Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследования 7
1.1. Роль транспортеров для зерна в процессе производства урожая зерновых культур 7
1.2. Способы транспортирования зерна на предприятиях послеуборочной доработки 8
1.3. Классификация и принцип работы аэрационных транспортеров .13
1.3.1. Принцип работы аэрационных транспортеров 13
1.3.2. Классификация аэрационных транспортеров 16
1.3.3. Совмещение сушки и аэрационного транспортирования 27
1.4. Краткий обзор работ по повышению эффективности аэрационных транспортеров .30
1.5. Постановка цели и задачи исследования 36
2. Анализ технологического процесса аэрационного транспортирования зерновых материалов аэрационным транспортером 38
2.1. Анализ функционирования технологического процесса транспортирования зерновых материалов аэрационным транспортером 38
2.1.1. Протекание процесса транспортирования зерна аэрационным транспортером 38
2.1.2. Зерно как объект транспортирования и сушки 41
2.1.3. Зависимость производительности аэрационных транспортеров от конструкционных параметров и свойств зерновой массы 48
2.1.4. Связи влаги в зерне .50
2.1.5. Перемещение влаги в зерне в процессе транспортирования аэрационным транспортером 51
2.1.6. Воздух как агент аэрационного транспортирования и сушки.. 52
2.2. Принцип действия аэрационного транспортера с возможностью управления параметрами воздушного потока 57
2.3. Модель функционирования технологического процесса аэрационного транспортирования зерна аэрационным транспортером .60
2.4. Случайные процессы модели функционирования аэрационного транспортера для зерна .63
2.5. Идентификация модели функционирования аэрационного транспортера для зерна 68
2.6. Оценка эффективности функционирования аэрационного транспортера для зерна 75
3. Программа и методика экспериментальных исследований технологического процесса аэрационного транспортирования зерна аэрационным транспортером 77
3.1. Задачи и программы экспериментальных исследований 77
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований 79
3.2.1. Исследования аэрационного транспортера в производственных условиях 79
3.2.2. Лабораторные исследования аэрационного транспортера 83
3.3. Приборы и устройства, применяемые при экспериментальных исследованиях .90
4. Результаты экспериментальных исследований технологического процесса аэрационного транспортирования .95
4.1. Характеристики технологического процесса транспортирования зерна аэрационным транспортером 95
4.2. Выбор основных параметров транспортирования 96
4.3. Показатели технологического процесса транспортирования зерна аэрационным транспортером .98
4.4. Результаты идентификации модели функционирования технологического процесса аэрационного транспортирования зерна и оценки эффективности работы аэрационного транспортера 104
4.5. Совершенствование технологического процесса транспортирования зерна аэрационным транспортером 107
4.6. Исследования технологического процесса транспортирования зерна аэрационным транспортером методами имитационного цифрового моделирования .107
5. Технико-экономическая эффективность аэрационного транспортера для зерна 114
Основные выводы 126
Список литературы 128
- Классификация и принцип работы аэрационных транспортеров
- Зерно как объект транспортирования и сушки
- Исследования аэрационного транспортера в производственных условиях
- Результаты идентификации модели функционирования технологического процесса аэрационного транспортирования зерна и оценки эффективности работы аэрационного транспортера
Введение к работе
Актуальность работы. Зерно злаковых культур в виде продуктов его переработки является главной составляющей продуктов питания человека.
Послеуборочная обработка – один из важнейших этапов при заготовке
зерна. Именно послеуборочной обработкой достигается тот комплекс
условий, который нужен в конкретном случае, ведь для различных целей
условия могут быть разными: зерно может быть фуражным, на помол в муку,
на семена или для других задач. В агропромышленном комплексе важное
значение имеет решение вопросов, связанных с повышением качества и
снижением затрат на послеуборочную обработку и хранение зерна. Особое
место отводится оборудованию, выполняющему транспортные и погрузочно-
разгрузочные работы. При хранении зерна в складских помещениях особая
роль отводится и его активному вентилированию. К транспортированию
предъявляется множество условий: и сведение к минимуму травмирование и
потерь зерна, и энергоэкономичность, и производительность, и
безотказность. Для транспортирования зерна применяют различные виды
устройств. В последнее время все большее распространение получают аэрационные транспортеры. Изучение процесса транспортирования зерна в псевдоожиженном состоянии аэродинамическими транспортерами и положительный опыт их использования показали преимущества и перспективность этого вида устройств в сравнении с такими механическими средствами, как скребковые и винтовые транспортеры. Они меньше травмируют зерно, надежны, долговечны, энергоэффективны, позволяют совмещать ряд операций.
