автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров винтового питателя приемных устройств складов минеральных удобрений

Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства (ВИМ)

САЛЫНСКИЙ ВЛАДИМИР ФЕДОТОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИНТОВОГО ПИТАТЕЛЯ ПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ СКЛАДОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УДК 631.244.2:621.86.067.2

На правах рукописи

Ч

Москва-1998

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и проектном институте по технологии и экономике хранения, транспортировки и механизации внесения в почву минеральных удобрений (ВНИПИагрохим)

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.А.РЫЧКОВ

Официальные оппоненты - академик РАСХН, доктор технических наук,

профессор Л.П.КОРМАНОВСКИЙ

-кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ю.В.ИВАНОВ

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт по организации, экономике и технологии материально-технического снабжения агропромышленного комплекса (ВНИИМС), Г. Рязань

Защита состоится "2^/ " 1998 г. в "/О часов на

заседании диссертационного совета Д.020.02.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ВИМ) по адресу: 109428, г.Москва, 1-Институтский проезд, д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИМа

Автореферат разослан "¿У" (ЭК ТЯ&р?! 1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат технических наук

'а ^

Л.В.МАМЕДОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В общей системе факторов, влияющих на урожай сельскохозяйственных культур, минеральные удобрения обеспечивают более половины его прироста. Основу материально-технической базы химизации составляет складское хозяйство.

Одной из основных транспортно-технологических операций складской переработки твердых незатаренных удобрений является выгрузка их из железнодорожных вагонов. Разработанные и используемые для этой цели приемные устройства бункерного типа, как показал опыт, имеют ряд недостатков. Они капиталоемки, не обеспечивают компактности складского комплекса, при этом стоимость приемных устройств указанного типа достигает 20-30% стоимости складов.

Более эффективными являются приемные устройства с винтовыми питателями в открытом желобе. В отличие от других средств механизации они способны обеспечить мшпшальное заглубление подрельсового приямка, дозированную подачу насыпного груза на последующее транспортное звено, компактность и универсальность приемного устройства.

Однако, опыт использования винтовых питателей в приемных устройствах складов минеральных удобрений выявил низкую надежность технологического процесса выгрузки удобрений из транспортных средств и высокую энергоемкость транспортирования, что было обусловлено давлением вышележащего винту насыпного груза.

В связи с изложенным возникла необходимость в проведении исследований и создания на их базе эффективной конструкции винтового питателя приемных устройств складов минеральных удобрений.

Исследования были выполнены в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ ВНИПИагрохим по теме: «Разработка и внедрение прогрессивных технологий, технических средств и рациональной организации складской переработки минеральных удобрений» (1986-1990 гг.), а также согласно раздела 01.03 научно-технической программы РАСХН на 1991-1996 гг.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изыскание рациональной конструкции и обоснование параметров винтового питателя, обеспечивающих использование его в качестве эффективного средства механизации приемных устройств складов твердых незатаренных минеральных удобрений.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - механизированные технологии и технические средства для приема и выгрузки удобрений из транспортных средств, винтовые питатели приемных устройств складов незатаренных минеральных удобрений.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Физическое и математическое моделирование рабочего процесса транспортирования винтовым питателем в открытом желобе с использованием теории статики и динамики сыпучей

