WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Совершенствование процесса транспортирования зерна путем обоснования параметров пневмоспирального конвейера

На правах рукописи

ЧАПЛЫНСКАЯ Анна Анатольевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНА

ПУТЕМ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ПНЕВМОСПИРАЛЬНОГО КОНВЕЙЕРА

Специальность 05.20.01 – «Технологии и средства

механизации сельского хозяйства»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2011

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Павлов Павел Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Артемьев Владимир Григорьевич
кандидат технических наук, доцент Спевак Николай Владимирович

Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Волгоградская ГСХА».

Защита состоится 23 декабря 2011 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Автореферат разослан 22 ноября 2011 г. и выставлен на сайтах Минобрнауки РФ и www.sgau.ru

Отзывы направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1.

Ученый секретарь

диссертационного совета Н.П. Волосевич


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При производстве, хранении и переработке зерна значительная доля в общей трудоемкости приходится на погрузочно-разгрузочные и транспортные работы. Для транспортирования используют различные машины, и все большее распространение получают спиральные конвейеры (гибкие шнеки) благодаря их малой металлоемкости, простоте конструкции, надежности и невысокой стоимости. Однако существующие спиральные конвейеры имеют ограниченную производительность и приводят к усложнению технологической схемы при транспортировании зерна на большие расстояния по пространственной трассе. Кроме того, при транспортировании напрямую из бурта требуется ручной труд или дополнительная техника. Все это создает неудобства во время перевалки зерна на токах, при погрузке его в установки для очистки, сушки и разделения на фракции, а также при транспортировании в мельничные установки и кормоприготовительные агрегаты.

Анализ проведенных исследований показывает, что дальнейшего повышения производительности путем обоснования параметров и режимов, существующих конструктивно-технологических схем без загрузочной воронки добиться сложно. Причина недостаточной производительности – ограниченная способность захвата зерна вращающейся спиралью.

Для повышения эффективности перемещения зерна актуально использование пневмоспирального конвейера, совмещающего процессы транспортирования спиралью и потоком воздуха по пространственной трассе на требуемые расстояния, в том числе с захватом груза непосредственно из бурта без применения дополнительного погрузчика и возможностью передвижения во время работы.

Цель работы – повышение эффективности процесса транспортирования зерна путем обоснования параметров и режимов работы пневмоспирального конвейера.

Объект исследования – технологический процесс захвата и транспортирования зерна пневмоспиральным конвейером.

Предмет исследования – закономерности изменения производительности и мощности пневмоспирального конвейера в процессе транспортирования зерна от его конструктивных и режимных параметров и давления воздушного потока.

Методика исследований включала в себя разработку теоретических положений, их экспериментальную проверку в лабораторных и производственных условиях, экономическую оценку полученных результатов.

Теоретические исследования выполняли на основе законов гидродинамики, классической механики и математического анализа. Исследования динамических течений в спирально-транспортирующем рабочем органе пневмоспирального конвейера осуществляли при помощи ЭВМ. Экспериментальные исследования проведены с применением планирования многофакторного эксперимента с соблюдением действующих ГОСТов.

Научная новизна. Обоснованы технологический процесс транспортирования зерна с применением пневмоспирального конвейера и егоконструктивно-технологическая схема. Исследован рабочий процесс, сочетающий принципы транспортирования спиралью и воздушным потоком; получены аналитические и опытные зависимости производительности и общей мощности привода от режимных параметров; теоретически и экспериментально обоснованы параметры предлагаемого конвейера.

Практическая ценность работы состоит в теоретическом и экспериментальном обосновании параметров, результаты которого приняты за основу при создании опытного образца пневмоспирального конвейера, защищенного патентом РФ на полезную модель № 83766. Его внедрение позволит увеличить производительность на 40–60 % и получить годовой экономический эффект 21016 руб. на один конвейер.

Апробация. Основные положения работы доложены на конференциях профессорско-преподавательского состава по итогам научно-исследовательской работы за 2006–2010 гг. Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова, на Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию профессора В.Ф. Дубинина (СГАУ, 2010), на Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения профессора В.Г. Кобы (СГАУ, 2011).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе 3 статьи объемом 0,96 печ. л. – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций – 1,71 печ. л., из которых 1,34 печ. л. принадлежат лично соискателю.

