Содержание к диссертации
. ВВЕДЕНИЕ 5
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДО
ВАНИЯ 8
Общая характеристика режимов хранения зерновых масс. 8
1 Угол естественного откоса 11
Требования к зернохранилищам, способы хранения зерна и
семян 15
Существующие зернохранилища, бункера и их элементы 16
1- Пневматические склады 17
2. Конструктивные схемы ёмкостей 18
Стационарные шнековые раздающие устройства 27
Спирально-винтовые транспортеры 29
Анализ существующих методов расчёта и теории транспор
тирования материала спирально-винтовым транспортёром 33
Выводы. Цель и задачи исследования 35
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ЗЕР
НОВОГО МАТЕРИАЛА ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ 37
Характер движения материала в бункере зерносклада.. 37
Влияние активного слоя при движении зернового потока под
действием спирального винта на процесс выгрузки 45
Уплотнение материала спирально-винтовым рабочим орга
ном 51
Движение зерна по внешней поверхности спирали 54
Выводы 59
ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 60
Программа исследований 50
Методика и приборы для определения физико-механических
свойств сыпучих материалов 60
Приборы, установки для исследования влияния конструктив
но-режимных параметров рабочего органа 62
Методика исследования влияния конструктивных и режим
ных параметров, физико-механических свойств материала на
подачу спирально-винтового устройства открытого типа 66
1. Методика проведения производственных исследований 67
Методика обработки результатов экспериментальных иссле
дований 69
1 Планирование экспериментов 70
3.5.2. Методика обработки опытных данных 74
3.6. Выводы 77
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНО-ПРОИЗВО-
ДСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 78
-
Экспериментальные исследования 78
-
Исследования перемещения материала в кожухе круглого сечения 81
-
Исследования экспериментальных установок 83
-
Результаты исследований на экспериментальной установке 84
-
Результаты исследований перегрузочного транспортера 87
-
Результаты исследований среднеприводного загрузчика 89
-
Результаты исследований процесса движения зерна в открытых желобах 92
-
Анализ режимно-конструктивных параметров рабочих органов экспериментальных установок 95
-
Определение подачи и энергозатрат выгрузки механизированного склада 96
-
Производственные исследования устройства со спирально-винтовым рабочим органом 100
-
Сравнительный анализ теоретических и практических исследований 103
4.10 ВЫВОДЫ 107
5.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 1по
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ П7
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 119
ПРИЛОЖЕНИЕ 130
Введение к работе
Возделывание зерна обуславливается необходимостью выполнения большого объема транспортных работ. В течении всего цикла производства, от уборки с полей до выхода готовой продукции, зерно подвергается многочисленным перемещениям. Особое место занимает транспортирование зерна на элеваторах, складах, а так же на зерноперерабатывающих предприятиях.
В настоящее время в условиях появления небольших фермерских хозяйств требуется малозатратная техника, рассчитанная на необходимую производительность.
Одним из направлений реализации таких технологий является создание средств механизации перемещения сельхозпродукции на основе вращающихся спирально-винтовых рабочих органов.
Однако внедрение таких технологий в сельскохозяйственное производство сдерживается недостаточной изученностью их как в теоретическом, так и в экспериментальном плане. Применяемые на практике средства механизации не в полной мере отвечают агрономическим требованиям и, в большинстве своем, имеют сложную конструкцию, высокую стоимость, не универсальны и малоэффективны вследствие значительных энергозатрат на выполнение технологического процесса
Основные технологические операции и рабочие процессы в сельскохозяйственном производстве осуществляются путем транспортирования и обработки материалов, для чего применяются множество типов рабочих органов машин, порой, не универсальных, металло- и энергоемких, сложных по конструктивному исполнению и технологии их изготовления. Разнотипность рабочих органов транспортирующего действия резко увеличивается из-за различных физико-механических свойств производимых и обрабатываемых продуктов растениеводства и животноводства, агротехнических и зоотехнических требований к средствам механизации.
Значительная доля объема сельскохозяйственных материалов приходится на сыпучие материалы.
