автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Механико-технологические основы создания кормоприготовительных машин с вибрируемым зернистым слоем

На правах рукописи

УДК 631.363:534.1(043.3)

Пирожков Дмитрий Николаевич

МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ КОРМОПРИГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН С ВИБРИРУЕМЫМ ЗЕРНИСТЫМ СЛОЕМ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

1 5 [,іД? ¿С12

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Барнаул 2012

005011781

005011781

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный аграрный университет»

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор И.Я. Федоренко (ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»)

доктор технических наук, профессор A.B. Фоминых (ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева»)

доктор технических наук, профессор О.Д. Черепов (ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»)

доктор технических наук, профессор Г.М. Харченко (ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»)

Ведущее предприятие:

ФГБОУ ВПО «Омский государственный агарный университет им. П. А. Столыпина»

Защита состоится «30» марта 2012 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.02 при ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» по адресу: 656038, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, тел/факс (8-3852) 36-71-29, htpp://www.altstu.ru, e-mail: elnis@inbox.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенные печатью Вашего учреждения просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «24» февраля 2012 г. Ученый секретарь диссертационного совета //1

доктор технических наук, профессор и (</ Л.В.Куликова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Обеспечение продовольственной безопасности страны в части снабжения населения животноводческой продукцией, восстановление и наращивание поголовья сельскохозяйственных животных, высокая продуктивность и эффективность животноводческой отрасли во многом зависят от правильного кормления животных. Исследования ученых зоотехников сводятся к тому, что основным рационом животных должны быть специальным образом подготовленные корма. Существующие технические средства выполнения основных технологических операций кормоприготов-ления зачастую не обеспечивают в полной мере заданные зоотехнические требования к готовой продукции, являются материало- и энергоемкими, требуют высоких затрат труда и средств для приготовления кормов. Поэтому все выше перечисленное отрицательно сказывается на себестоимости животноводческой продукции.

Одним из направлений совершенствования кормоприготовительной техники является использование полезного действия вибрации. Вибрация позволяет получать заданные физико-механические свойства обрабатываемого кормового материала. Отсутствие вращающихся частей, контактирующих с кормом, отсутствие дополнительных механических передач между приводящим электродвигателем и рабочими органами вибромашины для осуществления рабочего процесса, простота конструкции и ее высокая надежность также являются основными достоинствами использования вибраций в кормопроизводстве.

Наиболее эффективным является использование механических колебаний при обработке сыпучих материалов, поскольку вибрационное воздействие на зернистый слой заставляет его изменять свои физико-механические свойства в довольно широких пределах. Это обстоятельство позволяет использовать данный эффект для качественного осуществления различных технологических операций кормопроизводства. В то же время, существующий уровень теоретической проработки вопросов взаимодействия зернистого материала с вибрирующими рабочими органами, а также его поведение при таком взаимодействии не объясняет всего многообразия наблюдаемых явлений. Поэтому данная работа посвящена анализу работы существующих кормоприготови-тельных вибрационных машин и разработке теоретических методов расчета новых, проектируемых машин, работающих с толстыми слоями зернистых материалов.

На основании выше изложенного можно отметить, что повышение эффективности работы вибрационной кормоприготовительной техники, взаимодействующей с зернистыми материалами, путем определения рациональных динамических режимов движения виброожиженного слоя сыпучего материала на основе математического моделирования является актуальной проблемой, имеющей важное значение в кормоприготовительной и животноводческой отраслях.

В диссертации проанализированы и обобщены данные из литературных источников, приводятся результаты научно-исследовательской деятельности автора, а также данные, полученные при совместной работе автора с другими исследователями по этой проблеме.

Работа выполнена на кафедрах «Механизация животноводства» и «Механика машин и сооружений» Алтайского государственного аграрного университета» в соответствии с планом фундаментальных научно-исследовательских работ Российской

академии наук на период до 2025 г. «Развитие теории вибрационных машин различного целевого назначения для разработки высокоэффективных технологических процессов в агропромышленном комплексе», с федеральной целевой научно-технической программой, финансируемой из средств госбюджета (регистрационный № 01201157188), с региональной программой прикладных научно-исследовательских работ «Обоснование, разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий и технических средств для приготовления кормов (регистрационный № 01201157189).

Научная гипотеза: сыпучая среда при воздействии вибраций может рассматриваться с позиций синергетики как самоорганизующаяся система, формирующая сложные пространственные диссипативные структуры, которые можно использовать в сельскохозяйственной технологии.

Цель работы: повышение эффективности работы кормоприготовительных машин путем определения рациональных динамических режимов движения вибрируемо-го зернистого слоя на основе математического моделирования.

Для достижения указанной цели работы были поставлены и решены следующ задачи:

1. Изучить совокупность процессов и действие сил, возникающих в слое зернистого материала при вертикальных и горизонтальных колебаниях.

2. Разработать математическую модель вибрируемого зернистого слоя на основе теории сплошной среды, учитывающую отличительные особенности сыпучего материала, подвергаемого воздействию вибрации.

3. Обосновать возможность использования методов синергетики для исследования динамических режимов виброожиженного слоя зернистого материала. Объяснить на основе синергетических подходов существование различных экспериментально наблюдаемых типов динамического состояния вибрируемого зернистого слоя.

4. Разработать алгоритмы и методы расчета вибрационных кормоприготовительных машин на основе созданных математических моделей виброожиженного зернистого материала.

5. Оценить перспективы использования результатов исследования и их экономическую эффективность при создании кормоприготовительных машин с вибрируемым зернистым слоем.

Объектом исследования являются вибрационные технологические процессы обработки кормовых сыпучих материалов и вибрационные кормоприготовительные машины.

Предметом исследования являются математические модели виброожиженного слоя сыпучего материала.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы гидродинамики и термодинамики, методы синергетики, методы теоретической механики, методы теории подобия и математического моделирования, методы численного решения дифференциальных уравнений, методы исследования устойчивости динамических систем, методы планирования эксперимента и математической статистики.

Научная новизна.

- разработана гидродинамическая модель виброожиженного слоя сыпучего материала, получены критерии подобия, представляющие собой вибрационные аналоги чисел Эйлера, Рейнольдса, Фруда, Релея, Прандтля, позволяющие использовать математиче-

ский аппарат термо- и гидродинамики для моделирования поведения виброожиженно-го слоя сыпучего материала.

- доказано, что вибрируемый зернистый слой является синергетической системой, то есть для моделирования его поведения применимы законы и методы синергетики.

- выполнено сведение гидродинамической модели виброожиженного материала к модели Лоренца, позволяющей определять динамическое состояние вибрируемого зернистого слоя.

- разработан общий алгоритм расчета кормоприготовительных машин с вибрируемым зернистым слоем, на основе которого созданы методики расчета вибрационного дозатора, вибрационного смесителя и вибрационного очистителя для зернистых кормовых материалов.

Практическая значимость. В результате проведенных исследований разработаны методы и алгоритмы расчета вибрационных кормоприготовительных машин, позволяющие качественно оценивать динамическое состояние обрабатываемого материала, что дает возможность анализировать работу существующего и создавать новое технологическое оборудование с рациональными эксплуатационными характеристиками. Указанные методы и алгоритмы расчета могут быть использованы в проектных организациях, занимающихся разработкой кормоприготовительного оборудования при разработке устройств очистки от примесей, дозирования, смешивания и выполнения других технологических операций с зернистыми кормовыми материалами.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы на предприятии ООО «Сибирский агропромышленный дом», а именно: внедрены методики расчета конструктивно-технологических параметров, эксплуатационных характеристик, а также качественных показателей технологических процессов вибрационных машин различного назначения (вибрационные дозаторы и вибрационные смесители). В ООО «Алтайские вибромашины» внедрены методики расчета конструктивно-технологических параметров, разработаны чертежи и изготовлено 20 многокомпонентных вибрационных дозаторов и 5 вибрационных смесителей сыпучих кормовых материалов. Научные разработки внедрены в учебный процесс Алтайского ГАУ и используются при чтении лекций, а также при подготовке аспирантов и выполнении студентами курсовых и дипломных работ на кафедрах «Механизация животноводства», «Сельскохозяйственные машины», «Тракторы и автомобили».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на XXXII Уральском семинаре по механике и процессам управления (г. Миасс, 2002), Х1Л1 научно-технической конференции (г. Челябинск, 2003), Юбилейной международной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве» (г.Барнаул, 2003), II международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (г. Тобольск, 2004), Международной научно-практической конференции «Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири» (п.Краснообск, 2008), II, III и VI Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (г.Барнаул, 2007, 2008,2011 гг.)

На защиту выносятся:

- синергетический подход к рассмотрению динамики виброожиженного слоя зернисто-

го материала, позволяющий применять методы синергетики к описанию динамического поведения виброожиженного зернистого слоя;

- гидродинамическая модель виброожиженного слоя зернистого материала, позволяющая адекватно описать динамику этого слоя и объяснить причины наблюдаемых явлений при воздействии вибрации на зернистый материал;

-общий алгоритм и частные методики расчета вибрационных машин на основе гидродинамической модели виброожиженного слоя зернистого материала;

- оценка экономической эффективности и применимость результатов работы в животноводстве и перерабатывающей промышленности.

Достоверность теоретических исследований обеспечивается математической корректностью постановки задач, соответствием полученных критериев подобия положениям термо-»: гидродинамики, количественным и качественным совпадением результатов численных решений с экспериментальными данными.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 27 печатных работах, в том числе: 9 статей в изданиях из перечня ВАК РФ, 6 патентов РФ на изобретение, одна монография, 9 статей в других изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка из 210 наименований, восьми приложений. Общий объем работы составляет 293 страницы, в том числе 29 таблиц, 78 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы научная гипотеза и цель, поставлены задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая значимость, приведены основные положения работы, выносимые на защиту.

В первой главе дается краткий обзор и анализ явлений и фактов, экспериментально наблюдаемых в вибрируемом зернистом слое, а также анализ существующих математических моделей для описания наблюдаемых явлений.

В наши дни машины вибрационного принципа действия получили большое распространение. На предприятиях сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности вибрации успешно применяются при обработке различных зернистых (по другой терминологии - сыпучих, дисперсных) материалов и продуктов: зерна, муки, сахара песка, крахмала, крупы, какао-бобов, мясных фаршей, сухих смесей и т.д. В процессе их просеивания, центрифугирования, сепарирования, транспортирования, смешивания, дозирования, измельчения, обжарки, сушки, резки, уплотнения вибрационные рабочие органы взаимодействуют с некоторой порцией этих материалов - загрузкой машины. При этом сыпучий материал представлен в технологической машине в виде слоя той или иной толщины, обычно существенно меньшей, чем длина волны распространения вибрационных возмущений.

Применение виброметода в различных отраслях хозяйства стало возможным благодаря усилиям многих ученых, в числе которых крупнейшие советские и российские механики И.И. Артоболевский, В.В. Андронов, В.И. Бабицкий, И.И. Блехман, И.И. Быховский, Р.Ф. Ганиев, И.Ф. Гончаревич, Э.Э. Лавендел, Н.В. Михайлов, Р.Ф. Нагаев, Ю.И. Неймарк, Е.А. Непомнящий, П.Ф. Овчинников, Я.Г. Пановко, K.M. Ра-гульскис, П.А. Ребиндер, Н.Б. Урьев, К.В. Фролов, К.Ш. Ходжаев, В.Н. Челомей, В.А. Членов, С.Ф. Яцун.

Из зарубежных ученых своими трудами по данной проблеме выделяются Р. Бишоп, Д. Кумабэ, К. Магнус, П. Ребю, С.П. Тимошенко, Я. Ден Хартог.

Существенный вклад в разработку вибрационных машин и процессов агропромышленного комплекса внесли H.A. Буренков, П.М. Василенко, В.П. Горячкин, В.В. Гортинский, A.A. Дубровский, П.М. Заика, П.Н. Лапшин, П.И. Леонтьев, Г.Е. Лимонов, Г.Е. Листопад, С.А. Мачихин, Ю.А. Мачихин, М.А. Талейсник, Г.Д. Терсков, В.М. Усаковский, И.М. Федоткин, И.Я. Федоренко, A.B. Фоминых, и другие ученые.

Экспериментально установлено, что при вибрационном воздействии в сыпучем материале изменяются механизмы взаимодействия между его частицами.

Многими исследователями были отмечены изменения в поведении материала при изменении параметров вибрации. Характерной величиной, оценивающей интенсивность вибрации, является произведение амплитуды колебаний на квадрат частоты колебаний am2. При аа>2 < g после некоторого движения, связанного с уплотнением среды, наступает относительный покой, и материал движется вместе с сосудом (рисунок 1 а, начальный уровень материала показан пунктирной линией). При acó1 >g начинается упорядоченное движение сыпучей среды в виде циркуляционных, потоков (рисунок 1 б). В зависимости от высоты слоя может возникать одна или целый ансамбль ячеек циркуляции. Скорость циркуляции в этом режиме имеет постоянное по модулю значение, что можно трактовать как детерминированное (ламинарное) движение материала. При режимах, в которых aa>2»g, характеризующихся интенсивным вибровоздействием, наступает стохастическое (турбулентное) движение зернистого материала и его интенсивное перемешивание по всему объему (рисунок 1 в).

Для объяснения наблюдаемых явлений и определения кинематических и динамических характеристик вибрируемого слоя различными авторами было разработано большое количество математических моделей, которые можно разделить на несколько основных групп.

1. Модели единичной частицы. Рассматривают движение одной частицы сыпучего материала на шероховатой вибрируемой поверхности.

2. Специальные модели. Предназначены для описания процессов, происходящих только в какой-то одной, узкоспециализированной группе вибрационных машин. К таким моделям можно отнести рассмотрение сыпучего материала как двухмассовой системы, снабженной вязкими демпферами и упругими элементами; как систему тонких горизонтальных слоев, проскальзывающих друг относительно друга; модель в которой слой материала рассматривается как поршень с отверстием в центре, взаимодейст-

3. Модели сплошной среды. Рассматривают вибрируемый зернистый слой как сплошное тело, вязкую жидкость или идеальный газ.

К недостаткам первой группы моделей можно отнести то, что в них не учитываются силы взаимодействия частицы с другими, окружающими ее

вующий при своем движении с прослойкой воздуха.

jaco Jaco jaco

а 6 в

Рисунок 1 - Виды движения зернистого материала под действием вибрации

частицами, силы сопротивления воздушной среды и объемные силы, возникающие в сплошной среде (силы типа архимедовой). Подобные модели пригодны лишь для описания движения отдельных достаточно крупных тел, а также слоя, состоящего из крупных частиц, толщина которого не превышает 20-30-кратного среднего размера частиц. При рассмотрении слоя материала большей толщины модели единичной частицы являются непригодными.

Недостатками моделей второй группы является их сложность и узкоспециализированная направленность, объясняющая процессы, протекающие в материале, обрабатываемом только в отдельно взятых вибрационных машинах.

Наиболее правильным, на наш взгляд, подходом к описанию поведения вибри-руемого зернистого слоя является его описание на основе моделей сплошной среды. В этих моделях учитывается взаимодействие частиц или элементарных объемов материала друг с другом и с воздушным потоком, присутствуют объемные силы, возникающие в сплошных средах. Но из всех существующих моделей подобного типа можно выделить лишь одну - модель на основе уравнений Лоренца, объясняющую все три экспериментально наблюдаемые типа поведения вибрируемого зернистого слоя, а именно: дрожание частиц с последующим уплотнением материала; циркуляционные движения; стохастическое поведение.

Во второй главе проводятся параллели между поведением нагреваемого снизу слоя вязкой жидкости и виброожиженным сыпучим материалом. Приводятся основные понятия из современной нелинейной динамики и синергетики и доказывается их применимость к описанию динамики вибрируемого зернистого слоя.

Краеугольным камнем синергетики является понятие о диссипативных структурах как пространственно-временных упорядоченных организациях в физических, механических, химических и биологических системах. Диссипативные структуры включают в себя все типы процессов самоорганизации: колебательные процессы, пространственную упорядоченность, пространственно-временное структурирование, хаотические состояния, что и наблюдается в процессах и аппаратах вибрационного типа.

Для возникновения диссипативных структур необходимы следующие условия, которые выполняются во многих технологических машинах и аппаратах:

1. Система должна быть открытой и постоянно обмениваться веществом и энергией с окружающей средой, т.е. система должна находиться в неравновесном состоянии.

2. В системе должно быть регулирование по типу обратной связи, что отображается нелинейными дифференциальными уравнениями.

3. Отклонения от равновесия превышают критические значения, то есть рассматриваются состояния, лежащие вне термодинамической (равновесной) ветви.

4. Процессы рассматриваются в таком диапазоне параметров, когда для их описания необходимы нелинейные математические модели.

Диссипативные структуры характеризуют поведение системы в целом, которое никак нельзя было предвидеть или понять на основе свойств отдельных ее элементов.

Условия возникновения, устойчивости, перехода из одного неравновесного стационарного состояния в другое были достаточно хорошо изложены И. Пригожиным, который разработал свою теорию на основе термодинамики неравновесных процессов.

