установки при их изгибе возникает переменная горизонтальная сила упругости,
определяемая по известной формуле
3EIx ( t )
Fup ( t ) = −,(7)
L3
где E – модуль упругости материала стержня, для стали E = 2,1· 1011 Па; I –
момент инерции сечения стержня, м4.
При фиксированной высоте сечения плоских стержней подвески b = 0,05
м увеличение ширины сечения a ведет к росту силы упругости, направление
которой противоположно боковой силе инерции, что уменьшает суммарную
боковую силу, и как следствие горизонтальные и вертикальные силы реакций.
В результате проведенных расчетов установлено, что при a = 0,016 м боковые
силы имеют наименьшее по модулю значение, которое примерно в шесть раз
меньше этих сил в случае неупругой подвески. На рисунке 2 представлена за-
висимость боковой силы от угла поворота эксцентрика при a = 0,016 м. Сум-
марная сила в подвеске N1 + N 2 колеблется от –110 Н до 200 Н, что показывает
график, приведенный на рисунке 3.

Рисунок 2 – Зависимость боковойРисунок 3 – Зависимость суммарной
силы от угла поворота эксцентрикасилы реакции в стержнях подвески
при a = 0,016 мот угла поворота эксцентрика
при a = 0,016 м
Таким образом, при правильном выборе геометрии плоских стержней
можно значительно снизить как горизонтальные, так и вертикальные биения
сепарационных решетных станов.
Предложена конструкция решетного стана, отличающаяся его закрепле-
нием на пневмоподушке (патент на полезную модель № 189555). Установка
решетного стана на пневмоподушку позволяет гасить вредные вибрации, сни-
жая их воздействие на раму машины, а также уменьшить массу конструкции
зерноочистительной машины и упростить процесс регулирования высоты уста-
новки решетного стана.
В случае установки решетного стана на пневмоподушке вертикальными
перемещениями можно пренебречь. Получена зависимость для определения го-
ризонтального перемещения решетного стана X ( t ) при его установке на пнев-
моподушке
X ( t ) = R sin kt + L − R 2 sin 2 kt + L2 − 2 HR + 2 HR cos kt ,(8)
где L – расстояние по горизонтали от эксцентрика до узла крепления шатуна к
стану, м; Н – расстояние по вертикали от эксцентрика до узла крепления шату-
на к стану, м.
Дифференцирование функции горизонтального перемещения X ( t ) поз-
волило получить функции скорости и ускорения решетного стана. Расчеты,
проведенные в среде Maple при значениях параметров: H = 0,2 м, L = 0,3 м, R =
0,025 м, k = 30 с–1, позволили построить графики зависимостей скорости и
ускорения решетного стана в горизонтальном направлении от угла поворота
эксцентрика (рисунки 4 и 5). Максимальная по модулю скорость в этом случае
равна 0,87 м/с, а максимальное по модулю ускорение – 28,8 м/с2.

Рисунок 4 – Зависимость скоростиРисунок 5 – Зависимость ускорения
решетного стана от угла поворотарешетного стана от угла поворота
эксцентрикаэксцентрика

В силу жесткого закрепления пневмоподушки к стану и корпусу машины
при ее изгибе возникает переменная горизонтальная сила упругости, определя-
емая по известной формуле
3EIX ( t )
Fупр ( t ) = −,(9)
S3
где Е – модуль упругости материала пневмоподушки, Па; I – момент инерции
пневмоподушки, м4; S – высота пневмоподушки, м.
При изменении давления воздуха в пневмоподушке значения параметров,
входящих в формулу (9), могут значительно изменяться в связи с чем, предпо-
лагая линейность зависимости силы упругости от горизонтального перемеще-
ния, будем определять ее из соотношения
Fупр ( t ) = − KX ( t ) ,(10)
где К – размерный коэффициент пропорциональности, определяемый экспери-
ментально, Н/м.
Так как функция X ( t ) установлена – формула (8), то можно получить за-
висимость, определяющую силу упругости
(
Fупр ( t ) = − K R sin kt + L − R 2 sin 2 kt + L2 − 2 HR + 2 HR cos kt .(11) )
Горизонтальная сила инерции Fин определяется по формуле
m  Rk sin kt ( R cos kt − H ) 
Fин = mRk sin kt −
1,5
+
 R 2 sin 2 kt + L2 − 2 HR + 2 HR cos kt (12)
R 2 k 2 cos 2kt − HRk 2 cos kt
+m.
R 2 sin 2 kt + L2 − 2 HR + 2 HR cos kt
Горизонтальная и вертикальная составляющие силы реакции стана T:
Tx = Fупр − Fин ; T y = ( Fупр − Fин ) ctg γ ,(13)
где γ – угол между вектором силы реакции T (шатуном) и осью ординат.
На рисунке 6 представлены графики зависимостей составляющих силы
реакции при указанных ранее геометрических параметрах установки и K = 4000
Н/м.

