Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ способов и средств транспортирования сельскохозяйственных материалов. Цель и задачи исследования 12
1.1. Современное состояние механизации производства сельскохозяйственной продукции и основные направления ее развития 12
1.2. Классификация транспортирующих машин 18
1.3. Винтовые транспортеры 25
1.3.1. Назначение и устройство 25
1.3.2. Схемы работы и основные параметры 27
1.3.3. Основы теории и расчета 30
1.3.4. Применение винтовых транспортеров 34
1.4. Бесстержневые спирально-винтовые транспортирующие устройства 41
Заключение 54
2. Теория рабочего процесса технических средств, машин и агрегатов со спирально-винтовыми рабочими органами ... 57
2.1. Теория перемещения сыпучего материала 57
2.1.1. Элементарная теория вертикального спирально-винтового транспортера 59
2.1.2. Теория наклонных спирально-винтовых транспортеров в цилиндрической системе координат 63
2.1.3. Дифференциальные уравнения движения материальной частицы в наклонном спирально-винтовом транспортере 73
2.1.4. Исследование наклонного транспортера 84
2.1.4.1. Изменение осевой скорости частицы v\ в зависимости от углае 86
2.1.4.2. Изменение осевой скорости частицы v\ в зависимости от коэффициента трения УЇ 91
2.1.4.3. Изменение осевой скорости частицы v\ в зависимости от коэффициента трения fo 92
2.1.4.4. Изменение осевой скорости щ в зависимости от угла подъема винтовой линии а 93
2.1.4.5. Изменение осевой скорости щ в зависимости от угла наклона оси спирального винта к вертикали у 94
Выводы 96
2.2. Теория перемещения жидкостей в спирально-винтовом насосе 97
2.2.1. Подъем жидкости по вертикальной трубе 97
2.2.2. Транспортировка жидкости по горизонтальной трубе... 102
2.2.3. Транспортировка жидкости по наклонной трубе 104
2.2.4. Давление жидкости, создаваемое проволочным винтом в трубе 105
2.3. Теория перемещения полужидких материалов по гори зонтали 106
2.3.1. О движении неньютоновской жидкости в спирально-винтовых транспортерах 106
2.3.2. Влияние активного слоя на подачу спирально-винтового транспорта ПО
2.4. Движение жидкостей по желобам со спирально-винтовыми рабочими органами 113
2.5. Теоретические исследования движения зернового материала при выгрузке 118
2.5.1. Характер движения материала по ширине зерносклада 118
2.5.2. Влияние активного слоя при движении зернового потока под действием спирального винта на процесс выгрузки 122
2.5.3. Влияние рассекателя потока на характеристики рабочего процесса выгрузки зерна 125
2.6. О заборной способности вращающегося спирального винта. 132
2.6.1. Зависимость длины загрузочного окна от частоты вращения спирального винта 132
2.6.2. Влияние длины загрузочного окна на скоростные и конструктивные параметры транспортера 136
2.6.3. Заборная способность загрузочного окна в зависимости от частоты вращения спирального винта 139
2.6.4. Влияние заборной части на транспортировку жидкостей из емкостей 144
2.7. Исследование поперечных колебаний в спирально винтовом транспортере 146
Выводы 152
3. Программа и методика экспериментальных исследований 154
3.1. Программа исследований 154
3.2. Методика определения физико-механических параметров жидких и полужидких материалов 155
3.2.1. Определение предельного напряжения сдвига, влажности и плотности 156
3.2.2. Определение динамической вязкости 157
3.3. Методика исследований 158
3.4. Экспериментальные установки 160
3.5. Исследование влияния режимных и конструктивных параметров на показатели рабочего процесса 166
3.5.1. Методика исследования подачи 169
3.5.2. Методика определения влияния длины забора 171
3.5.3. Технические средства измерения 172
3.6. Определение оптимальных соотношений геометрических параметров рабочего органа и заборной части насоса 173
3.7. Методика обработки результатов исследований 177
3.7.1. Экспериментальная область факторного пространства... 177
3.7.2. Наиболее значимые факторы 179
3.7.3. Методика определения энергетических показателей спирально-винтового устройства открытого типа 180
3.8. Методика проведения производственных испытаний 184
3.9. Методика определения погрешности измерений 185
3.10. Классический метод оптимизации 188
4. Результаты экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях 191
4.1. Перемещение зерна и сыпучих кормов 191
4.2. Определение производительности и энергозатрат на модели склада 201
