Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Обґрунтування параметрів транспортерів-змішувачів сипких матеріалів

Обґрунтування параметрів транспортерів-змішувачів сипких матеріалів

Аналіз обладнання для механізації трудомістких процесів переробки сипких матеріалів. Особливість технологічних параметрів гвинтових стрічково-лопатевих змішувачів на основі дифузійної моделі. Суть коефіцієнту поздовжньої розробки в математичному макеті.

Рубрика Производство и технологии
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 06.07.2014
Размер файла 122,1 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

тернопільський державний технічний університет імені івана пулюя

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

УДК 631.363.7

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Автореферат

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНСПОРТЕРІВ-ЗМІШУВАЧІВ СИПКИХ МАТЕРIАЛІВ

Гурик Олег Ярославович

Тернопіль - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

Заслужений винахідник України, доктор технічних наук, професор Гевко Богдан Матвійович, Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, завідувач кафедри технології машинобудування.

Офіційні опоненти:

Заслужений винахідник України, доктор технічних наук, професор Гарькавий Анатолій Дмитрович, Вінницький державний аграрний університет, завідувач кафедри експлуатації машинно-тракторного парку і ремонту машин кандидат технічних наук Соломка Валерій Олексійович, Національний аграрний університет, м. Київ, доцент кафедри сільськогосподарського машинобудування.

Провідна установа:

Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” Української академії аграрних наук, смт. Глеваха Васильківського району Київської області.

Захист відбудеться 07.05.2003 р. о 15 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д58.052.02 у Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя, за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська 56, навчальний корпус 2, ауд. 79.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська 56, навчальний корпус 2, ауд. 56.

Автореферат розісланий 05.04. 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., доцент Попович П.В.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В сільськогосподарському виробництві існує необхідність приготування й транспортування сумішей сипких матеріалів (СМ). Змішування компонентів є одним із основних процесів сільськогосподарського виробництва, який застосовується у всіх його галузях, в тому числі для приготування посівного матеріалу, протруювання у насінництві, приготування кормів і введення мікроелементів в кормові суміші у тваринництві тощо. Розмаїття сумішей CМ з різними фізико-механічними властивостями та вимогами щодо їх якості, технології перемішування й транспортування зумовили появу широкої номенклатури змішувального обладнання. Найширшого практичного застосування набули шнекові та барабанні змішувачі. До їх переваг відносять можливість неперервного змішування, високу якість суміші, коротку тривалість процесу змішування, незначні габаритні розміри тощо. Недоліки шнекових змішувачів - велика довжина зони змішування, утворення так званих “мертвих зон”, які впливають на якість змішуваної суміші та продуктивність транспортування.

Транспортування й змішування СМ в умовах сільськогосподарського виробництва є складними процесами, механізм дії яких головним чином залежить від конструкції робочих органів, реологічних властивостей компонентів змішування, і може бути достовірно описаний лише за законами теорії ймовірності. Тому виникла необхідність розробки науково-технічних засад, пов'язаних із змішуванням СМ в процесі транспортування за умови технологічного забезпечення високої якості перемішування компонентів, зменшення тривалості перемішувального циклу та покращення умов транспортування на значні відстані за криволінійними трасами. Вирішення цієї проблеми вимагає: створення нових високоефективних методів і технологічних схем перемішування в процесі транспортування; засобів механізації і розробки нових робочих органів та конструкцій змішувального обладнання; створення прогресивних технологічних процесів змішування - тому розглянута в дисертаційній роботі проблема є актуальною і має важливе народногосподарське значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до координаційного плану науково-дослідних робіт ВЗО України на 1996-2000 рр., і є складовою частиною держбюджетних тем НДС ТДТУ (номер держреєстрації тем 0199U003997 „Моделювання технологічних процесів та транспортних систем сільськогосподарських машин” та 0102U002299 „Розробка наукових основ та теорії змішування та розділення багатокомпонентних сипких сумішей на основі елементної взаємодії твердих частинок”).

Мета роботи: підвищення якості змішування і покращення умов транспортування сипких матеріалів шляхом розробки засобів механізації з використанням гвинтових стрічкових та гвинтових стрічково-лопатевих змішувачів з центральним приводом для сільськогосподарського виробництва.

Задачі дослідження:

провести аналіз технологій та існуючого обладнання для механізації трудомістких процесів змішування СМ в сільськогосподарському виробництві;

розробити технологічні схеми, нові засоби механізації та конструкції робочих органів, які забезпечують одночасне транспортування й змішування СМ в умовах сільськогосподарського виробництва;

вивести аналітичні залежності для визначення раціональних конструктивних і технологічних параметрів гвинтових стрічково-лопатевих змішувачів (ГСЛЗ) на основі моделі дифузійного змішування;

встановити вплив на якість змішування коефіцієнтів завантаження змішувача, заповнення його робочого об'єму, режимів роботи для суміщення операцій транспортування та змішування, динаміки просторових взаємних переміщень СМ із уточненням впливу конструктивних і технологічних параметрів;

на основі математичної моделі одночасного транспортування й змішування СМ в лопатевому транспортері сформувати вихідні дані для проектування засобів механізації при переміщенні змішуваних компонентів на значні відстані за криволінійними трасами;

встановити значення коефіцієнту поздовжнього змішування СМ в дифузійній математичній моделі з врахуванням впливу різних факторів на якість та продуктивність змішування й транспортування;

провести комплекс експериментальних досліджень для уточнення теоретичних залежностей та розробити інженерну методику проектування засобів механізації і технологічного обладнання у вигляді гвинтових стрічкових змішувачів (ГСЗ) та ГСЛЗ з центральним приводом.