а)б)
Рисунок 6 – Зависимости горизонтальной (а) и вертикальной (б)
составляющих силы реакции решетного стана от угла поворота эксцентрика

При уменьшении величины Н, характеризующей вертикальное положе-
ние эксцентрика относительно решетного стана, максимальные горизонтальные
и вертикальные составляющие силы реакции снижаются. Так при фиксирован-
ной величине L, характеризующей горизонтальное положение эксцентрика от-
носительно решетного стана, L = 0,3 м и H = 0,2 м: Tx = 175 Н, Ty = 120 Н, а при
H = 0 м: Tx = 92 Н, Ty = 3,5 Н, что рекомендует в зависимости от конструктив-
ных возможностей уменьшить параметр Н. При увеличении величины L макси-
мальные горизонтальные и вертикальные составляющие силы реакции умень-
шаются. Так при фиксированной величине H = 0,2 м и L = 0,3 м: Tx = 180 Н,
Ty = 120 Н, а при L = 0,5 м: Tx = 135 Н, Ty = 52 Н, что рекомендует в зависимости
от конструктивных возможностей увеличить параметр L. Отметим, что при
H = 0 значение параметра L практически не влияет на изменение горизонталь-
ных и вертикальных составляющих сил реакции установки. Также следует от-
метить, что интенсивность биений корпуса установок определяется не величи-
нами реактивных сил, а их изменениями, равными производным от этих сил. На
рисунке 7 показаны зависимости горизонтальных и вертикальных биений уста-
новки от угла поворота эксцентрика. Уменьшение параметра Н значительно
уменьшает величины горизонтальных и вертикальных биений установки.

а)б)
Рисунок 7 – Зависимости величин горизонтальных (а) и вертикальных (б)
биений установки от угла поворота эксцентрика

