ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЦИЗЬ ІГОР ЄВГЕНОВИЧ

УДК 631.3:66.028.2

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ДОЗУЮЧОГО ПРИСТРОЮ КОМПОНЕНТІВ ОРГАНО-МІНЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ

05.05.11- машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Дідух Володимир Федорович, Луцький державний технічний університет, завідувач кафедри сільськогосподарського машинобудування.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Гевко Роман Богданович, Тернопільська академія народного господарства, завідувач кафедри машин і обладнання АПК;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Єрмоленко Володимир Олександрович, Черкаський державний технологічний університет, старший науковий співробітник кафедри хімічних технологій неорганічних речовин.

Провідна установа: Національний аграрний університет, кафедра сільськогосподарських машин, кабінет міністрів України, м. Київ.

Захист відбудеться “11” лютого 2002 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.03 у Львівському державному аграрному університеті за адресою: 80381, Львівська обл., Жовківський р-н, м. Дубляни, вул. Володимира Великого 1, корпус механізації, ауд. 34 М.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського державного аграрного університету за адресою: 80381, Львівська обл., Жовківський р-н, м. Дубляни, вул. Володимира Великого 1, головний корпус.

Автореферат розісланий “4” січня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради __________________ Ковалишин С.Й.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження. Підвищення родючості ґрунтів за умови дотримання вимог екологічної безпеки є актуальною і важливою проблемою. Перспективним напрямком її вирішення є застосування комплексних органо-мінеральних добрив (ОМД) у гранульованій формі.

Одним із визначальних факторів, необхідних для отримання ОМД, що відповідають висунутим агрохіміками вимогам, є дотримання встановленого вмісту компонентів у гранулах. Забезпечення виконання даних вимог залежить в основному від якісної роботи дозуючих пристроїв.

У складі технологічного обладнання існуючої лінії з приготування ОМД застосовується тарілчастий дозуючий пристрій, який дає значне відхилення точності дозування, що перевищує встановлені норми. Відомі дозуючі пристрої для сипких матеріалів, що застосовуються в інших галузях, не здатні забезпечити якісне дозування окремих компонентів ОМД за прийнятних техніко-економічних показників. Тому розробка дозуючого пристрою компонентів ОМД, який здатний забезпечити виконання вимог до якості вихідної продукції, є актуальним і своєчасним питанням для сільського господарства України.

Зв’язок із науковими програмами. Дисертаційна робота, виконана у Луцькому державному технічному університеті в 1998 – 2002 рр. відповідно до державних науково-технічних програм з пріоритетних напрямків розвитку науки та техніки. Основні положення дисертації є складовими частинами досліджень за темами: “Дослідження взаємодії механізмів сільськогосподарських машин з матеріалами” (№ держреєстрації 01 00 U 000 258) та “Дослідження процесів і засобів приготування органо-мінеральних добрив на основі сапропелю” (№ держреєстрації 01 02 U 000 254).

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - забезпечення у процесі приготування ОМД встановленої точності дозування сипких зв’язних матеріалів із змінною об’ємною масою на підставі розкриття сукупного впливу фізико-механічних властивостей матеріалів та конструктивних параметрів робочих органів на показники якості процесу дозування.

Відповідно до поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:

-

-

-

-

-

-

Об’єкт досліджень – робочий процес дозування сипких зв’язних матеріалів, компоненти ОМД та робочі органи дозуючих пристроїв.

Предмет досліджень – залежність показників якості виконання процесу дозування сипких зв’язних матеріалів від конструктивно-технологічних параметрів робочих органів дозуючого пристрою та фізико-механічних властивостей матеріалів.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведені із застосуванням структурно-системного аналізу та синтезу, методів механіко-математичного моделювання, класичної механіки, механіки суцільного середовища, ґрунтів та рослинних матеріалів. Аналіз математичних моделей здійснювався за допомогою прикладних та розроблених програм на ПЕОМ. Експериментальні дослідження проводились на основі системного підходу, статистичного опрацювання матеріалу, планування багатофакторного експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів: на підставі розкриття впливу конструктивних параметрів дозуючого пристрою та фізико-механічних властивостей компонентів ОМД на їх вагові характеристики вперше розроблена математична модель вихідного потоку матеріалу із бункера дозуючого пристрою; отримано аналітичні умови, дотримання яких забезпечує якісне безперервне дозування об’ємними та ваговими дозаторами матеріалів, що мають змінну об’ємну масу та вологість; вперше досліджено фізико-механічні властивості приготовленого сапропелю та жовнових фосфоритів родовищ Волинської області і показано їх вплив на процес дозування.

Практичне значення одержаних результатів. На базі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено об'ємний дозуючий пристрій із ущільненням дозованого матеріалу та визначені його раціональні параметри. За результатами багатофакторного експерименту виведена регресійна залежність, яка дає змогу оцінити вплив параметрів дозуючого пристрою та властивостей дозованих матеріалів на точність дозування. Досліджені показники фізико-механічних властивостей компонентів ОМД можуть бути використані в процесі синтезу та моделювання машин в галузі виробництва добрив. Результати теоретичних і експериментальних досліджень взяті до використання конструкторським бюро ВАТ “Ковельсільмаш”, Інститутом ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського, ЗАТ “Птахопідприємство” м. Біла Церква, ВАТ “Темп” м.Черкаси.