Об'єкт дослідження - процеси змішування СМ у змішувачах гвинтового стрічкового та гвинтового стрічково-лопатевого типів.

Предмет дослідження - малогабаритний гвинтовий стрічковий та гвинтовий стрічково-лопатевий транспортери-змішувачі із центральним приводом, режими їх роботи та основні конструктивно-технологічні параметри й фактори, які впливають на продуктивність змішування та якість суміші.

Методи дослідження: теоретичні дослідження ґрунтувались на основних положеннях аналітичної механіки, методах диференціальних обчислень та теорії ймовірності, математичного моделювання, прикладного програмування; експериментальні дослідження проводились на спеціально розробленому обладнанні з використанням методів планування багатофакторного експерименту, статистичного аналізу, визначення вмісту контрольного компоненту та коефіцієнту неоднорідності суміші й продуктивності транспортування та змішування проводилися згідно зі стандартними методиками; крутний момент вимірювався за допомогою спеціально розробленого вимірювача.

Наукова новизна роботи:

вперше виведено аналітичні залежності для визначення раціональних конструктивно-технологічних параметрів засобів механізації на основі ГСЗ і ГСЛЗ з центральним приводом за умови підвищення якості та продуктивності змішування й транспортування;

теоретично обґрунтовано умови завантаження СМ у співвідношенні основних компонентів суміші та створено зону накопичення компонентів для підвищення ефективності змішування на трасі транспортування;

на базі розробленої математичної моделі транспортування СМ вперше встановлено значення коефіцієнту поздовжнього змішування в дифузійній математичній моделі з врахуванням впливу різних факторів на якість суміші і продуктивність транспортування;

у вигляді неоднорідних диференціальних рівнянь описано рух СМ в дефлекторі і на цій підставі розроблено теоретичні основи проектування ГСЛЗ з визначенням його кінематичних і технологічних параметрів;

обґрунтовано раціональні конструктивно-технологічні параметри засобів механізації на основі ГСЗ та ГСЛЗ з центральним приводом за умови якісних і кількісних обмежень з уточненням теоретичних залежностей.

Практичне значення одержаних результатів:

розроблено технологічну схему засобів механізації транспортування й змішування сипких матеріалів ГСЗ та ГСЛЗ з центральним приводом із підвищеною продуктивністю для транспортування великими відстанями на криволінійних трасах;

за результатами досліджень розроблено конструкцію ГСЗ, який пройшов виробничі випробування, проведена оцінка його конкурентноздатності та рекомендовано до впровадження в малих господарствах;

вперше розроблено методику проектування гофрованих елементів гвинтових робочих органів, які служать основою створення універсальних засобів механізації сільськогосподарського виробництва для процесів змішування й транспортування СМ;

на основі системного підходу до проблеми змішування СМ розроблено конструкції, технічна новизна яких захищена чотирма патентами України на винаходи.

Особистий внесок здобувача. Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень отримані автором особисто [3; 13; 14]. В роботах, виконаних у співавторстві, особистий внесок дисертанта такий: в роботі [1] встановлено залежності продуктивності та величини динамічного моменту при транспортуванні СМ від частоти обертання робочого органу і адекватність динамічної моделі; в роботі [2] виведено залежності для визначення конструктивно-технологічних параметрів гвинтових транспортно-змішувальних систем; в роботі [4] запропоновано опис геометрії гвинтової спіралі з гофрованою поверхнею витка за усією шириною; в роботі [5] проведено конструктивний розрахунок елементів запобіжної муфти; в роботі [6] запропоновано конструкцію гнучкого гвинтового конвеєра; в роботі [7] запропоновано методику визначення продуктивності лопатевого агрегату і проведено комплекс експериментальних досліджень змішування СМ; в роботі [8] проведено розрахунок енерговитрат шнеково-лопатевого змішувача на основі існуючих методик; в роботі [15] запропоновано і досліджено технологічний процес змішування СМ. Отримано чотири патенти України на винаходи у співавторстві, в яких частка кожного автора одинакова [9, 10, 11, 12].

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на: науково-практичних конференціях Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя (Тернопіль, 2000-2001 р.); І та ІІ Міжнародних науково-практичних конференціях, присвячених пам'яті академіка П.М. Василенка “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Київ, НАУ, 2000 р., м. Луцьк, 2001 р.). Робота доповідалась на розширеному засіданні науково-технічного семінару Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя (м. Тернопіль, 2002 р.) та засіданні семінару Національного наукового центру „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” Української академії аграрних наук (смт. Глеваха Васильківського р-ну Київської обл. 2003 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 15 наукових праць у фахових виданнях, передбачених переліком ВАК України, в тому числі 3 одноосібно. Отримано 4 патенти України на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел (включає 166 найменувань) та додатків; викладена на 174 сторінках машинописного тексту, проілюстрована 54 рисунками та 11 таблицями.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, подана загальна характеристика дисертації та основні положення, які виносяться на захист. Розкрито мету, об'єкт, предмет і задачі досліджень, висвітлено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено дані про апробацію, структуру та обсяг дисертаційної роботи.

