автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование складирования и выпуска из бункеров сводообразующих компонентов комбикорма

ВВЕДЕНИЕ.

СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ХРАНЕНИЯ И ВЫПУСКА ТРУДНОСЫПУЧИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ГРУЗОВ ИЗ БУНКЕРНЫХ ЦСТРОЙСТВ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Хранение трудносыпучих сельскохозяйственных грузов.

1.2. Существующие средства механизации процесса выпуска материалов бункерным оборудованием и их классификация.

1.3. Обзор научных исследований.

1.4. Цели и задачи исследований.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БУНКЕРНЫХ УСТРОЙСТВ С КОЛЬЦЕВЫМ ЗАТВОРОМ И СВОДООБРУШИТЕЛЕМ СЕЛЕКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ НА ВЫГРУЗКЕ ТРУДНОСЫПУЧИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ГРУЗОВ.

2.1. Анализ технологического процесса выпуска сыпучих грузов из бункера.

2.2. Определение высоты опоры свода на внутренние поверхности бункера.

2.3. Выбор и оптимизация параметров кольцевого затвора и косвенной заслонки.

2.4. Определение оптимального угла захвата рабочего органа бункерного устройства.

2.5. Определение производительности питателя при работе бункерного устройства в режиме дозирования.

2.6. Определение скорости истечения материала из бокового щелевого отверстия.

2.7. Расчет пропускной способности бункера с боковым щелевым отверстием и энергоемкости механического сводообрушающего устройства.

Выводы по 2 главе.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2. Общая методика экспериментальных исследований.

3.3. Конструктивно-технологическая схема бункерного устройства с кольцевым затвором и сводообрушителем селективного действия на выпуске компонентов комбикорма.

3.4. Описание экспериментальных установок.

3.5. Характеристика трудносыпучих компонентов комбикорма.

3.6. Методика определения пропускной способности и энергоемкости процесса выпуска.

3.7. Методика определения влияния угла наклона конусного дна бункерного устройства на остаток материала в емкости.

3.8. Методика оценки влияния высоты подъема кольцевого затвора на необходимый для дозирования размер косвенной заслонки.

3.9. Методика испытания лабораторного образца бункерного устройства.

3.10. Методика определения времени сводообразования.

3.11. Методика определения изменения расхода материала в рамках одного цикла сводообразования.

3.12. Методика определения критической площади бокового щелевого отверстия и скорости истечения материалов из него.

3.13. Методика производственных испытаний бункерного устройства 76 РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Влияние ширины щелевого отверстия на время сводообразования и производительность.

4.2. Определение влияния угла наклона конусного дна на наличие остатка материала в полости бункера-.$

4.3. Результаты экспериментов по определению влияния параметра конусного дна H/R на высоту подъема кольцевого затвора при постоянном времени сводообразования. S

4.4. Результаты эксперимента по определению критической площади выпускного отверстия» — . . . . . , .S

4.5. Влияние высоты засыпки материала на энергоемкость и производительность. . ,.

4.6. Влияние скорости вращения сводообрушителя на энергоемкость выпуска материала из бункерного устройства.gg

4.7. Определение вида истечения из предлагаемого бункерного устройства.

4.8. Результаты эксперимента по определению зависимости расхода материала от времени в рамках одного цикла сводообразования.

4.9. Результаты экспериментов по определению скорости истечения сыпучих материалов из бокового, щелевого отверстия.

4.10. Результаты производственных испытаний.

Выводы по 4 главе.

5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ БУНКЕРНОГО

УСТРОЙСТВА С РЕГУЛИРУЕМЫМ БОКОВЫМ ЩЕЛЕВЫМ

ОТВЕРСТИЕМ И СВОДООБРУШИТЕЛЕМ СЕЛЕКТИВНОГО

ДЕЙСТВИЯ.iqQ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

На современном этапе развития в экономике нашей страны сложилась ситуация, требующая более взвешенного подхода к технике и технологиям, используемым при производстве сельскохозяйственной продукции. Расчеты показали, что стоимость кормов в себестоимости животноводческой и птицеводческой продукции составляет 60.75%. Опыт последних лет свидетельствует, что для получения качественного, сбалансированного по всем компонентам корма необходимо применять современное, автоматизированное оборудование с минимальным участием человека в технологическом процессе. Небольшие кормоприготовительные цеха, размещающиеся, как правило, совместно с животноводческими и птицеводческими хозяйствами, не в состоянии поддерживать качество кормов на высоком уровне. Связанно это, прежде всего, с не отлаженной, "усеченной" технологией и отсутствием лабораторий по контролю за качеством выпускаемой продукции. Устаревшее оборудование, которым в большинстве своем оснащены крупные комбикормовые заводы не позволяет повышать качество и конкурентоспособность своей продукции. Технология производства комбикормов предусматривает ряд операций, среди которых дозирование и смешивание имеют решающее значение для получения качественных комбинированных кормов. Анализ состояния технологических процессов выявил, что многие операции, связанные с внесением компонентов, осуществляется вручную и не удовлетворяют возросшим требованиям к конечному продукту.