Получен патент РФ на полезную модель № 83766.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 171 странице машинописного текста, содержит 16 таблиц и 72 иллюстрации. Список использованной литературы включает в себя 132 наименования, из них 6 – на иностранном языке.

На защиту выносятся следующие научные положения:

  • теоретическое обоснование конструктивно-технологической схемы пневмоспирального конвейера;
  • аналитические и вероятностно-статистические выражения, описывающие влияние основных конструктивных и режимных параметров на производительность и мощность;
  • результаты теоретических и экспериментальных значений параметров пневмоспирального конвейера.

Пути реализации работы. Полученные результаты могут быть использованы на сельскохозяйственных предприятиях при перемещении зерна на складах, перерабатывающих предприятиях, при производстве комбикормов и других работах по перемещению зерновой массы, а также проектными и конструкторскими бюро сельскохозяйственных организаций при определении параметров пневмоспирального конвейера для различных условий на стадии проектирования. Предлагаемый пневмоспиральный конвейер был применен при транспортировании зерна на зерноскладе и для загрузки дробилки в ОПХ «ВолжНИИГиМ» филиала ФГНУ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского района Саратовской области.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и изложены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» на основании анализа литературных источников и производственного опыта установлено, что транспортирование является одной из основных операций во всех технологических схемах при производстве, хранении и переработке зерна. Особого внимания заслуживает организация сложных плоских и пространственных трасс, что соответствует области применения спирального конвейера.

Изучению теории работы спирального конвейера посвящено значительное количество работ таких авторов, как П.А. Преображенский, З.Ф. Каптур, Е.И. Резник, Э.П. Кудзиев, С.И. Михайлов, А.М. Григорьев, К.Д. Вачагин, В.Г. Артемьев, Ю.М. Исаев и др. Анализ их исследований показал следующее. Разработаны различные конструктивно-технологические схемы спиральных конвейеров (гибких шнеков), обоснованы и оптимизированы параметры и режимы работы, однако возможность погрузки зерна из бурта практически не изучена. С увеличением частоты вращения спирали во время захвата материала происходит чрезмерное его разбрасывание, вследствие чего производительность без дополнительного загрузочного модуля значительно снижается. Достигнут предел повышения производительности, при транспортировании зерна, посредством обоснования параметров и режимов работы спирали и кожуха. Дальнейшее повышение возможно за счет новых принципов движения материала, а именно совмещения процессов транспортирования спиралью и потоком воздуха.

Разработки по совмещению механической и пневматической составляющих мало изучены. При подключении пневмосистемы к спиральному конвейеру процесс движения зерновой массы значительно изменяется, что вызывает необходимость проведения исследований процесса работы и обоснования параметров пневмоспирального конвейера.

Поэтому для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • на основе проведенного анализа литературных и патентных источников выявить недостатки спиральных конвейеров (гибких шнеков) и наметить пути их устранения, разработать классификацию конвейеров данного типа, обосновать конструктивно-технологическую схему предлагаемого пневмоспирального конвейера;
  • исследовать процесс транспортирования зерна пневмоспиральным конвейером и получить аналитические выражения для определения его режимных параметров, производительности и мощности;
  • экспериментально подтвердить теоретические предпосылки, получить зависимости производительности пневмоспирального конвейера от конструктивных и режимных параметров, а также описывающие их вероятностно-статистические выражения;
  • провести производственные испытания пневмоспирального конвейера с различными видами зерна и дать технико-экономическую оценку эффективности его использования.

Во второй главе «Теоретические исследования рабочего процесса пневмоспирального конвейера» проведен анализ существующего процесса транспортирования зерна, выполняемого спиральным конвейером (гибким шнеком) (рис. 1). Зерно 1 подается в загрузочную воронку 3 при помощи погрузчика 2, транспортируется под действием гибкого спирального шнека 4, осыпается вниз через разгрузочную воронку 5. Недостатками процесса являются ограниченная производительность и необходимость применения дополнительного погрузчика 2.

Для исключения данных недостатков разработана технологическая схема процесса транспортирования зерна выполняемого пневмоспиральным конвейером (рис. 2). Загрузка производится из зернового бурта 1 загрузочным устройством 2, перемещается гибким спиральным шнеком и воздушным потоком 3, осыпается в пневмокамеру 4 и через шлюзовой разгрузитель 5 поступает на дальнейшую обработку.