В разделе 3 «Программа и методика экспериментальных исследова-
ний» представлены программа экспериментальных исследований, описание
экспериментальной установки, методики проведения исследований и обработки
результатов.
Программа экспериментальных исследований включала определение: по-
казателей очистки зернового вороха решетными станами на упругой плоской
подвеске, и установленного на пневмоподушке, для оценки эффективности реа-
лизации технологического процесса очистки зернового вороха; вибрации в раз-
личных точках несущей рамной конструкции решетных станов на упругой
плоской подвеске, и установленного на пневмоподушке, при установившемся
режиме работы для оценки эффективности гашения вибрации; влияния вида
подвески решетного стана на шум зерноочистительной машины; размерного
коэффициента пропорциональности К в зависимости (10) для подтверждения
линейности зависимости силы упругости от горизонтального перемещения ре-
шетного стана, установленного на пневмоподушке.
Исследования проводили в лабораторных условиях на усовершенство-
ванной экспериментальной установке, которая моделирует работу зерноочисти-
тельной машины фракционной очистки типа ОЗФ-80. При исследованиях ис-
пользовали два решетных стана: базовый – решетный стан подвешен на двух
парах упругих плоских подвесок; усовершенствованный – решетный стан уста-
новлен на пневмоподушке. Экспериментальные исследования выполнены с ис-
пользованием апробированных методик (ГОСТ 12036-85; ГОСТ 30483-97;
ГОСТ 31319 -2006; ГОСТ ISO 9612-2016) и сертифицированных приборов
(виброметр AS63B; шумомер «Октава-110А»), а также с применением разрабо-
танного устройства вибродиагностики на основе Bluetooth-модуля предназна-
ченного для передачи данных от вибродатчика, оно характеризуется мно-
гофункциональностью и помехоустойчивостью. Его отличительной особенно-
стью является использование в качестве принимающего устройства смартфона
или планшета на операционной системе Android, для чего была написана спе-
циальная программа, на которую получено свидетельство о государственной
регистрации программы для ЭВМ № 2018660711.
В разделе 4 «Результаты экспериментальных исследований» пред-
ставлен состав вороха озимой пшеницы сорта «Московская 39» использован-
ный при проведении исследований; приведены результаты определения влия-
ния вида подвески решетного стана на эффективность очистки зернового воро-
ха, величины подачи зернового вороха на эффективность его очистки; оценки
уровня вибрации при различных видах подвески решетного стана и режимах
его работы; оценки влияния вида подвески решетного стана и режимов его ра-
боты на уровень шума; определения размерного коэффициента пропорцио-
нальности, связывающего силу упругости с горизонтальным перемещением
решетного стана, закрепленного на пневмоподушке.
Эффективность работы предлагаемой конструкции решетного стана была
проверена опытным путем в лаборатории кафедры сельскохозяйственных ма-
шин, тракторов и автомобилей ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ. При проведении
опытов определяли массу зерна сошедшего с решета, массу зерна, прошедшего
через решето, и выразили через коэффициент сепарации µ. Результаты пред-
ставлены на рисунке 8.
Экспериментально установлено, что конструкция крепления решетного
стана к раме зерноочистительной машины в виде пневмоподушки дает лучшие
показатели сепарирования зерновой смеси. С увеличением частоты колебаний
решетного стана с 300 мин.-1 до 450 мин.-1 эффективность использования пнев-
моподушки увеличивается от 3,3 до 17,8 % при амплитуде 16 мм и от 5,5 до
14,3 % при амплитуде 28 мм в сравнении с решетным станом, подвешенным на
плоских упругих подвесках. Объяснить такое различие по коэффициенту сепа-
рации можно снижением уровня вредной вибрации за счет гашения колебаний
пневмоподушкой.
Для рассмотрения возможности практического внедрения предлагаемой
конструкции были проведены опыты по определению степени влияния количе-
ства подаваемого зернового вороха на решето при различных режимах работы
зерноочистительной машины на эффективность процесса сепарации. Результа-
ты представлены в таблице 1.
Из таблицы 1 видно, что использование предлагаемого варианта крепле-
ния решетного стана на пневмоподушке позволяет увеличить эффективность
сепарации по сравнению с базовым вариантом при амплитуде 16 мм на 1…10 %
при частоте 350 мин.-1, на 3…18 % при 400 мин.-1 и на 3…20 % при 450 мин.-1.
При амплитуде 28 мм увеличение происходит на 0,3…14 % при 350 мин.-1, на
3…19 % при 400 мин.-1 и на 1,6…13 % при 450 мин.-1. Наибольший эффект от
использования заявленного технического решения в сравнении с базовым вари-
антом подвески решетного стана наблюдается при высоких частоте и амплиту-
де колебаний, а также при увеличении подачи зернового вороха на поверхность
решета.

1 – базовая схема подвески;
2 – установка решетного стана на пневмоподушку
Рисунок 8 – Графики зависимости коэффициента сепарации
от частоты привода решетного стана (амплитуда колебаний 28 мм)

Таблица 1 – Влияние подачи на процесс сепарации
Частота, мин.-1350400450
Амплитуда, мм162816281628
-1
Подача, т/чКоэффициент сепарации, м
Базовый вариант
7,50,1850,2570,2020,264 0,2360,298
11,70,1760,1980,2010,232 0,2240,266
150,1680,1740,1750,187 0,1940,202
20,70,1530,1680,1670,180 0,1780,199
24,50,1480,1570,1600,172 0,1630,192
300,1430,1520,1540,168 0,1610,186
Предлагаемый вариант
7,50,1870,2580,2090,272 0,2440,303
11,70,1840,2010,2040,241 0,2390,282
150,1750,1880,1980,219 0,2110,241
20,70,1710,1810,1910,209 0,2040,223
24,50,1630,1760,1880,204 0,1990,218
300,1580,1740,1820,200 0,1940,211
В ходе исследований замеряли вибрацию непосредственно на раме экспе-
риментальной установки. Результаты исследований представлены на рисунке 9.