Особистий внесок здобувача. Основні результати роботи отримано автором самостійно. В наукових працях, опублікованих у співавторстві, автором безпосередньо розроблені теоретичні основи моделювання вихідного потоку компонентів ОМД із бункера дозуючого пристрою [4, 8]; проведено теоретичне і експериментальне обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів дозуючого пристрою компонентів ОМД [1, 2, 3, 6] та розроблено його конструкцію [6, 10, 11]; досліджено та систематизовано фізико-механічні властивості компонентів ОМД [2, 7]; обґрунтовано шляхи підвищення якості та ефективності використання ОМД [1, 5, 9]. Постановка задач, аналіз і трактування результатів виконано спільно з науковим керівником та, частково, із співавторами публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення наукових досліджень, що містяться в дисертації, доповідались й обговорювались на науково-технічних конференціях Луцького державного технічного університету (м. Луцьк, 1998-2002рр.), Міжнародній науково-практичній конференції “Стан та перспективи розвитку механізації сільського господарства на рубежі сторіч” (НАУ, м. Київ, 1999 р.), ІІ Міжнародній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (ЛДТУ, м. Луцьк, 2001 р.), Міжнародній науковій конференції “Проблеми застосування технологій точного землеробства в АПК” (НАУ, м. Київ, 2002 р.), міжкафедральному науково-методичному семінарі факультету механізації сільського господарства Львівського державного аграрного університету (м. Дубляни, 2002 р.), розширеному засіданні наукового семінару кафедри технології машинобудування Тернопільського державного технічного університету ім. І. Пулюя (м. Тернопіль, 2002 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 11 наукових праць, з них 1 – у фаховому журналі, 8 – у фахових збірниках наукових праць, 2 патенти України на винахід. Загальний обсяг публікації становить 3,63 друк. арк., з яких 2,32 є особистим доробком автора.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 137 найменувань та 8 додатків. Повний обсяг роботи становить 216 сторінок, в т. ч. 82 рисунки і 16 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об’єкт, предмет, методи досліджень, окреслено наукову новизну й практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі “Сучасний стан питання та задачі досліджень” розглянуто переваги, якими володіють ОМД в порівнянні з іншими видами добрив та агроекологічні властивості компонентів, що входять до їх складу. Проведено патентний огляд існуючих дозуючих пристроїв для сипких матеріалів. Подано аналіз досліджень фізико-механічних властивостей компонентів ОМД, який ґрунтується на працях Лиштвана І.І., Короля Н.Т., Рубінштейна А.Я., Лопотко М.З., Базіна Е.Т., Аморяна Л.С., Філіна В.А., Женіхова Ю.Н., Кота Н.А., Архангельского А.Н., Вирясова Г.П., Семенского Е.П., Юсенко А.С., Мартинсона А.Г., Корчунова С.С., Єрмоленка В.О., Бодака В.І. і інших вчених.

Найвагоміший внесок у поглиблення експериментальних і теоретичних досліджень дозуючих пристроїв та їх складових внесли: Василенко П.М., Омельченко А.А., Куцин Л.М., Відінєєв Ю.Д., Карпін Є.Б., Рогинський Г.А., Дженіке А.В., Гячев Л.В., Зенков Р.Л., Панченко А.Н., Гевко Б.М., Рогатинський Р.М., Гевко Р.Б., Кузнєцов В.В., Шацький Ф.П., Мироненков В.Г., Радик Д.Л. та інші.

У результаті проведеного аналізу існуючих літературних джерел та патентної інформації встановлено низку питань, які потребують вивчення. Не досліджувався вплив процесу формування вихідного потоку матеріалу живильником на його масові характеристики. Відсутні достовірні та систематизовані відомості про фізико-механічні властивості приготовлених сапропелів та деяких інших компонентів ОМД. Наведені аргументи зумовили вибір теми дисертації, визначили її мету і завдання.

У другому розділі “Теоретичні передумови обґрунтування параметрів дозуючого пристрою” проведено структурно-схемний аналіз та синтез дозуючого пристрою, досліджено процес витікання сипкого зв’язного матеріалу (СЗМ) у бункері досліджуваного пристрою, отримано вираз для встановлення величини тиску матеріалу на рухоме дно бункера з вертикальними стінками та математичні моделі вихідного потоку матеріалу із бункерів з постійним і змінним кутом нахилу твірної бічної стінки.

Аналіз існуючих конструкцій дозаторів, що працюють за ваговим способом, дозволив встановити складові частини, які виконують типові функції незалежно від їх конструктивних відмінностей. Це дало змогу отримати структурну схему вагового дозатора. Користуючись визначеним Відінєєвим Ю.Д. основним завданням безперервного дозування та врахувавши особливості роботи вагового дозатора в умовах конкретного технологічного процесу, була отримана умова, виконання якої повинен забезпечити даний пристрій:

,

де - фактична маса матеріалу, що видається дозатором у момент часу t;

mcр - задана маса абсолютно сухої речовини в дозі;

- відносна вологість матеріалу у момент часу t;

- допустиме відхилення фактичної маси абсолютно сухої речовини в дозі від заданої.