Согласно технологического процесса, на комбикормовом заводе необходимо иметь запас компонентов, обеспечивающий производство продукции в течении 30 суток. Хранение основных компонентов комбикорма осуществляется в силосах, бункера и бункерные устройства используют для согласования между оборудованием непрерывного и дискретного действия.

Компоненты комбикорма условно подразделяются на две группы: хорошо сыпучие (ячмень, пшеница, овес, кукуруза, просо, сорго) и плохо (трудно) 7 сыпучие (отруби, мучка, жмыхи, шроты, мука животного происхождения, минеральная составляющая комбикорма, дрожжи). Группу хорошо сыпучих составляющих комбикорма можно хранить и осуществлять выпуск в течение указанного срока. Трудносыпучие компоненты наиболее подвержены слеживанию, имеют ярко выраженные адгезионные, аутогезионные, когезионные свойства и могут быть выгружены без привлечения дополнительных средств только в течение 5.6 дней после загрузки. Такая ситуация заставляет производственников осуществлять перекачку по технологической линии трудносыпучих компонентов через 5.6 дней. При этом необходимо переместить сотни тонн трудносыпучих материалов. По энергозатратности эта операция приравнивается к основному производству и расходы на ее осуществление включаются в цену конечного продукта. Износ оборудования, потери при перекачке еще более усугубляют положение сложившиеся при организации хранения и выпуска трудносыпучих компонентов из бункеров и силосов. Значительные трудности, возникающие при выпуске трудносыпучих компонентов комбикорма, связанные с возникновением устойчивых сводов, вынуждают применять тарное или напольное их хранение.

Устройств, способных осуществлять регулируемый, равномерный выпуск трудносыпучих компонентов комбикорма, несложной конструкции с низкой энергоемкостью до настоящего времени не создано. Значительные резервы совершенствования процесса выпуска заложены в использовании селективного включения сводообрушителя (рыхлителя) в сочетании с регулированием размера выпускного отверстия, позволяющие в полной мере использовать потенциальную энергию столба материала, находящегося в бункере.

Таким образом, для усовершенствования технологии производства комбикорма существует потребность в универсальном бункерном устройстве, позволяющем производить контролируемый выпуск трудносыпучих компонентов комбикорма с высокой равномерностью и незначительными энергозатратами. Анализ технологии работы бункерных устройств с боковыми щелевыми выпускными отверстиями по периметру емкости показал значительные резервы 8 совершенствования таких конструкций. Решение этой задачи сможет значительно повысить эффективность использования бункерных устройств и комбикормового производства в целом.

Цель работы. Ресурсосбережение при выпуске компонентов комбикорма из бункерных устройств путем избирательного включения сводообрушителя.

Объект исследований. Процесс выпуска трудносыпучих компонентов комбикорма и бункерное устройство с боковым щелевым выпускным отверстием оснащенное кольцевым затвором и сводообрушителем селективного действия.

Методика исследования. Теоретические исследования опирались на известные законы и методы классической математики и механики. Постановка экспериментальных исследований и производственных испытаний проводилась в соответствии с действующими ГОСТами и разработанными индивидуальными методиками.

Научную новизну составляют: теоретическое обоснование энергоемкости процесса сводообрушения при выпуска трудносыпучих ингредиентов комбикорма; выявление энргосберегающего режима функционирования бункерного устройства с заданной равномерностью выпуска; теоретическое обоснование скорости истечения трудносыпучих материалов из боковых щелевых выпускных отверстий; оптимальное сочетание гравитационного истечения и принудительного выноса материала из полости бункерного устройства, найденное в результате оптимизации параметров истечения. Практическую ценность представляют: конструкция бункерного устройства с боковым щелевым отверстием кольцевым затвором и сводообрушителем селективного действия; комплект оборудования для лабораторного исследования равномерности истечения трудносыпучих материалов из бункерного устройства; экспериментальное подтверждение основных положений диссертации; результаты государственных испытаний бункерного устройства. 9

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры " Технологии грузовой и коммерческой работы, станции и узлы" Самарского института инженеров железнодорожного транспорта. Производственные испытания бункер проходил в подготовительном цехе Алексеевского комбикормового завода, Самарской области. Обработка результатов экспериментальных исследований производились статистическими методами с использованием ПЭВМ.

