Содержание к диссертации
Введение
1.Состояние вопроса, цель и задачи исследования
1.1 .Анализ технологического процесса функционирования емкостей в
транспортно-технологических системах 10
1.2. Классификация и анализ устройств для повышения эффективности процесса загрузки 15
1.3. Обзор научных исследований 33
1.3.1. Движение частицы по гравитационной кривой 34
1.3.2. Движение частицы груза в поле силы тяжести 36
1.4. Цель и задачи исследования 39
2 . Основные положения теоретического обоснования конструктивных и режимных параметров загрузочного распределяющего устройства
2.1 .Особенности протекания процесса загрузки 41
2.2. Анализ процесса укладки кормовой массы в кузове транспортного средства 44
2.3. Описание конструктивно-технологической схемы загрузочного распределяющего устройства 49
2.4. Обоснование конструктивных параметров загрузочного распределяющего устройства 52
2.4.1. Движение частиц кормовой массы по лопатке швыркового барабана 52
2.4.2 Движение частицы по лопатке, вращающейся относительно горизонтальной оси, при учёте сопротивления среды 56
2.4.3. Движение потока кормовой массы по гравитационной поверхности загрузочного распределяющего устройства 58
2.4.4. Движение потока кормовой массы в воздухе 60
2.4.5. Обоснование формы гравитационной поверхности подвижного днища загрузочного распределяющего устройства 65
.6. Определение гравитационной поверхности верхней части подвижного днища загрузочного распределяющего устройства 70
2.4.7. Определение гравитационной поверхности нижней части подвижного днища загрузочного распределяющего устройства 76
2.5. Методика теоретической оценки гравитационной кривой подвижного днища 80
2.6. Обоснование и определение основных режимных параметров загрузочного распределяющего устройства 84
2.7. Определение габаритных параметров загрузочного распределяющего устройства 88
2.8. Определение потребной мощности на привод загрузочного распределяющего устройства 89
2.9. Выводы по главе 90
3. Методика экспериментальных исследований
3.1. Задачи экспериментальных исследований 92
3.2 Установка и оборудование для экспериментальных исследований 93
3.3. Общая методика экспериментов 95
3.3.1 . Методика определения физико-механических свойств кормовой массы 96
3.3.2 Методика определения основных показателей эффективности процесса загрузки 102
3.3.2.1. Методика определения потерь кормовой массы 102
3.3.2.2. Методика определение неравномерности высоты кормового бурта в кузове транспортного средства 103
3.3.2.3. Методика исследования сегрегации и статического коэффициента использования грузоподъёмности транспортного средства 105
3.4. Выбор факторов, влияющих на показатели процесса загрузки транспортных средств 106
3.5. Определение оптимальных условий протекания процесса загрузки 108
3.6. Крутое восхождение по поверхности отклика 111
4.Результаты экспериментальных исследований
4.1. Результаты предварительных исследований 113
4.2 Физико-механические свойства загружаемой кормовой массы 114
4.3 Исследование влияния физико-механических свойств кормовой массы на основные параметры её транспортирования в процессе загрузки 122
4.4. Результаты экспериментального отсеивания факторов 126
4.5. Результаты определения оптимальных условий протекания процесса загрузки 131
4.6. Результаты крутого восхождения по поверхности отклика 133
4.7 Отыскание области оптимума для уравнения второго порядка 135
4.8.Выводы по главе 138
5 . Производственные испытания и экономическая эффективность применения загрузочного распределяющего устройства
5.1. Условия проведения испытаний 140
5.2. Результаты производственных испытаний 142
5.3. Определение экономической эффективности применения загрузочного распределяющего устройства 142
5.4. Выводы по главе 147
Общие выводы 148
Список литературы 150
Приложения 165
- Классификация и анализ устройств для повышения эффективности процесса загрузки
- Определение гравитационной поверхности верхней части подвижного днища загрузочного распределяющего устройства
- . Методика определения физико-механических свойств кормовой массы
- Физико-механические свойства загружаемой кормовой массы
Введение к работе
За последние десятилетия российский рынок зерна и других сыпучих грузов, в том числе и сельскохозяйственных, импорта и экспорта быстро развивался. Совершенствовались транспортные средства и разрабатывались новые эффективные методы обработки и хранения зерновых грузов, продуктов помола и кормов, изготовленных на их основе. В условиях дороговизны кормов в животноводстве важное значение для снижения себестоимости животноводческой продукции имеет экономное, разумное расходование кормов как внутри животноводческих комплексов, так и снижение потерь кормов при их погрузке и транспортировке с перерабатывающих предприятий. Современные темпы развития производства предъявляют особые требования к своевременности и бесперебойности доставки грузов. Чтобы удовлетворить эти требования, технология хранения и транспортировки зерновых грузов ускоренно развивалась. В настоящее время развитие технических средств и методов комплексной механизации и автоматизации операций с зерновыми грузами и продуктами помола достигло высокого уровня [1, 2].
