Обоснование управления частотными режимами работы адаптивного сводоразрушающего устройства при выгрузке зерновых материалов из глубоких бункеров Добровольская Светлана Григорьевна

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Добровольская Светлана Григорьевна. Обоснование управления частотными режимами работы адаптивного сводоразрушающего устройства при выгрузке зерновых материалов из глубоких бункеров : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 : Зерноград, 2004 160 c. РГБ ОД, 61:04-5/3034

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ 6

г гт а и л і СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВА-

^1ЛАЬА1 НИЯ 10

1.1 Краткий анализ работ по выгрузке сыпучего материала
из бункеров . 16

1.2. Анализ технических средств, стабилизирующих про
цесс истечения сыпучих материалов из бункеров 28

1.3 Рабочая гипотезы и задачи исследования 40

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ДИНАМИЧЕСКИХ ГЛАВА 2 ПРОЦЕССОВ АДАПТИВНЫХ СВОДОРАЗРУШАЮ-

ЩИХ УСТРОЙСТВ. 42

Исследование синтеза динамических режимов адаптивных сводоразрушающих устройств :.., 42
Анализ влияния зависимостей истечения материала из бункера на собственную частоту истечения зернового материала 47
Уточненная механическая модель разнородного по плотности сыпучего зернового материала. 58
Исследование устойчивых частотных режимом адаптивного сводоразрушающего устройства 55

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВА-ГЛАВА З НИЙ ЗЕРНОВЫХ ПОТОКОВ В ГЛУБОКИХ ОСЕСИМ-

МЕТРИЧНЫХ БУНКЕРАХ. 76

ГЛАВА4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ. 89

МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА МНОГО
ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СВОДОРАЗРУШАЮЩЕГО
лава 5 УСТРОЙСТВА С РЕГЛАМЕНТИРОВАННЫМИ ХА
РАКТЕРИСТИКАМИ 104

5.1 Пример инженерного расчета сводоразрушающего
устройства с активным приводом для глубокого бунке
ра. 107

ГЛАВА 6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ (на примере сводо
разрушающего устройства для бункера элеваторного си
лоса завода сорго «Зерноградский») 118

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА 126

ПРИЛОЖЕНИЕ 136

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

юх - частота колебаний сводоразрушающего устройства, Гц;

о — собственная частота колебаний зернового материала при истечении из бункера, Гц;

у - плотность зернового материала, кг/м ;

ті - плотность частицы зернового материала, кг/м³;

а - угол наклона к вертикали стенки днища емкости, град.;,

а„— угол наклона к вертикали линий скольжения частиц зернового материала, град.;

Э - угол укладки частиц зернового материала в объеме емкости, град.;

- угол естественного откоса зернового материала, град.;

фпр - приведенный угол внутреннего трения частиц зернового материала, град.;

у - угол внутреннего трения между частицами зернового материала, град.;

V — объем зернового материала в емкости, м³;

V— скорость истечения зернового материала из выпускного отверстия емкости с учетом влияния сводообразования, м/с;

f_c — стрела динамического свода, м;

г — радиус частицы зернового материала, м;

Кф - коэффициент формы частицы зернового, сыпучего материала;

Хо.с—коэффициент относительной осевой податливости неустойчивого свода;

и. - постоянная Пуансона;

g — ускорение силы тяжести, м/с ;

ро-днн - осевое динамическое давление зернового материала в емкости, Па;

рн.лнн- нормальное динамическое давление зернового материала в емкости, Па;

рв.ст ^— осевое статическое давление зернового материала в емкости, Па; Р«.ст - нормальное статическое давление зернового материала в емкости, Па; v- частота «возникновения» и «разрушения» динамических сводов в бункере при истечении зернового материала, Гц; v_n - частота пульсации истечения зернового материала, Гц; Н_экв — высота сечения бункера, в которой вероятно возникновение эквивалентного динамического свода, м; Н_е — высота емкости, м;

R_B — радиус выпускного основания емкости, м; Ro—радиус верхнего основания емкости, м; *ист - полное время истечения зернового материала из емкости, с; q — расход зернового материала (производительность емкости), кг/с; S - площадь поперечного сечения потока зернового материала, м²; Т„ — время одного пульса истечения зернового материала, с; D - коэффициент пропорциональности; т - угол скольжения частиц зернового материала, град; d_y — диаметр условной частицы, м;

Хк — коэффициент относительной податливости неустойчивого свода в направлении касательной к кривой свода в его опоре; W — относительная влажность зернового материала, %.

Введение к работе

Одна из особенностей нынешнего развития сельского хозяйства России — реструктуризация его хозяйственной деятельности. Существенную роль в этом играют различной конструкции минизаводы по переработке и хранению зернопродуктов, на долю которых, по статистическим данным, приходится от 30 до 60% переработки злаковых культур /96/.

Неотъемлемой частью технологического оборудования данных миниза-водов являются глубокие ёмкости типа элеваторных силосов. При разгрузке зерновых материалов из них наблюдаются перебои в процессе истечения, одной из причин которых является сводообразование, препятствующее равномерному истечению и оказывающее значительные циклические динамические нагрузки на стенки глубокой ёмкости.

На устранение только одного затора, возникшего в глубокой емкости при истечении зернового материала, в хозяйствах затрачивается от 50 до 100 рублей. В целом же затраты на осуществление мероприятий по устранению простоев, вызванных этим явлением, достигают 20-30% общих затрат на обслуживание глубоких емкостей. Затраты же, связанные с ликвидацией последствий циклических динамических нагрузок, которые могут привести к серьезным авариям и разрушениям глубоких силосов, составляют порой десятки млн. рублей /45/.