среды. Вычислительные эксперименты с использованием ПЭВМ и натурные опыты по схеме однофакторного эксперимента.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Выявлены закономерности процесса транспортирования твердых минеральных удобрений винтовым питателем в открытом желобе, разработаны математическая модель процесса и методы расчета производительности и энергоемкости винтового питателя с учетом давления вышележащего насыпного груза. Новизна конструктивных решений подтверждена 6 авторскими свидетельствами и патентами.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанные методы расчета производительности и потребляемой мощности винтового питателя позволяют из широкого возможного диапазона определить его конструктивные параметры, близкие к оптимальным. Предложенная конструкция винтового питателя с разгрузочной горкой обеспечивает снижение энергоемкости процесса транспортирования на 20-50%. Разработанное компоновочное решение приемного устройства с винтовыми питателями для прирельсовых складов минеральных удобрений является универсальным, имеет малое заглубление подрельсового приямка.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. На базе выполненных исследований осуществлена разработка модернизированного приемного бункера БП-3,0М с винтовым питателем для механизированных приемных устройств прирельсовых складов минеральных удобрений. Серийное производство приемных бункеров освоено в ОКБ «Сельхозхиммаш» ВНИПИ-агрохим. За период 1990-1997 гг. выпущено свыше ста приемных бункеров. Модернизированные приемные бункеры с винтовыми питателями внедрены на 25 прирельсовых складах РФ, республики Беларусь, а также в двух хозяйствах Рязанской области для приема зерна из автотранспорта.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на ежегодных научно-практических конференциях «Научно-технический прогресс в инженерно-технической сфере АПК Россию) (М., 1994, 1996 гг.), на научно-практической конференции «Современные машинные технологии и технические средства переработки и внесения в почву минеральных удобрений» (Рязань, 1996 г.), на научно-практической конференции «Возрождение российского села» (Рязань, 1997 г.), на научно-практической конференции, посвященной памяти академика В.П. Горячкина (М., 1998 г.), на Ученом совете ВНИПИагрохим (Рязань, 1998 г.) и Секции Ученого совета ВИМа (М., 1998 г.), на международной научно-технической конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве» (М., 1998 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По основному содержанию диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 5 авторских свидетельств и патентов на изобретение.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников из 133 наименований и приложений. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, включает 60 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована цель исследования.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» дана краткая характеристика физико-механических и химических свойств минеральных удобрений, рассмотрены особенности функционирования прирельсовых и глубинных складов для приема и хранения минеральных удобрений. Изложен анализ конструктивно-технологических решений приемных устройств для выгрузки незатаренных удобрений из железнодорожных вагонов, вскрыты недостатки существующих приемных устройств бункерного типа и на повышенном пути. Показано, что для складов минеральных удобрений более эффективными и перспективными являются приемные устройства, оснащенные винтовыми питателями.

В главе дан обзор существующих конструкций винтовых конвейеров и приведены данные опыта их эксплуатации. Установлено, что успешное использование винтовых питателей в приемных устройствах для выгрузки удобрений из транспортных средств обеспечивается при условии предотвращения вертикального давления вышележащих слоев удобрений на транспортируемый поток. Выявлено, что наиболее приемлемым конструктивным элементом для этой цели является надвинтовая -образная разгрузочная горка в сочетании с решеткой пластинчатого типа. В результате анализа конструктивных особенностей используемых для доставки удобрений саморазгружающихся вагонов типа хоппер и процессов их опорожнения при одновременном отборе истекающих из люков удобрений выявлено и обосновано рациональное компоновочное решение приемного устройства с использованием винтовых питателей. В разработанном технологическом решении универсального приемного устройства прирельсового склада используются шесть винтовых питателей, размещенных тремя линиями вдоль подъездного пути по собирательной схеме с противоположным движением потоков в каждой линии (рис. 1).

Отмечается, что в связи с широким спектром использования винтовых конвейеров их исследованию посвящено большое число работ отечественных и зарубежных ученых. Значительный вклад в разработку теории винтовых конвейеров внесли Н.И.Акимов, А.М.Григорьев, В.П.Желтов, Ю.В.Иванов, И.В.Морин, П.И.Хозина, С.К.Янчин, К.С.Козюра, В.Г.Терехин и другие. Вместе с тем, сложность физических процессов транспортирования винтовыми конвейерами и большое число параметров, определяющих их производительность и энергоемкость, затрудняют аналитические исследования конвейеров. Существующие теоретические исследования и методы расчета параметров винтовых конвейеров базируются, как правило, на анализе движения изолированной частицы груза и не учитывают особенности и специфические условия их эксплуатации в рассмат-

риваемых приемных устройствах. Эти факторы не позволяют обоснованно определить и выбрать параметры винтового питателя, близкими к оптимальным.

Рис. 1. Схема истечения насыпного груза из люков вагона: а - хоппера-цементовоза; б - хоппера-минераловоза

В соответствии с поставленной целью работы определены следующие основные задачи исследования:

- обосновать оптимальную производительность винтовых питателей в приемных устройствах складов минеральных удобрений;

- разработать математическую модель рабочего процесса транспортирования удобрений винтовым питателем в открытом желобе, учитывающую давление вышележащего винту насыпного груза и конструкцию питателя, обеспечивающую снижение этого давления на транспортируемый поток;

- исследовать влияние параметров винтового питателя, его конструктивных элементов и свойств удобрений на производительность и энергоемкость процесса транспортирования;

- разработать методику инженерного расчета и выбора основных параметров винтовых питателей и предложения по их внедрению.

Во второй главе «Теоретические исследования» дано обоснование производительности приемного устройства, изложены математическая модель и методы теоретического расчета производительности и энергоемкости винтового питателя. Исследовано влияние параметров питателя, его конструктивных элементов и свойств удобрений на производительность и энергоемкость процесса транспортирования.

