Обоснование технологии производства древесно-цементного гранулята для нужд сельскохозяйственной стройиндустрии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дальневосточный государственный аграрный университет

Обоснование технологии производства древесно-цементного гранулята для нужд сельскохозяйственной стройиндустрии

Доценко С.М., Школьников П.Н., Школьникова М.А.,

Широков В.А., Новокрещенных Н.Р.

Аннотация

Предложена технология производства древесно-цементного гранулята для нужд сельскохозяйственной стройиндустрии с использованием опилок и стружки, предварительно подготовленных специальной машиной. Получена модель оценки равномерности распределения опилочно-стружечного материала в бункере транспортирующе-дозирующей машины.

Ключевые слова: ИЗДЕЛИЯ, ОТХОДЫ, ОПИЛКИ, СТРУЖКА, ТЕХНОЛОГИЯ, ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ, ТРАНСПОРТИРУЮЩЕ-ДОЗИРУЮЩАЯ МАШИНА, ПАРАМЕТРЫ, МОДЕЛЬ, СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ СТРОЙИНДУСТРИЯ

Введение

Существующие технологии производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения из древесины характеризуются получением значительного количества отходов в виде опилок и стружки. Данные виды отходов в настоящее время используются нерационально, и часто являются объектом загрязнения окружающей среды [1-3].

В этой связи исследования, направленные на разработку технологии по рациональному использованию опилок и стружки для нужд сельскохозяйственной стройиндустрии, являются актуальными.

Цель исследований - разработка технологической и конструктивно-технологической схем получения инновационных изделий для нужд сельскохозяйственной строительной отрасли.

Задачи исследований:

обосновать технологическую схему получения древесно-цементного гранулята для нужд сельскохозяйственной отрасли;

предложить конструктивно-технологическую схему транспортирующе-дозирующей машины;

посредством математического анализа получить модель, характеризующую качество работы транспортирующе-дозирующей машины (ТДМ).

Результаты

Проведенным анализом установлено, что одним из перспективных направлений по производству строительных изделий для нужд сельскохозяйственной отрасли является получение древесно-цементного гранулята. С учетом данного факта разработана рациональная технологическая схема утилизации древесных отходов в виде опилок и стружки.

На рис. 1 представлена технологическая схема получения древесно-цементного гранулята, а на рис. 2 - конструктивно-технологическая схема ТДМ, содержащего измельчающе-распределяющее устройство (ИРУ).

Рис. 1. Технологическая схема производства древесно-цементного гранулята для нужд сельскохозяйственной отрасли



а)

1 - бункер; 2 - подающий транспортер; 3 - битера; 4 - ходовая часть; 5 - рама; 6 - манипулятор; 7 - захват; 8 - выгрузной патрубок; 9 - распределяющий козырек; 10 - измельчитель; 11 - ротор.

б)

Рис. 2. Общий вид ТДМ - (а) и расчетная схема его измельчающе-распределяющего устройства (ИРУ) - (б)

Анализ движения частиц по патрубку измельчителя-распределителя показывает, что в процессе работы частица выбрасывается из точки А со скоростью v₀ под углом к горизонту (рис. 1) со следующими координатами точки А:

(1)

Составим дифференциальное уравнение движения под действием двух сил:

силы тяжести - G mg;

силы действия воздушной массы, движущейся под углом к горизонту вдоль патрубка (рис. 3) - F_b = cmv_b, где c - коэффициент пропорциональности; v_b - скорость воздушного потока.

Рис. 3. Схема к обоснованию скорости движения частицы по патрубку измельчителя-распределителя ТДМ

древесный цементный гранулят

Дифференциальным уравнением движения частицы является следующее уравнение:

, (2)

Проекция ускорения из этих уравнений равна

, (3)

Вначале проинтегрируем дважды по t дифференциальное уравнение движения частицы вдоль оси X:

, (4)

Подставим в первое уравнение t = 0; x₀ = v_o cos , и получим c₁ = v_o cos . Определим постоянные интегрирования при найденных значениях с₁ и с₂:

(5)

(6)

Проинтегрируем дважды по t дифференциальное уравнение движения частицы вдоль оси:

(7)

Определим значение с₃ с₄ по начальным условиям, для чего подставим в первое уравнение t = 0; y_o = v_o sin ; c₃ = v_o sin