За функцию состояния термодинамической системы принимается изменение энтропии:

¿$ = ¿£ + ¿„8, (1) где ¿/,5 - производство энтропии; - поток энтропии. Энтропия обладает следующими свойствами:

1) Энтропия является экстенсивной величиной. Если система состоит из нескольких частей, полная энтропия равна сумме энтропии этих частей. Производство энтропии </,5 вызвано изменениями внутри системы, а поток энтропии ^^ возникает за счет взаимодействия системы с внешней средой.

2) Производство энтропии в реальных необратимых процессах всегда положительно:

> 0. (2) В термодинамике неравновесных процессов на основе уравнения (2) записывается полное условие термогидродинамической устойчивостн:

P[SZ'}=jf

dV> 0, (3)

где ?[<5Z'] - производство избыточной энтропии в любой произвольной части объема термодинамической системы, равновесие которой рассматривается; р - плотность;

sah* дТ R = --ß - число Релея; ß=-->0 - коэффициент, характеризующий изменение

vX dz

температуры Т в направлении вертикальной оси z\g - ускорение свободного падения; а - коэффициент теплового расширения; h - высота слоя вязкой жидкости; v - кинематическая вязкость; X - теплопроводность; 0,; - частная производная от перепада температуры по соответствующей пространственной координате; ип - /-тая компонента перепада скорости центра масс системы; со - перепад скорости потока по высоте слоя.

Применяя условие (3) для исследования конвективной неустойчивости Бенара можно использовать наименьшее из возможных значений числа Релея, при котором возникает неустойчивость. Такое значение числа Релея называется критическим и обозначается Rc. То есть, среда переходит в неустойчивое состояние при условии:

R>RC. (4)

Для проверки применимости термогидродинамического математического аппарата в целом, и условия (4) в частности, к описанию динамики вибрируемого зернистого слоя были проведены экспериментальные исследования.

Экспериментальные установки, позволяющие получать прямолинейные вертикальные (рисунок 2а) и горизонтальные (рисунок 26) колебания оснащались прозрачными сосудами кубической и цилиндрической форм. Изменяя параметры вибрационного воздействия на зернистый материал (просо), находящийся в сосуде, проводились наблюдения за его динамическим состоянием. При переходе материала от одного типа движения к другому фиксировались параметры вибрационного воздействия на него.

В качестве факторов, влияющих на динамическое состояние вибрируемого материала, использовались амплитуда и частота колебаний, а также высота слоя материала. Параметры вибрации измерялись акселерометром Analog Devices ADXL278, позволяющим измерять ускорения одновременно в двух взаимоперпендикулярных направлениях величиной ± 50 g с погрешностью не более 5 %. Показания акселерометра вы-

а) б)

Рисунок 2 - Общий вид экспериментальных установок

водились на компьютер (рисунок 3), где подвергались дальнейшей обработке.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили работоспособность критерия (4), который указывает на переход материала из состояния уплотнения к регулярным циркуляциям, применительно к вибрируемому зернистому материалу.

Третья глава посвящена разработке гидродинамической модели вибрируемого зернистого слоя. В ней

Ри с нок 3 Г асЬич кое получены критерии подобия, позволяющие моделировать поведение виброожиженного сыпучего материала представление измеряемых г тт

_ на гидродинамическом программном обеспечении. На

параметров вибрации г г г основе методов синергетики производится сведение

гидродинамической модели к модели Лоренца. Приводятся результаты компьютерного моделирования динамического поведения вибрируемого зернистого слоя и сравнение с экспериментом.

В предыдущих разделах упоминалось, что виброожиженный слой сыпучего материала напоминает вязкую жидкость и его поведение может быть описано при помощи уравнения Навье-Стокса:

~+{у\/)У =—ёгас1р + уКУ2 + /^ (5)

где V - скорость; р - давление; V - оператор Набла; ^ - силы, отличающие виброожиженный сыпучий материал от вязкой жидкости.

Для определения последнего слагаемого в правой части выражения (5) было рассмотрено движение частицы материала в сплошной среде виброожиженного сыпучего материала при прямолинейных вертикальных колебаниях (рисунок 4), где: - архимедова сила от действия воздуха, /;'/1(с) - архимедова сила от действия сыпучего ма-

У

- *А1С) ■

t

fcV'v

■ • " >

- (h0 - y) sign (>' - acó ■ eos cot ■ exp (-£.)')) + ¡

(6)

-1

териала; Fc - сила сухого трения; FB - сила динамического напора со стороны воздушного потока; G - сила тяжести.

Дифференциальное уравнение движения частицы с учетом всех сил, действующих на нее (рисунок 4) выглядит следующим образом:

у = (и0 exp (-Sy) sin at - j>) |í/0 exp (Sy)sin cot - y| + , бgpkf,

<lp. ..... 4 - - -где С, - коэффициент сопротивления; рв - плотность воздуха; рч - плотность частицы; d - эквивалентный диаметр частицы; U0 -амплитудное значение скорости воздуха в сечении Y- 0; 8- коэффициент пространственного затухания скорости воздушного потока; а - частота колебаний; / - время; р - плотность вибро-ожиженного сыпучего материала; к - коэффициент подвижности материала;/- коэффициент внутреннего трения материала; h - высота слоя материала над частицей; /г0 - максимальная высота слоя материала в сосуде; у - текущая координата частицы; а - амплитуда колебаний; £ - коэффициент затухания колебаний в сыпучем материале.

Численное решение уравнения (6) дает траекторию движения частицы (ри-

, с сунок 5).

Рисунок 5 - Перемещение частицы под дей- Анализ рисунка 5 показывает> что

ствием вибрации в сыпучем материале частица подннмается под действием объемных сил на некоторую высоту и «зависает», совершая колебания на высоте, близкой к поверхности слоя материала.

Подставив выражения для сил, указанных на рисунке 4 в уравнение (5) и записав его в координатной форме для плоской картины движения, получим:

Рисунок 4 - Силы, действующие на частицу в вибро-ожиженном сыпучем материале

о.з

.......:;лШШШШ®м іщшішштшшш

Г

Г

I

дУ = 1 ф (д\ ) д2Ух dt рдх V[ дх2 ду2

dt

\_Sp_ Р Sy

д% 3%

—г+—т

дх2 ду2

dv;

дх дУ„

дУх " ду

5 К

К—-K + g

дх ду {р, ЗС.Р,

6gpkf

(h-y)x

x.sign(Vy - асо eos cot exp (-£y)) + ^J " exp(~&y) sinc<>t — yy^UIJeexp(-5y)smcs>t-Уу\ К уравнениям (7) необходимо добавить уравнение неразрывности:

дх ду

•(7)

(8)

Для того, чтобы модель была полной и законченной, к выражениям (7), (8) добавим граничные условия в соответствии с рисунком 6:

а®

Рисунок 6 - Расположение координатных осей при решении плоской задачи

У = 0, =ашс<мсо/ у = К Уу=0,р=р„ х = ±Я, Ух =0, Уу=0.

Для решения системы (7) при помощи специальных компьютерных программ, моделирующих поведение жидкостей и газов, необходимо получить критерии подобия между виброожиженным сыпучим материалом и вязкой жидкостью. Воспользовавшись методикой из теории подобия и обозначив штрихом безразмерные значения скорости, вре-

V V г х V

мени, координати сил = —; У' = ~; /' =—; *' = -; / = -;

осо «со Т а а

, р ,, А ґ ,, «Г Р = —; п = —; ^ = —; а? = —, получим:

р0 а Є а

1 дУ'х Та дґ

Та 8Ґ

Ра ф', V

р(асо)2 дх' а2 со

(д2У' д2У

Ро Ф', V

р(асо)2 ау' а2 со

дх'2 ду'

гз2у' д2у —-+—у-

дх'2 ду'2

'2) * ду'■ >

8У1 , дУ ,

ох

ду'

£ /

осо2 ІР

ЗС.р в

ч

дак/(!і'-у') 6р

м2 М'

асо |Уу -созҐаТ ехр (-єу'а)| н

|ехр(-8у'а) яіпҐаТ - Уу')^ехр(-Ьу'а)зіпҐаТ - Уу|

дУх | дУ•' дх' ду'

= 0

у'= 0, Гу' = с<мсо?

А

.У

х' = ±

и, г;=о,р'=і к; = о, г = о

(10)

В системе уравнений (10) полученные безразмерные критерии подобия обведены прямоугольными рамками. По их виду можно судить об аналогии процессов движения, происходящих в псевдожидкости под действием вибрации и в вязкой жидкости. Так, безразмерная величина р(аю) представляет собой не что иное, как вибраци-

Ро

онный аналог числа Эйлера, величина--вибрационный аналог числа Рейнольдса,

V

величина ——г ~ вибрационный аналог числа Фруда и, наконец, величина —— Еа¥{Н-у) Я

коэффициент перегрузки.

В результате преобразований получили следующие критерии подобия: р(ам)2 о2ш (аш)2 доу* 6р к/ ЗС„ря /г Я /»„

(И)

А> ' у ' %а¥ (/г>-У)' 5 р„ ' 4р„ ' я' а ' Я

Наибольший интерес среди выявленных критериев подобия представляет вибрационный аналог числа Фруда:

(12)

Само же число Фруда в гидродинамике определяется выражением:

V2 1

Рг = ---—, (13)

где V - характерная скорость; Ь - характерный размер (длина); % - коэффициент теплового расширения; АТ-перепад температуры.

Сравнивая выражения (12) и (13), можно провести аналогию:

ДГ~(й'-У), х~¥, (И)

то есть изменение высоты слоя материала аналогично перепаду температуры, а коэффициент теплового расширения пропорционален произведению коэффициента подвижности материала на коэффициент внутреннего трения. В гидродинамике, при подогреве слоя жидкости снизу и при возникновении конвекционных течений, движущей силой является сила Архимеда, выталкивающая вверх нагретые у нижней кромки жидкости частицы, которые вследствие нагревания становятся легче. При виброожижении движущей силой является подъемная сила от возникающего при вибрации стенок сосуда воздушного потока. Из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что перепад температуры в жидкости аналогичен изменению скорости воздушного потока по высоте слоя сыпучего материала.

Моделирование поведения виброожиженного слоя сыпучего материала при помощи программы для гидродинамических расчетов показало все три типа экспериментально наблюдаемых динамических состояния материала: уплотнение (рисунок 7), циркуляционные течения (рисунок 8), стохастическое движение (рисунок 9). Результаты моделирования и их соответствие натурному эксперименту (рисунок 7-9) подтверждают справедливость гидродинамической модели и полученных критериев подобия, и дает возможность использования ее для проектирования вибрационных машин с вибрируемым зернистым слоем.

Моделирование поведения виброожиженного слоя сыпучего материала при разработке каждой конкретной вибрационной машины при помощи уравнений Навье-Стокса и использовании гидродинамического программного обеспечения представляет собой весьма непростую задачу. Часто для проектирования вибрационной машины нет необходимости точно знать, как распределяются поля скоростей, ускорений и давлений в объеме материала. Достаточно информации лишь о том, какой режим движения материала будет осуществляться при решении конкретной задачи. Представление о режиме движения материала может дать модель Лоренца. Поэтому для упрощения уравнений Навье-Стокса можно использовать методику, основанную на принципах синергетики и приводящую к системе более простых дифференциальных уравнений. Такая методика была предложена американским физиком-метеорологом Эдвардом Лоренцом и впоследствии была названа моделью Лоренца. Используем данную мето-

дику для сведения уравнений (7) к системе Лоренца.

К системе уравнений (7) добавим уравнение неразрывности (8), граничные условия (9) и уравнения, описывающие изменение скорости воздушного потока и давления по высоте слоя виброожиженного слоя сыпучего материала. Скорости воздушного потока и, генерируемого вибрирующим контейнером, в сечениях у = О и у = И (рисунок 6) считаем заданными (для данного режима вибрации), поэтому закономерности распределения этих скоростей внутри слоя материала записываем в форме уравнения переноса:

^ + У(иУ) = Г72и, (15)

где у- некоторый коэффициент.

Примем, что скорость воздушного потока изменяется по высоте слоя по следующему закону: :

' и = и, + аи~у + в(х,у,1), (16)

п

где в(х,у,1) - отклонение скорости от линейного профиля.

Приведем пояснения к выражению (16). Будем считать, что скорость воздушного потока у вибрирующего рабочего органа (днища) равна и0 + Ди, а у верхней кромки виброожиженного слоя материала высотой И она уменьшается на некоторую величину Ди и равна ио. Тогда в любом текущем уровне по высоте слоя с координатой у линейное изменение скорости будет составлять величину —у.

и

Предположим, что плотность материала зависит от скорости воздушного потока, проходящего через материал, и изменяется по зависимости

р = ро{1-п(и-ио)), (17)

где 77 - коэффициент расширения материала от скорости воздушного потока (аналог коэффициента теплового расширения). Положим, что давление в слое материала изменяется по следующим образом:

Р = Ро-Ро8^-т](и-и0))у + р(х,у,1), (18)

где р(х,у,г) - отклонение поля давлений от гидростатического давления.

Сведем все представленные уравнения в одну систему, которая и будет оценивать динамику виброожиженного слоя:

& у > Р р ЧА РЧ I 1 у> ЧР/ '

^ + У (иу) = у?2и УК = 0

и = и0+Аи~—у + в(х,у,А к

р = р0(1-77(с/-гу0)) Р = Ро~ Роё{^~ч{и-иа))у + р(х,у,1)

Рисунок 7 - Поле скоростей в режиме движения с уплотнением материала и экспериментально наблюдаемое уплотнение зерен проса

Рисунок 8 - Поле скоростей в режиме циркуляции и циркуляционное движение зерен проса с образованием ячеек Бенара, наблюдаемое в эксперименте

Используя методику Лоренца, сводим систему уравнений (19) к более простой системе нелинейных дифференциальных уравнений, именуемых моделью Лоренца, представляющую собой динамическую систему с трехмерным фазовым пространством (х, у, г)\

Х = (Т (у-*)

■у = гх-у + хг, (20)

г = ху-Ьг

где а, и Ь - параметры модели Лоренца.

Рисунок 9 - Хаотический режим движения зернистого слоя с выбрасыванием материала за пределы сосуда

Параметры модели Лоренца определяются из выражений:

V

г

A Ua r]g hvr(a2+p2f

b=-

(21)

„ Ж К ПС ,

где /? = —, а = — = —, т и п- целые, с - отношение высоты /г ячеики циркулирующего И Я И

материала к ее ширине К .

Физический смысл переменных, входящих в уравнения системы (20) определяется следующим образом. Переменная х характеризует скорость вращения псевдожидкости в ячейке Бенара, переменная у характеризует изменение скорости воздушного потока по высоте слоя, переменная г характеризует отклонение вертикального профиля скорости воздушного потока от линейной зависимости. Из физического смысла этих переменных следует, что абсолютную скорость движения материала можно получить, сочетая все три переменных одновременно. Параметр а есть отношение эффективной кинематической вязкости к коэффициенту у, то есть —. Если провести анало-

У

гию с гидродинамикой, где знаменатель рассмотренного выражения является коэффициентом температуропроводности, то у при виброожижении сыпучего материала можно назвать «коэффициентом проводимости скорости воздушного потока» или, наоборот, «коэффициентом затухания скорости воздушного потока». Любая из предложенных формулировок говорит о том, что коэффициент у влияет на интенсивность изменения скорости воздуха по высоте слоя материала. Параметр а в гидродинамике называют числом Прандтля, мы назовем его вибрационным аналогом числа Прандтля. В главе 2 было рассмотрено условие устойчивости стационарного состояния (4), которое характеризуется числом Рэлея, при определенных критических значениях которого в конвекционных потоках жидкости возникают ячейки Бенара. В классической гидро-

динамике число Релея записывается следующим образом:

R-^, (22)

vX

где Л - коэффициент температуропроводности.

Критическое значение числа Релея определяется по формуле:

7^(1 +С2)'

л, = 2 • (23)

с

В соответствии с (14) и (22) запишем вибрационный аналог числа Релея:

(24)

vy

Параметр г, входящий во второе уравнение системы (20) и представленный в (21), есть не что иное, как отношение вибрационного аналога числа Релея к его критическому значению:

' = (25)

Кс

То есть при значениях г<1 в виброожиженном сыпучем материале не должно возникать циркуляционных потоков материала, подобных ячейкам Бенара в жидкости, а при значениях r> 1 такие ячейки должны появиться. Тогда условие (14) применительно к модели Лоренца можно записать как:

г >1. (26)

Условие (26) показывает, что модель Лоренца учитывает энтропийный подход к определению характера движения вибрируемого зернистого слоя. Кроме того, многими исследователями экспериментально подтверждены факты работоспособности условия (26). В нашей работе также проведен эксперимент, подтверждающий справедливость условия (26). Данное обстоятельство указывает на то, что методы, предлагаемые синергетикой, дают возможность адекватно оценить динамическое состояние вибрируемого зернистого слоя.

Параметр Ъ, входящий в третье уравнение системы (20), определяется размерами возникающих в материале ячеек.

