Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛУЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
СЕРІЛКО ЛЕОНІД СТЕПАНОВИЧ
УДК 631.662.:631.364.5
ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ
ОСУШЕННЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ УГІДЬ ЗА
ДОПОМОГОЮ ОБ’ЄМНИХ ДРЕНАЖНИХ ФІЛЬТРІВ
05.05.11 - Сільськогосподарські машини
Автореферат дисертації
на здобуття наукового ступеня кандидата
технічних наук
Луцьк - 1999
Дисетрацією є рукопис.
Робота виконана у Рівненському державному технічному
університеті Міністерства освіти України
Науковий керівник доктор технічних наук, доцент Кожушко Леонід Федорович,
Рівненський державний технічний університет Міносвіти україни,
проректор з наукової роботи.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Рогатинський Роман Михайлович,
Тернопільський державний університет імені Івана Пулюя, професор
кафедри технології машинобудування;
кандидат технічних наук, доцент Горбовий Артур Юліанович, Львівський
державний аграрний університет, доцент кафедри експлуатації МТП
Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, м.Київ
Захист відбудеться 29 жовтня 1999р о 10 год. на засіданні спеціалізованої вченої
ради К 32.075.01 Луцького державного технічного університету Міносвіти україни за адресою: 263018, м.Луцьк, в.Львівська ,75
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Луцького державного технічного
університету за адресою 263018, м.Луцьк, в.Львівська,75
Автореферат розіслано 29 вересня 1999 року
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Дідух В.Ф.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.
Актуальність теми. Розвиток високопродуктивного сільськогосподарського виробництва в умовах гумідної зони України тісно пов`язаний з проведенням осушувальних меліорацій. Необхідність проведення робіт по осушенню перезволожених земель визначається їх значними площами (більше 29% всіх сільськогосподарських угідь).
Проведені за останні роки меліоративні роботи сприяли значному під-вищенню об`ємів виробництва сільськогосподарської продукції. В період з 1980 по 1997 роки вихід продукції рослинництва з осушених земель виріс на 11,2...25,0%. На меліорованих землях західних областей України було вироблено в грошовому вираженні 18,6% продукції рослинництва, а в натуральних показниках: зерна- 2,3%, льону-волокна- 41,3%, овочів- 26,5%, картоплі- 21,5%, кормових коренеплодів-27,3%.
У зв`язку з цим, актуальною проблемою є дослідження процесу осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів та засобів для його реалізації.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались згідно планів по науці та новій техніці Держводгоспу України на 1994...1998р.р.
Мета роботи: вдосконалення технологічного процесу осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів шляхом оптимізації конструктивно-технологічних параметрів робочих органів для їх фор-мування.
Задачі досліджень: встановлення закономірностей та основних технологічних параметрів процесу осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів; розробка математичних моделей формування об`ємних дренажних фільтрів шнековим пресом; визначення енергетичних показників процесу формування об`ємних дренажних фільтрів та оптимальних параметрів шнекових пресів для їх виготовлення; перевірка результатів теоретичних досліджень на дослідному зразку технологічної лінії для нанесення об`ємних дренажних фільтрів на пластмасові дренажні труби.
Наукова новизна одержаних результатів. На основі досліджень технологічного процесу осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів встановлені його основні закономірності, розроблені математичні моделі процесів формування об`ємних дренажних фільтрів шнековими пресами, отримані експериментальні та теоретичні залежності, створена методика визначення оптимальних параметрів робочих органів для виготовлення фільтрів, які забезпечують його ефективне здійснення.
Новизна технічних рішень, використаних в роботі, підтверджена 5 авторськими свідоцтвами на винаходи.
Практичне значення одержаних результатів полягає в удосконаленні технологічного процесу осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів на основі створення технологічної лінії для їх формування.
Конструкторська документація технологічної лінії для нанесення об`ємних фільтрів на пластмасові дренажні труби передана Держводгоспу України, Литовському інженерному центру “Меліорація”, тресту Житомирводбуд.
Виготовлені на дослідному зразку технологічної лінії об`ємні дренажні фільтри та фільтруючо-акумулюючі елементи були використані при будівництві дренажно-акумулюючих систем на дослідних ділянках в Рівненській, Житомирській та Тернопільській областях.
Особистий внесок здобувача.