В последние годы у нас в стране и за рубежом все большее распространение, как наиболее перспективные, получают транспортирующие устройства со спирально-винтовыми рабочими органами. Однако, в странах СНГ, в том числе и в Российской Федерации, спирально-винтовые рабочие органы, в особенности, с одновременной обработкой перемещаемого материала, пока не имеют достаточно широкого применения в различных технологических процессах перевозки и хранения семян и зерна. Одной из причин этого являются еще имеющиеся недоработки, присущие выпускаемым промышленностью машинам с использованием спирально-винтовых рабочих органов, вытекающие из малой изученности этого вопроса, в особенности, в направлении их универсализации и совершенствования конструктивных и технологических параметров.
Научная новизна: разработана математическая модель процесса перемещения зернового материала спирально-винтовым рабочим органом с учетом его конструктивно-технологических параметров и физико-механических свойств зерна; разработано устройство для перемещения сыпучих материалов спирально-винтовым рабочим органом, новизна которого подтверждена патентом РФ на полезную модель №74624. теоретически и экспериментально обоснованы конструктивно-режимные параметры устройства для перемещения и хранения зернового материала.
Практическая ценность. Разработанное устройство для хранения и выгрузки зерна позволяет значительно расширить область его применения в сельскохозяйственном производстве, а предложенные методики их расчета, проектирования и оптимизации параметров - снизить затраты энергии и материалоемкость конструкций.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава Башкирского ГАУ (г. Уфа, 2009 г.), Ульяновской ГСХА (2008...2010 г. г.),
7 международных научных конференциях; научно-практической конференции Мичуринского ГАУ (г. Мичуринск, 2009 г.); международной научно-практической конференции (Москва, РАЕ, 2008-2010 г.).
Реализация результатов исследований. Исследования экспериментального устройства для хранения и выгрузки зерна в производственных условиях подтверждены результатами исследований, которые отражены в актах внедрения ООО «Сельхозтехника» (р.п. Сурское, Ульяновская область) и ОАО «Чердаклинская семеноводческая станция»
На защиту выносятся следующие положения: - теоретические выражения для определения конструктивно-режимных параметров спирально-винтового рабочего органа; - математические модели процесса перемещения сыпучего материала предлагаемым рабочим органом; - результаты лабораторных исследований по определению влияния режим- но-конструктивных параметров спирального винта; - результаты производственных исследований и технико-экономическая оценка экспериментального бункера и транспортера сыпучих материалов.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Общая характеристика режимов хранения зерновых масс
Для успешного хранения зерна в складах и элеваторах, а также при временном хранении на токах и площадках с наименьшими потерями в весе и качестве и затратами средств мало знать в отдельности каждое свойство зерновой массы. Многие из этих свойств и процессов, протекающих в зерновой массе, взаимосвязаны между собой и оказывают на ее состояние комплексное воздействие. Поэтому наиболее правильное решение всех вопросов технологического и оперативного порядка при обращении с любой партией зерна или семян может быть достигнуто только на основе полного понимания всего комплекса явлений, происходящих в зерновой массе. Изучение свойств зерновой массы и влияния на неё условий окружающей среды показало, что интенсивность всех протекающих в ней физиологических процессов зависит от одних и тех же факторов, важнейшими из которых являются: влажность зерновой массы и содержание влаги в окружающей среде (воздухе,- элементах конструкций хранилища, таре и т. п.); температура зерновой массы и окружающих ее объектов; доступ воздуха к зерновой массе.
Эти условия закономерно воздействуют на жизнедеятельность всех живых компонентов зерновой массы: зерна, микроорганизмов, семян сорных растений, насекомых и клещей [2, 38, 118]. Таким образом, общая схема свойств зерновой массы, наблюдаемых в ней взаимосвязей, а также условий, влияющих на ее сохранность и вытекающих из всего этого режимов хранения, может быть представлена в следующем виде (рисунок 1.1).
