автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологическое и техническое обеспечение рациональных потоков сыпучих материалов с изменяющимися свойствами в зерноочистительных агрегатах

На правах рукописи

КОВАЛЕВ Александр Александрович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

РАЦИОНАЛЬНЫХ ПОТОКОВ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ С ИЗМЕНЯЮЩИМИСЯ СВОЙСТВАМИ В ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дзну 159?

У

Работа выполнена в Донском государственном техническом

университете

Научный руководитель:

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Ю.И. Ермольев

доктор технических наук, профессор Л.М. Грошев

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Г.А. Кузин;

кандидат технических наук, доцент С.М. Ьарашео

ОАО Головное специализированное конструкторское бюро " Зерноочистка ", г. Воронеж

Защита состоится '*✓ " Ь^Аг^А^ 9 2000 г. в /(? часов на заседании диссертационного совета Д063.27.02 в Донском государственном техническом университете. Адрес: 344010, г.Ростоо-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ДГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " /•■->^ г.у*> (99 & г.

К90А Г)

Актуальность темы. Одним из путей повышения производительности и качества продукции при высоких технико-экономических показателях у большинства современных машин для обработки потоков сыпучих материалов (зерноочистительные, комбикормовые, зерноперерабатывающие и т.п. предприятия) можно считать реализацию рациональной подачи в них сыпучего материала. Технологическое и техническое обеспечение рациональных потоков сыпучих материалов с изменяющимися свойствами может быть достигнуто посредством применения систем для оценки характеристик потоков сыпучих материалов, поступающих в перерабатывающие устройства.

Как показывают экспериментальные исследования, необходимость оценки и обеспечения рациональных величин характеристик потоков сыпучих материалов обуславливается не только увеличением производительности оборудования для их переработки и повышением качества выпускаемой продукции, но и в значительной степени экономичностью и удобством в управлении оборудования. Для сельскохозяйственного производства характерно значительное изменение свойств поступающего на перерабатывающие зерноочистительные комплексы зернового материала в течение ограниченного периода времени (в зависимости от времени суток, территории произрастания, погодных условий, сорта убираемой культуры, ее засоренности примесями). Существующие в настоящее время методы и системы для измерения характеристик потоков сыпучих сред испытывают значительное влияние на точность измерения изменения физико-механических свойств сыпучего материала. Это позволяет поставить задачу синтеза систем измерения характеристик потоков сыпучих сред применительно к зерноочистительным агрегатам, влияние изменения физико-механических свойств материалов на которые сводится к минимуму.

Цель работы: Выявить основные закономерности, ргзработать научные положения и осуществить практическую реализацию системы для оценки характеристик потоков сыпучих зерновых материалов с изменяющимися физико - механическими свойствами в зерноочистительных агрегатах, обеспечивающую необходимую для практических целей точность установки подачи сыпучего материала.

Задачи исследования:.Обосновать процесс измерения характеристик потоков сыпучих зерновых материалов. Выделить наиболее значимые факторы, влияющие на погрешность измерения характеристик потоков сыпучих

материалов в реализованных в настоящее время устройствах измерения. Выделить рациональную совокупность операций измерения, обосновать требования к структуре, составу и конструктивному исполнению системы й"я регистрации характеристик потоков сыпучих материалов. Теоретическое исследование процессов, происходящих в сыпучем материале и процессов взаимодействия потока сыпучего материала с элементами системы измерения. Математическое моделирование процесса функционирования системы измерения характеристик потоков сыпучих материалов. Параметрическая оптимизация разработанной конструкции для измерения характеристик потоков сыпучих материалов в зерноочистительных агрегатах. Практическая реализация разработанной конструкции системы и проведение стендовых испытаний. Обоснование экономической эффективности использования системы для измерения характеристик потоков сыпучих материалов в зерноочистительных агрегатах.

Объект исследования представляет собой поток сыпучего материала в гравитационном транспортере и систему для оценки характеристик потоков сыпучих материалов.

Научная новизна работы состоит в установлении новых закономерностей взаимодействия тангенциальных крыльчаток с потоком сыпучих материалов на гравитационных транспортерах; предложенной системе для измерения характеристик потоков сыпучих материалов, влияние на которую вариаций физико-механических свойств поступающего материала сводится к минимуму; выявлении условий безударного входа и рационального выхода лопаток крыльчатки из потока сыпучего материала; моделировании и математическом описании процесса функционирования системы измерения характеристик потоков сыпучих материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами; выявленных закономерностях и связанных с ними погрешностями измерения потоков сыпучих материалов при широкой вариации входных и управляющих факторах системы измерений в зерноочистительных агрегатах.

На защиту выносятся: Теоретические основы формирования системы измерения характеристик гравитационных потоков сыпучих материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами в зерноочистительных агрегатах; обоснованная конструкция системы измерений, математическое описание процессов функционирования элементов системы и всей

системы измерений; новые закономерности функционирования системы измерения при вариации факторов, определяющих измеряемые потоки сыпучих материалов с изменяющимися физико - механическими свойствами и измерительную систему.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения и 5 глав на 156 страницах, 9 таблиц, 89 иллюстраций и библиографии из 73 наименований.

Публикации результатов. По теме диссертации опубликовано 6 работ общим объемом 3 печатных листа.

Апробация работы: Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях ДГТУ ( в 1996 - 1959 гг. ), Ростовской государственной академии сельскохозяйственного машиностроения ( 1999 ).

Материалы исследований обсуждались в ГСКБ ОАО «Зерноочистка » г. Воронеж.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе " Состояние вопроса, цель и задачи исследования " доказано влияние параметров потока сыпучего материала, поступающего в зерноочистительный комплекс на эффективность его работы и технико -экономические показатели. Рассмотрена реализация различных методов оценки характеристик потоков сыпучих сред: весового метода, метода динамического воздействия, метода главного момента сил, метода, основанного на уравнениях потока тел, разработанных Литвиновым А.И., методов, основанных на измерении диэлектрических и электрических свойств сыпучих материалов. Выявлено, что изменение физико-мэханичеекмх свойств сыпучих материалов влияет на точности измерения характеристик потока. Поставлены цепи и задачи исследования.

В главе 2 "Моделирование процесса функционирования систем для измерения характеристик потоков сыпучих материалов " рассмотрены процессы, происходящие в слое сыпучего материала с целью синтеза совокупности рациональных операций, структуры и конструктивного исполнения системы для измерения характеристик потока сыпучих материалов.

Если принять, что сыпучий материал представляет собой сплошную среду, то массовый расход q через сечение ей :

с

q = |р® Ун • , о

где р - насыпная плотность материала; V« - скорость потока в нормальном сечении; У - площадь потока в нормальном сечении. Упростив выражение (1), получаем:

то V,

ср

I

(2)

где \/ср = Ш - средняя скорость сыпучего материала по измерительному лотку; I - длина измерительного лотка; ш- масса сыпучего материала, проходящего через попоречноэ сечение трубопровода за время t

Выявлено, что данная система должна состоять из трех частей: датчиков массы и скорости потока сыпучего материала и устройства, интегрирующего их показания. В результате проведенного параметрического синтеза конструктивного исполнения системы для измерения предложено использовать в качестве датчика массы серийно выпускающиеся промышленностью расходомеры марок РБД-70 или РВД-2x10, а в качестве датчика скорости -тангенциальную крыльчатку, свободно вращающуюся на валу (рис.1). На рисунке обозначено;!? - радиус вращения крыльчатки, м; а-угол наклона лотка к горизонту, град; р - угол наклона лопаток к радиальной линии; и - угловая частота вращения, рад/с; 3 - расстояние между крайними точками лопаток крыльчатки; \/3~ скорость зернового потока. Блок-схема расходомера приведена на рис.2. Общий вид системы измерения приведен на рис.3, где: 1 - измерительный лоток; 2 - крыльчатка.