4.3. Производственные загрузочные бесстержневые спирально-винтовые транспортеры 210
4.3.1. Результаты производственных испытаний склада-бункера 214
4.4. Перемещение жидкостей спирально - винтовым транспортером 218
4.4.1 Исследование насосов вертикального расположения 218
4.4.2. Транспортировка жидкости по горизонтальной трубе... 237
4.4.3. Давление жидкости, создаваемое проволочным винтом в трубе 239
4.4.4 Исследование насосов наклонного расположения 240
4.4.5 Влияние частоты вращения спирального винта на толщину движущегося слоя жидкости 241
4.4.6. Затраты энергии на транспортирование вязкой жидкости по желобу открытого типа 247
Выводы 251
5. Технико - экономические показатели эффективности разработанных устройств и технологических процессов 262
5.1. Экономическая эффективность спирально-винтовых насосов 264
5.2. Экономическая эффективность спирально - винтового устройства открытого типа 269
5.3. Технико-экономические показатели эффективности выгрузки зерноскладов спирально-винтовым транспортером 273
Выводы 273
Общие выводы 274
Литература 279
Приложения 301
- Современное состояние механизации производства сельскохозяйственной продукции и основные направления ее развития
- Элементарная теория вертикального спирально-винтового транспортера
- Исследование влияния режимных и конструктивных параметров на показатели рабочего процесса
- Определение производительности и энергозатрат на модели склада
Введение к работе
На основе национальной задачи - улучшения состояния агропромышленного комплекса страны, Российской сельскохозяйственной академией совместно с Минсельхозом РФ разработана «Стратегия машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции», в том числе «Стратегия машинно-технологического обеспечения производства продукции растениеводства и животноводства».
Для агропромышленного комплекса это означает доведение объемов производства продукции до уровня, обеспечивающего душевое потребление отечественных продуктов питания в соответствии с медицинскими нормами.
Одной из важных составляющих стратегии является механико-технологическое обеспечение производственных процессов с целью повышения эффективности перемещения и транспортировки продуктов производства и переработки сельскохозяйственных материалов.
Существующие средства механизации транспортировки, погрузки, выгрузки и хранения продукции, приготовления и раздачи жидких и полужидких кормов, уборки навоза из животноводческих ферм и комплексов не обеспечивают комплексную механизацию всех технологических процессов производства и переработки продукции растениеводства и животноводства.
Конструктивные исполнения существующих технических средств обладают чрезмерно большим разнообразием, не универсальны, металло-и энергоемки.
В последнее время в России и за рубежом все большее применение находят технические средства с пружинно-транспортирующими рабочими органами, обеспечивающие перемещение сыпучих, жидких и полужидких сельскохозяйственных материалов по сложным трассам, а также высту-
8 пающие в роли насосов для жидкостей с высокой плотностью и вязкостью с крупными органическими включениями.
Привод спирально-винтового рабочего органа очень прост, в нем нет промежуточных механизмов для передачи движения от двигателя к рабочему органу. Спиральный винт транспортера имеет значительно большую частоту вращения, чем шнек, что позволяет при равной производительности сделать конструкцию транспортера более компактной и менее металлоемкой.
Однако массовое производственное использование подобных устройств сдерживается недостаточной обоснованностью ряда их механико-технологических особенностей, конкретных целей.
Поэтому разработка технологий и технических средств по применению спирально-винтовых рабочих органов, адаптированных к условиям сельскохозяйственного производства, обеспечивающих качественное вьшолнение технологического процесса и повышение его эффективности путем снижения как материальных, так и энергетических затрат на транспортировку растениеводческой и животноводческой продукции, является важной и актуальной научной проблемой народнохозяйственного значения.
Объект исследования. Технологические процессы транспортировки сыпучих, жидких и полужидких продуктов животного и растительного происхождения и средства механизации для их реализации.
Предмет исследований. Закономерности взаимодействия спирально-винтовых рабочих органов транспортеров и перемещаемого материала.