Дисертація є самостійною роботою, виконаною автором в галузевій науково-дослідній лабораторії РДТУ в 1994-1999 роках. Автором досліджені процеси осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів та їх формування шнековими пресами, при цьому розглядається фільтруючий матеріал, як суцільне стисливе середовище. Розроблені і досліджені завантажувальні пристрої шнекових механізмів, які дозволяють покращити енергетичні показники цих механізмів.
Апробація результатів дисертації. Окремі положення роботи доповідались на науково- технiчних конференцiях рiзного рiвня (Рівне, 1994 - 1999), науково- технiчній конференцiї ТДТУ (м. Тернопіль, 1998), науково- технiчній конференцiї “Проблеми використання систем водного господарства” (м.Каунас, 1998), міжкафедральному семінарі ЛДТУ (м. Луцьк, 1999). Повний зміст дисертаційної роботи був заслуханий на розширенному засідання кафедри будівельних і меліоративних машин РДТУ (м. Рівне, 1999), на кафедрі сільськогосподарських машин НАУ (м.Київ, 1999).
Публікації. По темі дисертації опубліковано 7 статей, в тому числі: в наукових журналах - 4, в збірниках наукових праць - 3, тез конференцій - 3, авторських свідоцтв на винаходи - 5.
Структура та об'єм дисертаційної роботи. Робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 124 найменувань і додатків. Основна частина роботи викладена на 134 сторінках машинописного тексту, містить 59 рисунків та 9 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У вступі обгрунтована актуальність теми, cформульована мета досліджень, дана загальна характеристика роботи.
В першому розділі “Стан питання та задачі досліджень по технології осушення сільськогосподарських угідь та засобів для її здійснення” розглядається технологічний процес осушення сільськогосподарських угідь, як система забезпечення оптимального водного, теплового та повітряного режимів грунту в умовах гумідної зони України, що дозволяє отримувати високі врожаї при максимальному збереженні природно-екологічних комплексів та раціонального використання земельних та водних ресурсів.
Дослідженням процесів осушення сільськогосподарських угідь займалися Костяков О.М., Авер'янов С.Ф., Янголь А.М., Мурашко А.І., Маслов Б.С., Олійник О.Я., Поляков В.Л., Пивовар М.Г., Зубець В.М., Кожушко Л.Ф. та інші. Ними встановлено цілий ряд важливих закономірностей. Проте ретельного вивчення потребує комбінована дренажно-акумулююча система, яка складається з матеріальних дрен з об'ємними дренажними фільтрами та розташованими поперек фільтруючо-акумулюючими елементами.
Встановлено, що найбільш перспективними з точки зору техніко-економічної ефективності механізмами для виготовлення об'ємних дренажних фільтрів є шнекові преси.
Дослідженням роботи механізмів зі шнековими робочими органами присвячені роботи багатьох відчизняних та зарубіжних вчених: Григор'єва О.М., Александра Л.М., Желтова В.П., Сіліна В.А., Басова М.І., Гевка Б.М., Рогатинського Р.М., Казанкова Ю.В., Юзова В.І., Опейко Ф.О., Нільсона Л.-Г., Ботхгера З., Мак-Келві та інших.
В результаті аналізу літературних джерел виявлено ряд питань, які потребують вивчення. В роботах, присвячених дослідженню ущільнення сипких та волокнистих матеріалів шнековими пресами нехтують відцентровими силами інерції, тобто розглядають механізми з незначною частотою обертання гвинта.
Також недостатньо досліджений процес руху сипких та волокнистих матеріалів в формуючих головках шнекових пресів. Враховуючи, що енергетичні показники шнекових механізмів залежать від забірних пристроїв, запропоновані нові їх конструкції, а також конструкції пристроїв для руйнування склепінь, які утворюються в бункерах з сипкими матеріалами.
У відповідності до поставленої мети основна увага приділялася вирішенню наступних завдань:
а) встановленню закономірностей та основних технологічних параметрів процесу осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів;
б) обгрунтуванню параметрів технологічного процесу виготовлення об`ємних дренажних фільтрів;
в) розробці математичних моделей руху стислого середовища в гвинтовому каналі шнека та в формуючій головці;
г) визначенню споживаної шнековим пресом потужності, яка затрачується на стиснення матеріалу та подолання сил тертя при його русі в гвинтовому каналі й формуючій головці;
д) визначенню фізико-механічних властивостей фільтруючих матеріалів, необхідних для розрахунку параметрів шнекових пресів;
е) експериментальним дослідженням впливу забірних пристроїв на техніко-економічні показники шнекових механізмів;
є) визначенню оптимальних параметрів шнекових пресів для виготовлення об'ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів;
ж) перевірці отриманих залежностей на дослідному зразку технологічної лінії для нанесення об`ємних дренажних фільтрів на пластмасові дренажні труби.
