автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Разработка и внедрение семейства пневматических транспортеров зерна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1Л. Состояние механизации погрузочно-разгрузочных работ на зерноскладах.

1.2. Современные тенденции развития пневмотранспортных систем.

1.3. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОРОХА, ПОСТУПАЮЩЕГО НА ТОК.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОТЕОРЕТИЧЕ-СКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ И ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПНЕВМОТРАНСПОРТЁРОВ РАЗЛИЧ НОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛНОСТИ.

3.1. Обоснование и выбор воздуходувной машины (вентилятора высокого давления-ВВД).

3.2. Испытания и исследования различных моделей вентиляторов.

3.3. Разработка испытательного стенда и методика аэродинамических исследований вентиляторов.

3.4. Основные результаты аэродинамичских исследований вентиляторов.

3.5. Обоснование, исследование и выбор основных рабочих органов пневмотранспортёров

3.6. Укрупнённый расчёт пневмотранспортёров

3.7. Математическое моделирование процесса пневмотранспортирования.

ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТЁРОВ

4.1. Лабораторные исследования пневматических транспортёров.

4.2. Полевые испытания пневматических транспортёров.

ГЛАВА 5. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТЁРОВ.

Погрузочно-разгрузочные машины занимают одно из важных мест во всех отраслях сельскохозяйственного производства.

По оценкам учёных и специалистов, общий грузооборот в сельском хозяйстве превышает 5 млрд.т., что составляет около 30% от объёма всех сельскохозяйственных работ [55].

Повышение эффективности погрузочно-транспортных работ в сельскохозяйственных предприятиях любой формы собственности и размеров является одной из актуальных задач сегодняшнего дня, имеющей большое значение для сельского хозяйства России.

Особенности сельскохозяйственного производства, в частности широкая номенклатура перемещаемых сельскохозяйственных грузов, не позволяет использовать одно и тоже погрузочно-разгрузочное средство для выполнения самых различных работ подобного типа.

В связи с этим для выполнения работ требуется специальные погрузочно-разгрузочные средства.

Особое место среди погрузочно-разгрузочных средств занимает пневмотранспортёры, являющиеся машинами непрерывного действия. Они могут быть названы погрузчиками многоцелевого назначения, осуществляющие перемещение продовольственного и фуражного зерна, зерновых, крупяных и масличных культур, семян трав, вороха, отходов и другой подобной продукции в горизонтальном, вертикальном, наклонном и комбинированном направлениях.

Перспектива применения пневмотранспортеров велика, ибо они могут быть использованы в зернохранилищах, комбикормовых заводах, на складах любого типа и размера, на открытых площадках зернотоков и др.

Из литературных источников известно, что погрузочно-разгрузочные работы в складах и хранилищах имеют наиболее низкий уровень механизации среди подобного вида работ в других отраслях сельского хозяйства. Объясняется это, в первую очередь тем, что под склады и хранилища зачастую используются приспособленные помещения, где невозможно стационарно разместить оборудование для механизации погрузочных работ, к ним нет нормальных дорог и они порой не имеют необходимых разгрузочных площадок. Поэтому существующие традиционные погрузочно-разгрузочные средства не всегда могут экономически эффективно справляться с работой в таких условиях.

Одним из возможных решений этих проблем может быть применение пневмотранспортеров, которые способны забирать материал из буртов, кузовов транспортных средств, железнодорожных ва6 материал из буртов, кузовов транспортных средств, железнодорожных вагонов, судов, барж и перемещать его на значительные расстояния (80-150м) по сложной трассе, включающей и вертикальные участки (10-15 м).

Вместе с тем, до настоящего времени некоторые параметры пневмотранспортёров еще полностью не оптимизированы и нуждаются в уточнении.

В диссертации изложены результаты комплексного исследования по созданию пневмотранспортёра с аналитическим обоснованием каждого его элемента (Воздуходувная машина. Загрузочно-разгрузочное устройство. Трубопроводы и др.) и экспериментальным подтверждением теоретических выкладок.

