текст - Вестник ДГТУ - Донской государственный
advertisement
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» На правах рукописи САВЕНКОВ ДМИТРИЙ НИКОЛАЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ ВЫГРУЗКИ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ БУНКЕРОВ С БОКОВЫМ ВЫПУСКНЫМ ОТВЕРСТИЕМ 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства (по техническим наукам) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор В.С. КУНАКОВ Ростов-на-Дону – 2015 2 СОДЕРЖАНИЕ Условные обозначения: ......................................................................................... 5 ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................ 7 1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ................ 11 1.1 Обзор и анализ работ по исследованию распределения давлений в сыпучих телах ................................................................................................. 11 1.2 Обзор и анализ работ по исследованию выгрузки сыпучих тел из бункеров .......................................................................................................... 14 1.3 Классификация и краткая характеристика существующих бункеров ... 28 1.4 Анализ работ по использованию бункеров с боковым выпускным отверстием в сельском хозяйстве .................................................................. 33 1.5 Цель и задачи исследования .................................................................... 44 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫГРУЗКИ .............. 46 ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА ИЗ БУНКЕРА С БОКОВЫМ ВЫПУСКНЫМ ОТВЕРСТИЕМ ..................................................................................................... 46 2.1 Обоснование допущений модели зернового сыпучего тела .................. 46 2.2 Обоснование минимальной высоты бокового прямоугольного щелевого выпускного отверстия бункера, при котором наблюдается устойчивое истечение зернового материала ..................................................................... 53 2.3Определение скорости истечения зернового материала из бункера с боковым выпускным отверстием .................................................................. 56 2.4 Определение работы, совершаемой на преодоление сил трения ................. зернового материала ....................................................................................... 63 2.5 Обоснование формы выпускного отверстия бункера, обеспечивающей равномерную выгрузку зернового материала по всей длине выпускного отверстия ......................................................................................................... 67 Выводы по главе ............................................................................................. 70 3 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ .............................................................................................. .72 3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований .................................. 72 3.2 Оборудование и приборы, используемые при проведении экспериментальных исследований ................................................................ 73 3.3 Частные методики проведения экспериментальных исследований и обработки экспериментальных данных ........................................................ 78 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ ...................................... 84 4.1 Влияние физико-механических свойств сыпучих материалов на процесс их истечения из бункера с боковым выпускным отверстием ...................... 84 4.2 Влияние угла наклона днища бункера с боковым выпускным отверстием на процесс истечения зерна ....................................................... 87 4.3 Влияние площади выпускного отверстия бункера на процесс истечения зернового материала ....................................................................................... 99 4.4 Результаты исследования влияния прямоугольной формы щелевого выпускного отверстия на равномерную выгрузку зернового материала .. 104 4.5 Обоснование геометрических характеристик рациональной формы выпускного отверстия .................................................................................. 110 4.6 Апробация бункеров с прямоугольной и рациональной формой выпускного отверстия на экспериментальном стенде ............................... 115 4.7 Результаты испытания бункеров с прямоугольной и рациональной формой выпускного отверстия на экспериментальном стенде.................. 118 4.8 Производственные испытания бункера с рациональной формой выпускного отверстия .................................................................................. 120 4.9 Методика инженерного расчѐта основных параметров бункера с рациональной формой бокового выпускного отверстия ......................... 125 Выводы по главе ........................................................................................... 127 4 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ........ 129 РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ................................................................. 129 Вывод по главе ................................................................................................. 132 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................ 133 Библиографический список ............................................................................... 136 Приложения ........................................................................................................ 150 5 Условные обозначения: d – условный диаметр зѐрен, м hmin – минимальная высота выпускного отверстия, при которой начинается устойчивое истечение, м α – угол между днищем и вертикалью, град θ – угол между днищем и горизонталью, град φ – угол внешнего трения, град ψ – угол внутреннего трения, град – угол укладки зернового материала, град – отношение стрелы статического свода к его пролету G – ускорение свободного падения м/с2 – насыпная плотность зерна, кг/м3 – коэффициент внутреннего трения t – время истечения сыпучего материала из бункера, сек V– объем зернового материала, засыпанного в бункер, м3 m – масса зернового материала, засыпанного в бункер, кг l – длина выпускного отверстия, м b – ширина бункера, м S–площадь всех стен и днища бункера, соприкасающихся с зерновым материалом м2 S1 – площадь поперечного сечения бункера м2 S2 – площадь выпускного отверстия бункера м2 h – высота выпускного отверстия, м h1 – координата центр масс по высота объема V1 , м; h2– координата центр масс по высота объема V2 , h2 h 2 , м; Т – скорость истечения сыпучего материала из бункера, м/с 2 – скорость зернового материала в сечении СD, м/с 1 – скорость движения зернового материала в сечении АВ, м/с TP FBH – силы внутреннего трения, Н 6 TP FBHE – силы внешнего трения, Н ATP – работа на преодоление сил сопротивления внутреннего и внешнего трения, Дж ATP/ – работа, совершаемая на преодоления сил внешнего трения о вертикальные стенки бункера, Дж УД ABHE – удельная работа, совершаемая на преодоление сил внешнего трения, Дж/м3 УД AТР – удельная работа, совершаемая на преодоление сил внутреннего и внешнего трения, Дж/м3 УД ABH – работа против сил внутреннего трения, Дж/м3 WУД/ – удельная энергия, затраченная на разрушения сводов, Дж/м3 WУД – максимально возможная удельная энергия, затраченная на разрушение сводов, Дж/м3 S CT – площадь стенки бункера, м2; lп – пройденный путь зерновым материалом, м; G0 – атмосферное давление, Па P – периметр поперечного сечения бункера, м k3 – коэффициент сопротивления движению, 1/м Q – производительность бункера, кг/ч Р0 – усилие, действующее на дно бункера, Па l0– длина произвольной зоны выпускного отверстия, м S – дополнительная площадь крайних левой и правой зон, м2 X – высота дополнительной зоны, м R – неравномерность выгрузки зерновых культур по длине выпускного отверстия, % nj – число повторностиj-го опыта – безразмерный коэффициент, учитывающий, во сколько раз удельная работа зернового материала в крайнем участке выпускного отверстия больше, чем в центральной части 7 ВВЕДЕНИЕ На современном этапе развития сельскохозяйственного производства существует необходимость в повышении пропускной способности зерноочистительных агрегатов при соблюдении агротребований к очищенному зерну. Для решения этой задачи необходимо использовать новые пути по оптимизации как отдельных узлов и агрегатов, так и технологических линий в целом. Большинство сельскохозяйственных процессов, связанных с транспортировкой, переработкой и хранением сыпучих материалов, имеют бункеры различных размеров и форм. Широкое распространение получили бункеры с боковым выпускным отверстием, например, в воздушных и решетчатых сепараторах, дозирующих устройствах, мельницах и т.д. Эти бункеры, по сравнению с осесимметричными бункерами, легче в управлении. В технологических линиях подобные бункеры должны обеспечивать равномерную подачу сыпучего материала по всей длине выпускного отверстия, что осуществить довольно сложно. Также нередко требуется регулировать скорость истечения из щелевых бункеров сыпучего материала для выбора оптимального режима работы агрегата. В современных условиях повышение равномерности выгрузки сыпучих материалов и регулирование скорости истечения возможно двумя способами: - применение различных побудителей движения зерна в бункерах – шнеков, вибраторов, установка внутри бункеров всевозможных питающих валиков; - определение рациональной формы щелевого выпускного отверстия бункеров, конструктивных его размеров. В большинстве случаев второй способ является предпочтительнее, потому что он исключает необходимость в создании дополнительного оборудования и не требует значительных энергозатрат. Также при минимальных механических воздействиях на зерно их травмированность сводится к минимуму. 8 Цель исследования: повышение равномерности выгрузки зерновых материалов из бункеров с боковым выпускным отверстием, путѐм рационализации формы выпускного отверстия бункера. Задачи исследования: – разработать теоретические предпосылки по повышению равномерной выгрузки зерновых материалов из бункеров с боковым щелевым выпускным отверстием; – определить теоретическую зависимость, устанавливающую взаимосвязь между параметрами бункера, физико-механическими свойствами зернового материала и скоростью его истечения; – построить регрессионную модель, устанавливающую взаимосвязь между параметрами бункера с прямоугольной формой выпускного отверстия и равномерностью выгрузки зернового материала; – провести лабораторную и производственную проверки и определить экономическую эффективность использования бункера с боковым выпускным отверстием рациональной формы; – разработать методику расчета рациональной формы щелевого выпускного отверстия бункера, обеспечивающей равномерную выгрузку зернового материала по всей его длине. Объект исследования: рабочий процесс истечения зернового материала из щелевого бункера с боковым выпускным отверстием. Предмет исследования: аналитические и экспериментальные закономерности выгрузки зерновых материалов из бункеров с боковым выпускным отверстием под действием сил гравитации. Методика исследований: теоретические исследования процесса выгрузки зернового материала основывались на основных положениях теоретической механики, гидравлики и механики сыпучих материалов. Проведение экспериментальных исследований в лабораторных условиях осуществлялось с использова- 9 нием стандартных методик. Результаты исследований обрабатывались с применением программ Statistica 8.0, Statgraphics+, MSExcel, Matlab и других. Рабочая гипотеза: равномерное распределение зернового потока по площади боковой щели бункера может быть осуществлена путем изменения прямоугольной формы выпускного отверстия на рациональную, за счет дополнительных срезов торцевой стенки бункера в зоне ее сопряжения с боковыми стенками. Научная новизна: - установлена связь минимальной высоты выпускного отверстия, при котором начинается устойчивое истечение зернового материала, с учетом геометрических параметров бункера и физико-механических свойств зерна; - предложена теоретическая зависимость скорости истечения зернового материала от геометрических параметров бункера, характера функционирования (степени загрузки), а также свойств зернового материала; - путем теоретического анализа и экспериментов с моделями (физическими и математическими) обоснована методика определения рациональной формы щелевого выпускного отверстия бункера, которая обеспечивает равномерную по длине выпускного отверстия выгрузку. Практическая значимость и реализация: обоснована конструкция и разработан бункер с рациональной формой выпускного отверстия, обеспечивающей равномерную и устойчивую выгрузку зернового материала (по длине выпускного отверстия). По результатам исследований изготовлен опытный образец бункера, который установлен в воздушно-решетную машину очистки зерна ВРМ-6 в филиал «Племенной завод«Пролетарский» ООО «АгроСоюз Юг Руси» (г. Пролетарск, Ростовская область). Результаты научных исследований переданы для использования в ОАО «Комбинат хлебопродуктов «Тихорецкий» (г. Тихорецк, Краснодарский край). Достоверность научных положений подтверждена результатами лабораторных и производственных исследований, проведѐнных с использованием со- 10 временной измерительной аппаратуры, обеспечивающей приемлемую точность измерений. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием компьютерных математических программ. Основные положения, выносимые на защиту: - зависимость минимальной высоты выпускного отверстия бункера, при которой обеспечивается устойчивое истечение различного вида зерновых культур; - теоретические зависимости скорости истечения и расхода зернового материала от конструктивных параметров бункера и физико-механических свойств сыпучей среды; - методика расчета рациональной формы щелевого выпускного отверстия бункера, обеспечивающей устойчивое и равномерное истечение зернового материала (по длине выпускного отверстия); - экспериментальные зависимости показателей работы отделения первичной очистки воздушно-решетной машины. Апробация работы: основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ДГТУ в 2011-2014 гг., на научно-практических конференциях СКНИИМЭСХ «Разработки для АПК» 2013-2014гг., на международных конференциях «Интерагромаш» в 2012 и 2014 годах. Публикация результатов: основные положения диссертации опубликованы в 19 научных работах, в том числе 4 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 2 патента РФ на полезную модель № RU 141943 и № RU155878. Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов. Основное содержание диссертации изложено на 149 страницах, приложений на 36 страницах, содержит 56 иллюстраций и 19 таблиц. Список использованных источников включает 132, в том числе 18 иностранных. 11 1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Обзор и анализ работ по исследованию распределения давлений в сыпучих телах В 18-м веке Coulomb опубликовал статью о распределении давления в силосах [1]. Его гипотеза, что давление в силосе изменяется пропорционально его высоте, не подтвердилось экспериментальными данными. Подобные вопросы в его время начали решать в механике горной промышленности Boudes [2], Belidor [3], DeLahire [4], Bossut [5]. В 1867 П. Шульц [6] предложил теорию давления сыпучих сред на дно бункера. Он рассматривал зерновой материал на выходе выпускного отверстия в виде изгибающейся балки или упругой пленки. Основным недостатком в его выражениях по определению давления на дно бункера являлось полное игнорирование взаимодействия между частицами зернового материала. В 1882 годуN.Engessez [7] впервые предложил теорию сводов как явление, оказывающее дополнительное сопротивление при движении зернового материала в бункере. Им также рассматривается механизм компенсации веса столба зернового материала стенками бункера. А.Е. Делакроа [8] первым провел экспериментальные работы по определению зависимости сил давления зернового материала на дно и стенки бункера в зависимости от высоты насыпного слоя. Он производил опыты на производственных бункерах. Эксперименты показали, что давление в бункерах при постепенном засыпании зерна растет подобно гидростачическому давлению, достигая своего некоторого значения предельной высоты засыпки. Далее рост давления снижается до определѐнной величины, после чего остается практически неизменным. 12 В.А. Надеждин также стал рассматривать зерновой материал в бункере с образованием сводов [9]. Он предложил рассматривать сыпучий материал в бункере, как множество сводов толщиной в одно зерно, а вертикальные давления -распределѐнными равномерно по горизонтальной проекции. Теоретически он определил давление сыпучего материала на дно и стенки бункера, основываясь на теорию сводов. М. Фрид [10] впервые экспериментально попытался определить давление зернового материала на боковые поверхности бункера. Он сделал несколько моделей силосов и заполнил их зерном, далее с помощью поршней и жидкостных манометров определил давление на дно и стенки бункера. В своих экспериментах Фрид М. установил, что сила давления на дно значительно меньше веса зерна в бункере, однако не смог объяснить зависимость влияния высоты засыпки сыпучего материала в бункере на его дно и стенки. H. Jansen [11] в 1895 г., рассматривая бесконечно малый слой зернового материала в бункере, который находится на некоторой высоте х от верхней поверхности сыпучего материала, получил выражение для определения вертикального давления зернового материала в емкости на глубине Рy gS f L 1 e CL x S gS , Рx CL CL x 1 e S , (1.1) где Рx – давление сыпучего материала внутри трубы на глубине x, Па; Рy – давление сыпучего материала внутри емкости на глубине у, Па; ρ – плотность сыпучего материала, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/c2; S – площадь поперечного сечения емкости, м 2; L– периметр поперечного сечения емкости, м; С – безразмерный коэффициент пропорциональности. Таким образом, Янсен теоретически объяснил опыты М. Фрида и А. Делакроа. Однако в формулах не учитываются физико-механические свойства 13 зернового материала. Кроме того, безразмерный коэффициент пропорциональностиС требует дополнительного экспериментального определения. Один из первых, кто попытался учесть внутренние трения в объеме сыпучего материала, был Bierbaumer [12]. В 1913 г. он попытался ввести в уравнение Янсена силы внутреннего трения, однако безуспешно. Н.В. Сорокин [13] обобщил формулу Янсена для случая, когда бункер заполнен послойно разнородным зерновым материалом. В своей работе [14] он также обобщил формулу Янсена и нашел силу давления в силосах с переменным сечением. В 1968 году Л.В. Гячев [15] в своей монографии рассматривал двумерный случай бесконечно длинных цилиндров. Он определил связь вертикальных и горизонтальных давлений. Однако результаты теоретических исследований имели сильное расхождение с экспериментальными данными. П.Н.Платонов, А.П. Ковтун [16] проводили эксперименты по определению давления зерновых материалов в симметрических бункерах. В своих исследованиях авторы учитывали коэффициент плотности, который определится как отношение объѐмной массы сыпучего материала к его удельному весу. Им удалось выявить зависимость коэффициента плотности от высоты засыпки. Одни из первых, кто при определении давления в емкостях стали учитывать явление сводообразования, были авторы, изучающие выработки горных сыпучих парод, такие как В.А. Слесарев [17], П.Н. Цимбаревич [18], И.Н. Цытович [19]. В работе [20] авторы, учитывая представление о статически неустойчивом своде, экспериментально обобщили формулу Янсена для определения давления сыпучего материала Р, Па, на стенки бункера P 1,22 C k P0 , (1. 2) где k – коэффициент выпуска, который равен отношению диаметра вероятного свода к диаметру зерна; Р0 – давление, определяемое по формуле Янсена, Па. 14 Сложность практического применения этой формулы заключается в трудности определения коэффициента выпуска. Из изложенного краткого анализа исследований по распределению давлений сыпучих материалов в емкостях можно сделать вывод о том, что выполненные к настоящему моменту теоретические и экспериментальные исследования имеют большое количество эмпирических коэффициентов, которые не в полной мере отражают характер и физико-механические свойства сыпучего материала, влияющие на процесс его опорожнения из бункера. 1.2 Обзор и анализ работ по исследованию выгрузки сыпучих тел из бункеров Большинство производственных процессов непосредственно связано с истечением сыпучих материалов. При проектировании технологических линий, в составе которых есть бункеры, зачастую важно предварительно оценивать скорость истечения зернового материала. Несмотря на то, что процесс истечения сыпучих материалов известен с давнего времени, однако даже до сегодняшнего дня законы истечения сыпучих сред полностью не изучены. В основном это связано со сложностью математического описания движения зернового потока в бункерах. Исследованием бункеров с боковым выпускным отверстием занимались немногие авторы. Это связано с меньшим практическим использованием подобных бункеров по сравнению с осесимметричными. На характер опорожнения бункера влияет вид истечения зернового материала. Рассмотрим их более подробно. Нормальное истечение наблюдается тогда, когда частицы сыпучего материала движутся неравномерно по всему объему, при этом свободная поверхность представляет собой воронку, центр которой смещен ближе к передней 15 стенке (рисунок 1.1,а). Сыпучий материал в зоне соприкосновения днища бункера и задней стенки образует застойную зону. По экспериментальным данным В.Д. Варсанофьева нормальный вид истечения возникает в стационарных бункерах, стенки которого имеют угол наклона к горизонтали 450 550 , соответственно такой угол наклона в бункерах с боковым выпускным отверстием имеет днище[21]. Гидравлическое истечение наблюдается, если частицы сыпучего материала движутся равномерно по всему объему (рисунок 1.1,б), при этом свободная поверхность движется в одной плоскости и не представляет собой воронку. Застойная зона в этом виде истечения не образуется, что позволяет опорожнять весь зерновой материал, поступающий в бункер. Такой вид истечения появляется в бункере, если днище бункера имеет угол наклона к горизонтали 60 0. Однако объем таких бункеров значительно меньше, чем при нормальном истечении. Рисунок 1.1 – Виды истечения сыпучего материала Как правило, в заполненных бункерах в момент открытия выпускного отверстия наблюдается нормальный вид истечения, затем зона движения частиц расширяется, образуя обрушение сыпучего материала по всему объему [22]. В дальнейшем образуется гидравлический вид истечения. В чистом виде нор- 16 мальный или гидравлический виды практически не встречаются, но они всегда существуют вместе, образуя смешанный вид истечения. Смешанный вид истечения происходит в комбинированных бункерах с переходом гидравлического вида истечения в нормальный или наоборот. Какой бы ни был вид истечения зернового материала, его скорость, расход и давление на стенки и дно бункера мало зависят от высоты засыпки сыпучего матери. На стадии проектирования бункерных устройств нужно обратить внимание на некоторые особенности процесса опорожнения: - при образовании в бункерном устройстве статически устойчивых сводов истечение зернового материала прекращается; - необходимая скорость истечения сыпучего материала может не достигаться вследствие образования сводов; - влияние внешнего трения со стороны боковых стен бункера может вызвать неравномерную выгрузку зернового материала по ширине выпускного отверстия. При правильном проектировании бункеров подобные явления можно устранить. При нормальном виде истечения образуются застойные зоны в местах сопряжения задней стенки бункера и днища. Это способствует слипанию зернового материала и ухудшает процесс опорожнения бункера. При гидравлическом виде истечения в момент открытия заслонки выпускного отверстия весь зерновой материал приходит в движение, и образование застойных зон не происходит. В последнее время стали применять гиперболические днища бункеров. Подобные днища снижают влияниесводообразования на процесс опорожнения зернового материала и повышают их производительность. В гиперболических выпускных воронках коэффициент сужения потока остается величиной постоянной, а это, в свою очередь, уменьшает сопротивле- 17 ние стенок. С увеличением глубины зернового материала, находящегося в бункере, его вертикальное давление увеличивается нелинейно и стремится к некоторому постоянному значению. Это значение слишком мало, чтобы вызвать уплотнение материала и его сводообразование [22]. В 1935 году профессор В. Блох и инженер Г.Чайка [23] показали, что при открытии заслонки выпускного отверстия бункера в движение приходит только некоторый объем зернового материала, который ограниченстенками бункера и поверхностью скольжения, состоящей из неподвижных частиц самого сыпучего материала. В.А. Богомягких в работе [24] раскрыл процесс формирования и движения потоков. Он отметил, что в момент открытия заслонки выпускного отверстия бункера нарушается равновесие сыпучего материала. Если свод неустойчив, то он разрушается, когда выпадают центральные частицы зерен. После разрушения первого свода все вышележащие своды начинают разрушаться один за другим. B.C.Фуфачев в работе [25] исследовал процессы движения сыпучего материала в бункере с вертикально расположенным боковым выпускным отверстием, дозирования сыпучих материалов, совместного измельчения и смешивания компонентов комбикормов. С помощью лабораторной установки он определил фазы движения сыпучего материала по фотосъемке. По деформациям «квадратов» из черных и белых зерен выявил начальный момент сдвига частиц при открытии заслонки и наблюдал весь процесс до полного опорожнения бункера (рисунок 1.2). На основе своих наблюдений он пришел к выводу, что вначале истечения образуется эллипсоид первичного движения, а по мере опорожнения бункера образовывается эллипсоид вторичного движения, который поддерживает постоянство процесса истечения материала. Основным недостатком его работы является наличие плоского днища в бункере, что неизбежно ведет к образованию застойной зоны и неполному опорожнению бункера. 18 Рисунок 1.2 – Фазы движения материала в бункере с боковой выгрузкой: а – формирование эллипсоида первичного движения; б - формирование эллипсоида вторичного движения; в– схема Истечение зернового материала может прекратиться, если: - минимальная высота выпускного отверстия будет меньше высоты статически устойчивого свода; - отношение высоты выпускного отверстия к условному диаметру зерна будет меньше критического значения высоты статически устойчивого свода; - минимальное сечение потока бункера (перпендикуляр от верхней кромки выпускного отверстия к днищу бункера) будет меньше высоты минимального сводообразующего размера; - угол наклона днища бункера меньше угла естественного откоса сыпучего материала или меньше угла трения по его днищу. Механику сыпучих материалов изучали многие отечественные и зарубежные ученые. Они исследовали те факторы, которые значительно влияют на истечение сыпучих материалов из бункеров. Рассмотрим влияние некоторых из них на процесс истечения. 