Оптимальная производительность приемного устройства прирельсовых складов обоснована, исходя из критерия минимума суммарных затрат, связанных с содержанием технологического оборудования и простоем вагонов под разгрузкой. Представленные на рис.2 зависимости суммарных затрат показывают, что для складов с годовым грузооборотом 25...80 тыс.тонн (кривые 5, 6 и 7) оптимальная производительность линии приема

и подачи удобрений в склад находится в пределах 60...120 т/ч. При указанной выше схеме размещения производительность одного винтового питателя составит 10... 20 т/ч.

16,----

О

В

сз

» 4

0

50 100 150 200

Производительность, г/ч

Рис. 2 Зависимости затрат по разгрузке вагонов от производительности приемного устройства

1 - годовые затраты на содержание средств механизации; 2,3,4 - затраты, связанные с простоем вагонов; 5,6,7 - суммарные затраты

В разработанной математической модели рабочего процесса тихоходного режима транспортирования насыпного груза винтовым питателем в открытом желобе приняты следующие допущения:

- движение частиц груза в транспортируемом потоке осуществляется по винтовым линиям, при этом частицы, равноудаленные от оси вращения винта, за каждый его оборот перемещаются в осевом и смещаются в радиальном направлениях на одинаковые расстояния;

- поперечное сечение перемещаемого вдоль оси винта потока груза соответствует площади активного бокового давления винтовой поверхности и определяется окружностями с радиусами наружных и внутренних кромок винта;

- коэффициент заполнения межвиткового пространства не зависит от частоты вращения винта и равен единице по всей длине винта.

Разработанный метод расчета производительности винтового питателя основан на определении величины осевого перемещения транспортируемого насыпного груза за один оборот винта. С этой целью винтовые линии движения частиц груза при постоянном шаге 8 спирали на плоскости представлены гипотенузами так называемых «шаговых» треугольников А,.ВС (рис.3, а). При вращении винта частицы груза будут двигаться по линиям СЕ„ , СЕ, , СЕ 2 , отклоненным от перпендикуляров к соответствующим винтовым линиям (А , В , А , В , А } В ) на угол внешнего трения

% . При этом за один оборот винта каждая частица переместится в осевом направлении на расстояние

5,со5асо8(а + фя)

где а - угол наклона винтовой линии на радиусе винта Я ( а = Б / 2тг11 ).

Рис. 3. Схема к расчету производительности винтового питателя

А/ * А3 г»

гжчъ

¿тг

2т„

Л/ Аг А0 '</ А; & А',

Поскольку угол наклона винтовых линий будет меняться от осн на

переферии до (90°- <$), в центре, то и осевое перемещение частиц будет также изменяться от /„тах до нуля.

В продольном сечении винта (рис. 3,6) осевое перемещение частиц

груза будет соответствовать ординатам у,=1ы, ограниченным осью х-х и кривой А0Е„.

Объем насьшного груза, перемещаемый винтом за один его оборот , будет соответствовать объему тела, образованного вращением плоскости Е0 А0 А , вокруг продольной оси винта:

(2)

где яв-радиус наружных кромок винта; г0 - радиус пассивной зоны (г„ £г); г - радиус вала винта. В результате интегрирования (2) получена формула для расчета объемной часовой производительности винтового питателя:

2л2 52 +4д2 Квг0 ] ' (3)

где п - частота вращения винта, мин.

Характерные зависимости производительности винтового питателя, полученные по результатам вычислений на ЭВМ в соответствии с формулой (3) применительно к аммофосу представлены на рис. 4 и 5.

V, иУч

80

60

40

20

го 40 60 80 а , мин" Рис. 4. Зависимости производительности винтового питателя от частоты вращения винта

-I

1. П . 20 мин

2. П » 40 мин'

3. а = 60 мин"3 5 = 200 мм

V«

75

125

175

225 Я.

Рис. 5. Зависимости производительности винтового питателя от радиуса винта

Мощность, затрачиваемая на перемещение насыпного груза в рассматриваемом винтовом питателе, расходуется на преодоление сил трения по наружней и внутренней поверхностям сдвига и винтовой поверхности. Сила сопротивления сдвигу кольцевого цилиндра сыпучего тела единичной длины по наружней поверхности будет равна

= (4)

где £ - коэффициент внутреннего трения насыпного груза; а - давление по нормали к поверхности сдвига; <11 - элементарная длина дуги (сН = 11вс10 ) ; Ь - длина дуги окружности сдвига; С> - угол, определяющий положение дуги (11 ( рис. 6 ).