Работа выполнялась в ВИСХОМе. Кроме автора, в разработке пневмотранспортеров принимали участие сотрудники института М.М.Фирсов, М.М.Фатеев, А.М.Борисов, А.Х.Гохтель, В.М.Юдин, О.В. Гимошкин, Б.С.Устименко, Г.В.Боровик, З.П.Ярошевская и др.

Общие выводы и рекомендации

В результате проведенных исследований разработаны экспериментально-теоретические основы по обоснованию и выбору оптимальных параметров рабочих органов пневматических транспортёров; созданы вентиляторы высокого давления и проведены их аэродинамические исследования на специальном универсальном многоцелевого назначения стенде; проведено математическое моделирование процесса пневмотранспортирования; разработано и внедрено в производство ряд пневматических транспортёров производительностью 5, 10, 20-30 и 40 т/ч ; суммарный выпуск пневмотранспортёров составил 64 шт.; обоснованы перспективы использования пневмотранспортёров в складах и зернохранилищах для выполнения самых различных погрузочно-разгрузочных работ; проведена экономическая оценка базового пневмотранспортёра ТПЗ-10.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований сформулированы следующие общие выводы и рекомендации:

1. Разработаны математические модели процесса пневмотранспортирования, позволившие установить взаимосвязь между давлением в трубопроводе с длиной транспортирования и соотношением длины всасывающей и нагнетательной магистралей, влияющие на производительность пневмотранспортёров. Установлено, что соотношение всасывающего и нагнетательного трубопроводов в пределах 1:3 обеспечивает наивысшую производительность пневмотранспортёров независимо от длины транспортирования.

2. Производительность и дальность перемещения материала с помощью пневматического транспортёра зависит, главным образом, от воздуходувной машины - в нашем случае от вентилятора высокого давления (ВВД).

Для обоснования и выбора ВВД с оптимальными параметрами проведен комплекс работ, в том числе: разработаны и изготовлены на Опытном заводе ВИСХОМа 12 макетных образцов различных ВВД (одно, двух и трёхступенчатых); разработан и изготовлен универсальный многоцелевого назначения стенд с набором необходимого измерительного оборудования; проведены аэродинамические исследования вентиляторов и пневмотранспортёров всасывающе-нагнетательного типа при перемещении материала на расстояние 80 м.

В результате проведённых работ выбран ВВД для пневмотранспортеров производительностью 5 и 10 т/ч - одноступенчатый вентилятор с рабочим колесом, выполненным на уровне изобретения, отличающимся высокими аэродинамическими показателями (v|/= 1,18; б= 0,0095; 1= 0,029; тр 0,63). Для пневматических транспортёров производительностью 20-30 т/ч рекомендован двухступенчатый вентилятор высокого давления, максимально унифицированный с одноступенчатым вентилятором, имеющим также высокие аэродинамические показатели (ц/= 1,82; ф= 0,0095; Х= 0,048; ц= 0,59).

Оба выбранные ВВД были применены в пневмотранспортёрах и безотказно работали по 8-10 лет, обеспечивая необходимые параметры воздуха высокого давления.

3. Установлены оптимальные параметры других основных рабочих органов пневмотранспортёров.

Создана, на уровне изобретения, новая конструкция шлюзового затвора в питателе, обеспечивающая за счёт смещённого расположения ротора в корпусе питателя, минимальный износ трущихся частей и увеличивающая их межремонтный период в 3-4 раза и более.

Оптимальный объем питателя для пневмотранспортёра ТПЗ-5 составил 4,5 литров, для ТПЗ-10 -9,0 литров, для ТПЗ-20-30 -27литров.

Разработан и реализован регулятор скорости воздушного потока с автоматическим управлением, выполняющий роль гасителя колебаний потока, что стабилизирует работу вентилятора при минимальных мощностных затратах на его привод.