19 С.F. Jenkin [26] использовал формулу весового расхода сыпучего материала q, кг/с, имеющую вид q a Db hc , (1.3) где а,b, с, – постоянные; D–диаметр выпускного отверстия, м2; h–высота столба сыпучего материла, м. E. Hagen в работе [27] на базе своих экспериментальных данных выявил зависимость расхода сыпучего материала q, м3/с, от диаметра выпускного отверстия D, м2, диаметра частиц d, м2, и высоты столба сыпучего материала hс, м q C D 2 d hc0.5 , 2.5 (1.4) где C – постоянный коэффициент, 1/с. Е. Хаген один из немногих ученых, который признавал значительное влияние высоты засыпки сыпучего материала на скорость опорожнения бункера. Таким образом, высота выпускного отверстия является основным фактором, определяющим скорость истечения сыпучего. После Хагена процесс истечения сыпучих сред исследовали: К.Такахаси [28], М. Кетчум [29], Кувей [30], А. Келлей [31], У. Ояма [32], С. Грегори [33]. Авторы представили процесс истечения сыпучих сред в емкости как последовательное разрушение сводчатых структур в плоскости выпускного отверстия. Полученная ими зависимость объемной выгрузки сыпучего грузаq, м3/с, от диаметра выпускного отверстия D, м 2, и высоты столба сыпучего материалаh1,м, представляла такой вид: q C Dm h1 k , (1.5) гдеС, m, k – эмпирические коэффициенты, зависящие от свойств сыпучего материала. Данная формула является частным случаем формулы Хагена. C. Jenkin [34] предложил дискретную модель сыпучего материала как абсолютно твѐрдые плоские диски, уложенные правильными слоями. Плоские 20 диски создают силы, которые действуют на стенки бункера. В свою очередь, на эти силы оказывают действие перемычки и своды, создаваемые зернами. Таким образом, С. Дженкин представил графически процесс истечения зернового материала. В результате своих исследований он сделал вывод, что угол между нормалью к стенке бункера и силой, действующей на эту стенку, равен углу трения. Также в ходе своих исследований он доказал, что давление в бункере относительно высоты распределяется неравномерно. Р. Л. Зенков в работах [35,36], применив закон сохранения энергии, определил скорость истечения сыпучего материала v , м/с, как v 2 g , где (1.6) – нормальное напряжение сыпучего материала в бункере, Н/м2. Однако в формуле не видно, как влияют параметры и режим работы бункерного устройства на скорость истечения сыпучих материалов. Дженике в работе [37] утверждал, что величина коэффициента трения зернового материала по стенкам бункера влияет на его текучесть. Увеличение коэффициента внешнего трения ведет к увеличению текучести сыпучего материала. При этом на величину кинематического угла трения оказывают влияние шероховатость поверхности стенки и физико-механические свойства сыпучего материала. Поэтому гладкая поверхность может не привести к уменьшению коэффициента трения сыпучего материала. Небольшой кинематический угол трения в вертикальной стенке бункера способствует возникновению больших давлений, что ведет к увеличению вероятности образования сводов, а шероховатые вертикальные стенки уменьшают сводообразование. Увеличение коэффициента трения на боковых стенках помогает распределить вес сыпучего материала на стенки бункера и уменьшить уплотняющее его давление. На основании своих наблюдений Дженике предложил проектировать бункеры так, чтобы выгрузка сыпучего материала сопровождалась с минимальным образованием сводов. 21 Иногда процесс истечения сыпучих материалов описывают законами гидравлики [38], однако давление жидкости, находящейся в емкости (в отличие от сыпучего материала), увеличивается прямо пропорционально ее высоте. Следовательно, характер истечения сыпучего материала из емкости отличается от характера истечения жидкости из-за различных закономерностей распределения давлений по высоте емкости. Плотность сыпучего материала в любой точке емкости зависит от давления в данной точке. Для оценки изменения степени плотности сыпучего материала в бункере важно знать распределение вертикального уплотняющего давления по высоте бункера и соотношение между вертикальным и боковым давлением сыпучего материала. Если в процессе истечения сыпучего материала его давление на дно бункера постоянно, то степень подвижности зернового материала максимальна. Л.А. Теслер [39] утверждал, что во время движения сыпучего материала в бункерах возникают динамические давления, оказывающие огромное воздействие на стенки бункера, которые и были причиной многих аварий на производстве. В результате визуального наблюдения за истечением сыпучих материалов из бункеров, имеющих боковое выпускное отверстие, можно сделать выводы: 1. Насыпаемые в бункер частицы зернового материала своей наибольшей осью располагаются горизонтально, это дает устойчивое положение материала в бункере. 2. Во время истечения из бункера частицы зернового материала, двигаясь в направлении выпускного отверстия, занимают положение, при котором наибольшая ось из горизонтального положения поворачивается в сторону выпускного отверстия. 3. Истечение зернового материала сопровождается образованием совокупности линий, в гидравлике называемых линиями тока, которые пересекаются во время истечения, образовывая общую колонку. 22 4. Скорость истечения зависит от высоты столба сыпучего материала только до определенного уровня. М.М. Протодъяконов [40], П.Н. Платонов [41], Г.И. Покровский [42] и др. пытались доказать, что на расход и скорость истечения сыпучих сред из выпускного отверстия не влияет высота засыпки зернового материала. В своих работах авторы разработали гипотезу о сводчатой структуре и назвали ее «динамический свод». Динамический свод не имеет статического равновесия, а обладает некоторой частотой формирования и обрушения сводов по той причине, что из нижней части свода зерна непрерывно выпадают, а другие поступают на их место. И.К. Линчевскийв работе [43] вывел формулу, которая определяет количество вещества, проходящего в единицу времени над выпускным отверстием бункера, на основании гипотезы о существовании динамического разрушающегося свода и определил, что высота свода зависит от радиуса выпускного отверстия. Р.Ньютон, Г.Дункан, Т.Симпсон в работе [44] определили зависимость расхода сыпучей среды от размера выпускного отверстия и высоты засыпки емкости. Однако выведенная ими зависимость сильно отличается от экспериментальных данных. П.И. Лукьянов, И.В. Гусев, И.И. Никитина в работе [45] определили зависимость расхода сыпучей среды от диаметра частиц зерновой культуры и диаметра выпускного отверстия бункера. Г.А. Гениев в своих работах [46-48] полагал, что коэффициенты внешнего и внутреннего трения являются функцией давления в сыпучей среде. Следовательно, расход зернового материала зависит от высоты насыпного слоя, т.к. в бункере имеются области с различными коэффициентами внешнего и внутреннего трения. Он использовал методы динамики сплошной среды для своих вычислений и вывел дифференциальное уравнение движения сыпучего материала. 23 Г.А. Кондрашѐв [49] изучал процесс истечения и слѐживаемости зерновых материалов. Он классифицировал зерновые материалы на идеально сыпучие и трудно сыпучие. У идеально сыпучих материалов сжимающие силы создают относительное движение частиц зерна. У трудно сыпучих материалов сжимающие силы не приводят частицы к относительному движению, т.к. форма и свойства поверхности частиц препятствуют этому. Н. Таубман [50] полагал, что на истечение зернового материала влияет множество факторов, которые нельзя точно выявить, следовательно, невозможно сконструировать такой бункер, удовлетворяющий оптимальной транспортировке и хранению зерновых культур. Он считал, что для каждой культуры нужно подбирать определенные параметры бункера, обеспечивающие необходимый режим истечения, т.к. они являются самыми важными факторами, оказывающими влияние на процесс истечения зернового материала. К.Н. Голубков в работе [51] уменьшал коэффициент трения сыпучего материала о стенки бункера за счет различных покрытий. Одним из таких материалов была пластмасса. В.А. Богомягких[52], Квапил Р. [53] занимались исследованием влияния размера выпускного отверстия на процесс истечения сыпучего материала из бункера. Для осесимметричных бункеров авторы вывели зависимости, определяющие размеры выпускного отверстия, при котором происходит оптимальное истечение зернового материала из емкости. Однако для бункеров с боковой подачей сыпучего материала подобных расчетов не проводилось. К.В. Алфѐров [54], использовав результаты своих предшественников, пришел к выводу, что зная внешний коэффициент трения зернового материала, можно найти угол наклона стенок бункера к горизонту, который обеспечит оптимальное истечение зернового материала из выпускного отверстия. Г. Волбир и В. Рейзнер в работе [55] изучали процесс истечения зернового материала из бункера при различных формах выпускного отверстия и на основании своих опытов сделали вывод, что от формы щелевого выпускного от- 24 верстия зависит средний весовой поток сыпучего материала. При круглой форме выпускного отверстия истечение сыпучего материала является более устойчивым, чем при прямоугольной форме. Если увеличивать размер выпускного отверстия бункера, то и средний весовой поток будет увеличиваться параболически. А.С. Ахматов [56] предложил гипотезу, что при истечении сыпучего материала из бункера возникает граничное трение, состоящее из сухого и жидкостного трений, имеющих свои коэффициенты трения. Также при истечении сыпучего материала возникают силы адгезии и аутогезии. Адгезия - это прилипание частиц зѐрен к стенкам ѐмкости, возникающее по нескольким причинам. Аутогезия- это слипание зѐрен между собой. Эти силы затрудняют истечение зерна из емкости, а также являются одной из причин создания как динамических, так и статических сводов. При влажности зернового материала 13-16% истечение сыпучего материала подчиняется законам сухого трения, поэтому силами адгезии и аутогезии можно пренебречь. Время истечения сыпучих материалов различно и в основном зависит от размера самих зерен, участвующих в истечении. К этому выводу в своих экспериментах пришел еще В.А. Бутковский в 1974 г. [57]. С уменьшением размеров частиц увеличивается относительное уплотнение сыпучего материала, а скважность уменьшается. Следовательно, перед конструированием бункеров нужно знать физико-механические свойства самого материала, вытекающего из бункера. В.Ф. Семѐнов [58-62] использовал метод контактных передач усилия в сыпучем материале. Он предложил форму воронки, которая обеспечит высокую скорость опорожнения сухого зерна из бункера. Результаты своих теоретических исследований он подтвердил многочисленными экспериментами. В 1973 году в своей монографии [63] В.А. Богомягких рассмотрел вопросы динамики сыпучих материалов с учетом явления сводообразования. В работах [64-79] он анализирует всю теорию сводообразования и вводит понятие ли- 25 ний скольжения в бункере, приводит обоснование модели в части, определяющей среднее статистическое значение угла укладки зерен произвольной формы. Анализируя процесс формирования динамических сводов, автор вывел уравнение кривой продольного сечения свода, определил условия, влияющие на устойчивость свода. В.А. Богомягких ввел понятие эквивалентного неустойчивого свода. Учитывая теорию формирования и разрушения свода, он объяснил явление пульсации давления на стенки бункеров. В.С. Кунаков в своих работах [70-74] разработал научнообоснованную методику для расчѐта бункеров с плоскими стенками, предназначенных для работы с сухими и влажными зерновыми материалами. Ф.Е. Кенеман проводил исследования по определению расхода песка в бункере с конической воронкой [75]. Изменив, угол наклона стенок днища в бункере, он определил расход сыпучего материала. На основании результатов своих опытов Ф.Е. Кенеман сделал вывод, что расход зернового материала уменьшается, если переходить от плоскодонного бункера к воронке. В своих исследованиях авторы А.Б. Гордеева[76], А.А. Титученко[77], А.В. Тызыхян[78], Г.Г. Шматко[79] исследовали процесс выгрузки зерновых материалов из бункеров с учетом его влажности, слеживаемости и других физико-механических свойств зернового материала. Однако существенных результатов они так и не достигли. Р.В. Кирия в работах [80,81] применил уравнение Бернулли в исследовании движения сыпучего груза из бункера с боковым щелевым отверстием. На основе визуальных исследований процесса истечения сыпучего материала он выделил 4 зоны: A, B, C, D, которые отличаются друг от друга структурномеханическим состоянием (рисунок 1.3). 26 Рисунок 1.3 – Зоны структурно-механического состояния сыпучего груза при его истечении из бункера с боковым щелевым выпускным отверстием Он полагал, что сыпучий груз в зонах A, Bдвижется так же, как и в бункере с горизонтальным щелевым выпускным отверстием. Частицы сыпучего груза связаны между собой и движутся с постоянной скоростью параллельно стенкам бункера, не пересекая траектории друг друга. Зона С - это зона возникновения динамических сводов. В зоне обрушения D частицы находятся в непрерывном хаотическом движении, сталкиваясь между собой. Для случая δ > 50 Кирия Р.В. объемный расход сыпучего материала Q, м3/с, определил по формуле Q k d b a 1.5 g а среднюю скорость истечения сыпучего груза , (1.7) vcp , м/с, находил как vcp kd g a , где kd– безразмерный коэффициент, kd = 0,3÷0,38; (1.8) 27 а – ширина выпускного отверстия, м; b – длина выпускного отверстия, м. Его исследования были в области горнодобывающей промышленности, где диаметр, форма и удельный вес сыпучего материала несопоставимы с сельскохозяйственными культурами. Следовательно, и применение полученных зависимостей к зерновым материалам неприемлемо. Также не была определена предельная высота насыпного груза, влияющая на скорость его истечения. По мнению В.В.Денисова [82], интенсивное образование сводов происходит в зоне выпускного отверстия. Свод имеет две точки опоры: одну на днище, а другую на торцевой стенке. Координаты этих точек зависят от угла наклона днища и характеристик сыпучего материала. Он предложил формулу для расчета максимальной высоты точки опоры на торцевой стенке бункера hоп,м, hon hk r tg ( ) , (1.9) где hk–высота точки опоры на торцевой стенке, м; r– радиус бункера, м; – угол стрелы свода, град. Однако угол стрелы свода ему так и не удалось определить, следовательно, выражение (1.9) нельзя использовать для практического применения. Дальнейшую работу в этом направлении продолжил И.И. Кононов [83]. Он пришел к выводу, что образование свода между внутренне торцевой стенкой бункера и днищем просходит послойно в процессе хранения зерна. Максимально устойчивые своды находятся в зоне выпускного отверстия, а минимально устойчевые - в верхних слоях бункера. И.И. Кононов определил максимальную высоту верхнего сводообразующего слоя hkp, м, как hkp r tg ( ) A , где –угол между днищем бункера и горизонталью, град; r– радиус бункера, м; A – безразмерный эмпирический коэффициент. (1.10) 28 По его мнению, минимальная прочность опоры свода находится на торцевой стенке бункера. Следовательно, разрушение свода может быть достигнута поднятием кольцевого затвора выше точки опора свода. Однако это может привести к превышению необходимой скорости истечения сыпучего материала. Д.А. Епифанцев в работе [84] определял скорость истечения сыпучего материала из бункера с боковым выпускным отверстием. В теоретических расчетах автор определял скорость истечения одной частицы по скатной доске. Однако такое допущение является слишком грубым, т.к. при этом не учитывается воздействие зерен между собой и стенками бункера. Из приведѐнного обзора следует, что на процесс выгрузки сыпучих материалов из бункера влияют как его физико-механические свойства, так и ряд других факторов, например, характеристики внешней среды (температура воздуха в помещении, влажность воздуха, наличие ветра). Также немаловажными факторами, оказывающему влияние на процесс выгрузки зернового материала, являются геометрические параметры бункера. К таким параметрам относятся: угол наклона стенок и днища бункера к вертикали, размер и форма выпускного отверстия, шероховатость стенок бункера. Поэтому в следующих главах рассмотрим влияние геометрических параметров бункера на процесс истечения зернового материала, но вначале необходимо дать классификацию бункеров. 1.3 Классификация и краткая характеристика существующих бункеров Бункер – емкость, служащая для временного или постоянного хранения сыпучих материалов, а также предназначенная для обеспечения независимой работы отдельных узлов технологических линий. Бункеры различают: 29 по способу разгрузки - бункеры бывают с принудительной (механической) и гравитационной самотечной разгрузкой. Кпоследним относятся устройства, в которых истечение насыпного груза происходит по наклонной или вертикальной плоскости под действием собственной силы тяжести; по конструктивному исполнению: простые и составные. Простые бункеры чаще используются в сельском хозяйстве. Они бывают различных форм: конусные, цилиндрические, клиновидные, параболоидные, призматические; по расположению в пространстве: подвесные и подземные, углубленные в грунт; по способу действия: непрерывного и периодического. В первом случае во время опорожнения бункера постоянно поддерживается одна высота засыпки сыпучего материала за счет пополнения различными способами. Во втором случае опорожнение происходит не непрерывно, а периодически при включении разгрузочного устройства; по типу установки: стационарные, полустационарные (со сроком службы на одном месте до 1,5 лет), передвижные. Стационарные бункеры обычно заполняются и разгружаются самотеком. Для исключения образования застойных зон при истечении груза угол наклона стенок и днища бункера должен быть больше угла, при котором начинается самотечное движение груза. Размер выпускного отверстия должен быть в 3–5 раз больше условного диаметра зерен сыпучего груза. Бункеры должны отвечать следующим требованиям: надежность загрузки и разгрузки, отсутствие слипания сыпучего материала между собой и стенками бункера, минимальное повреждение сыпучего груза. В случае залипания сыпучего груза применяют вибрационные, пневматические и цепные устройства. Материалом для изготовления бункеров является листовая сталь, железобетон и дерево. В некоторых случаях используют проволочную сетку, внутри обтянутую плотной тканью. 30 Металлические бункеры достаточно долговечны при хранении сыпучих грузов. Они имеют сравнительно небольшую массу и производятся на заводах индустриальным методом. Изготовленные стандартные детали устанавливаются на месте сборки. Однако при хранении влажных сыпучих грузов стенки и днище бункера покрываются коррозией, что ускоряет износ бункера и увеличивает коэффициент внешнего трения. Железобетонные бункеры используются при хранении как сухих, так и влажных грузов. Они имеют большую долговечность, но они дороже в изготовлении и значительно тяжелее металлических бункеров. Деревянные бункеры используют крайне редко, т.к. они недолговечны и требуют частого ремонта. Комбинированные бункеры изготавливаются из разнородного материала. Например, для уменьшения износа в деревянных бункерах на днище укладывают стальные листы или в железобетонном корпусе устанавливают железное днище. В таблице 1.1 представлена классификация бункеров. Таблица 1.1 - Классификация бункеров Тип Бункеры Группа Геометрическая форма корпуса днища Конические Конус Конус Цилиндрические Цилиндр Конус Круглые Круглые Цилиндрические Цилиндр Горизонтальная плоскость Схема 31 Продолжение таблицы 1.1 Бункеры Корытообразные (с боковой выгрузкой) Прямоугольные Корытообразные (с боковой выгрузкой) Тип Группа Двухскатные трапецеидальные Геометрическая форма корпуса Четырехугольная призма днища Две треугольные призмы Горизонтальная плоскость Пирамидальные Призма Пирамидальные Пирамида Пирамида Комбинированные Призма Пирамида Односкатные треугольные Односкатные трапецеидальные Треугольная призма Четырехугольная призма Треугольная призма Схема 32 Продолжение таблицы 1.1 Бункеры Тип Группа Корытообразные (с боковой выгрузкой) Параболические Комбинированные Трапецеидальные У-образные Геометрическая форма корпуса днище Призма Призма Призма Схема Группа Параболическое корыто Трапецеидальное корыто с боковыми щелями Трапецеидальное корыто с нижней щелью Трапецеидальное корыто с плоским дном и боковой щелью Объем бункера определяется режимом работы технологического процесса, а также объемом подачи из транспортных средств. При необходимости поддержания непрерывной подачи сыпучего груза устанавливают дополнительные компенсаторы. Выпускные отверстия делают различных форм: круглые, прямоугольные, квадратные, щелевидные, криволинейные. В бункере имеется затвор, предназначенный для периодического дозирования сыпучего груза и регулирования струи потока. 33 Затворы должны отвечать следующим требованиям: простота и надежность в конструкции и эксплуатации, отсутствие просыпания сыпучего груза при закрытом затворе, недопущение самооткрывания. По типу привода затворы бывают ручные и механические с дистанционным управлением. По способу действия затворы разделяют на отсекающие поток груза и создающие подпор. В бункерах с боковым выпускным отверстием часто используют, затворы отсекающие поток груза, в виде плоской задвижки. Такое многообразие бункерных устройств обусловлено различными задачами, которые ставит современное сельское хозяйство. В частности, несмотря на простоту конструкции бункеров с боковым выпускным отверстием, применение их бывает самое разнообразное. Под каждую задачу производственного процесса нужно и индивидуальное конструкторское решение. Поэтому для повышения равномерности выгрузки сыпучего материала по всей длине выпускного отверстия необходимо знать область применения подобных бункеров. 1.4 Анализ работ по использованию бункеров с боковым выпускным отверстием в сельском хозяйстве Загрузка зернового вороха в очистительную машину является этапом послеуборочной обработки, на котором зерна наиболее подвержены механическому воздействию. Для равномерной загрузки используют несколько групп устройств в зависимости от принципа действия [85]. В сельском хозяйстве бункеры с боковым выпускным отверстием нашли широкое применение. Они используются как бункеры-накопители, питатели в сепарирущих машинах, дозаторах и т.д. 34 Бункеры-накопители прямоугольного сечения с конусным дном типа БНКД-33, БНКД-46, БНКД-61 (рисунок 1.4) используют как стационарные бункеры непрерывного действия. Рисунок1.4 – Бункеры-накопители прямоугольно сечения с конусным дном имеющие боковое выпускное отверстие Подобные бункеры используют во время уборочных работ для временного хранения зерновых культур, которые впоследствии будут направлены на доработку или на длительное хранение. В них имеется заслонка с электроприводом. Результаты экспериментальных данных [86-89] показывают, что на эффект очистки воздушным потоком влияют следующие основные факторы: а) степень различия скорости витания зерен очищаемой культуры и примесей; в) величина удельной нагрузки q; б) размеры пневмосепарирующего канала: ширина В и высота Н; г) начальная скорость частиц сепарируемого материала 0 ; д) величина скорости воздушного потока; е) равномерность воздушного потока в пневмосепарующих каналах. 35 Причем равномерность воздушного потока в пневмосепарующих каналах во многом зависит от равномерного распределения зерен по всей ширине канала. Широкое распространение бункеры с боковым выпускным отверстием получили в машинах для очистки зернового материала от примесей. Разберем общую схему поступления зернового материала в пневмосепарирующий канал (рисунок 1.5). Сыпучий материал под действием гравитационных сил из бункера (обычно имеющего боковое выпускное отверстие) поступает в пневмоканал, где под действием воздушного потока происходит разделение компонентов на фракции. Рисунок 1.5 – Схема поступления зернового материала в пневмосепарирующий канал: 1 –бункер; 2 – выпускное отверстие; 3 – пневмоканал А.Я.Малис, А.Р. Демидов в работе [86] отмечают, что при различной плотности поступаемого зернового вороха сопротивление ее неодинаково по глубине пневмосепарирующего канала, оно имеет минимальную величину в центральной части и увеличивается по направлению к боковым стенкам канала. Вследствие этого статическое давление воздушного потока у стенок перед зерновой струей возрастает, а в центральной части падает. Вследствие этого, согласно уравнению Бернулли, появляется градиент давления, имеющий направ- 36 ление от стенок к центральной части канала. Соответственно изменяется и скорость воздушного потока, которая получает максимальное значение в центральной части канала и уменьшается по направлению к его стенкам. Следовательно, неравномерное распределение очищаемого зернового материала приводит к ухудшению качества очистки зерновой смеси. Однако по мнению авторов основная часть питающих устройств пневмосепараторов не обеспечивает равномерную выгрузку зерен по ширине канала. Также в своей работе авторы поясняют, что если начальная скорость 0 больше или меньше необходимой величины, то это ведет к снижению эффекта очистки. Следовательно, начальная скорость зернового материала имеет важное практическое значение для определения режима работы машины в целом. Для регулирования скорости истечения и подачи зернового материала в питающих бункерах устанавливают различные виды регуляторов. Одно из таких питающих устройств[90] представлено на рисунке 1.6. Рисунок 1.6– Фракционный пневмосепаратор: 1 – приемное устройство; 2 – питающий валик; 3 – устройство ввода зерновых фракций Приемное устройство, снабженное питающим валиком, обеспечивает высокую производительность и низкую степень травмированности зерновых культур. К недостатком можно отнести невысокий коэффициент очистки зернового материала от крупных и мелких примесей из-за недостаточно совершенной регулировки подачи зернового материала. 37 В пневмоинерционном очистителе вороха ПВО-ЗОМ данная проблема частично устранена (рисунок 1.7) [91]. Рисунок 1.7 – Пневмоинерционный ворохо очиститель ПВО-ЗОМ с гравитационным питателем: 1 – цилиндрическое решето; 2 – питающий валик; 3 – бункер К достоинствам питающего устройства можно отнести упрощение регулировки подачи вороха. Недостатками являются большая металлоемкость и габаритные размеры питающего устройства. Проблемой эффективности функционирования зерноочистительных машин путем совершенствования рабочих органов пытались решить А.Н. Сычугов [92, 93] и Чернышов С.В. [94]. Авторы уделили внимание проблеме снижения травмирования зерна. Ставилась задача снизить общую и удельную металлоемкость зерноочистительной машины и энергоемкость пневмосистемы и повысить качество очистки зерна. Однако использование механических рабочих органов подачи зернового вороха затрудняло достижение поставленных задач. Бункеры с боковым выпускным отверстием [95] также нашли применение как питатели в воздушно-решетных сепараторах (рисунок 1.8). 38 Рисунок 1.8 – Воздушно-решетный сепаратор К-560А: 1 – питающая заслонка; 2 – бункер Зерновой материал поступает в приемный бункер и с помощью питающей заслонки направляется в наклонный пневмосепарирующий канал. Достоинствами приемного устройства является простота регулировки подачи зернового вороха. Недостатками являются большие габаритные размеры и металлоемкость. Большой вклад в совершенствование средств механизации и технологии для получения качественного зерна внес А.