Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 9
1.1. Применение винтовых конвейеров в сельскохозяйственном производстве 9
1.2. Принципиальная схема работы винтовых конвейеров 18
1.3. Анализ существующих исследований винтовых конвейеров 19
1.4. Классификация вертикальных и винтовых конвейеров 24
1.5. Применение пневмотраыспортных установок в сельскохозяйственном производстве 31
1.6. Классификация пневмотраыспортных установок 39
1.7. Выводы по главе 42
1.8. Цель и задачи исследований 43
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПНЕВМОВИНТОВОГО ТРАНСПОРТЕРА 44
2.1 Конструктивно-технологическая схема пиевмовинтового конвейера 44
2.2. Основные параметры пиевмовинтового конвейера 47
2.3. Кинематика винтового конвейера 48
2.3. Кинематика пневмотранспортера 51
2.4. Теория псевдоожижеиного состояния 55
2.5. Исследование динамических течений вязкого газа в канале винтового транспортера 57
2.6. Анализ движения частицы в пневмовинтовом транспортере 66
2.7. Выводы 88
ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 89
3.1. Методика исследований физико-механических свойств зерна пшеницы, подсолнечника, проса 89
3.2. Методика лабораторных исследований 91
3.3. Описание экспериментальной установки 92
3.4. Порядок проведения исследований 98
3.5. Методика планирования лабораторных экспериментов 99
3.6. Программа и методика производственных испытаний пневмо-винтового конвейера 103
3.7. Выводы 106
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 107
4.1. Физико-механические свойства грузов 107
4.2. Результаты исследований влияния режимных параметров на показатели работы пневмовинтовой установки 108
4.3. Влияние режимных параметров на показатели работы пневмовинтовой установки при работе с зерном пшеницы 109
4.4. Производительность пневмовиитового конвейера при транспортировке зерна пшеницы 117
4.5. Влияние режимных параметров на показатели работы пневмовинтовой установки при работе с зерном подсолнечника 119
4.6. Производительность пневмовиитового конвейера при транспортировке подсолнечника 127
4.7. Влияние режимных параметров на показатели работы пиевмо-винтового конвейера при работе с зерном проса 131
4.8. Производительность пневмовиитового конвейера при транспортировке проса 138
4.9. Результаты измерений мощности пневмовиитового конвейера 139
4.10. Результаты производственных испытаний 141
4.11. Выводы 142
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 144
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 149
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 151
ПРИЛОЖЕНИЯ 162
- Применение винтовых конвейеров в сельскохозяйственном производстве
- Конструктивно-технологическая схема пиевмовинтового конвейера
- Методика исследований физико-механических свойств зерна пшеницы, подсолнечника, проса
- Результаты исследований влияния режимных параметров на показатели работы пневмовинтовой установки
- ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Введение к работе
Актуальность темы. Производство зерна характеризуется необходимостью выполнения большого объема транспортных работ. В течение производственного цикла, от уборки с полей до выхода готовой продукции, зерно подвергается многочисленным перемещениям и погрузочно-разгрузочным операциям. Транспортировка составляет до 40% от общей трудоемкости работ. Особое место занимает вертикальное транспортирование зерна на элеваторах, складах, а так же на зерноперерабатывающих предприятиях.
В настоящее время в условиях уменьшения количества крупных сельскохозяйственных предприятий и появления небольших фермерских хозяйств снизилась эффективность применения серийно выпускаемых норий и шнеков, рассчитанных на высокую производительность. Кроме того, некоторые из них травмируют зерно и приводят к увеличению запыленности. В конечном итоге данные недостатки влияют на качество продукции, что ведет к увеличению ее себестоимости.
Создание вертикального транспортера, с высокой производительностью, отвечающего требованиям по допустимому травмированию, позволяет повысить качество хранения и переработки зерна.
Цель работы: Повышение эффективности вертикального транспортирования зерна путем обоснования параметров и режимов работы пневмовинтового конвейера.
Объект исследования – процесс транспортирования зерна вертикальным пневмовинтовым конвейером.
Предмет исследования – взаимосвязь производительности транспортера и травмируемости зерна с конструктивными и режимными параметрами.
Методика исследований включала в себя разработку теоретических положений, их экспериментальную проверку в лабораторных и производственных условиях, экономическую оценку полученных результатов.
Теоретические исследования выполнялись на основе законов классической механики и математического анализа. Так же проводилось исследование динамических течений вязкого газа в канале винтового транспортера при помощи ЭВМ. Экспериментальные исследования проведены с применением многофакторного планирования, при этом использовались существующие ГОСТы и разрабатывались частные методики.