Цель работы. Повышение эффективности перемещения сыпучих и жидких сельскохозяйственных материалов при помощи бесстержневых спирально-винтовых рабочих органов путем разработки технологии и технических средстве обоснованием параметров и режимов их работы.
Методы исследований. Теоретические исследования базировались на законах теоретической механики и механики жидкостей и заключались в получении зависимостей и математических моделей, описывающих перемещение сыпучих, жидких и полужидких материалов спирально - винтовыми рабочими органами в технологических процессах. Экспериментальные исследования проводились согласно разработанным частным методикам с ис-
9 пользованием теории планирования экспериментов, современных приборов и установок, с обработкой результатов методами математической статистики при помощи ПЭВМ.
Научная новизна. Научная новизна заключается в разработке технологий, теоретическом и экспериментальном обосновании конструктивно-режимных параметров семейства бесстержневых спирально-винтовых установок для транспортирования сыпучих и жидких сельскохозяйственных материалов, новизна технических решений которых подтверждена патентами РФ на изобретения №2243935, №2210887, №2266631, №2263823, решением ФИПС о выдаче патента по заявке №2006109163/22 (009960).
В результате исследований получены математические модели, описывающие процессы транспортирования этих материалов.
Практическая ценность. Разработанные бесстержневые спирально-винтовые устройства для перемещения сыпучих и жидких материалов позволяют значительно расширить область их применения в сельскохозяйственном производстве, а предложенные методики их расчета, проектирования и оптимизации параметров- снизить затраты энергии, металло-и материалоемкость конструкций.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
новые ресурсосберегающие средства механизации, обеспечивающие перемещение сыпучих, жидких и полужидких материалов спирально - винтовыми рабочими органами;
математическая модель перемещения частицы в кожухе бесстержневого спирально-винтового транспортера, учитывающая влияние конструкционных параметров винта, корпуса и размера частиц;
математическая модель перемещения сыпучего материала в зависимости от различных факторов, влияющих на процесс: конструктивных параметров спирально - винтовых рабочих органов; частоты вращения; размеров кожуха; длины заборной части транспортера;
математическая модель перемещения жидких материалов, которая учитывает влияние конструктивных размеров спирального винта, корпуса, плотности и вязкости жидкостей;
10 - результаты экспериментальных исследований, обосновывающие основные теоретические зависимости конструктивно-технологических параметров транспортирующих устройств для сыпучих и жидких материалов;
- оптимизация результатов экспериментальных исследований, обеспечивающих наибольшую подачу при наименьших энергозатратах при перемещении сельхозпродукции транспортирующими устройствами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского ГАУ (2006 г.), Оренбургского ГАУ (2003 г.), Международной НПК (г. Сочи, 2003,2006 г. г.), Ростов - на Дону АСХМ (2003 г.), Самарской ГСХА (2004 г.), Костромской ГСХА (2004 г.), Ульяновской ГСХА (1992...2006 г. г.), 3 Международной научной конференции «Технологии 2006», г. Анталия (Турция), 13 Международной НПК (Тамбов, 2005 г.), научно - технических советах Министерства сельского хозяйства Ульяновской области (г. Ульяновск, 2006 г.), на Международной НПК по механизации сельского хозяйства (ВИМ, Москва, 2005 г.), 9 Международной научно-практической конференции (Москва-Подольск, 2006).
Реализация результатов исследований. Результаты исследований рекомендованы к использованию Министерством сельского хозяйства Ульяновской области. На научно-техническом совете проектного института «Ульяновскагромромпроект» спирально-винтовые транспортирующие устройства приняты к внедрению. Малые серии технических средств для транспортировки сельскохозяйственных материалов изготовлены ОАО «Опытный завод Ульяновскагропромстрой». Технические средства с разработанными рабочими органами внедрены в хозяйствах Ульяновской, Самарской и Ярославской областей.
На базе «Рем Маш Сервис» (г. Тольятти) изготовлены различные производственные варианты и начат выпуск транспортирующих, погрузочно-разгрузочных устройств со спирально-винтовыми рабочими органами для перемещения жидких и сыпучих сельскохозяйственных материалов.