Для определения основныых закономерностей распределения отно сительных скоростей гравитационного перемещения сыпучих материалов по скатной доске, позволяющих обеспечить рациональную установку ло-

Рис.1. Схема датчика скорости: 1 - коыльчатка: 2 - лоток

1

2

Рис.2. Блок-схема расходомера: 1 - датчик массы;2 -датчикскорости;3 - умножитель; 4 - запоминатель;5 - генератор импульсов сброса; 6 - индикатор текущего расхода;7 - интегратор;8 - индикатор суммарного расхода; 9 - имитатор скорости; 10 - переключатель, латки крыльчатки, были рассмотрены процессы перемещения сыпучего

материала.Скорость элементарного слоя, находящейся на глубине И от по-

верхности:

V = дЦ эта -Г0| Е +1 [сова | + \/0

С 3 >

где д = 9,81 м/с1; Ь - динамический коэффициент сопротивления сдвигу верхнего слоя; Е = - 10)Нно - коэффициент пропорциональности; Гно-динамический коэффициент сопротивления сдвигу нижнего слоя; ^-динамический коэффициент сопротивления сдвигу верхнего слоя ц = 0/0т » безразмерная координата, характеризующая положение слоя а сыпучей среде; О-вэс вышележащей части; От- вес всей среды; ДИ -толщина элементарного слоя; Н - толщина всего слоя, м; Уо-скорость элементарного слоя в момент времени й> = 0, м/с; I- время, с. Из уравнения (3) можно сделать вывод, что скорости по толщине слоя сыпучего материала распределяются по линейному закону, средняя скорость сыпучего материала толщиной Н| равная Ус расположена на глубине (1с:

/УМ-ЬчШ н.

9»

з'ша-

|соэа

/\/(Ь) ®<1Ь о

' ( н ^ >

В предположении, что лопатка вращается равномерно с частотой п под действием движущегося сыпучего »мто-риала, выполняотся равенство: Усп = V; (рис.4: 01 - угол поворота лопатки), где \/сл -средняя линейная скорость части лопатки взаимодействующей со

Рис.4. Взаимодействие лопатки крыльчатки с сыпучим материалом: 1 - лопатка.

слоями материала толщиной Hi; Vc - средняя скорость слоев сыпучего материала толщиной Н|, с которыми взаимодействует лопатка (Vc = V(hc) - см. выражения (3)-(4)). Величина Vcn определяется выражением:

Voi~2Ttn(Rsina,+Не-Н|), (5)

где Нс - координата средней скорости части лопатки, взаимодействующей с сыпучим материалом.

Н

h-H,

нс =

j w(R + -",)-h - dh , tl „ . ,l2 о sinai 3 eHj «R • sin ai~ H,

н

(6)

ч ь_н 6 • R • эш си- 3 • Н|

] о • (К + - ')«<Ж о з'Па1

При си = 90* (лопатка приняла вертикальнсэ положение), уравнение скорости преобразуется к виду: Уел - 2ттп (И + у-» Нс - Н ) ( 7 ) Где V - зазор между крайней точкой лопатки и лотком в вертикальном положении. Представив Нс в виде: Нс * Н {1 - х), где х - коэффициент пропорциональности. Тогда имеем:

" 2тгп ( Я + V- хН ) ( 8 )

Толщину слоя на измерительной площадке вычислим по формуле:

u m

Н =- , м

plb

Ь- ширина измерительного лотка.

С учетом выражений ( 8 ) и ( 9) уравнение расхода сыпучего материала ( 2 ) примет вид:

Ч = -

2лпт

I

тх р'Ь

(10)

В результате анализа выражения (6 ) можно сделать вывод, что для обеспечения точности оценки расхода с помощью тангенциальной крыльчатки и минимизации погрешности, вносимой в процесс измерения колебаниями подачи сыпучего материала ( вариации величин которой приводят к изменению толщины материала: а прямо пропорциональна Н), необходимо обеспечить наибольший радиус вращения крыльчатки (при -><» имеем Не в Н/2=сол51 ). На практике, ввиду невозможности обеспечить чрезмерно большие величины радиуса вращения крыльчатки вследствие увеличения ее момента инерции и сопротивления сил трения в подшипниках крыльчатки, должна наблюдаться следующая зависимость (при постоянном значении коэффициента х и неизменных конструктивных параметрах системы в интервале подач О материала) - рис.5, где О - погрешность измерения расхода сыпучего материала, % ; Отм - максимальная погрешность прибора; От1(1, Отах _ минимальная и максимальная удельная подачи). Величина минимальной погреш-

От(п

Отах

кг/с*м

Ркс.5. Зависимость погрешности измерения от подо, у и _

ности Эгт^п обусловлена аппаратурной погрешностью прибора.

Для выявления факторов конструкции крыльчатки, вариации которых будут влиять иа точность оценки характеристик потока сыпучего материала, были рассмотрены процессы взаимодействия потока материала с тангенциальной крыльчаткой. Движущийся сыпучий материал воздействует на измерительный лоток датчика массы роторного расходомера и приводит во вращение крыльчатку датчика скорости, свободно вращающуюся на ва-

лу, перпендикулярном движению потока. Движение сыпучего материала относительно крыльчатки рассматривается как сложное, состоящее из двух

движений: относительного и переносного. Вектор абсолютной скорости V определится как:

7 = Ш + 0 (11)

где УУ - вектор скорости относительного движения; II - вэктор скорости ., 2® тг»Р?«п л

переносного движения: и =---. Окружная скорость и направлена

€0

перпендикулярно радиусу вращения крыльчатки Я. Скорость абсолютного движения сыпучего материала направлена вдоль лотка и зависит от его физико - механических свойств ( рис.б ). На рисунке обозначено: и - длина лопатки; г - радиус барабана, на котором закреплены лопатки; Н -толщина слоя; ц; - угол между относительной и переносной скоростью; Б - угол между лопаткой и перпендикуляром к радиусу вращения крыльчатки; О - центр вращения крыльчатки; ОР - перпендикуляр, опущенный из центра вращения.

Рис.6. Взаимодействие лопатой крыльчатки со слоем сыпучего материала:

Пусть на участке АР толщина слоя Н к<о ьтокязтсл. Доказано, что оорхнмй слой сыгтучсго игториалз мме-эт наибольшую скорость. Т.к. крыльчатка взаимодействует со есоки слоями сыпучего материала и учитывая потери на трение п подшипниках качения, можно предположить, что скорость крайней точки крыльчатки мзньшэ скорости верхнего слоя сыпучего материала. Определены величины углов 5 и а заямсимостм от гоеметри-чэских параметров крыльчатки, характеристик потоков сыпучего материала ( выражения (12)-(13). Из теории расчета гидраапичоских турбин изпастно, что для получения режима безударного входа требуется обеспечить равен-

ство углов 5 и I)), определяемых формулами (12) и ( 13 ). Этот режим характеризуется уменьшением сопротивления со стороны движущегося сыпуЧего материала вхождению в него лопатки крыльчатки датчика скорости.

5 = 90° ± агс51пт- Г*5"1"--, (12 )

УI2 + г2 + 2 »1-»г «совр

\/«соз(агс51'п(^

ху = ----(13)

уУ2 +и2 -((2• V• и• (Я -

Как показывает теоретический анализ, режим безударного входа должен наблюдаться при углах наклона лопатки крыльчатки в сторону ее вращения ( при углах наклона лопаток (3 = 11-21* в сторону вращения ). Однако, при углах наклона лопаток в сторону вращения крыльчатки не будет выполняться условие рационального выхода лопаток из слоя сыпучегс .материала, которое обеспечивается отсутствием явления "зачерпывания" лопатками порций материала на выходе из сыпучего материала. Явление "зачерпывания" приводит к торможению крыльчатки и накапливанию сыпучего материала на измерительном лотке. Для выявления наиболее значимого режима при взаимодействии крыльчатки со слоем требуется проведение экспериментальных исследований.