Из второго уравнения при t = 0; y = b; c₄ = b

При найденных значениях с₃ и с₄:

(8)

(9)

Исключив время t из уравнения движения частицы (6) и (9), получим уравнение траектории ее движения

(10)

или

(11)

Если не учитывать силу воздействия воздушного потока F_b = cmv_b на частицу, то уравнение (7) будет иметь вид:

, (12)

а уравнение (8) принимает вид

(13)

Исключив время t из уравнений движения частицы (12) и (13), получим уравнение траектории

 (14)

Конструктивно определены «верхняя» плоскость патрубка (рис. 4) и «нижняя» плоскость патрубка, в результате чего имеем:

для «верхней» плоскости патрубка

(15)

для «нижней» плоскости патрубка

(16)

Рис. 4. Схема к определению положения верхней и нижней плоскости направляющего патрубка ИРУ

При движении частицы по своей траектории возможны два случая ее соприкосновения с патрубком ИРУ:

случай I - частица соприкасается с «верхней» плоскостью патрубка;

случай II - частица соприкасается с «нижней» плоскостью патрубка.

Возможен также случай, когда частица пройдет свободно через патрубок и далее или ударится о поворотный козырек, или свободно упадет в бункере на массу загруженного продукта.

Рассмотрим, при каких условиях возможны вышеперечисленные случаи движения частицы.

Случай I. Частица касается «верхней» плоскости. Этот случай возможен тогда, когда при учете силы F_b уравнения (11) и (12) имеют общее действительное решение. Приравнивая правые части уравнений (11) и (13), получим уравнение

(17)

Для определения координаты Х точки соприкосновения с «верхней» плоскостью преобразуем уравнение (17) в уравнение следующего вида:

(18)

Полученное выражение возведем в квадрат, в результате чего получим:



(19)

Последнее неравенство приведем к квадратному уравнению вида

(20)

Уравнение (20) имеет действительное значение, если

(21)

При соблюдении условия (9) из двух корней имеем следующее:

(22)

Естественно, необходимо взять наименьший положительный корень, больший , и если этот корень x_b, где x_b - координата Х крайней правой точки В патрубка, расположенной на верхней плоскости патрубка, то частица коснется «верхней» плоскости патрубка.

В том же случае, когда дискриминант или, если , но положительный наименьший корень больше и меньше x_b, то соприкосновения частицы с «верхней» плоскостью не произойдет. Если не учитывать силу F_b, то для определения точки соприкосновения частицы с «верхней» плоскостью патрубка необходимо приравнять правые части уравнений (14) и (15). Тогда получим уравнение:

(23)

Уравнение (23) можно привести к квадратному уравнению вида:

(24)

При соблюдении условия уравнение (24) имеет действительное решение

.

Из двух корней необходимо взять положительный наименьший, но больший . И если этот корень x_b, то частица коснется «верхней» плоскости патрубка. В том же случае, когда , или, если , но положительный наименьший корень больше и меньше x_b, то соприкосновения частицы с «верхней» плоскостью не произойдет.

Рассмотрим возможность случая II, когда частица падает на «нижнюю» плоскость патрубка.

Для определения положения точки на «нижней» плоскости, в которой частица упадет на «нижнюю» плоскость патрубка, приравняем правые части уравнений (11) и (16):

(25)

Преобразуем (25), представив его в виде:

(26)

Последнее выражение возведем в квадрат, в результате чего получим:

(27)

Последнее равенство приведем к квадратному уравнению следующего вида:

(28)

Из двух корней необходимо взять положительный наименьший корень и если он x_н, где х_н - координата Х крайней правой точки Н патрубка, расположенной на «нижней» плоскости патрубка, то частица упадет на «нижнюю» плоскость патрубка.

Если положительный наименьший корень, больший , х_н, то частица не упадет на «нижнюю» плоскость патрубка.

Рассмотрим случай, когда частица пройдет свободно через патрубок (рис. 5) и далее или ударится о поворотную заслонку, или свободно упадет в бункере на массу уже загруженного продукта. Этот случай возможен тогда, когда исключены одновременно и случай I, и случай II. Исключение возможности случаев I и II рассмотрено выше.