Анализ представленных схем (см. рис. 1 и 2) показывает, что в схеме на рис. 2 отсутствует дополнительный погрузчик, а транспортирование зерна производится спиральным шнеком и воздушным потоком, что значительно повышает производительность.

Для реализации предлагаемого процесса транспортирования разработана конструктивно-технологическая схема пневмоспирального конвейера (патент РФ на полезную модель № 83766) (рис. 3), который работает следующим образом. Перед началом работы фиксируют установленную в воздуховоде 9 заслонку 8, регулирующую поток воздуха в зависимости от вида транспортируемого груза. Свободный конец гибкого рукава 4 с загрузочным устройством 12 помещают в транспортируемое зерно. При включении электродвигатель 5 одновременно приводит в действие вентилятор 6 и во вращение соединенный со спиралью 2 промежуточный приводной вал 3, который установлен на внутренней стенке пневмокамеры 1. Частоту вращения задают вариатором 7. Зерно захватывается проходящими через загрузочное устройство витками спирали, затем подается в гибкий рукав 4, где под воздействием спирали и потока воздуха начинает перемещаться в пневмокамеру, установленную на раме 11. При достижении пневмокамеры происходит уменьшение скорости потока воздуха, зерно осыпается вниз к шлюзовому разгрузителю 10, где происходит разгрузка. Такая конструкция позволяет повысить производительность за счет уменьшения эффекта разбрасывания и увеличения заполнения при совмещении процессов транспортирования спиралью и потоком воздуха, а также увеличить дальность погрузки по пространственной трассе по схеме «к приводу» без совмещения нескольких конвейеров.

 Существующая технологическая схема процесса транспортирования -1

Рис. 1. Существующая технологическая схема процесса транспортирования

спиральным конвейером (гибким шнеком): 1 – зерновой бурт;

2 –дополнительный погрузчик; 3 – загрузочная воронка;

4 – гибкий спиральный шнек; 5 – разгрузочная воронка

 Предлагаемая технологическая схема процесса транспортирования -2

Рис. 2. Предлагаемая технологическая схема процесса транспортирования

пневмоспиральным конвейером: 1 – зерновой бурт; 2 –загрузочное устройство; 3 –гибкий спиральный шнек с воздушным потоком; 4 – пневмокамера;

5 – шлюзовой разгрузитель

 Пневмоспиральный конвейер: 1 – пневмокамера; 2 – спираль; 3 –-3

Рис. 3. Пневмоспиральный конвейер: 1 – пневмокамера; 2 – спираль;

3 – промежуточный приводной вал; 4 – гибкий рукав; 5 – электро-

двигатель; 6 – вентилятор; 7 – вариатор; 8 – заслонка; 9 – воздуховод;

10 – шлюзовой разгрузитель; 11 – рама; 12 – загрузочное устройство

При движении потока воздуха через слой зерна межзерновое трение снижается, и транспортируемый материал приобретает свойства жидкости. В таком состоянии его движение подобно движению вязкого газа. В гидродинамике имеются исследования, касающиеся взаимодействия различных тел с потоком сплошной среды, а также ее течения в слое зернистого материала. С их помощью выявлен характер движения зерна в цилиндрическом гибком кожухе с установленной внутри спиралью. Для этого на первом этапе были проведены исследования динамических течений в канале спирального шнека пневмоспирального конвейера.

Движение зерновой смеси по спирали и кожуху рассматривали как частный случай движения вязкого газа в криволинейном канале постоянной кривизны. Профиль канала между витками представлен на рис. 4.

Распределение скоростей и давления изучено на основе дифференциальных уравнений движения вязкого газа (уравнений Навье – Стокса).

Учитывая формулу распределения скоростей, используя уравнения неразрывности системы, примем замкнутую систему уравнений как исходную для исследований полностью развитого течения.

Для применения численного метода сеток к расчету течений в уравнении Навье – Стокса значения искомых функций были представлены в виде пространственно-временных точек. Решение выполняли при помощи ЭВМ конечноразностным способом для сетки размерностью 4020 (см. рис. 2). В результате получены схемы движения потоков (рис. 5 и 6).