1 – базовая схема подвески;
2 – установка решетного стана на пневмоподушке
Рисунок 9 – Графики зависимости уровня общей вибрации от частоты
колебаний привода решетного стана при различных видах подвески
решетного стана (при амплитуде колебаний 28 мм)

Анализ представленных данных (рисунок 9) показывает, что характер из-
менения уровня вибрации при базовой компоновке решетного стана имеет па-
раболическую зависимость. Это объясняется тем, что при малой частоте коле-
баний решетного стана (300 мин.–1) люфты в сочленениях решетного стана и в
целом по машине, а также знакопеременные нагрузки и значительные инерци-
онные силы от колебаний зернового материала, находящегося на решете и не-
равномерно распределенного по нему, приводят к возникновению значитель-
ных вибраций, при увеличении частоты колебаний решетного стана до 400
мин.–1 происходит самобалансирование (самоуравновешивание) стана и обраба-
тываемого вороха, при дальнейшем увеличении частоты колебаний происходит
разбалансирование системы за счет увеличения интенсивности изменения зна-
копеременных нагрузок.
При установке решетного стана на пневмоподушке зависимость уровня
вибрации от частоты колебаний привода решетного стана прямолинейная. Та-
ким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет
снизить уровень вибрации на 2,5…44,3 % в зависимости от режимных парамет-
ров. Наибольшее расхождение показателей уровня вибрации наблюдаются при
частоте в 300 мин.-1 и амплитуде 28 мм – 44,3 %, а наименьшая разница при 400
мин.-1 и амплитуде 16 мм – 2,5 %. Данный факт можно объяснить тем, что ре-
шетный стан, установленный на пневмоподушке, не входит в резонансное дви-
жение с рамой машины и возникающие знакопеременные нагрузки гасятся за
счет упругости воздуха в пневмоподушке.
Эффект в шумовом плане достигается за счет снижения общей вибрации
машины. Так как вибрация и шум имеют волновую природу, то сокращение
вибрации неминуемо приведет к снижению и звуковых колебаний. Достовер-
ность этой информации подтверждена в ходе экспериментальных исследова-
ний. Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунке
10.

1 – базовая конструкция; 2 – усовершенствованная конструкция
Рисунок 10 – Графики зависимости уровня шума от частоты колебаний
решетного стана при амплитуде 28 мм