П. Тарасенко [96-99]. По его мнению, для решения проблемы травмированности зерен необходимо создавать бункера гравитационного типа без использования активных рабочих органов и механического привода. В.А. Кубышев, В.Д. Олейников, М.С. Титов [100] предложили технологическую схему сепаратора – разделение зерна на фракции. В питающем устройстве сепаратора установлен питающий валик (рисунок 1.9), регулирующий подачу зернового материала. 39 Рисунок 1.9– Питающее устройство сепаратора зерна: 1– воздухозаборный патрубок; 2 –пневмосепарирующий канал; 3 –питающий валик; 4 – бункер Достоинством питающего устройства в этой технологической схеме сепаратора является то, что питающий валик позволяет регулировать скорость истечения зернового материала. Недостатком является увеличение металлоемкости машины за счет питающего валика. В 2003 году А.И. Бурков, В.Е. Саитов и др. предложили питающее устройство пневмосепарирующей зерноочистительной машины (патенты РФ №М 2213442, 2242112, 2267906), которое устраняет недостатки предыдущего устройства [101-103]. Наиболее распространенным способом обеспечения равномерной подачи зернового материала вдоль всей длины выпускного отверстия являются различные виды вибрационных устройств (рисунок 1.10). 40 Рисунок 1.10 – Схема аэродинамического сепаратора АЛМАЗ: 1 – бункер с боковым выпускным отверстием; 2 – вибропривод В машине для создания псевдожидкого состояния сыпучего материала, а также возможности равномерного опорожнения по всей длине выпускного отверстия используют вибропривод. Недостатком сепаратора является установка в его технологическую схему дополнительного узла, что нежелательно т.к. требует дополнительных энергозатрат. В.Е.Саитов [104] сделал попытку применения загрузочного бункера в подобной зерноочистительной машине, которая обеспечит равномерную подачу зернового материала по ширине пневмосепарирующего канала без дополнительных устройств (рисунок 1.11). 41 Рисунок 1.11 – Питающее устройство для пневмосистемы зерноочистительной машины: 1– загрузочный бункер; 2– питающее приспособление; 3 – скатная плоскость; 4 – вертикальный пневмосепарирующий канал По мнению автора, скатная плоскость, оканчивающаяся горизонтальным участком, улучшает расслаивание и взвешивание частиц зернового материала в ограниченном по размерам пневмосепарирующем канале и создает условие для равномерной подачи зернового материала по ширине пневмосепарирующего канала. Достоинством питающего устройства является то, что использование свободного ввода сыпучего материала в пневмосепарирующий канал значительно упрощает конструкцию пневмосепаратора. Недостатком является то, что наличие горизонтального участка способствует возникновению застойной зоны. Это значительно тормозит скорость истечения на выходе из выпускного отверстия и может не обеспечивать необходимый угол ввода зернового материала в пневмосепарирующий канал для эффективной очистки. Есть питающие устройства в зерноочистительных установках, в которых от равномерности выгрузки зернового материала по ширине выпускного отверстия зависит продолжительность срока службы быстро изнашивающихся узлов 42 агрегата. Так, в сепараторе типа А1-БИС-100, предназначенном для первичной очистки зерновых культур (рис 1.12) днище питающего бункера в центральной части изнашивается быстрее, чем на периферии. Рисунок 1.12 – Боковая подача зерновой массы в сепараторах типа А1БИС-100: 1– питающий бункер; 2 – заслонка; 3 – днище бункера; 4 – распределительные рукава В подобных типах сепараторах такой износ объясняется неравномерным удельным давлением, оказываемым со стороны зернового материала на днище бункера. Оптимальным решением данной проблемы является изменение формы щелевого выпускного отверстия бункера. Однако решением подобной задачи до настоящего времени практически никто не занимался. Таким образом, можно выделить основные группы устройств, обеспечивающие равномерную загрузку зерноочистительной машины (рисунок 1.13) [105]. 43 Рисунок 1.13 –Распределительные устройства: а) гравитационного действия б) принудительного действия, в) комбинированного действия, 1 – бункер, 2 – вибрирующая заслонка, 3 – питающий валик, 4 – заслонка, 5 – скатная поверхность, 6 – перегородки, 7 – шнек, 8 – гравитационный клапан Устройства гравитационного действия (рисунок 1.13,а) основаны на законе сохранения и превращения энергии [106]. При минимальных механических воздействиях на зерно их травмированность сводится к минимуму. Распределительные устройства принудительного действия (рисунок 23,б) обеспечивают равномерную загрузку зерноочистительной машины за счет движущихся рабочих органов (шнеки, питающие валики, вибролотки) [107]. Подобные устройства обеспечивают высокую степень равномерности подачи зерна, однако вероятность травмирования зерна очень велика. В устройствах комбинированного действия используют рабочие органы двух предыдущих групп (рисунок 1.13,в). Распределение зернового вороха рабочими органами происходит внутри бункерного устройства, а подача в зерноочистительную машину осуществляется под действием гравитационных сил. Однако чтобы избежать травмированности зерна, необходимо точно настраивать силу и равномерность прижатия гравитационного клапана. Из приведѐнного обзора следует, что имеется множество сельскохозяйственных агрегатов, где используются бункеры с боковым выпускным отверстием. Основные сложности, которые встречаются в конструировании подобных бункеров - это обеспечение необходимой скорости истечения и равномерной подачи сыпучего материала по всей ширине выпускного отверстия. Изучением 44 процесса истечения сыпучих материалов из подобных бункеров занимались немногие ученые. В большинстве из этих работ решением подобной задачи являлась установка в бункерном устройстве дополнительного питающего устройства различных модификаций, что, в конечном счете, ведет к увеличению дополнительных узлов агрегата и металлоемкости самой машины. Однако решения с изменением конструктивных параметров бункерного устройства на настоящее время нет. 1.5 Цель и задачи исследования Анализ работ, посвящѐнный вопросу исследования равномерности выгрузки зернового материала из бункера по всей длине его выпускного отверстия, позволил определить цель и задачи исследования. Цель исследования: повышение равномерности выгрузки зерновых материалов из бункеров с боковым выпускным отверстием, путѐм рационализации формы выпускного отверстия бункера. Основные задачи работы следующие: – разработать теоретические предпосылки по повышению равномерной выгрузки зерновых материалов из бункеров с боковым щелевым выпускным отверстием; – определить теоретическую зависимость, устанавливающую взаимосвязь между параметрами бункера, физико-механическими свойствами зернового материала и скоростью его истечения; – построить регрессионную модель, устанавливающую взаимосвязь между параметрами бункера с прямоугольной формой выпускного отверстия и равномерностью выгрузки зернового материала; 45 – провести лабораторную и производственную проверки и определить экономическую эффективность использования бункера с боковым выпускным отверстием рациональной формы; – разработать методику расчета рациональной формы щелевого выпускного отверстия бункера, обеспечивающей равномерную выгрузку зернового материала по всей его длине. Для решения указанных цели и задач необходимо обосновать модель зернового материала, которая бы отвечала его физико-механическим свойствам. В работе сформулирована научная гипотеза о том, что равномерность распределения зернового потока по площади боковой щели бункера может быть осуществлена путем изменения прямоугольной формы выпускного отверстия на рациональную за счет дополнительных срезов торцевой стенки бункера в зоне ее сопряжения с боковыми стенками. 46 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫГРУЗКИ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА ИЗ БУНКЕРА С БОКОВЫМ ВЫПУСКНЫМ ОТВЕРСТИЕМ 2.1 Обоснование допущений модели зернового сыпучего тела В основу теоретического решения задач положена модель, состоящая из комбинации моделей, предложенных профессорами Л.В. Гячевым [15, 108] и В.А. Богомягких [64]. Модель сыпучего тела, предложенная Гячевым, представляет собой сплошную среду, в которой частицы несоизмеримо малы с размерами выпускного отверстия и имеют послойную укладку с некоторым среднестатистическим углом. Данное допущение позволяет рассматривать процессы с точки зрения непрерывности их протекания, т.е. истечение зернового материала является стационарным и к нему применима теорема о неразрывности потока [109]. Эта модель применима, когда размер выпускного отверстия бункера превышает максимальный сводообразующий размер. В.А. Богомягких предложил модель, учитывающую влияние динамических и статических сводов. Эта модель применима, когда размер выпускного отверстия бункера не превышает максимальный сводообразующий размер. Эта модель может описывать дискретность протекания процесса истечения. В процессе опорожнения бункера сыпучий материал движется в сторону выпускного отверстия, при этом частицы зерен совершают перемещения относительно друг друга, а также относительно всех стен и днища бункера. Эти перемещения сопровождаются трением частиц зерна между собой и о стенки бункера. При этом трение сыпучего материала может быть жидкостным, сухим или граничным. В сельском хозяйстве наиболее часто встречаются сыпучие мате- 47 риалы, у которых трение между частицами приближается к предельному случаю сухого трения при влажности зернового материала 13-16 %. В связи этим, одним из основных допущений модели принято допущение о сухом трении между частицами, а также между частицами и всеми стенками и днищем бункера (закон Кулона). Это эмпирический закон, описывающий свойства сил сухого трения: 1) модуль силы сухого трения покоя принимает значения от нуля до некоторого своего максимального значения: 0 Fп Fmax ; 2) модуль силы сухого трения скольжения равен максимальному значению модуля силы сухого трения покоя Fck Fmax ; обусловлено это наиболь- шими скоростями движения зерновок в объеме бункера; 3) модуль силы сухого трения скольжения пропорционален модулю силы нормального давления: Fck N , (2.1) где – коэффициент силы сухого трения, не зависящий от силы нормального давления. 4) вектор силы сухого трения скольжения направлен противоположно вектору скорости относительного движения зерновки отн тел: Fck отн . Исходя из теории Л.В. Гячева [109] и В.А. Богомягких [80], можно предположить, что сыпучее тело с беспорядочным расположением зерен в бункере можно заменить эквивалентным ему в механическом отношении сыпучим телом с послойной укладкой частиц. Рассмотрим схему послойной укладки зерновок зернового сыпучего тела в бункере (рисунок 2.1). При такой укладке сыпучее тело состоит из одинаковых абсолютно твердых шаровых зѐрен, уложенных правильными горизонтальными слоями [109]. 48 На рисунке 2.1 изображен дискретный элемент зернового материала. Данный элемент состоит из трѐх слоѐв: ведущего, ведомого и промежуточного [110]. Рисунок 2.1 – Схема послойной укладки условных шаровых зѐрен Ведущий слой состоит из шаров 1, 1’, потому что их движение совпадает с направлением приложенных к ним внешних сил Pi. Внешние силы сопротивления Qiнаправлены противоположно движению этого слоя, следовательно, шары 3 и 3’ образуют ведомый слой, а шары 2 и 2’ образуют промежуточный слой. В подобной системе шаров при движении каждый шар ведущего слоя будет скатываться под действием вертикальных сил в углубление между шарами. Шар 2’ будет постоянно смещаться в сторону оси х, и между ним и шарами 1’ и 3’ будут возникать силы, направленные противоположно движению шара2’. В рассматриваемом выделенном слое все частицы находятся в контакте с окружающими их частицами, а это означает, что каждая пара соприкасающихся частиц имеет свой определенный угол укладки , следовательно, и определен- ное соотношение осевого и бокового усилий. Для элементарного объема это соотношение является определенной величиной, но соответствующее уже какому- 49 то среднему, наиболее вероятному значению угла вероятный угол . Таким образом, наиболее является характеристикой механической эквивалентности выделенного элементарного слоя, причем его частицы образуют с окружающими их частицами один и тоже угол , равный наиболее вероятному углу ук- ладки. Под свойством сыпучести дискретного материала понимается способность его зерне под действием сжимающего усилия вклиниваться между нижележащими зернами, раздвигая их. При этом возникают распорные усилия, действующие в направлении, перпендикулярном сжимающему усилию. Если частица не может вклинится в между смежными зернами, то и не возникают распорные усилия и получается безраспоная дискретная среда [109]. При закрытом выпускном отверстии бункера плотность сыпучего тела стремится к своему предельному значению max . Это явление необходимо иметь ввиду при определении среднего значения угла . В таблице 2.1 пред- ставлены типы плотных укладок с предельными укладками частиц зерен. Таблица 2.1 - Существующие типы плотных укладок частиц шаровидной формы (по Дересевичу) для стальных шаров Типы укладок Координационное число Плотность, кг/м3 Пористость, % Угол укладки, 6 Расстояние между слоями шаров, ед. дл. 2.00 Простая, кубическая Кубическотетраэдная Тетраэсфероидная Тетраэдальная Пиромидальная 523 47.64 0 8 2.00 600 39.51 0 10 1.73 698 30.19 12 12 1.62 1.14 742 742 25.95 - 6 5 4 50 Угол укладки - это среднее возможное значение угла укладки. Профессором В.А. Богомягких он был найден как угол в 29040/. Угол является углом, образованным вертикальной осью бункера и общей нормалью к шарам в точке их контакта (см. рисунок 2.1). Условный диаметр зѐрен сыпучего материала d , м, определялся по формуле Л.В. Гячева [108] и В.А. Богомягких[68]. d Kф 3 а в c , где Kф (2. 2) – коэффициент, учитывающий форму зерновой частицы; а – длина зерна, м; b – ширина зерна, м; с – толщина зерна, м. Коэффициент Kф учитывает форму частиц реального зернистого мате- риала относительно идеальной шаровой частицы. Он был найден В.А Богомягких (таблица 2.2). Таблица 2.2 - Коэффициент формы некоторых зернистых материалов Форма зернового материала Зерновой материал Коэффициент искаже- ния формы K ф Пирамида Подсолнечник 0,96 Эллипсоид Пшеница 1,0 Пространственный клин Кукуруза 0,98 Цилиндр Кормовые гранулы 1,15 Тетраэдр Гречиха 0,54 На рисунке 2.2 показаны линейные размеры зерновых культур. Рисунок 2.2 – Линейные размеры зерновых культур: а – длина зерна, b– ширина зерна, с – толщина зерна 51 Экспериментальные данные показывают, что в заполненных бункерах с боковым выпускным отверстием в момент открытия заслонки выпускного отверстия происходит динамический удар. Вследствие этого движение сыпучего материала в сторону выпускного отверстия наблюдается по всему объему (гидравлический вид истечения). Через некоторое время в месте сопряжения днища и задней стенки формируется застойная зона (рисунок 2.3), и сыпучий материал, расположенный вдоль торцевой стенки бункера, истекает раньше, образуя воронку (нормальный вид истечения). Это доказывает то, что в бункерах с боковым выпускным отверстием наблюдается смешанный вид истечения. Рисунок 2.3 – Переход из гидравлического вида истечения в нормальный Какой бы ни был вид истечения зернового материала, его скорость и расход мало зависят от высоты столба сыпучего материала [22]. Экспериментальные данные исследования показывают, что во время опорожнения бункера с боковым выпускным отверстием отсутствуют вращательные движения частиц сыпучего материала, что подтверждается исследованиями и других работ [110-112]. Это объясняется тем, что вследствие дискретности строения сыпучего тела граничные частицы потока имеют несколько то- 52 чек соприкосновения с окружающими ее частицами, а некоторые частицы - еще одну точку контакта со стенкой. Возникновение статически устойчивых сводов чаще всего обусловлено необоснованным выбором высоты выпускного отверстия. Они, как правило, не учитывают дискретные свойства сыпучих материалов, аккумулируемых в бункерах. Экспериментальные данные исследований [113,15] показывают, что для любого сыпучего материала существует своя минимальная высота выпускного отверстия, при которой начинается устойчивое истечение сыпучего материала. Если высота выпускного отверстия меньше минимальной высоты, то в зоне выпускного отверстия образуется статически устойчивый свод, что приводит к прекращению истечения сыпучего материала из бункера. В результате проведенного анализа нами принята модель сыпучего тела, имеющая следующие свойства: - зерновая модель состоит из шаровых зерен, уложенных послойно; - перемещению зерен препятствуют силы внутреннего и внешнего трения; - при выгрузке зернового материала из бункера его зерна движутся только поступательно, без совершения вращательного движения; - плотность зернового материала при опорожнении бункера не меняется; - для бункеров с боковым выпускным отверстием при высоте выпускного отверстия (7 15)d формируются динамические своды, для разрушения которых затрачивается энергия гравитационных сил; - при высоте выпускного отверстия менее (3 7)d формируются статически устойчивые своды, и процесс истечения прекращается. Таким образом, при теоретическом исследовании явлений, связанных с истечением сыпучих тел, можно заменить это сыпучее тело с конечными размерами частиц эквивалентной в механическом смысле сплошной сыпучей средой. Это допущение позволяет рассматривать процессы, происходящие в сыпу- 53 чих телах, с точки зрения дискретности их протекании, что полностью подтверждается экспериментальными исследованиями[15]. 2.2 Обоснование минимальной высоты бокового прямоугольного щелевого выпускного отверстия бункера, при котором наблюдается устойчивое истечение зернового материала Если высота выпускного отверстия меньше максимальной высоты сводообразующего размера, то движение зернового материала в бункере сопровождается образованием сводов, тормозящих процесс истечения [93,114,115]. Рассмотрим схему укладки трех шаров в бункере с боковым выпускным отверстием (рисунок 2.4). Рисунок 2.4 – Схема укладки трех шаров в бункере с боковым выпускным отверстием 54 Интенсивное образование сводов происходит в зоне выпускного отверстия. Свод имеет две точки опоры: одну на днище, а другую на торцевой стенке. Чем ближе координаты этих точек, тем выше и вероятность сводообразования. Свод разрушится при потере равновесия шара 1 либо 3 [116]. Условием равновесия шара 1 является равенства сил реакций Rс и RB/, приложенных в точках С и В/– КCB / КB / C . Условием равновесия шара 3 является равенство сил реакций RЕ и RB//, приложенных в точках С и В//: КCB / КB / C где – угол между минимальным сечением бункера АЕ и реакциями Rс и RB/, возникающими от воздействия сжимающего усилия Р . В связи с допущением, что не происходит вращательное движение зерен, можно принять предельные значения для сил сухого трения в соответствии с законом Кулона. Относительное скольжение зерен возможно (распорные свойства материала сохраняются) при выполнении неравенства или [45]. Рассмотрим равнобедренный треугольник KBА (рисунок 2.4) имеющий высоту ОB. Стороны KB и BА равны условному диаметру шара d . Сторона KO определится как d sin , тогда сторона треугольника KА будет равна 2 d sin . Исходя из этого, можно найти минимальное поперечное сечение потока зернового материала АЕ, м, СЕ d (2 sin 1) . Зная СЕ, определим минимальную высоту выпускного отверстия hmin, м, hmin d 2 sin 1 , cos где – угол укладки зернового материала,град; – угол между днищем и горизонталью, град; α – угол между днищем и вертикалью, град. (2.3) 55 Однако угол является функцией . Например, при увеличении угол увеличивается, и равновесие диска 3 может быть нарушено. Найдем зависимость f ( ) . Из рисунка 2.4 следует, что ( ) . Поскольку равновесие сохраня2 ется лишь при ; , то при ( 2 ) ; при ( 2 ) . 2 2 Подставив найденное значение в (2.3), найдем минимальную высоту выпускного отверстия hmin, м h d 3 hmin h d 3 hmin d у 2 sin 1 sin( 2 ) d у 2 sin 1 sin( 2 ) при ; (2.4) при . (2.5) Согласно (2.3) минимальная высота выпускного отверстия, при котором начинается устойчивое истечение зернового материала, зависит от геометрических размеров зерен, угла укладки зерен и угла наклона днища. Формула (2.3) определяет hmin в предположении укладки трех шаровых частиц около выпускного прямоугольного щелевого отверстия. Однако, на самом деле в практике статически устойчивый свод в плоскости щелевого отверстия может формироваться и не из трех шаровых частиц, а из нечетного числа«n» частиц. Для свода, состоящего из пяти зерен, минимальная высота выпускного отверстия hmin, м, определится как h d 5 hmin h d 5 hmin d у 4 sin 1 sin( 2 ) d у 4 sin 1 sin( 2 ) при ; (2.6) при . (2.7) 56 Подставим в выражения реальные значения , , , получим в прибли- h женном значении 3 5 . d В общем случае устойчивый процесс истечения зернового материала из таких бункеров наблюдается в том случае, если высота их прямоугольной щели «h» больше наибольшего сводообразующего размера. Однако для решения этой задачи необходимо знать – для какого вида истечения зернового материала предназначен бункер. Таким образом, минимальная рабочая высота «hmin»(см. рисунок 2.4) щелевого прямоугольного бокового выпускного отверстия бункера зависит от размера СЕ, являющая самым узким сечения потока зерновок перед выходом их из вертикальной боковой щели бункера. Если размер СЕ не является статически сводообразующим, то тогда высота «h» щели бункера также не является статически сводообразующей. Поэтому щель будет рабочей и будет дозировать зерновой материал. Равномерно по длине или неравномерно – этот вопрос остается открытым, и его следует исследовать. 2.3Определение скорости истечения зернового материала из бункера с боковым выпускным отверстием Ранее уже упоминалось, что с ростом h d формирование сводов становит- ся менее вероятным, а устойчивость их уменьшается. При отношении h 15 d влияние сводов на процесс опорожнения бункера сводится к нулю, значит, на их разрушение энергия практически не затрачивается. К силам, препятствующим истечению зернового материала, можно только отнести силу трения. Используя гипотезу о применимости теоремы о взаимосвязи работы, совершаемой на преодоление сил зернового тела при его истечении из бункера и 57 гравитационной энергии, рассмотрим зерновой материал в бункере с боковым выпускным отверстием, ограниченным двумя сечениями АВ и СD (рисунок 2.5). Истечение зернового материала осуществляется под действием сил тяжести и сил трения. Сечение АВ представляет собой прямоугольник со сторонами l и b, имеющий площадь сечения S1 расположенный в верхней части зернового материала. Сечение СD имеет следующие геометрические размеры: длина l,высота СD с площадью S2, и расположенной в нижней части бункера. Для решения задачи можно применить законы динамики, однако вследствие большого числа частиц удобнее воспользоваться законом сохранения и превращения энергии. Рисунок 2.5 – Истечение зернового материала из бункера с боковым щелевым выпускным отверстием 58 За некоторый бесконечно малый промежуток времени t зерновой материал в бункере сместится, причем сечение АВ получит приращение и l1 1 t займет положение А1В1, а сечение СD получит приращение l2 2 t и займет положение С1D1. При этом скорость истечения верхнего слоя 1 и скорость истечения нижнего слоя 2 имеют разное значение [117]. Изменение объема верхнего элемента V1 зернового материала будет таким же, как если бы перемещение верхнего слоя l1 заняло положение нижнего слоя l 2 и равнялось изменению нижнего объема V2 .При бесконечно малом t будет бесконечно мало и t , поэтому можно считать данные сечения прямоугольными. Объемы этих элементов будут равны: V1 S1 1 t ; V2 S 2 2 t , (2.8) где S1 – площадь поперечного сечения бункера, м2; 2 S 2 – площадь выпускного отверстия бункера, м . Изменение потенциальных энергий W1 , Дж, и W2 , Дж, в объемах V1 и V2 соответственно можно найти по формулам W1 m1 g h1 W2 m2 g h2 (2.9) где m1 – изменение массы верхнего участка за t , m1 V1 , кг; m 2 – изменение массы нижнего участка за t , m2 V2 , кг; h1– координата центр масс по высоте объема V1 , м; h2– координата центр масс по высоте объема V2 , h2 h 2 , м; h – высота выпускного отверстия бункера, м. Зная изменение масс верхнего и нижнего объемов V1 и V2 , определим кинетические энергии E1 , Дж, и E 2 , Дж, верхнего и нижнего участков соответственно по формулам: m E1 1 1 ; 2 2 m2 2 E2 . 2 2 (2.10) 59 Атмосферное давление G0, Па, действующее на сечение АВ, совершает работу А1, Дж, вектор которой направлен в сторону движения зернового материала . Атмосферное давление, действующее на сечение CD, совершает работуА2, Дж, вектор которой направлен против движения зернового материала . Следовательно, вся работа атмосферного давления А, Дж, будет равна A G0 S1 1 t G0 S2 2 t . (2.11) К силам, действующим на объемы V1 и V2 , можно отнести силы трения ATP , и энергию, необходимую для разрушения сводов W / . Применим закон сохранения и превращения энергии для истечения зернового материала из бункера с боковым выпускным отверстием m1 1 m m1 g h1 2 2 m2 g h2 G0 S1 1 t G0 S 2 2 t ATP W / .(2.12) 2 2 2 2 Исходя из допущения о том, что сыпучей материал является сплошной средой, имеем V1 V2 V , m1 m2 m . Вследствие стационарности истечения полная энергия зернового материала объемом V, ограниченным сечениями АВ и СD, за время t не изменится. Следовательно, изменение полной энергии равно разности полной энергии заштрихованных верхней и нижней частей объемами V1 и V2 . Изменение энергии равно работе, совершаемой воздействующими на сыпучее тело силами (как внешними, так и внутренними). Преобразуем выражение (2.12), умножив обе его части на 2, заменив m на V [118-120]: V 12 V 22 V g h1 V g h2 ATP W / (2.13) 2 2 Перемещаясь от сечения АВ к сечению СD, зерновой материал переходит в ссуженную часть бункера и, как следует из уравнения неразрывности, движется ускоренно под действием сил тяжести. Объемы верхнего и нижнего участков равны: V1 V2 , следовательно, S1 1 t S 2 2 t . 60 Выразим 1 через 2 , откуда 1 S2 2 . Умножим обе части уравнения S1 на 2. Тогда выражение (2.13) примет вид V S 22 2 2 V 22 2 V g h1 2 V g h2 2 ATP 2 W / . 