Научная новизна. Обоснована новая конструктивно-технологическая схема вертикального пневмовинтового конвейера. Математически описан процесс взаимодействия предлагаемого транспортера с зерном. Получены зависимости для производительности пневмовинтового конвейера и травмируемости транспортируемого зерна от основных режимных параметров.
Практическая ценность работы. Разработана конструкция вертикального пневмовинтового транспортера /патент на полезную модель № 54579/, применение которого позволяет: увеличить производительность на
40-50%;снизить травмируемость транспортируемого зерна на 20-35%; получить от внедрения годовой экономический эффект 9 288 рублей на один транспортер.
Апробация. Основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И.Вавилова в 2003-2006 гг., на межрегиональной научной конференции молодых ученых и специалистов системы АПК Приволжского Федерального округа (СГАУ, 2003), на межрегиональной конференции, посвященной 118-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова (СГАУ, 2005), на международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения профессора В.Г. Кобы (СГАУ, 2006), на международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко (СГАУ, 2006).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 7 работах, в том числе патент РФ на полезную модель № 54579, 2 статьи объемом 0,3 п.л. в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, объем публикаций составил 0,8 п.л., из которых 0,5 п.л. принадлежат лично соискателю.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц, 64 иллюстрации. Список используемой литературы включает 121 наименование, из них 7 на иностранном языке.
Применение винтовых конвейеров в сельскохозяйственном производстве
Первый винтовой транспортер был изобретен греческим ученым Архимедом в 3 веке до н.э. и впервые применен для орошения полей [4]. В дальнейшем винтовые конвейеры стали использовать для мелких сыпучих грузов.
Вследствие простоты устройства, удобства в эксплуатации и большой надёжности, винтовые транспортёры получили большое распространение в производстве: в сельском хозяйстве, в пищевой, строительной, химической, угольно добывающей промышленности, в дорожном машиностроении [5].
Постоянное усовершенствование конструкций даёт более широкое применение и распространение транспортёра в разных областях производства.
В настоящее время в большинстве случаев винтовые конвейеры служат для перемещения пылевидных, гранулированных и мелкокусковых грузов в горизонтальной или наклонной, реже в вертикальной плоскостях (с быстро вращающимися винтами).
Основными достоинствами винтового конвейера являются: простота конструкции, малые габариты, герметичное перемещение материала. Недостатки: относительно высокая энергоёмкость, истирание и дробление перемещаемого груза, а также значительное изнашивание поверхностей винта и кожуха [6].
В сельскохозяйственном производстве шнеки используются не только в качестве самостоятельных транспортирующих и погрузочных устройств, но и широко применяются в комплексных устройствах [7, 8], выполняющих функции транспортирования, в сочетании с технологическими операциями для горизонтального, наклонного, вертикального транспортирования сыпучих, волокнистых, кусковых, жидких и полужидких грузов, Помимо транспортировки грузов, шнеки часто используют для смешивания кормов и дозированной их раздачи.
В различные годы разрабатывались и серийно выпускались следующие виды винтовых конвейеров.
Конвейер винтовой универсальный КВ-Ф-40 [9], выпускается в пяти ис полнениях КВ-Ф-40-І (II, Ш, IV, V) (рисунок 1.1). Используется для загрузки измельченных корнеплодов, зеленой массы в смесители, а также для подачи готовых смешанных кормов. Состоит из корпуса, мотор-редуктора, бункера, шнека, подшипников и крышек. Конструктивные, отличия определяются местом работы. Преимуществом данного транспортера является универсальность, высокая производительность - до 45 м7ч.
Конструктивно-технологическая схема пиевмовинтового конвейера
Вертикальные винтовые конвейеры, предназначенные для транспортирования зерна, имеют ряд недостатков, возникающих в процессе работы из-за особенностей физико-механических свойств груза.
Одним из основных недостатков существующих винтовых конвейеров является уменьшение производительности при увеличении угла наклона [36]. В вертикальных винтовых транспортерах производительность можно повысить за счет увеличения частоты вращения шнека [20, 22]. Это вызывает рост энергоемкости, снижение качества транспортируемого материала, причиной чего является повышение травмируемости [21].
На основании анализа научных и теоретических исследований, с учетом перечисленных выше недостатков, на кафедре «Детали машин и ПТМ» СГАУ им. Н.И.Вавилова разработана [22, 23, 24] вертикальная пневмовинто-вая установка для погрузки зерна (патент на полезную модель РФ № 54579) [76] (Приложение 1).