ЗернаЬая масса
Физические сЗойстба
1. Сыпучесть
Скбажистость
Сордционная емкость L Теплофизические сбойстба
Зерна оснобной культуры
Принеси
Микроорганизм
Воздух межзернобых пространстб
Клещи и насекомые -Физиологические сбойстба
1. Жизнедеятельность зерна а) дыхание д) паслеудорочнае дозредание б) прорастание
2. Жизнедеятельность микроорганизмоб
3. Жизнедеятельность насекомых и клещей
Факторы и режимы ао-к.о% с6ыи-г%0-155% сбышг '6.5- Т7.0 % сбыте 17.0 %
Факторы
1. Влажность зерна бой масса
2. Температура а>о, &?. 5-ю- зернобой масса ю-2а сс^е zr
3. Азрация зернобой массы
Режимы 1. Хранение б сухом состоянии 2 Хранение 6 охлажденом состоянии
3. Хранение без доступа боздуха
Вспомогательные технологические приемы
Очистка от примесей
Актибное бентилиробание
Химическое консербиробание
4. Применение излучений
Рисунок 1.1- Взаимосвязь между свойствами зерновой масса и окружающими её условиями
В практике хранения зерна в различных странах применяются три основных режима, основанные на рассмотренных нами свойствах зерновой массы:
1. Хранение зерновых масс в сухом состоянии, т. е. имеющих пониженную влажность (в пределах до критической);
2.Хранение зерновых масс в охлажденном состоянии, т. е. масс, температура которых понижена до пределов, оказывающих значительное тормозящее влияние на все жизненные функции компонентов зерновой массы;
3. Хранение зерновых масс без доступа воздуха, т. е. в герметических условиях.
Насыпная плотность р - это отношение массы насыпного груза к зани- маемому им объему с учетом пор и промежутков между отдельными частицами. Насыпная плотность определенного груза неоднородна и зависит от гранулометрического состава и других факторов.
Величину р используют при определениях необходимого объема бунке-н ров, смесителей, при расчетах расхода энергии на перемешивание сыпучего мате-
10 риала, давления столба сыпучего материала на стенки бункеров и т.д.
Рисунок 1.2 — Прибор для определения насыпной плотности сыпучих материалов
Насыпная плотность, как правило, увеличивается по ' і .--. =^f\. і Vp^ мере измельчения частиц сыпучего материала, поэтому все- * ^" '*? гда необходимо указывать, при каких значениях среднего размера частиц она получена. По величине насыпной плотности различают сыпу-чиє материалы: легкие (до 600 кг/м ), средние (600... 1100 кг/м ), тяжелые (1100...2000 кг/м3), весьма тяжелые (более 2000 кг/м ). Насыпную плотность определяют с помощью прибора (рисунок 1.2), состоящего из стакана 1, в верхней части которого закреплена штырем 2 подвижная царга 3. Исследуемый материал загружают в прибор до верхнего уровня царги, после чего она поворачивается в положение а, и материал, находящийся в ней, сбрасывается на поддон 4. Нижняя кромка царги выравнивает уровень сыпучего материала в стакане 1. После снятия царги со штыря 2 стакан взвешивают [11]. Насыпную плотность исследуемого сыпучего материала подсчитывают по формуле: G.-G3 "M=-V' (1Л) где Gj hG- вес стакана с материалом и без него, кг; V- внутренний объем стакана, м3.
Насыпную плотность материала следует отличать от его, так называемой пикнометрической плотности р, под которой понимают среднюю плотность сыпучего материала (удельный вес), определяют ее следующим образом. В стеклянный мерный цилиндр насыпают порцию исследуемого материала весом G, затем наливают жидкость, в которой частицы этого материала не растворяются. Объем этой жидкости Уж должен быть таким, чтобы уровень образующейся в цилиндре суспензии был выше первоначального уровня сухого сыпучего материала. По величине объема суспензии Vc, а также величинам G и ж плотность материала частиц подсчитывают по формуле: н v -V с ж
, кг/м . (1.2)
Поровое пространство сыпучего материала характеризуется состоянием газовой фазы и определяется ее влажностью, температурой и давлением. Сыпучий материал, представляющий собой массу твердых частиц, обладает рядом свойств: механические, фрикционные, аэродинамические, тепловые, электрофизические и другие [9]. Основными свойствами, характеризующими сыпучую среду, являются: крупность частиц, насыпная плотность, сыпучесть, коэффициенты внутреннего и внешнего трения. При истечении груза на горизонтальную плоскость образуется горка с некоторым углом естественного откоса, который соответствует равновесию частиц.