2 S1 (2.14) Разделим обе части уравнения на V (получим удельную энергию, отнесенную к единице объема сыпучего материала) и преобразуем его левую часть S 22 2 ATP 2 W / 1 2 g h h 1 2 2 V V S1 22 . (2.15) Выразим из выражения (2.15) 2 2 22 Так как ATP ATP Ayd , V V 2 ATP 2 W / V V 2 S 22 1 S1 2 g h1 h2 . (2.16) W / W / WУД/ , то выражение (2.21) примет а V V окончательный вид Т / 2 g (h1 h2 ) 2 ( AУД WУД ) S2 1 22 S1 . (2.17) Удельную работу сил трения AУД , Дж/м3,совершаемую сыпучим материалом при истечении из бункера с боковым выпускным отверстием найдем из выражения [121]: AУД k1 V + k 2 S , где k1 – коэффициент пропорциональности, кг , с2 м4 (2.18) для пшеницы k1=66200, проса k1=70260, кукурузы k1=55670, подсолнечника k1=51430; k2 – коэффициент пропорциональности, кг ; с м3 2 для пшеницы k2=5091, про- са k2=3942, кукурузы k2=6400, подсолнечника k2 =6196; 61 S– площадь всех стен и днища бункера, соприкасающихся с зерновым материалом, м2. Чем крупнее зерно, тем меньше удельная работа сил внутреннего трения и чем правильнее и глаже поверхность зерна, тем меньше работа сил внешнего трения. Потеря энергии, необходимой на разрушения сводов, затраченная всем объемом зернового материала в бункере при опорожнении бункера, зависит от высоты щели и размеров зерен и носит экспоненциальный характер. При отношении h d 3 7 потеря удельной энергии на разрушение сводов / , WУД Дж/м3, достигает максимального значения, а при h d 15 стремится к нулю. Описать данную зависимость можно выражением [121] / УД W где WУД Дж/м3; WУД e K h d , (2.19) – максимальная удельная энергия, затраченная на разрушения сводов, для пшеницы WУД =540Дж/м3, проса WУД =520Дж/м3, кукуру- зы WУД =575Дж/м3, подсолнечника WУД =567Дж/м3; К – эмпирический коэффициент К 0,277 0,293 . Тогда окончательно имеем h K d 2 g (h1 h2 ) 2 k 1 V + k 2 S WУД e Т S2 1 22 S1 (2.20) В формуле (2.20) скорость это скорость выхода зернового материла из боковой щели бункера (рисунок 2.4) высотой hmin, при которой статически устойчивой свод не образуется. Следовательно, доза зерновок, заключенная в нижней зоне бункера АВС, не формирует статически устойчивый свод. Кроме того если hmin несоизмерима с h1-hmin, и поэтому h1-hmin на процесс истечения зерновок из щели не влияет (на скорость истечения и расход зерновок). Зона 62 зерновок выстой h1-hmin является зоной постоянной подпитки призмы зерновок АВС. Из выражения (2.20) следует, что на скорость истечения влияет высота насыпки сыпучего материала, которая создает давление со стороны верхних слоев. Однако имеется некоторая предельная высота засыпки, дальнейшее увеличение которой не приводит к увеличению скорости истечения зернового материала. Адекватность выражения (2.20) подтверждена (см. главу 4, параграф 4.2). Рассматриваемый тип бункера используется в машинах для первичной и вторичной очистки зернового материала. При этом в Южном федеральном округе содержание крупных примесей составляет от 1 до 4%, влажность 14%, что несущественно влияет на технологические свойства, определяющие истечение зернового материала из бункера. Анализируя формулу (2.20), можно установить теоретические пределы максимальной и минимальной скорости истечения зернового материала из бункера с боковым выпускным отверстием. На скорость истечения влияют физико-механические свойства зернового материала, высота насыпного слоя, объем материала, форма и размер бункера. Случай 1. Для зерновых материалов с малыми коэффициентами внутреннего и внешнего трения ( ATP 0 ) и высотой выпускного отверстия, превышающей максимальную высоту сводообразования ( WУД = 0 ), скорость истечения при заданных площадях S1, S2 имеет максимальное значение: Т 2 g (h1 h2 ) . S22 1 2 S1 (2.21) Для таких материалов скорость совпадает со скоростью движения в емкостях с идеальной жидкостью при условии, что S 2 S1 , т.е. Т 2 g h1 h2 . (2.22) 63 Случай 2. С ростом S2при постоянном значении S1 скорость истечения возрастает, достигая максимального значения при S 2 S1 . / Случай 3. При условии 2 g (h1 h2 ) 2 AУД WУД наступает условие самоторможения, скорость истечения Т 0 . Визуальные исследования показывают, что интенсивное трение частиц между собой возникает только в зоне выпускного отверстия [91] (см. приложение Б). Предельная высота насыпного тела, в зоне которой происходит активное трение между частицами, находится в пределах 3*h. 2.4 Определение работы, совершаемой на преодоление сил трения зернового материала Определим работу сил трения сыпучего материала на дно и каждую стенку бункера Попытки определить работу, совершаемую на преодоление сил внешнего трения, были у Л.В. Гячева. Исходя из его соображений, работа на преодоление сил внешнего трения о вертикальные стенки бункера ATP/ , Дж/м3, определяется по формуле [15] / ATP l S1 g S CT п P V 2 , (2.23) где S CT – площадь стенки бункера, м2; P – периметр поперечного сечения бункера, м; lп – пройденный путь зерновым материалом, м. Выражение (2.28) можно применить для всех вертикальных стенок бункера. Сложность только будет заключаться в определении пройденного пути зерновым материалом и площади стенок бункера. 64 Пройденный путь зерновым материалом вдоль боковой стенки бункера h1 2 , а его площадь будет складываться из площади прямоугольника ABKM и треугольника MKD(см. рисунок 2.5)[117]. Площадь первого будет равна b h1 MD , а второго 1 b MD . 2 Зная угол наклона днища и ширину бункераb,найдем MD MD tan( ) b . (2.24) Следовательно, площадь треугольника MKO SCT1 , м2, будет равна tan( ) b 2 SCT1 . 2 (2.25) Площадь прямоугольника АВМК S ABMK , м2, найдется по формуле S ABMK b h1 tan( ) b . (2.26) Тогда работа на преодоление силы внешнего трения A1 , Дж/м3, при перемещении зернового материала вдоль двух боковых стен бункера с учетом (2.26) и (2.25) определяется по формуле S1 g tan( ) b 2 A1 b h1 tan( ) b h1 . P V 2 (2.27) Удельная работа на преодоление силы трения А2, Дж/м3, при перемещении зернового материала вдоль задней стенки бункера определяется по формуле A2 S1 g b tan( ) a (h1 b tan( )) . P V 2 (2.28) Удельная работа на преодоление сил трения А3, Дж/м3, при перемещении зернового материала вдоль передней стенки бункера определяется по формуле A3 S1 g a (h1 h) 2 . 2 P V (2.29) Определим удельную работу на преодоление силы трения А4, Дж/м3, при перемещении зернового материала вдоль днища, 65 2 g b cos( ) . A4 f a k3 V sin( ) (2.30) Коэффициент сопротивления движению зависит от свойств зернового материала, а также от материала, из которого изготовлены стенки бункера, и высоты засыпки. Вычисляется коэффициент сопротивленияk3, 1/м, по формуле [15]: k3 P . P0 h1 (2.31) Л.В. Гячев экспериментальным путем определил коэффициент k, (таблица 2.3). Таблица 2.3 - Значения коэффициента k3 Материал бункера Просо h1, м Железо 0,178 0,356 0,534 0,712 Оргстекло 0,141 0,282 Чугун 0,126 0,252 P P0 k3, 1/м Пшеница P P0 0,745 0,595 0,484 0,401 0,790 0,665 0 / 0,737 5,15 16 10 0,724 0,560 5,15 16010/ 0,528 k, 1/м 3,44 3,19 3,14 3,12 3,50 3,10 5,40 5,75 17057/ 17044/ 17043/ 17042/ 18022/ 18004/ 19010/ 19033/ Горох P P0 0,485 0,351 0,269 0,204 0,535 0,417 0,555 0,360 k3, 1/м 9,35 7,40 6,77 6,83 10,00 7,46 10,50 10,17 25010/ 23007/ 22030/ 22040/ 26010/ 23025/ 26045/ 26033/ Из таблицы следует, что при изменении вида зерна, материала стенок и размеров бункера коэффициент сопротивления движению k3 варьирует в широких пределах (от 3,1 до 10,5 1/м). При малых значениях h1 коэффициент k3 получается наибольшим; с увеличением h1 коэффициент k3 становится менее изменчивым. ВНЕ Удельная работа AУД , Дж/м3, совершаемая на преодоление сил внешнего трения со стороны боковых стен и дно бункера, определится после сложения формул (2.27-2.30) 66 ВНЕ AУД A1 A2 A3 A4 . V (2.32) Удельная работа АУД, Дж/м3, совершаемая на преодоление сил трения, также может определиться как сумма сил сопротивления внутреннего и внешнего трения: BH BHE AУД AУД AУД . (2.33) Из-за большого числа зерен, участвующих в движении сыпучего материала, а также сложностью математического описания взаимодействия зерен между собой определить удельную работу, затрачиваемую на преодоление сил BH внутреннего трения AУД , Дж/м3, не представляется возможным. Ее можно най- ти только как разность между удельной работой, затрачиваемой на преодоление сил трения, и удельной работой, затрачиваемой на преодоление сил внешнего трения: BH BHE AУД AУД AУД . (2.34) Таким образом, мы определили удельную работу, затрачиваемую на преодоление сил трения при перемещении сыпучего материала вдоль всех стенок и днища бункера с различными конструктивными параметрами бункерного устройства. Зная удельную работу на преодоление сил трения, можно оценить скорость истечения зернового материала из бункера с боковым выпускным отверстием. 67 2.5 Обоснование формы выпускного отверстия бункера, обеспечивающей равномерную выгрузку зернового материала по всей длине выпускного отверстия В предыдущих главах мы показали, что на процесс истечения влияют физико-механические свойства сыпучего материала, конструктивные параметры бункерного устройства, а также силы внешнего. Последний фактор наиболее влияет на скорость истечения зернового материала по всей длине выпускного отверстия. Силы внешнего трения, оказываемые со стороны боковых стен бункера, снижают скорость истечения сыпучего материала вблизи этих стен. Таким образом, в центральной части выпускного отверстия расход сыпучего материала больше, чем в его крайних зонах. Для того чтобы обеспечить равномерную выгрузку сыпучего материала по всей длине выпускного отверстия необходимо изменить профиль выпускного отверстия за счет увеличения площади выпускного отверстия в зоне его соприкосновения с рѐбрами стен (рисунок 2.6) [122]. Рисунок 2.6 – Форма выпускного отверстия бункера: (а) предварительная (б) уточненная рациональная Площадь выпускного отверстия произвольной зоны S 0 , м2, найдется по формуле 68 S 0 h l0 , (2.35) где l0– длина участка выпускного отверстия (начиная от торцевой стенки бункера), на котором неравномерность истечения R 5% . Тогда площадь выпускного отверстия крайних зонS01, м2, будет равна S01 S0 S , (2.36) где S – дополнительная площадь крайних левой и правой зон, S l x , м; х – высота дополнительного среза, м. Уменьшение объемной выгрузки в крайних зонах связано с уменьшением скорости истечения в этих зонах, следовательно, обеспечить равномерную объемную выгрузку сыпучего материала можно, увеличив выпускное отверстие в зоне его соприкосновения с рѐбрами боковых стен, предположив, что n 1 i1 S 0 S t i 2 S 0 t in S 0 t n1 Обозначим i2 in S 0 t n2 i 2 in S 0 t n2 . (2.37) in S 0 t , где i1 – скорость истечения на крайнем участке, м/c; n 1 in – средняя скорость истечения на участках in , м/c. i 2 Перенесем в левую часть площадь, а в правую - скорость истечения сыпучего материала, получим (S0 S ) in , S0 i1 откуда S S 0 in i1 S 0 S 0 in 1 . i1 (2.38) Из выражения (2.38) следует, что дополнительная площадь зависит от соотношения скоростей истечения зернового материала в крайнем и центральных участках выпускного отверстия. Скорость истечения сыпучего материала найдем из формулы (2.20) 69 i1 in 2 g h1 h2/ 2 AУД WУД S S 1 0 2 S1 УД 2 g h1 h2 2 ATP WУД S2 1 02 S1 2 g h1 h2 2 AУД WУД a h a 0 x 2 1 0 S12 , 2 g h1 h2 2 AУД WУД a h 2 1 0 2 S1 (2.39) , (2.40) / где h2 – середина высоты выпускного отверстия крайних зон, h2/ h2 x , м. 2 Подставив значения скоростей (2.39) и (2.40) в выражение (2.38) получим S S 0 2 g h1 h2 2 AУД WУД 1 a 0 h 2 1 2 S 2 g h1 h2 2 AУД WУД 1 a 0 h 2 S12 1 . (2.41) Упростим правую часть уравнения, получим S S 0 g h1 h2 AУД WУД 1 . g h1 h2 AУД WУД Следует иметь в виду, что AУД - (2.42) это среднее значение удельной работы, со- вершаемой по преодолению сил трения при истечении сыпучего материала из бункера. Однако в крайних частях бункера (вдоль боковых стен) эта удельная работа больше, чем в центральной части из-за влияния внешнего трения со стороны боковых стен бункера. Расход сыпучего материала вдоль щели выпускного отверстия зависит от влияния сил внешнего и внутреннего трения. Поэтому отношение объемной выгрузки зернового материала в центральной части к объемной выгрузке боковой части бункера. n 1 Vi i2 n 2 Vi 1 (2.43) 70 В зависимости от вида зернового материала, коэффициента внешнего трения f и конструктивных параметров бункера отношение имеет вполне конкретно значение (приложение В). Тогда выражение (2.42) примет окончательный вид: S S 0 g h1 h2 AУД WУД g h1 h2 AУД WУД 1 . (2.44) Из выражения (2.44) следует, что увеличение требует увеличения дополнительной площади S . Теоретически описать влияние внешнего трения со стороны боковых стен бункера на скорость истечения и на расход является достаточно сложной задачей. На данном этапе эту зависимость, возможно выявить только экспериментальным путем. Выводы по главе 1. Принятая нами комбинированная модель сыпучего тела позволяет описать образование статически устойчивых сводов и обосновать минимальную высоту выпускного отверстия бункера, при которой наблюдается устойчивое истечение зернового материала. 2. Установлена зависимость влияния конструктивных параметров бункера и физико-механических свойств сыпучего материла на скорость его истечения и расход. 3. Установлены пределы максимальной и минимальной скорости истечения зернового материала из бункера с боковым выпускным отверстием. При высоте выпускного отверстия, превышающей максимальное значение размера сводообразования, скорость истечения стремится к своему максимальному значению. При высоте выпускного отверстия менее трех условных диаметров зе- 71 рен образуются статически устойчивые своды, и истечение зернового материала прекращается. 4. Теоретические исследования показали, что скорость и объем зернового материала в крайних зонах выпускного отверстия значительно снижаются по сравнению с центральной частью из-за возникающего внешнего трения между зерновым материалом и боковыми стенками бункера. На основании этого обоснована рациональная форма выпускного отверстия, обеспечивающая равномерную выгрузку по всей длине выпускного отверстия. 72 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований Основная цель работы - выявление закономерностей, обеспечивающих создание равномерной выгрузки зерновых материалов по всей длине выпускного отверстия бункера. В связи с этим целью экспериментальных исследований являлась проверка результатов теоретических исследований, а также выявление основных закономерностей процесса истечения сыпучего материала из бункера, обеспечивающих устойчивую и равномерную выгрузку по всей длине выпускного отверстия. Основными задачами экспериментальных исследований являлись: - оценить необходимое число повторности опыта при проведении эксперимента с заданной ошибкой; - выявить влияние конструктивных параметров бункерного устройства на процесс истечения сыпучих материалов; - оценить адекватность предложенной зависимости скорости истечения зернового материала от его физико-механических свойств и конструктивных параметров бункера; - выявить влияние конструктивных параметров бункерного устройства на равномерность выгрузки зернового материала по всей длине выпускного отверстия; - оценить адекватность теоретических расчетов рациональной формы щелевого выпускного отверстия, обеспечивающей равномерную выгрузку зернового 73 материала по всей его длине, а также провести лабораторные и производственные испытания. 3.2 Оборудование и приборы, используемые при проведении экспериментальных исследований При проведении экспериментальных исследований были использованы следующие приборы и оборудование: - бункер; - электронный секундомер; - цифровой фотоаппарат; - сушильный шкаф и эксикатор для определения влажности зернового материала; - литровый мерный стакан; - ящик для определения равномерности выгрузки сыпучего материала вдоль выпускного отверстия; - штангенциркуль; - персональный компьютер с пакетом прикладных программ. Для увеличения точности измерения времени истечения зернового материала из бункера использовался электронный секундомер, срабатывание которого начиналось в момент открытия заслонки (рисунок 3.1). Электронный секундомер 3 автоматически включался концевым включателем 1 в момент открытия заслонки бункера. После полного опорожнения бункера время фиксировалось кнопкой «stop» с последующим занесением данных в журнал измерений. Для визуальной фиксации процессов, происходящих в бункере, использовался цифровой фотоаппарат. 74 Штангенциркуль использовался при определении размеров выпускного отверстия и размеров зерновок сыпучего материала. Во время проведения опытов все результаты замеров заносились в журнал наблюдений с фиксацией условий, при которых проводился эксперимент. Рисунок 3.1 – Схема электронного секундомера: 1 – концевой включатель, 2 – кнопка «stop», 3 – электронный секундомер Экспериментальные установки (рисунок 3.2) предназначены для изучения процесса истечения сыпучих материалов в бункерах с боковой подачей зернового материала. Методика проведения и обработки экспериментальных исследований была использована из работ [123-125]. Результаты данных экспериментов обрабатывали в пакете прикладных программ по статистической обработке данных Statistica 8.0, Statgraphics+, MSExcel, Matlab. 75 Рисунок 3.2 – Экспериментальные установки Установка (см. рисунок 3.2,а) представляет собой модель бункера, две боковые стены которого выполнены из стекла (остальные из стали) для визуального наблюдения процессов, происходящих в бункере. Фронтовая подвижная стенка может фиксироваться на различных высотах бункера относительно его днища. Это необходимо для регулирования площади выпускного отверстия. Днище закреплено шарнирно с задней стенкой, что позволяет менять угол наклона относительно горизонтали. Во время проведения опытов устанавливались следующие углы наклона стенок бункера: 20; 30; 37; 45; 53; 600. Установка (вид сверху) (см. рисунок 3.2,б) в своей конструкции аналогична предыдущей установке, за исключением того, что из стекла выполнена одна боковая стенка бункерного устройства имеет дополнительную возможность менять площадь выпускного отверстия за счет изменения ширины боковой стенки. Установка (см. рисунок 3.2,в) имеет высоту бункера 1 метр, что позволяет исследовать влияние высоты насыпного слоя зернового материала на процесс выгрузки. Весы электронные SCARLETT (рисунок 3.3) предназначались для определения массы зернового материала в единице объема. Погрешность прибора составляла 1 грамм. 76 Рисунок 3.3 – Весы электронные SCARLETT Для определения неравномерности истечения зернового материал по длине выпускного отверстия было изготовлено приѐмное устройство в виде ящика (рисунок 3.4). Рисунок 3.4 –Приѐмное устройство, изготовленное в виде ящика Ящик представляет собой емкость прямоугольной формы, разделенную на секции, равного объема. 77 По высоте ящика нанесена шкала объема. Торцевая стенка ящика выполнена из стекла. После полного опорожнения бункера через стекло можно наглядно видеть объемную выгрузку зернового материала, приходящую на каждую секцию емкости. В качестве сыпучих материалов использовались: пшеница, подсолнечник, кукуруза, просо влажностью от 13 до 16% (рисунок 3.5). Рисунок 3.5 – Виды сыпучих материалов, использованных в работе а – кукуруза; б – подсолнечник; в – пшеница; г – просо 78 3.3 Частные методики проведения экспериментальных исследований и обработки экспериментальных данных Во время проведения экспериментальных исследований в модельный бункер при закрытом выпускном отверстии засыпался зерновой материал с определенными физико-механическими свойствами. Исследования включали в себя определение следующих физико- механических свойств зернового материала: условный диаметр зерен d; влажность зерновой культуры WЗК; коэффициент внешнего трения зерновой массы f ; коэффициент внутреннего трения зерновой массы ; методика определения равномерности выгрузки сыпучего материала по всей длине выпускного отверстия. Методика определения условного диаметра зерен d. Для определения условного диаметра было взято 500 зерен каждого зернового материала. Далее по формуле (2.2) определялся его условный диаметр. Методика определения влажности зерновых материалов WЗК. Влажность зерновых материалов определяли по ГОСТ 135865-93. Определяли массовую долю штанги материала с изменением убыли массы навески материала, высушенной в сушильном шкафу при заданных параметрах температуры, и продолжительность сушки. Погрешность данного метода по определению влажности 0,5-0,8%. Методика определение коэффициента внешнего трения зерновых материалов о различные поверхности. Определение коэффициента внешнего трения выполняли по ГОСТ 28254-89 (Комбикорма, сырье. Методы определения объемной массы и угла естественного откоса). Коэффициент внешнего тренияf определяли по формуле 79 f tg , (3.1) где φ– минимальный угол между горизонталью и наклонной плоскостью, при котором начинается движение сыпучего материала. Методика определение коэффициента внутреннего трения различных зерновых материалов. Коэффициенты внутреннего трения зерновой культуры определяются из выражения tg (3.2) где – угол естественного откоса. Методика определения равномерности выгрузки сыпучего материала по всей длине выпускного отверстия. Для определения равномерности истечения сыпучего материала по всей длине выпускного отверстия использовали приѐмное устройство, изготовленное в виде ящика. Дополнительная вставка (рисунок 3.6) соединяющая боковые стенки бункерного и приемного устройств, обеспечивает точность определения объемной выгрузки зернового материала по всей длине выпускного отверстия. Рисунок 3.6 – Тарировка бункера при определении равномерности выгрузки сыпучего материала: 1 – боковая стенка приемного устройства; 2 – дополнительная вставка; 3 – боковая стенка бункера; 4 – торцевая стенка бункера 80 После опорожнения бункера записывали в журнал измерений результаты объемной выгрузки сыпучего материала каждой секции. Находили неравномерность выгрузки R, %, различных зерновых культур крайних секций по отношению к остальным секциям по формуле R w1 Vi V V k 2 i 2 k1 2 w2 w 1 V i 2 * 100% , (3.3) i w2 где w – количество секций в приемном устройстве, шт.; Vk1 и Vk 2 – объем в крайних секциях приемного ящика, м3, соответственно. Подготовка проведения лабораторных исследований Определение необходимого числа повторности опыта n вычислялось по формуле [117] n t 2 2 отн. X 2 , (3.4) где t – величина t-критерия Стьюдента; 2 – дисперсия генеральной совокупности величины времени истечения; отн – задаваемая относительная погрешность; X – средняя арифметическая величина времени истечения сыпучего материала по результатам предварительного эксперимента. По результатам предварительного эксперимента (таблица 3.1) для числа степеней свободы n 1 6 и уровня значимости 0,05 , t=2,447. Дисперсия гене2 ральной совокупности величины времени истечения 1,66 . Задаваемая относи- тельная погрешность отн. 5 % . Доверительная вероятность 0,95.Средняя ариф- 81 метическая величина времени истечения пшеницы по результатам пробного эксперимента X 38,7 сек. . Подставив полученные значения в (3.4), получили n 2,447 2 1,66 0,05 38,7 2 2,66 . Следовательно, число повторности опыта принимаем n 3 . Таблица 3.1- Время выгрузки пшеницы из модельного бункера с боковым выпускным отверстием по результатам пробного эксперимента № опыта Время истечения 1 2 3 4 5 6 7 ср.время 2 38,7 38,4 37,4 41,0 38,0 39,7 37,5 38,7 1,66 Методика обработки экспериментальных данных Обработку результатов экспериментальных данных проводили следующим образом. Объѐм зернового материала V, м3, находили по формуле V m . Скорость истечения зернового материала (3.5) , м/c, находили по формуле V . S2 t (3.6) Зная экспериментально определѐнную скорость истечения, находили расход зернового материала q, м3/с, по формуле q S2 . (3.7) Среднее значение измеряемого параметра определяли по формуле q q1 q2 ... qn , n где q1 , q 2 , q n – результаты отдельных измерений; n – число измерений. (3.8) 82 Для нормального закона распределения случайной величины среднее значение квадрата отклонений случайной величины от еѐ среднего значения находили по формуле n 2 (q i 1 i q)2 n 1 , (3.9) где q i – результат любого измерения. После нахождения дисперсии, определяем среднее квадратичное отклонение: n ST (q i 1 i q)2 n 1 . (3.10) Затем определи доверительный интервал по формуле y tT ST . n 1 (3.11) Коэффициент вариации случайной величины - это мера относительного разброса случайной величины, показывающий относительную меру разброса значений признака в статистической совокупности. Для проверки гипотезы об однородности двух генеральных дисперсий использовался F – критерий Фишера: Fp t21 , t22 (3.12) где t21 – большая дисперсия; t22 – меньшая дисперсия. Если экспериментальное значение критерия F будет превосходить табличное для определенного уровня значимости (вероятная погрешность α) и соответствующих чисел степеней свободы для числителя и знаменателя, то дисперсии считаются неоднородными. Расчетную величину Fр – критерия Фишера находили по формуле 83 FP АД . B (3.13) где АД – дисперсия адекватности; B – дисперсия воспроизводимости. Дисперсия воспроизводимости вычисляется по формуле n (qi q ) 2 N 1 В i 1 N j 1 n 1 , (3.14) Дисперсия адекватности вычисляется по формуле В 1 N n (qiP q ) 2 , N k j 1 i 1 (3.15) где q iP – расчетная величина. Число степеней свободы f1 и f2 определили по формуле f1 n1 1; f 2 n2 1 , (3.16) где n1 и n2 – число вариантов для большей и меньшей дисперсии соответственно. При больших объѐмах выборки (n≥30) или в случае если статистические ряды близки к нормальному закону распределения, можно применять критерий Стьюдента. По таблице определили критическое значение t P для соответствующего уровня значимости и данного числа степеней свободы n1 n2 2 . Эмпирическое значение критической статистики tpнаходили по формуле tP X Y (n1 1) X2 (n2 1) Y2 n1 n2 (n1 n2 2) . n1 n2 (3.17) Если t T t P , то различия между средними значениями двух опытов несущественны при данном уровне значимости. 84 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ 4.1 Влияние физико-механических свойств сыпучих материалов на процесс их истечения из бункера с боковым выпускным отверстием Процесс хранения, транспортировки, загрузки и выгрузки непосредственно зависит от физико-механических свойств насыпного сыпучего груза, от которых, в конечном счете, зависит выбор конструктивных параметров емкости. На гравитационное истечение из бункеров влияет большое количество факторов (рисунок 4.1). ГРАВИТАЦИОННОЕИСТЕЧЕНИЕ Свойства грузов Режим функционирования Физикомеханические Загрузка Выгрузка Влажность Насыпная плотность Гранулометрический состав Коэффициент трения внешнего Коэффициент внутреннего трения Сегрегация Гигроскопичность Коэффициент уплотнения насыпного груза Угол естественного откоса Рисунок 4.1 – Классификация факторов, влияющих на гравитационное истечение сыпучего груза из емкостей 85 Определим вначале свойства сыпучих материалов, которые являются наиболее значимыми и оказывают существенное влияние на процесс опорожнения бункерного устройства. Влажность - отношение массы испарившейся воды (после просушивания) к исходной массе материала, выраженное в процентах. Кондиционная влажность (14-15,5%) практически не влияет на истечение сыпучих грузов. Гранулометрический состав насыпного груза - это количественное распределение частиц по крупности (размеру), которое определяется ситовым анализом. В процессе опорожнение емкости при выборе площади выпускного отверстия важную роль играет отношение высоты выпускного отверстия к условному диаметру частиц зерен. Насыпная плотность определяется как отношение массы насыпного груза к занимаемому им объему. Во многих пневмосепарирующих зерновых машинах насыпная плотность груза при подаче его в пневмоканал должна иметь одинаковое значение по всей его ширине. От степени равномерного распределения плотности сыпучего груза по ширине пневмоканала зависит качество очистки. Угол естественного откоса - это угол, образованный горизонтальной плоскостью и линией откоса насыпного груза при свободной его отсыпке. Если угол естественного откоса имеет минимальное значение (например, зерна проса), то при опорожнении емкости подвижность его частиц максимальна. Угол внешнего трения - это минимальный угол наклона плоскости, при котором начинается свободно скатываться сыпучий груз. Соответственно, минимальный угол наклона днища в бункерном устройстве должен быть больше угла внешнего трения. Предельная высота сводообразующего отверстия оказывает влияние на выбор минимальной высоты выпускного отверстия, при которой начинается устойчивое истечение сыпучего груза. Высотой сводообразующего отверстия оценивают способность различных сыпучих материалов к истечению. 