На основе анализа установлено, что при движении зерна в окрестности центра внешней стенки возникают вторичные вихри в силу центробежной неустойчивости, что определяется в первую очередь формой канала. При совместном движении воздуха и зерна количество вторичных вихрей сокращается, а по мере продвижения к зоне выхода они совсем пропадают (см. рис. 5 и 6).

Рис. 5. Схема движения потока зерна в гибком кожухе спирального конвейера Рис. 6. Схема движения потока зерна в гибком кожухе пневмоспирального конвейера

На втором этапе был проведен анализ движения частицы в загрузочном устройстве (рис. 7) и внутри спирального шнека пневмоспирального конвейера.

Для получения дифференциальных уравнений, описывающих движение частицы зерна на входе в гибкий рукав пневмоспирального конвейера, была рассчитана сила воздействия воздуха на слой транспортируемого материала:

, (Па), (1)

где рд – давление необходимое для сообщения скоростей материалу и воздуху, Па; Ар – рабочая площадь поперечного сечения кожуха, м2.

, (м2), (2)

где Ко – коэффициент, учитывающий перекрытие рабочего сечения с увеличением частоты вращения спирали, Ко 1; – внутренний диаметр гибкого кожуха, м; – толщина проволоки, м; – угол наклона винтовой линии, град.

После соответствующих преобразований была получена формула для расчета скорости воздушного потока вх на входе загрузочного устройства:

(м/с), (3)

где – осевая скорость перемещения материала, м/с; Кпс –коэффициент парусности, Кс – коэффициент, местных сопротивлений; 0 – угловая скорость вращения спирали, рад/с; r – средний радиус спирали, м; ' – средний угол между направлениями абсолютного и переносного векторов скоростей частицы, град.

 Схема сил, приложенных к материальной частице в горизонтальном-12

Рис. 7. Схема сил, приложенных к материальной частице в горизонтальном положении спирального рабочего органа при загрузке материала из насыпи

Выведена формула критической частоты вращения спирального шнека nкр:

, (мин-1). (4)

Учитывая полученные при анализе движения зерновоздушной смеси результаты, производительность транспортирования зерна пневмоспиральным конвейером определим по уравнению:

, (кг/мин), (5)

где КL, Кп и Ко – коэффициенты производительности, учитывающие заполнение, скорость движения, вид груза и длину гибкого спирального шнека; – давление воздушного потока, Па; Кс и Кпс – коэффициенты скорости, учитывающие взаимодействие воздушного потока с транспортируемым грузом и шнеком.

Анализ полученной формулы (5) показал, что переменными, значительно влияющими на производительность, являются плотность зерна з (кг/м3), давление воздушного потока р (Па), частота вращения спирального шнека n (мин-1), конструктивные параметры гибкого рукава и спирали Dр, r (м), а также коэффициенты производительности и скорости Кп, КL, Ко, Кс и Кпс.

По теоретическим расчетам построены графики зависимости производительности пневмоспирального конвейера (рис. 8). Их анализ показал, что производительность пневмоспирального конвейера зависит от частоты вращения шнека n и давления воздушного потока р; по отношению к n она растет по параболической зависимости, а по отношению р – по зависимости, близкой к прямолинейной, с повышением частоты вращения.

а б
в Рис. 8. Графики зависимости производительности пневмоспирального конвейера от частоты вращения спирали и давления воздушного потока при транспортировании зерна: а – пшеницы; б – проса; в – гороха

Мощность Робщ, потребная на привод при транспортировании материала пневмоспиральным конвейером, состоит из суммы мощностей, потребляемых двигателями для привода вентилятора и спирального шнека:

, (Вт). (6)

Рассмотрена схема движения материальной частицы (рис. 9).

 Схема сил, действующих на материальную частицу при движении по-23

Рис. 9. Схема сил, действующих на материальную частицу

при движении по винтовой поверхности спирального шнека,

находящегося в наклонном положении

Спроецировав все силы, воздействующие на движение материала на ось z, после соответствующих преобразований определим мощность на валу двигателя спирального шнека:

, (Вт), (7)

где и – КПД подшипников и привода соответственно; – угол между направлениями абсолютного и переносного векторов скоростей частицы, град; – угол подъема частицы от низшего положения в кожухе, град; fп – коэффициент трения перемещаемого материала о поверхность проволоки спирали; – угол наклона транспортирующего устройства к вертикали, град.