Бестарный способ является в настоящее время одним из оптимальных путей транспортирования и хранения зерновых грузов и продуктов помола в сельскохозяйственном производстве [3,4]. При этом используются различного рода накопительные ёмкости (силосы, стационарные и передвижные бункеры, контейнеры [5,6]). Такие хранилища широко распространены в химической и комбикормовой промышленности, ряде других отраслей народного хозяйства, с их помощью обеспечивается стабильная работа всего технологического комплекса. Применение бестарного отпуска, транспортирования, приёма и хранения сыпучих грузов значительно повышает степень механизации и автоматизации производства, производительность труда, коэффициент использования складских емкостей и транспортных средств, исключает или минимизирует применение ручного труда. Кроме того, бестарный способ позволяет снизить потери груза и расход
6 тароупаковочных материалов, улучшить санитарно-эпидемиологическую обстановку на рабочем месте [3,7,8,9]. Новые достижения в области хранения позволяют, например мукомольным, комбикормовым и пивоваренным заводам хранить сырьё и конечные продукты в элеваторах (силосах), благодаря чему устраняется обработка мешков, требующая больших затрат труда [9,10].
Несмотря на все преимущества бестарного способа транспортировки и хранения зерновых грузов, имеется достаточное количество проблем, возникающих в основном при хранении и отпуске грузов, особенно трудносыпучих. Работа транспортно-складских комплексов непосредственно влияет на сохранность грузов и качество перевозок. Нарушение бесперебойной работы отпускных устройств хранилища увеличивает время простоя транспортных средств под грузовыми операциями, снижает качество конечного продукта и, в конечном счёте, снижает экономическую эффективность технологического процесса.
Анализ ситуации в транспортно-складских системах показывает, что задачи длительного хранения без потери качества, бесперебойного и стабильного отпуска и загрузки зерновых грузов и продуктов помола ещё не решены окончательно. Поэтому постоянно ведутся исследования этих процессов, и продолжается поиск путей их совершенствования. Многообразие таких исследований и технических решений по конструкциям различных вспомогательных устройств свидетельствует об актуальности данной задачи. Таким образом, совершенствование складских комплексов, используемых для хранения сыпучих грузов, производства и дозирования зерновых грузов и продуктов помола, загрузки подвижного состава является актуальной задачей.
В настоящей работе предлагается повысить эффективность процесса загрузки зерновых грузов, продуктов помола и кормов, изготовленных на их основе, при помощи вспомогательных загрузочных устройств, позволяющих повысить равномерность заполнения емкостей грузом, статический коэффи-
циент использования номинальной грузоподъёмности и снизить потери при загрузке.
Цель работы - повышение эффективности процесса загрузки комбинированными кормами транспортных средств путём применения загрузочного распределяющего устройства.
Объект исследования - загрузочное распределяющее устройство, установленное на погрузочной машине (транспортёре, бункере-накопителе).
Предмет исследования - технологический процесс загрузки комбинированными кормами и их компонентами подвижного состава для дальнейшей транспортировки.
Методика исследований. Теоретические исследования опирались на известные законы и методы теоретической механики и математического анализа. В экспериментальных исследованиях использовались стандартные методики, а в качестве основной применялась методика экстремального планирования эксперимента.