86 Основные физико-механические свойства зерновых материалов представлены в таблице 4.1. Таблица 4.1 – Основные физико-механические свойства зерновых материалов Наименование показателя Насыпная плотность, кг/м3 Кукуруза Подсолнечник Пшеница Просо 710…820 270…480 610…825 760… 800 Угол естественного откоса, град.: -в покое -в движении Коэффициент внешнего трения: - по стали - по дереву - по резине Коэффициент внутреннего трения Скорость витания, м/с Коэффициент трения покоя Угол естественного откоса, град. Условный диаметр зерна,мм 45-50 28-30 40-45 27-29 35-40 26-29 35-40 27-30 0,36..0,58 0,30..0,62 0,60..0,80 0,53 0,60..0,75 0,39 0,68..0,75 0,60 0,37..0,60 0,33..0,62 0,47..0,66 0,51 0,42..0,44 0,43 0,47..0,60 0,54 12…13,5 7,3…8,4 9,0…10,5 6,2…8,5 0,3…0,6 35…38 0,5…0,7 45…47 0,4…0,6 35..39 0,5…0,7 29…32 5.8…8.1 4.6…6.3 3.1…4.2 2.4…3.1 Для проведения экспериментов были взяты зерновые культуры, физикомеханические свойства которых представлены в таблице 4.2, выращенные на полях Кумо-Манычской впадины Сальского района Ростовской области в 2013 г., следующих сортов: пшеница яровая, подсолнечник сорта «Донской 60», просо «Крестьянка», кукуруза сорта «Краснодарский 381». Таблица 4.2 - Физико-механические свойства исследуемых зерновых материалов Зерновой териал ма- Пшеница Подсолнечник Кукуруза Просо Средний диаметр зерен d, мм. Угол внешнего трения φ, град. 3,7 5,1 7,5 2,7 23,1 24,6 22,5 21,2 Угол внутреннего трения ψ, град. 17,2 16,5 18,3 16,1 Угол Влажность укладки зернового β, град материла, % 31 30 29 32 14,4 14,7 15,6 15,0 Плотность , кг/м3 811 454 783 780 87 Влажность зерновых материалов определяли по ГОСТ 9353-90. Во всех экспериментах влажность воздуха была 60%, максимальный объем засыпки зерновых материалов - 0,03 м3. Из анализа табличных данных следует, что условный диаметр частиц зерен находится в пределах 2-8 мм, поэтому при исследовании процесса истечения зерновых материалов необходимо учитывать его дисперсионные свойства. 4.2 Влияние угла наклона днища бункера с боковым выпускным отверстием на процесс истечения зерна Как мы уже писали, в сельскохозяйственных буккерах существует три вида истечения, а именно нормальный, гидравлический и смешанный. Причем последний встречается наиболее часто с переходом от гидравлического в нормальный вид истечения. Процесс истечения в основном зависит от физикомеханический свойств сыпучего материала и конструктивных параметров бункерного устройства (угла наклона днища, высоты выпускного отверстия бункера, его геометрических размеров и т.д.). Рассмотрим более подробно влияние угла наклона днища на процесс истечения сыпучего материала. Визуальные наблюдения за процессом истечения зернового материала показали, что зерна пшеницы и подсолнечника, имеющие форму в виде эллипсоида, своей большой осью ориентируются параллельно днищу в сторону выпускного отверстия [126]. Исследовали зерновой материал, физико-механические свойства которого представлены в таблице 4.2. Углы наклона днища буккера к вертикали принимали значения: 250, 300, 370, 450, 530, 600. Относительная влажность воздуха составляла 63 %, температура воздуха 21-250 С. В таблице 4.3 представлены данные проведенных исследований. 88 Таблица 4.3 - Влияния угла наклона днища бункера на время истечения сыпучих материалов при объеме зернового материала 0,03 м 3 и площади выпускного отверстия S2 0,017 м2 Сыпучий материал № Опыта 1 2 3 Время истечения При При При При 25 0 30 0 16,66 13,25 16,8 13,39 Кукуруза 16,25 12,84 ср. знач. 16,57 13,16 Дисп. 0,08 0,08 Дов. интервал 0,87 0,87 1 22,65 17,95 2 22,77 18,07 Подсолнечник 3 22,26 17,56 ср. знач. 22,56 17,86 Дисп. 0,07 0,07 Дов. интервал 0,81 0,81 1 11,77 10,74 2 11,84 10,81 Пшеница 3 11,4 10,37 ср. знач. 11,67 10,64 Дисп. 0,06 0,06 Дов. интервал 0,72 0,72 1 9,74 8,86 2 9,78 8,9 Просо 3 9,43 8,55 ср. знач. 9,65 8,77 Дисп. 0,04 0,04 Дов. интервал 0,58 0,58 Статистическую значимость результатов 37 0 45 0 При 57 При 0 600 12,64 12,54 13,54 16,13 12,78 12,68 13,68 16,27 12,23 12,13 13,13 15,72 12,55 12,45 13,45 16,04 0,08 0,08 0,08 0,08 0,87 0,87 0,87 0,87 17,04 16,85 18,27 21,83 17,16 16,97 18,39 21,95 16,65 16,46 17,88 21,44 16,95 16,76 18,18 21,74 0,07 0,07 0,07 0,07 0,81 0,81 0,81 0,81 10,52 10,44 11,13 12,5 10,59 10,51 11,2 12,57 10,15 10,07 10,76 12,13 10,42 10,34 11,03 12,4 0,06 0,06 0,06 0,06 0,72 0,72 0,72 0,72 8,79 8,76 9,18 10,29 8,83 8,8 9,22 10,33 8,48 8,45 8,87 9,98 8,7 8,67 9,09 10,2 0,04 0,04 0,04 0,04 0,58 0,58 0,58 0,58 экспериментальных данных для времени выгрузки кукурузы из бункера для углов наклона днища бункера 250 и 30 0 проверялась по критерию Стьюдента. Для уровня значимости 0,05 и данного числа степеней свободы 3 3 2 4 табличное значение t Т 2.7 . Так как t P 14,8 (см. формулу(3.17)) удовлетворяет условию t P t T , то это значит, что нет оснований на уровне значимости 0,05 принимать нулевую гипотезу 89 о равенстве дисперсий. Остальные результаты проверки статистической значимости проверялось аналогично. Из таблицы следует, что время опорожнения сыпучего материала уменьшается с увеличением угла наклона днища, достигая своего минимального значения при угле наклона днища 450 . При дальнейшем увеличении θвремя истечения снова увеличивается. Это говорит о том, что переход гидравлического вида истечения в нормальный сопровождается уменьшением внешнего угла трения ( ) относительно приведенного угла трения материала ( пр ). Такой переход способствует появлению динамических сводов, препятствующих опорожнению сыпучего материала. Также с увеличением угла наклона днища сила трения уменьшается, что способствует уменьшению вероятности образования застойной зоны в зоне сопряжения днища и задней стенки бункера. Это ведет к тому, что увеличение θ уменьшает вероятность перехода гидравлического вида истечения в нормальный. При различных углах этот переход начинается в разное время. Этому переходу всегда сопутствует образование застойной зоны сыпучего материала в зоне сопряжения задней стенки бункера и его днища. Каждому углу наклона днища соответствует свое время этого перехода, которое можно увидеть из представленных далее графиков. Угол естественного откоса семян подсолнечника находится в пределах 27 - 35°, а насыпная плотность семян подсолнечника колеблется в пределах 326 490 кг/м3, что вдвое меньше, чем у остальных культур, поэтому и масса семян примерно в 2 раза меньше. Поэтому при истечении семян подсолнечника раньше начинает появляться переход от гидравлического вида истечения к нормальному по сравнению с остальными культурами. Наименьшим образом выражен переход от гидравлического вида истечения к нормальному при истечении зерен проса. В зависимости от расхода сыпучего материала можно судить о характере и виде истечения (таблица 4.4). 90 Таблица 4.4 - Влияния угла наклона днища бункера на расход зернового материала Объем зернового материала 0,03 м3. Площадь выпускного отверстия S 2 0,015 м2 Сыпучий мате- № Расход сыпучего материала, м3/с*10-3 риал опыта При При При При При При Кукуруза 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Подсолнечник 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Пшеница 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Просо ср. знач. Дисп. Дов. интервал 1 2 3 250 300 37 0 450 57 0 600 1,9 2,04 1,49 16,57 0,08 0,87 1,42 1,54 1,03 22,56 0,07 0,81 2,67 2,74 2,3 11,67 0,06 0,72 3,2 3,24 2,89 9,65 0,04 0,58 2,37 2,51 1,96 1,81 0,08 0,87 1,77 1,89 1,38 1,33 0,07 0,81 2,92 2,99 2,55 2,57 0,06 0,72 3,51 3,55 3,2 3,11 0,04 0,58 2,48 2,62 2,07 2,28 0,08 0,87 1,86 1,98 1,47 1,68 0,07 0,81 2,98 3,05 2,61 2,82 0,06 0,72 3,54 3,58 3,23 3,42 0,04 0,58 2,5 2,64 2,09 2,39 0,08 0,87 1,88 2 1,49 1,77 0,07 0,81 3 3,07 2,63 2,88 0,06 0,72 3,55 3,59 3,24 3,45 0,04 0,58 2,32 2,46 1,91 2,41 0,08 0,87 1,74 1,86 1,35 1,79 0,07 0,81 2,82 2,89 2,45 2,9 0,06 0,72 3,39 3,43 3,08 3,46 0,04 0,58 1,96 2,1 1,55 2,23 0,08 0,87 1,47 1,59 1,08 1,65 0,07 0,81 2,52 2,59 2,15 2,72 0,06 0,72 3,03 3,07 2,72 3,3 0,04 0,58 В процессе истечения зернового материала из бункера с боковым выпускным отверстием всегда наблюдается переход из гидравлического вида истечения в нормальный всех исследуемых зерновых материалов (рисунок 4.2). На основе полученных экспериментальных данных построены графики зависимостей (рисунки 4.3-4.7) 91 Рисунок 4.2 – Переход из гидравлического вида истечения в нормальный при 45 0 Рисунок 4.3 – Зависимость расхода кукурузы от времени истечения при V 0,03 м3 , S 2 0,015 м2 и различных значениях угла наклона днища 92 Из графика (см. рисунок 4.3) видно, что при угле наклона днища 450 расход кукурузы имеет максимальное значение. С уменьшением или увеличением угла наклона днища он уменьшается. Это обусловлено тем, что с увеличением угла наклона днища инерционные силы, приобретаемые зернами в зоне выпускного отверстия, превышают силы трения, следовательно, расход увеличивается, достигая максимального значения при 450 . Далее с увеличением сечение потока уменьшается, а вероятность образования сводов увеличивает- ся. Это приводит к увеличению энергии, затрачиваемой на разрушения сводов, и, как следствие этого, происходит уменьшения массовой выгрузки зернового материала. Рекомендуемый диапазон угла наклона днища находится в пределах 30-500. Зерна подсолнечника обладают наибольшей шероховатостью, что ведет к ухудшению процесса истечения. Его размер частиц схож с размерами частиц кукурузы, поэтому расход у этих культур наиболее близок (см. рисунок 4.4). Рисунок 4.4 – Зависимость расхода подсолнечника от времени истечения при V 0,03 м3 , S 2 0,015 м2 и различных значениях угла наклона днища 93 При 60 0 скорость истечения и его расход значительно падают в связи с образованием статически устойчивых сводов. Поэтому при работе с этим углом наклона днища для обеспечения производительности такой же, как при 45 0 , необходимо увеличить высоту выпускного отверстия бункера. Скорость истечения, также как и расход, с течением времени увеличивается, достигая своего максимального значения, что говорит об установившемся режиме истечения (см. рисунок 4.5). С увеличением угла наклона днища 450 уменьшается минимальное сечение потока CЕ (см. рисунок 2.4), при этом вероятность образования сводов увеличивается и их устойчивость возрастает, поэтому мы наблюдаем снижение скорости истечения сыпучего материала. Причем при 450 и высоте выпускного отверстия h 11мм. истечение зернового материала (пшеницы) прекращается. Рисунок 4.5 – Зависимость скорости истечения от времени для пшеницы при V 0,03 м3 , S 2 0,015 м2и различных углах наклона днища θ 94 С увеличением угла наклона днища сила трения зернового материала о днище бункера уменьшается, при этом скорость истечения возрастает, достигая своего максимального значения при угле наклона днища 450 . Однако с увеличением θ уменьшается минимальное сечение бункера (см. рисунок 2.4,сечение СЕ), при этом возрастает вероятность сводообразования, тормозящего процесс истечение. Поэтому дальнейшее увеличение угла наклона способствует только ухудшению процесса истечения (рисунок 4.6). Наиболее эта тенденция заметна на таких зерновых культур, как подсолнечник и кукуруза, размеры зерен которых значительно превышают размеры остальных культур. Иначе говоря, при уменьшении h d увеличивается вероят- ность образования сводов, и процесс истечения начинает ухудшаться. Рисунок 4.6 – Зависимость скорости истечения зерновых культур от угла наклона днища при V 0,03 м3 , S 2 0,015 м2 95 Для проверки адекватности формулы (2.20) для предварительной оценки скорости зернового материала использовался F - критерий Фишера (приложение Г). Для 25-ти опытов (N=25) с общим числом повторности n=2 величины дисперсии воспроизводимости и дисперсии адекватности соответственно 0,00052 и 0,00028, расчетная величина FP=1,84. Для числа степеней свободы АД N-k=25-2=23 и числа степеней свободы B N (n j 1 j 1) 25 (3 1) 50 находим FТ 2,03 . При полученных величинах FP 1,84 FТ 2,03 с доверительной ве- роятностью 0,95 гипотезу об адекватности выражения (2.20) можно принять. Основываясь на данных, полученных экспериментальным путем (приложение Г), построим зависимость скорости истечения зернового материала от высоты засыпки (рисунок 4.7, рисунок 4.8), а также зависимость скорости истечения зерновых материалов от угла наклона днища. Рисунок 4.7 – Зависимость скорости истечения зернового материла от высоты засыпки (при 45 град., h 0,035 м) 96 Рисунок 4.8 – Зависимость скорости истечения пшеницы от угла наклона днища при различной высоте выпускного отверстия Из данных графиков (см. рисунки 4.8, 4.9) становится ясно, что скорость истечения зернового материала максимальна при угле наклона днища 450 . С уменьшением или с увеличением угла наклона днища она уменьшается. Из графиков также видно, что скорость истечения имеет не прямо пропорциональную зависимость от высоты выпускного отверстия. Это связано с тем, что при малых hвлияние сводов на процесс истечения значителен, даже небольшое увеличение высоты выпускного отверстия ведет к резкому увеличению скорости. При условии h 15 , d влияние сводов на скорость истечения уменьшается, и дальнейшее увеличение высоты выпускного отверстия не приводит к значительному возрастанию скорости. Основываясь на данных, представленных в таблице 2.3, можно показать зависимость минимальной высоты выпускного отверстия, при которой начинается устойчивое истечение зернового материала, (рисунок 4.9) от угла наклона днища. 97 Рисунок 4.9 – График зависимости минимальной высоты выпускного отверстия от угла наклона днища, при котором начинается устойчивое истечение зернового материала Своды формируются малым числом зерен (3, 4,….,10), углы укладки для которых могут быть меньше либо значительно больше среднего (но не больше 900) [116]. При полученных значениях отношения щий характер и может прерываться. С ростом h h d d истечение носит пульсирую- пульсация постепенно сглажи- вается, а истечение приобретает все более устойчивый характер. Очевидно, что с ростом h d формирование сводов становится менее вероятным, а устойчивость их уменьшается. На их разрушение тратится меньше энергии. Результаты вычислений удельной работы зернового материала (на примере пшеницы), совершаемой на преодоление сил внешнего и внутреннего трения, занесем в таблицу 4.5. 98 Таблица 4.5 - Удельная работа, кДж/м3, совершаемая на преодоление сил внутреннего и внешнего трения при истечении пшеницы из модельного бункера при h1=0.5 м, h=0.03 м Место преодоления сил трения Удельная работа: Торцовые стенки Задняя стенка Передняя стенка Днище BHE Внешнее трение, AУД BH Внутреннее трение, AУД Общ. AУД, Угол наклона днища β, град 20 30 37 45 53 60 1,56 0,41 0,53 0,43 2,92 0,3 3,22 0,97 0,36 0,58 0,48 2,38 1,01 3,39 0,69 0,32 0,76 0,58 2,35 1,26 3,61 0,53 0,28 0,81 0,70 2,31 1,51 3,82 0,42 0,21 0,86 0,76 2,24 1,71 3,95 0,34 0,19 0,90 0,81 2,23 2,01 4,24 На рисунке 4.10 в качестве примера приведена зависимость удельной работы, совершаемая на преодоление сил внешнего трения при перемещении пшеницы вдоль всех стенок и днища бункера, от угла наклона днища, определяемого формулами (2.23) – (2.32). Рисунок 4.10– График зависимости удельной работы AУД , совершаемой на преодоление сил внешенего трения зерен пшеницы при перемещении вдоль всех стенок и днища модельного бункера от угла наклона днища (при V=const) 99 Из графика видно, что при увеличении угла наклона днища удельная работа, совершаемая на преодоление сил внешенего трения при перемещении зернового материала вдоль задней и торцевой стенок бункера, уменьшается. Это обусловлено тем, что при увеличении нормальное давление на стенки бункера остается величиной постоянной, а площадь этих стенок уменьшается. В связи с тем, что объем зернового материала был фиксирован, то площадь взаимодействия зернового материала с передней стенкой бункера с увеличением угла наклона днища увеличивалась, следовательно, росла и удельная работа, совершаемая на преодоление сил трения. 4.3 Влияние площади выпускного отверстия бункера на процесс истечения зернового материала Кроме угла наклона днища и высоты насыпного слоя на процесс истечения в не меньшей мере влияет площадь выпускного отверстия. Площадь выпускного отверстия может регулироваться двумя параметрами, а именно изменением его высоты и ширины [127]. Рассмотрим более подробно влияние этих дух параметров бункера на процесс истечения сыпучего материала. 1. Рассмотрим первый случай, когда увеличение площади выпускного отверстия происходит за счет его ширины. Результаты экспериментальных исследований занесем в таблицу 4.6. Статистические данные таблицы 4.6 приведены в приложении Г. 100 Таблица 4.6 - Влияние площади выпускного отверстия (см 2) на расход сыпучего материала с фиксированной высотой выпускного отверстия h=0.018 м. Сыпучий териал ма- При S2=60 Кукуруза 0,55 Подсолнечник 0,50 Пшеница 0,69 Просо 0,69 Объем зернового материала 30 литр. Угол наклона днища 450 Расход сыпучего материала, м3/с При При При При При S2=80 S2=100 S2=130 S2=150 S2=170 0,85 1,15 1,46 1,80 2,13 0,80 1,10 1,38 1,72 2,05 0,98 1,27 1,63 1,99 2,34 1,21 1,73 2,13 2,49 2,85 На основе полученных экспериментальных данных построены графики зависимостей (рисунки 4.11-4.13) Рисунок 4.11 – Зависимость расхода кукурузы от времени истечения при различных значениях площади выпускного отверстия бункера, V 0.03 м3 , 450 101 Из графика видно, что в начальный момент времени (до 1-й секунды) расход значительно увеличивается. Значение расхода растет еще некоторое время, а затем наблюдается установившийся процесс истечения сыпучего материала. С увеличением площади выпускного отверстия расход также увеличивается. Это объясняется тем, что с увеличением площади выпускного отверстия растет и зона обрушения сыпучего материала. Скорость истечения с изменением площади выпускного отверстия практически не изменяется (см. рисунок 4.12). Рисунок 4.12 – Зависимость скорости истечения кукурузы от времени истечения и различных значений площади выпускного отверстия бункера, V 0.03 м3, 450 Общая тенденция изменения скорости совпадает с изменением расхода. Впервые моменты времени значение скорости резко возрастает до своего предельного максимального значения, а потом с течением времени практически не 102 изменяется. С изменением угла наклона днища характер истечения не изменяется, за исключением предельных значений расхода и скорости истечения зернового материала. С увеличением площади выпускного отверстия значение расхода для всех исследуемых сыпучих материалов также увеличивается (см. рисунок 4.13). Рисунок 4.13 – Зависимость объемной выгрузки различных зерновых культур от площади выпускного отверстия при постоянной высоте бункера Расход просо значительно выше, чем у остальных культур. Это связано с физико-механическими свойствами культуры и большим значением h d , что ве- дет к небольшой вероятности образования сводов. Таким образом, расход находится практически в прямо пропорциональной зависимости от площади выпускного отверстия (при h=const), а скорость истечения зернового материала практически не изменяется. 2. Рассмотрим второй случай, когда увеличение площади выпускного отверстия происходит за счет его высоты. 103 Результаты экспериментальных исследований занесены в таблицу 4.7. Статистические данные таблицы 4.7 приведены в приложении Г. Таблица 4.7 - Влияние площади выпускного отверстия (см 2) на расход сыпучего материала с фиксированной шириной выпускного отверстия а=0.325 м Сыпучий териал ма- При S2=60 Кукуруза 0,55 Подсолнечник 0,50 Пшеница 0,69 Просо 0,69 Объем зернового материала 0,03 м3 Угол наклона днища 450 Расход сыпучего материала, м/с При При При При При S2=80 S2=100 S2=130 S2=150 S2=170 0,95 1,31 1,80 2,19 2,58 0,91 1,26 1,75 2,13 2,50 1,17 1,61 2,07 2,46 2,85 1,48 1,90 2,33 2,70 3,06 Из таблицы 4.6 и таблицы 4.7 видно, что предельно максимальное значение расхода зависит от площади выпускного отверстия. Однако в зависимости от того, какой параметр его регулирует (ширина или высота выпускного отверстия имеют), имеют разное значение этого предела (рисунок 4.14). Рисунок 4.14 – Зависимость расхода зерновых культур от площади выпускного отверстия 104 Из графика 4.14 видно, что с увеличением площади выпускного отверстия значение расхода для всех исследуемых сыпучих материалов также увеличивается, однако не прямо пропорционально, как в первом случае. Это обусловлено тем, что удельная работа, совершаемая на преодоление сил внутреннего и внешнего трения при опорожнении бункера постоянна и не зависит от параметров и режима работы бункерного устройства. Она зависит только от физикомеханических свойств сыпучего материала. Поэтому при небольших высотах выпускного отверстия (малых значениях h d ) вероятность образования сводов максимальна, что приводит к ухудшению процесса истечения. В этом случае энергия, затрачиваемая на разрушения сводов, стремится к своему максимально предельному значению. Поэтому при малых площадях выпускного отверстия расход резко стремится верх. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что расход и скорость истечения сыпучего материла (в случае регулировки площади выпускного отверстия его шириной) по сравнению со случаем, когда площадь регулируется его высотой. В последнем случае на процесс истечения влияет дополнительное внешнее сопротивление, оказываемое со стороны боковых стен бункера. Их влияние сказывается на снижении скорости истечения в крайних частях выпускного отверстия. 4.4 Результаты исследования влияния прямоугольной формы щелевого выпускного отверстия на равномерную выгрузку зернового материала Под равномерным расходом зернового материала по всей длине бункера понимается, что при опорожнении в каждый момент времени на единицу длины выпускного отверстия приходится равное количество сыпучего материала. 105 Анализ процесса истечения сыпучего материала из бункеров с боковым выпускным отверстием, а также теоретическое рассмотрение процесса показали, что наиболее важными для процесса истечения являются следующие факторы: Неуправляемые: 1) физико-механические свойства сыпучего материала. Управляемые: 1) угол наклона днища бункера ; 2) высота выпускного отверстия h; 3) длина бункера l; 4) высота насыпки сыпучего материала h1. К неуправляемым факторам мы отнесли те факторы, которые не зависят от изменения конструктивных параметров бункерного устройства. Определение необходимого числа с опыта Проведем предварительный эксперимент при угле наклона днища к горизонтали 450 , высоты выпускного отверстия h 45 мм и ширине бункера a 55 мм. Для числа степеней свободы n 1 6 и уровня значимости 0,05 кри- терий Стьюдента равен t 2,447 . Дисперсия генеральной совокупности величины 2 неравномерности выгрузки 0,46 . Задаваемая относительная погрешность относ. 5 % . Средняя арифметическая величина неравномерности выгрузки в крайних зонах выпускного отверстия R 14, 9% . По зависимости (3.4) определяем число повторности n 2,447 2 0,46 0,05 14,92 4,96 (4.1) Число повторности опыта примем n 5 . В экспериментальных исследованиях величина коэффициента внешнего трения f принималась равной 0,5, что близко к средним экспериментальным значениям в типичных для процесса условиях. Как показали расчеты, такое осреднение оправдано слабой зависимостью неравномерности истечения от величины f. 106 На рисунке 4.15 показана неравномерность выгрузки зернового материала из бункера с прямоугольной формой выпускного отверстия (вид с торца) в процессе его опорожнения. Рисунок 4.15 –Неравномерность выгрузки зернового материала из бункера с прямоугольной формой выпускного отверстия (вид с торца) Проверка влияния основных конструктивных параметров бункера на равномерность выгрузки сыпучего материала. Планирование эксперимента Проведен анализ влияния конструктивных параметров бункерного устройства на неравномерность истечения зернового материала в бункере с прямоугольной формой выпускного отверстия. Для планирования многофакторного эксперимента необходимо определить наиболее значимые факторы, установить их уровни и интервалы их варьирования. Выявим влияние независимых переменных на критериальную переменную (неравномерность выгрузки R). К параметрам конструкции бункера относятся высота выпускного отверстияh, длина выпускного отверстия l и угол наклона днища бункера θ. Для выявления зависи- 107 мости R = R (h, l, θ) проведен эксперимент, в котором варьировали все перечисленные параметры конструкции [128-130]. Основные факторы и уровни их варьирования в натуральном и кодированном выражении представлены в таблице 4.8. Таблица 4.8 – Основные факторы и уровни их варьирования для эксперимента типа 33 № фактора Наименование фактора Условное обозначение 1 Высота выпускного отверстия, мм Угол наклона днища, град Ширина бункера, мм h Натуральное значение фактора -1 0 +1 20 45 70 30 45 60 15 l 300 550 800 250 2 3 Интервал варьирования 25 Для проверки однородности дисперсий был использован критерий Кохрена [125]. Вычислялось экспериментальное значение критерия Кохрена и сравнивалось с табличным. Для уровня значимости 0,05 и для числа степеней свободы, равного 2, вычислены табличные значение для числа дисперсий 27 – GТ 27, 2 0,29 Экспериментальное значение критерия Кохрена GЭ 0,18 не превышал табличного. Дисперсии являются однородными. Составлен план многофакторного эксперимента (ПФЭ) 33 в натуральных переменных, устанавливающих взаимосвязь между параметрами бункера и равномерностью выгрузки зернового материала (приложение Г). Примем модель, описывающую зависимость функции отклика от факторов, как полином второй степени, имеющий вид y1 b0 b1 x1 b11 x12 b2 x 2 b22 x 22 b3 x3 b33 x32 b12 x1 x 2 b13 x1 x3 b23 x 2 x3 (4.2) Расчѐт коэффициентов регрессии в общем виде представлен следующим образом: 108 bi x bij y iu u N x iu , x ju yu N (4.3) , (4.4) где Хiu – значение переменной в соответствующем столбце плана (ПФЭ); yiu – результат u–го опыта; N – количество опытов; u – номер варианта опыта; i – номер фактора; j – номер фактора, отличный от i. С помощью программы «STATGRAPHICS», предназначенной для статистической обработки экспериментальных данных, получили коэффициенты регрессионной модели. Тогда уравнение (4.3) для кукурузы в натуральном виде запишется как R 42,95554 0,2326 h 0,008885 h2 0,0019752 l 0,00020245 l 2 0,113353 0,0064222 2 0,00018 h l 0,00821 h 0,0001333 l (4.5) Проверка значимости коэффициентов осуществлялась по диаграмме Паретто (рисунок 4.16). Рисунок 4.16 - Диаграмма Паретто для определения значимости коэффициентов регрессии Исключаем незначимые коэффициенты из уравнения (4.5). Значение остальных коэффициентов округлим до третьего знака после запятой. 109 Уравнение (4.5) для кукурузы примет вид R 42,95 0,232 h 0,009 h2 0,113 0,006 2 0,00821 h . (4.6) Проверку на адекватность моделей проводим по критерию Фишера. При полученных величинах FP 1,8 FТ 1,85 с доверительной вероятностью 0,95 гипотезу об адекватности выражения R (h, θ) можно принять. С использованием адекватной математической модели, была построена поверхности отклика (рисунок 4.17). Рисунок 4.17 - Неравномерность истечения зернового материала (кукуруза) от высоты выпускного отверстия и угла наклона днища Из рисунка 4.17 видно, что оптимальный угол наклона днища, при котором неравномерность выгрузки имеет минимальное значение, равен 45 градусам. Увеличение высоты выпускного отверстия ведет к росту неравномерности выгрузки зернового материала. Для остальных исследуемых зерновых материалов уравнение регрессии в натуральном виде запишется как: для подсолнечника R 40,254 0,262 h 0,008 h2 0,113 0,005 2 0,00738 h (4.7) для пшеницы R 38,364 0,283 h 0,007 h2 0,106 0,007 2 0,00628 h (4.8) для проса R 39,527 0,213 h 0,009 h2 0,124 0,006 2 0,00715 h (4.9) 110 Таким образом, регрессионный анализ изменения неравномерности выгрузки вдоль щели выпускного отверстия показал, что основными факторами, влияющими на неравномерность выгрузки для всех зерновых культур, являются угол наклона днища бункера и высота выпускного отверстия. 