Материалы исследований отражены в монографии «Пружинно-транспортирующие рабочие органы сельскохозяйственной техники (теория и практика)», рекомендованной Российской академией сель-
скохозяйственных наук (РАСХН) для научных работников и студентов инженерных специальностей вузов.
Материалы исследований используются в учебном процессе Ярославской ГСХА, Пензенской ГСХА, Оренбургского ГАУ, Ульяновской ГСХА и других вузов.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в рекомендуемых ВАК РФ журналах и монографиях (50 п. л.), в материалах международных, межрегиональных конференций, симпозиумов и других изданиях. Получено пять патентов на изобретения. Всего по теме диссертации опубликовано 65 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений, списка использованной литературы и приложений. Общий объем составляет 386 страниц машинописного текста, который включает в себя основной текст и 5 приложений. Основной текст изложен на 300 страницах, содержит 17 таблиц, 127 иллюстраций, список использованной литературы включает 290 наименований, в том числе 21 - на иностранных языках.
Научные исследования проводились в соответствии с планом научно-исследовательских работ Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии по теме: «Разработка средств механизации и технического обслуживания энергетических и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства». Государственный регистрационный номер 0120.0600147.
Современное состояние механизации производства сельскохозяйственной продукции и основные направления ее развития
Технические средства механизации и автоматизации - инженерно-техническая основа технологий производства конечной продукции сельского хозяйства. Из-за низкого уровня механизации и автоматизации процессов и несовершенства применяемых в настоящее время технологий невозможно обеспечить производство высококачественной, экологически чистой и конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции. К концу 20-го века сельское хозяйство России имело весьма низкие показатели по производительности труда, наполовину сократившиеся объемы валового производства продукции как в растениеводстве, так и в животноводстве, слабо подготовленные кадры для производства конкурентоспособного продовольствия, недостаточную и к тому же весьма изношенную материально-техническую базу.
К 2003 г. активные фонды сельского хозяйства оказались на 55 % выведенными из производства, а используемые в настоящее время имеют уровень амортизации более 60 %. Остается не более 3...4 лет, за которыми, по причине снижения усталостной прочности металлов и материалов техники и оборудования, возможно массовое изъятие их из эксплуатации [166].
Отсутствие стабильности в объемах производства растениеводческой отрасли, более чем на три четверти формирующей финансово-экономическое благополучие сельских товаропроизводителей, усугубляет ситуацию, так же как и недостаточно развитые рыночные механизмы регулирования их экономики.
На основании этого разработана стратегия машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции, которая после тщательного анализа и доработки должна быть положена в основу Федеральной целевой программы развития машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции на период до 2010 г.
За основу при разработке Стратегии принята национальная задача, поставленная в Послании Президента РФ Федеральному собранию - удвоение ВВП России за 10 лет. Для АПК это означает доведение объемов производства продукции до уровня, обеспечивающего душевое потребление отечественных продуктов питания в соответствии с медицинскими нормами (порядка 3500 ккал в сутки).
Стратегия развития сельского хозяйства страны на современном этапе - прежде всего в преобразовании машинно-технологической базы отрасли. Технологии производства продукции и техника для их осуществления определяют производительность труда. Это возможно лишь на базе новой техники, параметры которой были бы ориентированы на новые, более высокие показатели производства сельскохозяйственной продукции к 2010 г.
Главным средством этих преобразований должно стать освоение эффективных технологии с различным уровнем интенсивности в зависимости от зон производства. При этом производтво продукции должно быть обеспечено в основном крупными товаропроизводителями сельхозпродукции. Достигнутый в сельском хозяйстве уровень производительности труда, как ведущий фактор интенсификации и обеспечения конкурентоспособности производства, предусмотрено увеличить в 3...4 раза.