Мощность двигателя для привода вентилятора расходуется на придание требуемой скорости воздуху при необходимой производительности:

, (Вт), (8)

где ,и – КПД вентилятора, подшипников и передачи; и – соответственно скорость, м/с и плотность воздуха, кг/м3; – коэффициент массовой концентрации смеси; к – коэффициент гидравлического сопротивления (трения) кожуха; d – внутренний диаметр трубы, м; и – наружный и внутренний диаметры спирали, м; сп – коэффициент гидравлического сопротивления спирали; К – комплексный коэффициент; с = 144…200 – безразмерный коэффициент; – пористость слоя; – динамический коэффициент вязкости, кг·м2/с; Dч – диаметр частицы, м; ФS – фактор формы частицы; Lр – длина гибкого рукава, м; к – коэффициент сопротивления колен поворота; вр – коэффициент сопротивления внезапного расширения; вс – коэффициент сопротивления внезапного сужения; сп – коэффициент сопротивления спирали; – условная скорость воздуха, отнесенная к общей площади поперечного сечения продуваемого слоя; А* и n* – опытные коэффициенты, зависящие от культуры, влажности и плотности зерна; hпд– высота подъема транспортируемого материала, м; g – ускорение свободного падения, м/с2, – угол наклона шнека, град.

Проведенный анализ позволил установить влияние конструктивных и режимных параметров на мощность привода.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа и методики с перечислением оборудования, применяемого в лабораторных исследованиях и производственных испытаниях, дано описание объектов исследований и экспериментальной установки.

На основании проведенных исследований и предваритель-ных теоретических расчетов, выполненных во 2-й главе, определены физико-механические свойства зерна пшеницы, проса и гороха, влияющие на ход рабочего процесса. При исследовании влияния длины спирального шнека на производительность задавали пять значений l – 5 м, 8, 11, 14 и 17 м.

Во время исследований влияния режимных параметров приняты следующие конструктивные значения: диаметр гибкого рукава Dр = 0,054 м, наружный диаметр спирали dн = 0,044 м, диаметр проволоки = 0,007 м, шаг спирали = 0,06 м, длина гибкого рукава l = 10 м. Режимные параметры задавали следующим образом: частота вращения шнека – 300 мин–1, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1700 мин–1; давление воздушного потока р – 0 кПа, 10, 68, 138 кПа, при котором производили замеры скорости воздуха у загрузочного устройства – 0 м/с; 2,5; 4,3; 7,1 м/с. Внимание уделяли определению оптимального соотношения частоты вращения шнека и давления воздушного потока внутри гибкого рукава. Исследование параметров проводили на экспериментальной установке, позволяющей полностью моделировать рабочий процесс.

Силу тока и напряжение измеряли при помощи амперметра и вольтметра, массу зерна – напольными весами; определяли также время транспортирования. Воздействие спирали на зерно оценивалось по всхожести (ГОСТ 12038-66).

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты исследований физико-механических свойств грузов, с которыми испытывали пневмоспиральный конвейер (зерно пшеницы, проса и гороха); приведены результаты экспериментальных и производственных исследований.

Экспериментальные исследования позволили установить влияние частоты вращения спирали и давления воздушного потока p внутри кожуха на производительность для зерна пшеницы. В результате обработки опытных данных получены соответствующие зависимости для зерна пшеницы и построен график сходимости по результатам теоретических расчетов и экспериментальных исследований (рис. 10).

Анализ полученных в ходе экспериментальных исследований данных позволил определить режимные параметры пневмоспирального конвейера, обеспечивающие максимальную производительность Q при работе с зерном пшеницы: р = 138 кПа; = 1480 мин–1; при этом = 64,5 кг/мин. При работе конвейера с этими параметрами всхожесть составляет 91–92 %. Установлено, что допустимо транспортирование зерна, используемого для мукомольной промышленности и на кормовые нужды в животноводстве (ГОСТ 52554–2006 и ГОСТ 9353–90).

