Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА УСТРОЙСТВОМ ВОРОШЕНИЯ

Исаев Ю.М. 1 Семашкин Н.М. 1 Каленков С.А. 1 Злобин В.А. 1
1 ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»
Настоящая статья посвящена изучению технологических процессов, происходящих при ворошении зерновой насыпи устройством с рабочим органом в виде спирального винта в условиях зернохранилищ, в частности теоретическим и практическим исследованиям процессов в устройстве для ворошения зерна. Приведено графическое соотношение скорости движения технического средства ворошения зерна по насыпи зерна и способности технического средства пропускать через себя количество зерновой насыпи при разных частотах вращения спирального винта, в сравнении с теоретическими исследованиями. В итоге проведенных исследований получены рациональные значения параметров устройства ворошения зерна, а также уравнения регрессии, позволяющие выявить необходимую частоту вращения спирального винта, чтобы обеспечить необходимую производительность устройства при различном шаге спирали. При этом сравнение результатов полученных экспериментально и теоретически показало, что их сходимость составляет 94 %.
перемещение
ворошение
пропускная способность
уравнения регрессии
скорость перемещения зерна
1. Кошкина А.О. Разработка устройства для ворошения зерновой насыпи и обоснование его параметров: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01 / Кошкина Анастасия Олеговна; [Место защиты: ФГБОУ ВО Башкирский государственный аграрный университет]. – Уфа, 2017. – 155 с.
2. Губейдуллин Х.Х., Семашкин Н.М., Шигапов И.И. Теория перемещения частицы винтовым элементом по плоскости // Аграрная наука. – 2015. – № 1. – С. 29–32.
3. Исаев Ю.М., Губейдуллин Х.Х., Семашкин Н.М., Шигапов И.И. Начальные скорости движения частицы материала при перемещении спиральным винтом // Аграрная наука. – 2014. – № 10. – С. 28–30.
4. Васильев В.Ф. Водометные движители. – М.: МАДИ (ГТУ), 2006. – 45 с.
5. Ibragimov I.D. Optimization of research and methodology work at university in terms of the process approach / I.D. Ibragimov, R.R. Iskhakova, M.A. Galeeva, M.M. Kalashnikova, Yu.V. Ryseva, I.I. Galimzyanova, I.A. Sharonov // Journal of Sustainable Development. – 2015. – Т. 8. – № 3. – С. 234–241.
6. Курдюмов В.И. Исследование эксцентрикового почвообрабатывающего катка / В.И. Курдюмов, Ю.М. Исаев, И.А. Шаронов, В.Е. Прошкин, А.С. Егоров // Наука в центральной России. – 2016. – № 1 (19). – С. 37–45.
7. Долгов В.И. К вопросу об определении пропускной способности устройства для сушки зерна / В.И. Долгов, С.А. Сутягин, Г.В. Карпенко, А.А. Павлушин, В.И. Курдюмов // В сборнике: Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения материалы VIII международной научно-практической конференции. – 2017. – С. 86–89.
8. Журавлев В.А., Павлушин А.А. Оценка эффективности контактной сушки зерна // В сборнике: Аграрный потенциал в системе продовольственного обеспечения: теория и практика: материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Ульяновск: УГСХА, 2016. – С. 134–138.
9. Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Обеззараживание зерна в установке комбинированного типа // В сборнике: Аграрная наука как основа продовольственной безопасности региона: материалы 66-й междуна-родной научно-практической конференции. – Ульяновск: УГСХА, 2015. – С. 181–183.
10. Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Сутягин С.А. Повышение качества сушки зерна в установке контактного типа // Инновации в сельском хозяйстве. – 2015. – № 3 (13). – С. 79–81.
11. Курдюмов В.И., Павлушин А.А., Карпенко Г.В., Сутягин С.А. Тепловая обработка зерна в установках контактного типа: монография. – Ульяновск: УГСХА имени П.А. Столыпина, 2013. – 290 с.

В течение продолжительного хранения зерна возникает множество проблем, связанных с его перемещением, существенными финансовыми затратами, отсутствием соответствующих машин и механизмов. Важным показателем во время хранения зерна в складах являются его температурные значения, поскольку самосогревание зерна внутри самой насыпи нарушает его сохранность. Для исключения самосогревания нужно качественно сушить зерно, вентилировать и т.д. Одним из лучших методов исключения самосогревания зернового материала в складах и его повреждения становится перемешивание насыпи зерна устройством ворошения.

Разработка современного, простого и надежного в эксплуатации технического средства ворошения зерновой насыпи устройством со спирально-винтовым рабочим органом становится актуальной задачей [1, 2].

Зерно, занимающее пространство между витками спирали, оказывается в ограниченных положениях, поэтому теоретическое рассмотрение перемещения зерна спиральным винтом представляется одним из комплексных решений, представляющих собой экспериментальные и теоретические задачи.

Переходя к движению сыпучего потока зерна, запишем формулу которой определим пропускную способность (кг/с) устройства [3]:

isaev01.wmf, (1)

где kn – безразмерный параметр способности технического средства пропускать через себя количество зерновой насыпи; F – сечение спирального винта, где происходит перемещение зернового материала, м2; υ0ср – средняя осевая скорость материала, м/с; ρ – насыпная плотность зерна, кг/м3.

Параметром способности технического средства пропускать через себя количество зерновой насыпи – это число kn ≤ 1, которое показывает часть поперечного сечения рабочего органа (спирального винта) F, где происходит перемещение зернового материала, при средней скорости υ0ср.

Представим выражение (1) в развернутом виде:

isaev02.wmf, (2)

где r2 – наружный радиус спирали, м; r1 – радиус по внутренней образующей спирали по, м.

Для дальнейших расчетов технологического процесса рассмотрим проекцию элементарной площадки спирали на плоскость, перпендикулярной к оси спирального винта isaev03.wmf, где r – расстояние от центра вращения спирали до элементарной площадки, м (рис. 1).

isaev1.tif

Рис. 1. К определению средней скорости зерна

Для площадки dF будем считать, что υ0 и υs будут постоянными, тогда получим значения средней осевой скорости зернового материала на элементарной площадке dr [4–6] (рис. 1):

isaev04.wmf, (3)

где υ0 – осевая скорость каждого единичного зерна, находящегося на площадке dr, м/с.

Средняя окружная скорость единичного зерна по площади сечения спирали

isaev05.wmf, (4)

где υs – переносная скорость каждого единичного зерна, находящегося на площадке dr, м/с.

Заменим в формулах (3) и (4) тригонометрические функции зависимостями, которые можно записать, рассмотрев развертку винтовой линии (рис. 2).

Винтовая линия образуется при вращении точки М с постоянной угловой скоростью с одновременным движением точки в направлении оси вращения также с постоянной скоростью (рис. 2). Из подобия треугольников ΔABC и ΔАМК имеем

isaev06.wmf,

или

isaev07.wmf

isaev2.tif

Рис. 2. Схема винтовой линии

Поскольку isaev08.wmf то isaev09.wmf.

Обозначив isaev10.wmf, получим z = aφ, имеем

isaev11.wmf, isaev12.wmf,

где s – шаг винта, м.

Для упрощения математических преобразований выразим значения sinα и cosα через a:

isaev13.wmf isaev14.wmf

Тогда соответственно осевая и переносная скорости

isaev15.wmf (5)

isaev16.wmf (6)

где ω – частота вращения спирали, мин-1; β – угол между векторами скоростей υ0 и υs, град.

Обозначив q = tgβ и подставив значения υ0 и υs в выражения (5) и (6), получим

isaev17.wmf (7)

Средняя окружная скорость зерна:

isaev18.wmf (8)

Формулы (7) и (8) выведены с учетом того, что пространство между витками полностью заполнено зерновым материалом.

Для спиральных винтов, применяющихся для перемешивания зернового материала в насыпи, с длиной шага спирали 50…100 мм при коэффициенте isaev19.wmf, формуле (7) можно придать более простой вид, а выражение isaev20.wmf запишется в следующем виде [7–9]:

isaev21.wmf

Тогда выражения (7) и (8) примут вид:

isaev22.wmf

isaev23.wmf (9)

isaev24.wmf (10)

Подставив υ0cp в (2), имеем

isaev25.wmf. (11)

Пропускная способность исследуемого технического средства представляет собой сложную функцию значения шага спирали [10, 11]. При известных геометрических и кинематических параметрах спирального винта, насыпной плотности зерновой насыпи, тогда, подставив значения этих данных в выражение (11), можно определить пропускную способность устройства ворошения зерновой насыпи.

В исследуемом устройство устанавливали спиральный винт со следующими параметрами: наружный радиус спирали r2 = 35 мм; шаг спирального винта s = 0,07 м и диаметром проволоки dп = 0,008 м, полная высота спирали H = 2 м. Техническое средство исследовали в бурте пшеницы, насыпная плотность которой ρ = 780 кг/м3. По итогам исследований построены соотношения скорости движения υ технического средства для ворошения по зерновой насыпи при вычислении способности технического средства пропускать через себя количество зерновой насыпи Q при разных частотах вращения ω спирального винта, в сравнении с теоретическими исследованиями (рис. 2).

Тогда уравнение регрессии для скорости перемещения технического средства ворошения зерновой насыпи имеет вид

isaev26.wmf (12)

isaev3.tif

Рис. 3. Скорость движения υ технического средства ворошения зерновой насыпи и пропускная способность Q устройства в зависимости от различной частоты вращения ω спирального винта

isaev4.tif

Рис. 4. Соотношение значений способности технического средства пропускать через себя количество зерновой насыпи Q при различном винтовом шаге спирали s и частоты вращения ω

Рис. 3 изображает зависимость пропускной способности Q (сплошная линия) и скорость перемещения υ устройства (точки) ворошения зерновой насыпи при разных частотах вращения ω.

Также был проанализирован экспериментальный анализ по влиянию шага спирального винта с учётом её диаметра на производительность технического средства ворошения зерна от различной частоты вращения рабочего органа (рис. 4).

По результатам исследований по изучению зависимости шага s рабочего органа (спирали) на производительность устройства и частоты вращения ω также получено выражение (13) в текущих значениях факторов:

isaev27.wmf (13)

Уравнение регрессии (13) в кодированной форме:

y = 0,606 + 0,235x1+ 0,041x12  + 0,218x1 + 0,104x1x2, (14)

где у – пропускная способность технического средства, кг/c; x1 – частота вращения рабочего органа; x2 – винтовой шаг спирали.

Выражения (13) и (14) дают возможность выбрать необходимую частоту вращения спирального винта для получения необходимой производительности технического средства при различном шаге спирали.

При линейном шаге спирали s = 0,070 м оптимальная скорость движения устройства для ворошения υ = 0,68 м/мин составляет при частоте вращения спирали ω = 930 мин-1. Тогда пропускная способность устройства Q = 1,1 кг/с. Сравнение полученных экспериментальных и теоретических данных показало, что сходимость результатов составляет 94 %. Следовательно, данные экспериментальных исследований доказывают справедливость предложенных теоретических зависимостей.


Библиографическая ссылка

Исаев Ю.М., Семашкин Н.М., Каленков С.А., Злобин В.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА УСТРОЙСТВОМ ВОРОШЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2017. – № 11-2. – С. 289-293;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41937 (дата обращения: 13.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074