Апробация. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены: на всероссийской научно-практической конференции "Самарская область на пороге XXI века: стратегия социально-экономического развития" (г. Самара 1998); на46 научной конференции профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов факультета механизации сельского хозяйства Самарской ГСХА (г. Кинель 1999); на 47 научной конференции профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов факультета механизации сельского хозяйства Самарской ГСХА (г. Кинель 2000); на Международной конференции молодых ученых и студентов "Актуальные проблемы современной науки" (г. Самара 2000); на 2-й Международной научно-технической конференции " Энергосбережение в сельском хозяйстве" ВИЭСХ (г. Москва 2000); на 2-й Международной отраслевой научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении" (г. Ростов-на-Дону 2000)

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в виде 9 статей, 1 тезисы. Новизна конструкции бункерного устройства подтверждена патентом на изобретение Российской федерации №2148315 и 3— решениями о выдаче патентов на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ ситуации сложившийся на выгрузке трудносыпучих компонентов комбикорма из бункерных устройств дает основание сделать вывод о перспективности конструкций с боковыми щелевыми отверстиями и сводообрушителями селективного действия.

2. С учетом выбранного направления разработано бункерное устройство (патент РФ №2148315) с боковым щелевым отверстием, кольцевым затвором и сводообрушителем селективного действия.

3. Теоретические исследования процесса истечения трудносыпучих составляющих комбикорма из бокового щелевого отверстия расположенного по периметру круглого бункера оснащенного сводообрушителем селективного действия позволили:

- получить аналитическое выражение для определения оптимального угла установки рабочих органов, скорости истечения материала из бокового щелевого отверстия, производительность при работе в режиме дозатора.

4. Экспериментальные исследования разработанного бункерного устройства с боковым щелевым отверстием, кольцевым затвором и сводообрушителем селективного действия показали хорошую сходимость с теоретическими исследованиями и дали возможность установить что регулирование производительности практически без изменения энергоемкости следует производить за счет изменения ширины щелевого отверстия а также выявлено:

- оптимальный угол наклона конусного дна бункерного устройства -15°;

- производительность экспериментального бункерного устройства составила на мясокостной муке 0.38 т/ч, на мелу 0. .20 т/ч, на шроте подсолнечника 0.44 т/ч, на отрубях 0.32 т/ч при максимальных энергозатратах от 0,2 до 0,35 кВт/т

5. Производственные испытания бункерного устройства с регулируемым

104 боковым щелевым отверстием и сводообрушителем селективного действия показали работоспособность в режимах загрузчика, преддозатора и дозатора на трудносыпучих компонентах комбикорма животного, растительного и минерального происхождения с возможностью изменения производительности на отрубях от 1 до 85 т/ч, комбикорме от 1 до 78 т/ч, при неравномерности выпуска не более 5%.

6. Предлагаемое бункерное устройство в сравнении с бункером-дозатором РК 030000 (базовый вариант) превосходит аналог по производительности в 9. 18 раз, по диапазону регулирования в 40 раз, снижение удельной энергоемкости в 6,5 раз, удельной металлоемкости в 9 раз, экономический эффект от внедрения одного бункерного устройства составит 2896 руб. в ценах IV квартала 2000г.

1. Отчет ВНТИЦ по теме Исследование и изучение слеживания мучнистых и крупяных продуктов и разработка рекомендаций по определению характеристик этого процесса Б.А.Скориков, В.Е. Курмес, С.М. Посемейник. Москва 1979. -219с.

2. Дженике Э.В. Складирование и выпуск сыпучих материалов М.: Мир, 1968. -164с.

3. Квапил Р.В. Движение сыпучих материалов в бункерах М.: ГОСГОРТЕХИЗДАТ, 1961, с 44, 65, 69.

4. Зенков Р.Л., Гриневич Г.П., Исаев B.C. Бункерные устройства М.: Машиностроение 1997. -223с.

5. Патент №1466186, Англия В65 G 3/10 Устройство для хранения и выгрузки твердого сыпучего материала.