У першому розділі розкрито стан і суть наукової проблеми змішування та транспортування сумішей СМ, вирішення якої можливе за умови технологічного забезпечення високої якості перемішування сумішей при зменшенні тривалості перемішувального циклу. Значний внесок у формування наукових основ розробки та дослідження процесу змішування СМ на основі методів статистичного аналізу зробили вчені: Василенко П.М., Віденбаум С. , Брахман А., Шудзикієвич Р., Стренк Ф., Макаров Ю.І. , Кукта Г.М. та інші. Теоретичні залежності і загальні положення процесу змішування наведені в працях Бєлянчікова М.М., Груздєва І.Е., Дємідова П.Г., Кулаковського І.В., Міочинського П.М., Стренка Ф., Фурси І.І., Чаусовського Г.А., Ревенка І.І., Гевка Б.М., Рогатинського Р.М., Дідуха В.Ф., Баранецької О.Р., Дмитріва Д.В. та інших. Питаннями оцінки конкурентноздатності сільськогосподарських машин займалися вчені Гарькавий А.Д., Босий М.А., Спірін А.В., Соломка В.О. та інші.

Для вирішення задач якісного та продуктивного змішування і транспортування СМ необхідні розробка та дослідження нових високоефективних технологій та засобів механізації для перемішування сумішей в умовах транспортування на значні відстані за криволінійними трасами, зорієнтованих на використання ГСЛЗ з центральним приводом.

На підставі аналізу літературних джерел проведено класифікацію існуючого обладнання, наведено перспективні конструкції змішувачів СМ та окреслено основні етапи розв'язання наукової проблеми технологічного забезпечення якості змішування сумішей СМ, їх транспортування на значні відстані за криволінійними трасами шляхом розробки нового високоефективного та продуктивного методу змішування СМ і транспортування з використанням ГСЛЗ.

У другому розділі наведено теоретичні основи процесів змішування й транспортування СМ. Для запропонованого змішувача неперервної дії застосовано дифузійну модель змішування, яка описує процес перемішування компонентів суміші з припущенням, що конструкція змішувача та наявні компоненти суміші можуть утворити псевдозріджений шар, частинки якого переміщуються за законами броунівського руху.

Виведено загальне рівняння зміни концентрації основного компоненту в суміші з врахуванням малого співвідношення радіуса стрічки до її довжини (), внаслідок чого перемішування суміші вздовж радіальної координати відбувається набагато швидше, ніж вздовж напрямку транспортування, а тому з достатньою для практики точністю можна вважати, що концентрація компоненту за певних значень координати визначається лише цією координатою та не залежить від радіуса гвинтової спіралі, задача зводиться до однопараметричного рівняння, описаного академіком Ю.І. Макаровим.

Дослідження якісних характеристик процесу змішування зводилось до встановлення реакції математичної моделі на стандартне збурення, яка розглядалась як імпульс за допомогою дельта - функції Дірака.

За початкових умов концентрації контрольного компоненту (на початку перемішування, коли ), та граничних умов (- реакція моделі на стандартне збурення, коли , і ), залежність має вигляд фундаментального розв'язку рівняння параболічного типу.

Знайдено концентрацію компоненту в перерізі на виході, коли координата

, (1)

де - маса введеного СМ на вході; - крок спіралі; - кутова швидкість обертання спіралі; - тривалість змішування; - загальна маса СМ у змішувачі; - експериментальне значення коефіцієнту поздовжнього змішування; - теоретичний коефіцієнт поздовжнього змішування.

Необхідну довжину гвинтового змішувача визначено із залежності

, (2)

де - середній час перебування частинок у змішувачі; , де - відносна дисперсія логарифму часу перебування частинок матеріалу у змішувачі.

Визначено час, необхідний для зниження збурення на вході до заданої величини з рівняння (1)

, (3)

Доведено, що зменшенню необхідного часу перебування компонентів у змішувачі і відповідно довжини циліндра змішувача сприяє збільшення величини дисперсії або теоретичного коефіцієнта поздовжнього змішування . Визначено довжину, на якій необхідно проводити змішування сипкого матеріалу для забезпечення відповідної якості

, (4)

де - коефіцієнт згладжування.

Встановлено зв'язок між значенням теоретичного коефіцієнту поздовжнього змішування, який не враховує наявність щілини між валом робочого органу та гвинтовою спіраллю, і експериментальним

, (5)

де - експериментально визначені коефіцієнти, що враховують вплив щілини на процес змішування; - щілина між валом і спіраллю.