Проте для виконання умови (1) дозатор необхідно додатково обладнати пристроєм для коригування маси дозованого матеріалу залежно від вологості останнього. В такому разі, для забезпечення дотримання вимог до якості виконання технологічного процесу, вологість матеріалу повинна визначатись миттєво і з точністю до ±1%.

Вивчення конструкцій об’ємних дозуючих пристроїв показало, що це, як правило, живильники різноманітних конструкцій, лише обладнані пристроями для регулювання кількості дозованого матеріалу.

Побудова, за аналогією до вагового, структурної схеми об’ємного дозуючого пристрою забезпечила можливість синтезу конструкції дозаторів у двох напрямках:

-

-

Стосовно об'ємного дозатора необхідна умова дозування набере наступного вигляду:

де - фактичний об'єм дози матеріалу у момент часу t;

- максимальна об'ємна маса, якої може досягти матеріал під час виходу з бункера;

- заданий об'єм дози матеріалу;

- допустиме відхилення фактичного об'єму дози матеріалу від заданого.

З умови (2) видно, що об'ємний дозатор може забезпечити її виконання тільки у випадку наявності засобів для доведення об’ємної маси матеріалу до значення . Таку функцію у даному випадку може виконувати ролик пристрою для вимірювання об'єму.

У процесі теоретичного дослідження нами розглядався дозуючий пристрій, що працює за схемою, зображеною на рис.1, а, як система складових, які в сукупності забезпечують виконання необхідної умови дозування. Такий підхід дозволив встановити, що недостатньо вивченим є вплив процесу формування вихідного потоку живильником на зміну масових характеристик матеріалу.

Для дослідження згадуваного процесу було розглянуто потік матеріалу у деякий фіксований момент часу t (рис.2). При цьому вибрані бункери із круговим та квадратним вивантажувальними отворами, в яких рух матеріалу здійснюється за нормального режиму витікання.

Врахувавши силові фактори, які діють на даний шар та прийняті допущення, записано диференціальне рівняння руху центра мас елементарного шару:

,

де - площа поперечного січення потоку матеріалу на відстані у від початку координат;

- площа поперечного січення потоку на відстані у+dy;

- вертикальне напруження;

- приріст напружень на ділянці ;

і- відповідно нормальний тиск обмежуючої поверхні і дотичний тиск від сили тертя;

- площа бічної поверхні розглядуваного елемента;

- кут нахилу твірної бічної поверхні потоку матеріалу на відстані у;

G - сила ваги.

,

де - насипна щільність матеріалу;

і - експериментальні коефіцієнти.

Для визначення нормального тиску обмежуючої поверхнізаписано умову рівноваги елементу, що безпосередньо прилягає до неї (рис.3):

,

де - горизонтальне напруження;

і - дотичні напруження;

і- відповідно кут внутрішнього тертя та початкове зусилля зсуву матеріалу.

Аналіз графічного відображення граничного напруженого стану для СЗМ дозволив отримати залежність між вертикальними та горизонтальними напруженнями:

,

де - коефіцієнт бокового тиску для ідеально сипкого матеріалу ( - кут між площадками відповідно вертикального та максимального головного напружень);

- величина, спричинена силами зв’язності матеріалу;

- мінімальне значення коефіцієнта бокового тиску;

.

На основі розв’язку системи (5) та виразу (6) отримали:

.

Прискорення елементарного шару становить:

,

де - об’ємна продуктивність випускного отвору бункера;

- коефіцієнт, що залежить від форми поперечного січення бункера;

- функція твірної обмежуючої поверхні.

Після врахування (4), (8) і (9) рівняння (3) набрало вигляду:

Розв’язок такого рівняння можливий у випадку явного задання функції твірної обмежуючої поверхні . На основі даного рівняння отриманий вираз для встановлення тиску матеріалу на рухоме дно бункера з вертикальними стінками:

.

Для дослідження масових характеристик вихідного потоку на основі рівняння (10) створена математична модель, основою якої є наступні рівняння:

- для бункера із постійним кутом нахилу твірної бічної стінки

,

- для параболічного бункера

.

Розв’язок рівнянь (12) і (13) здійснювали числовим методом Рунге-Кутта четвертого порядку, який реалізовано у середовищі Mathcad. На основі отриманого розв’язку побудовані графічні залежності, які відображають вплив фізико-механічних властивостей компонентів ОМД та параметрів дозуючого пристрою на зміну об'ємної маси г вихідного потоку матеріалу із бункера.

Аналіз графіків показав, що стабілізація об'ємної маси г вихідного потоку відбувається при куті нахилу бічних стінок в=5…150, лінійній швидкості полотна стрічкового транспортера v=0,08…0,1 м/с, висоті шару матеріалу у бункері Н>0,3…0,4 м. Особливо чутливими до товщини шару матеріалу Н у бункері є сапропель вологістю W=55% та жовнові фосфорити. Порівняння графічних залежностей зміни об'ємної маси г вихідного потоку матеріалу для циліндричного (пірамідального) та параболічного бункерів вказують на те, що останні не забезпечують покращення стабілізації згадуваного показника.