6. Новиков А. Н. Методы борьбы со сводообразованием сыпучих материалов в емкостях М., НИИ информации Стройдоркоммунмаш 1966. 37- 59с. Зенков Р.Л. и др. Машины непрерывного транспорта М.; Машиностроение, 1980. 37-59с.

7. Артемьев В.Г., Свистунов В.А. Совершенствование технологии и средств механизации контейнерной перевозки и хранение зерна /Рекомендации производству/ Ульяновск, 1993, -5с.

8. Jenike A.W. Elesey P. J. Woiey R. H. Fiow propertiesof bubk solids // Proceedings A.S.T.M. vol 60, 1960 1168- 1181.

9. А. С. 600041 СССР МКИ В 65 3 / 04 Бункер для сыпучих материалов / Горюшинский B.C., Дроздович В.А. (СССР). Заявлено 04.01.76, опубликовано 30.03.78, Бюл. №12.

10. А. С. 1165323 СССР МКИ А 01 5 / 00 Кормораздатчик / B.C. Горюшинский, В.Г. Коба, В.Ф. Злобин (СССР), Заявленно 03.11.82, Опубл., 07. 07. 85, Бюл № 25.

11. Черняев Н.П. Технология комбикормового производства. М.: Колос, 1992. -368с.

12. Гячев JI.B. Движение сыпучих материалов в трубах и бункерах. М.: Машиностроение 1968. 84с.

13. Надежин В. С. Распределение давлений в сыпучих телах. Журнал МПС, 1891.

14. Kihigren В. Undersokningar rorande snoplogar statens vaginstitut Raport38., Stockholm., 1964. -82s.

15. Зенков P.JI. Механика насыпных грузов. М.: Машиностроение, 1964,- 251с. Покровский Г.И. Арефьев А.И. Об истечении сыпучих тел. Ж.Т.Ф.Т. VII, вып. 4, 1937. -424-427С.

16. Линчевский И. П. К вопросу об истечении сыпучих тел. Ж.Т.Ф.Т. IX, вып. 4, 1939. 343-347с.

17. Прохоренков В.Д. Исследование рабочего процесса и обоснование параметров мобильного порционного раздатчика кормов свиноматкам. Дисс. канд. техн. наук. Саратов, 1976. -189с.

18. Черничкин А.С. О расчете скребковых транспортеров и питателей для сыпучих грузов. Труды ВИМ, т. 39, 1965. -75-89с.

19. Горячкин В.П. Собрание сочинений, т.4. М.: Сельхозгиз, 1940. -315с. Сурков К. К. Об уплотнении сыпучих материалов. Труды ВНИИКП Т. 2 М.: 1970 31-34с.

20. Попов З.А. Лабораторные и практические работы по испытанию грунтовдля дорожного строительства. М.: Транспорт. 1979. -127с.

21. Минц В.А. Применение звуковых волн для ликвидации сводообразования всилосах. Мукомольно-элеваторная промышленность. 1957. №12.

22. Патент 2115612 РФ МКИ В 65 64 / 40 Бункерное устройство. Горюшинский

23. B.C., Третьяков Г.М. и др. (РФ) Заявлено 29. 08. 96 опубл. 20. 07. 98.,1. Бюл. №20.

24. Третьяков Г.М., Горюшинский B.C., Горюшинский И.В. Исследованиебункера с донным щелевым отверстием на выпуске компонентовкомбикорма/Ж. Хранение и переработка сырья. 1999. №6. 38-41с.

25. А.С. 13808284 (СССР) МКИ А 01 К 5/00 Бункер для корма / Отго Е. К.,

26. Гутман В.Н. (СССР) Заявлено 30.08.85 опубл. 07.05.87.

27. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования иобработки опытных данных., М.: Колос, 1982. -231с.

28. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. М.: Колос, 1972. -168с. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов экспериментов. М.: Наука, 1971.-71с.

29. А.С № 332194 кл. Е 04h 7/22.

30. Зимон А.Д. Адгезия пищевых масс М.: Агропромиздат, 1985. -271с. Урьев Н.Б. Физико химическая механика в технологии дисперсных систем. М.: Знание, 1975. -60с.

31. Кондратов Г.А., Кондрашова Л.И., Сухой Н.И. Истечение сыпучих продуктов. Изв. вузов, Пищевая технология. 1981. №2 стр. 82-84. Бурыкин А.И., Малюков С.А. Псевдоожижение и адгезия сухого молока. Труды ВНИМИ, 1978. вып.46, стр.9-16.

32. Зимон А. Д., Андрианов Е.И. Аутогезия сыпучих материалов. М.: Металлургия, 1977. -287с.