Підвищення характеристик якості змішування СМ шляхом усунення впливу та утворення пасивних зон досягається шляхом застосування відповідного технологічного обладнання, оснащеного гвинтовими робочими органами, конструктивні особливості виконання яких визначаються вимогами як до якості змішування, так і до структури їх компонувань.

Для проведення теоретичних досліджень ГСЛЗ використано розрахункову схему (рис. 1). Для розрахунків вводили такі припущення:

а) транспортований матеріал не пружний; б) хорда у сегменті, який обмежує площу поперечного перерізу сипкого матеріалу в гвинтовому змішувачі, є горизонтальною, що відповідає тихохідним транспортерам; в) весь сипкий матеріал, який подає лопатеве колесо, потрапляє у завантажувальне русло.

Увесь сипкий матеріал, поданий лопатевим колесом, потрапляє в русло дефлектора, коли параметри його руху відповідають системі рівнянь:

, (6)

, (7)

, 8)

, (9)

де - коефіцієнти, які враховують вплив режиму повітряного потоку на транспортування сипкого матеріалу; - відповідно максимальна та мінімальна швидкості подачі сипкого матеріалу лопатевим колесом; - відповідно максимальний і мінімальний кути, які утворюються між горизонтальною віссю абсцис та напрямками відповідних векторів швидкості ; ,, - конструктивні параметри установки; - центральний кут рівчака, відлічуваний від горизонтальної осі; - коефіцієнти, які враховують форму русла трубопроводу та дефлектора; - мінімальний радіус, на якому здійснюється подача СМ за заданою траєкторією; - граничний кут відхилення лопаті, при якому здійснюється транспортування СМ; - кут нахилу лопаті колеса.

Визначено коефіцієнти, які враховують вплив режиму повітряного потоку на транспортування сипких матеріалів:

, (10)

(11)

Визначено значення параметрів

; (12)

, (13)

де ; ; - кутова швидкість колеса; - проекції швидкості руху повітряного потоку на осі координат; - координата точки початку руху сипкого матеріалу; - час повороту робочого колеса; - коефіцієнт тертя матеріалу частинки з лопаттю;

, (14)

; (15)

де - коефіцієнт корисної дії лопатевого колеса.

Розрахункова схема для визначення продуктивності змішувача подана на рис. 2. Виходячи із параметрів об'єму матеріалу, який заповнює простір між двома сусідніми лопатями, визначено продуктивність гвинтового стрічкового робочого органу.

Визначено об'єм СМ, що подається в міжлопатевий простір двох сусідніх лопатей гвинтовим механізмом

. (16)

Визначено об'єм СМ між двома сусідніми лопатями, який викидається в русло дефлектора

, (17)

де - умовно скорочені вирази для визначення питомої продуктивності лопаті.

Умова повної подачі матеріалу повинна відповідати нерівності: .

Величина критичної продуктивності, тобто продуктивності за умови можливості повного подавання матеріалу в русло трубопроводу

, (18)

де .

Для визначення максимального моменту, який може передавати розроблений гвинтовий робочий орган при змішуванні, була складена динамічна модель, що в достатній мірі відображає процес його роботи. Для спрощення розрахунків розподілена маса спіралі з матеріалом в досліджуваній моделі приведена до системи двох зосереджених мас, з'єднаних пружною невагомою ланкою. Аналіз моделі показав, що максимум наступає через половину періоду власних коливань системи. Після відповідних перетворень визначено амплітудне значення максимального динамічного моменту, який виникає у пружній ланці гвинтового змішувача-транспортера,

, (19)

де - коефіцієнт, що визначається з початкових умов; - частота коливань системи; - коефіцієнт затухання; - частковий розв'язок рівняння.

Для визначення залежності максимального динамічного моменту на валу від параметрів системи проведено чисельні дослідження в діапазоні їх реальних значень для величин параметрів крутної жорсткості , в'язкості системи , моментів інерції ланок , , крутного моменту двигуна , моменту опору вантажу суміші які вказані на рис.3.

У третьому розділі викладено програму та методику експериментальних досліджень. Згідно з програмою розроблено конструкцію установки для дослідження процесу змішування й транспортування СМ. Компонувально-конструктивна схема ГСЛЗ з лопатевим перекидним механізмом подана на рис. 4.

Робота лопатевого змішувача здійснюється наступним чином. Вмикається привід, під дією якого обертається вал 3 із гвинтовими спіралями 2 та 14. Технологічний процес змішування та транспортування здійснюється за рахунок надходження СМ з бункера 4 в корпус гвинтового змішувача 1. СМ з бункера 4 у співвідношеннях, які регулюються відкриванням шиберів відповідних секцій завантажувального бункера, подаються на завантажувальну стрічкову спіраль 2, якою змішуються й транспортуються далі - в зону крильчатки 6, яка подає СМ в русло дефлектора та потрапляє в розвантажувальний бункер, звідти спіраллю 14 додатково змішується й вивантажується у відповідні місткості.