Работа посвящена совершенствованию аэрационных транспортеров для зерна.
Цель работы – повышение эффективности процесса аэрационного транспортирования зерна путем обоснования рабочих режимов и управления параметрами воздушного потока.
Объект исследований – процесс аэрационного транспортирования зерна.
Предмет исследований – закономерности процесса аэрационного транспортирования зерна и вывод основных факторов, влияющих на эти закономерности.
Методика исследования. Использовались методы математического моделирования, статистического анализа, а также методика планирования и проведения экспериментов при исследовании процесса аэрационного транспортирования зерна.
Научная новизна работы.
- разработана модель функционирования аэрационного транспортера для
зерна с учетом изменения параметров зерна во время процесса
транспортирования;
- представлено уравнение, описывающее процесс аэрационного
транспортирования с учетом влияния на него параметров воздушного потока;
- получены графики процесса транспортирования зерна аэрационным
транспортером, отражающие протекание данного процесса при разных
характеристиках транспортируемого зернового вороха и различных
параметрах воздушного потока.
Практическую значимость работы представляют:
- обоснованные с учетом характеристик зернового материала и воздушного
потока режимы работы аэрационного транспортера;
- разработанная конструкция аэрационного транспортера с возможностью
управления параметрами воздушного потока;
- полученные из исследований зависимости характеристик зерна и процесса
транспортирования от параметров воздушного потока.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на четырех ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО СПбГАУ, двух конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых ФГБОУ ВПО СПбГАУ, научно-практической конференции при выставке-ярмарке “Агрорусь-2010”, интернет-конференции ФГБОУ ВПО КубГАУ, на заочной конференции ФГБОУ ВПО КрасГАУ “Инновационные тенденции развития российской науки”, на конкурсе лучших работ молодых ученых, проводимом при содействии Минсельхоза РФ (заключительный этап конкурса проводился в ФГБОУ ВПО "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И.Вавилова").
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Научные положения, выносимые на защиту:
зависимости процесса транспортирования зерна аэрационным транспортером, отражающие протекание данного процесса при разных характеристиках транспортируемого зернового вороха и различных параметрах воздушного потока;
математическая модель транспортирования зерна аэрационным транспортером;
- модель функционирования аэрационного транспортера для зерна,
учитывающая изменения параметров зерна во время процесса
транспортирования.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы, включающего 111 наименований, и 10 приложений. Основное содержание диссертации изложено на 137 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 64 иллюстрации, 10 приложений.
Классификация и принцип работы аэрационных транспортеров
Аэрационный транспортер (рис. 1.8) представляет собой канал, разделенный перегородкой на верхнюю транспортирующую и нижнюю воздухоподводящую части [4]. Сжатый воздух в нижнюю часть канала подается от вентилятора. Перегородка имеет отверстия (либо щели), через которые воздух выходит под определенным углом, воздействуя на зерновую массу.
Таким образом, масса зерна по транспортирующей части перемещается под воздействием сжатого воздуха. Сыпучий материал на перегородку может поступать в различных местах по длине транспортирующего канала, а его разгрузка обычно происходит в конце аэрожелоба, но возможны и другие варианты разгрузки. Главное преимущество аэрационных транспортеров – отсутствие движущихся элементов. Это в свою очередь ведет к уменьшению числа поломок, дешевизне обслуживания, более бережному транспортированию материалов. Также, это создает безопасные условия для работы обслуживающего персонала.
На рисунке 1.9 показано, какие силы действуют на отдельно взятую частицу в частных случаях: когда она лежит между лопатками, на горизонтальном участке поверхности воздухораспределительной решетки, и когда она находится на наклонном участке – на лопатке жалюзи [28].
Обобщив и усреднив силы, действующие на отдельно взятую частицу в разных условиях, мы можем представить схему сил, действующих на весь перемещаемый материал на значительном участке грузонесущей перегородки при его перемещении (рисунок 1.10).