Глава 3 " Экспериментальное исследование характеристик потоков сыпучих материалов " посвящена экспериментальному исследованию процессов взаимодействия роторного расходомера с потоком сыпучего материала. На основании проведенных предварительных исследований, проведенного теоретического анализа и априорной информации были определены факторы, варьирование которых будет оказывать влияние на метрологические качества системы измерения и определены интервалы их изменения ( табл.1 ). Значение угла наклона лопаток Р=0" соответствует углу наклона лопаток в сторону, противоположную вращению на угол 30*; угол наклона лопаток р=60" соответствует углу наклона лопаток в сторону вращению на угол 30" .

На первом этапе экспериментальных исследований был проведен отсеивающий эксперимент с цепью сокращения числа выделенных факторов. Погрешность О определяли по формуле: О *( СЬ - Ор )/ <3э, %, где СЗэ - реальная подача зернового материала через расходомер, которая определяет-

ся по формуле: СЗэ = М/Т, кг/с: ГИ - масса зерна, прошедшего через прибор .х1-; Т - время прохождения зерна , с; Ор -подача зернового материала, фиксируемая прибором, кг/с. В результате его реализации оказалось, что фактор Э оказался статистически незиачим и был отброшен.

Табл.1.

Интервалы факторов, влияющих на точность измерения ___ _расхода

№ Фактор Обо Единица Интервал

зна измере- изменения

че- ния

ние

■ |

1 Радиус крыльчатки Я м 0,212 < Я <0,364

2 Подача а т/ч*м 25 < О < 125

3 Длина дуги между крайними 5 м 0,167 <Б< 0,222

точками лопастей

4 Угол наклона лотка к горизонту а град 40< а 5 60

5 Угол наклона лопаток Р град 0<р5 60

Вторым этапом программы экспериментальных исследований стало построение функций отклика выходных параметров роторного расходомера

(частоты вращения крыльчатки п, массы материала, находящегося на лотке т, скорости движения сыпучего материала по измерительному лотку V и погрешности измерения расхода Р ) от изменения его конструктивных параметров ( К, Э, а, р ) и удельной подачи на ширину лотка а. Получены уравнения:

л = 0,2803971.0,071894831*-1,007835753°. 1,0753754° -0,9961696Р. 4,0044637*'° • 1,0293435Ч'а •0,997558483К'Р • 1,0002058°"° • 1,000020498°"Р. 1,00003492°*^ • 0,0259427*'* - 0,999727597°*°. 0,9993074°"°. 1.0000237Р'Р ,

об/с ( 14 )

т » 14,5411579- 0,025703322* • 1,079295223° • 0,8603199° -1,0037893® • "0,9647001 **° - 0,91357*'° • 0,9987846*"Р • 0.9998707°*° • 0,9999634°*Р * 1,0000188а*Р • 2318474,582К*К • 0,9997851°'°- 1,0017224°*°. 0,9999621Р'Р .

кг. (15)

13

V = 0,16021292- 1,135816907R -1,01144054°-1,0857762°-0,993893Р-

• 1,0165779R'Q .1,130042*'° • 1,0010488^ • 1,0000477°'" • 1.000199 °'P •

• 1,0000429a '5 • 2,39939 5 R"R . 0,9996902°"° • 0,9989615°*° -1,0000383P'P ,

м/с. (16)

D = 144016703-8,64265"8 R -1,004095745°-0,4815642° .1,0205424P.

■0,9644797R*° -0,976152R'a • 0,9962505R"P • 0,999867°*° • 0,999982 °*P •

.0,9998813a'P - 7,65628U"R'R • 1,0001691°"° ■ 1,0085346°*°. 0,9998719PP ,

% (17)

По результатам проведенных экспериментальных исследований

можно сделать следующие выводы:

1. Коэффициент х для выражения (10) был найден равным х = 0,9.

2. Вариации конструктивных параметров роторного расходомера влияют на характер его взаимодействия с сыпучим материалом. Для негативного сочетания факторов наблюдается уменьшение частоты вращения крыльчатки, сгруживание зерна на измерительном лотке и увеличение погрешности измерения расхода сыпучего материала. Выявлены следующие зависимости: длина дуги между крайними точками лопаток S свыше 0,15 м приводит к недостаточности пространства между лопатками для заполнения движущимся сыпучим материалом, что ведет к прекращению вращательного движения крыльчатки;при углах наклона лотка к горизонту свыше 50' резко возрастает ударная нагрузка на измерительный лоток датчика массы, наблюдается отрыв верхних слоев сыпучего материала от его основного объема, что приводит к торможению вращения крыльчатки и накоплению сыпучего материала на измерительном лотке.

3. Движение крыльчатки рассматривалось как сложное, состоящее из режимов входа и выхода. Проведенные исследования позволили установить, что для обеспечения наилучших метрологических качеств прибора требуется реализовать режим выхода лопаток крыльчатки из слоя сыпучего материала, т.е. для уменьшения величины возмущения, ино-симого крыльчаткой в движущийся сыпучий материал требуется обеспечить угол наклона лопаток к радиальной линии, маправленный а сторону, противоположную вращению крыльчатки. Для значений угг.оп м-

клона лопаток крыльчатки в сторону ее вращения (режим зхода крыльчатки), близких к значениям теоретических углов безударного входа, наблюдается увеличение частоты вращения крыльчатки роторного расходомера, которое, однако, значительно меньше, чем при реализации режима выхода крыльчатки. Характер зависимости теоретических и экспериментальных углов безударного входа близки ( рис.7 ).

Рис.7. Зависимость теоретического ( кривая 1) и экспериментального ( кривая 2 ) угла безударного входа.

Для минимальных подач сыпучего материала явление безударного входа не наблюдается как для теоретических, так и для экспериментальных значений.

4. Величина подачи сыпучего материала влияет на частоту вращения крыльчатки и погрешность измерения расхода. Величина удельной подачи 0 = 70 кг/(с*м) при ширине измерительного лотка Ь = 0,2 м является максимально возможной. Зависимость величины погрешности измерения расхода от подачи близка «теоретической, приведенной на рис.5, и имеет максимумы в точках наибольшей и наименьшей удельной подач. Для ширины лотка существует рациональное значение подачи, при которой осуществляется оптимальное функционирование системы измерения.

5. Радиус вращения крыльчатки принимает оптимальное значение в зависимости от интервала удельных подач, в котором осуществляется процесс измерения. Наблюдается рост величины оптимального радиуса вращения крыльчатки вместе с ростом величины удепьной подачи.

Глава 4 " Параметрический синтез роторного расходомера зерновых материалов " посвящена обоснованию рациональных конструктивных показателей роторного расходомера. Функция цели сформулирована в виде:

D = f( р, с, ß, Q,R, b, х )-> min (18)

p = po ; 40' < ö < 60'; ü'i p< 60"; x = 0,9; 6,94 < Q < 69,44 кг/(с*м). pa - насыпная плотность сыпучего материала, кг/м3. С помощью методов регулярного поиска найдены и затабулировзны рациональные параметры роторного расходомера (табл.2)

Предложена методика синтеза конструктивного исполнения роторных расходомеров для различных интервалов удельных подач.

Табл .2

.Рациональные параметры роторного расходомера.