Рис. 4. Конструктивно-компонувальна схема гвинтового стрічково-лопатевого змішувача-транспортера СМ з центральним приводом

1 - корпус; 2,14 - гвинтові спіралі; 3 - вал; 4 - завантажувальний бункер; 5 - заслінки; 6 - лопать; 7 - електродвигун приводу;

8 - муфта; 9 - зірочка; 10 - підшипник; 11 - трубопровід;

12 - розвантажувальний бункер; 13 - рукав; 15 - стійки; 16 - рама

Методикою експериментальних досліджень передбачалось визначення впливу конструктивних параметрів робочого органу та режимів технологічного процесу змішування й транспортування на якість отриманої суміші, яка оцінювалась за вмістом контрольного компоненту, на продуктивність ГСЛЗ та силових параметрів процесу з розробкою конструкції та виготовленням вимірювача крутного моменту. Проведено математичне планування досліджень та визначено критерії подібності процесу змішування й транспортування СМ, виведено рівняння регресії процесів змішування посівних матеріалів і комбікормів, розроблено методику використання результатів дослідних даних для проектування ГСЛЗ з іншими характеристиками. сипкий матеріал гвинтовий змішувач

У четвертому розділі викладено результати експериментальних досліджень, які проводились за методикою, поданою в третьому розділі, та аналіз отриманих даних. В процесі експериментів проведено дві серії досліджень для посівних матеріалів і комбікормів. В кожній серії досліджено вплив технологічних параметрів процесу змішування та конструктивних параметрів змішувача на якість отриманої суміші, продуктивність змішування й транспортування. Досліджувалися енергосилові параметри процесу змішування та транспортування СМ.

Визначено залежності впливу параметрів змішування на якість отриманої суміші (рис.5), яка характеризується за допомогою коефіцієнта нерівномірності концентрації контрольного компоненту у вибірках. Графічні залежності підтверджують, що змішування посівного матеріалу та комбікормів суттєво залежать від частоти обертання робочого органу ГСЗ та ГСЛЗ. Для покращення якості перемішування компонентів суміші при змішуванні посівних матеріалів рекомендовано оптимальні значення частоти обертання - 140-180 об/хв. Вміст контрольного компоненту (насіння вики) повинен забезпечуватись в межах 18-22% до загальної маси суміші. Для комбікорму забезпечується рівномірне перемішування компонентів і вміст контрольного компоненту в межах 9-11% за частоти обертання гвинтового робочого органу 130_170 об/хв.

Для опису процесу змішування рівняння регресії мають вид:

; (20)

. (21)

Експериментальні залежності зміни коефіцієнта поздовжнього змішування від частоти обертання робочого органу та щілини між гвинтовою спіраллю і його валом подані на рис. 6. Підтверджено теоретичну залежність коефіцієнта поздовжнього змішування від частоти обертання робочого органу без щілини між валом і внутрішнім отвором гвинтової спіралі (рис.6,б)

Доведено, що продуктивність змішування та транспортування підвищується із збільшенням частоти обертання, однак при цьому зростає травмування зерен змішуваних компонентів, що може знизити сходження посівного матеріалу. Тому рекомендовано проводити змішування посівного матеріалу з обертами робочого органу в межах 160-180 об/хв, а комбікормів - об/хв.

Для визначення продуктивності процесу рівняння регресії мають вид:

, (22)

, (23)

У п'ятому розділі приведено аналіз технологічності конструкції розробленого ГСЛЗ та техніко-економічне обґрунтування доцільності використання розроблених конструкцій змішувачів у сільськогосподарському виробництві, зроблено оцінку на конкурентноспроможність змішувачів СМ сільськогосподарської продукції та розглянуто особливості опису геометрії гофрованих гвинтових стрічок, приведено методику їх проектування.

В результаті досліджень встановлено, що підвищення якості змішування СМ досягається використанням гофрованих гвинтових спіралей, які описуються такими основними геометричними параметрами:

, (24)

, (25)

де - параметр кроку гвинтової спіралі; - функціональний радіус-вектор; - кутова амплітуда гофрів; - кутова координата у площині поперечного перерізу профілю; - кутова характеристика профілю; - амплітуда гофрів; - лінійні амплітуди гофрів, відповідно зовнішнім і внутрішнім контурам спіралі; - ширина витка; - товщина стрічки.

Встановлено, що складові параметри отриманих рівнянь у процесі моделювання робочих органів гвинтових змішувачів доцільно визначати на основі вихідних конструктивних і технологічних характеристик та фізико-механічних властивостей їх робочого середовища.

Гвинтова спіраль гофрована за усією шириною витка зі змінною амплітудою гофрів у радіальному напрямку зображена на рис. 8. В результаті експериментальних досліджень підтверджено ефективність використання таких робочих органів.

Загалом, у дослідженнях робочих органів машин із поглибленням оптимізації моделей різко зростає складність та об'єм витрат на їх створення й відпрацювання. Тому опис геометрії гофрованих спіралей шнеків, якими оснащені робочі органи змішувачів та інші виконавчі механізми транспортно-технологічних систем машин, за вказаною методикою має велике значення, оскільки дозволяє здійснювати побудову запропонованих моделей та досліджувати їх за допомогою сучасної комп'ютерної техніки, в тому числі і в режимі графічного відтворення, на різних рівнях різного ступеня деталізації.