В другому розділі “Ефективність осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об'ємних дренажних фільтрів, їх властивості та оптимальні параметри” встановлено, що надійна та ефективна робота осушувальних систем неможлива без використання об'ємних дренажних фільтрів з органічних та штучних матеріалів, які захищають дренажні труби від замулення та завохрення, покращують їх осушувальну дію, збільшують термін служби та позитивно впливають на екологічний стан природних ландшафтів.
Польовими дослідженнями на дослідних ділянках встановлено, застосування технологічного процесу осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів призводить до зменшення вологості орного шару на 6...11% у дощові періоди та підвищення на 4...6% - в засушливі, що сприяє підвищенню врожайності на 12,3...17,2%.
Визначено, що основними фізико-механічними властивостями фільтруючих матеріалів, які суттєво впливають на процес формування об'ємних дренажних фільтрів є насипна щільність, коефіцієнти внутрішнього та зовнішнього тертя, коефіцієнт бокового тиску, величини залишкового бокового тиску та коефіцієнти, що характеризують стисливість матеріалу.
В результаті аналізу літературних джерел виявлено, що процес ущільнення сипких та волокнистих матеріалів найбільш точно описується залежністю нормального тиску пресування від щільності матеріалу, запропонованою В.І. Особовим
, (1)
де p – осьовий тиск, Па;
, o – поточна та насипна щільності матеріалу, кг/м3,
, с – емпіричні коефіцієнти.
Встановлено, що основними параметрами об'ємних дренажних фільтрів є їх товщина та щільність фільтруючих матеріалів, в якості яких в умовах західних областей України можна використовувати солому зернових культур, льонокострицю, тирсу та їх суміші з додаванням штучних волокон.
Оптимальні параметри об'ємних дренажних фільтрів залежать, як від виду матеріалу з якого вони виготовляються, так і від природно-економічних умов будівництва меліоративних систем. Встановлено також, що щільність фільтрів рекомендується в межах 160…220 кг/м3, а їх товщина від 10 до 25 мм.
В третьому розділі “Теоретичнi дослiдження процесу транспортування та ущiльнення суцiльного середовища шнековими механізмами” розглянуто рух суцiльного середовища в шнековому механiзмi кожна частинка якого описує в просторi гвинтову лiнiю.
В цьому випадку для опису руху середовища вводиться гвинтова система координат. Диференціальне рівняння усталеного руху середовища в гвинтовій системі координат без урахування квадратичних членів інерції мають вигляд
,
де - фізичні компоненти тензора напружень, Па;
- компоненти об’ємної сили, Н/м3;
- кут підйому гвинтової лінії, рад.
Крім рівнянь (2) необхідно записати рівняння неперервності, співосності, девіаторів напружень та швидкостей деформацій, граничного стану і баротропності. В загальному випадку точний розв’язок цих рівнянь пов’язаний із значними математичними труднощами, тому розглянемо процес транспортування та ущільнення матеріалу в оберненому русі, тобто будемо вважати, що шнек нерухомий, а циліндр обертається з кутовою швидкістю, рівною кутовій швидкості шнека, але напрямленій в протилежний бік (рис.1).
Виділимо в каналі шнека елементарний шар розмірами Bк, , dz (рис.1) і будемо вважати швидкості всіх точок цього шару однаковими:
, , (3)
де S - крок гвинта, м;
к - кут підйому гвинтової лінії шнека, яка знаходиться на відстані Rк, рад;
R1 - радіус вала гвинта, м;
R2 - радіус гвинта, м;
n - кількість виділених шарів.
Рис.1. Розрахункова схема для дослідження руху суцільного середовища в каналі шнека
Абсолютна швидкість к-того шару буде рівна:
, (4)
де - переносна швидкість к-того шару, м/с;
- відстань від осі шнека до виділеного к-того шару, м;
0 - кутова швидкість гвинта, рад/с;
- відносна швидкість к-того шару, м/с.
