авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

Совершенствование процессов изготовления и использования семенных капсул на основе отходов животноводства и птицеводства

-- [ Страница 2 ] --

Современный уровень теоретических разработок процессов уплотнения дисперсных масс и пористых материалов базируется на ряде фундаментальных работ отечественных исследователей: Бальшина Ю.М., Баландина П.П., Ждановича Г.М., Хасанова О.А., Романа О.К., Виноградова Г.Л. и др. в области порошковой и чёрной металлургии; Наумовича В.М., Дидуха Б.И., Гениева Г.А. и др. в области прессования торфа, деформации грунтов, динамики пластических и сыпучих сред; Горячкина В.П., Алфёрова С.А., Антонова Н.М., Долгова И.А., Некрашевича В.Ф., Завражнова А.И., Особова В.И., Пустыгина М.А. – в области уплотнения растительных материалов; Ковалёва Н.Г., Капустина В.П., и др. – в области упрочнения навозных масс.

В качестве основных параметров процесса прессования исследователи определяют: давление прессования, усилие прессования, пористость, плотность смеси и изделия, скорость прессования, время прессования, работа и мощность процесса и т.д. Единых сложившихся научных подходов в процессе обзора не обнаружено.

При этом в большинстве своём полученные аналитические зависимости базируются на результатах экспериментальных исследований тех или иных материалов и сред, отличающихся по свойствам от отходов животноводства и птицеводства. Исследования выполнены в узких диапазонах изменения варьируемых факторов. Нет единых мнений по стадийности процессов уплотнения. Кривая процесса уплотнения и изменения плотности трактуется также неоднозначно.

При проведении патентных исследований выявлены способы и устройства для изготовления брикетов и капсул.

Процесс изготовления семенных капсул шарообразной формы основан на прессовании смеси требуемого состава встречно движущимися пуансонами, с профилем дуги окружности равной радиусу семенной капсулы. Встречное движение пуансонов осуществляется внутри матрицы, представляющей собой полый цилиндр со стенками значительной толщины, способным выдерживать давления, создаваемые в процессе приложения нагрузок.

Верхний пуансон содержит кроме того стержень конической формы для формирования внутреннего канала, используемого для ввода семян.

Процесс прессования сыпучих тел и порошков сложен и в сельскохозяйственном производстве слабо изучен. В связи с этим предлагаемые для расчётов процесса аналитические зависимости основаны, как правило, на аппроксимации результатов экспериментальных исследований.

Для большого числа материалов, используемых в сельскохозяйственном производстве, подобных исследований вообще не проводилось.

Рассмотрим схему устройства для изготовления семенных капсул и действующих сил при прессовании смеси в закрытой пресс-форме, рисунок 3.

1, 3 – верхний и нижний пуансоны; 2 – стакан (матрица);
4 – конический стержень.

Рисунок 3 – Схема устройства для изготовления семенных капсул
и действующих сил при двухстороннем прессовании смеси
в закрытой пресс-форме.

По правилу сложения сил, рисунок 3, уравнение равновесия запишется в виде:

(1)



где РсВ – усилие прессования, затрачиваемое на развитие деформации смеси верхним пуансоном со сферической поверхностью радиуса Rк, Н; Рк – усилие прессования, затрачиваемое на создание семенного канала капсулы и дальнейшее развитие деформации смеси конусом в зоне семенного канала, Н; Рсн – усилие прессования, затрачиваемое на осуществление деформации смеси нижним пуансоном со сферической поверхностью Rк, Н; – усилие прессования, затрачиваемое на преодоление силы трения смеси по боковым пассивным поверхностям матрицы соответственно, Н; Т1, Т2 – усилие прессования, затрачиваемое на преодоление силы трения пуансона (верхнего и нижнего) по боковым поверхностям матрицы соответственно, Н; RПВ, RПН – радиусы сферы пуансона верхнего и нижнего соответственно, RПВ = RПН = RК, м; RК – радиус капсулы, м; ок – радиус основания конического стержня, м; , – угол при вершине конуса, град; lкс, Нк – длина образующей и высота конического стержня, соответственно, м; h1, h2 – величина перемещений пуансонов верхнего и нижнего, соответственно, м; Нн – высота насыпки смеси, м; – сила бокового распора, Н.