В работах Федоренко И.Я. имелись попытки привести гидродинамическую модель виброожиженного слоя зернистого материала, основанную на использовании уравнения Навье-Стокса, к модели Лоренца. Также были получены три управляющих параметра а, г п Ь, входящие в модель Лоренца, при которых происходят бифуркационные переходы, подтвержденные экспериментально. Параметры модели Лоренца, полученные в работах Федоренко И.Я. выглядят следующим образом:

acoh асо2 .4

=-.'■ = ■—-,*>= /[Ч2» (27)

где D - характерный поперечный размер сосуда.

Попробуем несколько уточнить параметры (27), прояснив смысл коэффициента у, входящего в выражение для а (21).

Сравнивая выражения (21) и (27), можно видеть, что параметр Ь имеет абсолютно одинаковое значение, параметры а, и г несколько отличаются, но довольно схожи. Для того, чтобы унифицировать параметры <т и г, в выражениях (21) и (27), введем

некоторые коэффициенты. Для унификации параметра а коэффициент затухания скорости воздушного потока примем равным

У = —и- (28>

асоп

Выражение (28) не лишено смысла, так как скорость воздушного потока зависит от параметров вибрации а и со, от высоты слоя И и от физико-механических свойств зернистого материала, которые представляет эффективная кинематическая вязкость у. Тогда выражение для параметра г с учетом (28) будет выглядеть как

^Щя „аю1 ,ОГ1Ч ----— или г = К-, (29)

уаа[И +Я где

V _ ьицё пп

(30)

Для определения типа движения сыпучего материала при разработке вибрационной машины необходимо определять параметры модели Лоренца (21), соответствующие конкретной машине и решать систему (20) при полученных значениях этих параметров. Система уравнений (20) допускает только численное решение. Результаты этого решения удобнее всего выводить в графическом виде (рисунок 10).

Решение системы (20) можно получить в любом современном математическом пакете, в нашем случае использовался МАТЬАВ.

а) б) в)

Рисунок 10 - Графическое решение системы Лоренца

По построенным графикам (рисунок 10) можно судить о режиме движения материала. Поскольку переменная х в системе Лоренца (20) характеризует скорость вра- ; щения зернистого материала в ячейке Бенара, то именно по ее величине и можно определить режим движения материала. Так, графики с неподвижной точкой (рисунок 10а) или предельным циклом с короткой траекторией, конечная точка которой лежит вблизи нулевого значения по оси х, соответствуют неподвижному режиму с уплотнением материала. Предельный цикл с длинной траекторией (рисунок 106), конечная точка которой соответствует постоянному по величине и ненулевому значению переменной х, говорят о циркуляционном движении материала. Если же на графике отображается странный аттрактор, который показывает постоянно изменяющуюся скорость циркуляции материала, то режим движения является хаотическим (рисунок 10в).

Использование графического представления результатов решения системы Лоренца не очень удобно применять на практике, так как сложно провести границу, ска-

жем, между предельным циклом с короткой либо длинной траекторией или между аттракторами с плотным наложением траекторий или с их широким спектром. Поэтому в математике существует критерий, по которому оценивается степень хаотичности динамической системы. Таким критерием является показатель Ляпунова.

Система Лоренца имеет фазовую размерность равную трем, поэтому для нее вычисляется три показателя Ляпунова Xь Яг, Л). Степень хаотичности определяется по знакам показателей Ляпунова следующим образом. Если знаки показателей Ляпунова

получаются в виде <--->, то вид траектории - притягивающая неподвижная точка,

<0 —> - предельный цикл с короткой траекторией, <0 0 -> - предельный цикл с длинной траекторией или аттрактор с плотным наложением траекторий, <+ 0 -> -странный аттрактор с широким спектром траекторий.

Таким образом, получив решение уравнений (20) в графическом виде, либо вычислив степень хаотичности этого решения при помощи показателей Ляпунова, можно совершенно точно определить тип движения сыпучего материала в конкретной вибрационной машине.

В четвертой главе представлен общий алгоритм расчета вибрационных машин на основе изложенных в предыдущей главе теоретических положений. В соответствии с общим алгоритмом расчета представлены методики расчета дозатора, смесителя и очистителя для сыпучих кормовых материалов.

При проектировании новой машины ее конструктивные параметры и геометрические размеры рабочих органов, влияющие на динамическое состояние обрабатываемого зернистого материала, разрабатываются с «нуля». Для того, чтобы расчеты были последовательными, не упускали различных «мелочей» при проектировании, необходима методика, в соответствии с которой и производится разработка вибрационной машины.

Общий алгоритм расчета новой машины с вибрируемым зернистым слоем представлен на рисунке 11.

Дадим пояснения к рисунку 11 и представим основные шаги при разработке новой вибрационной машины.

1) Исходя из назначения вибрационной машины, задают, какой тип динамического состояния вибрируемого зернистого слоя необходимо получить (уплотнение, регулярные циркуляции, хаотическое движение). Поскольку разработка ведется согласно гидродинамической теории, сведенной к уравнениям Лоренца (20), то динамическое состояние вибрируемого слоя является функцией многих переменных, от которых зависят параметры модели Лоренца /(Н,В,Н,а,со), где Я -высота слоя материала. Поэтому в зависимости от необходимой производительности и требований к размерам вибрационной машины задаются предварительными значениями величин И, О, Ь, а, со.

2) Для нахождения величины параметра а модели Лоренца необходимо знать величину эффективной кинематической вязкости вибрируемого зернистого слоя у = /(#,Д/г,а,<и), которая входит в выражение для а (27). Поэтому были проведены экспериментальные исследования по определению вязкости некоторых кормовых зернистых материалов, подвергаемых вибрационной обработке, о которых будет сказано ниже. По уравнениям регрессии, полученным в результате

эксперимента, определяют эффективную кинематическую ВЯЗКОСТЬ V вибрируе-мого зернистого слоя.

Рисунок 11 - Блок-схема для расчета машин с вибрируемым зернистым слоем

3) По выражениям (27) определяют параметры модели Лоренца а, г, и Ъ.

4) Решая систему уравнений (20), что предпочтительно, либо при помощи коэффициентов Ляпунова, находят режим движения вибрируемого зернистого слоя. Если режим движения виброожиженного материала соответствует заданному в пункте 1, то исходные данные Я, О, И, а, а принимаются для дальнейшего расчета вибрационной машины. В противном случае величина исходных данных изменяется с определенным шагом в установленных пределах, а после каждого изменения происходит перерасчет характеристик движения материала до тех пор, пока не будет получен требуемый режим движения. Приоритет в выборе любой из переменных Я, О, И, а, со определяется проектировщиком машины, исходя из того, какую из переменных в каждом конкретном случае проще изменить. В случае, если требуемый режим движения не получен ни при каких значениях исходных данных Я, О, к, а, со, необходимо изменить пределы их варьирования, либо изменить конструкцию вибрационной машины.

5) Составляется расчетная схема машины как колебательной системы.

6) Для полученной колебательной системы составляются дифференциальные уравнения движения самой машины и вибропривода.

7) Решение дифференциальных уравнений относительно массы дебалансов т, либо относительно других параметров, зависящих от конструкции вибропривода, обеспечивающих заданную интенсивность вибрации и динамическое состояние обрабатываемого материала.

Для использования модели Лоренца при расчете вибрационных машин, необходимо знать величину эффективной кинематической вязкости обрабатываемого сыпучего материала, так как параметр а, входящий в первое уравнение модели Лоренца зависит от вязкости (27).

В связи с вышесказанным возникла необходимость проведения экспериментальных исследований по определению эффективной кинематической вязкости. На кафедре механизации животноводства Алтайского ГАУ был разработан вискозиметр для измерения вязкости в вибрируемом зернистом слое, на конструкцию которого был получен патент РФ. Принципиальная схема вискозиметрической установки приведена на рисунке 12.

В качестве факторов были приняты: Х1 - высота слоя Н (м); Х2 - расстояние от дна контейнера до струны И (м); X, - амплитуда колебаний а (м); Х4 - частота колебаний со (с"').

Эксперимент проводился для различных зерновых материалов: пшеница цельная, дерть пшеничная, горох, дерть гороховая, просо, для каждого из которых было получено соответствующее уравнение регрессии.

На основе общего алгоритма (рисунок 11) представим методику расчета для конструкции многокомпонентного вибрационного дозатора, предложенной на кафедре механизации животноводства Алтайского ГАУ.

Дозатор (рисунок 13а) содержит бункер 10, разделенный вертикальными перегородками на четыре равных отсека (по числу компонентов). Система возбуждения, включающая тросовые подвески 1 и вибровозбудитель 4, приводит в движение виброднище 3 с побудительным конусом 2.

Технологический процесс вибрационного дозатора протекает следующим образом (рисунок 13а). Исходные компоненты загружаются в отсеки бункера 10. При включении вибровозбудителя 4 дебалансы генерируют вынуждающую силу, которая вызывает колебания побудительного конуса 2 и виброднища 3. Побудительный конус

2 (рисунок 136) и прикрепленные к нему лопатки 6 служат для создания требуемого динамического состояния сыпучей среды, отделяемой от общей ее массы находящимися в бункере отражающими козырьками 7, предотвращающими распространение вибраций в верхние слои материала.

Конструктивно все секции дозатора, предназначенные для компонентов с различными физико-1 - рама; 2 - контейнер; 3 - сфера; 4 - струна; 5 - эксцентриковый механическими свойства-привод; 6 - электродвигатель; 7 - датчик; 8 - редуктор ми> имеют одинаковую

Рисунок 12 - Принципиальная схема вискозиметрической установки:

частоту и амплитуду колебаний. Поэтому высота лопаток 6, и расстояние между ними, в каждом отсеке дозатора различны и служат для создания особого динамического состояния среды - эффекта, при котором материалы с разными свойствами приводятся к единому состоянию с требуемой вязкостью и текучестью. Геометрические характеристики лопаток 6 для каждой секции подбираются при помощи модели Лоренца.

10 7

Рисунок 13 - Многокомпонентный вибрационный дозатор

Под действием эффекта псевдоожижения зернистые материалы легко истекают через зазор вниз равномерным слоем и попадают на виброднище 3, транспортируются по нему и выводятся из дозатора. Заданная подача каждой секции устанавливается при помощи заслонок 5 вращением регулировочных винтов 11.

Методику расчета дозатора составляем согласно алгоритму расчета (рисунок 11).

1) Назначаем исходные данные.

Конструктивно-технологическими параметрами дозатора, влияющими на качество его работы, являются: расстояние О между побудительными пластинами, высота пластин И, разница Н между максимально возможной высотой слоя материала над виброднищем в районе выгрузного окна и высотой пластин, частота колебаний а, амплитуда колебаний а.

Расстояние Д = 30мм и максимальная высота слоя материала равная 170 мм приняты конструктивно. Частота вращения асинхронного двигателя привода, а значит и частота колебаний а = 156 с'1. Конструкция дозатора допускала возможность изменения высоты побудительных лопаток И в пределах от 25 до 75 мм и амплитуды колебаний в пределах от 0 до 1,8 мм. Наилучшим режимом движения материала для протекания процесса дозирования является режим циркуляционных движений.

2) Определяем эффективную кинематическую вязкость материала.

Определение эффективной кинематической вязкости материала производится по

экспериментально полученным уравнениям регрессии, в которые входят следующие факторы: высота слоя материала, высота над вибрируемой поверхностью (на которой определяется величина вязкости), частота и амплитуда колебаний.

За высоту слоя материала примем величину Я из пункта 1.

Поскольку нам необходимо знать вязкость материала непосредственно в месте его истечения, то высоту над вибрируемой поверхностью примем равной нулю, то есть будем определять величину вязкости на поверхности виброднища.

Частота колебаний назначена в пункте 1.

Амплитуду колебаний найдем из следующих соображений. Режим движения материала должен быть циркуляционным. Согласно гидродинамической теории зарождение циркуляций происходит при величине коэффициента перегрузки г > 1. Согласно же экспериментальным данным циркуляции могут начать образовываться при условии 1<г<2. Поэтому для того, чтобы в дозаторе гарантированно началось образование циркуляционного режима движения, без чего невозможен процесс дозирования, примем значение г = 2. Зная значение частоты колебаний со и величину параметра г, исходя из выражения (27) найдем значение амплитуды колебаний:

„ = % 2^1 = 0,00081 м. со2 156

3) Определяем значения параметров модели Лоренца.

Значение параметра г = 2, принято в пункте 2. Для определения параметра Ь необходимо знать характерные размеры сосуда, в котором происходит движение материала. В дозаторе материал переходит в виброожиженное состояние между возбуждающими пластинами, поэтому за характерную ширину сосуда примем расстояние между пластинами £> = 30 мм. Для вычисления параметров а и Ь необходимо знать высоту слоя материала в сосуде. За высоту слоя материала в сосуде примем высоту пластин к, считая такой «сосуд», образованный пластинами, заполненным материалом доверху.

При фиксированных значениях величин а, со и Б, принятых в предыдущих пунктах, определяем по модели Лоренца режим движения материала, варьируя высотой пластин И в заданных пределах от от 25 до 75 мм с шагом в 2 мм, производя каждый раз пересчет значения эффективной кинематической вязкости, параметров о-, Ь и режима движения материала.

В результате расчета выясняется, что режим движения при любом значении высоты пластин, изменяющейся в указанном диапазоне, согласно модели Лоренца получается циркуляционным. То есть процесс дозирования будет осуществляться при любом значении И от 25 до 75 мм.

Для принятия окончательного решения о том, какая высота пластин обеспечит наилучшее качество дозирования, необходимо проведение дополнительных экспериментальных исследований.

4) Составляем расчетную схему дозатора, как колебательной системы, и определяем необходимую массу дебаланса.

Исходя из конструкции дозатора, описанной выше, была составлена его расчетная схема (рисунок 15).

Расчетная схема предполагает, что дозатор является двухмассовой вибрационной машиной, в которой вибровозбудитель 1 (рисунок 15), включающий дебаланс 7 на

упругой подвеске 6. приводится во вращение при помощи электродвигателя (на рисунке не показан) с постоянной угловой скоростью о. Колебательные движения деба-ланса 7, имеющего массу ;;/,. передакнся дот юру 3. имеющему массу /?/, и закрепленному на тросовых подвесках 5, посредством шатуна 2. Упруго-вязкий элемент 4 моделирует восстанавливающую силу, возникающую при отклонении дозатора от положения равновесия, и силу вязкого сопротивления, возникающую внутри виброожи-женного сыпучего материала.

Составляем уравнения Лагранжа второго рода, приняв за обобщенные координаты угол <р и перемещение дебаланса II (рисунок 15):

-шв

ь

у А 2 1

Y<Y; ^ / \

F, \ \

F, 7

\\F,

Рисунок 15 - Расчетная схема вибрационного дозатора

і ............. ...... ;

Г]

1 ...............!......... Ї

!

t, с

Рисунок 16 - График зависимости координаты U от времени t

дТ

дер дТ

(31)

= F„

ВТ дф, d(dTs dt\dU) 8U где t - время; Т - кинетическая энергия системы; F,, FtJ - обобщенные силы.

Расписав составляющие систему (31) выражения и решив ее относительно массы дебаланса, получаем, что для осуществления колебаний с частотой «= 156 с'1 и амплитудой а = 0,81 мм, при массе дозатора т2 = 60 кг и длине тросовых подвесок / = 200 мм, масса дебаланса те, составляет 0,4 кг. При массе дебаланса т[ = 0,4кг решение системы (31) относительно амплитуды движения дебаланса U представлено на рисунке 16.

Так, согласно рисунку 16, наибольшая величина амплитуды дебаланса U соответствует тому положению дебаланса, при котором угол <р равен 0 либо 180°, а наименьшая амплитуда колебания дебаланса i/ = 0,81 мм, совпадающая по величине с амплитудой колебаний дозатора, получается при угле <р равном 90° либо 270°, что хорошо согласуется с экспериментальными данными (рисунок 17).

Согласно экспериментальным данным (рисунок 18) наименьший ко-

I I ..4........i

1 6CD Ш, Г

Рисунок 17 - Зависимость амплитуды колебаний от массы дебаланса

эффициент вариации подачи цельной пшеницы, составляющий менее 3 % при подаче двумя секциями свыше 300 кг/ч, дозатором был достигнут при следующих параметрах: частота колебаний to = 156 с"1; амплитуда колебаний а от 0,91 до 1,09 мм, параметр ¿ = 0,55; при массе дозатора т2 = 60 кг.

Возможность применения теоретических исследований к расчету смесителей показана на опытном образце вибрационного смесителя для сыпучих материалов, разработанного в Алтайском ГАУ (рисунок 19).

Вибрационный смеситель (рисунок 19) представляет собой цилиндрическую камеру смешивания 2, прикрываемую сверху крышкой 1. Снизу камеры смешивания 2 установлено гибкое виброднище 3. Гибкое виброднище 3 соединено шатуном 4 с эксцентриковым виброприводом 5, который приводится электродвигателем 7. В гибком виброднище 3 имеется выгрузное отверстие 12, которое при помощи гофры 11 соединено с выгрузным патрубком 9, перекрываемым заслонкой 10. Вся конструкция смесителя установлена

при помощи стоек 6 на основании 7.