Параметры прибора Параметры прибора

Подача, кг/с*м

6,94-34,72 34,72-69,44

а Угол наклона лотка к горизонту град 43 44

Р Угол наклона лопаток град 0 0

R Радиус вращения крыльчатки м 0,273 0,31

S Длина дуги между крайними точками лопаток м 0,18 0,18

L Длина лопаток < м 0,1

Ъ Ширина измерительного лотка м 0,2 0,2

I Длина измерительного лотка м 0,4 0,4

D Максимальная погрешность в интервале удельных подач % 1,94 2,02

В главе 5 " Обоснование экономической эффективности использования роторного расходе мера зерновых материалов " приводятся

экономические расчеты, показывающие экономическую целесообразность применения роторного расходомера в составе зерноочистительного агрегата. Расчет производится для агрегатов при очистке следующих культур: семенной пшеницы , риса и подсолнечника продовольственного назначения. Экономический эффект от использования роторного расходомера численно равен:

Эр = (Зп г - Зп * <3э * Кем * Тн - Зр (19)

Где: 3п1 - затраты на очистку 1 тонны зерна при использовании рас-ходо мера ( устанавливаемая подача зернового материала меньше рациональной на пеличину погрешности измерения прибора, равной 2%), руб; Зп^ - затраты на очистку 1 тонны зернового материала при ручной установке подачи с точностью 10%), руб; Зр - затраты на эксплуатацию роторного расходомера, руб (т.к. величина Зр мала по сравнению с остальными показателями, то для расчетов принимаем 3р=0). Величины 3п1 и Зпг определялись по ОСТ 70.10.2-84 «Зерноочистительные машины, зерноочистительные и сушильные комплексы. Программы и методика испытаний». В результате получены следующие данные для годового экономического эффекта (табл.3).

Табл.3.

Рациональйая подача очищаемых культур в агрегат и экономический эффект от ее правильной установки и контроля.

N2 Очищаемая культура Рацио- Экономиче- Снижение

нальная ский эффект затрат на

подача. за агросрок, переработ-

кг/(с*м) руб ку, %

1 Семенная пшеница 1 сорта 1,75 13603 10,8

2 Рис продовольственного 5 4148 4,8

| назначения

I 3 Рздс^лнечкнк продоволь- 4 1576 3.0

ственного назначения

Общие выводы по работе

1. Проведенный анализ функционирования агрегатов и предприятий по очистке и переработке сыпучих материалов (зерна, комбикормов и т.д.), технологий и систем для дискретного и текущего замера характеристик потока сыпучих материалов установил, что подача зернового материала существенно влияетна эффективность функционирования зерноочистительных агрегатов; расходомеры-дозаторы создают прерывистость потока, что оказывает негативное влияние на работу технологи-

1Г

ческого оборудования; в большинстве существующих расходомерах непрерывного действия должно обеспечиваться условие постоянства скорости перемещения измеряемого потока сыпучего материала, что невозможно обеспечить из-за меняющихся физико-механических свойств этого материала по времени.

2. Для минимизации погрешности измерения расхода сыпучих материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами, вызванной флуктуацией скорости движения этих материалов по измерительному лотку, установлено, что процесс измерения должен одновременно реа-лизовывать измерение массы исследуемого сыпучего материала и измерение скорости перемещения этого материала, с последующим интегрированием их показаний.

3. Сделан вывод, что система измерения для зерноочистительного агрегата должна состоять из датчика массы, датчика скорости, интегрирующего устройства, генератора импульсов сброса, запоминающего устройства, индикаторов текущего и суммарного расходов. Исследование систем измерения скорости движения сыпучего материала с точки зрения минимальной погрешности измерения скорости движения в зависимости от вариаций свойств сыпучих материалов, а также отсутствием влияния распределения скоростей в потоке материала на метрологические свойства системы, позволил предложить в в качестве датчика скорости системы измерения тангенциальную крыльчатку, свободно вращающуюся на оси.

4. Исследование предложенной системы измерения расхода сыпучих материалов на основании априорной информации, проведенных предварительных экспериментов и теоретического анализа с целью оптимизации процесса измерения позволило выделить факторы, влияющие на погрешность измерения характеристик потоков сыпучих материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами в реализованной систем! измерения: радиуса вращения крыльчатки Я, длины дуги между крайними точками лопаток Б, угла наклона лотка а, угла наклона лопаток к радиальной линии р, удельной подаче на ширину лотка О. Выявлено, что выделенные факторы, ранжированные по степени влияния на увеличение погрешности измерения расхода располагаются в следующем порядке: а, р, О, Я, в.

5. При взаимодействии элементов системы для измерения характеристик потоков сыпучих материалом с движущимся зерновым слоем выявлено следующее: изменение конструктивных параметров роторного расходомера влияет на характер его взаимодействия с сыпучим материалом и в случае реализации неблагоприятного конструктивного решения наблюдается уменьшение частоты вращения крыльчатки, сгруживание зерна на измерительном лотка м увеличение погрешности измерения расхода сыпучего материала.

6. Наблюдаются следующие зависимости: длина дуги между крайними точками лопаток 5 менео 0,15 м приводит к недостаточности пространства между лопатками для заполнения дзижущимся сыпучим материалом, что зедет к прекращению вращательного движения крыльчатки; при углах наклона лотка к горизонту свыше 50" резко возрастает ударная нагрузка на измерительный лоток датчика массы, наблюдается отрыв верхних слоев сыпучего материала от его основного объема, что приводит к торможению вращения крыльчатки и накоплению сыпучего материала на измерительном лотке.

7 Для уменьшения величины возмущения, вносимого крыльчаткой а движущийся сыпучий материал, требуется обеспечить режим выхода крыльчатки из сыпучего ¡материала, т.е. угол наклона лопаток к радиальной линии должен быть направлен а сторону, противоположную вращению крыльчатки; величина подачи сыпучего материала влияет на частоту вращения крыльчатки и погрешность измерения расхода.

8. Величина удельной подачи <2 = 70 кг/с*м при ширмча измерительного потека Ь = 0,2 м является максимально допустимой. Зависимость величины погрешности измерения расхода от подачи близка к теоретической и имеет максимумы в точках наибольшей и ь?именьа<ей удельной подач. Для ширины лотка существует рациональное значение подачи, при которой осуществляется оптимальное функционирование системы измерения. При увеличении величины подачи относительно ее оптимального значения материал начинает накапливаться на лотке.

9. Радиус вращения крыльчатки принимает оптимальное значение в зависимости от интервала удельных подач, в котором осуществляется процесс измерения. Наблюдается рост величины оптимального радиуса вращения крыльчатки вместе с ростом величины удельной подлчи.

10. Установлено, что для гравитационного транспортера прямоугольного поперечного сечения при условии f > ^ (где { - коэффициент трения сыпучего материала о лоток, Ь - коэффициент внутреннего трения сыпучего материала ) распределение скоростей по толщине сыпучего материла носит линейный характер, причем верхние слои сыпучего материала имеют большую скорость нежели нижние слои. Выявленные закономерности позволили определить величину средней схорости движения потока сыпучего материала по измерительному лотку, определяющуюся взаимосвязью между характеристиками потока ( расходом и скоростью сыпучего материала ) и частотой вращения крыльчатки

( выражение ( 8 }).

11. Получены экспоненциальные уравнения второго порядка, позволяющие рассчитывать частоту вращения крыльчатки (14 }; массу материала, находящегося на измерительном лотке (15 ); среднюю скорость движения сыпучего материла по измерительному лотку ( 16 ); погрешность измерения расхода с помощью предложенной системы измерения (17 ). Полученные уравнения позволяют описывать процессы взаимодействия тангенциальной крыльчатки с потоком сыпучего материала и были использованы для математического моделирования процесса функционирования и параметрического синтеза системы измерения характеристик потоков сыпучих материалов.

12. В результате проведенного параметрического синтеза системы для оценки характеристик потоков сыпучих сред, найдены и затабулирова-ны рациональные параметры роторного расходомера для оценки расхода зернового материала в интервале удельных подач от 6,94 до 38,17 кг/с*м и от 38,17 до 69,44 кг/с*м обеспечивающего измерение расхода сыпучзго материала с ошибкой в пределах 2%. Практическая реализация разработанной конструкции системы измерения с выявленными рациональными параметрами (для интервала удельных подач 6,94 — 34,72 кг/( с'м): Я = 0,273м, в = 0,18м, а = 43', (3 = 0"; для интервала удельных подач 34,72 - 69,44 кг/(с*м): Я = 0,31 м, Э = 0,18 м, а = 44\ р = 0') и проведенные стендовые испытания показали, что предложенная система измерения позволяет регистрировать расход сыпучего материала с погрешностью измерения до 2%.