З векторної діаграми (рис.1) визначаємо залежність між кутом та кутом підйому гвинтової лінії шнека та швидкостями та :
. (5)
Будемо вважати, що справедливі слідуючи припущення:
1) дотичнi напруження на поверхнях тертя пропорцiйнi коефiцiєнту тертя i нормальним напруженням на цих поверхнях, а їх напрямки спiвпадають з напрямком ковзання видiленого елементу;
2) нормальнi напруження , якi розвиваються в напрямку вiдносного змiщення частинок матерiалу при його ущільненнi максимальні і зв’язані з в напрямках перпендикулярних вищеприведеному коефіцієнтом бокового тиску k:
, (6)
3) похiдними дотичних напружень в напрямку осi z можна знехтувати в порiвняннi з такими в напрямку y;
4) змiна напружень в напрямку x практично вiдсутня, але в напрямку осi y внаслiдок кривизни каналу i наявностi вiдцентрових сил їх розподiл неоднорiдний, так що напруження на нижнiй i верхнiй поверхнях видiленого елементу суттєво вiдрiзняються.
Рівняння рiвноваги к-того шару в проекції на вісь z матиме вигляд:
, (7)
де - сили вiд нормальних напружень , якi дiють в поперечних перерiзах, Н;
- сила тертя між к -тим та к +1-им шарами, Н;
- сила тертя між к -тим та к-1-им шарами, Н;
- сили тертя мiж виділеним шаром матеріалу та боковими поверхнями каналу шнека, Н.
Цi сили мають наступні вирази:
; ; ;
; .(8)
Для першого та останнього шарів, які ковзають по валу шнека та по циліндру, ці сили будуть рівні:
, (9)
де - коефiцiент внутрішнього тертя матерiалу;
- коефіцієнт тертя між матеріалом та стінками каналу шнека;
- коефіцієнт тертя між матеріалом і циліндром (кожухом шнека).
Внаслiдок неоднорiдностi напружень в напрямку осi y у виразі для входить середньоiнтегральне по висотi каналу значення
(10) Множники та враховують нерiвнiсть площ нижньої i верхньої поверхонь видiленого шару внаслiдок кривизни каналу.
З врахуванням (8), (9) і (10) рівняння (7) матиме вигляд:
(11)
Для встановлення залежностей між , , та розглянемо перше рівняння системи (2), яке з врахуванням прийнятих припущень матиме вигляд:
(12)
де - кутова швидкість виділеного елементу, с-1
При малих значеннях , можна прийняти .
Будемо вважати:
(13)
де - додаткове напруження внаслідок дії відцентрових сил, Па.
Тоді рівняння (12) з врахуванням (13) матиме вигляд:
. (14)
Постійну інтегрування знаходимо з умови:
, . (15)
Якщо переміщення частинок між шарами можна знехтувати, то кількість матеріалу яка рухається в к-тому шарі буде також незмінною:
, (16)
Результати чисельного інтегрування системи рівнянь (11) приведені на рис. 2, 3 для шнекового пресу з параметрами R1 = 0,04 м, R2 = 0,055 м,
S = 0,08 м, L = 1 м. Матеріал - льонокостриця: 0 = 90 кг/м3, f1 = 0,35, f2 = 0,25, k = 0,4, = 6 10-3 кг/м3, с = 0,6 Мпа.
|
Рис.2. Залежність тиску в каналі шнека від від кутової швидкості гвинта і тиску в зоні подачі: 1 - Q=0,06 кг/c; 2 - Q=0,1кг/c; 3 - Q=0,14 кг/c |
Рис.3. Напірно-витратна характеристика шнекового пресу: 1 - ?=60c-1; ?=80c-1; ?=100c-1 |
На рис. 2 приведена залежність тиску в каналі шнеку від кутової швидкості гвинта при різних значеннях продуктивності та тиску в зоні завантаження. З приведених графіків слідує, що тиск в каналі шнека майже не залежить від тиску в зоні завантаження, причому відносна різниця тиску при 0=100Па (суцільна лінія) і 0 = 200Па (пунктирна лінія) зменшується з ростом кутової швидкості гвинта, на відміну від шнеків з малою частотою обертання, де тиск на виході пресу прямопропорційний тиску в зоні завантаження.