Исходные компоненты для смешивания загружаются в камеру смешивания 2 сверху. После включения электродвигателя 8 виброднище 3 совершает прямолинейные вертикальные колебания. Колебательные движения передаются обрабатываемому материалу, который в зависимости от параметров вибрации может иметь различные динамические состояния. После завершения процесса смешивания открывается заслонка 10, и готовая смесь проходя через выгрузное отверстие 12, гофру 11 и патрубок 9 выгружается из смесителя.

Смеситель имеет возможность совершать колебания амплитудой а равной 3, 5, 7 или 9 мм путем смены эксцентриков в вибровозбудителе 5 (рисунок 19). Частота колебаний со неизменна и составляет 150 рад/с.

Анализ конструкции смесителя позволяет сказать, что обрабатываемый в нем материал будет представлять собой слой сплошной среды, поперечный размер которого будет равен внутреннему диаметру камеры смешивания, а высота будет равна расстоянию от виброднища до верхней свободной поверхности слоя.

s

\

к

......

ТООИЗВаДМ1е!ЪНаС1Ь кпч

Рисунок 18 - Зависимость коэффициента вариации подачи от производительности вибрационного дозатора

Смешивание целесообразно производить при полной загрузке смесительной камеры, поэтому исходя из размеров смесителя, поперечный размер слоя й составил 420 мм, а высота слоя материала И 350 мм.

Расчеты по модели Лоренца, которые проводились при помощи математического пакета МАТЬАВ для пшеничной дерти, показали, что при частоте колебаний и =150 рад/с, поперечном размере слоя 0 = 420 мм, высоте слоя И = 350 мм и любом значении амплитуды колебаний а = 5,1 или 9 мм, отображающая точка в фазовом пространстве переменных х, у иг рисовала предельный цикл. Это означает, что при указанных параметрах вибрации в исследуемом материале будет наблюдаться циркуляционный режим движения, который вполне подходит для осуществления процесса смешивания.

Для выбора наиболее подходящего значения амплитуды колебаний, при которой будет наблюдаться наибольшая однородность смеси, были проведены экспериментальные исследования, которые показали, что процесс смешивания происходит наиболее интенсивно при а = 7 мм.

При помощи модели Лоренца можно определить не только характер движения обрабатываемого материала, но и энергетические характеристики процесса смешивания. Поскольку переменная л системы (20) характеризует скорость циркуляции материала в ячейках Бенара, то, зная значение х и массу материала для конкретного режима обработки, можно определить такой энергетический показатель процесса смешивания как аналог кинетической энергии, которой обладает обрабатываемый материал:

£1=—, (32)

х, в

Рисунок 19 - Вибрационный смеситель

где т - масса движущегося материала.

Используя интегральные уравнения типа свертки можно связать энергетические показатели процесса смешивания с однородностью кормосмеси:

„ Е"

IV

Т+{і-Т)Єх р(-1

(33)

где IV - модуль смешивания, показывающий какая работа совершается при увеличении однородности 1 кг кормосмеси на 1 %, 1/(кг мин %); Т - характерное время релаксации, в течение которого релаксирующая часть однородности кормосмеси уменьшается в е = 2,71 раза, мин; г - время смешивания, мин.

На основе уравнения (33) возможно определение следующих важнейших показателей процесса смешивания:

1. Определение оптимального времени смешивания:

г'=2Г. (34)

2. Определение максимальной однородности смеси:

в..

= 1,135

Elf W

(35)

3. Определение однородности смеси при неограниченном увеличении времени смешивания:

ELT

0>

IV

(36)

(37)

Для определения значений IV и Т в вибрационном смесителе смешивали пшеничную дерть с семенами ячменя, которые служили контрольным компонентом. При проведении эксперимента интенсивность вибрации и наполнение смесителя было неизменным (ю = 180 рад/с, а = 9 мм, И = 350 мм), изменялось только время смешивания, при котором снимались значения однородности смеси. Получив экспериментальные значения однородности смеси, их аппроксимировали кривой вида (33), получив при этом следующую зависимость:

0 = 31,9 2,63 + (/-2,63)ехр|^-у^

Коэффициент корреляции Я между зависимостью (37) и экспериментальными сочками составляет 0,82 (рисунок 20), а статистические расчеты показывают, что мо-ель (37) адекватна.

Согласно модели Лоренца значение аналога кинетической энергии при проведении эксперимента £^„=688,3 кг. Тогда модуль смешивания составит

IV = 688,3 -г 31,9 = 21,6 1 /(кг мин %).

Таким образом, нам известны значения IV и Т для данного смесителя и кормовой смеси. Используя их в выражениях (34) - (36), мы можем получить: • оптимальное время смешивания /' = 2Т = 2-2,63 = 5,26 мин;

. £1/

максимальную однородность смеси в[ШХ = 1,135-

IV

= 95,1%;

• однородность смеси при неограниченном времени смешивания, то есть при / оо

Е1,иТ

вк-

IV

- = 83,8%.

і-і-і-і- f о

;

/

6 8 10 12 14 16

Рисунок 20 - Кривая смешивания для вибрационного смесителя

В качестве примера расчета зерноочистительной машины проведем подбор конструктивно-технологических параметров для вновь проектируемого очистителя фуражного зерна, конструкция которого разработана на кафедре механизации животноводства АГАУ.

Принципиальная схема зерноочистителя показана на рисунке 21.

Устройство состоит из рамы 1, к которой жестко закреплено установленное с наклоном неподвижное решето 2. Над верхним концом

3 решета 2 установлен бункер исходного материала 4. Над решетом 2 установлен очиститель решета 5, выполненный в виде набора соединенных между собой параллельных планок 6, направление которых совпадает с наклоном решета 2. Очиститель решета 5 соединен шатуном 7 с виброприводом 8 и выполнен с возможностью изменения положения в поперечной плоскости. Под решетом 2 установлен сборник фракций 9.

Устройство работает следующим образом.

В бункер 4 засыпается зерновой материал с различными инородными примесями. Просыпаясь через нижнее отверстие бункера 4, которое расположено почти по всей длине решетного стана 2, материал попадает на неподвижное решето 2, которое жестко связано с рамой 1 сепаратора. Зерновой материал с различными инородными примесями приводится в движение очистителем решета 5, представляющим собой набор соединенных между собой параллельных планок 6. Очиститель решета 5 приводится в движение шатуном 7 вибропривода 8. Зерновой материал с различными инородными примесями совершает при этом движение по неподвижному решету 2 в направлении схода примесей. В результате этого очищенное зерно, которое просеялось через неподвижное решето 2, попадает в сборник фракций 9. Примеси и зерно, застрявшие в неподвижном решете 2, удаляются набором соединенных между собой параллельных планок 6. Примеси и инородный материал совершают движение по всему решету в направлении схода примесей.

При проектировании машины были определены ее конструктивные особенности. Для возможности применения машины на очистке любой зерновой культуры диаметр отверстий решета d был принят равным 10 мм, живое сечение решета к = 0,45. Угол наклона решета а = 15°. Исходя из рабочих режимов вибрационных машин сельскохозяйственного назначения параметры вибрации были выбраны в следующем диапазоне: амплитуда колебаний а от 2 до 6 мм, частота колебаний со от 50 до 150 с'1. Ширина основания под решето В = 500 мм, а длина £ = 800 мм. Минимальная высота пластин 6 й = 10 мм обусловлена требованиями по прочности и жесткости к пластинам, максимальная величина высоты И в 20 мм объясняется ограничениями в громоздкости и массе конструкции. Расстояние D между пластинами 6 принимается в пределах от 10 до 30 мм. Минимальное значение расстояния D обусловлено также требованиями к массе конструкции, а максимальное - возможностями пластин передавать колебания в обрабатываемый материал, так как при величине D > 30 мм возможно сильное затухание колебаний в материале и ухудшение рабочего процесса.

Зернойой материал

ПИ.

Сход припесеи

Сход'зёрна

Рисунок 21 - Принципиальная схема вибрационного очистителя фуражного зерна

Определим производительность проектируемой вибрационной зерноочистительной машины на основе разработанной гидродинамической модели и приведенных выше ограничений. В качестве обрабатываемого материала примем зерно пшеницы.

Очевидно, что наибольшая производительность зерноочистительной машины будет достигаться при таких параметрах вибрации, при которых вязкость виброожи-женного сыпучего материала будет наименьшей. Анализ полученного экспериментальным путем уравнения регрессии для динамической вязкости пшеницы показывает, что минимальная вязкость виброожиженного зерна пшеницы достигается при ампли-уде колебаний а около 4 мм, частоте колебаний а> около 140 рад/с и высоте пластины h = 20 ММ.

Поскольку зерновой материал в процессе очистки виброожижается при помощи пластин 6 и между каждой парой смежных пластин динамическое состояние обраба-ываемого материала одинаково, то ячейку, образованную смежными пластинами с размерами hxD, можно считать отдельным сосудом.

Анализ системы Лоренца (20) показывает, что для расстояния между пластинами £> = 30 мм величина х имеет наибольшее значение. Большая величина переменной х означает, что материал обладает большей скоростью, то есть является более подвижным, а это значит, что при большем значении переменной л процесс очистки будет протекать более интенсивно. Исходя из вышесказанного, принимаем й = 20мм, D = 30 мм. Для принятых параметров вибрации и конструктивных параметров зерноочистительной машины, влияющих на вязкость виброожиженного слоя, динамическая вязкость зерна пшеницы ¡л будет составлять 6873 Па-с.

Согласно гидродинамической модели виброожиженного слоя зернистого материала процесс очистки зерна рассмотрим как протекание вязкой жидкости сквозь отверстия в решете, диаметр которых задан с/= 10 мм. Расход жидкости, вытекающей из отверстия, определяется по формуле:

Q = 4SdJ~wc, (38)

где £ - коэффициент расхода отверстия; Sd - площадь отверстия; нс - напор.

С учетом сил сухого трения, возникающих между зерном и решетом при проходе материала через отверстия в решете, угла наклона решета и переменного напора вследствие изменения высоты столба материала по длине решета, выражение (38) примет вид:

cosa v \

где к - коэффициент живого сечения решета; / - коэффициент трения; В - ширина решета; р - плотность обрабатываемого материала; сс - угол наклона решета; /) -угол естественного откоса обрабатываемого материала.

Подставляя исходные данные в выражение (39), получим производительность машины при очистке фуражного зерна пшеницы в g = 2,48 т/ч.

В пятой главе «Состояние внедрения и экономическая эффективность результатов исследования» приведены основные направления реализации результатов.

Результаты исследований и сформулированные на их основе предложения и новые технические решения использованы при создании экспериментальных и промышленных образцов вибрационных машин, а 1акже их технической документации.

Краткая аннотация внедрения результатов исследования приведена на странице 6 автореферата.

Экономический эффект от использования результатов исследования, изложенных в данной работе, может быть достигнут при использовании разработанной вибрационной техники в сфере кормоприготовления на сельскохозяйственных или перерабатывающих предприятиях. В нашем случае целесообразно применять сравнительную экономическую оценку новых разработок с существующими (базовыми) вариантами, в качестве которых выступают серийно выпускаемые машины подобного назначения.

Оценить экономическую эффективность использования вибрационных дозатора и смесителя, разрабатывавшихся для использования в составе малогабаритного комбикормового агрегата, отдельно от агрегата, как самостоятельных машин, представляется весьма проблематичным, так как трудно найти базовый вариант подобных машин для сравнения. Поэтому нами за базовый вариант принят малогабаритный комбикормовый агрегат АК, выпускаемый ОАО «ВНИИКОМЖ», а за новую машину - малогабаритный вибрационно-ударный комбикормовый агрегат ИТАИ-4, разработанный в АГАУ, а экономическая эффективность дозатора и смесителя оценивается долей экономической эффективности агрегата. Доля экономической эффективности дозатора и смесителя в общей экономической эффективности агрегата составляет 15%.

Годовой экономический эффект от применения малогабаритного вибрационно-ударного комбикормового агрегата ИТАИ-4, по сравнению с агрегатом АК производства ОАО «ВНИИКОМЖ» составил 446 тыс. руб. Экономический эффект от использования агрегата за весь срок службы составил 141 тыс. руб. Для дозатора и смесителя, входящих в состав комбикормового агрегата ИТАИ-4, годовой экономический эффект составляет 67 тыс. руб., а экономический эффект за весь срок службы 211 тыс. руб.

Анализ экономических показателей указывает на то, что экономический эффект, достигнутый при использовании вибрационной техники, получен, в основном, за счет более высокой производительности и низкой энергоемкости нового агрегата в сравнении с базовым. Именно по этим параметрам вибрационные кормоприготовительные машины отличаются от основной массы машин, основанных на других принципах выполнения технологических операций.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В диссертации на основе анализа современного состояния вопроса и проведенных теоретических и экспериментальных исследований динамического поведения вибрируемого зернистого слоя и технологических возможностей вибрационных кор-моприготовительных машин можно сделать следующие выводы:

1. В результате экспериментальных наблюдений, теоретических исследований и компьютерного моделирования выявлены силы, возникающие в вибрируемом зернистом слое, при действии которых зернистый материал демонстрирует поведение, схожее с подогреваемым снизу слоем вязкой жидкости. Обнаруженное сходство позволяет использовать математический аппарат гидродинамики для моделирования поведения вибрируемого зернистого слоя.

2. Анализ разработанной гидродинамической модели виброожиженного сыпучего материала позволил выявить критерии подобия аналогичные используемым в

гидродинамике вязкой жидкости. Так, получены вибрационные аналоги известных в термо- и гидродинамике критериев подобия, таких как числа Эйлера

£Ыа = РМ1, Рейнольдса Фруда Рг„= ^ Релея =

Ро V 8ч¥{1' -У ) УГ

Прандтля Ргв= — . Полученные критерии подобия позволяют использовать гидУ

родинамическое программное обеспечение для моделирования поведения виб-роожиженного сыпучего материала.

3. Полученные при компьютерном моделировании картины движения виброожи-женного сыпучего материала полностью совпадают с его экспериментально наблюдаемым поведением. Гидродинамическая модель способна описать все три экспериментально наблюдаемых типа динамического поведения вибрируемого зернистого слоя: уплотнение материала, регулярные циркуляции с образованием ячеек Бенара, стохастическое движение, что является доказательством ее адекватности.

4. Установлено, что вибрируемый зернистый слой является синергетической системой, так как отвечает всем требованиям, предъявляемым к таким системам: постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой, имеется регулирование по типу обратной связи, отклонение от равновесия превышают критические значения, то есть рассматриваются состояния, лежащие вне равновесной термодинамической ветви, для описания происходящих процессов используются нелинейные математические модели. Указанные факты позволяют использовать методы синергетики для анализа динамического состояния вибрируемого зернистого слоя.

5. На основе методов синергетики выполнено сведение гидродинамической модели виброожиженного сыпучего материала к модели Лоренца. Получены параметры

тт ашИ кипе , 4 .

модели Лоренца а=-, г =-, , и Ь = ——-у. Анализ указанных пара-

V \'аю[Иг+Я2) 1 +

метров позволил выявить, что переход системы из одного динамического состояния в другое возможен не только путем изменения интенсивности вибрации, но и в результате изменения соотношения между поперечным размером сосуда и высотой слоя материала. Это позволяет без изменения конструкции машины, варьируя только высотой слоя обрабатываемого материала, получать его требуемое динамическое поведение.

6. Разработан общий алгоритм расчета, на основе которого получены частные методики для расчета вибрационного дозатора, смесителя и очистителя кормовых зернистых материалов. При помощи указанных методик определены конструктивные параметры и технологические характеристики работы: вибрационного дозатора, при которых обеспечивается наилучшее качество дозирования с равномерностью подачи в 97% (частота колебаний « = 156 с'1, амплитуда колебаний а = 0,81 мм, параметр модели Лоренца 6 = 0,55, масса дебаланса т, = 0,4 кг); опытного образца вибрационного смесителя с качеством смеси в 95 % (частота колебаний а = 150 с'1, поперечный размер слоя £> = 420 мм, высота слоя /г = 350

мм, амплитуда колсбаниП </ = 7 мм. опшмальнос время смешивания Г =5.26 мин); опытною обрата ниорационнош очиеппеля фуражного зерна с качеством очистки от грубых, соломистых и крупных примесей в 100% и производительностью 0 = 2.48 т/ч (диаметр 01верспш решета </ = 10 мм, угол наклона решета а = 15', размеры решета 500x800 мм, высота пластин h = 20 мм, расстояние между пластинами £> = 30 мм, амплитуда колебаний а = 4 мм, частота колебаний а = 140 с'1).

7. На основе исследований сформулированы исходные требования на разработку вибрационных смесителей, дозаторов и очистителей фуражного зерна, утвержденные ГУСХ Алтайского края. Разработаны методики расчета вибрационных машин различного назначения, используемые в ООО «Сибирский агропромышленный дом» и ООО «Алтайские вибромашины». Изготовлены опытные образцы вибрационных кормоприготовительных машин. Результаты работы внедрены в учебный процесс Алтайского ГАУ.