Пневмовинтовой конвейер (рисунок 2.1) содержит раму (1), привод шнека (2), жестко закрепленный на раме загрузочный бункер (3), в котором установлены кожух (4) и шнек (5), разгрузочную пневмокамеру (6) со скатной плоскостью (7), вентилятор (8) с приводом (9), заслонку (10) в воздуховоде (11), выгрузной трубопровод (12) с шлюзовым затвором (13).
Пневмокамера установки герметично [27] сопряжена с воздуховодом, ведущим к пневмосистеме (вентилятору), и кожухом винтового конвейера. Этим достигается улучшение процесса захвата зерна быстр овращающимся шнеком, совмещение процессов транспортирования винтом и потоком воздуха. Пневмокамера имеет внутри наклонную плоскость с углом равную углу наклона трубопровода. Вал винта проходит по всей длине установки и закрепляется в подшипнике на стенке воздуховода со стороны противоположной шнеку.
Рабочий процесс установки протекает следующим образом. Перед началом работы фиксируется заслонка (10), регулирующая поток воздуха в зависимости от вида транспортируемого груза. Приводная система (2) посредством ременной передачи приводит во вращение вал шнека (5) с заданной частотой вращения. В тоже время вторая приводная система (9) задаёт вращение вентилятору (8). Материал под воздействием потока воздуха и шнека (5) начинает перемещаться по корпусу (4) из загрузочного бункера (3) в пневмокамеру (6). При достижении пневмокамеры 6 происходит уменьшение скорости потока и материал осыпается на скатную плоскость (7) [26]. Далее по скатной плоскости (7) материал движется к выгрузному трубопроводу (12) с шлюзовым затвором (13), который, благодаря смещению оси до верхней стенки трубопровода (12) при накоплении поднимаемого материала, проворачивается и производит разгрузку установки.
Предложенная конструкция имеет увеличенную производительность за счет совмещения процессов транспортирования винтом и потоком воздуха, и меньшую травмируемость за счет потока воздуха, исключающего осыпание.
Методика исследований физико-механических свойств зерна пшеницы, подсолнечника, проса
При проведении экспериментальных исследований определялись и контролировались физико-механические свойства зерна [93, 94, 95, 96, 97]. Эксперимент проводился на образцах зерна пшеницы, подсолнечника, проса: зерно пшеницы - III класс; зерно подсолнечника - II класс; зерно проса - II класс [95, 96].
Для изучения рабочего процесса, обеспечения достоверности экспериментов и подтверждения теоретических положений контролировались 5 основных физико-механических свойств: сопротивление сжатию и механическому контактному разрушению, влажность, плотность, коэффициент трения, скорость витания [97, 98, 99, 100].
Определение влажности, плотности, коэффициента трения, скорости витания зерна проводились по известным методикам [97, 99].
Результаты исследований влияния режимных параметров на показатели работы пневмовинтовой установки
Анализ полученных зависимостей показывает, что повышение производительности при увеличении частоты вращения шнека имеет место, как без подачи воздуха, так и при всех принимаемых значениях скоростей воздуха (рисунок 4.1).
Рассматривая зависимости производительности пневмовинтового конвейера от частоты вращения, видно, что основными движущими силами являются воздействующие на зерновку силы шнека. Рост производительности наблюдается так же и во время увеличения скорости потока воздуха.
При я=532 (мин-1) и скорости воздуха 5,5 (м/с) наблюдается рост Q на 50 (%) по сравнению с вертикальным винтовым конвейером без подачи воздуха, При тех же оборотах и и =7,5 (м/с) и и =9,5 (м/с) увеличение производительности по отношению к работе транспортёра со скоростью воздуха 5,5 (м/с) составляет - на 10 и 20 (%). В результате производительность на и 70 (%) больше по отношению к производительности конвейера без работы пневмосистемы. Увеличивая частоту вращения до 727 и и =5,5 (м/с) производительность увеличивается по отношению к вертикальному винтовому конвейеру (при 727 (мин"1)) на 33 (%), при и =7,5 (мин"1) Q повышается до 50 (%), при и =9,5 (мин") увеличения Q достигает 66 (%).Процентное отношение при п =900 (мин-1) выглядит следующим образом, при и =5,5 (м/с) Q увеличивается на 27 (%), при и =7,5 (м/с) на 45 (%), при и =9,5 (м/с) на 61 (%). При п =1076 (мин"1) рост ()идет ПРИ и =5,5 (м/с) на 24 (%), при и =7,5 (м/с) на 40 (%), при и =9,5 (м/с) на 55 (%). Полученные данные сведены в таблицу 4.2.