Угол выхода воздуха из воздухораспределительной перегородки влияет на скорость движения зернового материала по транспортеру и на его производительность. Поскольку в аэродинамических транспортерах воздушный поток подается через щели снизу вверх под углом , то очевидно, что часть его энергии будет расходоваться на подъем материала. масса перемещаемого материала, кг; g - ускорение свободного падения, м/с; F - сила воздушного потока, выходящего из перегородки, Н. Из выражения 1.4 очевидно, что при одном и том же давлении воздуха в воздухоподводящем канале при разных углах выхода воздуха из воздухораспределительной перегородки, ввиду уменьшения или увеличения силы, действующей на материал, будет разная скорость движения зернового материала и производительность транспортера.
В аэрационных транспортерах, применяемых в настоящее время, угол выхода воздуха не изменяется, он установлен исходя из усредненных требований, что не всегда отвечает требованиям производительности и снижения потерь зернового материала от механических повреждений.
Особенности аэрогравитационных транспортеров: выход струй воздуха перпендикулярен к плоскости перегородки; образование псевдоожиженного, или кипящего, слоя; возможность перемещения материала только при наклоне воздухораспределительной перегородки, транспортирование как тонкодисперсных, так и зернистых материалов; необходимость очистки воздуха, подаваемого под пористую перегородку, от пылевидных частиц во избежание забивания пор; значительное аэродинамическое сопротивление пористых перегородок при больших удельных расходах воздуха. Их применяют для транспортирования муки, цемента и других мелкодисперсных материалов.
Когда в качестве воздухораспределительного устройства применяют жалюзийные воздухораспределительные решетки, или чешуйчатые сита, с направленным выходом струй воздуха, то такие аэрационные транспортеры называют аэродинамическими транспортерами, или аэрожелобами.
Отличительные особенности аэродинамических транспортеров: перемещение сыпучего материала в основном под действием кинетической энергии струй воздуха, выходящих из отверстий решетки и направленных, в сторону движения слоя; транспортирование материала не только при уклоне воздухораспределительной решетки, но и при ее горизонтальном положении.
Аэродинамическими транспортерами затруднительно перемещать тонкодисперсные (пылевидные) материалы вследствие их распыла. Важным их достоинством в то же время является незабиваемость отверстий воздухораспределительной решетки [74].
Аэрожелоба распространены шире, чем аэрогравитационные транспортеры. Также имеется и еще один вид аэрационных транспортеров виброаэрационные транспортеры. В них процесс вибрационного перемещения сыпучего материала сочетается с аэрированием слоя. Однако они распространения не получили ввиду сложности конструкции. Рис. 1.11. Технологические схемы аэродинамических устройств: а – прямоточный аэродинамический желоб; б – противоточный аэродинамический желоб; в – прямоточный аэродинамический желоб всасывающего типа; г – аэрогравитационный транспортер
Аэрожелоба могут работать в двух условиях, что определяет область их применения. В первом случае аэрожелоб служит транспортирующим средством. При перемещении материала такими устройствами возможно выполнение ряда технологических операций (нагрев, охлаждение, активное вентилирование, сушка, очистка зерна) [4].
Во втором случае это многофункциональные аэрожелоба, устанавливаемые в приемных бункерах больших параметров, засыпаются зерном по всей длине на высоту нескольких метров, и служат не только для разгрузки, но и для активного вентилирования зерна и выполнения других операций. Воздух при вентилировании подается через решетку в неподвижную зерновую насыпь, что исключает необходимость устройства в складах установок для активного вентилирования зерна. Рис. 1.13. Схема приемного бункера с аэрожелобом: 1 – пандус; 2 -вентилятор; 3 – патрубок переходной; 4 – канал воздухоподводящий; 5 – решетка воздухораспределительная; 6 – дно канала; 7 – трап; 8 – зонд вытяжной; 9 – щель продувочная; 10 - заслонка; 11 - колонна; 12 – стенка наклонная; 13 – бункер; 14 – крыша
На зерноперерабатывающих агрегатах и комплексах большое применение находят приемные отделения, составной частью которых являются завальная яма или наземный бункер или несколько бункеров с установленными в них аэрожелобами. В отделениях аэрожелоба наряду с выгрузкой и транспортированием зерновой массы осуществляют ее вентилирование. При этом исключается выгрузка зерновой массы на перевалочные площадки для ожидания е обработки и полностью механизируется выполнение погрузочно-разгрузочных работ (рис. 1.13).