8. Произведена оценка экономической эффективности результатов исследования, которая показывает, что экономический эффект при использовании вибрационной кормоприготовительной техники достигается за счет её более высокой производительности и низкой энергоемкости в сравнении с машинами, основанными на других принципах выполнения технологических операций. Так, годовой экономический эффект от использования вибрационных дозатора и смесителя в составе малогабаритного комбикормового агрегата ИТАИ-4 составил 67 тыс. руб., а экономический эффект за весь срок службы 211 тыс. руб.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ

1. Федоренко, И.Я. Динамика виброожиженного слоя сельскохозяйственного материала [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2005. - № 6. - С. 13-15.

2. Федоренко, И.Я. Методы расчета вибрационных машин на основе гидродинамических моделей сыпучего материала [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков, A.A. Гнездилов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2007. - № 5. - С. 93-98.

3. Пирожков, Д.Н. Сведение гидродинамической модели виброожиженного сыпучего материала к системе Лоренца [Текст] / Д.Н. Пирожков // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2008. - № 8. - С. 59-65.

4. Пирожков, Д.Н. Определение конструктивных параметров вибрационного дозатора [Текст] / Д.Н. Пирожков // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2009. - № 7. - С. 77-83.

5. Пирожков, Д.Н. Расчет элементов вибрационного привода [Текст] / Д.Н. Пирожков // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. -2009. - № 8. - С. 73-78.

6. Пирожков, Д.Н. Методика расчета вибрационного дозатора на основе гидродинамической модели сыпучего материала [Текст] / Д.Н. Пирожков // Хранение и

переработка с/х сырья. - 2010. - № 11. - С. 73-75.

7. Федоренко, И.Я. Использование модели Лоренца для описания процесса смешивания сыпучих кормовых материалов [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков, Р.Н. Котов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. -

2011,-№9.-С. 81-85.

8. Федоренко, И.Я. Обоснование конструктивно-технологических параметров зерноочистительной машины на основе гидродинамической модели виброожижен-ного слоя зернистого материала [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков, A.C. Федоренко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета.

2012. № 1.С. 85-90.

9. Пирожков, Д.Н. Использование показателей Ляпунова для определения динамического состояния вибрируемого зернистого слоя [Текст] / Д.Н. Пирожков // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. - 2012. -№3. - С.42-47.

Патенты

10.Пат. 2119380 Российская Федерация, С1 В 01 F 7/08. Смеситель непрерывного действия [Текст] / В.И. Земсков, Д.Н. Пирожков; заявитель и патентообладатель АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Заявл. 14.07.97; опубл. 27.09.98, Бюл. № 27.

11.Пат. 2267770 Российская Федерация С 1 G 01 N 11/10. Установка для определения вязкости дисперсных материалов [Текст] / И.Я. Федоренко, A.A. Гнездилов, С.А. Сорокин, К.А. Пехтерев, Д.Н. Пирожков, В.И. Лобанов; заявитель и патентообладатель - Алтайский ГАУ. - Заявл. 05.05.2004; опубл. 10.01.2006, Бюл. № 01.

12.Пат. 2294096 Российская Федерация С 1 А01К 43/00. Линия для очистки поверхности скорлупы яиц от загрязнений [Текст] / И.Я. Федоренко, A.A. Гнездилов, Д.Н. Пирожков; заявитель и патентообладатель - Алтайский ГАУ. - Заявл. 28.07.2005; опубл. 27.02.2007, Бюл. № 6.

13.Пат. 2338284 Российская Федерация С 1 B01F 3/18. Устройство для смешивания сыпучих материалов [Текст] / И.Я. Федоренко, С.Н. Васильев, Д.Н. Пирожков, А.И. Сечевой; заявитель и патентообладатель - Алтайский ГАУ. - Заявл. 29.01.2007; опубл. 20.11.2008, Бюл. № 32.

14.Пат. 2354446 Российская Федерация С 1 B01F 11/00, В06В 1/00. Привод вибрационной технологической машины [Текст] / И.Я. Федоренко, М.Г. Желтунов, С.Н. Васильев, Д.Н. Пирожков; заявитель и патентообладатель Федоренко И.Я. - Заявл. 03.12.2007; опубл. 10.05.2009, Бюл. № 13.

15.Пат. 2421271 Российская Федерация С 1 B01F3/18, B01F11/00. Смеситель для сыпучих материалов [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков, P.A. Котов; заявитель и патентообладатель Федоренко И.Я. - Заявл. 08.02.2010; опубл. 20.06.2011, Бюл. № 17.

Другие издания

16.Федоренко, И.Я. Вибрируемый зернистый слой в сельскохозяйственной технологии: монография [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков. - Барнаул: Изд-

во АГАУ.-2006. - 166 с.

17. Пирожков Д.Н. Обоснование параметров шнекового смесителя для комбикормов [Текст] / Пирожков Д.Н. // Тезисы докл. 2СИ республ. науч.-практ. конф. Современные проблемы техники и технологии хранения и переработки зерна. Барнаул. - 1998. - С.67-69.

18.3емсков В.И. Смесители шнекового типа для ингредиентов комбикормов и процессы, протекающие в них [Текст] / В.И. Земсков, Д.Н. Пирожков. - Барнаул: АлтГТУ. - 1997. - 34с.

19.Земсков В.И. Движение частицы корма в рабочем пространстве шнекового смесителя. [Текст] / В.И. Земсков, Д.Н. Пирожков. - Барнаул: Изд-во АГАУ. 1997. - 36с.

20.3олотарев, C.B. Использование пакета программ MINITAB для исследования процесса смешивания [Текст] / C.B. Золотарев, Д.Н. Пирожков // Совершенствование технологий и технических средств в АПК. Материалы юбилейной науч но-практической конференции. - Барнаул. - 1999. - 4.1. - С. 15-21.

21. Пирожков, Д.Н. Исследование движения частицы при перемешивании сыпучег материала в смесителе непрерывного действия [Текст] / Д.Н. Пирожков // Сб. ст. Юб. науч.-практ. конф. Совершенствование технологий и технически средств в АПК. - Барнаул. - 2001. - С.91-93.

22.Федоренко, И.Я. Движение частицы сыпучего материала под воздействием виб раций [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Тр. XXXII Уральского семи нара по механике и процессам управления. - Екатеринбург. - 2002. - С. 212-214.

23.Федоренко, И.Я. Факторы, действующие на частицу в виброожиженном ело [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Материалы XLII науч.-техн. конф. ЧГАУ. - Челябинск. - 2003. - Ч.З. - С. 155-159.

24.Пирожков, Д.Н. Виброкипящий слой: математические модели и использовани в технологии [Текст] / Д.Н. Пирожков // Сб. ст. Юб. междунар. науч.-практ. конф. - Барнаул. - 2003. - Ч. 1. - С. 144-147.

25.Федоренко, И.Я. Синергетические системы и поведение сыпучей среды под дей ствием вибрации [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Тр. 2 междунар. науч.-техн. конф. - Тобольск. - 2004. - Ч. 2. - С. 238-240.

26. Федоренко, И.Я. Критерии подобия гидродинамических моделей виброкипящего слоя сыпучего материала [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Вестни Алтайского государственного аграрного университета. - 2005. - № 1. - С. 105108.

27.Федоренко, И.Я. Направления совершенствования вибрационных машин в АПК. [Текст] / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Сб. ст. II междунар. науч.-практ. конф. Аграрная наука - сельскому хозяйству. - Барнаул. - 2007. Кн. 2. - С. 279281.

Подписано в печать 20.02.2012. Формат 60x84 1/16. Печать - цифровая. Усл.п.л. 2,00. Тираж 120 экз. Заказ 2012 - 113

Отпечатано в типографии АлтГТУ, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46 тел.: (8-3852) 29-09-48

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД .М'28-35 от 15.07.97 г.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Колебания в природе и технике

1.2 Явления, факты и закономерности действия вибраций на зернистый слой, выявленные в экспериментах

1.3 Существующие модели поведения сыпучей среды при вибрациях з

1.3.1 Модели единичной частицы

1.3.2 Упруго-вязко-пластичные модели

1.3.3 Специальные модели

1.3.4 Модели сплошной среды

1.4 Выводы по главе. Цель и задачи исследований

2. ВИБРИРУЕМЫЙ ЗЕРНИСТЫЙ СЛОЙ КАК СИНЕРГЕТИЧЕ

СКАЯ СИСТЕМА

2.1 Новые парадигмы в современной нелинейной динамике

2.2 Методы исследования нелинейных динамических процессов

Обеспечение продовольственной безопасности страны в части снабжения населения животноводческой продукцией, восстановление и наращивание поголовья сельскохозяйственных животных, высокая продуктивность и эффективность животноводческой отрасли во многом зависят от правильного кормления и содержания животных. Выполнение зоотехнических требований при приготовлении кормов животным является залогом высокой продуктивности животноводства. Исследования ученых - зоотехников сводятся к тому, что основным рационом животных должны быть специальным образом подготовленные корма. В нашей стране разработана и производится достаточно широкая номенклатура кормоприготовительной техники, обеспечивающая полный технологический цикл производства готовых кормовых смесей. Однако необходимо признать, что существующие технические средства выполнения основных технологических операций кормоприготовления зачастую не обеспечивают в полной мере заданные зоотехнические требования к готовой продукции, являются материало- и энергоемкими, требуют высоких затрат труда и средств для приготовления кормов. Поэтому все выше перечисленное отрицательно сказывается как на себестоимости самих кормов, так и на себестоимости животноводческой продукции.

Кормоприготовительные машины существующих традиционных схем, осуществляющие процессы дозирования, измельчения, смешивания кормовых материалов, используют, как правило, вращающиеся рабочие органы, взаимодействующие непосредственно с обрабатываемым материалом. Такая конструктивная особенность существующих машин влечет за собой неоправданно высокие потери энергии на трение обрабатываемого материала о рабочие органы, износ самих рабочих органов, заклинивание или поломку вращающихся частей машины при попадании в нее посторонних предметов или при перегрузке обрабатываемым материалом.

Одним из направлений совершенствования кормоприготовительной техники является использование полезного действия вибрации. Вибрация позволяет получать заданные физико-механические свойства обрабатываемого кормо4 вого материала. Вибрационным рабочим органом, чаще всего, является корпус самой вибрационной машины. Отсутствие вращающихся частей, контактирующих с кормом, отсутствие дополнительных механических передач между приводящим электродвигателем и рабочими органами вибромашины для осуществления рабочего процесса, простота конструкции и ее высокая надежность также являются основными достоинствами использования вибраций в кормопроизводстве.

Наиболее эффективным является использование механических колебаний при обработке сыпучих материалов, поскольку вибрационное воздействие на зернистый слой заставляет его изменять свои физико-механические свойства в довольно широких пределах. Это обстоятельство позволяет использовать данный эффект для качественного осуществления различных технологических операций кормопроизводства. В то же время, существующий уровень теоретической проработки вопросов взаимодействия зернистого материала с вибрирующими рабочими органами, а также его поведение при таком взаимодействии не объясняет всего многообразия наблюдаемых явлений. Поэтому данная диссертация посвящена анализу работы существующих кормоприготовитель-ных вибрационных машин и разработке теоретических методов расчета новых, проектируемых машин, работающих с толстыми слоями зернистых материалов.

Анализ существующих на сегодняшний день теоретических методов и математических моделей взаимодействия зернового материала с вибрирующей поверхностью показывает, что они могут обеспечить достаточную точность при описании рабочего процесса в машинах со слоями зернистого материала высотой не более 20.30 эквивалентных диаметров частиц, составляющих обрабатываемый материал. Многие математические модели таких процессов настолько сложны, что не могут дать четких рекомендаций для внедрения их результатов в производство.

На основании выше изложенного можно отметить, что повышение эффективности работы вибрационной кормоприготовительной техники, взаимодействующей с зернистыми материалами, путем определения рациональных динамических режимов движения виброожиженного слоя сыпучего материала на основе математического моделирования является актуальной проблемой, имеющей важное значение в кормоприготовительной и животноводческой отраслях.

В диссертации проанализированы и обобщены данные из литературных источников, приводятся результаты научно-исследовательской деятельности автора, а также данные, полученные при совместной работе автора с другими исследователями по этой проблеме.

Работа выполнена на кафедре «Механизация животноводства» и «Механика машин и сооружений» Алтайского государственного аграрного университета» в соответствии с планом фундаментальных научно-исследовательских работ Российской академии наук на период до 2025 г. «Развитие теории вибрационных машин различного целевого назначения для разработки высокоэффективных технологических процессов в агропромышленном комплексе», с федеральной целевой научно-технической программой, финансируемой из средств госбюджета (регистрационный № 01201157188), с региональной программой прикладных научно-исследовательских работ «Обоснование, разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий и технических средств для приготовления кормов» (регистрационный № 01201157189).

Научная гипотеза: сыпучая среда при воздействии вибраций может рассматриваться с позиций синергетики как самоорганизующаяся система, формирующая сложные пространственные диссипативные структуры, которые можно использовать в сельскохозяйственной технологии.

Цель работы: повышение эффективности работы кормоприготовитель-ных машин путем определения рациональных динамических режимов движения вибрируемого зернистого слоя на основе математического моделирования.

Для достижения указанной цели работы были поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучить совокупность процессов и действие сил, возникающих в слое зернистого материала при вертикальных и горизонтальных колебаниях.

2. Разработать математическую модель вибрируемого зернистого слоя на основе теории сплошной среды, учитывающую отличительные особенности сыпучего материала, подвергаемого воздействию вибрации.

3. Обосновать возможность использования методов синергетики для исследования динамических режимов виброожиженного слоя зернистого материала. Объяснить на основе синергетических подходов существование различных экспериментально наблюдаемых типов динамического состояния вибрируемого зернистого слоя.

4. Разработать алгоритмы и методы расчета вибрационных кормопригото-вительных машин на основе созданных математических моделей динамики виброожиженного зернистого материала.

5. Оценить перспективы использования результатов исследования и их экономическую эффективность при создании кормоприготовительных машин с вибрируемым зернистым слоем.

Объектом исследования являются вибрационные технологические процессы обработки кормовых сыпучих материалов и вибрационные кормоприго-товительные машины.

Предметом исследования являются закономерности и математические модели динамики виброожиженного слоя сыпучего кормового материала.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы гидродинамики и термодинамики, методы синергетики, методы теоретической механики, методы теории подобия и математического моделирования, методы численного решения дифференциальных уравнений, методы исследования устойчивости динамических систем, методы планирования эксперимента и математической статистики. Научная новизна.

- разработана гидродинамическая модель виброожиженного слоя сыпучего материала, получены критерии подобия, представляющие собой вибрационные аналоги чисел Эйлера, Рейнольдса, Фруда, Релея, Прандтля, позволяющие использовать математический аппарат термо- гидродинамики для моделирования поведения виброожиженного слоя сыпучего материала.

- доказано, что вибрируемый зернистый слой является синергетической системой, то есть для моделирования его поведения применимы законы и методы синергетики.

- выполнено сведение гидродинамической модели виброожиженного материала к модели Лоренца, позволяющей определять динамическое состояние вибри-руемого зернистого слоя.

- разработан общий алгоритм расчета кормоприготовительных машин с вибри-руемым зернистым слоем на основе которого созданы методики расчета вибрационного дозатора, вибрационного смесителя и вибрационного очистителя для зернистых кормовых материалов.

Практическая значимость. В результате проведенных исследований получены методы и алгоритмы расчета вибрационных кормоприготовительных машин, позволяющие качественно оценивать динамическое состояние обрабатываемого материала, что дает возможность анализировать работу существующего и создавать новое технологическое оборудование с рациональными эксплуатационными характеристиками. Указанные методы и алгоритмы расчета могут быть использованы в проектных организациях, занимающихся разработкой кормоприготовительного оборудования при синтезе устройств очистки от примесей, дозирования, смешивания и выполнения других технологических операций с зернистыми кормовыми материалами.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы на предприятии ООО «Сибирский агропромышленный дом», а именно, внедрены методики расчета конструктивно-технологических параметров, эксплуатационных характеристик, а также качественных показателей технологических процессов вибрационных машин различного назначения (вибрационные дозаторы и вибрационные смесители). В ООО «Алтайские вибромашины» внедрены методики расчета конструктивно-технологических параметров, разработаны чертежи и изготовлено 20 шт. многокомпонентных вибрационных дозаторов и 5 шт. вибрационных смесителей сыпучих кормовых материалов. Научные разработки внедрены в учебный процесс Алтайского ГАУ и используются при чтении лекций, а также при подготовке аспирантов и выполнении студентами курсовых и дипломных работ на кафедрах «Механизация животноводства», «Сельскохозяйственные машины», «Тракторы и автомобили».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на XXXII Уральском семинаре по механике и процессам управления (г. Миасс, 2002), Х1Л1 научно-технической конференции (г. Челябинск, 2003), Юбилейной международной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве» (г.Барнаул, 2003), II международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (г. Тобольск, 2004), Международной научно-практической конференции «Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири» (п.Краснообск, 2008), II, III и VI Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (г.Барнаул, 2007, 2008, 2011 гг.)

