Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ П
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТРАНСПОРТНО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ КОМБИКОРМОВЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИХ РАЗВИТИЮ 18
1.1. Сырьевая база комбикормовых предприятий 18
1.1.1. Номенклатура компонентов комбикормов 18
1.1.2- Физико-механические свойства компонентов комбикорма 18
1.2. Транспортно-складскне операции с компонентами
комбикормов 18
1.2Л. Транспортно-складские операции с комбикормовым сырьем, при
хранении его насыпью и в мешкотаре 20
1.2.2. Обзор транспортно-складских операции с комбикормовым сырьем
в контейнерах 28
Классификация транспортно-складских систем 29
Оценка технического уровня и эффективности функционирования транспортно-складских систем 34
Научные основы проектирования бувкерао-силосных устройств 42
Развитие конструктивно-технологических схем бункерно-силосных устройств , 50
1.7. Выводы по первому разделу 69
1.8 Постановка проблемы, цели н задачи исследования 71
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ
ТРАНСПОРТНО-СКЛАДСКИХ СИСТЕМ КОМБИКОРМО
ВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 73
2.1. Общая модель технической системы обеспечения
комбикормового предприятия сырьем 73
* 2.2. Параметрическая модель функционирования подсистемы
хранения сырья на комбикормовом предприятии 84
2.3. Целевые экономические функции оптимизации системы
обеспечения комбикормового предприятия сырьем 96
3- ОСНОВЫ НАУЧНОЙ ГИПОТЕЗЫ И ТЕОРИЯ
УПРАВЛЯЕМОГО ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ
МАТЕРИАЛОВ ИЗ БУНКЕРНО-СИЛОСНЫХ ЕМКОСТЕЙ ... 104 3*1. Анализ классических форм истечения материалов из бункеров
и снлосов как основы научной гипотезы 104
Научная гипотеза об управляемом процессе извлечения материалов из бункерно-силосных емкостей 115
Извлечение материала из бункера через придонную щель по периферии его поперечного сечения 120
3.3.1 Извлечение материала и его остатков из бункера цилиндрической
формы с плоским дном 120
Извлечение материала из цилиндрического бункера с конусным дном 123
Извлечение материала из бункера цилиндрической формы с косвенной заслонкой 128
Извлечение материала из бункера прямоугольного поперечного сечения 138
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БУНКЕРНО-
СИЛОСНЫХ УСТРОЙСТВ С УПРАВЛЯЕМЫМ
ПРОЦЕССОМ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 145
4,1. Программа и методика экспериментальных 145
исследований
4.1.1, Программа экспериментальных исследований 145
4.1.2. Техническое обеспечение экспериментальных исследований 146
4,1,2.1 Измерительно-вычислительный комплекс для регистрации и
- обработки результатов экспериментальных исследований 146
4.L2.2 Лабораторные установки для исследования цилиндрических
бункерных устройств 154
4.1.2.3 Лабораторно-производственные установки для исследования
бункерных устройств с прямоугольным поперечным сечением 163
4,13. Методика экспериментальных исследований 167
4.2. Исследование физико-механических свойств компонентов
комбикормов 176
4.2Л. Влажность, гранулометрический состав, объемная плотность, углы
естественного откоса и обрушения , 176
Изменение свойств ингредиентов комбикормов при их сжатии 179
Сопротивление сдвигу сыпучих грузов.- 183
4.3, Исследование бункерных устройств цилиндрической формы с
придонными выпускными окнами по периметру бункера
(силоса) 186
4.3Л. Влияние ширины щелевого отверстия на производительность и
энергоемкость процесса выпуска материалов 186
Влияние частоты вращения лопастного колеса на производительность и энергоемкость бункерного устройства 187
Влияние высоты столба материала в бункере на оценочные показатели работы бункерного устройства 190
Влияние отношения радиусов дуги отвальной поверхности рабочего органа и дна бункерного устройства на его производительность и удельную энергоемкость 191
4.3.5. Влияние изменения высоты рабочего органа на оценочные
показатели работы бункерного устройства 196
43.6. Влияние шага расстановки рабочих органов на
производительность и энергоемкость процесса выпуска материала
из бункерного устройства 196
43.7. Влияние величины перемещения рабочих органов в полость
бункера на производительность, удельную энергоемкость и на
наличие остатка материала в бункере * 199
4.4. Исследование бункерных устройств с прямоугольным
поперечным сечением и придонными выпускными окнами по
периметру бункера (силоса) 202
Влияние угла захвата рабочего органа побудителя бункерного устройства на его производительность и тяговое сопротивление 202
Влияние высоты насыпи материала в бункере на производительность и тяговое сопротивление рабочего органа 206
Влияние глубины внедрения рабочего органа бункерного побудителя на его оценочные показатели 207
Влияние ширины щелевого отверстия бункерного устройства на производительность и тяговое сопротивление рабочего органа 209
4.4-5. Влияние скорости перемещения рабочего органа на оценочные
показатели работы бункерного устройства 211
Влияние высоты рабочего органа на его производительность и тяговое сопротивление 213
Влияние шага расстановки рабочих органов на оценочные показатели побудителя 214
4.5, Экспериментальные исследования систем выгрузки
материала из бункеров (силосов) с «косвенной заслонкой» 214
4,5,1, Исследование бункеров (силосов) цилиндрической формы.,. 214
4-5.1.1 Влияние площади выпускного отеерстияна производительность и
удельные энергозатраты питателя 214
Влияние скорости перемещения рабочего органа питателя-побудителя на истечение компонентов из полости бункера 217
Исследование цилиндрического бункерного устройства в производственных условиях 218
4.5.2- Исследование бункеров с прямоугольным поперечным сечением... 220
Влияние угла установки рабочего органа к штанге питателя на оценочные показатели процесса выпуска материала 220