Бункер зерновым ворохом заполняется в направлении от вентилятора к выпускному окну. При установке заслонки в положение “закрыто” и работающем вентиляторе происходит активное вентилирование вороха, а при определенных условиях – и его подсушка. При установке заслонки в положение “открыто” и работающем вентиляторе выполняется выгрузка вороха и последующая его подача на технологическое оборудование зерноперерабатывающего пункта.
Зерно как объект транспортирования и сушки
Так как в аэрационных транспортерах воздушный поток пронизывает зерновой слой, то при определенных условиях может происходить удаление влаги из зерна. Это – одно из преимуществ данного вида транспортирования, сильно расширяющее область применения и функциональность аэрационных транспортеров.
Учитывая это преимущество, были разработаны и внедрены в ряде хозяйств сушилки с аэрожелобами [17]. В них происходит сушка зернового материала, находящегося на воздухораспределительной перегородке аэрожелоба, нагретым воздухом, подаваемым через данную перегородку от вентилятора.
Сушилки с аэрожелобами совмещают сушку и автоматизированную выгрузку зерновой массы. Сушилки с аэрожелобами классифицируются на сушилки с подвижным зерновым слоем, и на сушилки с неподвижным зерновым слоем.
В первом случае зерно перемещается непрерывно по транспортирующему каналу аэрожелоба – сушилки. Во втором случае – зерновая масса загружается в бункер с аэрожелобом, проходит там определенное время процесс сушки, а затем выгружается.
Пример аэрожелобной сушилки представлен на рисунке 1.18. Это универсальная, непрерывного действия сушилка СУША-4, разработанная Костромской ГСХА, предназначенная для сушки за один пропуск семенного, продовольственного и фуражного зерна различных культур, имеющих любую исходную влажность [28]. Сушилка устанавливается в технологических линиях послеуборочной обработки зерна.
В аэрожелобных сушилках может совмещаться сорбционный и конвективный способы сушки. Даже без осуществления нагрева воздуха, в случае, если его влажность меньше влажности зерновой массы, будет происходить в какой-то мере удаление влаги. Данное свойство имеет место быть не только для сушилок с аэрожелобами, но и для аэрационных транспортирующих устройств. Таким образом, можно производить частичное удаление влаги из зерна еще на начальных этапах прохождения им зерноперерабатывающего пункта – к примеру, в приемном бункере, оснащенным аэрожелобом. Это облегчает задачу основным сушилкам, уменьшает риск гниения зерна. Однако, при строительстве пунктов переработки зерна данное свойство не учитывается. Технологическая схема аэрожелобной сушилки: 1 – воздуховод агента сушки; 2, 7, 19 – шиберные заслонки; 3 – регулировочная заслонка; 4 - вентилятор; 5, 19, 17 - нории; 6 - диффузор; 8 – подсушильный бункер; 10 – топочный блок; 11 – устройство вывода отработанного агента сушки; 12 – вентилятор системы рециркуляции; 13 - циклон; 14 – модуль; 15 – надсушильный бункер; 16 – воздуховод отработанного агента сушки; 18 – охладительная колонка; 19 – выгрузное устройство Рис. 1.19. Схема модуля аэрожелобной сушилки: 1 – грузонесущая перфорированная перегородка; 2 – окно для вывода отработанного агента сушки; 3 - камера; 4 – окно для вывода мелких примесей; 5 – воздухоподводящий канал; 6 – глухая перегородка; 7 – отверстие для вода теплоносителя агента сушки Основная часть сушилки – рабочий модуль (рис. 1.19), аэрожелоб, представляющий собой короб прямоугольного сечения с закрепленной на ней под углом грузонесущей перегородкой 1. 1.4 Краткий обзор работ по повышению эффективности аэрационных транспортеров
Аэрационные транспортеры для зерна применяются на производствах достаточно давно. На решение вопросов повышения их рабочих характеристик и расширения функциональности направлены усилия изобретателей и зо рационализаторов. Рассмотрим, какие варианты решения проблем предлагаются на сегодняшний день в патентных документах [108].
Например, проблема исключения запыленности воздуха в помещении, улучшения санитарно-гигиенических условий работы персонала решается в патентном документе (рис. 1.20) автора Саитова В.Е. (Вятская государственная сельскохозяйственная академия). В нем представлена конструкция аэродинамического транспортера для сыпучих материалов, в которых транспортирование зерна совмещено с очисткой его от легких примесей.