У третьому розділі “Програма та методика експериментальних досліджень” викладена програма експериментальних досліджень, описані обладнання, прилади, дослідна установка і методики проведення досліджень.

Програмою досліджень передбачалось визначення наступних фізико-механічних властивостей компонентів ОМД (сапропелю, калімагнезію, фосфоритів): насипної щільності, коефіцієнтів об’ємного ущільнення та відновлення об’єму; граничного отвору утворення склепіння та кутів природного відкосу; гранулометричного (механічного) складу; кута та коефіцієнта зовнішнього тертя; початкового зусилля зсуву, кута та коефіцієнта внутрішнього тертя. Також, згідно з програмою, досліджена залежність зміни величини тиску сапропелю, завантаженого у бункер, на його рухоме дно за змінних конструктивно-технологічних параметрів дозуючого пристрою.

Для проведення експериментів використовувалось стандартизоване обладнання та обладнання розроблене самостійно, яке найбільш близько відповідало умовам досліджуваного процесу. Визначення коефіцієнтів об’ємного ущільнення та відновлення об’єму проводили за допомогою приладу КПр1.РЭ. Під час визначення фрикційних властивостей компонентів ОМД застосовувався модифікований прилад ВСВ. Дослідження показників, що характеризують сипкість компонентів ОМД, проводили з використанням приладу ПСГ–3М. Для експериментальної перевірки отриманих аналітичних залежностей та перевірки якості роботи дозуючого пристрою було розроблено модульну конструкцію установки, яка дозволяє здійснювати випробування як окремих складових, так і дозуючого пристрою в цілому. З використанням даної установки були проведені дослідження тиску сапропелю на рухоме дно бункера даного пристрою.

Дослідження проводились за галузевими та розробленими методиками. Зокрема, за розробленими методиками проводилось: визначення коефіцієнта та кута зовнішнього тертя з використанням приладу ВСВ, коефіцієнтів об’ємного ущільнення та відновлення об’єму з використанням приладу КПр1.РЭ; дослідження тиску сапропелю на рухоме дно бункера дозуючого пристрою. У всіх випадках проведення експериментальних досліджень повторності дослідів становили 3-6 разів, а результати піддавались статистичній обробці.

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” представлені результати експериментальних досліджень фізико-механічних властивостей компонентів ОМД та тиску сапропелю на рухоме дно бункера дозуючого пристрою.

Дослідженнями встановлено, що збільшення вологості сапропелю призводить до зменшення його насипної щільності. Особливо відчутний вплив вологості при значенні більшому 40…45 %. Причиною цьому є зменшення щільності вкладання частинок матеріалу через зростання сил зчеплення. Найбільш чутливою до цього є фракція з діаметром частинок меншим 2 мм, що пояснюється максимальною площею контакту між частинками. Оскільки, як показують дослідження гранулометричного складу сапропелю, вміст фракції з діаметром частинок меншим 2мм у загальній фракції зменшується від 75,1% до 22,1% при зростанні вологості, то остання суттєво впливає на насипну щільність загальної фракції. Таке явище призводить до її зменшення від г0=694,77кг/м3 за W=44,5%, до г0=584,32кг/м3 при W=60,2%.

Для фосфоритів отримане середнє значення насипної щільності становить г0 = 978,43 кг/м3.

Під час дослідження коефіцієнта ущільнення компонентів ОМД під навантаженням отримана емпірична залежність даного показника від інтенсивності ущільнюючого навантаження:

,

де - ущільнююче навантаження, кПа;

, - коефіцієнти апроксимації (табл.1).

Аналіз результатів дослідження розподілу вологості за фракціями сапропелю показав, що диференціація відсутня, оскільки отримана різниця знаходиться у межах довірчого інтервалу результатів експерименту (±1,1…6,7%).

Діаметр граничного отвору, при якому утворюється склепіння, для фосфоритів суттєво не залежить від величини ущільнюючого навантаження. Так при Р=2,14 кПа діаметр становить 35 мм, а при його відсутності - 30 мм.

Таблиця 1

Значення коефіцієнтів апроксимації

Матеріал | Коефіцієнти апроксимації

сапропель | W, % | л, ?2/кН | ш

60,2 | 0,0155 | 1,359

58,3 | 0,0123 | 1,345

56,8 | 0,0165 | 1,1985

51,3 | 0,0088 | 1,1795

44,5 | 0,0064 | 1,120

39,7 | 0,0045 | 1,104

33,3 | 0,0017 | 1,1075

фосфорити | 0,0036 | 1,1046

калімагнезій | 0,0035 | 1,0256

Експериментально отримані значення діаметру граничних отворів, за яких утворюється склепіння, для сапропелю вказують на те, що зростання початкової вологості сапропелю, вище від W=55…59 %, призводить до різкого збільшення даного показника (рис.4). У той же час зростання ущільнюючого навантаження понад Р=0,71 кПа не має відчутного впливу на досліджуваний показник за вологості сапропелю меншій 60 %.

Дослідження кутів природного відкосу жовнових фосфоритів показало, що середнє значення кута природного відкосу, утвореного насипанням, становить б=320, а кута природного відкосу, утвореного обваленням - бобв=510.

