Погрузка буртованных сельскохозяйственных грузов погрузчиками непрерывного действия включает в себя следующие основные операции: отделение материала, захват и перемещение питателем, разгрузка питателя, перемещение отгрузочным транспортером, которые в зависимости от вида груза, его физико-механических свойств, дополняют друг друга при работе, и их согласованность является результатом эффективности погрузчика.
Для исследования процессов, проходящих при взаимодействии рабочих органов погрузчика с буртованными грузами, установления оптимальных параметров рабочих органов, с целью получения максимальной производительности, были разработаны погрузчики с фрезерным, роторным и барабанным питателями [1, 4, 5], отвечающие современным требованиям и сложившимся условиям производства. Независимо от того, сколько рабочих органов погрузчика непрерывного действия участвуют в процессе погрузки, необходимо соблюдение условия – производительность последующих рабочих органов должна быть выше предыдущих [8].
Для теоретического определения производительности разработанных погрузчиков органических удобрений, картофеля и зерна исследованы кинематические параметры движения рабочих органов. К наиболее важным параметрам относятся площадь боковой проекции и объем стружки. Траектория движения некоторой заданной точки питателя, при его вращении с угловой скоростью ω, поступательной скорости погрузчика υп, описывается следующей системой параметрических уравнений [2, 7]:
(1)
где x и y – координаты заданной точки питателя в плоской системе координат; r – радиус вращения заданной точки, м; t – время с момента начала движения, с.
Некоторые сельскохозяйственные грузы при длительном хранении изменяют свои физико-механические свойства. К этим грузам можно отнести органические удобрения и картофель, у которых возможно образование и обрушение сводов. Для обеспечения безопасной работы погрузчика необходимо послойно разрабатывать бурт. Данный процесс происходит при вращении питателя, перемещении рычага, на котором установлен питатель, со скоростью ωрч и фиксированном положении погрузчика (υп = 0). В этом случае характер движения заданной точки фрезерного и роторного питателей погрузчиков органических удобрений и картофеля схожий, параметрические уравнения запишутся:
(2)
где θ – угол поворота рычага, град; θ0 – начальный угол поворота рычага, град; lр – длина рычага, м; φ – угол поворота питателя, град; φ0 – начальный угол поворота питателя, град.
При работе погрузчика захват груза происходит при прохождении ножа, лопасти или планки исследуемых питателей через слой материала, где каждый из перечисленных элементов захватывает определенный объем груза, величина которого зависит от кинематических параметров работы питателя. К таким параметрам относятся поступательная скорость погрузчика, угловая скорость фрезерного ωфр, роторного ωр и барабанного ωб питателей, угловая скорость перемещения питателя. Данный процесс описывают параметрические уравнения [1, 2]).
Порция груза (рис. 1), получаемая при отделении от бурта фрезерным и роторным питателем, представляет собой геометрическую форму прямого цилиндра, поверхность Sфр и Sр которого является основанием, а высота данного цилиндра принимается равной ширине ножа b или длине лопасти lл.
а
б 
Рис. 1. Схема к определению площади боковой проекции стружки питателя: а – фрезерного; б – роторного
В общем виде площадь между двумя витками кривой, описываемой системой (2), определяется по выражению:
(3)
Находя первую производную от x(t), проведя преобразования подынтегрального выражения, получим формулу для определения площади боковой проекции стружки:
(4)
где t2 – время, когда вступает в работу последующий нож или лопасть, с.
Для определения площади боковой проекции стружки барабанного питателя воспользуемся выражением:
(5)
где а, b – координаты пересечения кривых по оси абсцисс, y1(х) и y2(x) – функции, образующие кривые, пересечение которых дает площадь фигуры, получаемой при отделении порции груза в соответствии с рис. 2.
Если площадь представить в виде разности интегралов:
(6)
то первый интеграл можно рассматривать как площадь треугольника S1 и вычислить с использованием соответствующей геометрической формулы:
(7)
второй интеграл представляет собой площадь, ограниченную траекторией движения нижней кромки планки и равен:
(8)
Имея формулы площади боковой поверхности стружки, отделяемой одним ножом, одной лопастью или планкой, можно определить отделяемый от основного массива объем.
Для фрезерного и роторного питателей:
(9)
Для барабанного питателя
(10)
где rб – радиус барабанного питателя, м; lп – длина планки, м; φД – угол естественного откоса в движении, град.
С учетом объема порции отделяемого или захватываемого груза ниже приведены аналитические выражения производительности. Для погрузчика органических удобрений производительность будет зависеть от подачи задаваемой погрузчиком производительности шнека и фрезы [3].
(11)
где nн количество ножей в ряду, шт; kр – количество рядов фрезы, шт.
Для погрузчика с роторным питателем производительность будет зависеть от подачи, производительности роторного питателя, скатной доски и отгрузочного транспортера.
(12)
Производительность отгрузочного транспортера погрузчика картофеля определится по методике [6, 8] с учетом коэффициента загрузки питателя по всей длине:
(13)
где 
– коэффициент заполнения межскребкового пространства; Vгр – объем порции груза в межскребковом пространстве, м3; Vпр – объем межскребкового пространства, м3; kβ – коэффициент, учитывающий влияние угла наклона транспортера на заполнение межскребкового пространства; h – высота скребка, м; bск – длина скребка, м; υтр – скорость транспортирования, м/с; ρ – плотность груза, кг/м3.
Для погрузчика с барабанным питателем производительность определится
(14)
Таким образом получены математические выражения для определения производительности фрезерного, роторного и барабанного питателей погрузчиков непрерывного действия для органических удобрений, картофеля и зерна соответственно. Данные выражения учитывают характер движения рабочих органов, кинематические и конструктивные параметры, а также физико-механические свойства буртованного груза.
Рецензенты:
Гребенников А.С., д.т.н., профессор кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство», ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов;
Басков В.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Организация перевозок и управления на транспорте», ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов.
Работа поступила в редакцию 01.08.2013.