Котов Роман Александрович. Обоснование параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов с гибким рабочим органом

brief description

Котов Роман Александрович. Обоснование параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов с гибким рабочим органом: диссертация ... кандидата технических наук: 05.20.01 / Котов Роман Александрович;[Место защиты: Алтайский государственный аграрный университет].- Барнаул, 2015.- 164 с.

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
Алтайский государственный аграрный университет
На правах рукописи

Котов Роман Александрович
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННОГО СМЕСИТЕЛЯ
СЫПУЧИХ КОРМОВ С ГИБКИМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ
05.20.1 - Технологии и средства механизации сельского
хозяйства
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор И.Я. Федоренко
Барнаул 2015
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1 Анализ конструкций смесителей вибрационного действия 8
1.2 Классификация смесителей вибрационного действия 21
1.3 Технологические характеристики смесителей 23
1.4 Зоотехнические требования, предъявляемые к кормовым смесям 25
1.5 Анализ существующих моделей поведения сыпучей среды при вибрации27
1.5.1 Модели единичной частицы 27
1.5.2 Модели с распределенными параметрами 30
1.5.3 Модели сплошной среды 33
1.6 Режимы динамического поведения сыпучих материалов при вибрации....36
1.7 Выводы по главе 47
2 ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ВИБРОСМЕШИВАНИЯ
СЫПУЧИХ КОРМОВ 48
2.1 Общее описание физических явлений, протекающих в камере смешивания.48
2.2 О силах, приводящих к циркуляции материала в камере смешивания 53
2.3 Движение слоя сыпучего материала как сплошной среды 62
2.4 О связи параметров движения слоя с характеристиками процесса
смешивания 66
2.5 Выводы по главе 71
3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 72
3.1 Цель экспериментальных исследований 72
3.2 Описание экспериментальной установки и обоснование ее параметров....73
3.3 Методика определения качества смеси 77
3.4 Преобразование факторного пространства методами теории размерности ...78
3.5 Методика проведения экспериментальных исследований 83
3.5.1 Методика проведения отсеивающего эксперимента 84
3.5.2 Методика проведения основного эксперимента 87
з
4 АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 91
4Л Анализ отсеивающего эксперимента 91
4.2 Анализ основного эксперимента по определению однородности кормовой
смеси 92
4.3 Оптимизация процесса смешивания по критерию однородности
получаемой кормовой смеси 98
4.4 Удельная мощность, потребная на смешивание кормовой смеси 101
4.5 Зависимость производительности смесителя от факторов процесса 102
4.6 Решение многокритериальной задачи 104
4.7 Выводы по главе 109
5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 110
5.1 Расчет основных технико-экономических показателей 110
5.2 Расчет дополнительных показателей экономической эффективности 114
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 117
ЛИТЕРАТУРА 119
ПРИЛОЖЕНИЕ 132
ПРИЛОЖЕНИЕ А Математическая обработка результатов отсеивающего
эксперимента 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Математическая обработка результатов эксперимента по
исследованию однородности кормовой смеси (основной эксперимент) 135
ПРИЛОЖЕНИЕ В Математическая обработка результатов эксперимента по
определению значений модуля смешивания 138
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Математическая обработка результатов эксперимента по
исследованию удельной мощности 141
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Математическая обработка результатов эксперимента по
исследованию производительности смесителя 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Акты внедрения 149
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Патент Российской Федерации 158

bibliography

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
На основе анализа современного состояния вопроса и проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Применяемые в настоящее время вибрационные смесители не отвечают в полной мере предъявляемым к ним требованиям. В связи с этим, перспективным направлением при вибросмешивании сыпучих кормов является применение гибкого рабочего органа, который позволит интенсифицировать процесс смешивания, а также снизить динамическую нагруженность и уровень шума.
2. Разработанные математические модели процессов, протекающих при вибрационном смешивании сыпучего материала, позволяют утверждать, что циркуляционные движения элементов виброкипящего слоя с наложением хаотических всплесков обусловливают смешивание компонентов. Выявлены динамические факторы, вызывающие циркуляционные движения составляющих кормовой смеси: анизотропия силы сухого трения; архимедова сила действия среды, окружающей частицы; уменьшение силы аэродинамического сопротивления частиц. Установлена связь качественных показателей процесса смешивания с диссипативным рассеянием энергии в виброкипящем слое. Констатировано, что в виброкипящем слое наблюдается пространственное движение составляющих элементов, но наибольший вклад в диссипацию энергии дает вертикальная составляющая движения, задаваемая виброднищем.
3. Выявлены основные критерии подобия процесса смешивания, необходимые для проектирования типоразмерного ряда вибрационных смесителей с гибким рабочим органом: Асо2 /g— коэффициент перегрузки, Ahco/v- вибрационный аналог числа Рейнольдса, h/D - масштабный фактор, COt - безразмерное время виброобработки.
4. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены
следующие конструктивно-режимные параметры вибрационного смесителя для получения комбикорма марки К-58 (сведенные в критерии подобия) позволяющие достичь необходимое по зоотехническим требованиям качество смешивания исходных компонентов: Асо2 / g = 35,6 ; Ahcolv = 40,9;
hiD = 1,2; cot = 54050. При этом оптимальное время смешивания составляет 5,26 мин, качество смешивания, оцениваемое однородностью смеси - 95,01%.
5. Проведена оценка экономической эффективности результатов исследования, которая показывает, что экономический эффект при использовании вибрационного смесителя с гибким рабочим органом достигается за счет более низкой энергоемкости и металлоемкости. Так, годовая прибыль при запланированной годовой загрузке смесителя Q = 900 т. составит 55,3 тыс. руб., а срок окупаемости вибрационного смесителя 0,4 года.