4.5 Обоснование геометрических характеристик рациональной формы выпускного отверстия Теоретически описать влияние боковых стен бункера на скорость истечения и расход является достаточно сложной задачей, поэтому опишем данное влияние экспериментальным путем. Изменяя ширину секций приемного ящика, определили степень и расстояние этого влияния на равномерность истечения по ширине выпускного отверстия. Результаты эксперимента приведены в таблице 4.9 и на рисунке 4.18. Таблица 4.9 - Влияние боковых стен бункера на равномерность истечения зернового материала по ширине выпускного отверстия Высота выпускного отверстия h, 30 мм Сыпучий материал № п/п Кукуруза 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Расстояние от стенки l0, мм 15 30 45 60 27,89 12,09 4,59 3,19 28,03 12,23 4,73 3,33 27,48 11,68 4,18 2,78 16,57 27,8 12 4,5 0,08 0,08 0,08 0,08 0,87 0,87 0,87 0,87 75 4,09 4,23 3,68 3,1 0,08 0,87 111 Продолжение таблицы 4.9 Высота выпускного отверстия h, 30 мм Сыпучий материал № п/п Подсолнечник 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Пшеница 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Просо ср. знач. Дисп. Дов. интервал 1 2 3 Расстояние от стенки l0, мм 15 30 45 60 25,19 8,79 3,69 2,89 25,31 8,91 3,81 3,01 24,8 8,4 3,3 2,5 22,56 25,1 8,7 3,6 0,07 0,07 0,07 0,07 0,81 0,81 0,81 0,81 Расстояние от стенки l0, мм 10 20 30 40 28,7 14,3 7,2 3,1 28,77 14,37 7,27 3,17 28,33 13,93 6,83 2,73 16,57 28,6 14,2 7,1 0,08 0,06 0,06 0,06 0,87 0,72 0,72 0,72 25,69 11,59 5,69 2,09 25,73 11,63 5,73 2,13 25,38 11,28 5,38 1,78 22,56 25,6 11,5 5,6 0,07 0,04 0,04 0,04 0,81 0,58 0,58 0,58 75 3,09 3,21 2,7 2,8 0,07 0,81 50 2,1 2,17 1,73 3 0,06 0,72 3,09 3,13 2,78 2 0,04 0,58 Рисунок 4.18 – Неравномерность истечения зернового материала по длине выпускного отверстия 112 Из данных таблицы и графика видно, что влияние боковых стенок бункера на равномерность истечения по ширине выпускного отверстия зависит от зернового материала и имеет свой предел. С доверительной вероятностью 0,95 и уровнем значимости 0,05% можно считать для кукурузы l 0=41 мм, для подсолнечника l 0=45 мм, для пшеницы l0=35 мм, а для проса l 0=32 мм. Предварительные поисковые эксперименты показали, что при найденных размерах l0 обеспечивают вариацию неравномерности истечения для всех зерновых культур в крайних зонах выпускного отверстия в пределах 4-5%, что позволяет использовать полученные данные l0. Проверим влияние конструктивных параметров бункера на равномерность выгрузки сыпучего материала. На примере кукурузы (для условия: h 30 мм, h1 450 мм, а=300 мм, θ=450) вычислим дополнительную площадь выпускного отверстия в его крайних зонах по формуле (2.44) S S 0 1 УД g h1 h2 ATPin WУД УД g h1 h2 ATPi 1 WУД 0,3 0,03 1 800 9,8 0,45 0,015 3466 132 0,000281м 2 800 9,8 0,45 0,015 1,194 3466 132 (4.10) . Таким образом, мы получили катеты треугольника со сторонами l0=0,041 м, х=0,0068 м. На рисунке 4.19 представлено истечение зернового материала из бункера с рациональной формой выпускного отверстия, крайние края которого, имеют дополнительный срез S 0,000281 м 2 . По формуле (3.3) найдем неравномерность выгрузки сыпучего материала. Результаты экспериментальных исследований показали, что неравномерность выгрузки составляет 1,62%. 113 Рисунок 4.19 – Неравномерность выгрузки зернового материала из бункера с рациональной формой выпускного отверстия (вид с торца) Результаты проверки статистической значимости неравномерности выгрузки зернового материала с применением рациональной (рисунок 4.16) и прямоугольной (рисунок 4.19) форм выпускного отверстия (на примере пшеницы) проверялись по критерию Стьюдента (приложение Г). Для уровня значимости 0.05 и данного числа степеней свободы 15 15 2 28 табличное значение t Т 2.05 . Так как t P 26,8 удовлетворяет условию t P t T , то это значит, что нет оснований на уровне значимости 0.05 принимать нулевую гипотезу о равенстве дисперсий и можно считать, что показатели равномерности выгрузки зернового материала из бункера с рациональной формой выпускного отверстия лучше показателей равномерности выгрузки зернового материала бункера с прямоугольной формой выпускного отверстия. На рисунке 4.20 представлена зависимость влияния формы щелевого выпускного отверстия на равномерности выгрузки зернового материала при различных значениях угла наклона днища ( h 0,035 м). 114 Рисунок 4.20 – Влияние формы выпускного отверстия на неравномерность выгрузки различных зерновых культур R при различных значениях угла наклона днища θ Из графика видно, что при прямоугольной форме выпускного отверстия у всех зерновых культур равномерность выгрузки максимальна при угле наклона днища 450 . С уменьшением или с увеличением угла наклона днища она уменьшается. Самую минимальную равномерность выгрузку имеют зерна подсолнечника, а максимальную - зерна проса. Это связано с фрикционными свойствами самих зерновых культур. Угол внешнего трения подсолнечника больше, чем проса, следовательно, и трение движению, оказываемое со стороны боковых стен бункера на зерна подсолнечника, больше. При рациональной форме выпускного отверстия неравномерность выгрузки в крайних зонах выпускного отверстия уменьшается 4%. 115 4.6 Апробация бункеров с прямоугольной и рациональной формой выпускного отверстия на экспериментальном стенде Для проведения стендовых испытаний процесса сепарации зерна с питающим бункером с боковым выпускным отверстием (с применением прямоугольной и рациональной формой выпускного отверстия) был использован специальный лабораторный стенд (рисунок 4.21) [131]. Рисунок 4.21 – Лабораторный стенд: 1- металлическая рама, инсталлированная на бетонном полу; 2 -бункер с боковым выпускным отверстием; 3 решетный стан, закрепленный на раме с помощью деревянных подвесках; 4 механизм для привода эксцентрикового вала; 5 - пробоотборник Рабочие параметры лабораторного стенда были следующие: – частота колебаний решетного стана – 460 мин-1; – угол наклона решета к горизонту – 6˚; – общая длина решѐт, входящих в решѐтный модуль – 790 мм. Подача зернового материала из бункера регулировалась изменением величины его выпускного отверстия. 116 Для отбора проб применялся набор ящиков (21 шт.), установленных по длине решетного стана на двух направляющих. Геометрические размеры ящика: длина – 100 мм; ширина – 70 мм; высота – 120 мм. После проведения эксперимента секционный ящик выводился снизу решет для выемки проб. Первое решето имело прямоугольные отверстия с шириной 1,7 мм. Второе решето имело прямоугольные отверстия с шириной 2,0 мм. Третье решето имело прямоугольные отверстия с шириной 3,6 мм. В ходе проведения эксперимента ставилась задача проверить степень влияния равномерности выгрузки зернового материала по длине решета на чистоту a ПО очищаемого зернового материала. Для этого проводили сепарацию зернового материала с прямоугольной (прототип) и рациональной (новый) формами выпускного отверстия питающего бункера (рисунок 4.22). Оценка показателей функционирования решѐтного модуля проводилась в соответствии с ГОСТ 16504-81. В соответствии с ГОСТ 13586.3-83 проводился отбор образцов зерновых и сорных фракций. В соответствии с ГОСТ 12036-85 проводился отбор проб и выделение репрезентативных навесок. В соответствии с ГОСТ 12042- 80 определялась масса 1000 зерен. Рисунок 4.22 – Питающий бункер с прямоугольной (а) и рациональной (б) формой выпускного отверстия 117 При очистке зерновых культур продовольственного назначения необходимо выполнение следующих агротребований: – содержание сорных примесей менее 1%; – содержание зерновых примесей менее 2%; –потери зерна в сорные отходы менее 0,1 %; – полнота выделения всех сорных примесей 96-97%; – полнота выделения зерновых примесей 58-86 %; – потери зерна в зерновые отходы 0,02-0,03%; – потери зерна в сорные отходы 0,05-0,07%; – чистота очищенного зерна 98-98,5 %. Определим число повторности опыта с относительной погрешностью не более отн. 5 % . По результатам предварительного эксперимента для числа степеней свободы n 1 7 и уровня значимости 0,05 t 2,365 . Дисперсия генераль2 ной совокупности величины времени истечения 2,26 . Средняя арифметическая величина просеиваимости щуплого зерна по результатам пробного обследования X 36,9 . По зависимости (3.4) определили число повторности 2,3652 2,26 n 3.7 . 0,05 36,92 Число повторности опыта примем n 4 . (4.11) 118 4.7 Результаты испытания бункеров с прямоугольной и рациональной формой выпускного отверстия на экспериментальном стенде Результаты выделения из зернового вороха щуплого и мелкого дробленого зерна с использованием бункеров с прямоугольной (прототип) и рациональной (новой) формой выпускного отверстия представлены на рисунках 4.23-4.24 и в приложении Д. Рисунок 4.23 – Изменение чистоты очищенного зерна пшеницы в зависимости формы щелевого выпускного отверстия и от ее подачи на решетный модуль 119 Рисунок 4.24 – Содержание сорных и зерновых примесей в очищенном зерне пшеницы в зависимости формы щелевого выпускного отверстия и от ее подачи на решетный модуль Из рисунка видно, что при использовании питающего бункера с рациональной формой выпускного отверстия чистота зернового материала выше, чем при использовании бункера стандартной (прямоугольной) формы щелевого выпускного отверстия. Следовательно, можно сделать вывод о рациональности использования питающих бункеров с рациональной формой выпускного отверстия на сепараторах первичной очистки зерна, которые обеспечивают более 120 равномерную выгрузку зернового материала на решето сепаратора, что, в свою очередь, позволяет увеличить его чистоту очистки. Для уровня значимости 0,05 и данного числа степеней свободы 4 4 2 6 по таблице находим значения t T 2,447 . Так как (для подачи более 1,5 кг/м*с), t P 3,07 следовательно, удовлетворяется условие t P t T . Это значит, что нет оснований на уровне значимости 0,05 принимать нулевую гипотезу о равенстве дисперсий и можно считать, что использование рациональной формы щелевого выпускного отверстия эффективнее очищает зерновой материал. 4.8 Производственные испытания бункера с рациональной формой выпускного отверстия Для проверки функционирования бункера с рациональной формой выпускного отверстия в производственных условиях на основании результатов выполненных исследований создан опытный образец воздушно-решетной машины очистки зерна ВРМ-6. Общий вид зерноочистительного агрегата ЗАВ-20 и общий вид машины ВРМ-6 представлен в приложении Д, технологическая схема дана на рисунке 4.25, а основные технические данные - в таблице 4.10. Машина зерноочистительная воздушно-решетнаяВРМ-6предназначена для очистки поступающих от комбайнов и других молотильных устройств семян и зерна колосовых, крупяных и зернобобовых культур, кукурузы, сорго и подсолнечника от легких, крупных и мелких сорных примесей, отделимых воздушным потоком и решетами с целью лучшего сохранения зерна и семян, подготовки их к сушке и активному вентилированию. 121 Рисунок 4.25 – Технологическая схема воздушно-решетной машины очистки зерна ВРМ-6 (ОЗС-50): 1 – корпус; 2 – сетчатый скальператор; 3 – грузы; 4 – регулировочный клапан; 5 – питающий валик; 6, 11 – пневмосепарирующие каналы; 7, 10 – регулировочные клапаны; 8 – патрубок; 9 – осадочная камера; 12 – шнек; 13 – решетный стан; 14 – общая заслонка; 15 – бункер с боковым выпускным отверстием Во время работы машины зерновой ворох поступает по зернопроводу в приемную камеру на рифленый питающий валик 5. Далее через регулировочный клапан 4 зерновой материал подается в скальператор 2. Крупные примеси, не прошедшие сетчатый барабан, выводятся из машины, а зерновой материал, прошедший через барабан, продувается воздушным потоком в пневмосепарирующем канале 6, при этом выделенные примеси оседают в осадочной камере 9, где выводятся из машины шнеком 12. Зерновой материал поступает в бункер с боковым выпускным отверстием 15, подающий зерновой материал равномерно на четыре решетных стана. На решете выделяется Г – мелкое, щуплое и 122 дробленое зерно, на решете Б1 – сходом крупные примеси, проходом – чистое зерно. Проход с решет Б1 поступает в пневмосепарирующий канал 11, в котором выделяются оставшиеся легкие примеси. Таблица 4.10 - Технические данные воздушно-решетной машины очистки зерна ВРМ-6 Наименование показателя 1 Тип Производительность при очистке вороха пшеницы влажностью до 20 % и засоренностью до 10 %: - пшеница - ячмень - подсолнечник - кукуруза Масса машины Суммарная установленная мощность Габаритные размеры: - длина - ширина - высота Обслуживающий персонал Единица измерения 2 т/ч кг кВт мм мм мм Значение 3 стационарный 20 16 6 10 1750 3,75 3620 2650 2930 Механик технологической линии Агротехническую оценку воздушно-решетной машины очистки зерна ВРМ-6проводили при очистке вороха зерна пшеницы. Для проведения агротехнической оценки машина ВРМ-6с применением бункера с боковым выпускным отверстием была установлена в технологическую линию агрегата ЗАВ-20 в ООО «АгроСоюз Юг Руси» ФПЗ "Пролетарский" Ростовской области. Во время испытания машины ВРМ-6применяли методику, изложенную в ОСТ 10 10.2-2002. Оценка показателей функционирования решѐтного модуля проводилась в соответствии с ГОСТ 16504-81. В соответствии с ГОСТ 13586.3- 123 83 проводился отбор образцов зерновых и сорных фракций. В соответствии с ГОСТ 12036-85 проводился отбор проб и выделение репрезентативных навесок. В соответствии с ГОСТ 12042- 80 определялась масса 1000 зерен. Оценка качества рабочего процесса осуществлялась согласно ОСТ 10 10.2-2002. Предварительные испытания машины ВРМ-6 Испытания были проведены на очистке зернового вороха яровой пшеницы 15 августа 2014 года в СПК "Пролетарский" Ростовской области. Исходный зерновой ворох пшеницы, поступающий в машину, имел чистоту 96,15...96,73 % и влажность 13,7...14,5 %, содержал 1,17...1,57 % щуплого и дробленого зерна и 0,95... 1,58% примесей, в том числе 176...385 шт./кг семян сорняков и 90... 160 шт./кг семян других культур. Масса 1000 зерен зернового вороха составляла 55,51... 55,73 г. Из этих даны видно что, исходный зерновой ворох, используемый при испытаниях, соответствовал агротребованиям (влажность - до 35 %, засоренность - до 20 %). Предварительные испытания проводили при подаче зерна 9,4... 19,5 т/ч. Результаты испытаний представлены в приложении Д, а также на рисунке 4.26 представлены результаты изменения чистоты очищенного зерна пшеницы в зависимости формы щелевого выпускного отверстия и от ее подачи на решетный модуль зерноочистительной машины ВРМ-6. 124 Рисунок 4.26 – Изменение чистоты очищенного зерна пшеницы в зависимости формы щелевого выпускного отверстия и от ее подачи на решетный модуль зерноочистительной машины ВРМ-6 Из рисунка 4.26 видно, что увеличение подачи от 9,4 до 19,5 т/ч приводит к снижению чистоты очистки зернового материала. Во всех опытах при работе машины с применением бункера - прототипа значения чистоты очистки находились в пределах 97,89...98,47 %, что частично не соответствует требованиям (не менее 98,0 %). Потери полноценного зерна в отходы находились в пределах 0,1…0,23 %, что также частично не соответствует заданным агротребованиям (не более 0,2 %). При работе машины с применением нового бункера значения чистоты очистки находились в пределах 98,15...98,46 %, что соответствует агротребованиям (не менее 98,0 %). Потери полноценного зерна в отходы находились в пределах 0,1…0,18 %, что соответствует заданным агротребованиям (не более 0,2 %). 125 Эффект очистки от легких примесей при работе машины с бункером прототипом и бункером с рациональной формой выпускного отверстия составил 80,2...88,4 %, что значительно выше агротребований. Таким образом, по результатам производственных испытаний воздушнорешетной машины очистки зерна ВРМ-6 с применением нового бункера с рациональной формой выпускного отверстия установлено, что машина работоспособна, удовлетворительно очищает зерновой ворох от легких, крупных и мелких примесей. ООО «АгроСоюз Юг Руси» ФПЗ «Пролетарский», (Ростовская область, г. Пролетарск) рекомендует установить бункер с рациональной формой выпускного отверстия в воздушно-решетную машину очистки ВРМ-6 после устранения выявленных недостатков (приложение А). 4.9 Методика инженерного расчѐта основных параметров бункера с рациональной формой бокового выпускного отверстия Исходные данные: Q – производительность бункера, кг/ч; l – длина бункера, м; h1 – высота засыпки зернового материала, м; –угол наклона днища к горизонтали, град. Рассчитываемые величины: h – высота выпускного отверстия, м; S2 – площадь выпускного отверстия бункера, м2; Т – скорость истечения сыпучего материала из бункера, м/с; S – дополнительная площадь крайних левой и правой зон, м2; l0 – длина среза дополнительной зоны выпускного отверстия, м; 126 x – высота среза дополнительной зоны, м. Методика расчета: Схема движения зернового материала в бункере представлена на рисунках 4.27 4.28. Скорость истечения сыпучего материала Т , м/с, из бункера найдем по формуле (2.20): Т / 2 g (h1 h2 ) 2 ( AУД WУД ) S2 1 22 S1 . (4.12) Производительность бункера Q ,кг/ч, найдется по формуле: Q / 2 g (h1 h2 ) 2 ( AУД WУД ) S2 1 22 S1 S2 . (4.13) Дополнительную площадь крайних левой и правой зон S , м2, найдем по формуле (2.44): S S 0 g h1 h2 AУД WУД g h1 h2 AУД 1 , WУД (4.14) 127 Длина среза дополнительной зоны l 0, м, выпускного отверстия для каждого зернового материала кондиционной влажности имеет свои конкретные значения (для кукурузы l 0=41 мм, для подсолнечника l 0=45 мм, для пшеницы l0=35 мм, а для проса - l 0=32 мм) Высота среза дополнительной зоныx, м, определится по формуле х S . 2 l0 (4.15) Выводы по главе 1. Установлено, что при увеличении высоты выпускного отверстия влияние сводов на процесс истечения сыпучего материала уменьшается по экспоненциальному закону, при этом скорость истечения достигает своего максимального значения при угле наклона днища θ=450. Объемный расход зернового материала зависит от способа регулировки площади выпускного отверстия. Если площадь выпускного отверстия регулировать его высотой, то расход зернового материала в среднем на 16 % выше случая, когда она регулируется его длиной. 2. Анализ регрессионной модели позволил установить, что основными факторами, влияющими на равномерную выгрузку зернового материала по ширине выпускного отверстия, являются угол наклона и высота выпускного отверстия. Причем, оптимальный угол наклона днища, при котором неравномерность выгрузки имеет минимальное значение, равен 45 градусам. При увеличении высоты выпускного отверстия неравномерность истечения растет. 3. По F-критерию Фишера подтверждена адекватность предложенной теоретической зависимости скорости истечения зернового материала от его физико-механических свойств и конструктивных параметров бункера. 128 4. При увеличении коэффициента внешнего трения с f 0,38 до f 0,63 удельное сопротивление зернового материала в боковых частях выпускного отверстия увеличивается с 1,184 до 1,201 по отношении к центральной части и неравномерность истечения увеличивается с 13,2 до 16,8%. 5. Предложена методика расчета бункер с рациональной формой выпускного отверстия, отличается от прототипа тем, что торцевая стенка по краям имеет срезы. 6. Результаты проверки статистической значимости неравномерности истечения зернового материала с применением рациональной и прямоугольной формой выпускного отверстия показали, что использование рациональной формы щелевого выпускного отверстия значительно улучшает показатели равномерной выгрузки зернового материала по длине щели. Эффективность использования бункера с рациональной формой выпускного отверстия при оценке показателей сепарации зернового материала на решетном модуль в сравнении с прямоугольной формой выпускного отверстия составляет следующие величины: - неравномерность выгрузки уменьшилась с 18,5 до 4%; - в зависимости от подачи чистота очищенного зернового материала увеличилась на 7-13%. Производственные испытания показали, что использования бункера с рациональной формой выпускного отверстия обеспечивает эффективность очистки пшеницы от зерновых примесей на 8...13% при потере полноценного зерна в отходы не более 0,05 %. 129 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ Оценка основных экономических показателей работы отделения очистки зерноочистительной воздушно-решетной машины ВРМ-6 (ОЗС-50) первичной очистки вороха семян пшеницы проведена по известной методике (РТМ 8.52.00-107). Результаты расчета приведены в приложении Ж. На основе маркетинговой ориентации [132] проводимого исследования по повышению процесса выгрузки зернового материала, предложена маркетинговая модель как структурно логическая схема научного исследования (см. приложение И). Технико-экономические характеристики технологического оборудования воздушно-решетной машины ВРМ-6 (ОЗС-50) приведены в таблицах 5.1и в приложении Ж (цены на оборудование машины и зерна 2015 г.). Таблица 5.1 - Технико-экономическая характеристика технологического оборудования воздушно-решетной машины ВРМ-6 (ОЗС-50) № Наименование п/п 1. Машина ВРМ-6 (ОЗС-50) К-во, шт. Оптовая Потребляемая Масса, кг. цена, тыс. мощность, руб. кВт. 1 430,380 3,75 2000 Нория НПК-50 (13м) 1 158,4 7,5 1230,5 Пульт управления 1 55 - 50 11 Комплект зернопроводов 1 70 - 200 12 Стоимость технологического оборудования 1057773 13 Балансовая стоимость технологич. оборудования 1163550,3 14 Стоимость монтажных работ (30% от п.№13) 349065,09 15 Суммарная мощность 6 11,65 Расчѐт основных экономических показателей выполнен с использованием кафедральной программы «Экон_расчѐт1». 130 Основным показателем экономической оценки применения изобретения является увеличение производительности сепарирования сыпучего материала. Полученные данные представлены в приложении Ж и на рисунках 5.15.4. Анализируя полученные результаты, можно заключить, что прибыль за агросрок (400 часов) от очистки зерна промышленного назначения, при соблюдении агротребований (чистота зернового материала – 98,0 – 98,5%) составила – 4035212 руб., а у машины с новым питающим бункером составила – 4162281 руб., что на 127068 руб. больше чем у машины с серийной воздушно-решѐтной машиной. Рисунок 5.1 – Себестоимость продовольственного зерна 131 Рисунок 5.2 – Прибыль от очистки зерна в машине на выработку 1тонны очищенного зерна (продовольственное) Рисунок 5.3 – Срок окупаемости затрат на изготовление машины 132 Вывод по главе При работе машины ВРМ-6 (ОЗС-50) с применением бункера - прототипа при вариации подач от 11,7 до 19,5 т/ч содержание зерновых примесей в очищенном зерне возрастало от 1,59 до 1,96%. Потери полноценного зерна в отходы находились в пределах 0,13 - 0,23 %, что частично не соответствует заданным агротребованиям (не более 0,2 %). При работе машины ВРМ-6 (ОЗС-50) с применением "нового" бункера при такой же подаче содержание зерновых примесей в очищенном зерне возрастало от 1,54% до 1,71%, потери полноценного зерна в отходы находились в пределах 0,1 - 0,18 %. Данные технико-экономического анализа подтверждают целесообразность использования предложенной нами рациональную форму щелевого выпускного отверстия питающего бункера на сепараторах первичной очистке зерна. Предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения бункера с рациональной формой выпускного отверстия в воздушно-решетную машину ВРМ-6 (ОЗС-50) составил 127068 рублей при сроке окупаемости затрат на изготовление машины 0,41 года. 133 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Выявлены основные современные тенденции роста эффективности функционирования зерноочистительных машин для первичной очистки зернового материала за счет повышения равномерной его подачи в рабочую зону – на решетный модуль или пневмосепарирующий канал. Принятая в работе модель зернового материала позволяет решать задачи связанные с определением неравномерности процесса истечения зерновых материла из боковой щели бункера. На ее основе удалось: - описать формирование статически устойчивых сводов в бункерах; - определить минимальную высоту выпускного отверстия бункера, при которой наблюдается устойчивое истечение зернового материала. - установить, что при увеличении угла наклона днища θ минимальная высота выпускного отверстия бункера увеличивается. Например, для зерен пшеницы при θ =250 hmin=10,4 мм, а при θ =600 hmin=15,9 мм. 2. Получена зависимость скорости истечения и расхода зернового материала в зависимости от геометрических параметров бункера и свойств зернового материала. Выявлено, что скорость истечения зависит от удельной работы, совершаемой на преодоление сил трения и удельной энергии, необходимой для разрушения сводов, с ростом которых она уменьшается. Установлены пределы максимальной и минимальной скорости истечения зернового материала из бункера с боковым выпускным отверстием. При высоте выпускного отверстия, превышающий максимальный сводообразующий размер, скорость истечения стремится к своему максимальному значению. При высоте выпускного отверстия, равной 3 7 условным диаметрам зерен, образуются статически устойчивые своды и истечение зернового материала прекращается. 134 3. Установлено, что силы внешнего трения боковых стен бункера снижают скорость истечения и расход зернового материала в крайних частях выпускного отверстия на18% относительно к его центральной части. Анализ регрессионной модели позволил установить, что основными факторами, влияющими на равномерную выгрузку зернового материала по длине выпускного отверстия, являются угол наклона днища и высота выпускного отверстия. Причем угол наклона днища, при котором неравномерность выгрузки имеет минимальное значение, равен 45 градусам. Установлено, что при увеличении коэффициента внешнего трения с f 0,38 до f 0,63 удельная работа сил трения в боковых частях выпускного отверстия, увеличивается с 1,184 до 1,201 , что позволяет принимать значения коэффициента в выбранных пределах. 