Запропонована конструкція ГСЛЗ має широке практичне використання в сільськогосподарському виробництві для виконання циклу операцій: транспортування, змішування, протруювання насіння, збагачення кормів біологічними домішками та інших операцій в різних галузях народного господарства.

Визначено річний економічний ефект від використання запропонованого ГСЛЗ, який склав 2,5 тис. грн.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення й нове вирішення науково-прикладної задачі, що полягає у підвищенні якості процесів змішування СМ шляхом розроблення раціонального технологічного процесу з використанням засобів механізації у вигляді ГСЗ та ГСЛЗ.

На основі комплексних досліджень, теоретичних розробок та узагальнень з позиції системного підходу, сформульовано методи розв'язання науково-прикладної задачі. Використання цих методів та запропонованих засобів механізації дозволить забезпечити подальший розвиток процесів змішування та транспортування СМ з різними реологічними властивостями та розширення їх технологічних функцій.

На основі дифузійної моделі процесів змішування СМ вперше визначено коефіцієнт поздовжнього змішування, який знаходиться в межах 900-2000 і зростає із збільшенням просипання компонентів, що дало можливість вивести аналітичні залежності для визначення довжини гвинтового стрічкового органу, тривалості змішування та інших конструктивних і технологічних параметрів.

Вперше розроблено теоретичні основи проектування лопатевого змішувача з визначенням кінематичних і технологічних параметрів під час руху потоку в дефлекторі на основі диференціальних рівнянь руху, розроблено динамічну модель роботи змішувача з гвинтовим стрічковим робочим органом, виведено аналітичні залежності для визначення силових і раціональних конструктивних параметрів змішувачів з різними режимами роботи, які покладено в основу розрахунку й проектування відповідних засобів механізації процесів змішування та транспортування і підвищують якість змішування. Визначено максимальне значення динамічного моменту системи з параметрами: Нм; Нс/м; кгм2; кгм2; Нм; Нм.

Проведено експериментальні дослідження, в результаті яких встановлено, що підвищення якості змішування сумішей СМ забезпечується збільшенням величини щілини між валом і внутрішнім отвором гвинтової стрічкової спіралі в межах найбільшого діаметра зерна фракції з коефіцієнтом завантаження змішувача і відповідних режимів роботи. Стабільність роботи змішувача суттєво залежить від коефіцієнту завантаження змішувача та кроку гвинтової стрічки, яка лежить в межах , для мінімальних значень цього параметру якість змішування суміші збільшується. При цьому діаметр гвинтової стрічки доцільно вибирати в межах мм при частоті обертання валу об/хв.

Для змішування СМ з близькими реологічними характеристиками: розмірами зерен, величиною коефіцієнтів тертя - доцільно використовувати ГСЗ з довжиною змішувальної частини гвинта спіралі й частотою обертання об/хв, для змішування СМ з різними реологічними властивостями доцільно використовувати засоби механізації у вигляді ГСЛЗ, в якого продуктивність гвинтового дозатора менша продуктивності лопатевого механізму з кутом встановлення лопаті 5-100 до напрямку руху потоку суміші.

Розроблено методи розрахунку гвинтових стрічкових, стрічково-лопатевих змішувачів СМ з дефлекторами та гвинтових гофрованих поверхонь, технологічних процесів і вибір раціональних схем, режимів роботи з регульованими конструкторсько-технологічними параметрами шляхом створення набору інструментальних засобів, які дозволяють розв'язати багатоваріантну задачу проектування технологічних процесів і засобів механізації для змішування СМ. Встановлено конструктивні параметри ГСЛЗ для транспортування зерна з умови забезпечення максимальної продуктивності до кг/с: зовнішній та внутрішній радіуси дефлектора відповідно мм, мм, ширина лопаті мм, радіус кола обертання лопаті мм, радіус шнека мм, розміщення центру кривини дефлектора відносно осі шнека мм, мм. Кількість лопатей вентилятора (), центральний кут рівчака . Проведені експериментальні дослідження підтвердили адекватність теоретично виведених залежностей технологічних параметрів.

На основі результатів теоретичних і експериментальних досліджень спроектовано, виготовлено і досліджено засоби механізації з суміщеними технологічними можливостями для змішування й транспортування СМ в умовах сільськогосподарського виробництва та інженерну методику їх проектування. Встановлено, що запропонована конструкція ГСЛЗ забезпечує змішування з нерівномірністю %. Новизна роботи захищена чотирма патентами України на винаходи. Конструкції обладнання та результати досліджень передано підприємствам “Універст” і ВАТ “ТеКЗ” для проектування техніки фермерським і колективним господарствам. Річний економічний ефект від впровадження ГСЛЗ становить тис. грн.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ВИКЛАДЕНИЙ В ТАКИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Гевко І.Б., Вітровий А.О., Гурик О.Я. Динамічна модель процесу транспортування сипких матеріалів гвинтовим конвеєром // Зб. наук. статей “Сільськогосподарські машини” .-Вип. 8. -Луцьк: ЛДТУ, 2000. - С. 72-82. (Особистий внесок - встановив залежності продуктивності та величини моменту транспортування сипких матеріалів від частоти обертання робочого органу і адекватність динамічної моделі).