Усовершенствованы циклоны - отделители материала от воздуха (диаметр циклона у ТПЗ-5 -600 мм; у ТПЗ-10 - 600 мм; у ТПЗ-20-30 - 850мм), что позволило полностью отделять транспортируемый материал от воздуха.

Создано и внедрено в нагнетательный трубопровод промежуточное устройство в виде пластины, что увеличило производительность пневмотранспортёра на 10-14 % за счет более длительного пребывания материала в зоне максимальных скоростей воздуха, где материалу сообщается импульс энергии с уменьшёнными потерями воздуха на разгон материала. Оптимальным диаметром трубопроводов на ТПЗ-5 является диаметр 100 мм, для двух других транспортёров - 150 мм.

4.Разработан и внедрён на пневмотранспортёрах самоход, что обеспечивает его передвижение в складах и на открытых площадках без использования дополнительных технических средств и, как следствие, увеличивает коэффициент использования эксплуатационного времени при работе машины с передвижением.

5. Обоснованы предложения о перспективах использования пневматических транспортёров в различных складах и хранилищах

180 с целью повышения эффективности их применения при выполнении различных погрузочно-разгрузочных работ.

6. Изготовлено 64 пневмотранспортёров, в том числе: ТПЗ-5 - 3 шт.; ТПЗ-10 - 39 шт.; ТПЗ-20-30 - И шт.; ПМС-10 - 8 шт.; ПЗП-40 -Зшт.

7. Эксплуатация пневмотранспортёров в хозяйствах показала, что все они имеют реальный экономический эффект за счёт:

- сокращения количества обслуживающего персонала (1 чел. против 3 чел. на других типах транспортёров);

- улучшения условий труда (запыленность воздуха на рабочем месте оператора практически отсутствует);

- универсальности пневматических транспортёров (сокращение количества погрузочно-разгрузочных машин на складе);

- снижения потерь зерна при хранении и транспортировании. Проведённые в первом квартале 2000г. расчёты базового транспортёра ТПЗ-10 (по «Методике определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники», утверждённой Министерством сельского хозяйства и продовольствия РФ в 1997г.) по сравнению с зернопогрузчиком ЗПС-60 и автомобилем показали, что его годовой экономический эффект составляет 21197 рублей.

1. Акт № 21-01-81 Прибалтийской МИС Государственных испытаний Пневмотранспортера ТЗП-10. Прибалтийская МИС, 1981.

2. Аэродинамика каналов и вентиляторов // Тр. ЦАГИ, вып. 3032.- М.: 1975.

3. Бак О. Проектирование и расчет вентиляторов. М.: Угле-техиздат, 1958.

4. Баснакьян Г.А., Сметнев С.Д., Пышкин В.К. и др. Пневмотранспортеры для зернохранилищ // Техника в сельском хозяйстве, 1981, № 10, С. 58-59.

5. Бельченко Ю.М., ПЫШКИН В.К. Анализ конструктивных параметров погрузочного механизма в интерактивном режиме // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1989, № 4, С. 13-14.

6. Бельченко Ю.М., Пышкин В.К. Методика исследований параметров механизма погрузчика с помощью ЭВМ // Тез. докл. Всес. Научн.-техн. Конф. М.: НПО ВИСХОМ, 1989, С. 18-20.

7. Бурьянов А.И., Пышкин В.К., Гохтель А.Х. Погрузочно-транспортные агрегаты для сельского хозяйства // Подъемно транспортная техника и склады, 1990, № 3, С. 17-19.

8. Бурсиан В.Р. Пневматический транспорт на предприятиях пищевой промышленности. М.: Пищепромиздат, 1960, 180 с.

9. Борисов A.M., Фатеев М.Н., Гохтель А.Х. Сельскохозяйственные погрузочно-разгрузочные машины. М.: Машиностроение, 1973, 159 с.

10. Ветров Е.Ф., Соломахова Т.С. и др. Моделирование аэродинамических характеристик вентиляторов. Промышленная аэродинамика. М.: Машиностроение, 1990.

11. Гастерштадт И. Пневматический транспорт. Перевод с немецкого М.: Пищепромиздат, 1927, 120 с.