На рис. 3 приведені напірно-витратні характеристики шнекового пресу при різних кутових швидкостях гвинта. При великих значеннях осьового тиску р характеристика стає менш жорсткою, тобто продуктивність Q зменшується більш інтенсивно при збільшені тиску і навіть незначні випадкові коливання тиску викликають суттєві коливання продуктивності, що приводить до зниження стабільності щільності фільтру. Характеристика становиться менш жорсткою при збільшені також частоти обертання гвинта, отже при великих кутових швидкостях необхідні завантажувальні пристрої, які б забезпечували стабільну подачу фільтруючого матеріалу.
Одним із складових елементів шнекових пресів є формуючі головки, які призначені для регулювання параметрів об’ємних фільтрів і фільтруючо-акумулюючих елементів. Від величини протитиску формуючої головки залежить щільність матеріалу-наповнювача, а сам опір головки залежить від її геометричних параметрів і фізико-механічних властивостей фільтруючих матеріалів.
При русі матеріалу в формуючій головці, він ущільнюється в осьовому напрямку і намагається розширитися в перпендикулярному напрямку. Стінки головки перешкоджають розширенню, внаслідок чого виникає боковий тиск qx. Якщо осьовий тиск збільшується до деякого значення р, а потім зменшити до нуля, то боковий тиск не зменшується до нуля, а зберігає деяке залишкове значення q0. Залежність бокового тиску від осьового має вигляд:
qx = q0 + kpx (17)
де k - коефіцієнт бокового тиску.
Виділимо на відстані х від початку головки елементарний шар стисненого матеріалу товщиною dx. На нього діють: зліва тиск рх, справа тиск рх + dрх, по периметру боковий тиск qx і сили тертя dF1, dF2 (рис. 4).
Рис.4 Розрахункова схема для визначення опору циліндричної формуючої головки
Проектуючи всі сили, які діють на виділений елемент, на горизонтальну вісь, отримаємо:
(А1 - А2)рх - (рх + dрх)(А1 - А2) - dF1 - dF2 = 0 (18)
де А1 - площа поперечного перерізу циліндричної головки, м2;
А2 - площа поперечного перерізу дренажної трубки, м2;
dF1 = f1qxu1dx - сила тертя між виділеним елементом матеріалу і стінкою голов-ки, Н;
dF2 = f2qxu2dx - сила зчеплення між виділеним елементом матеріалу і дренаж-ною трубкою, Н.
Після перетворень рівняння (18) матиме вигляд:
Аdpx = -S(q0 + kpx)dx (19)
де А = А1 - А2; S = u1f1 + u2f2.
Інтегруючи рівняння (19) в межах від р0 до 0 і від 0 до L та враховуючи, що сила зчеплення діє на трубку тільки на певному відрізку , змінюючись від максимального F0 значення до нуля, отримаємо:
(20)
(21)
Аналогічно визначається протитиск конічної формуючої головки для виготовлення об’ємних дренажних фільтрів:
(22)
де
,
де D0 - максимальний діаметр формуючої головки, м,
- кут нахилу твірної конічної формуючої головки, рад.
На рис. 5 приведені графіки залежності р = р0/q0 від довжини L для циліндричної головки, а рис. 6 - для конічної, при різних значеннях .
Потужність, яка підводиться до вала шнеку N дорівнює:
N = N1 + N2 + N3 +N4 (23)
де N1- потужність, яка затрачується на подачу матеріалу із бункера в шнек, і визначається експериментальним шляхом, Вт;
N2 - потужність, яка затрачується на стиснення матеріалу в каналі шнека, Вт;
N3 - потужність, яка затрачується на подолання сил тертя, Вт;
N4 - потужність, яка затрачується в формуючій головці, Вт.
(24)
де Q - масова продуктивність шнекового пресу, кг/с;
- маса матеріалу, що знаходиться в к- тому шарі, кг.
(25)
|
Рис.5. Залежність відносного опору формуючої циліндричної головки від її довжини (D=0,1м; d=0,063м; k=05; f1=0,2; f2=0,5): 1 - F=0; 2 - F=0,001м2; 3 - F=0,002 м2 |
Рис.6. Залежність відносного опору формуючої конічної головки від її довжини (?=40; D0=0,1м; d=0,063м; k=05; f1=0,2; f2=0,5):1 - F=0; 2 - F=0,001 м2; 3 - F=0,002 м2 |
(26)
де V - швидкість руху матеріалу в формуючій головці, м/с.