эрационный транспортер конструкции Саитова В.Е.
Данный транспортер отличается тем, что из сыпучего материала выделяются пыль и легкие примеси, которые выносятся в отстойную камеру, где осаждаются, а очищенный воздух вновь поступает в вентилятор. Предлагаемый транспортер может быть использован в сельскохозяйственном производстве, а также в мукомольно-элеваторной и комбикормовой промышленности для транспортировки и выгрузки сыпучих материалов.
Совмещенное использование операций активного вентилирования, сушки и охлаждения массы предусмотрены в патенте авторов Дианова Л.В., Смелика В.А., Новиковой Н.Е., Ширяева А.С., (Ярославская государственная сельскохозяйственная академия) [60]. Описанное устройство (рис. 1.21) позволяет, в отличие от прототипов, перемещать малосыпучие материалы, такие как семенной ворох кормовых, овощных, технических и других культур и т.д. Есть устройство для предотвращения сводообразования.
Аэрожелоб может работать в режимах активного вентилирования массы, ее сушки и механизированной выгрузки. Аэрационный транспортер, совмещающий несколько операций Задачи повышения производительности аэрожелоба и регулировки скорости и экспозиции материала частично решены в патенте авторов Анискина В.И., Голубковича А.В., Онхоновой Л.О. (Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства), где представлена установка для транспортирования и активного вентилирования семян и зерна.
Главным решением является наличие дополнительных воздухораздающих каналов, расположенных под углом с обеих сторон основного канала. Эти каналы позволяют повысить производительность аэрожелоба, а также проводить активное вентилирование зерна. Новым также является наличие на конце транспортного канала порога, регулируемого по высоте, что позволяет в какой-то мере менять скорость и экспозицию материала, перемещаемого по каналу.
Исследования аэрационного транспортера в производственных условиях
Вода, входящая в состав зерна является средой, в которой происходят жизненные процессы. Она сама также принимает участие в непрекращающихся биохимических превращениях. Вода на разных этапах этих превращений обладает неодинаковой реакционной способностью. Различная степень готовности влаги вступать в те или другие биохимические реакции есть следствие разной величины прочности физической и химической связей ее с тканями зерна.
Зерно преимущественно состоит из органического вещества, которое отличается коллоидно-пористой структурой и имеет разную степень связи с водой. С физико-химической стороны различают кристаллизационную, адсорбционную, осмотически и капиллярносвязанную воду.
Кристаллизационная влага имеет наиболее прочную связь с сухим веществом семян, так как она входит в состав молекул (химическая форма связи). Удаление ее из семян сопровождается разрушением структуры вещества и обычно не удаляется при тепловой сушке.
Адсорбционная влага удерживается силами поверхностного натяжения молекул воды. Она удаляется из семян только после длительной сушки при невысокой температуре.
Осмотически связанная влага находится внутри мицелл дисперсной фазы коллоидов. Связь ее с веществом зерна менее прочная. В семенах может быть капиллярная влага относительно слабосвязанная с веществом механическими (капиллярными) силами.
Таким образом, воду, находящуюся в зерне можно разделить на связанную и свободную. При сушке зерна свободная вода должна быть полностью удалена, так как она находится капиллярножидком состоянии, физиологичски активна и доступна микроорганизмам, находящимся на поверхности семян. Жизнедеятельность зерна происходит, в основном, за счет свободной влаги. При наличии только связанной влаги наступает состояние покоя, при котором все процессы в зерне ослабляются и приостанавливаются.
При перемещении зерна по транспортирующему каналу аэрационного транспортера происходит обмен влагой между зерном и воздухом. Таким образом, в транспортерах данного типа возможно проведение операции сушки.
В процессе конвективной сушки зерна одновременно происходит целый комплекс взаимосвязанных явлений, основными из которых являются следующие: - перенос тепла от агента сушки к поверхности влажного зерна; - перемещение тепла внутри зерна; - испарение влаги; - диффузия влаги с поверхности зерна в окружающую среду; - перенос влаги внутри зерна.
Перемещение влаги в зерне, как в любом коллоидном капиллярно-пористом теле, в процессе сушки происходит под воздействием потенциала переноса влаги. Данный потенциал имеет место в процессе сушки зерна аэрационным транспортером при условии разности влажностей окружающего воздуха и зерна.