13. Предложенная методика синтеза рациональных конструктивных параметров роторных расходомеров сыпучих материалов в интервале подач 6,94 - 69,44 кг/(с*м) с погрешностью измерения до 2%.

14. В результате проведенного экономического анализа эффективности использования роторного расходомера зерновых материалов в зерноочистительном агрегате выявлено, что применение данного прибора с погрешностью измерения расхода в пределах 2% позволяет регулировать и устанавливать рациональную подачу зернового материала в агрегат и за счет этого существенно снизить затраты на очистку продовольственного и семенного зерна, что дает значительный годозой экономический эффект: для очистки риса продовольственного назначения 4147,6 руб; для семенной пшеницы 1 -го сорта 13603,33 руб..

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1.Ковалев A.A., Ермольев Ю.И., Грошеа Л.М. Парэметричсскд« оптимизация расходомера зерновых материалов. Дел. в ВИНИТИ 03.03.99, №663-899.

2. Ковалев A.A., Ермольев Ю.И. Экономическая эффективность расходомера зерноаык материалов. Деп. а ВИНИТИ 03.03.99, №G54-B99.

3. Ковалев A.A. К вопросу о регистрации расхода потока зерновых материалов при помощи роторных расходомеров. Деп. а ВИНИТИ, 29.03.99, Мз948-В9Э.

4. Ковалев A.A. Взаимодействие лопастных датчиков со слоем движущегося сыпучего материала. Сборник трудов ДГТУ, с.18-21, Рос-тоз-на-Дому, 1999.

5. Ковалев A.A. Измерение характеристик сыпучих материалов с помощью роторных расходомероз. Сборник трудов ДГТУ, с.22-25, Ростов-нз-Дону, 1999.

в, Ермольев Ю.И., Шелков М.В.. Московский М.В., Ковалев A.A. Повышение эффективности сепарации зерна риса в отделении очистки зерноочистительного агрегата. Депонмр. в ВИНИТИ 29.07.97 №25.25-В-97.

BBF/IFHHF S Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Основные факторы, влияющие на эффективность работы современных зерноочистительных агрегатов и зерноперерабатывающих предприятий.

1.2. Методы, закономерности и теоретические основы измерения характеристик потоков сыпучих материалов в различных технологических процессах и технические средства для их осуществления.

1.2.1. Весовой метод измерения.

1.2.2. Метод динамического воздействия.

1.2.3. Метод главного момента сил.

1.2.4. Метод измерения характеристик потоков сыпучих материалов на основе уравнений динамики потока

1.2.5. Прочие методы измерения характеристик потоков сыпучих материалов.

1.3. Цель и задачи исследования.

2. Моделирование процесса функционирования систем для измерения характеристик потоков сыпучих материалов.

2.1. Обоснование структуры системы для измерения характеристик потоков сыпучих материалов.

2.2. Моделирование процесса взаимодействия потока сыпучих сред с элементами системы для измерения характеристик потоков сыпучих материалов.

2.3. Выявление основных закономерностей взаимодействия крыльчатки со слоем сыпучего материала.

Выводы по главе.

3. Экспериментальное исследование характеристик потоков сыпучих материалов.

3.1 Цель и программа исследований. Описание установки для проведения исследований.

3.2. Методика проведения эксперимента.

3.3. Определение значимости факторов, влияющих на точность оценки величин характеристик потоков сыпучих материалов.

3.4. Выявление основных закономерностей взаимодействия потоков сыпучих материалов с лопастными датчиками.

ВЫВОДЫ ПО ГЛс1130 - = asee sa a se

4, Параметрический синтез роторного расходомера зерновых материалов.

4.1 Синтез параметров роторного расходомера зерновых материалов.

4.2. Методика расчета основных параметров роторного расходомера для различных сыпучих сред.

Выводы по главе.

5. Обоснование экономической эффективности использования роторного расходомера зерновых материалов.

5.1. Влияние подачи зернового материала в зерноочистительном агрегате на суммарные эксплуатационные затраты на очистку зерна.

5.2. Экономическая эффективность использования роторного расходомера зерновых материалов.

Выводы по главе.

Одним из путей повышения производительности и качества продукции при высоких технико-экономических показателях у большинства современных машин для обработки потоков сыпучих материалов ( зерноочистительные, зерноперерабатывающие, комбикормовые и т.п. предприятия) можно считать реализацию рациональной подачи в них сыпучего материала. Технологическое и техническое обеспечение рациональных потоков сыпучих материалов с изменяющимися свойствами может быть достигнуто посредством применения систем для оценки характеристик потоков сыпучих материалов, поступающих в перерабатывающие устройства.

Как показывают экспериментальные исследования, необходимость оценки величин характеристик потоков сыпучих материалов обуславливается не только увеличением производительности оборудования для их переработки и повышением качества выпускаемой продукции, но и в значительной степени экономичностью и удобством в управлении оборудования /1 /. Для сельскохозяйственного производства характерно значительное изменение свойств поступающего на перерабатывающие зерноочистительные комплексы зернового материала в течение ограниченного периода времени (в зависимости от времени суток, территории произрастания, погодных условий, сорта убираемой культуры, ее засоренности примесями). Существующие в настоящее время методы и системы для измерения характеристик потоков сыпучих сред испытывают значительное влияние на точность измерения изменяющихся физико - механических свойств поступающего в агрегаты сыпучего материала. Это позволяет поставить задачу синтеза систем измерения характеристик потоков сыпучих сред, применительно к зерноочистительным агрегатам, влияние изменения физико-механических свойств материалов на которые сводится к минимуму.

Для измерения характеристик потоков сыпучих сред в настоящее время применяют несколько методов и разработанных на их основе конструктивных исполнений систем регулирования.

Существующие расходомеры-дозаторы создают дискретность потока, что негативно отражается на технико-экономических показателях зернопе-рерабатывающего оборудования 12!.

Метод динамического воздействия прост в реализации и обслуживания измерительных средств. Он основан на регистрации силы динамического воздействия со стороны движущегося зернового потока на измерительный лоток. Однако, главным недостатком данного метода является требование к постоянству скорости движения материала, что невозможно обеспечить ввиду изменения физико-механических свойств поступающего материала. Этот недостаток приводит к значительной погрешности измерения.

Метод главного момента сил реализуется в виде крыльчатки, вращающейся на валу с постоянной угловой скоростью со. Крыльчатка выбрасывает сыпучий материал из рабочей камеры и на валу электродвигателя, приводящего ее во вращение возникает момент силы, пропорциональной расходу сыпучего материала. Расходомеры данного типа очень сложны в эксплуатации, настройке и обслуживании измерительного оборудования, предъявляют высокие требования к монтажу, значительную погрешность измерения создает воздушный поток, проходящий через рабочую камеру вместе с сыпучим материалом.

Флуктуационные, электризационные методы измерения характеристик потоков сыпучих материалов возможно применять только в случае постоянства физико-механических свойств материалов, обеспечивающую неизменные электрические свойства среды.

Цель работы: Выявить основные закономерности, разработать научные положения и осуществить практическую реализацию системы для измерения характеристик потоков сыпучих зерновых материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами в зерноочистительных arpera7 тах, обеспечивающую необходимую для практических целей точность измерения.

Задачи исследования:

1) Обосновать процесс измерения характеристик потоков сыпучих зерновых материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами.

2) Выделить наиболее значимые факторы, влияющие на погрешность измерения характеристик потоков сыпучих материалов в реализованных устройствах измерения.