Обработку данных, полученных в ходе эксперимента, производили известными методами математической статистики, проверку правильности расчётов проводили посредством компьютерной программы Statistica 6.0
Научная новизна работы заключается в решении вопроса повышения эффективности процесса загрузки транспортных средств комбинированными кормами путём применения загрузочного распределяющего устройства, анализе и обобщении теоретических положений и экспериментальных исследований, в результате которых:
обоснована форма гравитационной поверхности подвижного днища загрузочного распределяющего устройства; предложена функциональная зависимость параметров загрузочного устройства и кормовой массы, полученная методом экстремального планирования, позволяющая определить оптимальное соотношение параметров загрузочного устройства и свойств кормового материала.
Практическая ценность работы. Проведённые исследования и их результаты могут служить основанием для создания и совершенствования загрузочных устройств сыпучих материалов.
Пути реализации работы. Результаты исследований могут быть использованы на предприятиях комбикормового производства и других предприятиях Министерства сельского хозяйства России, которые производят или используют сыпучие корма.
Результаты исследований внедрены в ряде хозяйств Саратовской области (приложение 11).
Научные положения и результаты работы, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование перспективной конструктивно-технологической схемы загрузочного распределяющего устройства;
математическое описание рабочего процесса загрузочного распределяющего устройства и результаты экспериментальных исследований;
технико-экономическая оценка предлагаемого загрузочного распределяющего устройства Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СГАУ (2004 -2006 гг.); на Межрегиональной научно - практической конференции «Вклад молодых учёных в решение проблем аграрной науки» (ФГОУ ВПО Воронежский государственный аграрный университет) в 2005 г.; на III - ей Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» (Ставропольский государственный аграрный университет) в 2005 г.; на Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (ФГОУ ВПО Алтайский государственный аграрный университет) г. Барнаул, 28 марта 2006 года.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ. Общий объем публикаций 2.25 п.л., из которых на долю автора приходится 1.8 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 186 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти разделов, общих выводов по работе, списка литературы и одиннадцати приложений. Содержит 19 таблиц и 63 рисунка. Список использованной литературы включает в себя 142 наименования, из них 6 на иностранном языке.
Классификация и анализ устройств для повышения эффективности процесса загрузки
Существенным недостатком функционирования емкостей является неравномерное заполнение их сыпучими грузами. При их загрузке, кроме колебания высоты по длине ёмкости, ещё наблюдается и колебание плотности, обусловленное способом загрузки, физико-механическими свойствами загружаемых кормов и т.д. Рассмотрим различные способы заполнения емкостей. Многочисленными исследованиями установлены существенные недостатки способа заполнения емкостей компактной струёй, такие как сегрегация, неравномерное уплотнение груза и неполное использование объёма хранилища. В [48] отмечается, что если ёмкость заполняется путём подачи материала компактной струёй (самотёком), то происходит интенсивное оседание частиц груза, и в нижних слоях отмечаются большие сжатия. При открытии выпускной задвижки и после выгрузки небольшого количества материала происходит внезапное расширение и перераспределение давления сжатия. Верхняя масса продукта начинает двигаться, и днище ёмкости испытывает интенсивную нагрузку. Если ёмкость заполнялась по методу разбрасывания (по типу дождя или душа), материал оказывается распределённым по поперечному сечению ёмкости с более равномерной плотностью. В работах [1,36,48] и др. отмечается также, что при загрузке самотёком может происходить сегрегация (расслоение) материала: более крупные и округлые частицы скатываются к стенкам бункера по поверхности насыпи. Расслоение имеет место и при использовании рассекателей потока, если общий поток груза разделяется на достаточно крупные отдельные потоки [1]. Для многокомпонентного груза, каким является комбикорм, сегрегация приводит к изменению соотношения компонентов и после выпуска состав может оказаться недопустимым по качеству. Таким образом, загрузка оказывает влияние на качество конечного продукта. Некоторые отрицательные последствия загрузки можно компенсировать дополнительными затратами на выпуске за счёт усложнения или добавления новых вспомогательных устройств. Отдельные свойства груза, изменённые в процессе загрузки, улучшить при разгрузке вообще не удаётся, как, например, произошедшую во время загрузки сегрегацию материала. Для её устранения может потребоваться смешивание груза уже после его полной разгрузки.