Воздух как агент аэрационного транспортирования и сушки Характеристиками воздуха являются абсолютная и относительная влажность, а также влагосодержание [81]. Абсолютная влажность воздуха определяется количеством водяного пара, содержащегося в 1м воздуха, но данный показатель не определяет способность воздуха поглощать влагу из зерновой массы. Поэтому используют показатель относительной влажности: где v - фактическое значение абсолютной влажности воздуха; vH -абсолютная влажность воздуха при полном насыщении.
В процессе сушки количество водяного пара в воздухе и объем паровоздушной смеси непрерывно изменяются в связи с изменением температуры теплоносителя при прохождении его через сушилку. При этом масса сухого воздуха остается постоянной и удобнее количество влаги в воздухе относить к единице массы сухого воздуха.
Содержание воды (в граммах) в одном килограмме сухого воздуха называют влагосо держанием (d) и определяют: d= , (2.14) GCB где GBJl - масса влаги, г; GCB - масса сухого воздуха, кг. В качестве основной теплофизической характеристики воздуха используется энтальпия (теплосодержание) I - количество тепла, необходимого для нагрева килограмма вещества от 0С до заданной температуры. Для определения параметров и исследования процессов влажного воздуха используется I - d диаграмма влажного воздуха.
Взаимодействие объекта сушки с воздухом или теплоносителем может быть рассмотрено в статике и в динамике. Исследование скорости изменения температуры зерна и его влажности во времени определяет процесс кинетики сушки.
Статика процесса сушки. При взаимодействии зерна с воздухом происходит обмен влаги между ними. Через какое-то время у компонентов взаимодействия может наступить равновесное состояние, которое достигается путем поглощения водяного пара из окружающего воздуха или путем испарения влаги.
Поглощение зерновой массой пара из воздуха (сорбция) возможно, если парциальное давление пара в окружающем воздухе Рв окажется больше, чем парциальное давление на поверхности сушимой массы Рм: РВ РМ. (2.15)
Испарение влаги из массы (десорбция) проходит при условии, если парциальное давление на поверхности массы больше, чем в окружающем воздухе, т.е.: РМ РВ. (2.16) Величина равновесной влажности у агента будет зависеть от относительной влажности воздуха, так как парциальное давление агента также будет находиться с ней в зависимости: где Рн - давление насыщенного пара при данной температуре.
Для капиллярно-пористых коллоидных материалов изотермы сорбции и десорбции имеют вид плавных S-образных кривых (рис. 2.6). Кинетика процесса сушки. Наиболее полно характер протекания сушки определяется совокупностью совмещенных на одном графике трех кривых: U=f(), выражающей зависимость между влагосодержанием массы и
Результаты идентификации модели функционирования технологического процесса аэрационного транспортирования зерна и оценки эффективности работы аэрационного транспортера
Повышение эффективности функционирования аэрационного
транспортера для зерна достигается за счет выбора рациональных параметров воздушного потока в соответствии с условиями функционирования транспортера и параметров зерновой массы. Процесс отыскания рациональных параметров заключается в проведении экспериментального исследования процесса работы аэрационного транспортера. Недостатком экспериментального исследования является невозможность воссоздания всего спектра разнообразных условий функционирования. При этом затраты средств и времени на варьирование параметров элементов конструкций и условий функционирования, а также на подбор зерновой массы нужных параметров, становятся достаточно велики. Для решения задач, связанных с выбором рациональных режимов работы и конструктивно-технологических параметров сельскохозяйственных агрегатов, в настоящее время все чаще применяются методы имитационного моделирования [108]. Данные методы позволяют воспроизвести реальные условия функционирования моделируемых объектов и получить информацию об их выходных показателях. При этом объект представляется в виде математической модели, оператор которой описывает связь между входными и выходными величинами и является строгим математическим соотношением, например, уравнением регрессии. Основой для разработки методологии и принципов математического моделирования являются теоретические выводы, изложенные во втором разделе данной работы. Математические модели могут быть получены не только в результате экспериментальных исследований, но и теоретических расчетов.