Рис. 5. Схема к обоснованию процесса свободного движения частицы в патрубке измельчителя-распределителя ТДМ

Координаты точки поворота заслонки О₃ обозначим . Пучок прямых, проходящих через точку О₃, описывается уравнением вида:

, (29)

где К -угловой коэффициент прямой.

Теоретически угловой коэффициент К находится в интервале .

Уравнение пучка прямых (29) можно записать в виде:

(30)

Приравнивая правые части (11) и (30), получаем уравнение, преобразование которого после возведения в квадрат дает следующее уравнение:

(31)

Полученное равенство приведем к квадратному уравнению вида

(32)

Если , то уравнение (32) имеет действительное решение

(33)

И, если x₁ и х₂ находятся в пределах длины поворотной заслонки, то частица ударяется о козырек.

Если , то частица не будет ударяться о козырек. Не будет ударяться о козырек частица и в том случае, если , но x₁ и х₂ находятся вне пределов длины козырька. В таком случае частица падает непосредственно в бункер.

Исследуем движение частицы после удара о козырек. Пусть в системе координат ХОУ плоскость козырька в момент удара частицы по «козырьку» описывается уравнением (рис. 5):

, (34)

где K - угловой коэффициент следа плоскости на плоскости ХОУ.

Пусть частица ударяется о козырек в некоторой точке (М_о (х_о; у_о)) со скоростью падения v_n под углом падения к нормали n плоскости козырька. Согласно теории удара, скорость отражения частицы от козырька определится зависимостью:

, (35)

где Е - коэффициент восстановления для материала продукта и материала козырька.

v_om - скорость отражения направления под углом отражения к нормали козырька.

Угол определяется зависимостью:

, (36)

но при этом имеет место равенство:

(37)

Движение частицы материала после ее отражения от заслонки представляет движение частицы, брошенной под углом _о к горизонту со скоростью v_om (рис. 6).

Рис. 6. Схема движения частицы после удара о распределяющий козырек ИРУ

Из рис. 6 следует, что

, (38)

где ₃ - угол наклона козырька к оси Х (угол 90 - ) - отрицательный, ( 0).

В уравнении (34)

(39)

Из равенства (39) следует, что

(40)

С учетом уравнений (38) и (40), выражение (39) примет вид:

(41)

По аналогии с формулой (14), траектория движения частицы после отражения от козырька (без учета сопротивления воздуха и т.д., т.е. при учете действия только силы веса) описывается уравнением:

(42)

Для определения координаты Х_n точки падения частицы на поверхность монолита в бункере (полагаем, что поверхность монолита в бункере представляет плоскость) подставим в левую часть уравнения (42) , где у_n - положение поверхности монолита в бункере относительно оси Х.

В результате имеем:

(43)

Решая (168) относительно Х_n получим:

(44)

Выражение (44) имеет место в том случае, если , где Х_max - расстояние от начала координат ХОУ до крайней точки бункера (X_max = L, L - длина бункера). В случае, когда Х_n, вычисленное по формуле (44), меньше X_max, частица материала достигает задней стенки бункера, и дальность частицы можно считать равной X_max.

Анализом движения частиц измельченного материала установлено, что в процессе работы ИРУ поверхность формируемого монолита в бункере определяется вертикальной координатой

, (45)

где g - ускорение свободного падения;

x_i, x_o - значения горизонтальной координаты;

v_OT - скорость отражения частицы от распределяющего козырька;

_о - угол между векторами скоростей v_OT и v_n;

y_o - высота профиля монолита.

С учетом данного подхода получена модель оценки неравномерности распределения высоты монолита по длине бункера ТДМ

(46)

Заключение

На основании обоснованной технологии производства инновационного древесно-цементного гранулята для нужд сельскохозяйственной отрасли предложена конструкция транспортирующе-дозирующей машины для оценки качества работы ИРУ, для которой получена математическая модель.

Список использованных источников

1. Соков В.Н. Энергоэффективная скоростная технология получения высокотемпературных теплоизоляционных материалов. - М.: МГСУ. - 2014. - 328 c.

2. Чернов М.М. Изделия и материалы для индивидуального строительства. Справочное пособие. - М.: Стройиздат. - 1990. - 448 c.

3. Хризотилцементные строительные материалы. Области применения. - М.: АМБ. - 2009. - 152 c.

Размещено на Allbest.ru

...