Для улучшения качества загрузки используются специальные загрузочные устройства, которые требуют определённых затрат на их изготовление и эксплуатацию, но в целом улучшают функциональные параметры загружаемых емкостей. Рядом исследователей были предложены конструктивно-технологические схемы бункерных накопителей, неотъемлемой частью которых является операция выравнивания кормового слоя. При этом выравнивание свободной поверхности и плотности кормового слоя осуществляется как при загрузке емкостей, так и при выгрузке корма из них (если в качестве ёмкости используется кузов мобильного кормораздатчика). В то же время существуют разнообразные конструкции загрузочных устройств, установленных вне зафужаемой ёмкости - обычно на выфузной горловине транспортёра или бункера - накопителя. Соответственно, в зависимости от того, на какой стадии осуществляется выравнивание кормового слоя, определяется и выбор той или иной конструкции рабочего органа для осуществления данной операции [12,21,49-54]. Устройства для повышения эффективности процесса загрузки В емкостях, оборудованных такими устройствами, операция выравнивания кормового слоя может осуществляться в бункере при загрузке, при выгрузке, на выгрузном транспортёре и предварительно в бункере накопителе с последующей перегрузкой. В последнем случае выравнивание кормового слоя происходит предварительно, при загрузке автономно установленного бункера, вместимость которого равна вместимости бункера кормораздатчика (либо другой ёмкости). При этой схеме значительно снижается время на загрузку и повышается эксплуатационная производительность ёмкости. По характеру действия устройства для повышения эффективности процесса загрузки можно подразделить на активные, пассивные и комбинированные. У активных устройств рабочие органы (скребки, граблины с пальцами) совершают циклическое движение относительно кормового слоя. У пассивных устройств относительно неподвижных рабочих органов перемещается кормовой слой. Устройства, у которых рабочие органы совершают циклические движения (вращательное и др.) и формируемый кормовой слой передвигается, можно отнести к комбинированным. Комбинированные выравнивающие устройства наиболее энергоёмки, так как в процессе загрузки и выравнивания кормового слоя энергия расходуется как на привод рабочих органов, так и на перемещения загружаемого корма. Менее энергоёмки пассивные выравнивающие устройства. По типу устройства подразделяются на роторные, транспортёрные, скребковые и гребенчатые. При оснащении загрузочным устройством погрузочной машины (транспортёра, бункера) можно отметить четыре наиболее распространенных способа заполнения кузовов транспортных средств и хранилищ различного назначения сыпучими грузами: струёй с изменяющимся углом загрузки, дождём и каскадная загрузка.
Определение гравитационной поверхности верхней части подвижного днища загрузочного распределяющего устройства
Согласно вышеизложенному, определение гравитационной поверхности верхней части загрузочного устройства сводится к определению уравнения гравитационной поверхности кривой БВ. Определим уравнение гравитационной кривой БВ, по которой перемещение потока кормовой массы происходит с постоянным, не изменяющимся значением вертикальной составляющей скорости движения Зу (рисунок 2.7). Отметим, что при движении потока кормовой массы по внутренней гравитационной поверхности устройства справедливы уравнения: dy ds = \ + y,2-dx, (2.70) где ds, dx ,dy - соответственно элементарная часть пути, пройденная по поверхности устройства и проекции этого расстояния на оси X и Y; а- угол направления движения потока кормовой массы к горизонтали, град. Обозначим: п dy , 3 =3sma = — = yt-= const (2.71) dt откуда а следовательно = -7 -. (2.72) sin a sin, y\ __ ; a=J, cosa = -, (2.73) dx , n — = xl = 3cosai (2.74) da . -# «.. (2.75) Отметим также, что согласно исследованиям Орехова [131] силой сопротивления воздуха можно пренебречь, так как после прохождения в закрытых трубопроводах первой порции потока материала исчезает лобовое сопротивление. Теперь уравнение (2.33) запишется так: dS . , /-у ,2 -— = gsma + fgcosa-- - (2.76) dt Rn-sm а ч или d& у . r х\ f-y?