4. Стендовые испытания подтвердили эффективность использования бункера с рациональной формой бокового щелевого выпускного отверстия в сравнении с прямоугольной формой по следующим показателям: - неравномерность выгрузки уменьшилась с 18,5 до 4%; - за счет выравнивания высоты зернового вороха по ширине решетного модуля, содержание зерновых примесей в очищенном зерновом материале уменьшилось на 7-11%. При работе машины ВРМ-6 (ОЗС-50) с применением бункера - прототипа при вариации подач от 11,7 до 19,5 т/ч содержание зерновых примесей в очищенном зерне возрастало от 1,59 до 1,96%. Потери полноценного зерна в отходы находились в пределах 0,13 - 0,23 %, что частично не соответствует заданным агротребованиям (не более 0,2 %). При работе машины ВРМ-6 (ОЗС-50) с применением "нового" бункера при такой же подаче содержание зерновых примесей в очищенном зерне возрастало от 1,54% до 1,71%, потери полноценного зерна в отходы находились в пределах 0,1 - 0,18 %. Данные технико-экономического анализа подтверждают целесообразность использования предложенной нами рациональную форму щелевого вы- 135 пускного отверстия питающего бункера на сепараторах первичной очистке зерна. Предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения бункера с рациональной формой выпускного отверстия в воздушно-решетную машину ВРМ-6 (ОЗС-50) составил 127068 рублей при сроке окупаемости затрат на изготовление машины 0,41 года. 5. На основании проведенных исследований разработана методика расчета бункера с рациональной формой выпускного отверстия, обеспечивающая равномерную выгрузку зернового материала по всей его длине, позволяющая на стадии проектирования получить численные значения конструктивных параметров бункера, таких как высота выпускного отверстия h, м; площадь выпускного отверстия бункера S2, м2; скорость истечения сыпучего материала из бункера Т , м/с; дополнительная площадь крайних левой и правой зон S , м2; длину среза l0, м. Рекомендации производству и перспективы по дальнейшей разработке темы Бункер с рациональной формой выпускного отверстия рекомендован для использования в технологических линиях первичной очистки зерна. При этом влажность зернового материала не должна превышать 16 %, а при изменении производительности необходимо изменять площадь дополнительного среза. Подобные исследования следовало бы провести для зернового материала собранного во влажное время года (например, подсолнечник). Также желательно внести в математическую модель коэффициент, учитывающий влияние крупных сорняков, таких как сухая трава, колоски различных зерновых культур и др. Кроме того большой интерес представляют внедрения подобных бункеров в другие сельскохозяйственные агрегаты. 136 Библиографический список 1. Coulomb. Application des regles de maximisetminimis a quelques problems de statiqu relatives a J’architecture. Mem des Savants Etrangers de J’dcad d / Coloumb // Sc. De Paris, 1773. 2. Boudues. Sur les lignescourbes, qui sontpropres a formez les voutesen domes / Boudues // Zbid, 1734. 3. Belidor. Science des ingenieurs / Belidor. – Paris, 1729. 4. De Lahir. Sur la construction des voutesdans les edifices. Mem de’Z’dcad d / De Lahir // Sc. De Paris, 1773. 5. Bossut. RecherchessurZ’equilibre des voutes. Mem de z’dcad d / Bossut // Sc de Paris, 1774. 6. Schulz P. Zeitschrift fur dusBerghutten-und Salinen-wesen in Prunsstaaate. Berlin, 1867, S. 57-68. 7. EngessezN. DeutscheBauzeitung. Leipzig, 1882. 8. Делакроа А. Е. Опыт непосредственного определения давления зерна в закромах элеваторов / А. Е. Делакроа // Мукомольно-пищевая промышленность. - 1894. - №3. - С. 280-290. 9. Надеждин В. А. Распределение давлений в сыпучих телах / В. А. Надеждин // Мукомольно-пищевая промышленность. - 1881. - №1. - С. 109-131. 10. Фрид М. Результаты опытов давления зерна на дно и стенки глубоких сосудов / М. Фрид // Мукомольно-пищевая промышленность. - 1890. - №4. - С. 921-933. 11. Jansen H. Versucheuber Getreidedruck in Silozellen. Berlin. 1895, S. 10451049. 12. Bierbaumer. Die Dimensiomierung des Tunnelmauerwerkes / Bierbaumer. – Liepzig; Berlin, 1913 - S, 24-48. 137 13. Сорокин Н.В. Обобщение формулы Янсена для силосов, наполненных разнородными материалами / Н. В. Сорокин // Советское мукомолье и хлебопечение. - 1934. - №3. - С. 16-17. 14. Сорокин Н.В. Давление сыпучих тел на стены и дно силосов переменного сечения / Н.В. Сорокин // Советское мукомолье и хлебопечение. - 1935. №4. - С. 17-20. 15. Гячев Л.B. Движение сыпучих материалов в трубах и бункерах / Л.B. Гячев. М.: Машиностроение, 1968. - 184 с. 16. Платонов П.Н. Давление в потоке идеально сыпучего тела / П. Н. Платонов, А. П. Ковтун // Изв. ВУЗов. Пищевая технология. – 1960. - №6. – С. 142146. 17. Слесарев В.А. Величина горного давления / В.А. Слесарев. – М., 1936. – 207 с. 18. Цимбаревич П.Н. Механика горных парод / П.Н. Цимбаревич. – М., 1948. – С. 15-18. 19. Цытович И.Н. Механика грунтов / И.Н. Цытович. – М., 1963. – 219 с. 20. Модестов Б.С. Давление на стенки бункера при выпуске сыпучего несвязанного материала / Б. С. Модестов, Н.И. Защенко, М.И. Сидоров // Механика сыпучих материалов: Тез.докл. Всесоюз. конф. Одесса, 1980. - С. 136-137. 21. Варсанофьев В. Д. Бункерные вибрационные сводоразрушители в зарубежной горной промышленности./ В.Д. Варсанофьев, О. В. Кузнецов /ЦНИЭИ уголь. -М. 1971-289 с. 22. Богомягких В.А.О рациональной форме выпускных отверстий бункеров. / В.А. Богомягких, В.И. Приленский // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1970. - №6. - С.23-24. 22. Кормченко Е.В. Совершенствование процесса истечения мелких сыпучих материалов из бункеров сельскохозяйственного назначения: дис. … канд. техн. наук / Кормченко Е.В. - Зерноград, 2003. - 192 с. 138 23. Блох В. К вопросу о рациональной форме бункеров./ В.Блох, Г.К. Чайка. - М.: Сталь, 1935. - С.37-39. 24. Богомягких В.А. Исследование сводообразования в осесимметричных бункерах при истечении легкосыпучих материалов: автореф. дис....канд.техн.наук. - Зерноград, 1968. - 24 с. 25. Фуфачев B.C. Повышение эффективности функционирования комбикормового агрегата путем совершенствования технологического процесса и рабочих органов дозатора: дис. … канд техн. наук / Фуфачев В.С. - Киров, 2009. - 188 с. 26. Jenkin C.F. Pressure Exerted by Granular Material an Application of the Principles of Dilatancy // C.F. Jenkin – Proceedings of Royal Society of London, Ser.A. 1931. Vol.131.p.53-89. 27. Hagen E. Berliner Monatsberichte der Akademie der Wissenschaften. №35, 1852. 28. Takahashi K. Bulleten Institute. Physikechemie Research, 12, 1933, p. 11. 29. Ketchum M.S. Walls, Bins and Grain Elevators, MCGraw-H111, New York, 1911. 30. Kuwai G. Chemical Engineering 17, 1953, p. 453. 31. Kelley A.E. Petroleum engineering, 16, 1945. p. 136. 32. Oyama Y., Nagano K. Reports of Scientific. Research Institute 29, 1953, p.349. 33. Gregory S.A. Applied Journal of Chemistry 2, 1952. S. 1. 34. Jenkin C. The Pressure Exerted by Granular Material an Application of the Principles of DilatancyProccedings of Royal Society of London, Serie A, 1938, p. 5390. 35. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов / Р.Л. Зенков. – М.: Машиностроение. 1964. – 251 с. 36. Зенков Р.Л. Бункерные устройства / Р.Л. Зенков, Г.П. Гриневич, В.С. Исаев. – М.: Машиностроение, 1977. – 244 с. 139 37. Дженике А.В. Установившееся течение под действием собственного веса сыпучих масс в ссужающихся каналах / А.В. Дженике // Прикладная механика. -1964. - №1. - С.8-15. 38. Wahl E.A. Bin flow of activators ensure bulk stored solids. // E.A. Wahl – Mechanical Engineering, July 1973, p. 22-28. 39. Теслер Л. А. Ремонт оборудования хлебоприемных и зерноперерабатывающих предприятий. / Л.А. Теслер - М.: Колос. 1970. – 94 с. 40. Протодъяконов М. М. Давление горных пород и рудничные крепления / М. М. Протодъяконов. – М., 1933. 41. Платонов П. Н. Пропускная способность выпускных отверстий силосов и бункеров / П. Н. Платонов, Е. А. Банит // Мукомол.-элеватор. Промышленность. - 1958. - №8. - С. 28-29. 42. Покровский Г. И. Об истечении сыпучих тел / Г. И. Покровский, А. Н. Арефьев // Журнал технической физики. – 1937., - Т. VII. – Вып. 4. – С. 424-427 43. Линчевский И. К. К вопросу об истечении сыпучих тел / И. К. Линчевский // Журнал технической физики. – Т. 9.- Вып. 4. – 1939. – С. 343-347. 44. Newton R. N., Dunhan G. S., Simpson T. P. Transction of the Amerikan institute of chemical Engineering, 41, 1945, p. 15. 45. Лукьянов П.И. О предельной скорости истечения материалов / П. И. Лукьянов, И.В. Гусев, И.И. Никитина // Химия и технология топлив и масел. – 1960. - №10. – С. 45-49. 46. Гениев Г.А. Вопросы динамики сыпучей среды / Г.А. Гениев // Научные сообщения ЦНИИСК. Вып.2. – М.: Госстройиздат, 1958. - 122 с. 47. Гениев Г.А. Об одном варианте теории сыпучей среды // Строительная механика. – 1965. - №6. – С. 23-26. 48. Гениев Г.А. Теория установившегося движения сыпучей среды / Г.А. Гениев. – М.: Госстройиздат, 1956. – С. 38-45. 140 49. Кондрашѐв Г.А. Применение полимерных покрытий на мельничных и комбикормовых предприятиях / Г.А. Кондрашѐв. Серия комбикормовая промышленность. М., ЦНИИТЭИ Минзав СССР. 1978. - С. 5-20. 50. Taubmann H., AustragsorganeundAustragsnilfenfurBunkerunterbesondererBeruchsichtigungElektromagnetischerVibratoren. Chemical Engineering Technik. 1956. - Bd. 28, № 4, S. 250-257. 51. Голубков К.Н. Исследования явлений сводообразования материала на модели бункера / К.Н. Голубков // Труды института УНИИ Промедь, вып. 7. – Свердловск, 1963. – С. 149-154. 52. Богомягких В.А. Интенсификация разгрузки бункерных устройств в условиях сводообразования зернистых материалов / В.А. Богомягких, А.П. Пепчук. – Зерноград, 1995. – 162 с. 53. Квапил Р. Движение сыпучих материалов в бункерах / Р. Квапил. – М.: Госгортехиздат, 1961. 54. Алфѐров К. В. Бункерные установки / К. В. Алфѐров. – М.: Машгиз, 1966. 55. Wjhlbier H., Reisner W. GrundlegendeErkenntnissebei der Bunkerung von Schuttgutern. FordernundHeben, Heft 6, - 1963. - S.406. 56. Ахматов А. С. Молекулярная физика граничного трения / А. С. Ахматов. – М.: Физматгиз, 1968. – С. 313-319. 57. Бутковский В.А. Эксплуатация оборудования мельниц и крупозаводов. / В.А. Бутковский - М.: Колос. 1974. - 231 с. 58. Семѐнов В.Ф. Влияние формы бункера на расход сыпучего материала / В.Ф. Семѐнов // Механика сыпучих материалов: Тез.докл. Всесоюз. конф. – Одесса, 1980. – С. 162-163. 59. Семѐнов В.Ф. Исследование движение сыпучего тела в бункере / В.Ф. Семѐнов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1977. - №10. – С. 27-29. 141 60. Семѐнов В. Ф. Механико-технологические основы истечения зернистых сельскохозяйственных материалов из емкостей: дис… д-ра.техн. наук / В.Ф. Семѐнов. - Новосибирск, 1980. - 260 с. 61.Семѐнов В. Ф. Влияние формы боковых стенок на истечение материала / В. Ф. Семѐнов, Б. М. Васькин // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. – 1978. - №1. – С. 46-47. 62. Семѐнов В. Ф. Динамика выпуска сыпучих тел / В. Ф. Семѐнов // Тр. АПИ. – Барнаул, 1974. – Вып. 13. – С. 185-197. 63. Богомягких В.А. Теория и расчет бункеров для зернистых материалов / В.А. Богомягких. - Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 1973. - 148 с. 64. Богомягких В.А. Сводообразование как фактор, влияющий на технологические параметры бункеров / В.А. Богомягких, В.В. Лященко // Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства. Зерноград, 1972. Вып. 15. - С. 143-148. 65. Богомягких В.А. Исследование сводообразования в осесимметричных бункерах при истечении легкосыпучих материалов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В.А. Богомягких. Зерноград, 1968. - 24 с. 66. Богомягких В.А. Угол укладки частиц сыпучего материала / В.А. Богомягких, А.А. Лянник // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1970. - № 8. - С. 45-46. 67. Богомягких В.А. К вопросу образования сводов в бункерах при истечении зернового материала / В.А. Богомягких // Механика сыпучих материалов: тез.докл. Всесоюз. конф. - Одесса, 1971. - С. 119. 68. Богомягких В.А. О рациональной форме выпускных отверстий бункеров / В.А. Богомягких, В.И. Приленский // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1970. - № 6. - С. 23-24. 69. Богомягких В.А. К расчету бункеров для зерна / В.А. Богомягких // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1968. - № 8. - С. 1720. 142 70. Кунаков В.С. Исследование характера сил трения между зернами влажного сыпучего материала / В.С. Кунаков; Ростов н/Д, 1980. – 5 с. Рукопись представлена Рост. Ин-том сельскохозяйственного машиностроения. Деп. в ЦНИИТЭИ Тракторосельхозмаш, 12 фев. 1981, № 193. 71. Кунаков В.С. Исследование зависимости времени истечения сыпучих материалов из пирамидальных бункеров от размеров зѐрен / В.С. Кунаков; Ростов н/Д, 1979. – 9 с. Рукопись представлена Рост. Ин-том сельскохозяйственного машиностроения. Деп. в ЦНИИТЭИ Тракторосельхозмаш. 3 янв. 1980, № 135. 72. Кунаков В.С. Исследование закономерностей движения влажных зерновых материалов в бункерах сельхозмашин и агрегатов: автореф. дис. … канд. техн. наук / В.С. Кунаков; Ростов н/Д, 1981. – 23 с. 73. Кунаков В.С. Зависимость скорости истечения реальных сыпучих материалов от высоты слоя / В.С. Кунаков; Ростов н/Д, 1979. – 7 с. – Рукопись представлена Рост. Ин-том сельскохозяйственного машиностроения. Деп. в ЦНИИТЭИ Тракторосельхозмаш, 3 янв. 1980, № 134. 74. Кунаков В.С. Уравнение движения элементарного и конечного объѐмов влажного сыпучего материала в трубе постоянного сечения / В.С. Кунаков // Научные основы проектирования сельскохозяйственных машин: сб.статей. РИСХМ. - Ростов н/Д, 1980. -С. 24-30. 75. Кенеман Ф.Е. О свободном истечении сыпучих тел / Ф.Е. Кенеман // Известия АН СССР, Механика и машиностроение. – 1960. - №2. – С. 70-77. 76. Гордеева А.Б. Слѐживаемость зерновых материалов и разгрузка глубоких сельскохозяйственных ѐмкостей: дис. канд. техн. наук / А.Б. Гордеева; ДГТУ, 2007. – 196 с. 77. Титученко А.А. Совершенствование процесса выгрузки зерновых материалов из сельскохозяйственных бункеров с плоскими днищами: автореф. дис… канд. техн. наук / А.А. Титученко; РГАСХМ. – Ростов н/Д, 2008. – 19 с. 143 78. Тызыхян А.В. Интенсификация выгрузки влажных зерновых материалов из бункеров сложной формы: дис. канд. техн. наук / А.В. Тызыхян; Ростовна-Дону, 2011. – 148 с. 79. Шматко Г.Г. Параметры и режимы работы питателя для выгрузки невеяного вороха люцерны из бункера зерноуборочного комбайна: дис. канд. техн. наук / Г.Г. Шматко; АЧГАА. – Зерноград, 2013. – 154 с. 80. Кирия Р.В. О коэффициенте внутренних потерь при движении сыпучей среды по элементам перегрузочных узлов ленточных конвейеров / Р.В. Кирия // Геотехническая механика: межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАНУ. - Днепропетровск, 2003. – Вып. 41. - C. 159-167. 81. Кирия Р.В. К вопросу об истечении сыпучего груза из бункера со щелевым отверстием /Р.В. Кирия, В.Ю. Максютенко, Д.Д. Брагинец, Б.И. Мостовой // Геотехническая механика: межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАНУ. - Днепропетровск, 2008. – Вып. 80. - C. 351-362. 82. Денисов В.В. Совершенствование складирования и выпуска из бункеров сводообразующих компонентов комбикорма: дис. …канд.техн.наук/ В.В. Денисов. - Саратов, 2009. - 153 с. 83. Кононов И.И. Совершенствование процесса функционирования бункерных хранилищ транспортно-складских комплексов для сыпучих грузов (на примере компонентов комбикорма): дис. … канд. техн. наук / Кононов И.И. - Саратов, 2002. - 158 с. 84. Епифанцев Д.А. Технология подготовки фуражного зерна к плющению с использованием универсального гравитационного сепаратора: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Д.А. Епифанцев. - Рязань, 2012. - 19 с. 85. Агеев А.А. Совершенствование процесса загрузки зерноочистительных агрегатов: дис. канд. техн. наук: 05.20.01 / Алексей Анатольевич Агеев; Воронежский гос. аграр. ун-т – Воронеж, 2003. – 146 л. 86. Малис А.Я., Демидов А.Р. Машины для очистки зерна воздушным потоком/ А.Я. Малис, А.Р.Демидов.- М.: Машгиз, 1962.-176 с. 144 87. Косилов Н.И., Миронов А.В., Пивень В.В., Маликов А.С. Универсальные пневмоинерционные сепараторы / Н.И.Косилов, А.В.Миронов, В.В. Пивень, А.С. Маликов // Механизация и электрификация сельского хозяйства.1989.- № 9.- С. 59-61. 88. Иванов Н.М. Совершенствование технологии очистки и сортирования семян зерновых культур / Н.М.Иванов, А.К.Туров // Сб. науч. тр. Сибирского НИИМЭСХ.- Новосибирск: 1991.- С. 25-36. 89. Бурков А.И. Тенденции развития технологий и технических средств послеуборочной обработки зерна и семян в Северо-Восточном регионе // Инженерная наука сельскохозяйственному производству: Сб. науч. тр.- Киров, 2002.- С. 32-39. 90. Хармонд Дж., Клейн Д., Бранденбург Р. Очистка и обработка семян/ Дж.Хармонд, Д.Клейн, Р.Бранденбург / Перевод с английского П.И. Погодина.М.: 1963.- 87 с. 91. Косилов Н., Фомин С., Косилов Д. Модернизация поточных линий // Сельский механизатор.- 2005.- № 1.- С. 14-15. 92. Сычугов А.Н. Повышение эффективности функционирования машины вторичной очистки зерна путем совершенствования рабочих органов: автореф. дис… канд. техн. наук / А.Н. Сычугов. – Киров, 2009. – 23 с.] 93. Патент РФ № 2319534, МКИ7 В01D45/04. Устройство для очистки воздушного потока от легких примесей / Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В., Шабалин А.М., Сычугов А.Н.- Бюл. № 8. 94. Чернышов С.В. Снижение травмирования зерна за счет совершенствования механизации его послеуборочной обработки: автореф. дис… канд. техн. наук / С.В. Чернышов. – Воронеж, 2011. – 21 с. 95. Воздушно-решетный сепаратор К-560 // Рекламный проспект фирмы "Petkus-Wutha" (Германия) - 1989.- 4 с. 96. Тарасенко А.П. Совершенствование технологии получения качественных семян и продовольственного зерна / А.П. Тарасенко, В.И. Оробинский, 145 М.Э. Мерчалова, Н.Н. Сорокин // Лесотехнический журнал. – 2014. – Т. 4. – № 1 (13). – С. 36-40. 97. Тарасенко А.П. Совершенствование средств механизации для получения качественного зерна / А.П. Тарасенко, В.И. Оробинский, А.М. Гиевский, М.Э. Мерчалова // Вестник Воронеж.гос. аграр. ун-та. – 2012. – № 3. – С. 109115. 98. Патент РФ № 104490, МПК: B07B1/30; B07B1/46. Решетный стан / Тарасенко А.П., Оробинский В.И., Чернышов А.В. - Опубл. 08.03.2010., Бюл. № 14. 99. Тарасенко А.П. Качественные показатели работы машин для вторичной очистки зерна / А.П. Тарасенко, В.И. Оробинский, А.М. Гиевский, А.А. Сундеев, С.В. Чернышов // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2011. – № 3. – С. 39-39. 100. А.С. .№ 1030051 СССР, МКИ5 В07В9/00 Сепаратор зерна / Кубышев В.А., Олейников В.Д., Титов М.С. и др.- Опубл. 23.07.83., Бюл. JVfo 27. 101. Патент РФ № 2213442, МКИ7 A01F12/44, В07В4/02. Зерноочистительная машина / Бурков А.И., Саитов В.Е., Глушков А.Л.- Опубл. 10.10.2003., Бюл. Хо28. 102. Патент РФ № 2242112, МКИ7 A01F12/44. Зерноочистительная машина / Бурков А.И., Саитов В.Е., Глушков А.Л.- Опубл. 20.12.2004., Бюл. №35. 103. Патент РФ .№ 2267906, МКИ7 A01F12/44, В07В4/02. Зерноочистительная машина / Бурков А.И., Саитов В.Е., Ефремов Д.Ф., Кутюков A.M., Глушков А.Л., Конышев Н.Л.- Опубл. 20.01.2006., Бюл. № 2. 104. Патент РФ № 2213442 РФ, МКИ7 A01F12/44, В07В4/02. Зерноочистительная машина / Бурков А.И., Саитов В.Е., Глушков А.Л. - Опубл. 10.10.2003., Бюл. № 28. 105. Тарасенко А.П. Обзор технических решений для равномерной загрузки зерноочистительных машин / В.Ю. Жарких, А.П. Тарасенко // Научноисследовательские публикации. – 2015. – Т. 1. – № 3 (23). – С. 76-81. 146 106.Патент РФ № 2458750, МПК B07B11/06. Приемно-распределительное устройство зерноочистительной машины / Сундеев А.А., Гиевский А.М., Тарасенко А.П., Оробинский В.И., Степанова А.А. - Опубл. 04.03.2011., Бюл. № 23. 107. Волосевич Н.П. Машины для послеуборочной обработки зерна / Н.П. Волосевич, А.В. Дружкин. – Саратов, 1973. – 84 с. 108. Гячев Л. В. О механической модели сыпучего тела / Л.В. Гячев// Механика сыпучих материалов: Тез. докл. Всесоюзн. конф. Одесса, 1975, С. 3-4. 109. Гячев Л. В. Основы теории бункеров / Л.В. Гячев. Новосибирск: Издво Новосибирского университета. – 1992. – 311 с. 110. Тызыхян А.В.Интенсификация выгрузки влажных зерновых материалов из бункеров сложной формы: дис. …канд.тех.наук: 05.02.13 / Тызыхян Владимир Асватурович. – Ростов н/Д, 2011. – 135 с. 111. Комченко Е.В. Влияние материала стенок бункера на истечение различных сыпучих материалов / Е.В. Комченко, СП. Басюк // Энергосбережение и энергосберегающие технологии в АПК: сб. науч. трудов. - Вып.1. - Зерноград, 2003. - С. 145-149. 112. Савенков Д.Н. Графическое представление потока зернового материала из щелевого бункера техникой DPIV [Текст] / Д.Н. Савенков, М.И. Андреева, Е.В. Дианов // Ресурсосберегающие технологии и техническое обеспечение для инновационного развития агропромышленного комплекса: сб. науч. тр. 6-й Междунар. научн.- практ. конф. “Инженерное обеспечение инновационного развития с/х производства”, 6-7 апр. / СКНИИ-МЭСХ Россельхоз-академии. Зерноград, 2012. – С. 229-236. 113. Семенов В.Ф. Влияние формы бункера на расход сыпучего материала / В.Ф. Семенов // Механика сыпучих материалов: Тез.докл. Всесоюзн. конф. - Одесса, 1980.- С. 162-163. 114. Кунаков В.С. Определение частоты сводообразования в зерновом бункере с боковым выпускным отверстием [Текст] / В. С. Кунаков, К. А. Тимолянов, Д. Н. Савенков // Состояние и перспектива развития сельскохозяйствен- 147 ного машиностроения: материалы 7-й междунар. агропром. выставки «Интерагромаш-2014», 25 – 28 февр. – Ростов н/Д, 2014. – С. 28-31. 115. Савенков, Д.Н. Обоснование профиля днища бункера с боковым выпускным отверстием, обеспечивающего устойчивое и полное опорожнение бункера [Текст] / Д.Н. Савенков, К.А. Тимолянов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2015. - №2(36). - С. 82-86. 116. Савенков Д.Н. Сводообразование в бункерах с боковым выпускным отверстием [Текст] / Д.Н. Савенков, И. Г. Попова, К.А. Тимолянов, // Инновационные разработки для АПК: сб. науч. тр. 8-й Междунар. науч. - практ. конф. «Инженерное обеспечение инновационного развития сельскохозяйственного производства», 28-29 марта / СКНИИ-МЭСХ Россельхоз-академии. - Зерноград, 2013. – С. 185-190. 117. Кунаков В.С. Скорость истечения зерновых материалов из бункера с боковым выпускным отверстием [Текст] / В.С. Кунаков, Д.Н. Савенков, В.В. Испанов// Вестник курской сельскохозяйственной академии – 2014. – №2. – С.73. 118. Савенков Д.Н. Теоретическое исследование скорости истечения зерновых материалов в щелевых бункерах сельскохозяйственного назначения при различной влажности [Текст] / Д.Н. Савенков // Состояние и перспектива развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 5-й междунар. агропром. выставки «Интерагромаш-2012», 29 февр. – 1 марта. – Ростов н/Д, 2012. – С. 116-118. 119. Савенков Д.Н. Некоторые вопросы истечения зернового материала из бункера с боковым выпускным отверстием [Текст] / В.С. Кунаков, М.И. Андреева, Д.Н. Савенков // Состояние и перспектива развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 6-й междунар. агропром. выставки «Интерагромаш-2013», 29 февр. – 1 марта. – Ростов н/Д, 2013. – С. 26-29. 120. Савенков Д.Н. Энергетический баланс при гравитационном истечении зернового материала из бункера с боковым отверстием [Текст] / Д.Н. Са- 148 венков, В.С. Кунаков, К.А. Тимолянов // Вестник Дон.гос. техн. ун-та. - 2013. № 7/8. - С. 97-105. 121. Савенков Д.Н. Определение работы против сил внешнего трения в бункере с боковым отверстием [Текст] / Д.Н. Савенков, И.Г. Попова, А.Ю. АльСааиди Дар// Материалы международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учѐных. – Нальчик, 2013. – Т.IV. – С. 72-76. 122. Савенков Д.Н. Обоснование формы выпускного отверстия бункера, обеспечивающую равномерную подачу зернового материла [Текст] / Д.Н. Савенков // Вестник Казанского государственного аграрного университета. –2014. – №1 (31). - С. 79-83. 123. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин // Л.: Колос, 1972.- 200 с. 124. Алешкин А.В. Методы математического моделирования процессов разделения и измельчения растительных материалов для повышения эффективности функционирования технических средств послеуборочной обработки зерна и кормо приготовления: дис. ... д-ра.техн. наук.- Киров, 2001.- 658 с. 125.Ермольев Ю.И. Основы научных исследований в сельскохозяйственном машиностроении: учеб.пособие. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2003.- С. 82-85. 126. Савенков Д.Н. Влияние угла наклона днища на скорость истечения зерновых материалов из бункера с боковым выпускным отверстием [Текст] / Савенков Д.Н. // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 7-й междунар. науч.- практ. конф. в рамках 17-й междунар. агропром. выставки «Интераргомаш-2014», 25-27 февр. - Ростов н/Д, 2014. – С. 126-128. 127. Савенков Д.Н. Влияние объемной выгрузки зерновых материала от способа регулирования площади выпускного отверстия бункера [Текст] / 149 Д.Н. Савенков, М.И Чепрасов, В.В. Испанов // Аспирант. – 2015. – №2. – С. 2224. 128. Савенков Д.Н. Влияние геометрических параметров бункера с боковым выпускным отверстием на равномерность объемной выгрузки сыпучего материала [Текст] / Д.Н. Савенков, М.И. Андреева, К.А. Тимолянов // Материалы международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учѐных. – Нальчик, 2014. – Т.IV. – С. 28-31. 129. Савенков Д.Н. К вопросу влияния формы выпускного отверстия бункера с боковым выпускным отверстием на равномерность выгрузки зернового материала по всей ширине выпускного отверстия [Текст] / Д.Н. Савенков, Д.С. Цымболов, В.М. Цымболова // Аспирант. – 2015. – №2. – С. 25-27. 130. Пат.на полезную модель 141943 Российская Федерация, МПК B65D 88/26. Бункер для сыпучих материалов / В.С. Кунаков, К.А. Тимолянов, Д.Н. Савенков; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет». - № 2013159160/12; заявл. 30.12.13, опубл. 20.06.14, Бюл. №17. - 3 с. 131. Савенков Д.Н. Оценка влияния неравномерности поступления зернового материала на решето на эффективность его работы [Текст] / Д.Н. Савенков, А.В. Бутовченко, Е.В. Бондаренко, А.Ш. Мухиддинов // Инновационные технологии в науке и образовании. ИТНО-2015: сборник научных трудов научно-методической конференции, посвященной 85-летию ДГТУ, 7-10 сентября. Ростов н/Д - п. Дивноморское, 2015. - С. 174-179. 132. Любанова Т.П. Стратегическое планирование на предприятии / Т.П. Любанова, Л.В. Мясоедова, Ю.А. Олейникова // Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. Серия «Экономика и управление». - М.: ИКЦ «МарТ». 2005. - 400 с. 150 Приложения 151 ПРИЛОЖЕНИЕ А 152 153 154 155 156 157 158 159 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Переход от гидравлического вида истечения в нормальный при 30 0 . 160 Переход от гидравлического вида истечения в нормальный при 450 . 161 Переход от гидравлического вида истечения в нормальный при 60 0 . 