12. Гульстен М.Э. Качество зерна, поступающего на ток, и его изменение в процессе послеуборочной обработки // Сб. научн. тр. Воронежского СХИ. Воронеж, 1986, С. 46-52.

13. Дзядзио A.M. Пневматический транспорт на зерноперераба-тывающих предприятиях. М.: Колос, 1967.

14. Дорфман М.Х. Пневматический транспорт зерна и продуктов его переработки. М.: Хлебиздат, 1960.

15. Доспехов Б.А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных. М.: Колос, 1972, 208 с.

16. Зеглер Г. Пневматический транспорт зерна. Харьков, Гос-техиздат, 1937.

17. Зенков P.JI. Механика насыпных грузов. М.: Машиностроение, 1964, 250 с.

18. Зенков P.JL, Ивашков И.М., Колобов JI.H. Машины непрерывного транспорта. М.: Машиностроение, 1987, 432 с.

19. Зуев Ф.Г. Пневматическое транспортирование на зернопе-рерабатывающих предприятиях. М.: Колос, 1976, 344 с.

20. Казаков А.П. Пневматический транспорт (Теория и расчет). Горький, 1977.

21. Калинушкин М.П. Пневмотранспорт материалов. М.: Наука, 1947.

22. Карлов М.Е. Резервы механизации производства зерна в Нечерноземной зоне. М.: Госагропромиздат, 1989, 192 с.

23. Ковалев Н.Г., Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Сельскохозяйственные материалы. М.: ИК «Родник», 1998, 208 с.

24. Коробицын В.М., Митрофанов Н.М. Физико-механические свойства невеяного зернового вороха после комбайна // Сб. научн. тр. НИПТИМЭСХ, вып. 50. Ленинград, 1987, С. 123-128.

25. Корн А.М. Исследование процесса движения зерна в горизонтальных канало пневмотранспортирующих устройств. М.: Ав-тореф. канд. техн. наук, 1965.

26. Косилов Н.И. и др. Совершенствование технологии и машин для предварительной очистки зернового вороха // Тр. Челябинского ИМЭСХ. Вып. 164. Челябинск, 1980, С. 15-25.

27. Красников В.В. Подъемно-транспортные машины в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1973, С. 5-14, 464 с.

28. Круглов А.Н. Пневмотранспорт зерна и его отходов.- М.: Пиицепромиздат, 1944.

29. Липкович Э.И. и др. Совершенствование процесса послеуборочной обработки зерна // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1990, № 9, С. 20-24.

30. Методы аэродинамических испытаний вентиляторов радиальных (центробежных) и осевых // ГОСТ 1921-74.

31. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965.

32. Невельсон М.И. Центробежные вентиляторы. М.: Госэнер-гоиздат, 1954.

33. Нелюбов А.И., Ветров Е.Ф. Пневмосепарирующие системы сельскохозяйственных машин. М.: Наука, 208 с.

34. Олейников В.Д. и др. Агрегаты и комплексы для послеуборочной обработки зерна. М.: Колос, 1977, 112 с.

35. Поляковский В.И. Статические методы исследования центробежных вентиляторов // Тр. ЦАГИ, вып. 227. М.: 1935.

36. Проспекты фирмы Kongskilde (Дания)

37. Проспекты фирмы Neuero (Германия)

38. Проспекты фирмы Mitsubishi (Япония)

39. Протокол № 104-75 Подольской МИС Государственных испытаний Комплекса оборудования для приготовления полнорационных кормов ОПК-2. Подольск, 1975.

40. Протокол ОНТС № 24/37/22 секций научно-технических советов трех министерств по рассмотрению результатов Государственных испытаний Пневматического транспортера для продовольственного зерна и семян трав ТЗП-10. М.: 1982.

41. Пышкин В.К. Разработка и испытания вентиляторов высокого давления для пневмотранспортёров производительностью 20-30 т/ч. // ОАО «ВИСХОМ». -М.:2000; 71с. Рук. деп. в ЦНИИТЭ-Итракторосельхозмаш 17.03. 2000; 1674 тс 2000.