На защиту выносятся: синергетический подход к рассмотрению динамики виброожиженного слоя зернистого материала, позволяющий применять методы синергетики к описанию динамического поведения виброожиженного зернистого слоя; гидродинамическая модель виброожиженного слоя зернистого материала, позволяющая адекватно описать динамику этого слоя и объяснить причины наблюдаемых явлений при воздействии вибрации на зернистый материал; общий алгоритм и частные методики расчета вибрационных машин на основе гидродинамической модели виброожиженного слоя зернистого материала; оценка экономической эффективности и применимость результатов работы в животноводстве и перерабатывающей промышленности. Достоверность теоретических исследований обеспечивается математической корректностью постановки задач, соответствием полученных критериев подобия положениям термо- и гидродинамики, количественным и качественным совпадением результатов численных решений с экспериментальными данными.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 27 печатных работах, в том числе в одной монографии, 18 статьях, включая 9 статей в журналах по перечню ВАК РФ, 6 патентах РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка из 210 наименований, восьми приложений. Общий объем работы составляет 293 страницы, в том числе 32 таблицы, 79 рисунков.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В диссертации на основе анализа современного состояния вопроса и проведенных теоретических и экспериментальных исследований динамического поведения вибрируемого зернистого слоя и технологических возможностей вибрационных кормоприготовительных машин можно сделать следующие выводы:

1. В результате экспериментальных наблюдений, теоретических исследований и компьютерного моделирования выявлены силы, возникающие в вибрируемом зернистом слое, при действии которых зернистый материал демонстрирует поведение, схожее с подогреваемым снизу слоем вязкой жидкости. Обнаруженное сходство позволяет использовать математический аппарат гидродинамики для моделирования поведения вибрируемого зернистого слоя.

2. Анализ разработанной гидродинамической модели виброожиженного сыпучего материала позволил выявить критерии подобия аналогичные используемым в гидродинамике вязкой жидкости. Так, получены вибрационные аналоги известных в термо- и гидродинамике критериев подобия, а со)2 2 таких как числа Эйлера Еив = —-——, Рейнольдса Яен =-, Фруда

Ро V

РгА = —^^--, Релея Ян = ? Прандтля а = Ргв = —. Полученные ак/ (И' - у') уу у критерии подобия позволяют использовать гидродинамическое программное обеспечение для моделирования поведения виброожиженного сыпучего материала.

3. Полученные при компьютерном моделировании картины движения виброожиженного сыпучего материала полностью совпадают с его экспериментально наблюдаемым поведением. Гидродинамическая модель способна описать все три экспериментально наблюдаемых типа динамического поведения вибрируемого зернистого слоя: уплотнение материала, регулярные циркуляции с образованием ячеек Бенара, стохастическое движение, что является доказательством ее адекватности.

4. Установлено, что вибрируемый зернистый слой является синергетиче

168 ской системой, так как отвечает всем требованиям, предъявляемым к таким системам: постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой, имеется регулирование по типу обратной связи, отклонение от равновесия превышают критические значения, то есть рассматриваются состояния, лежащие вне равновесной термодинамической ветви, для описания происходящих процессов используются нелинейные математические модели. Указанные факты позволяют использовать методы синергетики для анализа динамического состояния вибрируемого зернистого слоя.

5. На основе методов синергетики выполнено сведение гидродинамической модели виброожиженного сыпучего материала к модели Лоренца. Полутт асоИ , 4 чены параметры модели Лоренца <т =-, г =-. & . и Ь = уа(о[к2 + Я2) (Н

Л~RJ

Анализ указанных параметров позволил выявить, что переход системы из одного динамического состояния в другое возможен не только путем изменения интенсивности вибрации, но и в результате изменения соотношения между поперечным размером сосуда и высотой слоя материала. Это позволяет без изменения конструкции машины, варьируя только высотой слоя обрабатываемого материала, получать его требуемое динамическое поведение.

6. Разработан общий алгоритм расчета, на основе которого получены частные методики для расчета вибрационного дозатора, смесителя и очистителя кормовых зернистых материалов. При помощи указанных методик определены конструктивные параметры и технологические характеристики работы: вибрационного дозатора, при которых обеспечивается наилучшее качество дозирования с равномерностью подачи в 97% (частота колебаний ¿у = 156 с"1, амплитуда колебаний а = 0,81 мм, параметр модели Лоренца 6 = 0,55, масса дебаланса /я, =0,4 кг); опытного образца вибрационного смесителя с качеством смеси в 95 % (частота колебаний « = 150 с"1, поперечный размер слоя £ = 420 мм, высота слоя И = 350 мм, амплитуда колебаний а = 1 мм, оптимальное время смешивания С =5,26 мин); опытного образца вибрационного очистителя фуражного зерна с качеством очистки от грубых, соломистых и крупных примесей в 100% и производительностью £ = 2,48 т/ч (диаметр отверстий решета й = 10 мм, угол наклона решета « = 15°, размеры решета 500x800 мм, высота пластин И = 20 мм, расстояние между пластинами В = 30 мм, амплитуда колебаний а = 4 мм, частота колебаний со = 140 с"1).

7. На основе исследований сформулированы исходные требования на разработку вибрационных смесителей, дозаторов и очистителей фуражного зерна, утвержденные ГУСХ Алтайского края. Разработаны методики расчета вибрационных машин различного назначения, используемые в ООО «Сибирский агропромышленный дом» и ООО «Алтайские вибромашины». Изготовлены опытные образцы вибрационных кормоприготовитель-ных машин. Результаты работы внедрены в учебный процесс Алтайского ГАУ.

8. Произведена оценка экономической эффективности результатов исследования, которая показывает, что экономический эффект при использовании вибрационной кормоприготовительной техники достигается за счет её более высокой производительности и низкой энергоемкости в сравнении с машинами, основанными на других принципах выполнения технологических операций. Так, годовой экономический эффект от использования вибрационных дозатора и смесителя в составе малогабаритного комбикормового агрегата ИТАИ-4 составил 67 тыс. руб., а экономический эффект за весь срок службы 211 тыс. руб.

В заключение главы представим выводы по результатам проведенных исследований:

1. Применение гидродинамической модели для описания динамики вибри-руемого зернистого слоя как сплошной среды является наиболее обоснованным, так как позволяет учесть объемные силы, возникающие в результате взаимодействия частиц сыпучего материала друг с другом и с возникающим при вибрации воздушным потоком, описать возникновение циркуляционных потоков материала как самоорганизующихся диссипатив-ных структур под действием осциллирующего воздушного потока. Гидродинамическая модель является адекватной, так как качественное поведение описываемого ею виброожиженного слоя сыпучего материала подтверждается экспериментальными данными.

2. Получены критерии подобия, подтверждающие, что динамика процессов, проходящих в вибрируемом зернистом слое, подобна динамике подогреваемого снизу слоя вязкой жидкости.

3. Математически обоснованы параметры <т, г и Ъ модели Лоренца для вибрируемого зернистого слоя, при помощи которой может быть определено его динамическое состояние.

4. Система уравнений Лоренца, полученная на основе гидродинамической модели, является довольно простой, но адекватно описывающей динамику вибрируемого зернистого слоя, так как показывает наличие всех возможных динамических режимов слоя, подтверждаемых экспериментальными данными.

5. Для разработки новых и анализа работы существующих вибрационных машин с использованием модели Лоренца необходимо проведение дополнительных экспериментальных исследований по определению некоторых физико-механических свойств вибрируемого зернистого слоя.

4. РАСЧЕТ УСТРОЙСТВ С ВИБРИРУЕМЫМ ЗЕРНИСТЫМ СЛОЕМ

Прикладным назначением гидродинамической модели вибрируемого зернистого слоя, разработанной нами и изложенной выше, является возможность ее использования для анализа работы существующих и разработки новых вибрационных машин с вибрируемым зернистым слоем.

Анализ существующего оборудования, имеющего определенные геометрические размеры вибрационных рабочих органов, может выявить как недостатки конструкции, так и нерациональные или неоптимальные режимы работы. Если в анализируемой машине имеются конструктивные недостатки, то, чаще всего, исправить их довольно сложно, так как необходимо изменять конструкцию машины, что может быть экономически нецелесообразным. Но, в таком случае, возможно выявление таких режимов работы анализируемой машины, при которых может либо повыситься качество выполнения технологической операции, либо снизиться потребление энергоресурсов и повыситься срок службы машины или ее отдельных узлов.

Исходным пунктом разработки новой вибрационной машины для обработки сыпучих материалов является обеспечение правильного протекания технологических процессов, осуществляемых проектируемой машиной. Далеко не последнюю роль в этом случае играют конструктивные параметры машины, поскольку от них зависят как характеристики вибрационного воздействия, так и характер движения обрабатываемого материала. При использовании гидродинамической модели вибрируемого зернистого слоя проектирование машины можно разделить на две части. Первая часть рассматривает процессы, протекающие внутри вибромашины. То есть, исходя из непосредственного назначения машины и ее производительности, определяют форму, размеры, конфигурацию вибрационных рабочих органов, а также частоту, амплитуду и направление колебаний. Вторая же часть призвана определить геометрические размеры и массы колеблющихся частей машины и вибропривода, при которых обеспечивается их взаимодействие с соблюдением заданной частоты, амплитуды и направления колебаний.

При проектировании новой машины ее конструктивные параметры и

128 геометрические размеры рабочих органов, влияющие на динамическое состояние обрабатываемого зернистого материала, разрабатываются с «нуля». Для того, чтобы расчеты были последовательными, не упускали различных «мелочей» при проектировании, необходима методика в соответствии с которой и производится разработка вибрационной машины.

Общий алгоритм расчета новой машины с вибрируемым зернистым слоем представлен на рисунке 4.1.

Дадим пояснения к рисунку 4.1 и представим основные шаги при разработке новой вибрационной машины.

1) Исходя из назначения вибрационной машины, задают какой тип динамического состояние вибрируемого зернистого слоя необходимо получить (уплотнение, регулярные циркуляции, хаотическое движение). Поскольку разработка ведется согласно гидродинамической теории, сведенной к уравнениям Лоренца (3.57), то динамическое состояние вибрируемого слоя является функцией многих переменных, от которых зависят параметры модели Лоренца /(Н, О,И,а,со), где Н - высота слоя материала.

Поэтому в зависимости от необходимой производительности и требований к размерам вибрационной машины задаются предварительными значениями величин Я, £>, И, а, со.

2) Для нахождения величины параметра <т модели Лоренца необходимо знать величину эффективной кинематической вязкости вибрируемого зернистого слоя и = /(#,Дк,а,со), которая входит в выражение для а

3.63). Поэтому в соответствии с выводом 5 главы 3 были проведены экспериментальные исследования по определению вязкости некоторых кормовых зернистых материалов, подвергаемых вибрационной обработке (приложение 3). По уравнениям регрессии, полученным в результате эксперимента, определяют эффективную кинематическую вязкость у вибрируемого зернистого слоя.

3) По выражениям (3.63), (3.66) определяют параметры модели Лоренца а, г, и Ь .

4) Решая систему уравнений (3.57), что предпочтительно, либо при помощи

Эффект, кинем, вязкость V

Параметры модели Лоренца а, г, Ь

Режим движения (коэф. Ляпунова)

Да

Дифференциальные уравнения

Масса дебаланса т

Конец Решение не найдено

Рисунок 4.1 - Блок-схема для расчета машин с вибрируемым зернистым слоем коэффициентов Ляпунова, определяемых по уравнениям регрессии (3.69), (3.70), находят степень хаотичности системы Лоренца (режим движения вибрируемого зернистого слоя), которая зависит от величин сг, г, и Ь. Если режим движения виброожиженного материала соответствует заданному в пункте 1, то исходные данные Я, £), И, а, со принимаются для дальнейшего расчета вибрационной машины. В противном случае величина исходных данных изменяется с определенным шагом в установленных пределах, а после каждого изменения происходит перерасчет характеристик движения материала до тех пор, пока не будет получен требуемый режим движения. Приоритет в выборе любой из переменных Н, Б, И, а, со определяется проектировщиком машины, исходя из того, какую из переменных в каждом конкретном случае проще изменить. В случае, если требуемый режим движения не получен ни при каких значениях исходных данных Н, В, И, а, со, необходимо изменить пределы их варьирования, либо изменить конструкцию вибрационной машины.

5) Составляется расчетная схема машины как колебательной системы.

6) Для полученной колебательной системы составляются дифференциальные уравнения движения самой машины и вибропривода.

7) Получение, путем решения дифференциальных уравнений, необходимой массы дебалансов т, либо других параметров, зависящих от конструкции вибропривода, обеспечивающих заданную интенсивность вибрации и динамическое состояние обрабатываемого материала.

4.1 Расчет вибрационного дозатора

Основой для расчета и анализа работы вибрационных машин является алгоритм, представленный выше. Применим указанный алгоритм для анализа работы опытного образца многокомпонентного дозатора, изготовленного в Алтайском ГАУ [111].

Дозатор (рисунок 4.2а) содержит бункер 10, разделенный вертикальными перегородками на четыре равных отсека (по числу компонентов). Система возбуждения, включающая тросовые подвески 1 и вибровозбудитель 4, приводит в движение виброднище 3 с побудительным конусом 2, в котором имеются выгрузные окна, перекрываемые заслонками 5. Заслонки 5 имеют возможность перемещаться при помощи регулировочных винтов 11. Над выгрузными окнами установлены побудительные лопатки 6, создающие эффект виброожижения. Под виброднищем 3 установлен выгрузной патрубок 9. Конструкция вибровозбудителя 4 запатентована [162]. Для случаев проектирования дозаторов, в которых необходим более точный расчет привода, методика его расчета представлена в приложении 4.

10 7 а) б)

Рисунок 4.2 - Многокомпонентный вибрационный дозатор:

I - тросовые подвески; 2 - побудительный конус; 3 - виброднище; 4 - вибровозбудитель; 5 -заслонки; 6 - лопатки; 7 - козырьки; 8 - смотровые окна; 9 - выгрузной патрубок; 10 - бункер;

II - регулировочные винты.

Технологический процесс вибрационного дозатора протекает следующим образом (рисунок 4.2а). Исходные компоненты загружаются в отсеки бункера 10. При включении вибровозбудителя 4 дебалансы генерируют вынуждающую силу, которая вызывает колебания побудительного конуса 2 и виброднища 3.

Побудительный конус 2 (рисунок 4.26) и прикрепленные к нему лопатки 6 служат для создания требуемого динамического состояния сыпучей среды, отделяемой от общей ее массы находящимися в бункере отражающими козырьками 7, предотвращающими распространение вибраций в верхние слои материала.

Под действием эффекта псевдоожижения зернистые материалы легко истекают через зазор вниз равномерным слоем и попадают на виброднище 3, транспортируются по нему и выводятся из дозатора. Заданная подача каждой секции устанавливается при помощи заслонок 5 вращением регулировочных винтов 11.

Технические характеристики дозатора приведены в таблице 4.1.

1. Блехман, И.И. Что может вибрация?: О «вибрационной механике» и вибрационной технике Текст. / И.И. Блехман. М.: Наука, 1988. - 208 с. I. Фролов, К.В. Вибрация - друг или враг? [Текст] / К.В. Фролов. - М.: Наука, 1984. - 144 с.

2. Вибрации в технике Текст.: Справочник. В 6 т. М.: Машиностроение. -1981.

3. Артоболевский, И.И. О машинах вибрационного действия Текст. / И.И. Артоболевский, А.П. Бессонов, A.B. Шляхтин. М.: Изд-во АН СССР, 1956.-47 с.

4. Афанасьев, A.A. Технология импульсного уплотнения бетонных смесей.

5. Текст. / A.A. Афанасьев. М.: Стройиздат, 1987. - 168 с. 3. Бидерман, В.Л. Теория механических колебаний. Текст] / В.Л. Бидерман. - М.: Высш. шк, 1980. - 480 с.

6. Бабицкий В.И., Крупенин В.Л. Машины ударного действия. М.: Знание. 1985. 64 с.

7. Блехман, И.И. Вибрационное перемещение. Текст. / И.И. Блехман, Г.Ю. Джанелидзе. М.: Наука, 1964. - 410 с.

8. Блехман, И.И. Синхронизация динамических систем. Текст. / И.И. Блех-ман. М.: Наука, 1971.- 894 с.

9. Блехман, И.И. Синхронизация в природе и технике. Текст. / И.И. Блехман. -М.: Наука, 1981.-351 с.

10. Блехман, И.И. Вибрационная механика. Текст. / И.И. Блехман. -М.: Физ-матлит, 1994. 400 с.

11. Блехман, И.И. Об эффективных коэффициентах трения при вибрациях Текст. / И.И. Блехман, Г.Ю. Джанелидзе // Известия АН СССР. Механика и машиностроение. 1958. - № 7. - С .98-101.

12. Блехман, И.И. Метод прямого разделения движений в задачах о действии вибраций на нелинейные механические системы Текст. / И.И. Блехман // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1976. - № 13. - С. 13-27.