33. Негребов Г.Я. и др. Исследование влияния встроенных в силос конструктивных элементов на плотность укладки трудносыпучих материалов. Труды ВНИИКП М.: вып. №9 1974.

34. Ravenet J. Dimengioni ottimali deigibi per limmagazzinamento delle Jarine -Tecnica Moliboria 1979 vol 70 №12 s 895 903.

35. Pieper K., Wenzel F. Druckverhaltnisse in Silozellen. W. Ernst & Son, Berlin -Munhen 1964.

36. Отчет по теме: "Разработать технологию бестарной отгрузки, транспортировки железнодорожным транспортом, приема и складирования премиксов" ВНИИКП Воронеж 1990. -187с.

37. А.С. СССР.к.81е, 136, № 103930, Гузенко Н.И. Устройство для обрушения сводов в бункерах. 1955.

38. Спиридонов А. А., Васильев Н.Г. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации технологических процессов.Учебное пособие. Свердловск УПИ им. С.М. Кирова 1975. -140с.

39. Кулаковский И. В., Кирпичников Ф.С., Резник Е.И. Машины и оборудование для приготовления кормов. 4.1. Справочник. М.: Россельхозиздат, 1987. 285с.

40. Амельянц А.Г. Исследование рабочего процесса и обоснование параметров бункерного раздатчика для порционной и непрерывной выдачи кормов репродукторному поголовью свиней. Дисс. канд. техн. наук Саратов, 1980. 179с.

41. Jenike A.W Why bins don't flow. "Meehanical Engineering", may, P. 40-43, 1964.

42. Janssen H.A. Versuche uber Getreidedruck in Silozellen. Z. d. VDI. XXXIX, 1895, N 35, 1045-1049.

43. Вайнсон А.А. Подъемно транспортные машины. -.М, Машгиз., 1964, - 320 с.

44. Жарикова JI.A. Экономическая эффективность инженерного решения. Методические указания. Тамбов изд. гос. тех. унв-т 1994 24 с. О составе затрат и единых нормах амортизационных отчислений - М., Финансы и статистика 1994 - 224 с.

45. Морозов Н.М. Экономические и технологические аспекты автоматизации животноводства. Техника в сельском хозяйстве 1995, № 5 - с. 6-7

46. Кочанова И.И. Исследование производительности истечения сельскохозяйственных сыпучих материалов. Дисс.канд.техн. наук. Саратов 1966-180с.

47. Овчинников А.А. Исследование механизированных бункерных устройств для несвободно текущих кормовых смесей. Автореферат дисс. канд.техн. наук. Саратов, 1972, 25с.

48. Денисов В.В. К методике определения неравномерности выпуска трудносыпучих грузов из бункерных устройств. Межвузовский сборник научных трудов вып.18, ч.2. Самара, 1999. 27-28с.

49. Денисов В.В., Горюшинская Е.В. К методике изучения процесса истечения материала из полости бункера. Сборник научных трудов студентов, аспирантов и молодых ученых СамИИТа, вып.2 Самара 1999. 22-23с.

50. Денисов В.В. Улучшение технических характеристик работы бункерных устройств на выгрузке трудносыпучих материалов. Энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 2-й Международной научно-технической конференции, ч.1 Москва 2000. 358-361с.

51. Денисов В.В. Экспериментальное и теоретическое исследование истечения сыпучих материалов из бункеров с учетом процессов сводообразования. Актуальные проблемы современной науки. Тезисы докладов. Самара 2000. 76с.

52. Богомягких В.А. Теория и расчет бункеров для зернистых материалов. Ростов на Дону, 1974 150с.

53. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М.: АН СССР, 1942.

54. Денисов В.В., Шур В.Л. К расчету пропускной способности и энергоемкости механического сводообрушающего устройства в бункере с боковым щелевым отверстием. Труды второй международной отраслевой научно технической конференции. Ростов на Дону 2000. 219 с.

55. Денисов В.В., Пути снижения энергозатрат при выгрузке трудносыпучих грузов из хранилищ. Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта. Межвузовский сборник научных трудов Вып. 20 Часть 1. Самара 2000г. -235с.

56. Патент 2148315 РФ МКИ В 65 G65 / 34 Денисов В.В., Третьяков Г.М., Горюшинский B.C., Горюшинский И.В., Горюшинская Е.В. (РФ) Бункерное устройство, Заявлено 7.09.98. опубл. 10.05. 2000 Бюл. №13.