-a T -JT = gQ+fS--Q 2 . (2.77) at 3 3 іУ-sin а Учитывая уравнения (2.70), запишем: B dy4 Yf :f}f . (2.78) V+y ) iffy) Преобразовывая и разделив всё на ах, получим: (2.79) Принимая во внимание уравнение (2.72), получим: (2.80) dS _ y t-cosa-da dx (sin a) -dx или после преобразований по уравнениям (2.70) Qd3 а У" и подставляя в уравнение (2.79), вводя подстановку; у = Р; dP У =- (2.82) получим: dP = g(p + /)-Рг dx yl2(f. р-\у (2.83) откуда dx = y?(f-P-i) g(p+f)-p Ф: (2.84) _yf г (f-P-i) \ dp x = или (2.85) g }{p + f P3 Для интегрирования уравнения (2.85) разложим дробь, стоящую под интегралом, на простые элементы, согласно [132,133] по уравнению: // -! BCD (2.86) P\p + f) P + f РЪ Р2 Р Приводя к общему знаменателю и приравнивая числители, получим: fp-\ = Ap3+B(p + f)+C-p(p + f)+D-p2(p + f). (2.87) Перегруппируем: Jp-\ = (A + D)-p3+{C + D-f)-p2+(B + C-f)+B-f.(2M) и выпишем коэффициенты при одинаковых показателях: 0=A+D, o = c+z ./, f = B + C-f, -\ = B-f. (2.89) Решая совместно систему уравнений (2.89), определим: /2+1 А = В = Ґ i_ / с = /41 /2 Ґ (2.90) Тогда уравнение (2.85) примет вид: г Г ri ( fi W У, J 8 ч х = /41 /41 /41 /3(Р+/) /-У /2-/ [Ґ-Р dp. (2.91) Интегрируя, получим: at fi = - / Iln(, + /)+ 1 - ±l)-M. / 2-/-/72 Г-Р /J In/? + , (2.92) или У\ g x = Ґ rl ±!in±
I /3 / /2+i 2-/./72 /2-/ л + (2.93) где E - постоянная интегрирования. ,_dy_ Так как У - - Р , то ш: dy = p-dx или согласно уравнению (2.84): -(/7 + /)-/7 (2.94) Откуда У = у?_ г (/-/7-і) (2.95) Разложим дробь для интегрирования: л С //7-1 Л (2.96) p2(p+f) P+f р2 Р приведём к общему знаменателю: f-p-l = A-p2+B-p + B.f + C P2+C-f-p, (2.97) Выпишем коэффициенты при одинаковых членах: 0 = А + С f = B + C-fm (2.98) -1 = 5-/ Решая совместно систему уравнений (2.98), определим коэффициенты разложения дроби на простые элементы: Ґ ! (2.99) В = -— / c = /1+1 2 и перепишем уравнение (2.95) в виде: У, У /2+1 Г+1 я \ ҐІР+f) f-P2 Ґ-Р. ф, (2.100) интегрируя которое, получим: ч У _У, g kl±H. Ґ +1 1щ + /)+-—+ -Inр -сір + М (2.101) или X + М 7 = (2.102) 2+1 in- g К Ґ P + f f-p. где М- постоянная интегрирования. Уравнения (2.93), (2.102) представляют собой уравнения искомой кривой БВ в параметрической форме. Постоянные интегрирования этих уравнений определяются по условиям движения в начале и в конце кривой (рисунок 2.11). Так при х = 0 у = Ро (2.103) У = Ук У = Рк где /?о - значение тангенса угла наклона а0 касательной к горизонтали в начальной точке кривой БВ; ук; рк - значения высоты /гБв и тангенса угла наклона касательной к горизонтали в конечной точке кривой БВ. ( ті Ґ = - g r+lJPo+f Г К Ро \ (f2+0 г-f-P Ґ-Р, (2.104) У, g М = ук 2fr2 f2 Pk+f / Рк (2.105) Тогда уравнения (2.93), (2.102) принимают вид: Ро х = У, g /2+i J(P±J1PA+_1_ Ґ [РІРО+Л 2-/ ( і "І /-2+іГі і Ґ VP Ро) (2.106) У = g /1+1 f2 In (Pk+f)-P PAP + /) + / Л Pk) + Ук (2.107) Для построения искомой кривой БВ (рисунок 2.11) задаёмся значением одной из координат конца кривой, например ук , а также координатами начала кривой хо ; уо и тангенсами углов наклона касательных к кривой в начале ро и в конце р , другая же координата х определится из уравнения (2.106), если в него вместо текущих значений р подставить значение рК. Задаваемые значимые значения у и /?о определяются из уравнений (2.108), получаемое из уравнения (2.107) , так как при известных значениях координат начала кривой БВ лго=0, уо=0, последнее будет иметь вид: У = У, g \ + — Ро In /2 + 1 J{Pk+f) /2 [pk{Po+f)j f ґ 1 V \Ро Pk J (2.108) где ро, рк - значения тангенсов угла наклона касательной, соответственно в начале и конце кривой БВ; у - координата у конца кривой БВ, соответствующая значению её высоты h \y\ - значение вертикальной составляющей скорости движения «9У кормовой массы по гравитационной кривой БВ.