Из анализа графиков рисунка 10 следует, что только предлагаемая уста-
новка решетного стана на пневмоподушке позволяет не превышать предельно
допустимый уровень (ПДУ) шума в 85 дБА на всех режимах работы с частотой
колебания менее 470 мин. -1. При снижении амплитуды колебаний решетного
стана до 16 мм уровень шума на всех частотах снижается.
В разделе 5 «Экономическая оценка эффективности усовершенство-
вания решетного стана зерноочистительной машины» установлены условия
труда операторов для базовой и усовершенствованной зерноочистительных
машин, они составили соответственно 5 и 1 баллов. В результате размер допла-
ты для рабочих составляет 12 % от тарифной ставки при работе с базовой ма-
шиной, а при работе с усовершенствованной машиной – 4 %. Расчет затрат тру-
да и фонда оплаты труда операторов зерноочистительных машин показывает,
что в результате усовершенствования решетного стана обеспечивается эконо-
мия фонда оплаты труда в объеме 2 350,08 руб., а в расчете на одну тонну пере-
рабатываемого сырья 0,96 руб., что связано с сокращением выплат за вредные
условия труда.
Использование усовершенствованной зерноочистительной машины поз-
воляет получить годовой экономический эффект 816,725 тыс. руб., экономиче-
ский эффект за срок службы машины (восемь лет) 10 827,526 тыс. руб. при сро-
ке окупаемости капитальных вложений 0,2 лет и коэффициенте эффективности
капитальных вложений 0,707, который значительно больше коэффициента, от-
ражающего учетную годовую ставку процента по кредитам банка или вкладу в
банк. Экономический эффект от использования усовершенствованной зерно-
очистительной машины достигается за счет повышения эффективности сепара-
ции зерна, а также экономии фонда оплаты труда по причине улучшения усло-
вий труда операторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Колебания рамы зерноочистительной машины увеличивают фактиче-
скую амплитуду колебаний ситовых корпусов до 40 % в сравнении с номиналь-
ной и существенно снижают качество сепарирования. Для повышения надеж-
ности зерноочистительных машин и их вибрационной безопасности, улучшения
качества сепарирования необходимо снижение вибрационных перемещений не-
сущих конструкций. Улучшение вибрационных характеристик зерноочисти-
тельных машин возможно за счет совершенствования устройств подвеса ре-
шетных станов.
2. Установленные зависимости величин горизонтальных и вертикальных
ускорений решетного стана от угла поворота эксцентрика показывают, что осо-
бенно велики горизонтальные ускорения. Их максимальное и минимальное
значения составляют соответственно 38,6 и –35,3 м/с2. Установленные зависи-
мости вертикальных перемещений и ускорений решетного стана от времени
показывают, что модуль максимального вертикального ускорения равен 1,54
м/с2. При увеличении ординаты эксцентрика привода h максимальное по моду-
лю вертикальное ускорение увеличивается. Так при h = 0,065 м оно равно 1,54
м/с2 , при h = 0,1 м оно равно 1,7 м/с2 , а при h = 0,15 м оно равно 2 м/с2 . При
уменьшении значения радиуса эксцентрика R максимальное по модулю гори-
зонтальное ускорение уменьшается. Так при R = 0,03 м максимальное по моду-
лю горизонтальное ускорение равно 38,6 м/с2, а при R = 0,02 оно равно 25,3
м/с2. При увеличении угловой скорости вращения эксцентрика k как горизон-
тальное, так и вертикальное ускорение увеличиваются. Так при k = 20 с-1 мак-
симальное по модулю горизонтальное ускорение равно 12,6 м/с2, а при
k = 30 с–1 оно равно 28,3 м/с2. Эти ускорения создают большие силы инерции,
вызывающие биения решетных станов. Так как линия действия шатуна привода
не проходит через центр масс решетного стана, то возникающие моменты вы-
зывают и значительные вертикальные биения.
3. При колебаниях решетного стана боковая сила достигает очень боль-
ших значений – более 3500 Н. В свою очередь за счет возникающих моментов,
появляются значительные реакции в стержнях подвески, вызывающие верти-
кальные биения. Суммарная сила в подвеске изменяется от –600 до 400 Н. При
фиксированной высоте сечения стержней подвески увеличение ширины сече-
ния ведет к росту силы упругости, направление которой противоположно боко-
вой силе инерции, что уменьшает суммарную боковую силу, и как следствие
горизонтальные и вертикальные биения. При ширине сечения 0,016 м боковые
силы имеют наименьшее по модулю максимальное значение, равное 625 Н, ко-
торое почти в шесть раз меньше этих сил в случае неупругой подвески. Это от-
ражается на суммарной силе в подвеске, которая колеблется от 100 до 200 Н.
Таким образом, при правильном выборе параметров сечения стержней можно
значительно снизить как горизонтальные, так и вертикальные биения сепараци-
онных решетных станов.
4. Установка решетного стана на пневмоподушку позволяет гасить вред-
ные вибрации, снижая их воздействие на раму машины, а также уменьшить
массу конструкции зерноочистительной машины и упростить процесс регули-
рования высоты установки решетного стана. Получены аналитические зависи-
мости горизонтальных перемещений, скоростей и ускорений решетного стана,
установленного на пневмоподушке, от угла поворота эксцентрика и времени (в
установившемся режиме работы). Выполненные по этим зависимостям расчеты
показали, что максимальное по модулю ускорение равно 28,8 м/с2, а макси-
мальная скорость достигает абсолютного значения 0,87 м/с.