Величина кута природного відкосу, утвореного насипанням сапропелю, зменшується у діапазоні вологості W=40…55 % (рис.5). За умови подальшого збільшення вологості спостерігається зростання даного кута. Порівняння залежностей кута б(W) і початкового зусилля зсуву ф0(W) (рис.6) вказує на те, що характер графічної залежності кута природного відкосу, утвореного насипанням, визначається силами зчеплення між частинками матеріалу. У той же час значення кута природного відкосу, утвореного обваленням, поступово зростає з підвищенням вологості сапропелю. Тому можна зробити висновок, що на зміну досліджуваного показника впливає не лише зчеплення між частинками матеріалу, а й величина граничних дотичних напружень ф.

На основі результатів дослідження гранулометричного складу абсолютно сухого сапропелю визначено діаметр частинок, які складають відповідно 10, 50 та 60 % від загальної маси матеріалу - d10 = 0,4 мм, d50 = 1,8 мм, d60 = 2,2 мм і визначено коефіцієнт неоднорідності сапропелю, який рівний Кн = 5,5.

Результати дослідження механічного складу сапропелю при змінній вологості (рис.7) вказують на те, що у діапазоні вологості W = 40…58% близько 60% від загальної маси матеріалу складає фракція із розміром частинок 1…2мм, а при зростанні вологості понад 60% вміст даної фракції різко зменшується. Це явище пояснюється прилипанням частинок даного розміру одна до одної та утворенням більших за розмірами агрегатів. Підтвердженням цьому є різке зростання вмісту фракції з діаметром частинок 2…3мм за вологості більше 58%. Також із зростанням вологості від 40% до 62% проходить зменшення вмісту фракції з діаметром частинок меншим 1 мм, причому за W=62,1% середнє значення їх вмісту складає лише 0,2%. Це явище пояснюється також зростанням сил прилипання частинок одна до одної і укрупненням агрегатів.

Отримані у результаті досліджень середні значення статичного та динамічного коефіцієнтів тертя ковзання сапропелю та фосфоритів наведені у табл. 2.

Таблиця 2

Середні значення статичного fc та динамічного fд коефіцієнтів

тертя ковзання

Досліджуваний матеріал | Матеріал площини тертя

сталь | чавун | алюміній | вініпласт | прогумована стрічка

fc | fд | fc | fд | fc | fд | fc | fд | fc | fд

сапропель при вологості, % | 30,0 | 0,48 | 0,44 | 0,48 | 0,44 | 0,43 | 0,36 | 0,43 | 0,39 | 0,50 | 0,46

35,8 | 0,51 | 0,48 | 0,52 | 0,59 | 0,45 | 0,41 | 0,47 | 0,45 | 0,49 | 0,46

43,3 | 0,53 | 0,49 | 0,48 | 0,44 | 0,46 | 0,41 | 0,49 | 0,44 | 0,48 | 0,44

51,2 | 0,52 | 0,47 | 0,49 | 0,46 | 0,49 | 0,47 | 0,51 | 0,47 | 0,50 | 0,45

55,2 | 0,50 | 0,46 | 0,49 | 0,45 | 0,48 | 0,43 | 0,49 | 0,46 | 0,50 | 0,43

59,8 | 0,41 | 0,38 | 0,40 | 0,37 | 0,38 | 0,34 | 0,39 | 0,34 | 0,29 | 0,25

64,7 | 0,27 | 0,24 | 0,28 | 0,24 | 0,28 | 0,23 | 0,29 | 0,25 | 0,29 | 0,24

фосфорити | 0,41 | 0,35 | 0,40 | 0,38 | 0,37 | 0,34 | 0,29 | 0,27 | 0,47 | 0,43

Результати дослідження кута внутрішнього тертя та початкового зусилля зсуву сапропелю 0 показали, що у діапазоні вологості W=30…43% відбувається різке його зменшення від 0,74 кПа до 0,49 кПа, у той же час значення кута внутрішнього тертя 0 у цьому ж діапазоні вологості W зростає від 13,30 до 16,10. Подальше підвищення вологості веде до зростання початкового зусилля зсуву 0, яке за W=64,7% досягає 0,69кПа, а кут внутрішнього тертя 0 навпаки прямує до нуля, і за W=64,7% становить лише 0,40 (рис.6). Характер графічної залежності зміни кута внутрішнього тертя 0 сапропелю від його вологості є подібним до характеру кривої коефіцієнта тертя ковзання (рис.8). Дане явище пояснюється тим, що значення кута внутрішнього тертя і коефіцієнта зовнішнього тертя у діапазонах вологості відповідно W=30…43% та W=47…52% зростають через збільшення сил молекулярного притягання між частинками матеріалу, а при подальшому підвищенні вологості зменшуються, оскільки волога в даному випадку виконує роль мастила.

Для жовнових фосфоритів були отримані наступні середні значення початкового зусилля зсуву та кута внутрішнього тертя: ф0=0,92кПа, ц0 = 11,60.