. Методика определения физико-механических свойств кормовой массы
Исследование распределяющего устройства проводилось на загрузке кормосмеси, состоящей из отходов мукомольного производства и концкор-мов, а также её отдельных компонентов. Скорость движения частиц потока и их траектория в значительной степени зависит от физико - механических свойств загружаемого материала. Влажность исследуемых кормов и их компонентов определяли при помощи электроимпульсного влагомера "Капля -01" (рисунок 3.3.б). Прибор состоит из двух блоков: управления и датчика-пробоформирователя. В основу устройства положен диэлькометрическии метод измерения влажности материала, помещенного в электроимпульсное поле. Повышению точности прибора способствует устройство пробоформирователя, обеспечивающее принудительное уплотнение продукта перед анализом, а также введение поправок на температуру. Диапазон измерения влажности прибора- 8-24 %; основная погрешность измерений 0,1%.
Точность измерения влажности кормов определяли методом предварительного подсушивания. Для этого отвешивали 20 г исследуемого корма на электронных весах ВЛК - 500 (рисунок 3.4), помещали его в неглубокую чашку диаметром 8 - 10 см и подсушивали в сушильном шкафу СВШ - ЗМ (рисунок 3.3.а) при температуре 105С в течение 30 мин. Затем навеску корма охлаждали в открытой чашке и взвешивали. Отбирали из него две навески по 5 г и высушивали указанным выше способом. При навеске предварительно подсушиваемого корма в 20 г и навеске в 5 г высушиваемого корма влажность определяли по формуле: Рисунок 3.3. Сушильный шкаф СВШ - Зм и влагомер «Капля -01» Рисунок 3.4. Электронные весы ВЛК - 500 где G - вес 20-граммовой навески после подсушивания, г; qH - масса 5-граммовой навески подсушенного корма после высушивания, г. Влажность по указанной выше формуле определяют по каждой навеске в 5 г и указывают как среднее арифметическое из двух определений. При определении влажности вышеописанным методом отклонения при двух параллельных определениях допускается не более 0.25% [18]. Среднюю длину частиц, которая характеризует степень измельчения корма, определяли среднеарифметической вариационного ряда по формуле [135]: /-= . (3.2) CP где lcp -средняя длина частиц, мм; т, масса частиц в каждом классе, г; lcpi - линейный средний размер частиц в классе, мм. Для оценки измельчённых кормов по однородности состава рассчитывали среднеквадратичное отклонение о от среднезаданного по зоотехническим нормам и коэффициент вариации 5 : [lcpi-had}ті v (3-3) S = -\00%, (3.4) (7 а где а - среднеквадратичное отклонение; 8 - коэффициент вариации; Код. - размер частиц по ГОСТу, мм. Насыпная плотность корма зависит от влажности и степени измельчения. Её определяли, применяя мерные ёмкости 0.03...0.05 м3. Порция корма насыпалась с высоты 500...600 мм в ёмкость, лишний корм удалялся. Затем ёмкость взвешивали с точностью до Юг [18]. Плотность рассчитывали по формуле: М -М общ м.емк. , - м.ёмк. где Мобщ - масса мерной ёмкости с кормом, кг; Ммёмк..-масса мерной ёмкости, кг; Ум.