13. Быховский, И.И. Основы теории вибрационной техники. Текст. / И.И. Бы-ховский. М.: Машиностроение, 1969. - 363 с.

14. Бауман, В.А. Вибрационные машины и процессы в строительстве. Текст. / В.А. Бауман, И.И. Быховский. М.: Высш. шк. 1977. - 255 с.

15. Бутенин, Н.В. Теория колебаний. Текст. / Н.В. Бутенин. М.: Высшая школа, 1963. - 186 с.

16. Ганиев, Р.Ф. Динамика частиц при воздействии вибрации. Текст. / Р.Ф. Ганиев, Л.Е. Украинский. Киев: Наукова думка, 1975. - 168 с.

17. Ганиев, Р. Ф. Нелинейная волновая механика и технологии. Текст. / Р.Ф. Ганиев, Л.Е. Украинский. Ижевск: НИЦ «РХД», 2008. - 712 с.

18. Ганиев, Р.Ф. Волновые машины и технологии. Текст. / Р.Ф. Ганиев. М.: НИЦ «РХД», 2008. - 192 с.

19. Гончаревич, И.Ф. Виброреология в горном деле. Текст. / И.Ф. Гончаревич. М.: Наука, 1977. - 144 с.

20. Гончаревич, И.Ф. Теория вибрационной техники и технологии. Текст. / И.Ф. Гончаревич, К.В. Фролов. М.: Наука, 1981. - 320 с.

21. Гончаревич, И.Ф. Вибрация нестандартный путь. Текст. / И.Ф. Гончаревич. - М.: Наука, 1986. - 207 с.

22. Гончаревич, И.Ф. На гребне волны: Способы перемещения в природе и технике. Текст. / И.Ф. Гончаревич. М.: Наука, 1989. - 225 с.

23. Гончаревич, И.Ф. Вибрационные машины в строительстве. Основы теории, проектирования и расчета. Текст. / И.Ф. Гончаревич, П.А. Сергеев. М.: Машиностроение, 1963. - 311 с.

24. Гончаревич, И.Ф. Динамика вибрационного транспортирования. Текст. / И.Ф. Гончаревич. М.: Наука, 1972. - 244 с.

25. Горелик, Г.С. Колебания и волны. Текст. / Г.С. Горелик. М.: ФМЛ, 1959.- 426 с.

26. Лавендел, Э.Э. Синтез оптимальных вибромашин. Текст. / Э.Э. Лавендел.- Рига: Зинатне, 1970. 251 с.

27. Ляпунов, В.Т. Резиновые виброизоляторы. Текст. / В.Т. Ляпунов, Э.Э. Лавендел, С.А. Шляпочников. Л.: Физика, 1988г. - 207с.

28. Варсонофьев, В.Д. Вибрационная техника в химической промышленности. Текст. / В.Д. Варсонофьев, Э.Э. Кольман-Иванов. М.: Химия, 1985. -240 с.

29. Членов, В.А. Виброкипящий слой. Текст. / В.А. Членов, Н.В. Михайлов. -М.: Наука, 1972.-340 с.

30. Нагаев, Р.Ф. Периодические режимы вибрационного перемещения. Текст. / Р.Ф. Нагаев. М.: Наука, 1978. - 160 с.

31. Нагаев, Р.Ф. Механические процессы с повторными затуханиями и соударениями. Текст. / Р.Ф. Нагаев. М.: Наука, 1985. - 200 с.

32. Нагаев Р.Ф. Колебания механических систем с периодической структурой. Текст. / Р.Ф. Нагаев, К.Ш. Ходжаев. Ташкент: ФАН, 1973. - 272 с.

33. Неймарк, Ю.И. Теория вибрационного погружения шпунтин Текст. /

34. Ю.И. Неймарк // Гидротехническое строительство. 1952. - № 4. - С. 2427.

35. Неймарк, Ю.И. Теория вибрационного погружения и вибровыдергивания Текст. / Ю.И. Неймарк // Инженерный сборник. Т. 16. - 1953. - С. 13-48.

36. Непомнящий, Е.А. Стохастическая теория вибросмешивания сыпучих материалов с учетом гравитационного течения частиц Текст. / Е.А. Непомнящий // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1965. - № 7. - С. 84-90.

37. Непомнящий, Е. А. К теории процесса грохочения Текст. / Е.А. Непомнящий // Обогащение руд. Механобр. 1960. - № 5. - С. 18-25.

38. Овчинников, П.Ф. Виброреология. Текст. / П.Ф. Овчинников. Киев: Наукова думка, 1983. - 271 с.

39. Овчинников, П.Ф. Реология тиксотропных систем. Текст. / П.Ф. Овчинников. H.H. Круглицкий, Н.В. Михайлов. Киев: Наукова думка, 1972. -120 с.

40. Пановко, Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. Текст. / Я.Г. Пановко. М.: Наука, 1980. - 272 с.

41. Пановко, Я.Г. Устойчивость и колебания упругих систем. Современные концепции, парадоксы и ошибки. Текст. / Я.Г. Пановко, И.И. Губанова -М.: Наука, 1987.- 352 с.

42. Пановко, Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Текст. / Я.Г. Пановко. JL: Машиностроение, 1976. - 320 с.

43. Бараускас, P.A. Расчет и проектирование вибродвигателей. Текст. / P.A. Бараускас, Г.П. Кульветис, K.M. Рагульскис. Л.: Машиностроение, 1984. - 101 с.

44. Бансявичус Р.Ю., Рагульскис K.M. Вибродвигатели. Текст. / Р.Ю. Банся-вичус, K.M. Рагульскис. Вильнюс: Мокслас, 1981. - 193 с.

45. Урьев, Н.Б. О характере изменения эффективной вязкости дисперсных структур в процессе вибрационного уплотнения Текст. / Н.Б. Урьев, Н.В. Михайлов, П.А. Ребиндер // Доклады АН СССР. Т. 194. Вып. 2. - 1970.1741. С. 384-387.

46. Урьев, Н.Б. Физико-химические основы технологии дисерсных систем и материалов. Текст. / Н.Б. Урьев, М.А. Талейсник. М.: Химия, 1988. -256 с.

47. Урьев, Н.Б. Физико-химические основы интенсификации технологических процессов в дисперсных системах. Текст. / Н.Б. Урьев. М.: Знание, 1981. -64 с.

48. Урьев, Н.Б. Текучесть суспензий и порошков. Текст. / Н.Б. Урьев, А.А. Потанин. М.: Химия, 1992. - 252 с.

49. Фролов, К.В. Прикладная теория виброзащитных систем. Текст. / К.В. Фролов. М.: Машиностроение, 1980. - 276 с.

50. Челомей, В.Н. Избранные труды. Текст. / В.Н. Челомей. М.: Машиностроение, 1989. - 336 с.

51. Яблонский, А.А. Курс теории колебаний. Текст. / А.А. Яблонский, С.С. Норейко. М.: Высш. школа, 1975. - 248 стр.

52. Яцун, С.Ф. Вибрационные машины и технологии для обработки гранулированных сред. Текст. / С.Ф. Яцун, О.Г. Локтионова. М.: ТНТ, 2011. -296 с.

53. Яцун, С.Ф. Вибрационные машины и технологии. Текст. / С.Ф. Яцун, Д.И. Сафаров, В.Я. Мищенко, О.Г. Локтионова. Баку: Элм, 2004. - 408 с.

54. Amini, S. FE Analysis of One-Directional and Elliptical Vibration Cutting Processes Text. / S. Amini, E. Shamoto, N. Suzuki, M.J. Nategh. // International Journal of Automation Technology. 2010 - Vol.4, No.3. - pp. 252-258.

55. Bishop, R.E.D. The Mechanics of Vibration. R.E.D. Bishop, D.C. Johnson. -Cambridge University Press, 1960.

56. Parkinson, A.G. Vibration and balancing of rotating continuous shafts Text. / A.G. Parkinson, R.E.B. Bishop // Proc. IMechE, Part C: J. Mechanical Engineering Science. 1961. - No.3. - pp. 200-213.

57. Бишоп, P. Колебания: Пер. с. англ. Текст. / Р. Бишоп. М.: Наука, 1979. -160 с.

58. Kumabe, J. Fundamentals and applications of Vibration cutting. Text. / J. Kumabe. Tokyo: Jikkyo Publishing, 1979.

59. Кумабе, Д. Вибрационное резание: Пер. с яп. Текст. / Д. Кумабе. М.: Машиностроение, 1985. - 424 с.

60. Magnus, К. Schwingungen: Eine Einfuhrung in die physikalischen Grundlagen und die theoretische Behandlung von Schwingungsproblemen Text. / Kurt Magnus. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH, 2008.

61. Магнус, К. Колебания. Введение в исследования колебательных систем: Пер. с нем. Текст. / К. Магнус. М.: Мир, 1982. - 304 с.

62. Ребю, П. Вибрирование бетона: Практическое руководство: Пер. с фран. Текст. / П. Ребю. М.: Изд-во лит-ры по стр-ву, 1970. - 256 с.

63. Timoshenko, S. Р. Vibration Problems in Engineering. Text. / S. P. Ti-moshenko. 3rd edition. New York: Van Nostrand Co., 1955.

64. Тимошенко, С.П. Колебания в инженерном деле. Текст. / С.П. Тимошенко. М.: Наука, 1967. - 444 с.

65. Den Hartog, J.P. Mechanical Vibrations. Text. / J.P. Den Hartog. 4th edition. -New York: McGraw-Hill, 1956.

66. Буренков, H.A. Интенсификация технологических процессов в пищевой промышленности при помощи низкочастотных колебаний. Текст. / H.A. Буренков. Киев: Техника, 1969. - 193 с.

67. Василенко, П.М. Некоторые вопросы теории вибрационных процессов Текст. / П.М. Василенко // Мех. и элетр. соц. сел. хоз-ва. 1962. - № 3. -С. 17-21.

68. Василенко, П.М. Теория движения частицы по шероховатым поверхностям сельскохозяйственных машин. Текст. / П.М. Василенко. Киев: УСХА, 1960.-283 с.

69. Горячкин, В.П. Собрание сочинений. Текст.: в 3 т. / В.П. Горячкин. М.: Колос, 1965.

70. Гортинский, В.В. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих176предприятиях. Текст. / B.B. Гортинский, А.Б. Демский, М.А. Борискин. -М.: Колос, 1980.-304 с.

71. Дубровский, A.A. Вибрационная техника в сельском хозяйстве. Текст. / A.A. Дубровский. М.: Машиностроение, 1968. - 204 с.

72. Заика, П.М. Динамика вибрационных зерноочистительных машин. Текст. / П.М. Заика. М.: Машиностроение, 1977. - 278 с.

73. Заика, П.М. Периодический режим движения материальной точки между двумя криволинейными поверхностями Текст. / П.М. Заика, Д.Р. Мазо-ренко, А.И. Завгородний // Сб. науч.тр. Моск. ин-т инженеров с.-х. производства. 1977. - Т. 14. Вып. 2. - С. 12-20.

74. Лапшин, П.Н. Виброустойчивостъ механических систем в технологических процессах сепарации зерна. Текст.: дис. на соиск. уч. ст. д.т.н. / П.Н. Лапшин. Курган, 1987. - 389 с.

75. Лапшин, П.Н. Зерноуборочные комбайны. Прочность, виброустойчивость, надежность. Текст. / П.Н. Лапшин. Курган: КГСХА, 2010. - 133 с.

76. Леонтьев, П.И. Технологическое оборудование кормоцехов. Текст. / П.И. Леонтьев, В.И. Земсков, В.М. Потемкин. М.: Колос, 1984. - 158 с.

77. Лимонов, Г.Е. Научные основы интенсификации и оптимизации тепломас-сообменных процессов мясной промышленности с использованием вибрации. Текст. : дис. на соиск. уч. ст. д.т.н. / Г.Е. Лимонов. М., 1990. - 359 с.

78. Листопад, Г.Е. Вибросепарация зерновых смесей. Текст. / Г.Е. Листопад. Волгоград: Волгогр. кн. изд-во, 1963. - 118 с.

79. Мачихин, Ю.А. Инженерная реология пищевых материалов. Текст. / Ю.А. Мачихин, С.А. Мачихин. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. -216 с.

80. Терсков, Г.Д. Расчет зерноуборочных машин. Текст. / Г.Д. Терсков. М.Свердловск: Гостехиздат, 1949. - 206 с.

81. Уссаковский, В.М. Инерционные насосы. Текст. / В.М. Уссаковский. -М.: Машиностроение, 1973. 200 с.

82. Федоренко, И.Я. Вибрационная техника сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. Текст.: в 2 ч. / И.Я. Федоренко, П.И Леонтьев, В.И. Лобанов. Барнаул: Изд-во АГАУ, 1995.

83. Федоренко, И.Я. Механико-технологическое обоснование и разработка вибрационных кормоприготовительных машин. Текст.: дис. на соиск. уч. ст. д.т.н. / И.Я. Федоренко. Челябинск, 1992. - 392 с.

84. Федоткин, И.М. Интенсификация теплообмена в аппаратах пищевых производств. Текст. / И.М. Федоткин, B.C. Липсман. М.: «Пищевая промышленность», 1972. - 240 с.

85. Фоминых, A.B. Повышение эффективности сепарирования зерна и сои на основе совершенствования фракционных технологий и машин. Текст.: дис. на соиск. уч. ст. д.т.н. / A.B. Фоминых. Челябинск, 2006. - 317 с.

86. Бальшин, М.Ю. Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна. Текст. / М.Ю. Бальшин. М.: Металлургия, 1972. - 336 с.

87. Бахвалов, Н.С. Осреднение процессов в периодических средах. Математические задачи механики композиционных материалов. Текст. / Н.С. Бахвалов, Г.П. Панасенко. М.: Наука, 1984. - 352 с.

88. Филиппов, И.Г. Нестационарные колебания и дифракция волн в акустических и упругих средах. Текст. / И.Г. Филиппов, O.A. Егорычев. М.: Машиностроение, 1977. - 304 с.

89. Пальмов, В.А. Колебания упруго-пластических тел. Текст. / В.А. Паль-мов. М.: Наука, 1987. - 328 с.

90. Кун, Т. Структура научных революций. Текст. / Т. Кун. М.: Прогресс, 1977.-288 с.

91. Кремер, Е.Б. Поведение сыпучего материала в вибрирующих сообщающихся сосудах Текст. / Е.Б. Кремер, В.Ф. Палилов, Е.Б. Шифрина // Тез. Всесоюзн. конф по вибрационной технике. Телави: Ин-т механики машин АНГССР, 1984.

92. Гончаревич, И.Ф. Вибрация нестандартный путь. Текст. / И.Ф. Гончаре-вич. - М.: Наука, 1986. - 209 с.

93. Lindner, G. Förderrinnen. Die Fördertechnik. Heft 2.Text. / G. Lindner. -1912.

94. Лапшин, И.П. Расчет и конструирование зерноочистительных машин. Текст. / И.П. Лапшин, Н.И. Косилов. Курган: ГИПП «Зауралье», 2002. -168 с.

95. Спиваковский, А.О. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. Текст. / А.О. Спиваковский, И.Ф. Гончаревич. М.: Машиностроение, 1972. - 328 с.

96. Спиваковский, А.О. Вибрационные и волновые транспортирующие машины. Текст. / А.О. Спиваковский, И.Ф. Гончаревич. М.: Наука, 1983. -288 с.

97. Членов, В.А. Сушка сыпучих материалов в виброкипящем слое. Текст. / В.А. Членов, Н.В. Михайлов. М.: Стройиздат, 1967.

98. Kroll, W. Übers das Verhalten von Schüttgut in lotrecht schwingenden Gefäßen Text. / W. Kroll // Forschung auf dem Gebiete des Ingenieurwesens. 1954. -№ 1.

99. Гортинский, B.B. К вопросу о послойном движении продуктов измельчения зерна в рассевах Текст. / В.В. Гортинский // Сообщ. и реф. ВНРГИЗ. -1959. -№ 5. -С. 36-52.

100. Гортинский, В.В. Теоретические основы послойного движения продуктов измельчения зерна на сите рассева Текст. / В.В. Гортинский // Тр. ВНИИЗ. 1960.-№39.-С. 65-82.

101. Гортинский, В.В. Послойное движение продуктов измельчения зерна при сепарировании на плоских ситах Текст. /В.В. Гортинский // Тр. ВНИИЗ. -1962.-№42.-С. 19-27.

102. Слиеде, П.Б. Исследование движения сыпучего материала при продольномвибротранспортировании Текст. / П.Б. Слиеде // Вопросы динамики и прочности. Вып. 22. Рига: Зинатне, 1972.

103. Овчинников, П.Ф. Реологические свойства сред, обрабатываемых вибрационными машинами Текст. / П.Ф. Овчинников // Физико-химическая механика дисперсных структур. Киев: Наукова думка, 1986. - С. 48-54.

104. Блехман, И.И. О теории вибрационного разделения сыпучих смесей Текст. / И.И. Блехман, В .Я. Хайнман // Известия АН СССР. Механика. -1965,-№5.-С. 22-30.