3) Выделить рациональную совокупность операций измерения, обосновать требования к структуре, составу и конструктивному исполнению системы для регистрации характеристик потоков сыпучих материалов.

4) Теоретическое исследование процессов, происходящих в сыпучем материале и процессов взаимодействия потока сыпучего материала с элементами системы измерения.

5) Математическое моделирование процесса функционирования системы измерения характеристик потоков сыпучих материалов.

6) Практическая реализация разработанной системы измерения и проведение стендовых испытаний.

7) Параметрическая оптимизация разработанной конструкции для измерения характеристик потоков сыпучих материалов в зерноочистительных агрегатах.

8) Обоснование экономической эффективности использования системы для измерения характеристик потоков сыпучих материалов в зерноочистительном агрегате.

Объект исследования представляет собой поток сыпучего материала в гравитационном транспортере и систему для оценки характеристик потоков сыпучих материалов.

В данной работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований и даны практические рекомендации для определения 8 оптимальных параметров систем для измерения характеристик сыпучих сред.

Работа состоит из введения, 5 глав на 160 страницах, 9 таблиц, 89 иллюстраций и библиографии из 73 наименований.

В первой главе дается краткий литературный обзор, состояние вопроса и анализ существующих методов для оценки характеристик потоков сыпучих материалов и разработанных на их основе конструкций измерительных систем, обоснование необходимости создания и исследования новой системы измерения. Разработка на базе новой системы, учитывающей изменение физико-механических свойств сыпучего материала, конструкции устройства для оценки характеристик потоков сыпучих материалов, ставятся задачи исследования.

Во второй главе изложено обоснование нового метода измерения характеристик сыпучих сред. Проведен анализ и синтез конструктивной схемы расходоизмерительного устройства с элементом, регистрирующим скорость движения сыпучей среды. Реализовано теоретическое исследование процесса функционирования новой системы с потоком движущегося сыпучего материала и сделаны предварительные выводы о характере взаимодействия и влиянии на точность измерения расхода.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований взаимодействия элементов системы с потоком сыпучего материала и влияния элементов конструкции расходомера на точность измерения расхода и скорости движущегося сыпучего материала.

В четвертой главе даны результаты параметрического синтеза роторного расходомера зерновых материалов для различных интервалов удельных подач. Предложена методика расчета систем для измерения расхода для различных сыпучих материалов. В результате расчета по предложенной методике была предложена конструкция роторного расходомера для измерения расхода зернового материала с погрешностью около 2%. 9

В пятой главе обоснована экономическая целесообразность использования разработанного роторного расходомера в составе зерноочистительного агрегата.

Новая система измерения расхода сыпучих материалов, созданная в результате проведенных исследований свободна от недостатков, присущих прочим методам измерения характеристик сыпучих материалов вследствие простоты конструкции и независимости показаний устройства от изменения физико-механических свойств материала.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работы общим объемом 3 печатных листа.

Научная новизна работы состоит в предложенной системе для измерения характеристик потоков сыпучих материалов, влияние на которую вариаций физико-механических свойств поступающего материала сводится к минимуму; установлении новых закономерностей взаимодействия тангенциальных крыльчаток с потоком сыпучих материалов на гравитационных транспортерах; выявлении условий безударного входа и рационального выхода лопаток крыльчатки из потока сыпучего материала; моделировании и математическом описании процесса функционирования системы измерения характеристик потоков сыпучих материалов с изменяющимися физико - механическими свойствами; выявленных закономерностях и связанных с ними погрешностями измерения потоков сыпучих материалов при широкой вариации входных и управляющих факторах системы измерений в зерноочистительных агрегатах.

На защиту выносятся:

1) Теоретические основы формирования системы измерения характеристик гравитационных потоков сыпучих материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами в зерноочистительных агрегатах.

2) Обоснованная конструкция системы измерений, математическое описание процессов функционирования элементов системы и всей системы измерений.

10

3) Новые закономерности функционирования системы измерения при вариации факторов, определяющих измеряемые потоки сыпучих материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами и измерительную систему.

Апробация работы: Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях ДГТУ (в 1996 - 1999 гг.), Ростовской государственной академии сельскохозяйственного машиностроения (1999 ). Материалы исследований обсуждались в ГСКБ ОАО « Зерноочистка », г. Воронеж.

11

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

Общие выводы по работе

1) Проведенный анализ функционирования агрегатов и предприятий по очистке и переработке сыпучих материалов (зерна, комбикормов и т.д.), технологий и систем для дискретного и текущего замера характеристик потока сыпучих материалов установил, что подача зернового материала существенно влияет на эффективность функционирования зерноперера-батывающих агрегатов; сельскохозяйственному производству характерно изменение свойств поступающего на переработку зернового материала; для реализации установки рациональной подачи зернового материала в перерабатывающие агрегаты требуется использование систем измерения, испытывающих минимальное влияние от изменения физико-механических свойств поступающих зерновых материалов; расходомеры-дозаторы создают прерывистость потока, что оказывает негативное влияние на работу технологического оборудования; в большинстве существующих расходомерах непрерывного действия должно обеспечиваться условие постоянства скорости перемещения измеряемого потока сыпучего материала V = const, что невозможно обеспечить из-за меняющихся физико - механических свойств этого материала по времени.

2) Для минимизации погрешности измерения расхода сыпучих материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами, вызванной флуктуацией скорости движения этих материалов по измерительному лотку, установлено, что процесс измерения должен одновременно реализовы-вать измерение массы исследуемого сыпучего материала и измерение скорости перемещения этого материала, с последующим интегрированием их показаний.

3) Анализ условий работы предприятий по хранению и переработке зерна позволил сформулировать требования к системе измерения характеристик потоков сыпучих материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами: необходимая чувствительность и точность

157 измерения; устойчивость к вибрациям, колебаниям температуры и влажности, запыленности воздуха; надежность и простота в эксплуатации; экономичность и технологичность. Исследование систем измерения скорости движения сыпучего материала с точки зрения минимальной погрешности измерения скорости движения в зависимости от вариаций свойств сыпучих материалов, а также отсутствием влияния распределения скоростей в потоке материала на метрологические свойства системы, позволил предложить в качестве датчика скорости системы измерения тангенциальную крыльчатку, свободно вращающуюся на оси. Анализ систем измерения массы сыпучего материала с позиций минимальной погрешности измерения в широком диапазоне внешних воздействий ( измерение температуры, влажности, вибрации и т.д.) дал основание сделать вывод о преимуществе систем с тензометрическими и индуктивными датчиками. Сделан вывод, что система измерения должна состоять из датчика массы, датчика скорости, интегрирующего устройства, генератора импульсов сброса, запоминающего устройства, индикаторов текущего и суммарного расходов.

4) Исследование предложенной системы измерения расхода сыпучих материалов на основании априорной информации, проведенных предварительных экспериментов и теоретического анализа с целью оптимизации процесса измерения позволило выделить факторы, влияющие на погрешность измерения характеристик потоков сыпучих материалов с изменяющимися физико-механическими свойствами в реализованной системе измерения: радиуса вращения крыльчатки К, длины дуги между крайними точками лопаток 8, угла наклона лотка а, угла наклона лопаток к радиальной линии 0, удельной подаче на ширину лотка С). Выявлено, что выделенные факторы, ранжированные по степени влияния на увеличение погрешности измерения расхода располагаются в следующем порядке: а, (3, <3, Я, Б.

158

5) При взаимодействии элементов системы для измерения характеристик потоков сыпучих материалом с движущимся зерновым слоем для различных сочетаний конструктивных параметров роторного расходомера, выявлено следующее: изменение конструктивных параметров роторного расходомера влияет на характер его взаимодействия с сыпучим материалом и в случае реализации неблагоприятного конструктивного решения наблюдается уменьшение частоты вращения крыльчатки, сгру-жив ание зерна на измерительном лотке и увеличение погрешности измерения расхода сыпучего материала.