з

Рис.б. Схема к расчету сил трения по наружной и внутренней поверхностям сдвига

о

Нормальное давление на грани ас , охватываемой дугой dl, призмы abc сыпучего тела единичной длины

o = <T,cos20+cTjsin гв . (5)

При ширине надвинтовой разгрузочной горки k,k2 > 2RS вертикальное давление

<T,=hj pg=(H+RsSmetgq>0-Rscose)pg, (6)

где р - насыпная плотность транспортируемого груза; g - ускорение силы тяжести; угол естественного откоса насыпного груза.

С учетом известной зависимости между боковым и вертикальным давлением сг2 =шcr, =( 1 -sin <р)/(1 +cos ) ст, нормальное давление

а=рg(H+Rвsinetg<р0-Rjcos9)(msin2 6+ cos2 &), (7 )

где m - коэффициент подвижности; Ç- угол внутреннего трения;

Подставив (7) в ( 4), получим

Fi = 2pi/'J^(H+Resin0tg%-Ricose)(msinîe+cosJ0)Rid0 . (8)

В уравнении (8) нижний предел интегрирования будет зависеть от положения разгрузочной горки относительно оси вала винта, а верхний -от величины радиуса винта и его вала:

S О,

<?,= я [н ) ; (9)

1 б0 = arccos| —cos % I

в2 = jr-arcsin-^- . (10)

Re

В результате интегрирования (8)

F, =2pgfRi j|-[(m+O(02-É>, (¡упЩ-sin20,) ]-

- RBtg%[m(cosBz - cos б, )+(cos5 62 -cos5 ]-

3

sinfij-smff,—(sin3 в,-sin5 0,) } . (11)

3

Работа силы трения Б, за один оборот винта

А, =-^ 2 2 , (12)

соир^Щ+Я2/4л

а мощность, затрачиваемая на преодоление трения по всей наружной поверхности сдвига

м -—, (в)

бОсов (рв ^Я] +Яг /4яг

где Ь „ - длина винта, м.

Расчет силы трения Р2 по внутренней поверхности сдвига и затрат мощности на се преодоление аналогичен изложенному.

, Л

Для расчета затрат мощности на преодоление сил трения по винтовой поверхности рассмотрим ее элемент М в виде кольцевого сектора, расположенного на радиусе И от оси винта (рис. 7). На этот элемент действуют силы нормального давления и трения <№„ .

Рис. 7. Схема к расчету сил трения по винтовой поверхности

Суммарная работа проекций указанных сил на ось г и х .

5А3 =5А1+гА„=—--■ ' (15)

соз>ал//гЧ5г/4яг2

Величина силы сМ, будет зависеть от величины силы бокового давления насыпного груза и силы трения Б, по наружной поверхности сдвига:

¡1ЫВ = тр;>

RdR.de

(16)

ятргкЪ-т1))

Работа рассматриваемых сил на длине одного шага за один оборот

винта

м»

А3=2тВр ^^-//(Я+ЛапавчЬ -

-ЛСО50+-

/•5

Перемещение частиц груза, расположенных на разных расстояниях от оси вращения винта, сопровождается относительным трением слоев груза, которое также преодолевается винтовой поверхностью. Давление на винтовую поверхность от силы сопротивления кольцевого слоя груза тол-

¿Р

щиной (Ж единичной длины запишется в виде , где Рг-

dR

сила трения по цилиндрической поверхности сдвига с радиусом К . Тогда работа силы сИ7 за один оборот винта

Ж л/я'+^Мя2««^

Д2

-Ш9.

(17)

Значение величины сП^/сШ можно найти, продифференцировав выражение (10 ), в котором И л заменено на И . Тогда

■я* Я

д

соарц 'о I I

(т+^в, -6|) +~(81П26^ -5Ш26})

«(СОБ^-со5б|)+^р(соз36^ -соэ3^)

-2Л

БШ02 - БШ^ - -Цр (эт3 02 - зт3 6))

ЯШ

1+52 /4л:2

(19)

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения по винтовой поверхности

(Л+Л пп.