 эксперимент. теорет. Зависимость производительности-48 эксперимент.  теорет. Зависимость производительности пневмоспиральной-49 теорет.  Зависимость производительности пневмоспиральной установки при-50

Рис. 10. Зависимость производительности пневмоспиральной установки

при работе с зерном пшеницы от частоты вращения спирали

при различном давлении воздушного потока

Также в результате проведенных экспериментальных исследований и обработки опытных данных получены зависимости и построены графики сходимости по результатам теоретических расчетов и экспериментальных исследований для зерна гороха и проса. Показатели конвейера, обеспечивающие максимальную производительность при погрузке зерна проса: при р = 138 кПа и = 1590 мин–1 = 64,4 кг/мин, при этом всхожесть составляет 97 %, что является допустимым для работы с посевным материалом (ГОСТ 22983–88); для зерна гороха – = 61,2 кг/мин при = = 1405 мин–1 и р = 138 кПа. При частоте вращения более 600 мин–1 горох начинает сильно дробиться, и всхожесть отмечается менее 85 %, поэтому применение пневмоспирального конвейера рационально лишь при транспортировании этого материала для кормовых нужд в животноводстве (ГОСТ 28674–90).

Уравнения регрессии, описывающие характер изменения производительности при изменении режимных параметров:

для пшеницы:

(9)

для проса:

; (10)

для гороха:

 + (11) Графически уравнения представлены в форме поверхностей отклика-59

+ (11)

Графически уравнения представлены в форме поверхностей отклика (рис. 11).

 а б Поверхности отклика, отражающие зависимость-61 а б
Рис. 11. Поверхности отклика, отражающие зависимость производительности пневмоспиральной установки от частоты вращения спирального шнека и давления воздушного потока при транспортировании зерна: а – пшеницы; б – проса; в – гороха в

Проведены экспериментальные исследования, позволившие установить влияние изменения длины спирального шнека на производительность спиральной и пневмоспиральной установок для зерна пшеницы, проса и гороха. При увеличении длины шнека производительность спирального конвейера уменьшается по зависимости, близкой к прямолинейной, а у пневмоспирального конвейера она уменьшается по параболической зависимости (рис. 12).

 Зависимости производительности спиральной и пневмоспиральной-64 Рис. 12. Зависимости производительности спиральной и пневмоспиральной установок от длины спирального шнека при частоте вращения n = 1200 мин–1 (зерно пшеницы)

Производственная модель пневмоспирального конвейера была доработана на основе предварительных расчетов и результатов, полученных в ходе лабораторных экспериментов. Данные о мощности представлены графиками зависимостей при работе с зерном пшеницы (рис. 13).

 эксперимент. теоретич. Зависимости мощности-65 эксперимент.  теоретич. Зависимости мощности пневмоспиральной установки-66 теоретич.  Зависимости мощности пневмоспиральной установки от частоты-67

Рис. 13. Зависимости мощности пневмоспиральной установки от частоты вращения спирали при различном давлении воздушного потока

(зерно пшеницы)

При сопоставлении полученных экспериментальных данных с теоретическими отклонения составили не более 5 %. Производственные испытания были проведены в ОПХ «ВолжНИИГиМ» филиала ФГНУ «ВолжНИИГиМ» (Энгельсский район Саратовской области).

В пятой главе «Технико-экономическое обоснование» представлены результаты расчетов экономической эффективности использования предлагаемого пневмоспирального конвейера.

Использование пневмоспирального конвейера вместо спирального обеспечивает получение годового экономического эффекта 21016 руб. в ценах на 01.09.2009 г., срок окупаемости дополнительных капиталовложений – около 1,4 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа литературных источников, патентного поиска и производственного опыта выявлены недостатки спиральных конвейеров (гибких шнеков) и намечены пути их устранения. Разработана классификация конвейеров данного типа и новая конструктивно-технологическая схема пневмоспирального конвейера (патент на полезную модель № 83766) для транспортирования зерна, позволяющая повысить производительность и увеличить длину перемещения по схеме «к приводу» за счет совмещения процессов транспортирования спиралью и воздушным потоком.