6) При взаимодействии системы измерения с потоком сыпучего материала наблюдаются следующие зависимости: длина дуги между крайними точками лопаток Б менее 0,15м приводит к недостаточности пространства между лопатками для заполнения движущимся сыпучим материалом, что ведет к прекращению вращательного движения крыльчатки; при углах наклона лотка к горизонту свыше 50° резко возрастает ударная нагрузка на измерительный лоток датчика массы, наблюдается отрыв верхних слоев сыпучего материала от его основного объема, что приводит к торможению вращения крыльчатки и накоплению сыпучего материала на измерительном лотке.

7) Для уменьшения величины возмущения, вносимого крыльчаткой в движущийся сыпучий материал, требуется обеспечить режим выхода крыльчатки из сыпучего материала, т.е. угол наклона лопаток к радиальной линии должен быть направлен в сторону, противоположную вращению крыльчатки, что обеспечивает увеличение частоты вращения крыльчатки роторного расходомера под действием потока сыпучего материала ( при его постоянной скорости ) и объясняется отсутствием явления " зачерпывания " лопатками крыльчатки порций сыпучего материала; величина подачи сыпучего материала влияет на частоту вращения крыльчатки и погрешность измерения расхода.

159

8) Величина удельной подачи = 70 кг/с*м при ширине измерительного лотка Ь = 0,2 м является максимально допустимой. Зависимость величины погрешности измерения расхода от подачи близка к теоретической и имеет максимумы в точках наибольшей и наименьшей удельной подач. Для ширины лотка существует рациональное значение подачи, при которой осуществляется оптимальное функционирование системы измерения. При увеличении величины подачи относительно ее оптимального значения материал начинает накапливаться на лотке.

9) Радиус вращения крыльчатки принимает оптимальное значение в зависимости от интервала удельных подач, в котором осуществляется процесс измерения. Наблюдается рост величины оптимального радиуса вращения крыльчатки вместе с ростом величины удельной подачи.

10) Теоретическое исследование выявило закономерности гравитационного перемещения слоя сыпучего материала с изменяющимися физико -механическими свойствами по измерительному лотку прямоугольного поперечного сечения. Установлено, что для условия Г > Го ( где Г - коэффициент трения сыпучего материала о лоток, Го - коэффициент внутреннего трения сыпучего материала ) распределение скоростей по толщине сыпучего материла носит линейный характер, причем верхние слои сыпучего материала имеют большую скорость нежели нижние слои. Выявленные закономерности позволили определить величину средней скорости движения потока сыпучего материала по измерительному лотку, определяющуюся взаимосвязью между характеристиками потока ( расходом и скоростью сыпучего материала ) и частотой вращения крыльчатки ( выражение (45 )).

11) Получены экспоненциальные уравнения второго порядка, позволяющие рассчитывать частоту вращения крыльчатки ( 65); массу материала, находящегося на измерительном лотке ( 67 ); среднюю скорость движения сыпучего материла по измерительному лотку ( 67 ); погрешность измерения расхода с помощью предложенной системы измерения

160 68 ). Полученные уравнения позволяют описывать процессы взаимодействия тангенциальной крыльчатки с потоком сыпучего материала и были использованы для математического моделирования процесса функционирования и параметрического синтеза системы измерения характеристик потоков сыпучих материалов.

12) В результате проведенного параметрического синтеза системы для оценки характеристик потоков сыпучих сред, найдены и затабулирова-ны рациональные параметры роторного расходомера для оценки расхода зернового материала в интервале удельных подач от 6,94 до 38,17 кг/с*м и от 38,17 до 69,44 кг/с*м обеспечивающего измерение расхода сыпучего материала в пределах 2%. Практическая реализация разработанной конструкции системы измерения с выявленными рациональными параметрами ( для интервала удельных подач 6,94 - 34,72 кг/( с*м): К = 0,273м, Б = 0,18м, а = 43°, р = 0°; для интервала удельных подач 34,72 -69,44 кг/(с*м): К = 0,31 м, 8 = 0,18 м, а= 44°, р = 0°) и проведенные стендовые испытания показали, что предложенная система измерения позволяет регистрировать расход сыпучего материала с погрешностью измерения до 2%.

13) Предложенная методика синтеза рациональных конструктивных параметров роторных расходомеров сыпучих материалов в интервале подач 6,94 - 69,44 кг/(с*м) с погрешностью измерения до 2%.

14) В результате проведенного экономического анализа эффективности использования роторного расходомера зерновых материалов выявлено, что применение данного прибора с погрешностью измерения расхода в пределах 2,6% позволяет существенно снизить затраты на очистку продовольственного и семенного зерна, что дает значительный годовой экономический эффект: для очистки риса продовольственного назначения 4147,6 руб; для семенной пшеницы 1-го сорта 13603,93 руб. или снижение затрат на переработку единицы продукции на 3-11% в зависимости от вида культуры.

161

1. Ковалев A.A., Ермольев Ю.И. Экономическая эффективность расходомера зерновых материалов. Деп. в ВИНИТИ 03.03.99, №664-В99.

2. Луткин Н.И., Морар К.К. Приборы для контроля технологического процесса в потоке. М., Колос, 1978, с.7 8,15 - 18,27 - 35, 45-51, 61-65.

3. Ермольев Ю.И., Шелков М.В., Московский М.В., Ковалев A.A. Повышение эффективности сепарации зерна риса в отделении очистки зерноочистительного агрегата. Депонир. в ВИНИТИ 29.07.97 №25.25-В-97.

4. Гинзбург A.C. Теплофизические свойства зерна, муки и крупы. М., Колос, 1984.

5. Губанов A.A., Калинин В.И., Ромалийский B.C., А.С.Абдрахманов. О результатах экспериментального изучения коэффициента динамического трения семян зерновых культур. Труды ВИМ, 1976, вып.З, с.48-50. v

6. Карнаушенко Л.И., Платонов П.Н. Влияние влажности на коэффициент внутреннего трения сыпучих материалов. Известия вузов. Пищевая технология, 1988, №3.

7. Карнаушенко Л.М. Влияние внутренних и внешних параметров сыпучего материала на процесс сдвига начало течения. Известия вузов, Пищевая технология, 1988, №3.

8. Артемьев В.Г., Исакович Е.Г. Метрологическое обеспечение учета и контроля массы в агропромышленном комплексе. М., Издательство стандартов, 1984.

9. Блохин П.В. Аэрогравитационный транспорт, М., Колос, 1974.

10. Елизаров В.П., Окунь Г.С., Виторжнец Э.Н., Куркова Е.А. Условия послеуборочной обработки зерна в центральной нечерноземной зоне. Труды ВИМ, том 65, часть 1, М.,1974 118.

11. Весы и дозаторы весовые. Справочник. Маликов СЛ., Михайловский С.С. и др. М., Машиностроение, 1981.

12. Вотлохин Б.З. Приборы для измерения расхода сыпучих материалов. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1979, с.48. 1

13. Гаузнер С.И., Кивилис С.С., Осокина А.П. и др. Измерение массы, объема и плотности. М., Издательство стандартов, 1972, с. 326.

14. Лотков Н.И., Полухин А.И. и др. Весоизмерительное оборудование. Справочник. М., Агропромиздат, 1989, с. 140 145.

15. Михайловский С.С., Орлов С.П. Автоматизация процессов взвешивания. Обзор ЦНИИТЭИприборостроения, средств автоматизации и систем управления. М., 1970.

16. Пронько В.В. Технологические измерения и КИП в пищевой промышленности. М., Агропромиздат, 1984, с.14 17.

17. Катыс Т.П. Системы автоматического контроля полей скоростей и расходов. М., Наука, 1965.

18. Артимович П.В. Автоматизация производственных процессов на хлебоприемных и зерноперерабатывающих предприятиях. М., Колос, 1973.