=-605-' (20)

Суммарная мощность на транспортирование насыпного груза

Nг=N¡-^-N2^■N3 . (21)

Данные теоретических расчетов показали, что увеличение высоты столба и соответственно давления вышележащего винту насыпного груза на транспортируемый поток, приводит к пропорциональному росту удельной энергоемкости винтового питателя (рис.8). Энергоемкость процесса транспортирования в значительной мере зависит также от свойств удобрений, состояния винтовой поверхности и выбранного соотношения шага и диаметра винта (рис.9)

Вт

МуЗ' мз/ч.м

II Вт

КО

100

60

20

I-Аммофос; 2 125 мм ■ 5 = 200 км П » 36 мин-1

/

/

44

43

24

23

I-Аммофос; 2-Хлор.«алий Я8 • 125 мм; а- 36 кин"1

0,2 0,4 0,6 0,8 К, и Рис.8. Зависимости удельной энергоемкости винтового питателя от высоты столба удобрений

100

150

200

250

5, км

Рис. 9. Зависимости удельной энергоемкости винтового питателя от шага винта (Н =ЯВ)

В результате анализа выполненных на ЭВМ вычислений и полученных зависимостей производительности и энергоемкости винтового питателя

установлены следующие рациональные значения его параметров: радиус винта 110...140 мм, частота вращения винта 30...60 мин"1, соотношение шага к диаметру винта 0,7-0,9.

Установлено, что снижению давления вышележащего винту насыпного груза способствуют также наклонные стенки желоба питателя и над-винтовая решетка. Сила сопротивления давлению вышележащего винту насыпного груза, оказываемая боковыми стенками желоба,

?с.х. = ЯЫ5'1»2 Рс + д Хл , (22)

где и Ьж - соответственно высота и длина желоба; Д. - угол наклона его боковых стенок к вертикали; £, - коэффициент трения насыпного груза по внутренней поверхности стенок желоба.

Сила сопротивления пластинчатой решетки высотой Ър с квадратными ячейками размером а , расположенной у верхнего основания желоба,

Рср=МвШ^{2Нг+11р) , (23)

где Вх - ширина желоба питателя; Н^ - высота столба насыпного груза над решеткой

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены: вопросы планирования опытов и обработки экспериментальных данных; методика определения производительности и энергоемкости винтового питателя; методика исследования сопротивления пластинчатой решетки давлению вышележащего сыпучего тела; методика оценки изменения качественных показателей удобрений при транспортировании их винтовым питателем.

В связи с широкой номенклатурой транспортируемых удобрений для проведения опытов выбирались 2-3 вида удобрений, в максимальной мере характеризующих собой весь диапазон их физико-механических свойств. Оценка соответствия удобрений действующим стандартам осуществлялась по следующим показателям: содержанию влаги (ГОСТ 20854.4-75); гранулометрическому составу, прочности гранул и рассыпчатости (ГОСТ 2156082). Кроме того, определялись значения углов естественного откоса, коэффициентов внешнего и внутреннего трения данных видов удобрений и их насыпная плотность.

Объемная вм'/чи массовая в т/ч производительность винтового питателя определялись по формулам:

К = 3600— Р<

й = Ъ,Ш1 (24)

где М - масса перегруженного удобрения (кг) за время I (с).

Абсолютная и относительная мощность на транспортирование определялись по формулам:

Мг={Ма-Мх)Ъ Пп

где N„ и Nf- соответственно мощность, потребляемая под нагрузкой и мощность холостого хода питателя; % и т?л - соответственно КПД электродвигателя и механизмов передач вращения вала винта; Lir - длина транспортирующей части винтового питателя.

Высота столба насыпного груза Н в желобе питателя фиксировалась относительно оси винта. При r^H<RB коэффициент заполнения межвит-кового пространства рассчитывался по формуле

Т] ^_

RlarcCos-—H^Rl - Я2

--чггй)— <26)

Исследование сопротивления надвинтовой решетки давлению сыпучего тела осуществлялось путем моделирования на лабораторном стенде. Удельное сопротивление решетки пластинчатого типа определялось по формуле:

(Мг - Мв)д

се~ m2 У '

где Мг- масса высьшанного на решетку удобрения; Ms- показания весов, расположенных под решеткой; п- число задействованных ячеек решетки.

Исследование сохранности качественных показателей удобрений при воздействии рабочих органов винтового питателя осуществлялось в процессе его работы в замкнутой схеме. Оценка изменения физико-механических свойств удобрения проводилась по следующим показателям: неравномерности гранулометрического состава, среднему размеру гранул и содержанию пылевидной фракции.