Составляющие уравнения (1) определяются следующими зависимостями:

(2)

(3)

(4)

(5)

где RМ – радиус матрицы, Н; N – нормальное усилие, действующее на поверхности конуса, Н; экв – эквивалентное напряжение, МПа;
Sк – площадь конуса, м2; f1 – коэффициент трения верхнего пуансона о поверхность матрицы; f2 – коэффициент трения нижнего пуансона о поверхность матрицы; – коэффициент бокового распора, соответственно; f3, f4 – коэффициент трения смеси о поверхность матрицы.

Используя выражения (2, 3, 4, 5), уравнение равновесия действующих сил (1) примет вид:

(6)

С учётом основных положений теории напряжений и параметров устройства уравнение (6) запишется в следующем виде:

(7)

где п – предельные напряжения, МПа; 0 – предельное касательное напряжение сдвига, МПа.

Полученные теоретические зависимости позволяют определять силу прессования на прессштемпеле с учётом прочностных свойств семенных капсул при сжатии, физико-механических свойств исходного материала, параметров капсулы, пуансонов и матрицы.

Определение удельной работы сжатия базируется на использовании закона сохранения энергии. При пластических и упругих деформациях смеси работа поверхностных сил (внешних) А1 равна работе внутренних сил А2.

А1 = А2, Дж (8)

Работа поверхностных сил равна алгебраической сумме активных сил (А1), приложенных к прессштемпелю, поверхностных сил трения смеси по пассивной формообразующей поверхности матрицы (Атр с) и сил трения верхнего и нижнего пуансонов о поверхность матрицы (Атр П).

А1 = Ашт – (Атр с+Атр П). Дж (9)

Работа внутренних сил равна алгебраической сумме работ на формоизменение (Аф) прессуемой смеси и развитие упругих и пластических деформаций (Ад):

А2 = Аф + Ад (10)

с использованием зависимостей (9) и (10) имеем:

Ашт = Аф+Ад+Атр с+Атр П. (11)

Составляющие уравнения (11) Аф, Ад, Атр с, Атр П связаны с величиной давления на прессштемпеле и перемещением пуансонов в матрице.

При установившемся процессе прессования закон сохранения энергии можно выразить через мощность:

NП = Nф + Nд + Nтр с + Nтр П, (12)

где NП – мощность затрачиваемая на прессование смеси (мощность поверхностных – активных сил), кВт; Nф, Nд – мощность формоизменения и деформаций смеси, соответственно, кВт; Nтр с, Nтр П – мощности сил трения смеси и пуансонов, соответственно, кВт.

Мощность – это произведение силы на скорость. Выражение (12) можно выразить уравнением:

NП = P·V, кВт (13)

где Р – усилие прессования, Н; V – скорость прессования, м/с.

Скорость прессования (в первом приближении с учётом допущений о постоянстве скорости движения смеси на различных участках) можно определить согласно выражения:

м/с, (14)

где tсж – время сжатия смеси до момента образования капсулы, с.

Производительность процесса прессования в первом приближении можно определить согласно выражения:

– производительность при изготовлении одной шарообразной капсулы

кг/с, (15)

где Dк – диаметр капсулы, м; – плотность капсулы, кг/м3.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» представлены методические подходы к реализации поставленных задач, а также программа экспериментальных исследований.

Использованы ГОСТ 12041-82, ГОСТ 28268-69, ГОСТ 26483-85, ГОСТ 26212-91, ГОСТ 12036-85, ГОСТ 12042-89, ГОСТ Р 52778-2007.

При исследованиях применялись приборы для регистрации упругих характеристик капсул (динамометры сжатия, индикаторы), ротационный вискозиметр, тензорезисторы для определения усилий и давления прессования и т.д.

Схема лабораторной установки для изготовления семенных капсул представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема лабораторной установки для изготовления
семенных капсул.

В качестве критериев оптимизации процесса прессования многокомпонентной смеси принята механическая прочность семенной капсулы на сжатие и удельная работа прессования во взаимосвязи с факторами: удельным давлением прессования (Х2 = 6...8 МПа), влажностью смеси (Х1 = 15...35%), массовой долей птичьего помёта в смеси (Х3 = 30...50%). Исследования выполнены с использованием методов планирования многофакторного эксперимента.

В четвёртом разделе «Экспериментальные исследования» представлены результаты исследований по определению прочностных свойств семенных капсул, удельной работы прессования многокомпонентных смесей, изложены показатели физико-механических свойств семенных капсул, сравнительных эксплуатационно-технологических показателей работы посевных агрегатов, показатели посева капсулированных семян, отражена динамика роста растений.