2. Теоретические исследования технологического процесса позволили:

  • применить системы уравнений, описывающие течение вязкого газа в криволинейном канале и позволяющие рассчитать траекторию движения потока методом сеток для пневмоспирального конвейера;
  • получить результаты в виде схемы распределения скоростей воздушного потока и потока зерна в рабочем органе пневмоспирального конвейера, которые показали, что во время движения зерна в спиральном конвейере образуются вторичные вихри, количество которых при совмещении процессов транспортирования в пневмоспиральном конвейере сокращается;
  • установить влияние на производительность предлагаемого конвейера режимных параметров: частоты вращения спирали, по отношению к которой производительность растет по параболической зависимости, и давления воздушного потока, по отношению к которому зависимость близка к прямолинейной;
  • получить аналитические выражения для определения скорости воздушного потока в загрузочном устройстве и осевой скорости материала внутри кожуха; частоты вращения шнека с учетом давления воздушного потока; мощности пневмоспирального конвейера, состоящей из суммы мощностей для приводов спирального шнека и пневмосистемы.

3. Экспериментально подтверждены теоретические предпосылки и установлены:

  • режимные параметры пневмоспирального конвейера для получения максимальной производительности без учета травмирования зерна: для пшеницы = 1370…1560 мин–1; проса = 1490…1620 мин–1; гороха = 1350…1450 мин–1. Давление воздушного потока р = 138 кПа. В результате исследований было установлено, что производительность при транспортировании зерна в данном случае увеличивается на 40–60 %.
  • влияние изменения длины спирального шнека на производительность спиральной и пневмоспиральной установок и подтверждено, что благодаря воздушному потоку силы, воздействующие на зерно, выравниваются, и производительность с увеличением длины уменьшается с меньшей интенсивностью.

4. Производственные испытания, проведенные на 3 видах зерна, позволили определить производительность пневмоспирального конвейера с внутренним диаметром рукава 54 мм и длиной спирального шнека 10 м: при транспортировании зерна пшеницы – 4,1 т/ч; проса – 4,9 т/ч; гороха – 3,5 т/ч.

Годовой экономический эффект с учетом роста производительности в среднем составил 21016 руб., срок окупаемости дополнительных капиталовложений – около 1,4 года.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Патент на полезную модель РФ № 83766 Российская Федерация, МПК В65G 53/48. Пневмоспиральный конвейер / Павлов П. И., Салихов А. Н., Чаплынская А. А. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – № 2009106639/22 ; заявл. 25.02.2009 ; опубл. 20.06.2009, Бюл. № 17.

2. Чаплынская, А. А. Пневмоспиральный транспортер / А. А. Чаплынская // Сельский механизатор. 2009. № 7 С. 9 (0,18/0,18 печ. л.).

3. Чаплынская, А. А. Результаты экспериментальных исследований пневмоспиральной установки при транспортировании гороха / П. И. Павлов, А. А. Чаплынская // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию профессора В. Ф. Дубинина / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2010. – С. 171–172 (0,125/0,062 печ. л.).

4. Чаплынская, А. А. Результаты экспериментальных исследований пневмоспиральной установки при транспортировании зерна пшеницы / А. А. Чаплынская // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию профессора В. Ф. Дубинина / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2010.–С. 231–232 (0,125/0,125 печ. л.).

5. Чаплынская, А. А. Рациональные режимные параметры пневмоспирального транспортера / П. И. Павлов, А. А. Чаплынская // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. 2010. 8 С. 4950 (0,22/0,11 печ. л.).

6. Чаплынская, А. А. Теоретическое исследование влияния конструктивных и режимных параметров на производительность пневмоспирального конвейера / А. А. Чаплынская // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения профессора В. Г. Кобы / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2011. – С. 247–249 (0,19/0,19 печ. л.).

7. Чаплынская, А. А. Теоретическое обоснование мощности привода пневмоспирального конвейера / П. И. Павлов, А.А. Чаплынская // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения профессора В. Г. Кобы / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2011. – С. 159–161 (0,16/0,09 печ. л.).

8. Чаплынская, А. А. Исследование динамических течений в рабочем органе пневмоспирального конвейера / А. А. Чаплынская // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. 2011. № 8. С. 5659 (0,56/0,56 печ. л.).

Подписано в печать 21.10.11 Формат 6084 1/16 Печ. л. 1,0 Тираж 100 Заказ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

410012, Саратов, Театральная пл., 1



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.