В Стратегии представлена модель развития инженерно-технологической сферы и ускоренного расширенного воспроизводства сельского хозяйства, состоящая из шести блоков: 1. Формирование машинно-технологической базы сельского хозяйства, соответствующей стратегическим целям агропродовольственной политики, проектирование и введение в производство высокоэффективных технологий, реализующих генетический потенциал растений и животных; оснащение этих технологий техникой нового поколения при должной подготовке кадров. 2. Создание высокопроизводительной, надежной техники нового поколения и формирование соответствующего парка машин. 3. Формирование и освоение стимулирующей инвестиционной политики. 4. Освоение производством высокоэффективой системы использования техники. 5. Формирование стимулирующей технической инфраструктуры, разнообразного сервиса аграрных товаропроизводителей. 6. Модернизация национального машиностроительного комплекса, интегрирование его в международную систему сельхозмашиностроения. В новом парке машин однооперационные агрегаты должны быть заменены многофункциональными, универсально-комбинированными, блочно-модульного построения, способными адаптироваться к изменяющимся условиям работы путем быстрой смены рабочих органов. Такой подход в комплектовании МТА позволяет сократить число машин в производстве, например, зерна до 5...6, а капиталовложения - в 1,5...2,0 раза. Старая система машин, используемая сегодня в сельском хозяйстве страны, рассчитана на усредненную мощность тракторов около 51,5...58,8 кВт. Например, в США в высокотоварных хозяйствах она достигает 125... 132,55 кВт и продолжает расти. В ближайшие 2...3 года в основном будут применяться машины существующих конструкций, но они должны быть модернизированы с целью придания им лучших потребительских свойств, повышения надежности. Это позволит расширить возможности использования влаго-, почво-, энергосберегающих технологий производства зерновых и других культур в зональных севооборотах. Основная задача этих лет - резкое ускорение НИР и ОКР по созданию принципиально новой техники отечественного производства, подготовка ускоренной интенсификации отрасли. В период 2011...2020 г. г. ставится задача создания интеллектуальной техники на базе качественно нового уровня автоматизации, в том числе высокоэнергонасыщенных многооперационных моноблоков. Особый раздел Стратегии - эффективное использование техники. Высокая капиталоемкость МТП требует рационального, интенсивного ма-шиноиспользования. Главный показатель, характеризующий уровень эффективности использования машин, - прибыль, получаемая при производстве посредством использования техники. Поэтому для сельского хозяйства ресурсосберегающая стратегия использования машин является основой обеспечения конкурентоспособности отрасли.
Элементарная теория вертикального спирально-винтового транспортера
В различных отраслях сельского хозяйства встречаются спирально-винтовые пружинные транспортеры различной комбинации: горизонтальные, вертикальные, в виде сочетаний горизонтального и вертикального транспортеров, наклонные и гибкие в виде сочетаний наклонного и других транспортеров.
Приводные устройства отличаются большим разнообразием. Употребляются передачи гибкой связью и контактные передачи, фрикционные, зубчатые и червячные всех типов, выполняемые или в виде открытых конструкций, или в виде комбинированных редукторов. Перемещаемый материал является одновременно и подшипником между пружиной и кожухом.
В спирально-винтовом транспортере одновременно действуют механические и пневматические силы для продвижения материалов, и зазоры поэтому могут быть весьма большими, позволяющими увеличить пропускную способность транспортера. Принцип работы спирально-винтового транспортера заключается в том, что, попадая между витками пружины, материал под действием сил реакции со стороны наклонной плоскости пружины и сил трения со стороны внутренней поверхности рукава перемещается в осевом направлении.
Для перемещения сыпучих материалов (зерно, цемент, мука) применяется спирально-винтовой зернопогрузчик (рисунок 2.1), который состоит из рамы, электродвигателя, подшипникового устройства, двух шкивов для клиновидного ремня, загрузочного и выгрузного окон, кожуха -трубы и пружины. Рабочий процесс транспортировки заключается в том, что сыпучий материал из емкости бункера захватывается винтовой по-верхностью пружины и перемещается в осевом направлении к выгрузному окну.
На рисунке 2.2 показан раздатчик кормов для птиц, в котором корм захватывается вращающейся пружиной и поступает в кормушки, норма корма которых регулируется высотой расположения патрубков. Сыпучий корм из бункера самотеком через загрузочное окно кожуха поступает в межвитковое пространство и вращающейся в кожухе спирально-винтовой поверхностью перемещается в осевом направлении до выгрузного отверстия первой кормушки. После заполнения первой кормушки и выгрузного патрубка (вертикальной колонки) выгрузное отверстие в кожухе кормораздатчика закрывается самим же кормом и корм рабочей пружиной перемещается к следующей кормушке. Дальнейшее заполнение первой кормушки зависит от объем съеденного корма и постепенно заполняется кормом автоматически. Норма раздачи корма регулируется изменением выходного отверстия (щели) между дном кормушки и конусным цилиндром посредством изменения высоты подвески кормушки по отношению к выгрузному патрубку или путем изменения длины самих патрубков.