Ык. объем мерной ёмкости, м3. Для определения аэродинамических свойств кормовой массы, оцениваемые скоростью витания, при которой частицы корма находятся во взвешенном состоянии, определяли средние размеры частиц и подсчитывали плотность частицы по формуле [135]: тч тч где рч - плотность частицы, кг/м3; V4 - объём частицы, м3; тч - масса ч.. частицы, кг; гч - радиус поперечного сечения частицы, м ;іч - длина частицы, мм. Затем подсчитываем скорость витания [136]: Л (3.7) \ С возд. 0.02 + -h где а - коэффициент, зависящий от формы частиц, для частиц с квадратным и круглым сечением а=1.1, для частиц с прямоугольным сечением а=0.9; h - толщина частиц, м; рвозд - плотность воздуха, кг/м3. Полученные данные отдельных опытов проверяли контрольными измерениями на парусном классификаторе ППК, согласно методике [135]. Среднюю скорость витания частиц кормовой массы определяли как средневзвешенное: У т.С. Се=% , (3.8) где Mj - масса фракции, кг; С{ - скорость витания соответствующей фракции, м/с. Определение коэффициента трения производили с помощью наклонной плоскости по установленной на ней шкале, где фиксировались следующие углы: - угол, при котором начинается сползание вниз образца, лежащего на рабочей поверхности наклонной плоскости, при постепенном отклонении её от горизонтального положения вверх - этот угол является граничным между покоем и движением образца по наклонной поверхности и определяет собой коэффициент трения покоя; угол, соответствующий моменту остановки образца, движущегося под собственным весом вниз, при постепенном уменьшении угла наклона плоскости - этот угол определяет коэффициент трения движения.
Определение высоты вертикально стоящей стенки кормовой массы производили согласно рекомендациям Зенкова Р.Л. [111], с помощью прибора, представленного на рисунке 3.5. Прибор состоит из открытого ящика 1, одна из длинных стенок которого соединена с днищем ящика петлями позволяющими ей откидываться 2. В вертикальном положении она удерживается крючками 3. Рисунок 3.5. Приборы для определения сопротивления сдвигу и высоты свободно стоящей вертикальной стенки сыпучих кормов Рисунок 3.6. График предельных касательных напряжений для сыпучих кормов Кормовую массу загружали в ёмкость до некоторой высоты, затем крючки отбрасывали и стенку медленно отклоняли в горизонтальном положении. Если кормовая масса, заполняющая ящик, оставалась стоять неподвижно, и обрушение её вертикальной стенки не происходило, то опыт повторяли снова, увеличивая высоту слоя кормовой массы, пока не достигали предельной высоты h0 , с превышением которой частицы вертикально стоящей стенки кормовой массы начинали обрушаться. Определение угла внутреннего трения производили согласно [111]. По величине ho, подставляемой в формулу (2.140), определяли радиус предельного круга напряжений, и этот круг наносили на график (рисунок 3.6), затем по данным испытаний кормовой массы, полученных с помощью прибора для определения сопротивления сдвигу - трибометра [111], отмечали на графике положение точки d (рисунок 3.6). Проведя из этой точку касательную к кругу напряжений, получили график предельных касательных напряжений, угол наклона касательной к оси абсцисс даёт значение угла внутреннего трения. Представленный на рисунке 3.5 прибор-трибометр состоит из неподвижного ящика 1, вдоль которого по направляющим может перемещаться короб без днища 2. Кормовой массой заполняли ящик до уровня направляющих и короба, затем выравнивали, а в короб укладывали прижимную пластину 3, создающую нормальное напряжение, необходимое для передвижения короба, определяли динамометром 4, соединённым с последним при помощи шнура. Нормальное напряжение в кормовой массе по плоскости сдвига вычисляли по формуле:
Физико-механические свойства загружаемой кормовой массы