По результатам реализации плана второго порядка Бокса-Бенкина получено уравнение регрессии вида:

(16)

Коэффициенты уравнения значимы. Расчётное число критерия Фишера при 5% уровне значимости равно Fр=1,9 меньше табличного Fт=2,1 (1,9 < 2,1). Гипотеза адекватности описания уравнением результатов эксперимента считается верной с 95%-ой вероятностью.

Поверхность отклика (16) относится к поверхности типа минимакса (коэффициенты регрессии имеют разные знаки). Центр фигуры находится вблизи центра эксперимента.

Увеличение влажности смеси приводит к снижению удельного давления прессования, а, следовательно, и к снижению механической прочности семенной капсулы на сжатие. Рост удельного давления прессования приводит к увеличению прочности капсулы. Увеличение массовой доли птичьего помёта в смеси ведёт к росту механической прочности капсулы, так как помёт является хорошим пластификатором и ведёт к упрочнению структуры капсулы.

На рисунках 5, 6, 7 представлены двумерные сечения поверхности отклика, характеризующей механическую прочность семенных капсул на сжатие при различных значениях факторов Х1, Х2, Х3.

Оптимальное значение критерия оптимизации составляет = 1,6...1,8 МПа при влажности смеси w=25%, массовой доле птичьего помёта на уровне Х3=37,5%, удельном давлении прессования, Х1= 5...5,5 МПа. Дальнейшее упрочнение структуры семенной капсулы связано с увеличением энергетических затрат и ухудшением влагопоглощения.

Удельная работа сжатия рассчитана на 1 кг исходной смеси по выражению:

(17)

где F – площадь графика, мм2; 1, 2 – масштабы силы и перемещений, Н/мм;
m – масса сжимаемой смеси, кг.

По результатам реализации матрицы экспериментов получено уравнение регрессии вида:

(18)

Все коэффициенты уравнения (18) значимы. Табличное значение критерия Фишера Fт=2,1. Расчётное значение Fр=1,72 меньше табличного Fр<Fт (1,72<2,1). Гипотеза адекватности описания результатов эксперимента уравнением (18) считается верной с вероятностью 95%. Двухмерные сечения поверхности отклика представлены на рисунках 8, 9, 10.

Анализируя двумерные сечения поверхности отклика, можно отметить, что оптимальное значение удельной работы сжатия смеси для получения семенной капсулы находится в интервале А=24,9...29,9 кДж/кг, при влажности исходной смеси 27...28% и массовой доле птичьего помёта 36...37,5%.

Ввиду отсутствия посевных машин, кроме созданного посевного агрегата, способных осуществлять высев капсулированных семян с диаметром 18...20 мм, при сравнительных испытаниях использовали картофелесажалки 2 и 6 рядного исполнения.

Эксплуатационно-технологические показатели и показатели качества работы агрегатов на посеве капсулированных семян представлены в таблицах 1, 2.

Таблица 1 – Эксплуатационно-технологические показатели работы МТА на посеве капсулированных семян (V=6 км/ч)

Состав машинно-тракторного агрегата Производительность агрегата за 1 час сменного времени, га/ч Расход
топлива, кг/га
МТЗ-80/82+ 4-х рядная картофелесажалка (HASSIA SL, Колнаг 0,8 7,2
МТЗ-80/82+ 2-х рядная картофелесажалка (HASSIA SL, Колнаг 0,38 6,8
МТЗ-80/82 + сеялка 8-рядная
(ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии)
2,7 2,3
John Dur 7830 + комбинация Grimme фреза + сажалка 2-х рядная 1,15 32




Таблица 2 – Показатели качества работы машин при посеве капсулированных семян сахарной свеклы

Тип применяемых машин
и их рядность
Диаметр используемых капсул, мм Фактическая норма высева капсулированных семян, шт/м Отклонение от заданной нормы высева капсулированных семян, % Коэффициент
вариации распределения всходов
в рядке, %
min max cредний
Картофелесажалка 2-х рядная
(HASSIA SL,
Колнаг)
40 5 4,0 90 146 120
60 5 -8,0 79 243 151
Картофелесажалка 4-х рядная
(HASSIA SL,
Колнаг)
40 5 -5,4 85 138 108
60 6 7,3 63 320 205
Модернизированная сеялка для высева капсулированных семян 8-рядная (ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии) 18 6 -1,7 15 40 24
20 6 -2,4 22 46 35


Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.