19. Гуляев Г.А. Обоснование параметров лоткового расходомера зерна. Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1981, №9, с.14 16.

20. Гуляев Г.А. Основные направления и структура систем автоматизации зерноочистительных машин. Труды ВИМ, т.65, 1974, с.144 154.

21. Гуляев Г. А., Черевиков В.А. Автоматический регулятор загрузки зерноочистительной машины. Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1972, №3, с. 12 15.

22. Забегалин В.К. Определение динамической погрешности расходомеров лоткового типа с упругим чувствительным элементом. Научно-технический бюллетень ВИМа. М., 1979, вып. 40, с. 21 23.193

23. Исаев А.П. Акселерометры, гироскопы, расходомеры. JT., СЗГ1И, 1978, с.46

24. Краусп В.Р. Автоматизация послеуборочной обработки зерна. М., Машиностроение, 1975.

25. Кириченко Ю.Е. Новые средства автоматического контроля движения и измерения расхода сыпучих материалов. М., ЦНИИТЭИприборостроеКния, 1971.

26. Черевиков В.Д. Исследования вопросов автоматизации загрузки машин вторичной очитки семенного зерна в поточных линиях. Автореф. канд дисс., М., 1979.

27. Кос Ю.Ю. Массовые расходомеры сыпучих и пульповидних веществ и оборудование для их поверки, Точное измерение расходов и количеств веществ, вып. 122, Москва Казань, 1970, с.28 - 30.

28. Кос Ю.Ю. Оценка погрешности массового расходомера типа РМ. Труды ВИАСМ, 1968, вып.2, с. 146 153.

29. Кос Ю.Ю., Добрин Л.А. Массовый расходомер сыпучих и пульповид-ных материалов. Труды ВИАСМ, 1967, вып. 1, с.63 -71,135 — 145.

30. Москаленко А.И. Новое в автоматизации зерноперерабатывающих предприятий. М., Колос, 1973. ^

31. Новицкий O.A. Автоматизация производственных процессов на элеваторах и зерноперерабатывающих предприятиях. М., Колос, 1979,с.51 -60.

32. Птушкин А.Т. Автоматизация производственных процессов в отрасли хранения и переработки зерна. М., Колос, 1979, с.32 35.

33. Птушкина Г.Е., Товбин Л.И. Высокопроизводительное оборудование мукомольных заводов. М., Агропромиздат, 1984. v

34. Гатих М.А., Царев В.А., Булынко И.М. Массовый расходомер сыпучих материалов. Измерительная техника, 1982, №5, с.46-48.

35. Литвинов А.И. Динамика потока тел. Ростов-на-Дону, 1979.

36. Литвинов А.И. Уравнения теории движения потока тел и их приложения. Тракторы и сельхозмашины, 1977, № 5, с.25 27 .

37. Литвинов А.И. Некоторые уравнения теории рабочих процессов расходомеров для потоков тел. Механика сплошных и дискретных сред в сельхозмашиностроении. Ростов-на-Дону, 1975, с.98 104.

38. Литвинов А.И. Теория рабочих процессов расходомеров для потоков тел. Тракторы и сельхозмашины, 1975, № 12.

39. Изаков Ф.Я., Зубцов П.А., Малышев Г.Н., Ивин Л.А. Расходомер сыпучих материалов, Измерительная техника, 1979, № 10, с.50 51.

40. Колесов Л.В. Дискретно-непрерывный расходомер расходомер зерна. Измерительная техника, 1986, №9, с.53 55.

41. Мерко И.Т, Каминский А .Я. Разработка и исследование расходомера для зерна. Сборник ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1971.

42. Кондукционный расходомер с рассчитываемой и контролируемой гра-дуировочной характеристикой. М.В. Мельников, И.И. Райкин, A.C. Гинзбург и др. Приборы и системы управления, 1978, №8, с.30 31. ^

43. Зверков Н.С., Макаров Ю.И., Смирнов Л.А. К расчету параметров конструкции пластинчатого расходомера сыпучих материалов. Труды МИХМ, 1973, вып.49, с.63 71.

44. Киясбейли А.Ш. Первичные преобразователи систем измерения расхода и количества жидкостей. М., Энергия, 1980.

45. Конюхов Н.Е., Медников Ф.И., Нечаевский М.Л. Электромагнитные датчики механических величин. М., Машиностроение, 1987.

46. Осипович Л.А. Датчики физических величин. М., Машиностроение, 1979, с. 12-15.

47. Петров И.К. Приборы и средства автоматизации для пищевой промышленности. М., Агропромиздат, 1985, с. 121 129.195

48. Биргер Г.И., Бражников Н.И. Ультразвуковые расходомеры. М., Металлургия, 1964.

49. Бобровников Г.Н., Новожилов Б.М., Сарафонов В.Г. Бесконтактные расходомеры. М., Машиностроение, 1985.

50. Вотлохин Б.З. Аппаратура для акустических измерений параметров потока сыпучих материалов. Труды ГрозНИИ, 1974, вып 27, с. 15 20.

51. Гуревич В.М., Труман С.Г. Современные ультразвуковые расходомеры. М., 1984, с.6-7, 14- 18.

52. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1989, с.270 275.

53. Кремлевский П.П. Измерение расхода многофазных потоков. Л., Машиностроение, 1982, с.82-85, 131 158.

54. Цейтлин В.Г. Расходоизмерительная техника. М., Издательство стандартов, 1977, с.121- 129.

55. Ильинский В.М. Бесконтактное измерение расходов. М.,Энергия, 1970.

56. Кужаданов К.К., Налеев О.Н. Изучение гидродинамики зернового слояпри сушке риса. Известия вузов, Пищевая технология, 1989, №5,с54-58.

57. Ильченко В.Д. Исследование движения насыпных зерновых культур толстым слоем на вибрацинной плоскости. Ростов-на-Дону, Канд. дисс., 1967.

58. Ермольев Ю.И. Определение основных параметров перемещения компонентов исходного материала по решетам в решетных станах сельскохозяйственных машин, Известия Сев.- Кавказского центра высшей школы, серия " Техническая механика " , 1981, № 4, с. 10 14.

59. Заика П.М., Тищенко Л.Н., Мазоренко Д.И. Движение сыпучих смесей по поверхности виброцентробежного решета. Автоматизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1986, №1, с.26.

60. Гортинский B.B., Демский A.B. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях. М., Колос, 1980, с.81 82,144 - 146.196

61. Соколов А .Я. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна. М., Колос, 1975, с.284 290.

62. Ковалев A.A. К вопросу о регистрации расхода потока зерновых материалов при помощи роторных расходомеров. Деп. в ВИНИТИ, 29.03.99, №948-В99.

63. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление. М., Интеграл-пресс, 1998.

64. Кривченко Г.И. Гидравлические машины. Турбины и насосы. М., Машиностроение , 1978,

65. Ковалев A.A. Взаимодействие лопастных датчиков со слоем движущегося сыпучего материала. Сборник трудов ДГТУ, с 18-21, Ростов-на-Дону, 1999.

66. Адлер Ю.П., Маркова Е.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976.

67. Тихомиров В.В. Планирование и анализ эксперимента при проведении исследований в легкой и текстильной индустрии. М., Легкая индустрия, 1974, с.46-54.

68. Мельников C.B. Планирование эксперимента в сельскохозяйственных процессах. Л., 1980.

69. Ковалев A.A. Измерение характеристик сыпучих материалов с помощью роторных расходомеров. Сборник трудов ДГТУ, с.22-25, Ростов-на-Дону, 1999.

70. Ковалев A.A., Ермольев Ю.И., Грошев Л.М. Параметрическая оптимизация расходомера Черновых материалов. Деп. в ВИНИТИ 03.03.99, №663-В99.

71. ОСТ 70.10.2 74 Зерноочистительные машины, зерноочистительные сушильные комплексы, программа и методика испытаний.