Моделирование осуществляется с помощью современных технических средств с использованием специального программного обеспечения [9]. Методами цифрового моделирования производится построение дискретных моделей сельскохозяйственных агрегатов и их условий функционирования. Такие методы моделирования позволяют исследовать модели сельскохозяйственных агрегатов в широком диапазоне входных воздействий, изменять их параметры и производить интерпретацию результатов в зависимости от задач, стоящих перед исследованием. На основе результатов имитационного моделирования производится выбор рациональных режимов работы исследуемых агрегатов, обеспечивающих повышение эффективности их функционирования в различных условиях.
Моделирование осуществляется по схемам, построенным по принципу “вход - выход”. В этом случае моделируются входные возмущения, действующие на объект исследования. Входное возмущение является случайным процессом X(t), однозначно задающимся своими плотностями f(x) и функциями распределения F(x) вероятностей с соответствующими корреляционными связями [47].
Построение дискретного аналога возмущающего воздействия на исследуемый агрегат осуществляется по заданной корреляционной функции R(). Параметры получаемой дискретной цифровой последовательности f [х] = q)(bt п) соответствуют исходному случайному процессу X(t). В основу данного метода [24] положено линейное преобразование стационарной последовательности f(n) независимых нормально распределенных случайных чисел (дискретный белый шум) с параметрами тх = 0 и Dx = 0 в последовательность f [п], коррелированную по закону:
В причине того, что процесс удаления влаги из зерна являются нестационарным, то для моделирования его нужно привести к стационарному виду относительно конечной влажности
Алгоритм моделирования случайного процесса (4.12) отличается простотой и позволяет формировать дискретные реализации случайных процессов сколь угодно большой длины, а вид корреляционной функции полученного случайного процесса определяется набором значений ак и ЬК.
Большинство технологических процессов, имеющих место при работе сельскохозяйственных агрегатов, являются случайными функциями времени и аппроксимируются следующими корреляционными функциями [74]:
Точность результатов моделирования устанавливалась по корреляционным функциям /?(т) , рассчитанными по ординатам смоделированных дискретных последовательностей, которые затем сравнивались с исходными корреляционными функциями R(). Достаточная сходимость корреляционной функции моделируемого процесса и исходной корреляционной функции достигается при t=0,l с и п 500.
Для преобразования стационарного смоделированного процесса удаления влаги из зерна в нестационарный относительно величины конечной влажности используем выражение вида: Щк = Рік + (ут -wi-k)- WBK. (4.21) В процессе моделирования дискретных последовательностей с заданными корреляционными связями большое внимание уделялось качеству получения исходной дискретной случайной последовательности, подаваемой на вход формирующего фильтра.
Процедура моделирования процесса транспортирования зерна аэрационным транспортером с возможностью управления параметрами воздушного потока осуществлялась с помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007.
Результаты моделирования процесса транспортирования зерна аэрационным транспортером с возможностью управления параметрами воздушного потока приведены в таблице 4.7. Нормированная корреляционная функция одной из реализаций процесса аэрационного транспортирования зерна представлена на рисунке 4.12.
Оценки статистических характеристик процесса, полученного в ходе моделирования, очень близки к оценкам процесса, полученного в ходе экспериментальных исследований (табл. 4.7), их нормированные корреляционные функции близки по частоте (рис. 4.12), следовательно, процессы идентичны.
Процесс транспортирования зерна аэрационным транспортером с возможностью управления параметрами воздушного потока, может быть представлен в виде блок-схемы, созданной на основе результатов исследований (рис. 4.8).
Блок-схема процесса учитывает выбор оптимальных настроек аэрационного транспортера, в частности, выбор оптимального угла выхода воздуха из воздухораспределительной перегородки в зависимости от различных задач. Cкорость перемещения зерна по аэрационному транспортеру V должна быть менее Vmp - скорости транспортирования зерна, при превышении которой происходит его травмирование. При неудовлетворении данному условию требуется увеличить угол установки сопел воздухораспределительной перегородки, что приведет к снижению скорости V. Производительность аэрационного транспортера Р3 также должна соответствовать производительности, отвечающей требованиям технологического процесса ( Рзтреб ). Если производительность меньше требуемой, ее нужно увеличить, установив сопла воздухораспределительной перегородки на меньший угол . При превышении производительности угол установки сопел необходимо уменьшить. Изменение влажности зерна в процессе транспортирования AW должно соответствовать требуемому AWmpe6 , если оно превышает требуемое значение - надо увеличить угол установки сопел , а если меньше требуемого значения - уменьшить.