Отечественные и зарубежные ученые, такие как А.Е. Делакроа /33/, Ян-сен /102/, А.В. Дженике /36/, Н.В. Сорокин /88, 89, 90/, Р.Л. Зенков /47, 48/, Л.В. Гячев /26, 27/, В.А. Богомягких /13, 14, 15/ П.Н.Платонов /77, 78/ Г.И. Покровский /79/, М. Фрид /93/, М.И. Хаймович /94/, Д.В; Шуйский /99/ и другие, в своих работах на протяжении многих лет ведут теоретические и экспериментальные исследования нагрузок, с которыми сыпучий материал воздействует на конструкцию глубокой емкости.

В последние годы было установлено, что нагрузки на стены глубоких емкостей зависят от вида истечения зернового материала внутри него и от

пульсирующего давления, связанного с образующимися в массе сыпучего тела и у выпускных отверстий буккеров статически устойчивых и неустойчивых сводов /13/. Кроме того, установлено, что в процессе истечения, когда начальная нагрузка переходит в нагрузку истечения, стенки силоса испытывают воздействие больших и сосредоточенных, знакопеременных переходных нагрузок /71/. Поэтому при разработке и проектировании научно обоснованных сводо-разрушающих устройств, применяемых в бункерах минизаводов по переработке и хранению зернопродуктов, необходимо учитывать динамику зерновых потоков в силосах и сопровождающих их явлений.

В настоящее время широко применяются глубокие емкости, оснащенные разнообразными сводоразрушающими устройствами,, предназначенными для обеспечения равномерной выгрузки зерновых материалов.

Существующее многообразие конструкций сводоразрушающих устройств, устанавливаемых в бункерах (силосах) на минизаводах по переработке и хранению зернопродуктов, свидетельствует о сложности выбора оптимального варианта, зависящего не только от конструктивных параметров бункеров, но и от вида зернопродукта, находящегося в нем.

Анализируя практический опыт, можно констатировать, что проблема обеспечения бесперебойной выгрузки зернового материала, к сожалению, не решена. Этот участок является наиболее слабым звеном в технологическом процессе отпуска зерна из зернохранилища в производство.

В диссертационной работе высказывается научная гипотеза: создание управляемых адаптивных сводоразрушающих устройств с регламентированными характеристиками возможно при определении оптимального диапазона частоты их режимов на основе взаимодействия собственных частот истечения реальных зерновых материалов с разнородными по плотности частицами и возбуждающих частот сводоразрушающих устройств.

В связи с этим возникает необходимость рассмотрения условий функционирования динамических параметров сводоразрушающих устройств (сие-

тем) в бункерах минизаводов при истечении из них различного зернового материала.

Проф. Н.М. Беспамятнова /9/ предложила использовать для решения адаптационных задач возбуждаемых сельскохозяйственных процессов известное из теории параметрически возбуждаемых систем положение /57/ о том, что нестационарные колебания представляют собой нетривиальное решение вариационной системы с центром, соответствующим особым решениям системы /74/.

В исследуемой нами проблеме центром особого решения вариационной системы является возбуждение колебаний и истечение, которые возможны только за счет гравитации истекаемого материала, его частоты истечения - о>о.

При установки же сводоразрушающих устройств, в зависимости от соотношения частот o>a/g>o (где х - частота возбуждения, задаваемая сводоразру-шатощим устройством), возможны три зоны истечения, которые в настоящий момент не исследованы для бункерных устройств.

Цель исследования - определение общих закономерностей адаптации и управления универсальных сводоразрушающих устройств для различных зерновых культур путем создания и разработки многофункционального, исполнительного механизма с динамическим регулированием его внутренних характеристик и уточнение теоретических предпосылок механики сводообразующих зерновых потоков с различными по частоте истечения и плотности частицами в глубоких осесимметричных емкостях.

Объект исследования - процесс истечения зерновых материалов с разнородными по частоте истечения и плотности частицами из глубоких осесимметричных емкостей (силосов), снабженных: управляемыми исполнительными механизмами с динамической регулировкой , их внутренних характеристик.

Предмет исследования - изучение взаимосвязей между факторами, влияющими на функционирование объекта исследования.

Научная новизна - углубление метододргии синтеза адаптивных сводо-

разрушающих устройств, основанной на целенаправленном подборе изменений структуры «рабочий орган - зерновой материал», выраженных посредством нахождения динамических характеристик при истечении зерновых материалов из глубоких бункеров; исследование принципов управления устойчивым режимом истечения разных видов зернового материала с разнородными по плотности частицами из глубокого осесимметричного бункера; создание адаптивных сво-доразрушающих устройств с регламентированными характеристиками; влияние разнородного по плотности частиц зернового материала на циклические динамические нагрузки, действующие на стенки глубоких емкостей. Научные положения) выносимые на защиту:

результаты теоретических и экспериментальных исследований динамических режимов, процесса выгрузки зерновых материалов из глубоких осе-симметричных бункеров, оснащенных сводоразрушающими устройствами;

уточненная механическая модель истечения зернового материала с разнородными по плотности частицами, влияющая на частоту истечения и определяющая ограничение циклических динамических давлений на стенки бункера;

методика инженерного расчета многофункциональных управляемых сводоразрушающих устройств, устанавливаемых в глубоких осесимметричных бункерах.

Апробация работы и публикации. Основные результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались на Южно-Российском научно-техническом семинаре «Механика дискретных сред» АЧГАА в 2000 г.; на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА в 2001, 2002, 2003 г.г.; на Международной научно-практической конференции ФГОУ ВПО ДонГАУ и на научно-технической конференции ФГОУ ВПО КубГАУ в 2004 г. По результатам выполненных исследований опубликовано семь статей (одна в центральной печати) и получено четыре патента на изобретения RU.