Интенсификация разгрузки глубоких сельскохозяйственных емкостей

Необходимой составной частью многих мобильных и стационарных сельскохозяйственных машин, установок и сооружений являются оункрры и емкости различных форм.

Наряду с положительными их свойствами: возможность сочетания с любыми механизмами непрерывного или периодического действия, возможность аккумуляции сыпучего материала в том или ином объеме, простота конструкции и обслуживании, большая пропускная способность, относительно незначительные эксплуатационные расходы — они имеют и серьезные недостатки, проявляющиеся в виде перебоев в процессе выдачи. сыпучих материалов и разрушений материала стен (особенно для глубоких емкостей типа элеваторных сило-сов) .

Как показала практика эксплуатации таких емкостей, причиной этих негативных явлений служат образующиеся в массе сыпучих тел и у выпускных отверстий статически устойчивые и неустойчивые своды.

Частое образование сводов во многих случаях приводит к отказу от применения емкостей и к замене их другими рабочими органами или сооружениями, более дорогими и менее производительными, но с большей гарантией бесперебойной работы. Поэтому техническое усовершенствование установок и сооружений, включающих в себя емкости для аккумулирования, хранения, транспортирования, выдачи сыпучих материалов, с целью устранения в них явлений сводообра-зования есть, с одной стороны, борьба за повышение их технологической и технической надежности, а с другой, — борьба за широкое их применение в сельскохозяйственном производстве.

Теоретически этот вопрос для глубоких емкостей разработан недостаточно, хотя в процессе их эксплуатации определились дополнительные устройства, обеспечивающие предотвращение сводооб-разования: шуровочные отверстия, обстукивание стенок днища, установка внутри емкости рассекателей, ворошилок, сводоразрушающих досок и т. д. и т. п.

Однако, обобщая опыт использования этих устройств, В. Бого-мягких /3/ и В. Зашквара /15/ показывают, что увеличение капитальных и эксплуатационных затрат на них не оправдывает себя, так как такие емкости остаются с точки зрения их технологической и технической надежности малоэффективными.

В весьма немногочисленных теоретических работах, посвященных этому вопросу, рассматриваются, как правило, только силы, действующие на стенки глубоких емкостей при покое сыпучего тела. Движение же сыпучих тел в них изучается зачастую лишь экспериментально, причем данные, полученные различными исследованиями, не всегда согласуются. Такое положение в динамике сыпучих тел вообще, и в теории движения сыпучих тел в глубоких емкостях в частности, сдерживает технический процесс в рассматриваемой области.

Справедливость изложенного подтверждается отсутствием научно обоснованной методики расчета технологических и конструктивных параметров глубоких емкостей, а также тем, что до настоящего времени не объяснен ряд явлений, возникающих в глубоких емкостях в результате образования в них сводов движущимся сыпучим телом, а именно: физическая сущность пульсации истекающего из глубокой емкости сыпучего материалапричины разрушения стен глубоких емкостей (особенно емкостей из литого шлакобетона старой постройки) во время выпуска из них сыпучих материаловвлияние сводооб-разования на дозирующую способность емкостей и сглаженность выходящих из их выпускных отверстий потоков сыпучего тела.

Поэтому изучение механики сыпучих тел в условиях образования в них статически устойчивых и неустойчивых сводов и сопровождающих их явлений необходимо для разработки и проектирования научно обоснованных конструктивных, технологических и режимных параметров глубоких емкостей, применяемых в сельскохозяйственном производстве России.

Настоящая диссертационная работа решает часть важных вопросов научно-технической проблемы «Разработать основные принципы теории сводообразующих потоков сыпучих тел и создать на их основе методы и технические средства, интенсифицирующие и улучшающие функционирование сельскохозяйственных емкостей» .

Цель работы — разработать теоретические предпосылки механики сыпучих тел в глубоких емкостях и создать на их основе алгоритм и методику расчета технических средств, повышающих технологическую и техническую надежность работы глубоких емкостей типа элеваторных силосов.

Объект исследований — процесс движения сыпучих тел в глубоких емкостях в условиях образования в них статически устойчивых и неустойчивых сводов.

В качестве рабочей гипотезы в работе принято предположение о возможности повышения технологической и технической надежности работы глубоких емкостей путем использования эффектов явлений сводообразования, проявляющихся в процессе истечения сыпучих тел.

На защиту выносятся следующие научно обоснованные результаты исследований:

1. Модель сыпучего тела и ее допущения, позволяющие рассматривать процесс истечения сыпучих тел из глубоких емкостей с точки зрения образования в них статически устойчивых и неустой.

— 8 чивых сводов.

2. Теоретические предпосылки, объясняющие физическую сущность. возникающих в глубоких емкостях различных явлений и раскрывающие влияние свдообразования на технологическую и техническую надежность последних.

3. Алгоритм и методика расчета параметров глубоких емкостей и их технических средств, обеспечивающих интенсификацию разгрузки емкостей с точки зрения повышения их производительности, улучшения дозирующей способности и увеличения срока службы материала их стен.

— 9.

3.4. Выводы по главе.

Представленный анализ главы позволяет сделать следующие основные выводы:

В глубокой емкости в ее нижней сужающейся части при любом виде истечения существует зона наиболее вероятного возникновения «эквивалентного» свода, отстоящего, как правило, от выпускного отверстия на расстоянии, равном 0, 3 Не.

Частота пульса истечения сыпучего тела (что то же самое частота давления сыпучего тела на стены емкости) возникает в результате образования и разрушения в емкости неустойчивых сводов, наибольшая вероятность возникновения которых наблюдается в зоне (0,3. О, 5) Не.

Наибольшие статические и динамические нагрузки на стены емкости действуют в поперечном сечении емкости в зоне 0,3 Не.

— 94.

Глава 4. АЛГОРИТМ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ИНТЕНСИФИЦИРУЮЩИХ И УЛУЧШАЮЩИХ ПРОЦЕСС РАЗГРУЗКИ ПОЛОСТЕЙ ГЛУБОКИХ ЕМКОСТЕЙ.

Расчет технических средств, интенсифицирующих и улучшающих процесс опорожнения емкостей и предотвращающих их стены от быстрого разрушения, ведется, как правило, в направлении определения зоны постановки их в емкости и их конструктивных и режимных параметров.

Техническое средство представляет собой устройство, которое предназначено для устранения в полостях емкостей плотных сводчатых структур, т. е. их интенсивного разрыхления.

Основные параметры и режим работы этих устройств обусловлены параметрами и характером «поведения» неустойчивых сводов той зоны емкости, где их возникновение наиболее вероятно. Такой зоной, как известно из результатов исследований, является зона возникновения и разрушения эквивалентного неустойчивого свода.

При расчете необходимо учитывать вид истечения сыпучего тела из емкости.

Необходимо также знать физико-механические свойства сыпучего материала: плотность у, углы внутреннегоф и внешнего <р трения, приведенный угол трения фпр, условный диаметр частиц ду, угол укладки и ориентации частиц р в объеме емкости.

Алгоритм и последовательность расчета следующие:

1. Определяется место постановки устройства по формуле (2.12).

Я0-Ян. св). св ^ [" йв~^н.св ^ М (НЭКВ) = - 1п — + - ,.

Ко -#В) ' Ко. с Вйн св) где й0 — половина размера емкости на ее свободной поверхности в продольной плокостийв — половина размера выпускного отверстия емкости;

— угол наклона к вертикали стенки днища емкости (при гидравлическом виде истечения). При нормальном виде истечения При этом 0^ = тг/2-(Зэ-, ф-фПр, где Эш =38° 18, а определяется по значениям о^, у и фпр.

2. Определяется наибольший сводообразующий размер выпускного отверстия по формулам (2.25), (2.26). а) для осесимметричных емкостей.

Он. С В йу г4> (2(Щ+Зу) tg (f^э +Ц) +3,7 н. с в бБгп|Зэ (1+6- tgai) б) для емкостей с щелевым отверстием.

К.св ОуГАо (2т+3у) tg ($эир) +3ргп2|5э Ьщ ] н. с в 2.

В этих формулах.

А0 = tg (^p+a1) tg (pэ, а = tg (^f)+a1) tg (fiэ 1 • СОБ|Зг б = уАгсь^а^+А — А-сЬоа^:

При нормальном виде истечения = Ои.

Ф = Фпр йу = ?/а'Ъ'с', где а', Ь', с' - соответственно длина, ширина и толщина частицы.

Для правильных многоугольных выпускных отверстий йн св=йвн |А/зг, где Явн — радиус вписанной в многоугольник окружности. }x=ntg ж/п, (для конических емкостей), где п — число сторон правильного многоугольникаТ1 — плотность частицы.

3. Стационарный процесс «рождения» и «гибели» эквивалентного неустойчивого свода в первом приближении может быть описан уравнением гармонических колебаний х = Азт ((й0Ь1+аф), где Л.Шо.Оф — соответственно амплитуда, круговая частота и начальная фаза колебаний.

Текущая скорость «деформации» эквивалентного свода при гармоническом колебании определяется по формуле.

V = бХ/йЬ1 = А (1)0 СОБ ((1)0 +Оф) .

Параметры, А и находятся по начальным условиям. При Ь=0×0 =Аз1тщv=A^й0 созо^.

Отсюда находим:

А = /х02 + V2/а)02- tg.