Поскольку транспортирование материала осуществляется спирально-винтовым рабочим органом и движение изолированной материальной точки в нем идентично ее движению в обычном шнеке со сплошным винтом, то, естественно, вопрос транспортирования следует начинать с рассмотрения движения точки, и, таким образом, как и в обычном шнеке, вопрос движения материальной точки в спирально-винтовом рабочем органе является первым звеном в общей цепи задач по определению производительности и расхода мощности на привод.
Элементарная теория вертикального спирально-винтового транспортера Рассмотрим элементарный подход к описанию движения частиц сыпучего материала в вертикальном спирально-винтовом транспортере, заменив спираль проволочным кольцом (рисунок 2.3), сделав определенные допущения: 1. Движение частиц материала осуществляется вследствие наличия сил трения материала о наружный кожух, а также между частицами материала, абсолютная угловая скорость которых меньше угловой скорости вращающегося кольца, благодаря чему имеет место относительная скорость частиц, а, следовательно, их перемещение по поверхности кольца; 2. Характер движения слоев материала существенно зависит от соотношения между коэффициентами трения материала о кожух и материала о материал;
Исследование влияния режимных и конструктивных параметров на показатели рабочего процесса
Для вращения с частотой п= 1000 мин"1 мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения за счет придавливания пружины сыпучим грузом, составляет N = Мтр-о)= 5,35 кВт.
Двухскатный рассекатель устанавливают в центре выпускной воронки бункера. Он служит опорой для материала, лежащего над ней, и как бы делит бункер по горизонтали на две зоны. Давление в нижней зоне определяется только весом материала, находящегося над рассекателем. Таким образом, начальное сопротивление сдвигу снижается, и устойчивые своды над выпускным отверстием ликвидируются. При заполнении пустого бункера рассекатель защищает пружину от динамического воздействия свободно падающего материала (рисунок 2.45). Пространство между дном бункера и рассекателем потока (рисунок 2.45) позволяет осуществить естественную вентиляцию зерносклада.
Для нахождения давления зерна на транспортирующую пружину с рассекателем рассмотрим возможный вариант взаимного упорядоченного расположения частиц слоя сыпучего материала (рисунок 2.46). При этом примем, что частицы абсолютно твердые, имеют шарообразную форму, одинаковые по размеру и массе, обладают сухим внутренним и внешним трением. Принятые допущения позволяют создать модель сыпучего материала и изучать механизм передачи давления.
Частицы могут принимать положения, при которых их центры тяжести находятся на взаимно перпендикулярных прямых. Наиболее устойчивым будет такое взаимное положение частиц, при котором занимаемая ими площадь имеет наименьшее значение.
Площадь, занимаемая частицами по линии центров S = d2(n-l)2, где d- диаметр частиц; п- число частиц в ряду.
Рассмотрим вариант размещения частиц одного горизонтального слоя относительно другого. Частицы верхнего слоя могут занимать по отношению к частицам нижнего слоя положение, при котором частицы имеют четыре точки контакта с нижними и передают давление через эти точки. Определим расстояние между центрами частиц в проекции на вертикальную плоскость, для чего проведем через центры нижней и верхней частиц вертикальные плоскости. Получим
Для выяснения передачи осевых и боковых давлений рассмотрим, как они распределяются в зависимости от высоты насыпки и размера основания емкости. Разложим силу тяжести G = mg частицы по направлениям, соединяющим центры частиц (рисунок 2.46 а). При четырех точках контакта частиц по линии укладки действует сила P = mg/(4sina). Разложим силу Рна горизонтальную и вертикальную составляющие: Рх = Р cos a = mgctga / 4, Р = Р sin a = mg 14.
Боковое давление передается в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях. Проследим нарастание Р по направлениям укладки частиц. Для этого по каждому из них определим ] ]i = mg/(siim)- На рисунке 2.46 а показано размещение частиц с передачей давлений через точки контакта. Верхняя частица опирается на нижние и в точках контакта передает усилие Р.
Нижние частицы, в свою очередь, опираются на частицу третьего слоя и на стенки емкости. На левую частицу второго слоя действует в направлении угла укладки слева сила 2Р и справа Р, на правую - слева Р и справа - 2Р. Рассуждая далее таким же образом, можно легко видеть, что в четвертом слое на левую частицу действует слева сила ЗР справа - Р; на правую - слева Р, справа ЗР и т. д.
Найдем суммы Рх и Ру для каждого слоя и по ним построим эпюры этих сил, действующих в осевом и боковом направлениях в точках соприкосновения со стенками емкости. Из рисунка 2.46 б видно, что Рх растет с увеличением высоты насыпки, этот рост продолжается до некоторой высоты, которая определяется постоянством числа частиц, размещенных по линии укладки.
Определение производительности и энергозатрат на модели склада
Программа исследований включала следующие вопросы: - аналитические исследования, направленные на обоснование технологических и технических характеристик пружинно-транспортирующих рабочих органов машин и агрегатов, используемых в различных технологических процессах растениеводства и животноводства; - определение физико-механических параметров сыпучего жидкого и полужидкого материала (предельного напряжения сдвига г, динамической вязкости 7], влажности, плотности р); - изучение кинематики движения перемещаемого материала винтовой поверхностью пружины, скорости осевого движения, давления в кожухе, создаваемого рабочим органом при транспортировании сыпучих материалов и жидкостей; - установление зависимостей производительности, пропускной способности отверстий кожуха, коэффициентов, характеризующих осевое отставание перемещаемого материала от осевой скорости движения винтовой поверхности рабочей пружины, степени наполнения кожуха перемещаемым материалом от частоты вращения пружины, шага и диаметра пружины, диаметра кожуха, вида и консистенции транспортируемого материала, характера трассы перемещения (горизонтальная, наклонная, вертикальная и пространственная); - установление в лабораторных условиях влияния конструктивных и режимных параметров спирально-винтового устройства открытого типа на его подачу; - установление влияния физико-механических свойств сыпучего, жидкого и полужидкого материала на подачу спирально-винтового устройства; - определение энергетических показателей работы спирально винтового устройства открытого типа при перемещении материала с раз личными физико-механическими свойствами; - выявление рациональных режимных и технологических параметров конструкций пружинно-транспортирующих рабочих органов, обеспечивающих возможность транспортирования семян различных сельскохозяйственных культур и др; - разработка алгоритма и программы расчета основных параметров пружинно-транспортирующих рабочих органов машин на ЭВМ; -экспериментальные исследования по подтверждению теоретических предпосылок обоснования средств, машин и агрегатов с пружинно-транспортирующими рабочими органами для раздачи кормов коровам, свиньям, птице, погрузки-разгрузки и хранения семян по бестарной технологии; - проведение экспериментальных исследований в производственных условиях, предусматривающих сравнительную оценку и снятие энергети ческих показателей работы базового и экспериментального устройства при транспортировке. Определение физико-механических свойств, таких, как предельное напряжение сдвига т и динамической вязкости TJ, необходимо, так как имеющиеся в литературе данные недостаточны, а влияние их на характер течения жидких и полужидких материалов в спирально - винтовом устройстве является одним из определяющих параметров устройства. Не существует стандартных методик определения предельного напряжения сдвига и динамической вязкости для таких материалов, поэтому предлагается оригинальная методика измерения ту и TJ . Определение предельного напряжения сдвига, влажности и плотности Для определения ту воспользуемся формулой: где р = (1000... 1050) - плотность полужидкого материала, кг/м3, g = 9,8 м/с - ускорение свободного падения, d - диаметр трубки, м. Определение ту проводится следующим образом: изготавливается набор трубок различного диаметра, затем они наполняются исследуемым материалом и ставятся вертикально. Из части трубок он вытекает, измеряется максимальный диаметр трубки, из которой материал не вытек, и рассчитывается предельное напряжение сдвига. Схема опыта приведена на рисунке 3.1.