2. Гевко І.Б., Гурик О.Я. Дослідження конструкторсько-технологічних параметрів зони перевантаження гвинтових транспортно-технологічних систем // Зб. наук. праць національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”. -Т. 8. _ К.: НАУ, 2000. _ С.184-190. (Особистий внесок - вивів залежності для визначення конструктивно-технологічних параметрів гвинтових транспортно-змішувальних систем).

3. Гурик О.Я. Розрахунок елементів конструкції лопатевого змішувача на міцність. Сільськогосподарські машини // Зб. наук. статей. Вип.7. _ Луцьк: ЛДТУ, 2000. _ С. 54-60.

4. Гурик О.Я., Драган А.П., Гевко І.Б. До питання моделювання геометрії робочих органів гвинтових змішувачів // Вісник ТДТУ. -2002. -Т. 7, №4. -С. 54-60. (Особистий внесок -запропонував опис геометрії гвинтової спіралі з гофрованою поверхнею витка за всією його шириною).

5. Матвійчук А.В., Гурик О.Я. Фрикционная муфта. - М.: Машиностроитель, 1991. -№6.- _С. 32. (Особистий внесок - провів конструктивний розрахунок елементів запобіжної муфти).

6. Пилипець М.І., Гевко І.Б., Паньків М.Р., Гурик О.Я. Обґрунтування параметрів гвинтових механізмів на основі навитих заготовок // Зб. наук. статей “Сільськогосподарські машини”. -Вип. 8. -Луцьк: ЛДТУ, 2000. -С.190-197. (Особистий внесок - запропонував конструкцію гнучкого гвинтового конвеєра).

7. Пилипець М.І., Гурик О.Я. Дослідження процесу транспортування і змішування сипких матеріалів шнеково-лопатевим агрегатом // Зб. наук. праць національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”. _Т. 9._К.: НАУ, 2000. - С.206-214. (Особистий внесок - запропонував методику визначення продуктивності лопатевого агрегату і провів комплекс експериментальних досліджень змішування сипких матеріалів).

8. Радик Д.Л., Гурик О.Я. Дослідження енерговитрат шнеково-лопатевого змішувача // Вісник ТДТУ, 2001.-Т. 6, №3. -С. 56-61. (Особистий внесок - використав існуючу методику для розрахунку енерговитрат шнеково - лопатевого змішувача).

9. Шнековий агрегат для подачі кормів. Пат. 40287А, Україна, 7 В65G 33/16 /Пилипець М.І., Гевко І.Б., Гурик О.Я. -№ 2000116494; Заявл. 17.11.00; Опубл. 16.07.01; Бюл. № 6. (Особистий внесок - запропонував конструкцію шнекового агрегату для усунення мертвої зони при транспортуванні і змішуванні).

10. Шнеково-лопатевий агрегат. Пат. 40935 А, Україна, 7В65G33/16 / Пилипець М.І., Гурик О.Я., Гевко І.Б. -№ 2000116492; Заявл. 17.11.00; Опубл. 15.08.01; Бюл. № 7. (Особистий внесок - запропонував нову конструкцію шнеково-лопатевого робочого органу).

11. Гвинтовий змішувач. Пат. 52286 А, Україна, 7B65G33/26 / Гевко І.Б., Гупка Б.В., Гурик О.Я., Лясота О.М. -№2002042624; Заявл.02.04.02; Опубл.16.12.02; Бюл. №12. (Особистий внесок - запропонував схему робочого органу гвинтового змішувача).

12. Пристрій для вимірювання величини крутного моменту. Пат. 52275 А, Україна, 7G01L5/24 / Гупка Б.В., Білик С.Г., Комар Р.В., Гурик О.Я., Лясота О.М. _№2002042597; Заявл. 02.04.02; Опубл. 16.12.02; Бюл. №12. (Особистий внесок - запропонував технічну схему пристрою для вимірювання крутного моменту).

13. Гурик О.Я. До процесу змішування сипких матеріалів // Тези доповіді п'ятої науково-технічної конференції. -Тернопіль: ТДТУ, 2000. - С.46.

14. Гурик О.Я. Результати експериментальних досліджень процесу змішування сипких матеріалів // Тези доповіді на шостій науковій конференції. -Тернопіль: ТДТУ, 2002. -С.45.

15. Пилипець М.І., Гурик О.Я. Засоби для транспортування сипких матеріалів // Тези доповідей четвертої науково-технічної конференції ТДТУ “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні”. _ Тернопіль: ТДТУ, 2000._ С.59. (Особистий внесок - запропонував і дослідив технологічний процес змішування).

АНОТАЦІЯ

Гурик О.Я. Обґрунтування параметрів транспортерів-змішувачів сипких матеріалів . _Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя. -Тернопіль, 2003.