Результати дослідження тиску сапропелю на рухоме дно бункера дозуючого пристрою показали, що на зміну даного показника мають значний вплив вологість сапропелю W, кут відхилення стінки від вертикалі в та висота матеріалу в бункері Н. При зменшенні висоти сапропелю у бункері менше від 0,2…0,3м відбувається різке зниження тиску на рухоме дно. Зміна висоти сформованого шару та швидкості руху полотна стрічкового транспортера практично не впливає на величину тиску матеріалу на рухоме дно, а лише визначає режим витікання. При цьому розбіжність між експериментальними значеннями і значеннями, отриманими за формулою (11), становила 12-19%.

У п’ятому розділі “Результати лабораторно-виробничих випробувань дозуючого пристрою та розрахунок економічної ефективності” проведено перевірку якості роботи дозуючого пристрою та розраховано економічну ефективність від його застосування в складі технологічного обладнання з виробництва ОМД.

Під час лабораторно-виробничих випробувань для кількісної оцінки впливу визначених факторів на роботу дозуючого пристрою було застосовано математичний метод планування експерименту. Дослідження проводили згідно з симетричним некомпозиційним планом реалізації експерименту Бокса-Бенкіна другого порядку. Змінними факторами були: кут нахилу бічних стінок бункера в; залишкова висота шару матеріалу в бункері Н, при якій проводять його завантаження; вологість сапропелю W. Після обробки результатів досліду, за допомогою розробленої у середовищі Mathcad програми, отримано рівняння регресії:

Аналіз отриманих результатів показує, що всі досліджувані фактори мають суттєвий вплив на якість процесу дозування, а не співвідношення між ними, оскільки всі ефекти парних взаємодій виявились статистично незначущими. Зменшення висоти шару матеріалу в бункері, при якій проводять його завантаження, менше від 0,2 м призводить до виходу точності дозування за допустимі межі за довільних значень решти параметрів.

Розрахунок економічної ефективності свідчить про доцільність використання дозуючого пристрою компонентів ОМД під час його експлуатації в складі технологічного обладнання лінії з виробництва зазначених добрив. Річний економічний ефект складає 3458 грн.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-прикладної задачі, що виявляється у підвищенні точності дозування сипких зв’язних матеріалів із змінною об’ємною масою в процесі приготування ОМД на підставі розкриття сукупного впливу фізико-механічних властивостей матеріалів та конструктивних параметрів робочих органів на показники якості дозування.

Узагальнення результатів наукових досліджень та практичного досвіду використання ОМД на основі сапропелів свідчать про їх високу ефективність, але в процесі приготування таких добрив необхідним є дотримання точності дозування. Аналіз сучасного стану розвитку дозуючої техніки для сипких матеріалів показав, що існуючі пристрої не здатні забезпечити встановленої точності дозування компонентів ОМД за прийнятних техніко-економічних показників. Використання відомих досліджень фізико-механічних властивостей органічних компонентів ОМД пов’язане із певними труднощами, зокрема із зміною основних їх характеристик через перетворення внутрішньої структури матеріалів у процесі добування і переробки.

2. Проведений структурно-схемний аналіз та синтез дозуючих пристроїв дозволив отримати аналітичні умови якісної роботи об’ємного та вагового дозаторів під час дозування матеріалів, що мають змінну об’ємну масу та вологість, а також обґрунтувати конструкцію дозуючого пристрою компонентів ОМД.

3. На підставі розкриття сукупного впливу конструктивних параметрів дозуючого пристрою та фізико-механічних властивостей компонентів ОМД на вагові характеристики компонентів отримана математична модель їх вихідного потоку з бункера дозуючого пристрою. Аналіз моделі дозволив встановити раціональні конструктивно-технологічні параметри дозуючого пристрою: кут нахилу бічних стінок в=5…150; залишкову висота матеріалу в бункері, при якій здійснюють його завантаження, Н=0,3…0,4 м; лінійну швидкість полотна стрічкового транспортера v=0,08…0,1 м/с.

4. Дослідженнями і систематизацією фізико-механічних властивостей компонентів ОМД виявлено суттєвий вплив вологості на зміну основних їх характеристик для сапропелю. Максимальні значення кута внутрішнього тертя ц0=15…160 та коефіцієнта зовнішнього тертя сапропелю по сталі fс=0,51…0,54 припадають відповідно на діапазони вологості W=30…40% і W=47…52% . При вологості W=40…58 % близько 60% від загальної фракції сапропелю складає фракція із розміром частинок 1…2 мм. Показники, які характеризують гранулометричний склад сапропелю, становлять: d10=0,4 мм, d50=1,8 мм, d60=2,2 мм, Кн=5,5.

5. У результаті дослідження сумарного впливу зміни ущільнюючого навантаження та вологості сапропелю на концентрацію абсолютно сухої речовини встановлено, що у діапазоні вологості W=38…52 % і при ущільненні матеріалу із питомими зусиллям Р=20кПа для розмірної фракції із діаметром частинок меншим 4мм відбувається стабілізація даного показника у діапазоні гс=390…420кг/м3. Отриманий результат підтвердив правильність вибору конструктивної схеми дозуючого пристрою.

