Введение к работе
Актуальность работы. Технический прогресс последних лет привел к широкому распространению технологий, использующих различные сыпучие материалы. В сельском хозяйстве распространенными сыпучими средами являются зерно, семена технических культур, минеральные удобрения, почва; в строительстве - песок, гравий, грунты, цемент; в химической промышленности - порошки, гранулы; в сахарной промышленности - сахар и т.п. Запросы практики приводят к созданию и внедрению таких перспективных видов транспорта гранулированных материалов, как пнепмо, вибро и гравитационный транспорт, расчет которых невозможен без изучения законов движения гранулированных сред.
В настоящее время широкое распространение получили вибрационные методы интенсификации технологических процессов транспортирования. Вибрационное оборудование обычно позволяет легко автоматизировать процесс обработки материалов, совместить несколько операций в одной. Вес вышесказанное, с одной стороны,обусловило интенсивное внедрение вибрационных процессов г. промышленности, с другой стороны, требует разпития методов анализа сложных динамических систем, вибрационных маши».
Усилиями ведущих ученых и области динамики вибрационных машин, та-кп\;ка:с Г.лсхман М.И., Гоичаревич И.Ф., Лавендслл Э,'.)., Потураев В.Н., Чср-шшенко Л.Г., Сппваковскнй Л.О. и др.. в настоящее время создана база для расчетов, основанная на использовании феноменологических моделей. Л модель ил основе изучения взаимодействии частиц изучена недостаточно. Однако чалмісйшее успешное внедрение вибрационных машин требует рпзработки динамических моделей, учитывающих особенности движения реальных систем, в іастііости>пьіясіісшіс основных законов движения сыпучей с^лы при вибро-
воздействии особенности взаимодействия гранулированного материала с рабочим органом.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с Координационным планом РАН 1.11.1 "Теория машин и систем машин"
Цель работы: совершенствование:.- вибротранспортного оборудования сыпучих материалов, повышение эффективности сто эксплуатационных показателен на основе разработки методики расчета с использованием аппарата механики сплошных сред и методов кинетической теории газов.
Для достижения заданной цели необходимо сделать следующее:
- разработать математическую модель поведения сыпучего материала, ис
ходя из анализа столкновения частиц в потоке;
- разработать дискретную математическую модель расчета процесса
транспортирования на основе метода крупных частиц;
изучить закономерности поведения сыпучей среды при гравитационном движении и движении на вибрирующем лотке;
провести сравнительный анализ результатов численного моделирования с зкеперимсіпальньши данными, исходя из этого, разработать методику нахождения реологических коэффициентов.
выявить области параметров и режима работы вибромашин, обеспечивающих максимальную производительность.
Методика исследования. Динамическая модель вибротранспортироваиия сыпучего материала построена на основе законов механики сплошных сред с применением методов кинетической теории газов. Для анализа динамики системы применяются численные мст эды интегрирования системы дифференциальных уравнений.
Научная новизна. Разработана динамическая модель поведения сыпучего материала при вибровоздействии, исходя из анализа столкновения частиц в потоке.
Разработан метод расчета вибрационных технологических процессов транспортирования, позволяющий определять плотность, проекции скорости, компоненты тензора напряжений для заданного момента времени в любой точке потока.
Разработан пакет программ н проведено численное моделирование методом крупных частиц, позволившее изучить влияние основных параметров колебаний на скорость, плотпость'и напряженное состояние сыпучего материала, учитывай» взаимодействие обрабатываемой среды с рабочим органом. На основе этого разработана методика сопоставления: сыпучая среда «- реологические коэффициенты (коэффициент восстановления и коэффициент шероховатости частицы).
Практическая ценность заключается в разработке методики расчета, позволяющей исследовать динамику движения сыпучей среды при гравитационном и вибрационном транспортировании, определении оптимальных параметров работы внброкоивейерз.
Практическая реализация результатов работы. Материалы диссертации применялись для расчета процесса пибротранспортнровання сахарного песка. (ОЛО "Золотухнмский сахарный ззпод").
Апробация работы. Основные результати диссертации докладывались на ЇІІ - IV Международных конференциях "Вибрационные машины и технологии"' (г. Курск. 1997, 1999). XXVII л сшей международной школе ученых - механиков (г.Саикт-ПсїерСіург,1999); Международном с»мпозиу\іс "Маипшыи механизмы ударного, периодического и вибрационного дейст-пня" (г.Орсл, 2000); Научно-технической конференции "Проблемы стрелтель-стпа и механизации производственных процессоп" (Полтава, 2000); Курском городском семинаре по прикладной и теоретической механике (г.Курск, 1995-2000).
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 7-ми публикациях.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст состоит из 120 страниц, включая 40 рисунков и таблиц, список литературы содержащий 90 наименований, а также приложения на 1 странице.
В первой главе дан анализ конструкций существующих виброконвейеров. Приводится литературный обзор по вопросам математического моделирования сыпучих материалов и методам расчета вибротранспортнруютнх устройств, рассмотрено влияние физико-механических свойств сыпучей среды на процессы транспортирования. Формируются цель и задачи исследования.
Во второй главе дан подробный вывод реологического уравнения на основе законов механики сплошной среды и методов кинетической теории газов. Рассмотрен случай равновесного состояния. Приведено сравнение с известными моделями.
В третьей главе на основе метода крупных частиц разработана методика и алгоритм расчета процессов транспортирования. Проведено численное моделирование динамики движения сыпучей среды при рахчнчных условиях. Выполнен сравнительный анализ результатов известных литературных экспериментальных данных и полученных численных исследований. Предложен метод определения реологических параметров среды
В четвертой главе выполнены экспериментальные исследования процесса транспортирования сахарного песка. Проведен сравнительный анализ результатов экспериментальных и числа мых исследований.