105. Непомнящий, Е.А. Стохастическая теория вибросмешивания сыпучих материалов с учетом гравитационного течения частиц Текст. / Е.А. Непомнящий // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1965. - № 7. -С. 84-90.

106. Урьев, Н.Б. Физико-химическая механика и интенсификация образования пищевых масс. Текст. / Урьев Н.Б., Талейсник М.А. М.: Пищевая промышленность, 1976. - 240 с.

107. Раскин, Х.И. Применение методов физической кинетики к задачам вибрационного воздействия на сыпучие среды. Текст. / Раскин Х.И. ДАН СССР. Т. 220. 1975. - № 1. - С. 54-57.

108. Гершуни, Г.З. Устойчивость конвективных течений. Текст. / Г.З. Гершу-ни, Е.М. Жуховицкий, A.A. Непомнящий. М.: Наука, 1989. - 320 с.

109. Аулов, П.П. Вибрационное перемещение сыпучей среды в горизонтальном круговом цилиндре Текст. / П.П. Аулов, А.Т. Карпусь, Г.А. Чегло // Вычислительная и прикладная математика. 1986. - Вып. 58. - С. 75-79.

110. Грозубинский, В.А. Измерение усилий в слое семян на вибрационном решете Текст. / В.А. Грозубинский, В.А. Коваль, П.М. Заика // Мех. и электр. соц. сел. хоз-ва. 1975. - №12. - С. 14-16.

111. Гнездилов, A.A. Обоснование параметров устройства для сухой очистки товарных яиц в виброкипящем слое: дис. на соиск. уч. ст. к.т.н. Текст. / A.A. Гнездилов. Барнаул, 2008. - 230 с.

112. Лоренц, Э. Детерминированное непериодическое движение Текст. / Э.

113. Лоренц // Странные аттракторы. М., 1981. - С. 88-116.

114. Кузнецов, С. П. Динамический хаос: курс лекций. Текст. / С. П. Кузнецов. М.: Физматлит, 2001. - 285 с.

115. Самарский, A.A. Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент. Введение в информатику с позиций математического моделирования. Текст. / A.A. Самарский. М.: Наука, 1988. - 176 с.

116. Рабинович, М.И. Введение в теорию колебаний и волн: учебное пособие. Текст. / М.И. Рабинович, Д.И. Трубецков. М.: Наука, 1984. - 432 с.

117. Хакен, Г. Синергетика. Иерархия неустойчивости в самоорганизующихся системах и устройствах. Текст. / Г. Хакен. М.: Мир, 1985. - 404 с.

118. Шустер, Г. Детерминированный хаос: Введение. Текст. / Г. Шустер. М.: Мир, 1988.-240 с.

119. Заславский, Г.М. Введение в нелинейную физику: От маятника до хаоса. Текст. / Г.М. Заславский, Р.З. Сагдеев. М.: Наука, 1988. - 368 с.

120. Князева, E.H. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. Текст. / E.H. Князева, С.П. Курдюмов. М.: Наука, 1994. - 238 с.

121. Томпсон, Дж.М.Т. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике. Текст. / Дж.М.Т. Томпсон. М.: Мир, 1985. - 254 с.

122. Компьютеры и нелинейные явления: информатика и современное естествознание. Текст. М.: Наука, 1988. - 192 с.

123. Мун, Ф. Хаотические колебания: Вводный курс для научных работников и инженеров: пер. с англ. Текст. / Ф. Мун. М.: Мир, 1990. - 312 с.

124. Пригожин, И. Время, структура и флуктуации Текст. / И. Пригожин // Успехи физических наук. 1980. -№ 6. Т. 131. - С. 185-207.

125. Де Грот, С. Неравновесная термодинамика. Текст. / С. Де Гроот, П. Ма-зур. М.: Мир, 1964. - 456 с.

126. Пригожин, И. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур: пер. с англ. Текст. / И. Пригожин, Д. Кондепу-ди. М.: Мир, 2002. - 461 с.

127. Гленсдорф, П. Термодинамическая теория структуры, устойчивости ифлуктуаций: пер. с англ. Текст. / П. Гленсдорф, И. Пригожин. М.: Еди-ториал УРСС, 2003. - 280 с.

128. Пригожин, И. Химическая термодинамика. Текст. / И. Пригожин, Р. Де-фей. Новосибирск: Наука, 1966. - 510 с.

129. Чанг, Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. Текст. / Р. Чанг. М.: Мир, 1980. - 663 с.

130. Шамбадаль, П. Развитие и приложения понятия энтропии: пер. с франц. Текст. / П. Шамбадаль. М.: Наука, 1967. - 280 с.

131. Поплавский, Р.П. Термодинамические модели информационных процессов Текст. / Р.П. Поплавский // Успехи физических наук. 1975. - № 3. Т. 115. -С. 465-501.

132. Лийв, Э.Х. Инфодинамика. Обобщенная энтропия и негэнтропия. Текст. / Э.Х.Лийв. Таллинн, 1998. - 200 с.

133. Ребане, К.К. Энергия, энтропия, среда обитания. Текст. / К.К. Ребане. -М.: Знание, 1985.-64 с.

134. Федоренко, И.Я. Критерии подобия гидродинамических моделей виброки-пящего слоя сыпучего материала Текст. / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2005. -№ 1.-С. 105-108.

135. Федоренко, И.Я. Динамика виброожиженного слоя сельскохозяйственного материала Текст. / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2005. - № 6. - С. 13-15.

136. Федоренко, И.Я. Вибрируемый зернистый слой в сельскохозяйственной технологии. Текст. / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006.- 166 с.

137. Федоренко, И.Я. Методы расчета вибрационных машин на основе гидродинамических моделей сыпучего материала Текст. / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков, A.A. Гнездилов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2007. - № 5. - С. 93-98.

138. Пирожков, Д.Н. Сведение гидродинамической модели виброожиженногосыпучего материала к системе Лоренца Текст. / Д.Н. Пирожков // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2008. - № 8. - С. 59-65.

139. Николис, Г. Познание сложного. Ведение. Текст. / Г. Николис, И. Приго-жин. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 344 с.

140. Пригожин, И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. Текст. / И. Пригожин, И. Стенгерс. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 240 с.

141. Российская астрономическая сеть // URL: http://www.astronet.ru (дата обращения 30.05.11).

142. Федоренко, И.Я. Анализ поведения сыпучей среды при вибрации на основе теории аттрактора Лоренца Текст. / И.Я. Федоренко // Известия Сибирского отделения АН СССР. Серия техн. наук. 1990. - Вып.З. - С. 112115.

143. Федоренко, И.Я. Движение частицы в осциллирующем воздушном потоке Текст. / И.Я. Федоренко // Сибирский вестник с.-х. науки. 1996. - № 3-4. -С. 111-115.

144. Федоренко, И.Я. Модели синергетики в технологиях перерабатывающих производств Текст. / И.Я. Федоренко // Вестник алтайской науки. Проблемы агропромышленного комплекса. 2001. -Вып.1. Т. 2. - С. 119-125.

145. Федоренко, И.Я. Проблемы механики вибрируемого зернистого слоя Текст. / И.Я. Федоренко // Совершенствование технологий и технических средств в АПК: сб. науч. докл. Алтайского ГАУ. Барнаул: Изд-во АГАУ, 1999.-С. 5-10.

146. Федоренко, И.Я. Проектирование технических устройств и систем: принципы, методы, процедуры: уч. пособие. Текст. / И.Я. Федоренко. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003. - 282 с.

147. Федоренко, И.Я. Самоорганизация и стохастичность в технологических машинах и аппаратах Текст. / И.Я. Федоренко // Техника в сельском хозяйстве. 1996. - № 1. - С. 24-27.

148. Федоренко, И.Я. Вибрационная техника сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий: уч. пособие. 4.1. Текст. / И.Я. Федоренко, П.И. Леонтьев, В.И. Лобанов. Барнаул: Изд-во АГАУ, 1995. - 97 с.

149. Федоренко, И.Я. Движение частицы сыпучего материала под воздействием вибраций Текст. / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Тр. XXXII Уральского семинара по механике и процессам управления. Екатеринбург, 2002. -С. 212-214.

150. Федоренко, И.Я. Синергетические системы и поведение сыпучей среды под действием вибрации Текст. / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Тр. 2 междунар. науч.-техн. конф. Ч. 2. Тобольск, 2004. - С. 238-240.

151. Федоренко, И.Я. Факторы, действующие на частицу в виброожиженном слое Текст. / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков // Материалы XLII науч.-техн. конф. ЧГАУ. Ч. 3. Челябинск, 2003. - С. 155-159.

152. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа. Текст. / Л.Г. Лойцянский. -М.: Наука, 1978.- 736 с.

153. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика. Текст. / Д.В. Штеренлихт. М.: Колос, 2004. - 656 с.

154. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Текст. / И.Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1975. - 559 с.

155. Зенков, Р.Л. Механика насыпных грузов. Текст. / Р.Л. Зенков. М.: Машиностроение, 1964. - 251 с.

156. Яблонский, А.А. Курс теоретической механики. 4.2. Динамика. Текст. / А.А. Яблонский. М.: Высшая школа, 1964. - 375 с.

157. Сорокин, С.А. Обоснование параметров процесса связного дозирования ингредиентов комбикормов при их производстве в хозяйствах : дис. на со-иск. уч. ст. к.т.н. Текст. / С.А. Сорокин. Барнаул, 2006. - 254 с.

158. Math Works MATLAB and Simulink for Technical Computing // mah184works.com: сервер компании MathWorks: URL: http://www.mahworks.com (дата обращения 10.01.11)

159. Пат. 2421271 Российская Федерация, С 1 В01 F3/18, В01 F 11/00. Смеситель для сыпучих материалов Текст. / И.Я. Федоренко, Д.Н. Пирожков, P.A. Котов; заявитель и патентообладатель И.Я. Федоренко. Заявл. 08.02.2010; опубл. 20.06.2011, Бюл. № 17.

160. Пат. 2400051 Российская Федерация, С 1 А01 F 12/44. Устройство для очистки фуражного зерна Текст. / И.Я. Федоренко, A.C. Федоренко; заявитель и патентообладатель И.Я. Федоренко. Заявл. 13.05.2009; опубл. 27.09.2010 Бюл. №27.

161. Примеры расчетов по гидравлике: учеб. пособие для вузов. Текст. / Под. ред. А.Д. Альтшуля. М.: Стройиздат, 1977. - 255 с.

162. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. Текст. / Под. ред. A.B. Красниченко. Т.2. М.: ВИСХОМ, 1961.- 862 с.

163. Свойства зерновых грузов // angargroup.ru: сервер ООО "Компания Сектор": URL: http://www.angargroup.ru (дата обращения 30.05.11).

164. Альтшуль, А.Д. Гидравлические сопротивления. Текст. / А.Д. Альтшуль. -М.: Недра, 1982.-224 с.

165. Пат. 2294096 Российская Федерация, С 1 А 01 К 43/00. Линия для сухой очистки поверхности скорлупы яиц от загрязнений Текст. / И.Я. Федоренко, A.A. Гнездилов, Д.Н. Пирожков; заявитель и патентообладатель

166. ФГОУ ВПО АГАУ. Заявл. 28.07.2005; опубл. 27.02.2007, Бюл. № 6.

167. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Текст. М.: МСХ и продовольствия РФ, 1998.-240 с.

168. Готовцев, Б.Н. Справочник по рационализации и изобретательству. Текст. / Б.Н. Готовцев. Ч 1. М.: Россельхозиздат, 1985. - 269 с.

169. ГОСТ 23730-88. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки универсальных машин и технологических комплексов. Текст. -М., 1988.-26 с.

170. Главная страница ООО «Далон» // vniikomg.ru: сервер компании ООО «Далон»: URL: http://www.vniikomg.ru/ (дата обращения 30.05.11).

171. Агрегат комбикормовый малогабаритный // food-industry.ru: сервер группы компаний EquipNet.ru: URL: http://www.food-industry.ru/catalogue/korma-dlya-domashnego-skota-i-pticzy/agregaty-kombikormovye/eql 797.html (дата обращения 30.05.11).

172. ОАО «Мельник» // melnik.su: сервер компании ОАО «Мельник»: URL: http://www.melnik.su/ (дата обращения 30.05.11).

173. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. Текст. М.: Экономика, 1977. - 45 с.

174. Методика определения экономической эффективности механизации животноводства Текст. / Под ред. М.И. Корячкина. М.: Колос, 1969. - 23 с.

175. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Текст. М.: МСХП РФ, ВНИИЭСХ, 1998. -219 с.

176. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники Текст. / Под ред. Н.С. Власова. М.: Колос, 1979. - 399 с.

177. Методические рекомендации по определению технико-экономических показателей об использовании топлива и энергии в животноводстве. Текст. М.: Изд-во ВИЭСХ, 1980. - 128 с.

178. Временное положение по экономическим взаимоотношениям колхозов и совхозов с организациями Госкомсельхозтехники при техническом обслуживании, ремонте машин и оборудования животноводческих ферм и комплексов. Текст. М.: Колос, 1981. - 31с.

179. Захарьина, A.B. Справочник по амортизационным отчислениям основных средств. Текст. / A.B. Захарьина. М.: Элит, 2006. 472 с.

180. Мжельский, Н.И. Справочник по механизации животноводческих ферм и комплексов. Текст. / Н.И. Мжельский, А.И. Смирнов. М.: Колос, 1984. -336с.

181. Положение о техническом обслуживании и ремонте машин и оборудования в животноводстве. Текст. М.: Колос, 1981. - 16с.

182. Дегтерев, Г. П. Технологии и средства механизации животноводства. Текст. / Г. П. Дегтерев. М.: Столичная ярмарка, 2010.-384 с.

183. Официальный сайт алтайского края // altairegion22.ru: сервер администрации Алтайского края: URL: http://www.altairegion22.ru (дата обращения 30.07.11).

184. Тарифы, правовые документы, справки // newtariffs.ru: сервер ЗАО «ИПК»: URL: http://www.newtariffs.ru (дата обращения 30.05.11).

185. ООО «Агропресс» Семена, зерно, кукуруза, картофель, травы // agroprogress.ru: сервер ООО «Агропресс»: URL: http://agroprogress.ru (дата обращения 30.05.11).

186. Фураж Он-лайн: цены на комбикорм, корма для птицы, свиней, коров, фуражное зерно // furazh.ru: сервер ЗАО «Российская Внебиржевая Сеть»: URL: http://www.furazh.ru (дата обращения 30.05.11).

187. Зерно Он-лайн новости, аналитика и цены зернового рынка: пшеница, рожь, ячмень, овес, подсолнечник, мука, крупа, комбикорм. // zol.ru: сервер ЗАО «Российская Внебиржевая Сеть»: URL: http://zol.ru (дата обращения 30.05.11).

188. Челябинский комбикормовый завод «АГРОС» // agros.tiu.ru: сервер Челябинского комбикормового завода «АГРОС»: URL: http://agros.tiu.ru/ (дата обращения 30.05.11).

189. Торговая площадка Zerno24: // zerno24.ru: сервер «Zerno24.ru»: URL: «Zerno24.ru» (дата обращения 30.05.11).

190. Торговая площадка «Пульс цен» // pulscen.ru: сервер Издательского дома «АБАК-ПРЕСС»: URL: http://www.pulscen.ru (дата обращения 30.05.11).

191. L-Card. Оборудование для автоматизации измерений и сбора данных, АСУТП, АЦП, ЦАП // lcard.ru: сервер ООО «Л Кард»: URL: http://www.lcard.ru (дата обращения 13.12.10).

192. Гельфанд, Я.Е. Управление химико-технологическими процессами приготовления много компонентных смесей. Текст. / Я.Е. Гельфанд. Л.: Химия, 1988. - 288 с

193. Гончаревич, И.Ф. Вибрационная техника в пищевой промышленности. Текст. / И.Ф. Гончаревич. М.: Пищевая промышленность, 1977. - 321 с.

194. Модестов, Б.С. Виброактиватор для регулируемой выгрузки сыпучих материалов из бункеров Текст. / Б.С. Модестов, М.Г. Гончаров, З.И. Глухова // Химическая промышленность. 1975. - № 1. - С. 77-78.

195. Псевдоожижение. Текст. / Под ред. И. Дэвисона, Д. Харрисона: пер. с англ. М.: Химия, 1974. - 728 с.

196. Александров, A.B. Сопротивление материалов. Текст. / A.B. Александров, В.Д. Потапов, Б.П. Державин. М.: Высшая школа. 2007. - 560 с.

197. Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов. Текст. / В.И. Феодосьев. -М.: Изд-во МГТУ. 2005. 592 с.

198. Справочник по сопротивлению материалов. Текст. / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. Киев: Наук, думка, 1988. - 736 с.

199. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Текст. / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. М.: Наука, 1981. - 544 с.

200. ГОСТ 10842-89 Зерно зерновых и бобовых культур и семена масличных культур. Метод определения массы 1000 зерен или 1000 семян. Текст. -М., 1989.-7 с.