6. Експериментальні дослідження тиску сапропелю на рухоме дно бункера дозуючого пристрою підтвердили достовірність теоретичних залежностей. Згідно з дослідженнями, зміна величини тиску у межах Р=0…1,5кПа на рухоме дно бункера дозуючого пристрою відбувається за рахунок зміни вологості сапропелю, кута нахилу бічної стінки та висоти матеріалу в бункері. Висота сформованого шару на поверхні полотна стрічкового транспортера та лінійна швидкість його руху визначають режим витікання, а на величину тиску не впливають.

7. Встановлена залежність точності дозування від конструктивно-технологічних параметрів дозуючого пристрою та фізико-механічних властивостей компонентів ОМД виявила, що залишкова висота матеріалу в бункері, при якій здійснюється його завантаження, має визначальний вплив на досліджуваний показник. Зменшення даного параметра менше від Н=0,2 м, збільшення кута нахилу бічних стінок більше від в=150 та вологості сапропелю понад W=50% призводить до виходу точності дозування за допустимі межі.

8. Впровадження основних результатів роботи підприємствами ВАТ “Ковельсільмаш” м.Ковель, ЗАТ “Птахопідприємство” м. Біла Церква, ВАТ “Темп” м.Черкаси підтвердило їх вагоме практичне значення та уможливило отримання економічного ефекту.

Розрахунковий річний економічний ефект від використання запропонованого дозуючого пристрою в складі технологічного обладнання лінії з виробництва ОМД становить 3458 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шевчук М.Й., Дідух В.Ф., Цизь І.Є. Виробництво і використання органо-мінеральних добрив // Вісник аграрної науки. – 2000. – № 2. – С.9-12. (Автором доведено необхідність обладнання відомих дозаторів додатковими пристроями для забезпечення необхідної точності дозування компонентів органо-мінеральних добрив).

2. Цизь І.Є. Дослідження закономірності зміни об'ємної ваги матеріалу при формуванні розкладеного шару у бункері // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 6. – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ. – 2000. – С.194-197.

3. Цизь І.Є. Дослідження закономірності зміни тиску сапропелю на рухоме дно бункера дозуючого пристрою // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 8. – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ. – 2000. – С.356-362.

4. Цизь І.Є. Визначення тиску обмежуючої поверхні на сипкий матеріал у бункері дозуючого пристрою // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип.9. – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ. – 2001. – С.163-167.

5. Дідух В.Ф., Подоляк В.М., Цизь І.Є. Екологічна і економічна ефективність використання сапропелів // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”. – Том VII. – Київ: НАУ. – 2000. – С. 241-243. (Автором запропоновано основні напрямки використання сапропелевої сировини).

6. Дідух В.Ф., Цизь І.Є. Вибір конструкції дозуючого пристрою при виробництві ОМД // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 5. – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ. – 1999. – С.93-96. (Автором розроблено структурну схему об’ємного дозатора, на основі якої запропоновано два напрямки синтезу конструкцій даних пристроїв).

7. Цизь І.Є., Сацюк В.В., Шум Г.А. Фізико-реологічні властивості сапропелю та органо-мінеральних сумішей на його основі // Наукові нотатки: Міжвузівський збірник за напрямом “Інженерна механіка”. – Луцьк: Луцький державний технічний університет. – 2000. – С. 275-281. (Автором розроблені методики та обладнання, проведено досліди і обробку експериментальних даних досліджень фізико-механічних властивостей сапропелю).

8. Цизь І.Є., Дідух В.Ф. Дослідження закономірності витікання сипкого зв’язного матеріалу (СЗМ) у бункері дозуючого пристрою // Сборник научных трудов Керченского морского технологического института “Механизация производственных процессов рыбного хозяйства, промышленных и аграрных предприятий”. – Выпуск 2. – Керчь: КМТИ. – 2001. – С. 55-62. (Автором виведене диференціальне рівняння, що описує витікання сипкого зв’язного матеріалу у бункері дозуючого пристрою).

9. Дідух В.Ф., Цизь І.Є., Сацюк В.В. Перспективи використання гранульованих органо-мінеральних добрив (ОМД) у системі точного землеробства // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”. – Том ХI. – Київ: НАУ. – 2002. – С. 180-185. (Автором розроблені напрямки модернізації дозуючих систем існуючих туковисіваючих машин з метою їх використання для внесення ОМД у системі точного землеробства).

10. Пат. 602 України, МКИ В01J2/20. Установка для гранулювання добрив / Дідух В.Ф., Кужель Е.В., Цизь І.Є., Шум Г.А. – №99105468; Заявл. 7.10.99; Опубл. 16.10.2000. Бюл. №5. – 2 с. (Автором запропоновано метод отримання спресованих стрічок матеріалу шляхом проходження його між вальцями із проточками, що утворюють отвір у зоні контакту вальців).

11. Пат. 47715 А України, МКИ G01F13/00. Дозуючий пристрій / Дідух В.Ф., Цизь І.Є. – №2001085621; Заявл. 07.08.2001; Опубл. 15.07.2002. Бюл. №7. – 2с. (Автором розроблено конструкцію калібруючого ножа та пристрою для повернення надлишків матеріалу на повторне дозування).

АНОТАЦІЇ

Цизь І.Є. Обґрунтування параметрів дозуючого пристрою компонентів органо-мінеральних добрив. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва – Львівський державний аграрний університет, Львів, 2003.