Параметры эмпирических зависимостей находились методом наименьших квадратов. Для вычислений теоретических значений производительности и энергоемкости винтового питателя разработано программное обеспечение в среде MICROSOFT FOXPPO версия 2.6 for DOS.

В четвертой главе « Экспериментальные исследования» дан анализ соответствия теории опытным данным.

Теоретические методы расчета производительности и энергоемкости первоначально были наложены на результаты исследований и испытаний ранее разработанных винтовых питателей приемных бункеров глубинных и прирельсовых складов минеральных удобрений ( БП-11,0; БП-3,0), а также шнеков открытого типа. По результатам испытаний винтового питателя бункера БП-11,0 при коэффициенте заполнения винта у = 1,0, L„=8 м, RB = 125 мм, S = 200 мм и п =72 мин "'его производительность на суперфосфате составила 54,5 ... 58,9 т/ч, а по данным расчета (формула 3) - 56,9 т/ч. При испытаниях аналогичного винтового питателя бункера БП-3,0 с частотой вращения п = 36 мин"1 производительность на аммофосе составила 33,2 т/ч, а расчетная - 31,0 т/ч.

Экспериментальные данные подтвердили влияние вышележащего винту насыпного груза на энергоемкость процесса транспортирования (рис.10).

Полученные по данным опыта зависимости силы сопротивления решетки пластинчатого типа (60 х 60 х 60 мм) давлению вышележащего груза (рис. 11) подтвердили, что она пропорциональна высоте столба насыпного груза над решеткой. Опыты показали, что при разгрузке вагона-минераловоза пластинчатая решетка способна обеспечить снижение давления вышележащих удобрений лишь на 30% и по этой причине она может быть эффективно использована только в сочетании с надвинтовой разгрузочной горкой.

Вт

40

30

20

Удобрение - грану --теория . д — эксперимент и.суперфосфг УЪ е/Г г/

У |?5= 125 ым 5 = 200 мм П. « 72 ига-*

п Н

12

10

1. Карбамид q = 0,72 кг/дм3 2. Хлор.калий 0 = 1Д7 кг/даА

Ж"

<

0,6

0,9

1,2 Н,«

0,3 0,6

0,9

1.2 1,5 Н. ДМ

Рис.10. Экспериментальные данные удельной энергоемкости винтового питателя от высоты столба удобрения в приемном бункере

Рис.11. Экспериментальные зависимости силы сопротивления пластинчатой решетки давлению насыпного груза

Основной объем экспериментальных исследований процесса транспортирования был выполнен на экспериментальном образце винтового питателя. Изменение давления вышележащего винту удобрения осуществлялось с помощью надвинтовой Л- образной разгрузочной горкой снабженной механизмами фиксированного изменения ее положения по высоте относительно транспортирующего винта и угла наклона образующих ее пластин. Опытные значения потребляемой мощности и удельной энергоемкости, полученные в процессе исследований экспериментального образца винтового питателя, приведены в таблице 1.

Полученные экспериментальные данные подтвердили эффективность надвинтовой разгрузочной горки и возможность использования разработанных теоретических методов расчета параметров винтового питателя для практических целей. Исследования показали, что оптимальный режим транспортирования обеспечивается при размещении разгрузочной горки в

1Л

крайнем нижнем ее положении, при котором заполнение межвиткового пространства составляет 100%

Таблица 1

Опытные и расчетные значения энергоемкости винтового питателя

Частота вращения винта, мин-1 Высота столба удобрения над осью винта, м Потребляемая мощность, кВт Удельная энергоемкость, El мЗ/ч м

опытная расчетная опытная расчетная

Аммофос

28,0 0,30 3,15 2,85 62,8 59,7 40,2

-/- 0,12 2,20 1,92 43,9

36,0 0,30 3,75 3,51 55,3 57,3

-/- 0,12 2,45 Хлор истый 2,32 калин 36,1 37,8

28,0 0,20 3,60 3,55 75,4 77,4

-/- 0,12 3,15 2,93 66,0 63,9

36,0 0,20 4,55 4,41 74,2 74,7

0,12 3,65 3,52 59,5 59,6

В результате исследований влияния воздействия рабочих органов винтового питателя на изменение качественных показателей транспортируемых удобрений установлено, что при транспортировании удобрений на короткие расстояния ( до 10 м) изменения их гранулометрического состава незначительно. Увеличение пылевидной фракции удобрений не превышает 0,5%, изменение среднего размера гранул - 0,03 мм.