42. Пышкин В.К., Фирсов М.М., Ветров Е.Ф. Математическое моделирование процесса пневмотранспортирования // ОАО «ВИСХОМ». М.: 2000; 20с. Рук. деп. в ЦНИИТЭИтракторосель-хозмаш 30.03.2000; 1675 - тс 2000.

43. Пышкин В.К., Фатеев М.Н. Шлюзовой затвор. A.C. № 927683 (СССР), 1982, БИ № 18.

44. Пышкин В.К., Ярошевская З.П. Рабочее колесо центробежного вентилятора. Патент № 2055241 РФ, 1996, № 6.

45. Пышкин В.К. Разработка и изготовление пневмотранспортера фуражного зерна для существующих зернохранилищ // Из отчета ВИСХОМ по теме 02.001-78, № госрегистрации 750.19525.-М.: 1978, С. 118-150.

46. Пышкин В.К. Изыскание и исследование схем и рабочих органов с целью создания пневмотранспортера зерна производительностью 20-30 т/ч // Отчет НПО ВИСХОМ по теме 02.001-80, № госрегистрации 8103017303. М.: 1980, 143 с.

47. Пышкин В.К. Изыскание и исследование блочно-модульного семейства универсальных транспортеров для агропромышленного комплекса // Отчет НПО ВИСХОМ по теме 02-001-90.-М.: 1990, 72 с.

48. Пышкин В.К. Комплекс пневматических транспортеров для складов и хранилищ зерна // Из отчета ВИСХОМ по теме 02.00175. М.: 1978, С. 118-151.

49. Пышкин В.К. Комплекс пневматических транспортеров для складов и хранилищ зерна // Из отчета ВИСХОМ по темам 02.001-75 (02.001-80). М.: 1980, С. 97-146.

50. Пышкин В.К. Изыскание и исследование схем и рабочих органов с целью создания пневмотранспортеров зерна производительностью 20-30 т/ч // Отчет ВИСХОМ о патентных исследованиях. Тема 24.401-81.-М.: 1981.

51. Пышкин В.К., Абрамов В.А., Бельченко Ю.М. Выбор рациональных конструктивных и других параметров погрузчика с помощью ЭВМ // Сб. научн. тр. Московского горного института. -М.: 1988, С. 63-68.

52. Спиваковский А.О. и др. Гидравлический и пневматический транспорт на горных предприятиях. М.: Углетехиздат, 1962, 252 с.

53. Фатеев М.Н., Пышкин В.К., Бельченко Ю.М. Исследование и разработка комплекса передвижных машин для механизации погрузочных работ в складах и хранилищах // Тез. докл. Всес. На-учн.-техн. семинара. М.: НПО ВИСХОМ, 1985, С. 9-10.

54. Фатеев М.Н., Гохтель А.Х., Пышкин В.К. Зарубежные погрузчики // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1984, № 10, С. 36-40.

55. Фирсов М.М. Сельскохозяйственные погрузочно-разгрузочные машины непрерывного действия. М.: Изд. ИНФРА -М., 1996, 240 с.

56. Фирсов М.М. Планирование эксперимента при создании сельскохозяйственной техники. М.: Изд. МСХА, 1999, 128 с.186

57. Ханхасаев Г.Ф. Интенсификация обработки зернового вороха зерномсетательными машинами на открытых площадках зерно-токов хозяйств Сибири. Улан-Уде. Бурятское кн. Изд., 1995, 208 с.

58. Открытое Акционерное Общество Московский1. Экспериментальный1. Машиностроительный Завод12724 7г. Москва Тел. (095)485-49-81

59. Дмитровское шоссе, 107 Факс (095) 485-46-0025 января 2000г. №01-35/001. На № от2000г.1. Справкао внедрении результатов исследований инженера Пышкина В.К. по разработке и обоснованию параметров пневматическоготранспортёра зерна.