162 ПРИЛОЖЕНИЕ В Значения коэффициентов по металлу при выгрузке зерновых культур Угол наклона днища, град 30 45 60 30 45 60 30 45 60 Высота выпускного отверстия бункера, мм 30 45 70 45 70 30 70 30 45 Коэффиц. (пшеница) Коэффиц. Коэффиц. Коэффиц. (кукуруза) (подсолн.) (просо) f 0,48 f 0,53 f 0,61 f 0,42 1,184 1,141 1,131 1,144 1,111 1,192 1,130 1,167 1,149 1,206 1,163 1,153 1,166 1,133 1,214 1,158 1,189 1,171 1,211 1,168 1,158 1,171 1,138 1,219 1,163 1,194 1,176 1,157 1,114 1,104 1,117 1,084 1,165 1,109 1,14 1,122 Значения коэффициентов с повышенным коэффициентом внешнего трения при выгрузке зерновых культур Угол наклона днища, град 30 45 60 30 45 60 30 45 60 Высота выпускного отверстия бункера, мм 30 45 70 45 70 30 70 30 45 Коэффиц. (пшеница) Коэффиц. Коэффиц. Коэффиц. (кукуруза) (подсолн.) (просо) f 0,63 f 0,56 f 0,72 f 0,45 1,201 1,158 1,148 1,161 1,128 1,209 1,153 1,184 1,166 1,228 1,185 1,175 1,188 1,155 1,236 1,18 1,211 1,193 1,223 1,18 1,17 1,183 1,15 1,231 1,175 1,206 1,188 1,174 1,131 1,121 1,134 1,101 1,182 1,126 1,157 1,139 163 Зависимость скорости истечения зерновых материалов от высоты засыпки (при 45 град., h 35 мм) в м/c Высота засыпки, h1 м Просо Пшеница Кукуруза Подсолнечник 0,1 0,158 0,128 0,108 0,113 0,13 0,19 0,16 0,14 0,149 0,15 0,21 0,179 0,155 0,16 0,17 0,23 0,192 0,162 0,164 0,26 0,237 0,201 0,166 0,171 0,34 0,244 0,21 0,168 0,175 0,43 0,246 0,216 0,169 0,174 0,50 0,251 0,217 0,17 0,175 0,65 0,256 0,217 0,17 0,175 0,80 0,258 0,217 0,17 0,175 1,00 0,257 0,17 0,17 0,175 Зависимость удельнойэнергии, необходимой для разрушения сводов WУД/ от высоты выпускного отверстия, отнесенной к диаметру зерновой культуры h/d(при 45 град.) в Дж/м3 h/d 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 пшеница просо кукуруза подсолнечник 0,96 0,85 1,02 0,94 0,79 0,70 0,84 0,77 0,57 0,50 0,60 0,55 0,45 0,40 0,48 0,44 0,34 0,30 0,36 0,33 0,23 0,20 0,24 0,22 0,17 0,15 0,18 0,17 0,12 0,11 0,13 0,12 0,10 0,09 0,11 0,10 0,08 0,07 0,08 0,08 0,06 0,05 0,06 0,06 0,03 0,03 0,04 0,03 0,01 0,01 0,01 0,01 164 Зависимость удельной работы, совершаемой на преодоление сил трения, от объема и высоты засыпки в Дж/м3 Высота засыпки h1, м 0,1 0,13 0,15 0,17 0,26 0,34 0,43 0,5 Объем засыпки, V, м3 1 2 3 4 8 12 16 20 подсолнечник 631,6 871,7 1043,2 1232,7 1966 2638,6 3381,6 3994,1 кукуруза 666,6 906,7 1087,2 1287,7 2046 2738,6 3531,6 4194,1 просо 451,6 661,7 782,2 892,7 1536 2108,6 2781,6 3294,1 пшеница 531,6 771,7 932,2 1092,7 1816 2458,6 3181,6 3744,1 Равномерность выгрузки кукурузы из бункера с прямоугольной формой выпускного отверстия с покрытием из гидрофобной краски стен бункера (вид с торца) 165 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты проверки адекватности формулы для оценки скорости зернового материала на уровне значимости 0,05 , при 450 (на примере пшеницы) № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 h1, м 0,1 0,13 0,15 0,17 0,26 0,34 0,43 0,5 0,1 0,13 0,15 0,17 0,26 0,34 0,43 0,5 0,1 0,13 0,15 0,17 0,26 0,34 0,43 0,5 0,5 h, м 0,011 0,011 0,011 0,011 0,011 0,011 0,011 0,011 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,06 S2 , м2 0,0033 0,0033 0,0033 0,0033 0,0033 0,0033 0,0033 0,0033 0,0054 0,0054 0,0054 0,0054 0,0054 0,0054 0,0054 0,0054 0,0078 0,0078 0,0078 0,0078 0,0078 0,0078 0,0078 0,0078 0,018 FT 2.03 0.05 AYD , Дж/м3 531,6 771,7 932,2 1092,7 1816,0 2458,6 3181,6 3744,1 547,5 787,5 947,9 1107,3 1830,3 2473,4 3196,8 3759,2 572,6 809,9 968,6 1127,2 1846,5 2489,4 3212,3 3775,1 3744,1 FP 1.84 tP tT Дж/м3 э , м/c Т , м/c 223,9 0,098 0,108 223,9 0,109 0,120 223,9 0,112 0,123 223,9 0,114 0,125 223,9 0,114 0,125 223,9 0,116 0,128 223,9 0,119 0,131 223,9 0,119 0,131 177,0 0,129 0,142 177,0 0,139 0,153 177,0 0,142 0,156 177,0 0,153 0,168 177,0 0,155 0,171 177,0 0,153 0,168 177,0 0,152 0,167 177,0 0,153 0,168 120,0 0,128 0,141 120,0 0,16 0,176 120,0 0,175 0,193 120,0 0,19 0,209 120,0 0,214 0,235 120,0 0,214 0,235 120,0 0,216 0,238 120,0 0,214 0,235 0,0 0,3 0,330 Дисп. восп 0,00052 Дисп. адев 0,00028 WYD , 166 Влияние площади выпускного отверстия (см 2) на расход сыпучих материалов с фиксированной высотой выпускного отверстия h=0.018 м. Сыпучий мате- № риал п/п Кукуруза 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Подсолнечник 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Пшеница 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Просо ср. знач. Дисп. Дов. интервал 1 2 3 Объем зернового материала 30 литр. Угол наклона днища 450 Расход сыпучего материала, л/с При При При При При При 250 300 37 0 450 57 0 600 0,64 0,78 0,23 16,57 0,08 0,87 0,59 0,71 0,2 22,56 0,07 0,81 0,79 0,86 0,42 11,67 0,06 0,72 0,78 0,82 0,47 9,65 0,04 0,58 0,94 1,08 0,53 0,55 0,08 0,87 0,89 1,01 0,5 0,5 0,07 0,81 1,08 1,15 0,71 0,69 0,06 0,72 1,3 1,34 0,99 0,69 0,04 0,58 1,24 1,38 0,83 0,85 0,08 0,87 1,19 1,31 0,8 0,8 0,07 0,81 1,37 1,44 1 0,98 0,06 0,72 1,82 1,86 1,51 1,21 0,04 0,58 1,55 1,69 1,14 1,15 0,08 0,87 1,47 1,59 1,08 1,1 0,07 0,81 1,73 1,8 1,36 1,27 0,06 0,72 2,22 2,26 1,91 1,73 0,04 0,58 1,89 2,03 1,48 1,46 0,08 0,87 1,81 1,93 1,42 1,38 0,07 0,81 2,09 2,16 1,72 1,63 0,06 0,72 2,58 2,62 2,27 2,13 0,04 0,58 2,22 2,36 1,81 1,8 0,08 0,87 2,14 2,26 1,75 1,72 0,07 0,81 2,44 2,51 2,07 1,99 0,06 0,72 2,94 2,98 2,63 2,49 0,04 0,58 167 Влияние площади выпускного отверстия (см 2) на расход сыпучих материалов с фиксированной шириной выпускного отверстия а=0,325 м. Сыпучий мате- № риал п/п Кукуруза 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Подсолнечник 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Пшеница 1 2 3 ср. знач. Дисп. Дов. интервал Просо ср. знач. Дисп. Дов. интервал 1 2 3 Объем зернового материала 30 литр. Угол наклона днища 450 Расход сыпучего материала, л/с При При При При При При 250 300 37 0 450 57 0 600 0,64 0,78 0,23 16,57 0,08 0,87 0,59 0,71 0,2 22,56 0,07 0,81 0,79 0,86 0,42 11,67 0,06 0,72 0,78 0,82 0,47 9,65 0,04 0,58 1,04 1,18 0,63 0,55 0,08 0,87 1,00 1,12 0,61 0,5 0,07 0,81 1,27 1,34 0,9 0,69 0,06 0,72 1,57 1,61 1,26 0,69 0,04 0,58 1,4 1,54 0,99 0,95 0,08 0,87 1,35 1,47 0,96 0,91 0,07 0,81 1,71 1,78 1,34 1,17 0,06 0,72 1,99 2,03 1,68 1,48 0,04 0,58 1,89 2,03 1,48 1,31 0,08 0,87 1,84 1,96 1,45 1,26 0,07 0,81 2,17 2,24 1,8 1,61 0,06 0,72 2,42 2,46 2,11 1,9 0,04 0,58 2,28 2,42 1,87 1,8 0,08 0,87 2,22 2,34 1,83 1,75 0,07 0,81 2,56 2,63 2,19 2,07 0,06 0,72 2,79 2,83 2,48 2,33 0,04 0,58 2,67 2,81 2,26 2,19 0,08 0,87 2,59 2,71 2,2 2,13 0,07 0,81 2,95 3,02 2,58 2,46 0,06 0,72 3,15 3,19 2,84 2,7 0,04 0,58 168 План многофакторного эксперимента (ПФЭ) 33 в натуральных переменных, устанавливающих взаимосвязь между параметрами бункера и равномерВысота Угол навыпускного клона № опы- отверстия, днища, та мм град. θ h 1 20 30 2 20 30 3 20 60 4 70 30 5 70 60 6 20 60 7 70 30 8 70 60 9 45 45 10 45 45 11 45 60 12 70 45 13 70 60 14 45 60 15 70 45 16 20 30 17 20 45 18 45 45 19 45 30 20 20 45 21 45 30 22 45 60 23 45 30 24 20 60 25 70 30 26 20 45 27 70 45 АД 0,746 FТ 1,85 Длина Функция отклика Дисп. бункера, (неравномерность функции мм выгрузки) отклика R l R, % 30 80 30 30 30 80 80 80 55 80 55 55 55 80 80 55 30 30 30 55 55 30 80 55 55 80 30 Дисп. воспроизв. BR 18,8 18,7 17,3 13,7 15,1 17,8 13,3 15,3 13,2 13,1 15,5 11,5 15,2 15,2 11,1 18,1 15,5 15,3 14,5 15,4 15,1 15,3 15 17,5 13,5 15,2 11,4 АД FP 1,8 BR 0,561 0,371 0,561 0,236 0,371 0,561 0,159 0,561 0,371 0,236 0,371 0,236 0,561 0,371 0,371 0,561 0,236 0,371 0,371 0,371 0,561 0,561 0,371 0,561 0,371 0,561 0,371 0,414 Расчетный ностью выгрузки зернового материала (для кукурузы) 17,8 17,8 17,8 14,5 14,5 17,8 14,5 14,5 13,4 13,4 16,1 11,5 14,5 16,1 11,5 17,8 15,3 13,4 16,1 15,3 16,1 16,1 16,1 17,8 14,5 15,3 11,5 169 План многофакторного эксперимента (ПФЭ) 33 в натуральных переменных, устанавливающих взаимосвязь между параметрами бункера и равномер- Высота Угол навыпускного клона № опы- отверстия, днища, та мм град. θ h 1 20 30 2 20 30 3 20 60 4 70 30 5 70 60 6 20 60 7 70 30 8 70 60 9 45 45 10 45 45 11 45 60 12 70 45 13 70 60 14 45 60 15 70 45 16 20 30 17 20 45 18 45 45 19 45 30 20 20 45 21 45 30 22 45 60 23 45 30 24 20 60 25 70 30 26 20 45 27 70 45 АД 0,816 FТ 1,85 Длина Функция отклика Дисп. бункера, (неравномерность функции мм выгрузки) отклика R l R, % 30 80 30 30 30 80 80 80 55 80 55 55 55 80 80 55 30 30 30 55 55 30 80 55 55 80 30 Дисп. воспроизв. BR 18,6 18,5 17,1 13,5 14,9 17,6 13,1 15,1 13,4 13,3 15,7 11,7 15,4 15,4 11,3 18,3 15,7 15,1 14,3 15,2 14,9 15,1 14,8 17,3 13,3 15 11,2 FP АД 1,62 BR 0,538 0,348 0,538 0,213 0,348 0,538 0,136 0,538 0,348 0,213 0,348 0,213 0,538 0,348 0,348 0,538 0,213 0,348 0,348 0,348 0,538 0,538 0,348 0,538 0,348 0,538 0,348 0,481 Расчетный ностью выгрузки зернового материала (для подсолнечника) 17,5 17,5 17,5 14,2 14,2 17,5 14,2 14,2 13,2 13,2 15,9 11,3 14,3 15,9 11,3 17,6 15,5 13,6 16,3 15,5 16,3 16,3 16,3 18,0 14,7 15,5 11,7 170 План многофакторного эксперимента (ПФЭ) 33 в натуральных переменных, устанавливающих взаимосвязь между параметрами бункера и равномерВысота Угол навыпускного клона № опы- отверстия, днища, та мм град. θ h 1 20 30 2 20 30 3 20 60 4 70 30 5 70 60 6 20 60 7 70 30 8 70 60 9 45 45 10 45 45 11 45 60 12 70 45 13 70 60 14 45 60 15 70 45 16 20 30 17 20 45 18 45 45 19 45 30 20 20 45 21 45 30 22 45 60 23 45 30 24 20 60 25 70 30 26 20 45 27 70 45 АД 0,763 FТ 1,85 Длина Функция отклика Дисп. бункера, (неравномерность функции мм выгрузки) отклика R l R, % 30 80 30 30 30 80 80 80 55 80 55 55 55 80 80 55 30 30 30 55 55 30 80 55 55 80 30 Дисп. воспроизв. BR 18,5 18,4 17 13,4 14,8 17,5 13 15 13,5 13,4 15,8 11,8 15,5 15,5 11,4 18,4 15,8 15 14,2 15,1 14,8 15 14,7 17,2 13,2 14,9 11,1 АД FP 1,8 BR 0,518 0,328 0,518 0,193 0,328 0,518 0,116 0,518 0,328 0,193 0,328 0,193 0,518 0,328 0,328 0,518 0,193 0,328 0,328 0,328 0,518 0,518 0,328 0,518 0,328 0,518 0,328 0,423 Расчетный ностью выгрузки зернового материала (для пшеницы) 17,6 17,6 17,6 14,3 14,3 17,6 14,3 14,3 13,2 13,2 15,8 11,2 14,2 15,8 11,2 17,5 15,0 13,1 15,8 15,0 15,8 15,8 15,8 17,5 14,2 15,0 11,2 171 План многофакторного эксперимента (ПФЭ) 33 в натуральных переменных, устанавливающих взаимосвязь между параметрами бункера и равномерВысота Угол навыпускного клона № опы- отверстия, днища, та мм град. θ h 1 20 30 2 20 30 3 20 60 4 70 30 5 70 60 6 20 60 7 70 30 8 70 60 9 45 45 10 45 45 11 45 60 12 70 45 13 70 60 14 45 60 15 70 45 16 20 30 17 20 45 18 45 45 19 45 30 20 20 45 21 45 30 22 45 60 23 45 30 24 20 60 25 70 30 26 20 45 27 70 45 АД 0,926 FТ 1,85 Длина Функция отклика Дисп. бункера, (неравномерность функции мм выгрузки) отклика R l R, % 30 80 30 30 30 80 80 80 55 80 55 55 55 80 80 55 30 30 30 55 55 30 80 55 55 80 30 Дисп. воспроизв. BR 18,3 18,2 16,8 13,2 14,6 17,3 12,8 14,8 13,7 13,6 16 12 15,7 15,7 11,6 18,6 16 14,8 14 14,9 14,6 14,8 14,5 17 13 14,7 10,9 FP АД 1,83 BR 0,545 0,355 0,545 0,220 0,355 0,545 0,143 0,545 0,355 0,220 0,355 0,220 0,545 0,355 0,355 0,545 0,220 0,355 0,355 0,355 0,545 0,545 0,355 0,545 0,355 0,545 0,355 0,492 Расчетный ностью выгрузки зернового материала (для просо) 17,3 17,3 17,3 14,0 14,0 17,3 14,0 14,0 12,9 12,9 15,6 11,3 14,3 15,9 11,3 17,6 15,1 13,2 15,7 14,9 15,7 15,7 15,7 17,4 14,1 14,9 11,1 172 Результаты проверки статистической значимости неравномерность истечения зернового материала с приме- нением рациональной и прямоугольной форм выпускного отверстия (на примере пшеницы). № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 , град 30 37 45 53 60 30 37 45 53 60 30 37 45 53 60 h1, м h, м 1,174 1,166 1,157 1,173 1,182 1,204 1,191 1,177 1,19 1,232 1,13 1,121 1,111 1,121 1,131 0,46 0,47 0,5 0,55 0,59 0,46 0,47 0,5 0,55 0,59 0,46 0,47 0,5 0,55 0,59 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,056 0,058 0,06 0,066 0,068 S0 , cм2*10-3 0,00105 0,00105 0,00105 0,00105 0,00105 0,00078 0,00078 0,00078 0,00078 0,00078 0,00168 0,00174 0,0018 0,00198 0,00204 AYD , Дж/м3 3475,2 3500,2 3685,2 4080,2 4400,2 3475,2 3500,2 3685,2 4080,2 4400,2 3475,2 3500,2 3685,2 4080,2 4400,2 t T 2,05 0.05 Дж/м3 S , cм2 Т 102 5,67 108 6,27 112 7,27 114 7,66 118 7,77 148 4,67 150 5,22 154 6,16 157 6,39 160 6,53 0 7,06 0 7,73 0 8,69 0 9,35 0 9,94 t P 26,8 Ср. знач. tP tT Дисп. WYD , RК,% RП,% 1,2 2,3 1,5 2,6 1,4 2,5 1,7 2,8 1,6 2,7 1,9 3 1,8 2,9 2,1 2,13 0,12 14,7 14,8 15 15,3 15,5 16 16,2 16,5 16,7 17 12,5 12 11,1 11,6 11,8 14,45 0,27 173 ПРИЛОЖЕНИЕ Д Показатели выделения из зернового материала щуплого и мелкого дробленого зерна с питающим бункером с прямоугольной формой выпускного отверстия на лабораторной установке Компоненты 1 Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Содержание компонентов исходного зернового материала, % 2 95,28 1,72 1,58 1,42 95,28 1,72 1,58 1,42 95,28 1,72 1,58 1,42 Содержание компонентов исходного зер. материала, кг 3 6,67 0,11 0,11 0,09 9,58 0,11 0,11 0,09 12,50 0,11 0,11 0,09 По дача т/ч Подача кг/с* м 4 5 0,8 1,1 1,2 1,6 1,5 2,1 Проход через 1-е сито, д. 1,7 мм.гр . 7 0,0 37,8 24,2 22,7 0,0 34,4 28,4 16,1 0,0 33,3 24,2 18,0 ПроПроход Проход ход через через через 1-е си- 2-е си2-е то д. то, д. сито 1,7 2,0 д. 2,0 мм.% мм.гр. мм. % 8 9 10 0 0,0 0 33 43,6 38 23 62,1 59 24 52,1 55 0 0,0 0 30 36,7 32 27 55,8 53 17 56,8 60 0 0,0 0 29 27,5 24 23 56,9 54 19 52,1 55 СодерСодержажание ние комкомпопонентов нентов в после очищенпрохода ном зер3-го сита, не, % гр. 11 12 6666,7 98,93 33,3 0,49 19,0 0,28 19,9 0,30 9582,4 99,11 43,6 0,65 21,1 0,32 21,8 0,33 12496,0 99,18 53,9 0,81 24,2 0,36 24,6 0,37 Чистота зер. материала, % Потери зерна, % Статист. Данные 13 98,93 14 15 σ =0,001 Δy=0,03 tP=0,76 tT=2,44 σ2=0,001 Δy=0,06 tP=2,94 tT=2,44 σ2=0,001 Δy=0,06 tP=5,87 tT=2,44 2 0,00 98,70 0,002 98,46 0,032 174 Продолжение Компоненты 1 Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Содержание компонентов исходного зернового материала, % 2 95,28 1,72 1,58 1,42 95,28 1,72 1,58 1,42 Содержание компонентов исходного зер. материала, кг 3 14,58 0,11 0,11 0,09 16,67 0,11 0,11 0,09 По дача т/ч Подача кг/с* м 4 5 1,8 2,0 2,4 2,8 Проход через 1-е сито, д. 1,7 мм.гр . 7 0,0 24,1 27,4 18,9 0,0 17,2 23,2 17,0 ПроПроход Проход ход через через через 1-е си- 2-е си2-е то д. то, д. сито 1,7 2,0 д. 2,0 мм.% мм.гр. мм. % 8 9 10 0 0,0 0 21 25,2 22 26 50,6 48 20 49,2 52 0 0,0 0 15 13,8 12 22 51,6 49 18 48,3 51 СодерСодержажание ние комкомпопонентов нентов в после очищенпрохода ном зер3-го сита, не, % гр. 11 12 14573,4 99,19 65,4 0,98 27,4 0,41 26,5 0,40 16450,0 99,13 83,7 1,26 30,5 0,46 29,3 0,44 Чистота зер. материала, % Потери зерна, % Статист. Данные 13 98,21 14 15 σ =0,001 Δy=0,08 tP=5,87 tT=2,44 σ2=0,001 Δy=0,08 tP=7,83 tT=2,44 2 0,6 97,85 0,83 175 Показатели выделения из зернового материала щуп- лого и мелкого дробленого зерна с питающим бункером с рациональной формой выпускного отверстия на лабораторной установке Компоненты 1 Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Содержа- Содержание комние компонентов понентов исходного исходнозернового го зер. материаматериала, % ла, кг 2 3 95,28 6,67 1,72 0,11 1,58 0,11 1,42 0,09 95,28 9,58 1,72 0,11 1,58 0,11 1,42 0,09 95,28 12,50 1,72 0,11 1,58 0,11 1,42 0,09 По дача т/ч Подача кг/с* м 4 5 0,8 1,2 1,5 1,1 1,6 2,1 Проход через 1-е сито, д. 1,7 мм.гр . 7 0,0 61,9 28,4 18,9 0,0 60,8 23,2 18,9 0,0 55,0 26,3 18,9 ПроПроход Проход ход через через через 1-е си- 2-е си2-е то д. то, д. сито 1,7 2,0 д. 2,0 мм.% мм.гр. мм. % 8 9 10 0 0,0 0 54 19,5 17 27 59,0 56 20 54,9 58 0 0,0 0 53 12,6 11 22 59,0 56 20 55,9 59 0 0,0 0 48 11,5 10 25 53,2 50,5 20 51,7 54,6 СодерСодержажание ние комкомпопонентов нентов в после очищенпрохода ном зер3-го сита, не, % гр. 11 12 6666,7 98,93 33,3 0,50 17,9 0,27 20,8 0,31 9581,4 99,13 41,3 0,62 23,2 0,35 19,9 0,30 12496,4 99,22 48,2 0,72 25,8 0,39 24,0 0,36 Чистота зер. материала, % Потери зерна, % Статист. Данные 13 98,92 14 15 σ =0,001 Δy=0,03 tP=0,43 tT=2,44 σ2=0,001 Δy=0,06 tP=1,35 tT=2,44 σ2=0,001 Δy=0,06 tP=3,87 tT=2,44 2 0,00 98,74 0,01 98,53 0,03 176 Продолжение Компоненты 1 Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Зерно Мелк. сор Щупл.зерно Дробл.зерно Содержание компонентов исходного зернового материала, % 2 95,28 1,72 1,58 1,42 95,28 1,72 1,58 1,42 Содержание компонентов исходного зер. материала, кг 3 14,58 0,11 0,11 0,09 16,67 0,11 0,11 0,09 По дача т/ч Подача кг/с* м 4 5 1,8 2,0 2,4 2,8 Проход через 1-е сито, д. 1,7 мм.гр . 7 0,0 48,2 27,4 18,9 0,0 29,8 24,2 18,9 ПроПроход Проход ход через через через 1-е си- 2-е си2-е то д. то, д. сито 1,7 2,0 д. 2,0 мм.% мм.гр. мм. % 8 9 10 0 0,0 0 42 9,2 8 26 49,5 47 20 49,2 52 0 0,0 0 26 13,8 12 23 49,5 47 20 46,4 49 СодерСодержажание ние комкомпопонентов нентов в после очищенпрохода ном зер3-го сита, не, % гр. 11 12 14574,3 99,24 57,3 0,86 28,4 0,43 26,5 0,40 16653,0 99,21 71,1 1,07 31,6 0,47 29,3 0,44 Чистота зер. материала, % Потери зерна, % Статист. Данные 13 98,32 14 15 σ =0,001 Δy=0,08 tP=4,53 tT=2,44 σ2=0,001 Δy=0,08 tP=7,51 tT=2,44 2 0,06 98,02 0,08 177 Зерноочистительный агрегат ЗАВ-20 Воздушно-решетная машина ВРМ-6 (ОЗС-50) 178 Результаты агротехнической оценки работы воздушно-решетной машины очистки зерна ВРМ-6 Показатели Значения показателей по агротребованиям 2 1 по данным испытаний 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Дата и место проведения оценки - 15.08.2014 Пролетарский район Ростовской области ФПЗ "Пролетарский" Культура, сорт зерновые, крупяные, бобовые культуры - Пшеница яровая Питающий бункер Подача, т/ч Чистота исходного зернового материала, % Чистота зернового материала после очистки, % Содержание щуплого и дробленого зерна, % Содержание мелких примесей, % Содержание сорняков, шт/кг семян С применением прототипа 12 С применением нового бункера Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 4 Опыт 5 Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 4 Опыт 5 - 9,4 11,7 14,8 16,2 19,5 9,4 11,7 14,8 16,2 19,5 - 96,73 98,47 96,59 98,33 96,52 98,26 96,39 98,15 96,15 97,89 96,73 98,46 96,59 98,39 96,52 98,34 96,39 98,30 96,15 98,15 - 1,46 1,59 1,65 1,75 1,96 1,47 1,54 1,57 1,63 1,71 - 0,07 0,08 0,09 0,12 0,15 0,07 0,07 0,09 0,1 0,14 - 75 83 90 77 80 86 73 90 74 83 179 Продолжение Питающий бункер С применением прототипа - С применением нового бункера Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 4 Опыт 5 Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 4 Опыт 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Содержание семян других культур, шт/кг Масса 1000 зерен, гр. - 120 115 124 116 118 118 113 122 114 116 - 55,51 55,63 55,4 55,58 55,18 55,36 55,73 55,44 55,51 55,68 Влажность зерна, % Дробление зерна в результате очистки, % Потери полноценного зерна в отходы, % Полнота выделения примесей, % Полнота выделения легких примесей, % до 35 не более 0,1 не более 0,2 13,7 0 14,0 0 13,8 0 14,3 0 14,5 0 14,0 0 13,8 0 14,5 0 14,7 0 14,1 0 0,1 0,13 0,15 0,18 0,23 0,1 0,1 0,14 0,16 0,18 52,9 51,0 50,0 48,2 45,2 53,2 52,8 52,3 52,1 51,9 86,4 82,8 82,2 82,4 81,4 88,4 83,4 85,6 83,7 82,4 не менее 50 180 ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Основные экономические показатели семенной очистки зерна пшеницы в воздушно-решетной машине ВРМ-6 (ОЗС-50) № 1 2 3 4 Подача Уд.заработная плата на обработку 1т исходного зерна Уд.затраты на электроэнергию Уд.затраты на текущий ремонт оборудования Уд.затраты на реновацию т/ч 14,40 20,16 руб/т 14,77 10,34 7,66 руб/т 4,62 3,23 руб/т 5,19 руб/т 28,57 7 из 1т исходного очищенного руб/т зерна на 1т полученруб/т ного зерна 10 31,32 14,40 31,32 7,18 6,6 14,77 9,74 7,01 6,6 6,03 2,4 2,25 2,06 4,62 3,04 2,19 2,06 1,88 3,64 2,69 2,53 2,32 5,19 3,42 2,46 2,32 2,12 20 14,81 13,89 12,77 28,57 18,8 13,55 12,77 11,65 66,44 46,51 34,45 32,3 29,7 66,44 43,79 31,51 29,7 27,1 69,14 48,45 35,96 33,75 31,13 69,14 45,62 32,89 31,03 28,41 Суммарные эксплуатационные затраты на очистку зерна продовольственного: 8 9 С новым питающим бункером 20,16 27,00 28,80 Удельные прямые издержки на очистку продовольственного зерна 5 6 Прототип 27,00 28,80 из 1т исходного очищенного руб/т зерна на 1т полученного зерна руб/т 66,44 46,51 34,45 32,3 29,7 66,44 43,79 31,51 29,7 27,1 69,14 48,45 35,96 33,75 31,13 69,14 45,62 32,89 31,03 28,41 181 Продолжение № Подача т/ч 11 12 13 4 из 1т исходного очищенного зерна на выработку всей партии очищенного зерна Уд.затраты на реновацию 7 8 9 10 14 15 16 17 18 19 20 31,32 руб/т 419,06 434,64 437,85 435,65 421,3 419,06 437,36 440,64 438,25 423,9 руб/т 193,10 279,08 403,52 431,87 422,23 193,10 297,23 416,23 439,21 425,76 руб/т 28,57 20 14,81 13,89 12,77 28,57 18,8: 13,55 12,77 11,65 Удельные прямые издержки на очистку продовольственного зерна 5 6 Прототип С новым питающим бункером 14,40 20,16 27,00 28,80 31,32 14,40 20,16 27,00 28,80 Прибыль от очистки зерна в машине (семена, зерно продовольственное): из 1т исходного очищенного зерна на 1т полученного зерна руб/т 66,44 46,51 34,45 32,3 29,7 66,44 43,79 31,51 29,7 27,1 руб/т 69,14 48,45 35,96 33,75 31,13 69,14 45,62 32,89 31,03 28,41 Суммарные эксплуатационные затраты на очистку зерна продовольственного: из 1т исходного руб/т 66,44 46,51 34,45 очищенного зерна на 1т полученного руб/т 69,14 48,45 35,96 зерна *10-3 Уровень рентаБезразм 9,08 8,65 7,69 бельности агрегата Срок окупаемости, 322 217 159 дней Материалоѐмкость кг/(кг/с) 1362,86 954 706,67 Энергоѐмкость квт/(кг/с) 2,96 2,07 1,53 Трудоѐмкость чел*час 0,26 0,18 0,13 Себестоимость руб/т 5369,14 5348,45 5335,96 зерна Себестоимость 68,9 74,73 85,86 фуражных отходов руб/т 32,3 29,7 66,44 43,79 31,51 29,7 27,1 33,75 31,13 69,14 45,62 32,89 31,03 28,41 7,24 6,97 9,08 8,69 7,77 7,27 7 145 143 322 203 145 131 129 632,5 1,44 0,13 609,2 1,32 0,11 1362,86 2,96 0,26 898,31 1,95 0,17 646,34 1,4 0,12 579,2 1,32 0,11 555,94 1,21 0,1 5332,75 5331,13 5369,14 5345,62 5332,89 5330,03 91,69 95,4 68,9 74,73 85,33 91,69 5328,41 95,4 182 Исходные данные для расчета основных технико-экономических показателей воздушно-решетной машины ВРМ-6 (ОЗС-50) № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Наименование Ед. изм Величина Количество работающих в производстве Часовая ставка одного оператора Коэф. использования рабочего времени смены Пропускная способность машины (по исходному З.М.) Цена электроэнергии Потребляемая электроэнергия Стоимость строительно-монтажных работ Отчисления на капремонт строительной части Нормативное время работы в год Коэфициент использования эксплуатационного времени Балансовая цена технологического оборудования Норма отчислений на текущий ремонт оборудования Норма отчислений на реновацию оборудования Массовая доля выхода семян и зерна продовольственного Налог государству (Фонды и др.) от ФЗП Накладные расходы предприятий от всех затрат на производство продукции Годовое фактическое время использования машины НДС Выработка машины (по исходному З.М.) Кол-во руб/час безразм т/час 1 134 0,85 См.прило жение Д 4,82 11,65 349000 0,00 400 0,8 1163550 0,02 0,11 1 30,2 Цена исходного зернового материала Допустимое базисное содержание в очищенном зерне зерновых примесей Цена продовольственного зерна после очистки Цена зерна в отходах: полноценного фуражного Содержание полноценного зерна в отходах Доля выхода по массе к исходному зерновому материалу: - фуражных отходов - продовольственного зерна Допустимое базисное содержание в очищенном зерне сорных примесей руб/кВт кВт руб безразм час безразм руб безразм безразм безразм % % час % т руб/т 25 400 0 См.прило жение Д 5500 % руб/т 2 6000 руб/т руб/т % 1500 1500 10,5 % % См.прило жение Д % 1 183 ПРИЛОЖЕНИЕ И По замыслу: - снижение себестоимости зернового материала; - повышение качества продукции; - оценка предварительной скорости истечения зернового материала. В реальном исполнении: - методика определения рациональной формы выпускного отверстия бункера, обеспечивающей равномерную выгрузку по длине выпускного отверстия; - патент РФ на полезную модель № RU 141943; - установлен в воздушнорешетную машину очистки зерна ВРМ-6 в ФПЗ "Пролетарский" Ростовской области. Исследование равномерности процесса выгрузки зернового материала из бункеров с боковым выпускным отверстием. Результативность НИР: высокая научная и научно-техническая результативность (Кн.р.=0,78 Кнтр=0,84). Преимущество у потребителя (производителя): - получение конкурентноспособной документации по результатам НИР; - снижение себестоимости зернового материала; - повышение качества продукции. Преимущества у исследователя: - повышения имиджа исследователя, кафедры «Физика», ДГТУ; - возможность получения прибыли при размещении НИР на соответствующем сайте по рынку НТНВ в части интеллектуальной продукции. Область применения: сельское хозяйство (первичная очистка зерна на элеваторах). Используемые методы исследования: - теоретические (анализ); теория взаимосвязи работы сил трения и энергией зернового материала в бункере; - эмпирические (эксперимент, наблюдение, описание); - маркетинговые исследования (ориентация на потребителя). Применение информационных технологий: результаты данных экспериментов обрабатывали в пакете прикладных программ по статистической обработке данных Statistica 8.0, Statgraphics+, MSExcel, Matlab. Маркетинговая модель представляемой НИР 184 1 - People - ориентация на организации сельского хозяйства и пищевой промышленности с учетом их возможности использования инновации. 2 - Product - возможна модификация бункеров с учетом использования более износостойких материалов 3- Production -оптимизация процесса истечения сыпучего материала - возможность использования новых материалов в агрегате 4 – Price За счет снижения цены оптимизация затрат при модернизации установки 5; 6 - Place, Promotion -публикации в научных сборниках; участие в научнотехнических конференциях, семинарах и выставках; - размещение результатов НИР на соответствующем сайте на рынке(НТНВ в части интеллектуальной продукции). 7 - Publicrelations - создание имиджа исследователя; защита кандидатской диссертации; повышение имиджа кафедры «Физика», ДГТУ 8 - Provider -использование интернета для отслеживания потенциальных потребителей, поставщиков, конкурентов и т.д. 9- Processing Использование информационных технологий/системы: MicrosoftOfficeWord, Excel 2010, MATHCAD, программа для статистического анализа и визуализации данных «STATISTICA» Формула комплекса инженерного маркетинга «9Р» 185 Определение научной и научно-технической результативности Результатом НИР является достижение научного, научно-технического, экономического, социального эффекта. Количественная оценка научного эффекта результативности НИР вычисляется по формулам [120]: m K HP K 3 Hi K ДУi i 1 m K HTP K 3 Hi K ДУi i 1 где K HTP , K HP - соответствующие коэффициенты научной и научно-технической результативности; K 3 Hi - коэффициент значимости i-го фактора, используемого для оценки; K ДУi - коэффициент значимости i-го фактора Характеристика факторов и признаков научной результативности НИР Фактор научной Коэффициент результативности значимости фактораkЗН 1 2 Новизна получен0,5 ных или предполагаемых факторов Глубина научной проработки 0,35 Степень вероятности успеха 0,15 Качество фак- Характеристика фактора Коэф. достора научного тиг. Уровня нововведения. kДУ 3 4 5 Новизна сред- - Получены зависимости 0,7 няя равномерности выгрузки зернового материала из бункера по всей длине выпускного отверстия. - Предложена формула для оценки скорости истечения сыпучего материала из бункера Глубина науч- Подтверждена гипотеза 0,8 ной проработ- о применимости теории ки высокая взаимосвязи работы, совершаемой на преодоление сил трения при истечении зернового материала и энергией зернового материала в бункере Вероятность Получены 2 патента на 1,0 успеха боль- полезную модель, решая зультаты теоретических и экспериментов внедрены в производстве 186 Характеристика факторов и признаков научно-технической ре- зультативности диссертационного исследования Фактор научной Коэффициент результативности значимости фактора kзн 1 2 Новизна получен0,5 ных или предполагаемых факторов Глубина научной 0,3 проработки Степень вероят0,2 ности успеха Качество тора фак- Характеристика фак- Коэф. достора тиг. уровня kДУ 3 4 5 Важное Результаты исследо0,8 вания будут использованы на элеваторах с/х назначения Масштаб от- Время реализации до 0,8 раслевой 3 лет Завершенность Предложена методи1,0 высокая ка определения рациональной формы щелевого выпускного отверстия бункера, обеспечивающего равномерность выгрузки сыпучего материала по всей длине выпускного отверстия m K HP K 3 Hi K ДУi 0,5 0,7 0,35 0,8 0,15 1,0 0,78 i 1 m K HTP K 3 Hi K ДУi 0,5 0,8 0,5 0,8 0,2 1,0 0,84 i 1 Вывод. По каждому из факторов экспериментальным путем были установлены значения коэффициентов значимости и достигнутого уровня по данному фактору. Коэффициенты научной и научно-технической результативности равны 0,78 и 1,1 соответственно. Они достаточно высоки, что говорит от высокой научной и научно-технической результативности.