На эффективность процесса загрузки, кроме конструктивно - технологических параметров загрузочного устройства, сильное влияние оказывают физико - механические свойства загружаемых кормов. Изучение процесса загрузки кормов невозможно без знания физических и механических свойств загружаемых материалов. Большое влияние на процесс загрузки бункера кормом оказывает угол естественного откоса є, который, в свою очередь, зависит как от влажности W, так и от средневзвешенного размера частиц Iср [137]. Представленные на рисунках 4.3, 4.4 зависимости позволяют проследить изменение угла естественного откоса для кормосмеси и комбикорма с повышением влажности и средневзвешенного размера частиц. Исследования показали, что с увеличением влажности и размера частиц, уменьшается подвижность, а следовательно, и способность к перераспределению. Аналогичными причинами объясняется увеличение высоты вертикально стоящей стенки кормового слоя с увеличением влажности и размеров частиц (рисунки 4.11,4.12). Основными факторами, оказывающими значительное влияние на изменение плотности кормовой массы, является влажность и размер частиц. Экспериментально установленные зависимости насыпной плотности р от влажности корма W и средневзвешенного размера частиц Iср , представлены на рисунках 4.5, 4.6. Неравномерное возрастание насыпной плотности при увеличении влажности можно объяснить различными свойствами компонентов кормов (строением, плотностью), разной степенью измельчения компонентов и абсорбционной способностью. Также можно отметить эффективность динамического уплотнения, когда поток кормовой массы, выходя с выгрузного устройства, обладает боль 115 шим запасом кинетической энергии, расходуемой на уплотнение корма при ударе. Частицы меньшего размера с большей влажностью лучше проникают в толщу уложенного слоя (рисунок 4.10). На скорость витания частиц основное влияние оказывают влажность и размер частиц. На рисунках 4.7, 4.8 представлены зависимости, показывающие, что с уменьшением размера частиц Iср и влажности W, скорость витания Св, или критическая скорость, при которой частицы находятся во взвешенном состоянии, уменьшается [136]. Изменение коэффициента трения кормовой массы о стальную поверхность гравитационной кривой представлены на рисунке 4.9. Очевидно уменьшение коэффициента трения потока кормовой массы с уменьшением её влажности [137]. 12 8 Исследование влияния физико-механических свойств кормовой массы на основные параметры сё транспортирования в процессе загрузки По уравнениям (2.106), (2.107), (2.124), (2.125) были получены координаты гравитационной кривой, теоретически обеспечивающей постоянство значений вертикальной составляющей скорости движения частиц кормовой массы влажностью W=\A%, средневзвешенным размером частиц L =2.2 мм, критической скоростью витания 3.3 м/с, средней начальной скоростью движения по гравитационной поверхности устройства 9Q = 16 м/с, коэффициентом трения движения по стали/= 1.35.
Представленные на рисунках 4.13 и 4.14 зависимости изменения скорости потока & и её составляющих Зх и &у с изменением угла транспортирования а при движении по расчётной гравитационной поверхности устройства и соответствующие параметры - #у.уД. и ууд показывают хорошее согласование экспериментально полученных значений с расчётными, при соответствии фи-зико - механических свойств кормовой массы расчётным значениям, и увеличение расхождений значений при увеличении несоответствия критической скорости витания Св кормовой массы, а, следовательно, и начальной скорости движения i% по гравитационной поверхности. Аналогично характеризуется обеспечение расчётной гравитационной поверхности постоянства вертикальной составляющей скорости движения по ней и при укладке кормовой массы в кузове транспортного средства.
Зависимости, представленные на рисунках 4.15, 4.19, определяющие зависимости дальности полёта частиц корма Хл от угла схода асх. с гравитационной поверхности загрузочного устройства и скорости схода потока с поверхности устройства от частоты вращения барабана также показывают хорошее согласование экспериментально полученных данных с расчётными.