Дисертаційну роботу присвячено розробці та теоретичним і експериментальним дослідженням дозуючого пристрою компонентів органо-мінеральних добрив (ОМД) з метою забезпечення необхідної точності дозування. Для вирішення поставлених завдань проведено структурно-схемний аналіз та синтез дозуючого пристрою; отримано вираз для встановлення тиску матеріалу на рухоме дно бункера з вертикальними стінками та проведено експериментальну його перевірку; розроблено математичні моделі вихідного потоку компонентів ОМД з постійним та змінним кутом нахилу твірної бічної стінки; досліджено фізико-механічні властивості компонентів ОМД, які впливають на процес дозування. Основні результати роботи реалізовано в дослідному зразку дозуючого пристрою. Під час перевірки якості його роботи отримано рівняння регресії, що дозволяє оцінювати вплив окремих факторів на точність дозування.

Ключові слова: органо-мінеральні добрива, сапропель, дозуючий пристрій, бункер, живильник, точність дозування, ущільнення.

Цызь И.Е. Обоснование параметров дозирующего устройства компонентов органо-минеральных удобрений. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства – Львовский государственный аграрный университет, Львов, 2003.

Диссертация посвящена разработке и теоретико-экспериментальным исследованиям дозирующего устройства компонентов органо-минеральных удобрений (ОМУ) с целью обеспечения необходимой точности дозирования. Для решения поставленных задач проведён структурно-схемный анализ и синтез дозирующего устройства, что позволило получить новую конструкцию данного устройства. Такая конструкция позволяет обеспечить необходимую точность дозирования благодаря стабилизации объемного веса материала в процессе его уплотнения. Проведены теоретические исследования влияния процесса формирования выходящего потока компонентов ОМУ на их массовые характеристики. Для этого рассмотрен поток материала в бункере дозирующего устройства, что позволило получить дифференциальное уравнение, описывающее процесс истечения сыпучего связного материала (ССМ) в бункере. На основании этого уравнения получена формула для определения давления компонентов ОМУ на движущееся дно бункера с вертикальными стенками, а также математические модели выходящего потока компонентов ОМУ из бункеров с постоянным и переменным углом наклона образующей.

Изложено программу и методику проведения экспериментальных исследований, описание оборудования, приборов, экспериментальной установки. Для проведения экспериментов использовалось стандартизированное оборудование, а также разработанное и изготовленное самостоятельно, которое наиболее близко соответствовало условиям исследуемого процесса.

Исследование и систематизация физико-механических свойств компонентов ОМУ, влияющих на процесс дозирования, позволило получить эмпирическую зависимость между коэффициентом уплотнения материалов под нагрузкой от интенсивности данной нагрузки. Также определены значения предельного диаметра сводообразующего отверстия, углы естественного откоса, образованные насыпанием и обрушением, гранулометрический состав, углы и коэффициенты внешнего и внутреннего трения, начальное сопротивление сдвигу сапропелей и жовновых фосфоритов месторождений Волынской области.

Разработана и изготовлена экспериментальная установка для исследования процесса дозирования, позволяющая испытывать как отдельные узлы, так и полностью дозирующее устройство. С использованием этой установки проведены экспериментальные исследования закономерности изменения величины давления сапропеля, находящегося в бункере, на подвижное дно последнего. Это позволило провести сравнение теоретических и экспериментальных зависимостей. Осуществлены лабораторно-производственные испытания устройства с использованием математического метода планирования эксперимента. В результате проведения экспериментов получено уравнение регрессии, позволяющее оценить влияние исследуемых факторов на точность дозирования.

Расчет экономической эффективности использования разработанного дозирующего подтверждает целесообразность использования данного устройства в составе оборудования по производству ОМУ.

Ключевые слова: органо-минеральные удобрения, сапропель, дозирующее устройство, бункер, питатель, точность дозирования, уплотнение.

Тsyz’ І.E. The substantiation of parameters of measuring out in doses components device of organic mineral fertilisers. – Manuscript.

Dissertation on winning of scientific candidate degree of technical sciences for speciality 05.05.11 of machine and means of mechanisation of an agricultural production. L’viv state agrarian university, L’viv, 2003.

Dissertation work devoted to development and by theoretical and experimental research of measuring out in doses components device of organic mineral fertilisers (ОМF). By work aim there is guaranteeing of necessary dosage exactness. For settlement of tasks seen out a scheme-structurally synthesis of measuring out in doses device; been accorded expression for establishment of material pressure on mobile bunker bottom with vertical walls, seen out experimental his verification; developed the mathematical models of outgoing ОМF components stream with permanent and variable angle of roll of generator lateral wall; explored physicomechanical ОМF components properties. The basic job performance realized in experienced example of measuring out in doses device. Seen out test of experienced example.

Key words: organic mineral fertilisers, sapropel, measuring out in doses a device, bunker, feeder, dosage exactness, consolidation.

_______________________________________________________

Підписано до друку 4.12. 2002р.

Формат 60?84 1/16 арк. Ум. друк. арк. 1,4. Папір друк. Тираж 100

Віддруковано у редакційно-видавничому відділі ЛДТУ

43018, м. Луцьк, вул. Львівська, 75