У дисертаційній роботі подано наукові дослідження, спрямовані на підвищення ефективності процесу змішування сипких матеріалів засобами механізації у вигляді ГСЛЗ шляхом вибору раціональних конструктивно - технологічних параметрів. Використано дифузійну модель процесу змішування сипких матеріалів, розроблено математичну і динамічні моделі ГСЗ та ГСЛЗ та технологічні основи їх проектування і взаємодію лопатей із компонентами змішуваної суміші. Виведені аналітичні залежності для визначення технологічних і конструктивних параметрів змішувача. Теоретично і експериментально обґрунтовано конструкторсько-технологічні параметри гвинтових і лопатевих елементів змішувача, які відпрацьовані на технологічність конструкції. Вперше розроблено технологічні основи проектування навитих гвинтових гофрованих стрічок та технологічне оснащення для їх виготовлення, що забезпечує утворення за внутрішнім діаметром стрічки хвилястого профілю. Розроблено методи розрахунку на міцність та інженерну методику проектування засобів механізації процесів змішування і транспортування у вигляді ГСЗ і ГСЛЗ сипких матеріалів, технологічних процесів та вибір раціональних схем, режимів роботи з регульованими конструкторсько-технологічними параметрами.

Ключові слова: змішувач - транспортер, гвинтовий стрічково-лопатевий змішувач, робочий орган, сипкий матеріал, коефіцієнт поздовжнього змішування.

Huryk O.Y. Substantiation of the transporter-mixers parametres of bulk materials. -The manuscript.

Thesis submitted for the scientific degree of the Candidate of Sciences (Engineering) in speciality 05.05.11 - Machines and means of agricultural production mechanisation - Ternopil Ivan Pulъj State Technical University. - Ternopil, 2003.

Scientific investigation deals with the raising of bulk materials mixing efficiency by means of mechanisation (belt-blade mixer) due to the selection of the efficient construction-technological parameters. Diffusion model of bulk materials mixing is used. Mathematic and dynamic models of the screw belt and belt-blade mixers as well as the technological basis of their design, interaction of blades with the mixing mixture, are developed. Analytical dependencies for determination of the technological and construction parametres of the mixer, are found. Construction-technological parametres of the screw and blade parts of the mixer are reasoned theoretically and experimentally. For the first time the technological basis of the winded corrugated design as well as technological equipment for their production were developed. The methods of calculation the strength and design engineereng method of of the mixing mechanisation means as well as transporting in the form of bulk materials screw - belt and belt-blade mixers, are developed, as well as the technological processes and efficient schemes selection, operation regimes, with the controlled construction-technological parametres.

Key words: transporter, screw belt-blade mixer, working part, bulk material, linear mixing coefficient.

Гурык О.Я. Обоснование параметров транспортеров-смесителей сыпучих материалов. _Рукопись.

Дисертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя. - Тернополь, 2003.

В дисертационной работе проведен анализ существующих технологий смешивания смесей сыпучих материаллов, конструкций для обеспечения этих процессов. Представлены научные исследования, направленные на повышение эффективности процесса смешивания сыпучих материалов средствами механизации в виде ленточно-лопастного смесителя путем выбора рациональных конструкторско-технологических параметров. Использована дифузионная модель процесса смешивания сыпучих материалов, выведен коэффициент продольного смешивания, который позволяет теоретически определить необходимую длину винтового рабочего органа для обеспечения заданного качества смеси, разработаны математическая и динамическая модели винтового ленточного - и ленточно-лопастного смесителей, технологические основы их проектирования и взаимодействие лопастей с компонентами смеси. Выведены аналитические зависимости для определения технологических и конструктивных параметров смесителя. Теоретически и экспериментально обосновано конструктивно - технологические параметры винтовых и лопастных элементов смесителя, которые отработаны на технологичность конструкции. Проведен комплекс исследований качества смеси в зависимости от технологических параметров процеса смешивания и конструкции робочих органов смесителя. Даны рекомендации по использованию спроектированных конструкций винтового ленточного и винтового ленточно-лопастного смесителей. Приведено технико-экономическое обоснование использование предложеных смесителей, определена их конкурентоспособность на современном рынке оборудования для сельского хозяйства. Впервые разработаны технологические основы проектирования витых гофрированных полос из заготовки с соотношением ширины к толщине и технологическая оснастка, которая обеспечивает создание по внутреннему диаметру волнистого профиля, который изменяется по синусоидальному закону с соответствующими параметрами ширины волнистой линии, длины волны и амплитуды. Установлено, что использование гофрированных винтовых полос позволяет обеспечить осевое ускорение смеси и соответственно повысить качество смеси. Повышенное качество смешивания сыпучих материалов обеспечивается увеличением зазора между валом и внутренним диаметром винтовой полосы в пределах (3-5)d, где d - наибольший диаметр зерна фракции при коэффициенте заполнения смесителя 0,5-0,7 и частоте вращения 140-180 об/мин. Разработаны методы расчета на прочность и инженерная методика проектирования средств механизации процессов смешивания и транспортирования в виде винтовых ленточных и ленточно-лопастных смесителей сыпучих материалов, технологических процессов и выбор рациональных схем, режимов работы с регулируемыми конструкторско-технологическими параметрами.

Ключевые слова: смеситель-транспортер, винтовой ленточно-лопастный смеситель, рабочий орган, сыпучий материал, коэффициент продольного смешивания.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены