ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

САЦЮК ВАСИЛЬ ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 631.333

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ТА ЗАСОБУ ДЛЯ ПРИГОТУВАННЯ ОРГАНО-МІНЕРАЛЬНОЇ СУМІШІ

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Вінниця – 2005

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Дідух Володимир Федорович,

Луцький державний технічний університет, завідувач кафедри сільськогосподарського машинобудування

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Пилипець Михайло Ількович,

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя, завідувач кафедри комп’ютерних технологій в машинобудуванні;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Єрмоленко Володимир Олександрович, Черкаський

державний технологічний університет, декан факультету навчального науково-виробничого комплексу і довузівської підготовки.

Провідна установа: Національний аграрний університет, кафедра сільськогосподарського машинобудування, Кабінет Міністрів України, м. Київ.

Захист відбудеться “_08_” __листопада_____ 2005 року о 1600 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.854.02 у Вінницькому державному аграрному університеті за адресою: 21008, Вінницька обл., Вінницький р-н, с. Агрономічне, вул. Сонячна 3, корпус 2,
ауд. 2301.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького державного аграрного університету за адресою: 21008, Вінницька обл., Вінницький р-н, с. Агрономічне, вул. Сонячна 3, корпус 3.

Автореферат розісланий “_30_” _____вересня___ 2005р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Берник П.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження. На сучасному етапі розвитку сільськогосподарського виробництва найбільш прогресивним способом, що дає змогу не тільки підвищити врожайність культур, але й зменшити техногенний тиск на навколишнє середовище, є система точного землеробства. Одним із аспектів такої системи землеробства є впровадження нових видів добрив, серед яких особливою ефективністю відрізняються органо-мінеральні добрива (ОМД). Для досягнення високих результатів система точного землеробства передбачає застосування локального внесення ОМД.

На сьогодні створені ОМД на основі торфу, вулканічних порід, курячого посліду і інших матеріалів. Потенційним цінним природнім ресурсом органічної речовини для сучасного і перспективного використання в різних галузях народного господарства, в тому числі для виробництва ОМД, є сапропелі, балансові запаси яких в Україні становлять 140 млн. т. в перерахунку на 60-відсоткову вологість.

Технологія виробництва ОМД передбачає підготовку компонентів за гранулометричним складом, дозування компонентів, приготування органо-мінеральної суміші (ОМС), грануляцію ОМС, сушіння гранул, виділення товарної фракції. Створені експериментальні цехи не дають бажаного результату, оскільки, при роботі отримується лише 30% товарної фракції. Аналіз процесу виробництва ОМД показує, що важливим чинником, який сприяє підвищенню виходу товарної фракції є використання для грануляції однорідної дрібнодисперсної ОМС. Відомі пристрої не здатні забезпечити якісне приготування ОМС за прийнятних техніко-економічних показників. Тому розробка засобу для приготування ОМС, який задовольняє вимоги при підготовці суміші перед гранулюванням у технологічних лініях з виробництва ОМД є актуальним і своєчасним питанням для сільського господарства України.

Зв’язок із науковими програмами, планами, темами. Дослідження, що складають основу дисертаційної роботи, виконані у Луцькому державному технічному університеті в 1998 – 2005рр., відповідно до державних науково-технічних програм з пріоритетних напрямків розвитку науки та техніки. Основні положення дисертаційної роботи 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 необхідної однорідності та дисперсності складу ОМС на підставі розкриття сукупного впливу фізико-механічних властивостей компонентів і параметрів робочих органів засобу для її приготування.

Відповідно до поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:

- провести аналіз процесу приготування ОМС та здійснити синтез засобу для отримання однорідної дрібнодисперсної суміші;

- встановити закономірності руху компонентів на поверхнях робочих органів засобу для приготування ОМС та визначити їх раціональні конструктивно-технологічні параметри;

- розробити методику визначення однорідності складу ОМС;

- дослідити і систематизувати фізико-механічні властивості ОМС та її компонентів;

- дослідити залежність зміни дисперсності та однорідності складу ОМС від параметрів засобу і фізико-механічних властивостей компонентів;

- обґрунтувати економічну ефективність застосування розробленого засобу для приготування ОМС у складі лінії з виробництва ОМД.

Об’єкт досліджень - робочий процес приготування суміші сипких матеріалів, компоненти ОМС, робочі органи засобу для приготування ОМС.

Предмет досліджень - залежність показників якості виконання процесу приготування суміші сипких матеріалів від конструктивно-технологічних параметрів робочих органів засобу для приготування ОМС та фізико-механічних властивостей матеріалів.

Методи дослідження - теоретичні дослідження проведені із застосуванням методів механіко-математичного моделювання, класичної механіки, механіки суцільного середовища, числового розв’язку задач з використанням ЕОМ. Аналіз математичних моделей здійснювавсь за допомогою прикладних та розроблених програм на ЕОМ. Експериментальні дослідження проводились за галузевими й розробленими методиками на стандартизованому та спеціально сконструйованому обладнанні і приладах. При проведенні експериментальних досліджень застосовувався математичний метод планування експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів: вперше запропоновано та використано у теоретичних дослідженнях модель частинки з приведеними параметрами, що враховує силу зчеплення часток; теоретично та експериментально обґрунтовано конструктивно-технологічні параметри засобу для приготування ОМС; запропоновано методику визначення маси дослідної проби ОМС, яка необхідна для оцінки однорідності складу суміші; досліджено ряд фізико-механічних властивостей сапропелю та ОМС, і показано їх вплив на процес приготування суміші.

Практичне значення одержаних результатів. На базі теоретичних та експериментальних досліджень, розроблено засіб для приготування ОМС та визначені раціональні його параметри. За результатами багатофакторного експерименту виведені регресійні залежності, які дають змогу оцінити вплив параметрів вхідного потоку матеріалу, засобу для приготування ОМС та властивостей компонентів на однорідність складу і ступінь подрібнення суміші.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень взяті для використання Інститутом ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського і Волинським обласним державним проектно-технологічним центром охорони родючості ґрунтів і якості продукції „Облдержродючість”.

Особистий внесок здобувача. Основні результати роботи отримані автором особисто. У наукових працях, опублікованих у співавторстві, експериментально встановлено вплив дисперсності ОМС на якість отриманих ОМД [1]; обґрунтовано структуру вхідного потоку компонентів ОМС у засіб для приготування суміші [5, 10]; проведено теоретичне обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів засобу [11, 14]; запропоновано методику визначення маси проби ОМС для встановлення однорідності складу даної суміші [9] та методику визначення згладжуючої здатності засобу для приготування ОМС [3]; обґрунтовано шляхи підвищення ефективності використання ОМД [7]. У технічних рішеннях, захищених двома патентами України [12, 13], частка кожного співавтора однакова.

Апробація результатів дисертації. Основні положення виконаних досліджень, що містяться в дисертації, доповідались і обговорювались на науково-технічних конференціях Луцького державного технічного університету (1998 – 2004рр.), Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (НАУ, м. Київ, 2000 р.), II Міжнародній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (ЛДТУ, м. Луцьк 2001р.), IV Міжнародній науково–практичній конференції ”Сучасні проблеми землеробської механіки” (ХДТУСГ, м. Харків 2003р.), Міжнародній науково-практичній конференції „АГРОМЕХ – 2004” (ЛДАУ, м. Дубляни 2004р.), V Міжнародній науково–практичній конференції ”Сучасні проблеми землеробської механіки” (ВДАУ, м. Вінниця 2004р.), розширеному засіданні наукового семінару кафедри сільськогосподарського машинобудування Луцького державного технічного університету (м. Луцьк 2005р), розширеному засіданні наукового семінару кафедри експлуатації машинно-тракторного парку та ремонту машин Вінницького державного аграрного університету (м. Вінниця 2005р).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 15 друкованих праць, з яких 11 статей у наукових фахових виданнях, 2–у матеріалах і тезах конференцій та 2 – деклараційних патенти України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел зі 165 назв та 6 додатків. Повний обсяг роботи становить 235 сторінки, в т. ч. 74 рисунки і 34 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об’єкт, предмет, методи і задачі, які розв’язуються в роботі, окреслено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію про апробацію, структуру та обсяг роботи.

У першому розділі „Сучасний стан питання та задачі досліджень” проведено аналіз властивостей компонентів ОМС та особливості використання ОМД у сільськогосподарському виробництві, наведено огляд літературних джерел і патентної інформації у галузі розробки та досліджень засобів для приготування сумішей, висвітлено методи оцінки якості приготовленої суміші.

Вагомий вклад у формування наукових основ теорії приготування сумішей зробили вчені: Віденбаум А., Лейсі Д., Штербачек В., Шенкель Г., Торнер Р.В., Ластовцев А.М., Макаров Ю.І., Кошельов Г.Г., Куцин Л.М., Кукта Г.М., Севров К.П., Лінник М.К., Гевко Б.М., Рогатинський Р.М., Пилипець М.І. та інші.

Питанням дослідження властивостей сапропелю присвячені праці Рубінштейна А.Я., Лопотка М.З., Круза Б.В., Богданова С.В., Мартинсона А.Г., Гільзена К.К., Корде Н.В., Титова Є.М., Вирясова Г.П., Єрмоленка В.О., Бодака В.І. та інших.

У результаті проведеного аналізу існуючих літературних джерел та патентної інформації, з урахуванням проблемних ситуацій, існуючих в сфері приготування ОМС, визначені питання, які недостатньо вивчені. Насамперед, це стосується формування вхідного потоку компонентів, параметрів робочих органів засобу для приготування ОМС, методики визначення якості приготовленої ОМС, фізико-механічних властивостей ОМС та її компонентів.

Встановлено також, що змішування в чистому вигляді, без інтенсивного подрібнення складових компонентів, не дозволяє отримати ОМС на основі сапропелю зі сприятливими властивостями для грануляції і, відповідно, в кінцевому вигляді, якісний продукт.

Наведені аргументи зумовили вибір теми дисертації, визначили її мету та завдання.

У другому розділі “Теоретичні дослідження параметрів процесу та засобу для приготування органо-мінеральної суміші” проведено аналіз процесу приготування ОМС та синтез засобу для здійснення згаданого процесу, обґрунтування структури вхідного потоку компонентів, визначено раціональну кутову швидкість обертання лопаті, отримано вираз для визначення маси дослідної проби, яку слід відбирати при дослідженні однорідності складу ОМС.

На основі аналізу процесу приготування ОМС встановлено, що зменшення тривалості та енергоємності змішування і забезпечення заданої якості суміші, досягається зменшенням товщини шару вхідного потоку. При цьому, поверхня контакту компонентів повинна бути орієнтована перпендикулярно до вектора зсуву. Сапропель та сечовину у вхідному потоці потрібно розділяти шаром калімагнезію (рис.1).

Проаналізувавши рівняння Кулона для сипких зв’язних матеріалів, встановлено, що сила тертя частинки сипкого зв’язного матеріалу при відносному її русі рівна:

,

де - приведена сила зчеплення частинки; - коефіцієнт внутрішнього тертя; N- нормальна реакція.

Для визначення приведеної сили зчеплення частинки зроблені такі допущення: компоненти ОМС складаються із дискретних абсолютно твердих частинок кулястої форми масою m, діаметром , кутом вкладання (де- розмір частинок, що складають 50% за масою матеріалу); питоме зчеплення частинок с рівномірно розподіляється між частинками; площини тертя мають прямокутну форму.

Приведена сила зчеплення частинки становить:

.

Швидкість частинки при транспортуванні стрічковим транспортером у момент її відриву від опорної поверхні рівна:

,

де- приведене значення прискорення вільного падіння; - радіус приводного барабана стрічкового транспортера; - висота розміщення центра мас шару компонентів ОМС на стрічці транспортера; - кут, що визначає положення частинки на стрічці транспортера в момент відриву частинки від опорної поверхні.

Для визначення кута отримано залежність:

де - кут, що визначає положення частинки на момент початку ковзання;

- кут внутрішнього тертя.

Кут становить:

,

де - швидкість руху стрічки транспортера.

Інтенсивність процесу змішування компонентів суміші на скатних лотках засобу для приготування ОМС оцінюється коефіцієнтом кратності переорієнтації взаємного положення частинок:

,

де, - відповідно, початкова та кінцева швидкість руху частинки на поверхні скатного лотка;

м – коефіцієнт розпушуваності матеріалу.

Для параболічної поверхні скатного лотка отримано вираз для визначення раціонального значення параметра параболи:

де - кут між горизонталлю та дотичною до твірної поверхні скатного лотка, проведеної через кінцеву точку В твірної (рис.3).

С – постійна інтегрування:

де - кут між горизонталлю та дотичною до твірної поверхні скатного лотка, проведеної через точку А початку твірної (рис.3).

Початком дуги параболи, що служить твірною поверхні скатного лотка, є точка, для якої кут становить:

.

Кінцем дуги вищезгаданої параболи є точка для якої кут рівний:

.

Використавши отримані вирази (7-10), побудовано твірні поверхонь скатних лотків засобу для приготування ОМС ( рис.4).

Для приготування ОМС на основі сапропелю раціональним є застосування пристроїв із самоочищаючими робочими органами. При роботі засобу для приготування ОМС частинки суміші переміщаються на поверхні лопаті. Врахувавши силові фактори, які діють на частинку, та прийняті допущення, записано систему диференційних рівнянь руху частинки на поверхні лопаті засобу для приготування ОМС:

де - проекції вектора відносного прискорення частинки, відповідно, на осі ОХ та ОY неінерціальної системи координат; - проекції вектора відносної швидкості руху частинки, відповідно, на осі ОХ та ОY, - координати розміщення частинки на лопаті; - прискорення вільного падіння; - кут повороту лопаті, відраховується від нижнього вертикального положення; - кутова швидкість обертання лопаті, - коефіцієнт тертя ковзання; - кут встановлення лопаті до площини Х1ОY1 осі обертання О1Х1; - ширина лопаті.

Розв’язок системи нелінійних неоднорідних диференційних рівнянь другого порядку (11) здійснювали числовим методом Рунге-Кутта четвертого порядку, який реалізовано у системі комп’ютерної математики Maple7. На основі отриманого розв’язку, побудовано графічні залежності, що дозволяють визначити раціональні значення кутової швидкості обертання лопаті.

Керуючись тим, що на площу живлення рослини, за умови рівномірного внесення гранульованих ОМД, повинна припадати задана, згідно з агровимогами, норма діючих речовин (N, P2O5, К2O ), отримано залежність для визначення маси проби ОМС, яка використовується при дослідженні однорідності її складу:

де - норми внесення діючих речовин, відповідно, , , в ґрунт; - кількість рослин, що культивується на площі 1 га;, , - процентний вміст діючих речовин, відповідно, N, P2O5, К2O у мінеральних добривах, які використовуються для виробництва ОМД; WN, WP, WK - вологість азотних, фосфорних та калійних добрив відповідно, які використовуються для виробництва ОМД; ?- процентний вміст органічної речовини (сапропелю) в ОМД; В - маса сапропелю, що вноситься із ОМД на 1 га, при його процентному вмісту у цих добривах, у перерахунку на масу абсолютно сухої речовини:

.

У третьому розділі “Програма та методика експериментальних досліджень” викладено програму експериментальних досліджень, наведено методики їх проведення, описано конструкції і принцип дії обладнання, приладів, дослідних установок.

Для дослідження фізико-механічних властивостей ОМС та її компонентів: гранулометричного складу, кута вкладання частинок, кута та коефіцієнта зовнішнього тертя, питомого зчеплення частинок, кута та коефіцієнта внутрішнього тертя, кутів природного відкосу та обвалу, насипної щільності, адгезійних властивостей, використовувались стандартні та спеціально розроблені пристрої та методики.

З метою визначення раціональних конструктивно-технологічних параметрів засобу для приготування ОМС та експериментальної перевірки ефективності його роботи, була виготовлена дослідна установка (рис.6).

Якість ОМС оцінювалася коефіцієнтом неоднорідності складу та ступенем подрібнення. Величина коефіцієнта неоднорідності складу ОМС визначалась за розподілом калію (К2O) у суміші. Вміст калію в ОМС визначався методом титрування. Принцип методу базується на взаємодії гідрогентартрату натрію і калійного добрива з утворенням малорозчинного гідрогентартрату калію. Залишок гідрогентартрату натрію, що залишився невикористаним для зв’язування калію, встановлювали титруванням, а звідси й вміст самого калію у ОМС.

У всіх випадках проведення експериментальних досліджень, повторність дослідів становила 3-6 разів, а отримані результати опрацьовувалися методами математичної статистики.

У четвертому розділі „Результати експериментальних досліджень” представлені результати експериментальних досліджень фізико-механічних властивостей ОМС та її компонентів. Оскільки матрицею ОМД пропонується сапропель, властивості якого вивчені недостатньо, то значна кількість результатів отримана саме в процесі вивчення властивостей сапропелю.

Дослідженнями встановлено, що із збільшенням вологості сапропелю процентний вміст частинок більш крупних фракцій (2 мм) зростає, а дрібних (2 мм) – спадає (табл.1). Це явище обумовлене тим, що із збільшенням вологості сапропелю збільшується сила прилипання між частинками і відбувається укрупнення агрегатів. Явище укрупнення агрегатів є особливо вираженим при вологості сапропелю більше 60 %. В діапазоні вологості W=30,1…60 % процентний вміст фракцій сапропелю із розміром частинок менше 4мм становить від 83 % до 88%.

За результатами дослідження абсолютно сухого сапропелю побудовано інтегральну криву (рис.7) гранулометричного складу сапропелю та визначено розмір частинок, які складають 50% за масою матеріалу d50=1,8.

Результати дослідження кута зовнішнього тертя (рис.8-9) показали, що із збільшенням вологості сапропелю від 30 % до 45...55% значення даного коефіцієнта тертя сапропелю та ОМС на його основі зростає. Це пояснюється тим, що при збільшенні вологості зростають сили молекулярного притягання між вологою досліджуваного матеріалу та поверхнею тертя, і процес вступає у фазу зовнішнього тертя – прилипання. При вологості W=45…55 % (залежно від матеріалу поверхні тертя) значення коефіцієнта тертя сягають максимуму. Подальше збільшення вологості сапропелю супроводжується зменшенням коефіцієнта тертя. Таке явище пояснюється, тим що дана кількість вологи, яка знаходиться на поверхні тертя, виконує роль мастила. В цьому випадку відбувається внутрішнє тертя між шарами вологи. Для ОМС фази зовнішнього тертя – прилипання та внутрішнього тертя між шарами вологи не так явно виражені. Причиною цього є перерозподіл вологи сапропелю між компонентами ОМС при їх змішувані, тому її вплив на процес тертя стає менш вагомий. Найвищі значення динамічних коефіцієнтів тертя зафіксовані по сталі та прогумованій стрічці і становлять для сапропелю, відповідно, f=0,52...0,54 та f=0,51...0,52, а для ОМС – f=0,54...0,56 та f=0,55...0,57.

При дослідженні фосфоритів отримані такі коефіцієнти, залежно від поверхні тертя: сталь – f=0,40, чавун – f=0,41, алюміній –f=0,36, пластмаса – f=0,3, прогумована стрічка – f=0,49.

Аналіз результатів дослідження коефіцієнтів тертя показав, що, як для сапропелю, так і для ОМС на його основі, форми кривих коефіцієнтів внутрішнього (рис.10-11) та зовнішнього тертя (рис.8-9) є подібними. Характер зміни коефіцієнтів внутрішнього тертя пояснюється аналогічними причинами, що і для зовнішнього тертя: зростання в діапазоні вологості для сапропелю W=30...42% та W=30...43% – для ОМС. Коефіцієнт внутрішнього тертя сапропелю набуває максимальних значень при вологості W=41...43% і становить f0=0,28…0,29. Для ОМС вищезгаданий коефіцієнт досягає свого максимуму f0=0,280...0,285 при вологості сапропелю, який використовується для її приготування, W=40...43%. Основною причиною зростання питомого зчеплення частинок, при збільшенні вологості вище W=43...46%, є збільшення сили натягу водяних менісків. Мінімальні значення питомого зчеплення частинок для сапропелю спостерігаються при вологості W=43...46% і становлять c=485...500Н/м2. Для ОМС вищезгаданий показник набуває свого мінімуму c=290...315Н/м2 при вологості використовуваного сапропелю W=42...43 %.

Дослідження насипної щільності показало, що максимальні значення згаданого показника для сапропелю припадають в діапазоні вологості W=35…43% (рис.12) і становлять г0=699...701кг/м3. Для ОМС насипна щільність досягає свого максимуму г0=980...995кг/м3 при вологості W=23…24 % (рис.13).

Липкість сапропелю (рис.14) зростає у діапазоні зміни вологості W від 30% до 40…45% (залежно від матеріалу досліджуваної поверхні). За умови подальшого збільшення вологості спостерігається зменшення даного показника. Максимальні значення липкості сапропелю зафіксовані в діапазоні зміни вологості W=42...45%. Зростання величини липкості сапропелю обумовлене збільшенням сили поверхневого натягу, яка втримує частинки матеріалу на досліджуваній поверхні. Зменшення величини липкості сапропелю при його вологості W>45%, відбувається за рахунок зростання товщини водяної плівки на поверхні контакту, що призводить до роз’єднання шарів вільної вологи. Липкість сапропелю вологістю W=68% практично однакова для всіх випробуваних матеріалів і становить 27...52 Па.

Дослідженнями встановлено, що збільшення тривалості процесу змішування ОМС в межах 0,5...15 хв. призводить до зростання липкості утвореної суміші (рис. 15).

Експериментально отримані значення кута природного відкосу для сапропелю вказують на те, що зростання початкової вологості сапропелю в діапазоні W=30…55% призводить до зменшення даного кута. Мінімальні значення кута природного відкосу сапропелю лежать в діапазоні його вологості W=55…65% і становлять 25...280. Встановлено, що для сапропелю та ОМС кути природного обвалу більші кутів відкосу (рис.16-17).

Результати дослідження кута вкладання частинок сапропелю (рис.18) показали, що величина згаданого кута становить 48...500. Зміна висоти шару матеріалу в межах 0,06-0,16м не чинить значного впливу на величину кута вкладання частинок, оскільки довірчі інтервали результатів досліджень перетинаються.

У п’ятому розділі “Результати лабораторно-виробничих випробувань засобу для приготування ОМС та розрахунок економічної ефективності” проведено перевірку якості роботи засобу для приготування ОМС (рис.19) й розраховано економічну ефективність від його застосування у складі технологічного обладнання з виробництва ОМД.

За результатами пошукових досліджень встановлено фактори, які чинять значний вплив на якість приготування ОМС (коефіцієнт неоднорідності складу ОМС kc та ступінь подрібнення ОМС і): кутова швидкість обертання лопаті щл, ширина лопаті b, товщина вхідного потоку компонентів при вході у засіб для приготування ОМС h, вологість сапропелю W. Для встановлення впливу визначальних факторів на якість приготування ОМС, було проведено математичне планування експерименту. Дослідження проводили згідно із симетричним некомпозиційним планом реалізації експерименту Бокса-Бенкіна другого порядку. Після обробки експериментальних даних отримано такі рівняння регресії у натуральній формі:

коефіцієнт неоднорідності складу ОМС:

ступінь подрібнення ОМС:

Перевірка за критерієм Фішера одержаних залежностей дозволяє твердити, що гіпотеза про адекватність моделей при 5-ти відсотковому рівні значущості не відкидається.

Аналіз отриманих результатів показує, що всі розглянуті фактори мають суттєвий вплив на показники якості приготування ОМС, про що свідчать відповідні коефіцієнти. Найбільш визначальним фактором впливу на однорідність складу ОМС є товщина шару вхідного потоку матеріалу, а на ступінь подрібнення – кутова швидкість обертання лопаті та ширина лопаті. Збільшення товщини шару вхідного потоку матеріалу вище 0,09 м призводить до виходу коефіцієнта неоднорідності складу ОМС за допустимі межі при використанні сапропелю вологістю 50% і вище. Зростання ступеня подрібнення ОМС досягається збільшенням кутової швидкості обертання лопаті та зменшенням ширини лопаті.

Проведено розрахунок економічної ефективності від використання засобу для приготування ОМС під час його експлуатації в складі технологічного обладнання лінії з виробництва ОМД. Розрахунковий річний економічний ефект становить 5613,4 грн.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-прикладної задачі, що виявляється у підвищенні дисперсності й однорідності складу ОМС, у процесі виробництва ОМД, на підставі розкриття сукупного впливу фізико-механічних властивостей матеріалів, параметрів вхідного потоку матеріалу, параметрів робочих органів на показники якості процесу приготування суміші.

1. На підставі аналізу процесу приготування ОМС перед гранулюванням встановлено, що цей процес необхідно здійснювати при мінімальній його тривалості, а однорідність складу гранул ОМД досягається за умови одночасного подрібнення частинок компонентів у процесі змішування. При цьому, у засіб для приготування ОМС компоненти необхідно подавати за допомогою стрічкового транспортеру, на якому вони розміщуються шарами. Для розділення у вхідному потоці сапропелю та сечовини необхідно використовувати шар фосфорних або калійних добрив.

2. Аналіз математичної моделі руху частинки, наділеної силою зв’язності із приведеними параметрами, на поверхні параболічних скатних лотків дозволив обґрунтувати їх раціональні параметри: параметр параболи р0=7,0...8,8; кути, що визначають початок та кінець твірної: и0=51...530, и0=67...700.

3. Аналіз моделі руху частинки ОМС на поверхні лопаті у вигляді системи неоднорідних диференційних рівнянь другого порядку дав змогу теоретично обґрунтувати діапазон раціональних значень кутової швидкості обертання лопаті щл=75...85 с-1, за якої відбувається самоочистка лопатей, подрібнення частинок складових компонентів і їх змішування.

4. Вперше отримано вираз для визначення маси дослідної проби, необхідної для оцінки однорідності складу ОМС перед гранулюванням, яка рівна масі ОМС, необхідній при приготуванні ОМД, з урахуванням умов повноцінного живлення однієї рослини.

5. Експериментальними дослідженнями встановлено, що липкість ОМС суттєво зростає із збільшенням тривалості процесу змішування. Максимальні значення липкості сапропелю зафіксовані у діапазоні вологості W=41...43% по відношенню до прогумованої стрічки, і становлять у=452...460?а. Для сапропелю та ОМС на його основі значення коефіцієнтів внутрішнього тертя менші від зовнішнього. Діаметр частинок сапропелю, що становить 50% за масою матеріалу, рівний d50=1,8 мм. Кут вкладання частинок сапропелю дорівнює 48...500. Для приготування ОМС необхідно використовувати сапропель вологістю не вище 50%.

6. Отримані регресійні залежності коефіцієнта неоднорідності складу та ступеня подрібнення ОМС від параметрів вхідного потоку матеріалу, конструктивно-технологічних параметрів засобу для приготування ОМС, фізико-механічних властивостей сапропелю виявили, що визначальний вплив на однорідність ОМС має товщина вхідного потоку матеріалу у засіб для приготування суміші, а на ступінь подрібнення – кутова швидкість обертання лопаті та ширина лопаті. Ступінь подрібнення компонентів ОМС при приготуванні суміші становить і=1,23...1,31 за зміни кутової швидкості обертання лопаті у діапазоні щл=75...85 с-1 і ширини лопаті b=0,015...0,035 м. Причому, більші значення ступеня подрібнення досягаються збільшенням кутової швидкості обертання лопаті та зменшенням її ширини.

7. На основі комплексного аналізу результатів теоретичних та експериментальних досліджень засобу для приготування ОМС рекомендовано такі раціональні значення параметрів: ширина лопаті 0,025...0,030м, кутова швидкість обертання лопаті 75...80 с-1, кут встановлення лопаті до осі обертання 45...500. Товщина вхідного потоку матеріалу у засіб для приготування ОМС не повинна перевищувати 0,09м при використанні сапропелю вологістю не вище 50%.

8. Розрахунковий річний економічний ефект від використання запропонованого засобу для приготування ОМС у складі технологічного обладнання лінії з виробництва ОМД становить 5613,4 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

АНОТАЦІЇ

Сацюк В.В. Обґрунтування параметрів процесу та засобу для приготування органо-мінеральної суміші. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва – Вінницький державний аграрний університет, Вінниця, 2005.

Дисертацію присвячено дослідженню процесу приготування органо-мінеральної суміші (ОМС), розробці, теоретичним та експериментальним дослідженням засобу для виконання згаданого процесу з метою забезпечення встановленої однорідності та дисперсності складу суміші.

Проведено аналіз наявних способів і засобів для приготування суміші, визначено недоліки та напрямки їх усунення. Обґрунтовано структуру вхідного потоку компонентів, форму та параметри поверхонь скатних лотків, ширину лопаті та кутову швидкість її обертання. Встановлено залежність для визначення маси проби ОМС, яку слід відбирати при дослідженні однорідності складу суміші.

Викладено програму і методику експериментальних досліджень, наведено конструкції та принцип дії лабораторних установок, досліджено фізико-механічні властивості сапропелю та ОМС на його основі.

Під час перевірки якості роботи розробленого засобу для приготування ОМС, отримано рівняння регресії, що дозволяють оцінювати вплив окремих факторів на показники якості суміші.

Розрахунок економічного ефекту від використання розробленого засобу для приготування ОМС підтверджує доцільність його впровадження у виробництво.

Ключові слова: органо-мінеральна суміш, сапропель, засіб для приготування суміші, лопать, однорідність складу, ступінь подрібнення.

Сацюк В.В. Обоснование параметров процесса та средства для приготовления органо-минеральной смеси . – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства – Винницкий государственный аграрный университет, Винница, 2005.

Диссертация посвящена исследованию процесса приготовления органно-минеральной смеси (ОМС), разработке, теоретическим и экспериментальным исследованиям средства для осуществления данного процесса, с целью достижения установленной однородности и дисперсности состава смеси.

Проведен анализ имеющихся способов и средств для приготовления смеси, определены недостатки, направления их устранения. Обосновано структуру входящего потока компонентов. Проведены теоретические исследования процесса приготовления ОМС. Установлена зависимость для определения коэффициента кратности переориентации частиц смеси при движении по наклонных лотках. Теоретически обосновано форму и параметры поверхности наклонных лотков, ширину лопасти и ее угловую скорость вращения. Установлена зависимость для определения массы пробы ОМС, которая необходимая для исследования однородности состава смеси.

Изложена программа и методика экспериментальных опытов, показано конструкцию и принцип действия лабораторных установок.

Определены и проведена систематизация физико-механических свойств сапропеля и ОМС, влияющих на процесс приготовления ОМС: гранулометрический состав, углы и коэффициенты внутреннего и внешнего трения, удельное сцепление частиц, углы естественного откоса, насыпная плотность, липкость, углы укладки частиц.

Разработана и изготовлена экспериментальная установка средства для приготовления ОМС. Осуществлены лабораторно-производственные испытания средства с использованием математического метода планирования эксперимента. Используя результаты проведенных экспериментов, получены уравнения регрессии, позволяющие определить степень измельчения и коэффициент неоднородности состава смеси, а также установить рациональные параметры средства для приготовления ОМС.

Расчет экономического эффекта от использования разработанного средства для приготовления ОМС подтверждает целесообразность его производственного использования.

Ключевые слова: органо-минеральная смесь, сапропель, средство для приготовления смеси, лопасть, однородность состава, степень измельчения.

Satsiuk V.V. The substantiation parameters of process and mean for preparation of organic mineral mixture. – 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. Winnitca state agrarian university, Winnitca, 2005

The dissertation is devoted to the investigation of the process of organic mineral mixture preparing, development, theoretic and experimental investigations of the mean for the mentioned process fulfillment with the purpose of ensuring the fixed homogeneity and dispersity of the mixture composition.

The analysis of the available means and methods for mixture preparing is carried out, there were determined shortcomings and ways of their elimination. The entrance current of the components structure, shape and surface parameters of the roll chutes, blades widths and angle speed of its rotating are grounded. The dependence that is to be selected while investigation of the mixture homogeneity for determining the organic mineral mixture test mass is established.

The program and methods of experimental investigations are stated, laboratory equipment structure and operation principles are listed, physical and mechanical characteristics of sapropel and organic mineral mixture based on it are investigated.

While verification the work of developed mean for organic mineral mixture preparing quality, it were received regression equations that make it possible to evaluate the separate factors influence on the quality indices of the mixture.

Economic effect calculation while using of the developed mean for organic mineral mixture preparing proves expediency of its inculcation into production process.

Key words: organic mineral mixture, sapropel, mean for organic mineral mixture preparing, blade, composition homogeneity, breaking up extent.

______________________________________

Підписано до друку _17. _09_. 2005р.

Формат 60?84 1/16 арк. Ум. друк. арк. 1,5. Папір друк. Тираж 100 прим. Зам. №1530

Віддруковано у редакційно-видавничому відділі ЛДТУ

43018, м. Луцьк, вул. Львівська, 75