В четвертому розділі “Програма та методика експериментальних досліджень” викладена програма досліджень, описані експериментальні установки, прилади та обладнання.
Експериментальні дослідження проводилися з метою: вивчення процесу формування об’ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів з сипких та волокнистих матеріалів шнековими пресами; отримання додаткових вихідних даних для проведення аналітичних досліджень; перевірки достовірності отриманих аналітичних залежностей та ефективності роботи шнекових пресів.
Програмою експериментальних досліджень передбачалося визначення коефіцієнтів внутрішнього та зовнішнього тертя фільтруючих матеріалів, залежності щільності цих матеріалів від величини зовнішнього навантаження, коефіцієнтів бокового тиску та величини залишкового бокового тиску фільт-руючих матеріалів на спеціальних лабораторних установках, визначення характеристик процесу формування об’ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів, перевірка працездатності шнекових механізмів, визначення їх продуктивності та енергоємності в залежності від геометричних та кінематичних параметрів, визначення експлуатаційних показників технологічних ліній для нанесення об`ємних фільтрів на пластмасові дренажні труби в реальних умовах виробництва.
Для дослідження процесу формування об’ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів була розроблена експериментальна установка, параметри якої приведені в табл. 1.
Таблиця 1.
|
Параметри |
Типорозмір шнекового пресу |
||
|
Шнекового пресу |
І |
ІІ |
ІІІ |
|
Діаметр вала гвинта, м |
0,075 |
0,075 |
0,075 |
|
Діаметр гвинта, м |
0,097 |
0,110 |
0,140 |
|
Крок гвинта в забірній частині, м |
0,078 |
0,090 |
0,112 |
|
Діаметр кожуха, м |
0,107 |
0,120 |
0,150 |
Була також розроблена експериментальна установка для перевірки залежностей протитисків формуючих головок від їх геометричних параметрів та фізико-механічних властивостей фільтруючих матеріалів.
Враховуючи, що енергетичні показники шнекових механізмів при значних кутових швидкостях обертання гвинта суттєво залежать від способу завантаження матеріалу, були розроблені конструкції забірних пристроїв цих механізмів.
Необхідне число дослідів визначалось за допомогою критерію Стьюдента.
Відтвореність результатів експериментів перевірялась за допомогою критерію Кохрена.
Адекватність експериментальних даних теоретичним передумовам перевірялась за допомогою критерію Фішера.
В п`ятому розділі “Результати експериментальних досліджень та методика розрахунку оптимальних параметрів робочих органів для виготовлення фільтрів” визначені основні фізико-механічні властивості фільтруючих матеріалів.
Встановлено, що продуктивність шнекових пресів з гравітаційним завантаженням залежить від кутової швидкості обертання гвинта, і при збільшенні останньої погіршуються техніко-економічні показники механізму.
Визначені опори формуючих головок шнекових пресів, які підтверджують аналітичні залежності.
Встановлено, що забірні пристрої шнекових механізмів покращують їх техніко-економічні показники, так споживана потужність, яка затрачається на забір матеріалу знижується на 18...23%.
Задовільна збіжність результатів експериментальних досліджень з теоретичними залежностями дозволяє запропонувати методику розрахунку оптимальних геометричних і кінематичних параметрів шнекових пресів.
Встановлено, що крок гвинта повинен змінюватися по закону S = S0 z ,
де S0 - крок гвинта в забірній частині, м;
z - довжина гвинтової лінії кромки шнека, м;
- шуканий коефіцієнт.
В якості критерію оптимізації вибрана питома споживана потужність, яка затрачується на стиснення матеріалу та на подолання сил тертя при його русі в каналі шнека.
Визначені оптимальні значення параметрів робочих органів для виготовлення об`ємних дренажних фільтрів із заданими щільністю та товщиною t.
Таблиця 2.
Результати оптимізаційних розрахунків параметрів шнеків
|
Параметри шнека |
||
|
Параметри |
Кутова |
Крок гвинта, м |
|
фільтру |
швидкість , с-1 |
S1 |
S2 |
S3 |
S4 |
|
t1=0,025 м; 1= 220 кг/м3 |
67 |
0,074 |
0,063 |
0,053 |
0,044 |
|
t2= 0,03м; 2= 200 кг/м3 |
64 |
0,074 |
0,062 |
0,052 |
0,043 |
|
t3= 0,035 м; 3= 180 кг/м3 |
58 |
0,074 |
0,063 |
0,052 |
0,043 |
ВИСНОВКИ
В результаті проведеного аналізу технологічних процесів осушення сільськогосподарських угідь встановлено, що найбільш перспективним є процес осушення з використанням об`ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів.
Польовими дослідженнями на дослідних ділянках встановлено, що застосування технологічного процесу осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів призводить до зменшення вологості орного шару на 6...11% у дощові періоди та підвищення на 4...6% - в засушливі, що сприяє підвищенню врожайності на 12,3...17,2%.
Аналіз сучасного стану технологій виготовлення об’ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів показав, що найбільш надійною та ефективною є технологічна лінія, в якості основного робочого органа якої використовується шнековий прес.
Розроблена математична модель процесу транспортування матеріалу, що ущільнюється в гвинтовому каналі шнека, реалізація якої на ЕОМ дала змогу визначити основні властивості напірно-витратної характеристики шнекового пресу.
Визначені та експериментально підтверджені величини відносних опорів формуючих головок шнекових пресів для виготовлення фільтруючо-акумулюючих елементів і об’ємних дренажних фільтрів в залежності від параметрів головок та фізико-механічних властивостей фільтруючих матеріалів.
Визначена величина потужності, що затрачується на виготовлення об’ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів.
На основі екпериментальних досліджень встановлено основні фізико-механічні властивості фільтруючих матеріалів: насипна щільність, коефіцієнти бокового тиску, коефіцієнти внутрішнього та зовнішнього (по сталі і пластмасі) тертя, залишковий боковий тиск, коефіцієнти, що характеризують стисливість матеріалу.
Екпериментальні дослідженння процесу формування об`ємних дренажних фільтрів та фільтруючо-акумулюючих елементів показали, що значення технологічних параметрів процесу, отримані аналітичним шляхом відрізняються від експериментальних даних на 12...16%. Це підтверджує правильність теоретичних висновків, прийнятих допущень і достатність для практичних цілей, запропонованих методів розрахунку.
Розроблені конструкції забірних пристроїв шнекових механізмів, які дозволяють зменшити питому споживану потужність на забір матеріалу на 18...23%, а також пристрої для руйнування склепінь в бункерах шнекових пресів.
Розроблена методика розрахунку оптимальних параметрів шнекових пресів. Встановлено, що крок шнека повинен змінюватися по закону S = S0 z , оптимальні значення коефіцієнта знаходяться в межах 0,58...0,72, а кутової швидкості шнека - 52...68 с-1.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Серілко Л. С. Експериментальні дослідження забірних пристроїв шнекових механізмів //Механізація сільськогосподарського виробництва. Збірник наукових праць Національного аграрного університету. Том V.- Київ. 1999.- С. 121-126.
2. Серілко Л. С. Теоретичні дослідження шнекових механізмів для транспортування сипких матеріалів //Механізація сільськогосподарського виробництва. Зб. наук. пр. Національного аграрного університету. Том VI.- Київ, 1999.- С.86-89.
3. Серілко Л.С., Кожушко Л.Ф., Марчук М.М. Визначення опору формуючої головки шнекового пресу для виготовлення об’ємних дренажних фільтрів.- В кн.: Експрес- новини “Наука, техніка, виробництво”. Київ, 1998.- №3-4.- С.11-12.
4. Серілко Л.С., Опір конічної формуючої головки шнекового пресу для виготовлення об’ємних дренажних фільтрів //Техніка будівництва.- 1998.- № 2.- С.90-93
5. Кожушко Л.Ф., Серілко Л.С. Технологія виготовлення об’ємних дренажних фільтрів //Водне господарство України. - 1997. - № 3.- С.20-21.
6. L. Kozhuchko, L. Serilko, A. Rimidis. Imrovement of technological process of manufacturing volumetric drainage filters. International Scientific Conference “The state and problems of usage of water management systems”, Kaunas, 1998, Р.81-85.
7. Кожушко Л.Ф., Серілко Л.С. Оптимізація параметрів шнекових механізмів для виготовлення об’ємних дренажних фільтрів //Водне господарство України.- 1999.- № 1,2, С.40-42.
8. А. с.1468825 СССР. Заборное устройство винтового конвейера / М.Б. Генералов, Л.С. Серилко, В.Н. Татьянин (СССР) - Опубл. в Б.И., 1989, №12.
9. А. с. 1715683 СССР. Заборное устройство винтового конвейера /М.Б. Генералов, Л.С. Серилко, В.Н. Татьянин (СССР). - Опубл. в Б.И., 1992. №8.
10. А.с. 1808797 СССР. Заборное устройство винтового конвейера / конвейера /М.Б. Генералов, Л.С. Серилко, В.Н. Татьянин (СССР). - Опубл. в Б.И., 1993. №14.
11. А.с.1165615 СССР Устройство для обрушение сводов плохосыпучих материалов в бункерах /Татьянин В. Н., Серилко Л. С., Генералов М. Б. и др. (СССР). - Опубл. в Б. И. , 1985. № 25.
12. А.с.1659312 СССР Устройство для обрушение сводов плохосыпучих материалов в бункерах / В.Н. Татьянин, Л.С. Серилко, М.Б. Генералов, А.В. Хижняков (СССР). - Опубл. в Б.И., 1991. №24.
АНОТАЦІЯ
Дисертація присвячена питанням технологічного процесу осушення сільськогосподарських угідь за допомогою об`ємних дренажних фільтрів та розробці технології для їх виготовлення.
Розроблені математичні моделі формування об`ємних дренажних фільт-рів шнековими пресами. Виведені розрахункові залежності для визначення оптимальних параметрів робочих органів для реалізації технологічного процесу.
АННОТАЦИЯ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, дана общая характеристика работы.
В первом разделе указывается, что для получения стабильных урожаев сельскохозяйственных культур в условиях гумидной зоны Украины, необходимо строительство дренажно-аккумулирующих систем, основными элементами которых являются объемные дренажные фильтры и фильтрирующе-аккумулирующие элементы. Установлено, что наиболее приемлемыми с точки зрения технико-экономической эффективности механизмами для их изготовления есть шнековые прессы. Сформулированы задачи исследований
Во втором разделе рассматривается эффективность осушения сельскохозяйственных угодий с помощью объемных дренажных фильтров. Установлено, что их применение приводит к уменьшению влажности пахотного слоя на 6...11% в дождливые периоды и увеличению на 4...6% - в засушливые, что способствует увеличению урожайности на 12,3...17,2%. Приводятся оптимальные параметры объемных дренажных фильтров и фильтрирующе-аккумулирующих элементов из органических и синтетических материалов.
В третьем разделе представлены теоретические исследования процесса транспортирования и уплотнения сплошной среды шнековыми механизмами. Выведены дифференциальные уравнения сплошной среды в винтовой системе координат. Рассматривается движение уплотняемых материалов в винтовом канале шнека, при частоте вращения винта, когда нельзя пренебречь центробежными силами инерции. Реализация разработанной математической модели на ЭВМ позволяет установить основные закономерности напорно-расходной характеристики быстроходного шнекового пресса.
Определены зависимости сопротивления формирующих головок шнековых прессов от геометрических параметров и физико-механических свойств фильтрующих материаллов, а также мощность, потребляемая шнековыми прессами при формировании объемных дренажных фильтров и - фильтрирующе-аккумулирующих элементов.
В четвертом разделе изложены программа и методика экспериментальных исследований. Приведены описания лабораторных установок для определения физико-механических свойств фильтрирующих материалов, экспериментальных установок для изготовления объемных дренажных фильтров и фильтрирующе-аккумулирующих элементов, заборных устройств шнековых механизмов.
В пятом разделе приведены результати экспериментальных исследований и методика рассчета оптимальных параметров рабочих органов для изготовления фильтров.
Установлено, что заборные устройства шнековых механизмов улучшают их технико-экономические показатели по сравнению с гравитационной загрузкой. Учитывая удовлетворительную сходимость результатов экспериментальных исследований с теоретическими зависимостями, предложена методика рассчета оптимальных геометрических и кинематических параметров шнековых прессов для изготовления объемных дренажных фильтров с заданными плотностью и диаметром.
The theses is devoted to issues of the technological process of the drainage of agricultural lands with the help of volumetric drainage filters and to the development of the technology for their manufacture.
Mathematical models for the formation of volumetric drainage filters by screw extruders have been developed. Calculated relationships have been elaborated for determining optimal parameters of working organs to implement the technological process.