В пятой главе «Реализация выполненных исследования. Оценка эффективности винтового питателя» изложена общая методика расчета параметров питателя, даны предложения и рассмотрены результаты внедрения исследований, показана эффективность использования винтового питателя предложенной конструкции.

В разработанной методике инженерного расчета параметров винтового питателя изложены последовательность и особенности предпроектно-го инженерного расчета его основных параметров , учитывающие результаты выполненных исследований. Предложены номограммы (рис.12), с помощью которых по заданным значениям производительности , коэффициентов внешнего и внутреннего трения транспортируемого насыпного груза оперативно находится требуемая частота вращения винта для того или иного значения его радиуса и далее энергоемкость транспортирования, приходящаяся на 1 метр рабочей длины питателя.

На базе выполненных исследований в ОКБ «Сельхозхиммаш» ВНИ-ПИагрохим разработан опытный образец модернизированного приемного бункера БП-3,0 М с винтовым питателем (рис.13), который успешно прошел испытания и рекомендован к серийному производству. Основные параметры питателя: Q =20 т/ч, R,= 125мм, S = 200 мм, п = 38 мин4, установленная мощность электродвигателя привода N, = 4,0 кВт. ^

V, мэ/ч

Рис.12. Номограмма для определения параметров винтового питателя

Рис. 13. Модернизированный приемный бункер БП-3,ОМ с винтовым питателем: 1- механизм привода; 2- наклонные стенки; 3 - пластинчатая решетка; 4- разгрузочная горка; 5- винтовой питатель; 6- желоб.

Суммарная установленная мощность привода шести винтовых питателей приемного устройства прирельсового склада составила 24 кВт, что на 9 кВт меньше, чем до модернизации приемных бункеров. Кроме того,

г

модернизация приемных бункеров позволила повысить удобство монтажа и эксплуатации оборудования приемного устройства и надежность технологического процесса выгрузки удобрений из транспортных средств.

За период 1990-1997 гг. было выпущено свыше ста модернизированных приемных бункеров с винтовыми питателями. Их внедрение осуществлялось в процессе реконструкции приемных устройств действующих прирельсовых складов незатаренных минеральных удобрений, а также при разработке рада типовых и индивидуальных проектов прирельсовых и глубинных складов минеральных удобрений.

Оценка эффективности использования винтовых питателей осуществлена по энергетическому критерию. В качестве базового аналога принято приемное устройство бункерного типа с ленточными питателями прирельсового склада минеральных удобрений по типовому проекту 705-1-93. Результаты расчета энергетических затрат по базовым и предлагаемым вариантам приемных устройств и приемных бункеров с винтовыми питателями представлены в таблице 2.

Таблица 2

Энергетическая оценка приемных устройств и бункеров с винтовыми

питателями

Показатели удельных энергозатрат, МДж/т Базовый вариант: приемное устройство по Т.П. 705-1-93 Новый вариант: приемное устройство с винтовыми питателями

Прямые Живого труда Энергоемкость средств механизации Энергоемкость производственного помещения Суммарные Коэффициент энергетических затрат Уровень интенсификации технологического процесса, % 10,8 0,1 79,5 348,7 439,1 8,2 0,1 67,9 98,3 174,5 0,4 60,0

Базовый вариант: приемный бункер БП-3,0 Новый вариант: модерн, приемный бункер БП-3,0М

Прямые удельные энергозатраты 2,9 2,2

Уровень интенсификации, % - 25,0

[

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании исследований закономерностей процесса транспортирования винтовым питателем в открытом V -образном желобе выявлены и обоснованы рациональные параметры и конструктивное устройство питателя, обеспечивающие разгрузку его винта от давления вышележащего насыпного груза и использование питателя в качестве эффективного средства механизации приемных устройств складов минеральных удобрений.

2. Определена рациональная технологическая схема и производительность приемного устройства прирельсового склада минеральных удобрений, включающего б винтовых питателей, размещенных 3-мя линиями вдоль подъездного железнодорожного пути по собирательной схеме, обеспечивающих фронт разгрузки 9 м и производительность приемного устройства 60... 120 т/ч.

3. Установлено, что эффективное использование винтовых питателей в приемных устройствах для разгрузки транспортных средств обеспечивается при минимальном вертикальном давлении на транспортируемый поток вышележащего насыпного груза и 100% заполнении винта. Для этой цели обоснована конструкция А-образной разгрузочной горки в сочетании с решеткой пластинчатого типа. Данное техническое решение позволяет снизить энергоемкость процесса транспортирования на 25-50%.