5. Анализ сил, действующих на решетный стан, установленный на пнев-
моподушке, позволил выявить влияние величины Н, характеризующей верти-
кальное положение эксцентрика относительно решетного стана, на максималь-
ные горизонтальные и вертикальные составляющие силы реакции решетного
стана Tx и Ty . Так при фиксированной величине L, характеризующей горизон-
тальное положение эксцентрика относительно решетного стана, L = 0,3 м и
H = 0,2 м: Tx = 175 Н, Ty = 120 Н, а при H = 0 м: Tx = 92 Н, Ty = 3,5 Н, что реко-
мендует в зависимости от конструктивных возможностей уменьшить параметр
Н. При увеличении величины L максимальные горизонтальные и вертикальные
составляющие силы реакции уменьшаются. Так при фиксированной величине
H = 0,2 м и L = 0,3 м: Tx = 180 Н, Ty = 120 Н, а при L = 0,5 м: Tx = 135 Н, Ty = 52
Н, что рекомендует в зависимости от конструктивных возможностей увеличить
параметр L. Отметим, что при H = 0 значение параметра L практически не вли-
яет на изменение горизонтальных и вертикальных составляющих силы реакции
установки. Интенсивность биений корпуса установок определяется не величи-
нами реактивных сил, а их изменениями, равными производным от этих сил.
Уменьшение параметра Н также значительно уменьшает величины горизон-
тальных и вертикальных биений установки. Горизонтальные биения снижаются
на 25 %, а вертикальные – почти до 0. Сравнение значений сил инерции при ра-
боте решетных станов на упругой плоской подвеске, и установленного на
пневмоподушке, показало несомненное преимущество последнего вида подвес-
ки.
6. Экспериментально доказано, что использование предлагаемого вариан-
та крепления решетного стана на пневмоподушке AIRKRAFT 2B-220 позволяет
увеличить коэффициент сепарации по сравнению с базовым вариантом при ам-
плитуде 16 мм на 1…10 % при частоте 350 мин.-1, на 3…18 % при 400 мин.-1 и
на 3…20 % при 450 мин.-1. При амплитуде 28 мм увеличение происходит на
0,3…14 % при 350 мин.-1, на 3…19 % при 400 мин.-1 и на 1,6…13 % при 450
мин.-1. Лучшее разделение зерновой смеси при использовании пневмоподушки
происходит за счет сокращения вредных вибраций, что позволяет обеспечить
прогнозируемое движение зерновки по решету.
7. Экспериментально установлено, что использование конструкции ре-
шетного стана, установленного на пневмоподушке AIRKRAFT 2B-220, позво-
ляет снизить уровень вибрации на 2,5…44,3 % в зависимости от режимных па-
раметров. Наибольшее расхождение показателей уровня вибрации наблюдают-
ся при частоте в 300 мин.-1 и амплитуде 28 мм – 44,3 %, а наименьшая разница
при 400 мин.-1 и амплитуде 16 мм – 2,5 %. Данный факт можно объяснить тем,
что решетный стан, установленный на пневмоподушке, не входит в резонанс-
ное движение с рамой машины и возникающие знакопеременные нагрузки га-
сятся за счет упругости воздуха в пневмоподушке. Установка решетного стана
на пневмоподушке позволит гасить вредные вибрации, снижая их воздействие
на раму машины, а также снизить металлоемкость зерноочистительного агрега-
та и упростить процесс регулирования высоты установки решетного стана. Ис-
пользование пневмоподушки AIRKRAFT 2B-220 на частотах колебаний решет-
ного стана от 300 до 470 мин.-1 не создает уровень шума свыше ПДУ (85 дБА).
Увеличение звуковой нагрузки наблюдается на частотах колебаний решетного
стана 475 и 500 мин.-1, и приводит к превышению ПДУ на 0,7…3,1 дБА. При
снижении амплитуды колебаний решетного стана до 16 мм уровень шума на
всех частотах снижается. Для сохранения здоровья органов слуха персонала на
зерноочистительных комплексах целесообразно использовать для подвески ре-
шетного стана пневмоподушку на всех режимах работы зерноочистительных
машин при частоте колебаний решетного стана до 450 мин.-1.
8. Использование усовершенствованной зерноочистительной машины
обеспечит получение годового экономического эффекта 816,725 тыс. руб., эко-
номического эффекта за нормативный срок эксплуатации (восемь лет) – 10
827,526 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений 0,2 лет и ко-
эффициенте эффективности капитальных вложений 0,707. Экономический эф-
фект от использования усовершенствованной зерноочистительной машины до-
стигается за счет повышения эффективности сепарации зерна, а также эконо-
мии фонда оплаты труда по причине улучшения условий труда операторов.
Предложенное усовершенствование решетного стана зерноочистительной ма-
шины обеспечивает получение социального эффекта, выражающегося в сниже-
нии вероятности возникновения профессиональных заболеваний операторов из-
за вредного воздействия вибрации и шума на рабочем месте.
9. Результаты диссертационной работы внедрены в производство (прило-
жение Г) и используются в учебном процессе (приложение Д). Полученные ре-
зультаты позволяют рекомендовать применение пневмоподушек, в частности
пневмоподушки AIRKRAFT 2B-220, для установки решетных станов зерноочи-
стительных машин с целью снижения вибрации и шума данных машин. Реко-
мендуется частота колебаний решетного стана 450 мин.-1.
10. Перспективными направлениями дальнейшей разработки темы явля-
ются: изучение влияния величины давления в пневмоподушке на уровни виб-
рации и шума зерноочистительных машин, а также на эффективность сепара-
ции зернового вороха; поиск оптимальных режимов работы решетных станов,
установленных на пневмоподушках, обеспечивающих максимальный экономи-
ческий эффект.