4. Разработана математическая модель процесса транспортирования винтовым питателем в открытом желобе и методы расчета производительности и энергоемкости питателя, базирующиеся на теории механики сыпучей среды, учитывающие давление вышележащего винту сыпучего тела и относительное перемещение его слоев в транспортируемом потоке.

5. Теоретические расчеты производительности и энергоемкости, выполненные на ЭВМ по разработанной программе, в широком диапазоне параметров винтового питателя удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. В результате исследований установлена область оптимальных значений основных параметров винтового питателя для заданных условий его эксплуатации: О я =220...280 мм; п=30...60 мин"'; 8:0Я=0,7...0,9.

6. Экспериментальные исследования по оценке изменения качественных показателей минеральных удобрений показали, что разрушение гранул удобрений при транспортировании винтовым конвейером на расстояние до 10 м не превышает 0,5% и находится в допустимых пределах.

7. На основании выполненных исследований разработана методика инженерного расчета и выбора основных параметров винтового питателя и создана конструкция модернизированного приемного бункера БП-3,0М, в котором установленная мощность снижена на 3 кВт. Приемный бункер с

винтовым питателем серийно выпускается в ОКБ «Сельхозхиммаш» и успешно эксплуатируется в приемных устройствах прирельсовых складов минеральных удобрений, а также пунктов переработки зерна.

8. Использование винтовых питателей в приемных устройствах позволяет снизить удельные энергозатраты на выполнение технологического процесса по выгрузке удобрений из вагонов с 440 до 175 МДж/т и повысить уровень интенсификации технологического процесса на 60%. Модернизация приемных бункеров с винтовыми питателями обеспечила снижение энергоемкости процесса выгрузки удобрений из вагонов типа хоппер на 25%, повышение надежности технологического процесса, удобство монтажа и эксплуатации оборудования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО " В СЛЕДУЮЩИХ ПЕЧАТНЫХ РАБОТАХ

1. Комплексная механизация грузопереработки минеральных удобрений / В.Ф. Салынский, В.А. Рынков, И.Н. Сажнев и др. - Рязань, ВНИ-ПИагрохим, 1996. -142 с.

2. Рычков В.А., Салынский В.Ф. Крутонаклонное транспортирование сельскохозяйственных насыпных грузов: Сб.науч.тр. РГСХА им. проф. П.А. Костычева. Рязань, 1996. - С. 203-208.

3. Салынский В.Ф., Рычков В.А. Новые средства механизации прирельсовых складов незатаренных минеральных удобрений павильонного типа // Современные машинные технологии и технические средства переработки и внесения в почву минеральных удобрений: Тез.докл.науч,-практ.конф. - Рязань, 1996. - С. 27-29

4. Салынский В.Ф. Агрохимическому обслуживанию - надежное научное обеспечение // Химия в сельском хозяйстве. - № 4. -1994. - с. 23-24

5. Салынский В.Ф. Пути развития машинных технологий и технических средств переработки и внесения минеральных удобрений // Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России: Материалы науч,-практ. конф. - М., 1997. - С. 166-168

6. Салынский В.Ф., Рычков В.А. Совершенствование процессов механизации погрузочно-разгрузочных работ на прирельсовых складах минеральных удобрений// Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России: Материалы науч.-пракг.конф. - М., 1994. - С. 164-168

7. Салынский В.Ф., Рычков В.А. Конструктивные исполнения приемных устройств складов минеральных удобрений // Техника в сельском хозяйстве. - № 6. - 1998.

8. Винтовой конвейер: A.c. 1652231 СССР, МКИ 5 в 65 33/00, 33/24/ Салынский В.Ф., Макаров В.А. и другие (СССР). - 4 с.:, ил.

9. Бункер для сыпучих материалов: A.c. 2066289, МКИ 6 в 6588/64/

« О, Р 7/24/ О—

10. Смеситель:

ский А.с. 2062742 С1. МКИ 6 В 65

МКИ 6 В 65

; ил.

11. Бункер для сыпучих материалов• 88/64/ Салынский В.Ф., Акинии Н.В. и др. (СССР).. ■-4.ь,

12. Бункер для сыпучих материалов: А^с. 206^25 С1,

88/64/ Салынский ^^^ -нто-

13. Рычков В А, Салынскии и тных средсгв// ^сГГгГ^. Тез.докл.междунар.науч.-

технконф.-М., 1998. -С. 56-57.

РИАЙСТКЯ (ШСТЯОв С08ЯТИ

госщгстишА сглюта 9** ти> во

мим/6, ю.