Влияние шага расстановки скребков на производительность и тяговое сопротивление питателя 223
4.6 Исследование системы выгрузки материалов из бункера
(силоса) со сводообрушнтелем селективного действия 223
Определение влияния угла наклона конусного дна на наличие остатка материала в полости бункера 224
Определение влияния отношения H/R конусного дна на ширину кольцевого выгрузного окна при постоянном времени сводообразования 225
Определение критической площади выпускного отверстия 225
Влияние высоты засыпки материала на энергоемкость и производительность сводообрушителя 229
Влияние скорости вращения сводообрушителя на энергоемкость выпуска материала из бункера 229
4.6-6 Определение вида истечения из предлагаемого бункерного
устройства 230
4.6-7 Определение зависимости расхода материала от времени в рамках
одного цикла сводообразования 233
4,7* Определение напряжений, возникающих на ограждающих
конструкциях бункеров цилиндрической формы 233
Исследование горизонтальных напряжений 233
Исследование удельного давления на дно бункера 255
5. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ВЫГРУЗКИ
ТРУДНОСЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ БУНКЕРОВ И
СИЛОСОВ 238
5.1- Общие положения при проектировании траиспортио-
складских систем комбикормовых предприятии 238
5*2. Расчет и проектирование предлагаемых технических решений, 241
5.2 Л. Определение параметров бункера со стимулятором истечения 241
5-2.2. Расчет параметров бункера с лопастным побудителем истечения... 245
5.2.3. Расчет бункера с «косвенной заслонкой» 247
5-2-4. Определение параметров бункерного устройства со
сводообрушителем 248
6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 250
Общие положения и предпосылки для расчетов экономической эффективности предложенных технических решении 250
Технические устройства бункерного типа для складирования и ввода компонентов комбикормов в производственный процесс , , 251
Технические устройства для сырья животного происхождения...... 252
Технические устройства для сырья рыбной промышленности 253
Технические устройства для продуктов минерального происхождения 254
6.3. Расчеты экономических показателей предлагаемых
конструктивных решений 255
6.3Л, Оценка технических решений для хранения и выдачи сырьевых
компонентов 255
6.3-2. Оценка технических решений для хранения и отпуска готовой
продукции 257
Реализация результатов исследований 258
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 262
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 266
ПРИЛОЖЕНИЯ 293
Введение к работе
Актуальность проблемы. Концепцией развития животноводства в России до 2010 года, одобренной научной сессией Россельхозакадемией и коллегией Минсельхоза России в 2001 году, для обеспечения производства животноводческой продукции в объемах, необходимых и достаточных для обеспечения душевого потребления продуктов питания на уровне медицинских норм, предусматривается довести производство комбикормов в 2005 г. до 62,5 млн. т и в 2010 г. - до 81,8 млн. т (при использовании в настоящее время не более 16... 17 млн, т, в том числе приготовленных на комбикормовых заводах 8,2 млн. т). Из фуражного зерна примерно 54 % будет использоваться комбикормовой промышленностьк^ а остальная часть — для производства кормосмесей, приготавливаемых непосредственно в хозяйствах или на межхозяйственных предприятиях.
Первое направление позволяет реализовать современные технологии, максимально использовать достижения науки и техники для обеспечения эффективного производства высококачественной продукции» Второе направление обеспечивает сокращение затрат на перевозку сырья, готовой продукции и производства качественного комбикорма с низкими издержками. В этих условиях комбикормовые заводы должны производить сложные комбикорма, а комбикормовые цехи хозяйств - приготавливать качественные смеси-комбикорма на основе собственного фуражного зерна и промышленных белково-витаминных добавок (БВД). Реализация этой концепции обеспечивает снижение удельных затрат компонентов на получение продукции в 1,5 раза и экономию фуражного зерна-6,.-7 млн. тв год.
Однако с развитием рыночных отношений произошла полная обособленность комбикормовых заводов, неоправданно выросли затраты на перевозки. Прямые затраты в себестоимости продукции составляют 35.,,40%
12 вместо традиционных - 8...10%, а энергозатраты соответственно - 5.,,6 % вместо 0,3 -0,4%.
Производители промышленных комбикормов наиболее ценные компоненты получают поставками различными видами транспорта. Причем география производства некоторых компонентов лежит за пределами одного региона, и доставка их сопряжена со значительной грузовой переработкой, включающей складирование и хранение, а также внутризаводское их транспортирование.
Уровень комплексной механизации технологических процессов основного производства комбикормов на современных заводах достигает 95...98%, а во вспомогательных - погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских (ПРТС), не превышает 60-..70%. Еще ниже этот показатель для компонентов комбикорма животного, микробиологического и минерального происхождения - 30.. .40%. Это является основным препятствием для перехода комбикормовых производств к мало затратным технологиям. При этом только бункерно-силосное хранение обеспечивает поточность и надежность функционирования процессов складирования, хранения, выпуска компонентов и готовой продукции и предотвращает контакт грызунов и птицы с кормами. Склады силосного типа менее материалоемки> а коэффициент использования их объема близок к единице.
В свою очередь, тарные поставки этих грузов препятствуют поточности производства и требуют на этих работах присутствия человека в условиях высокой запыленности складских помещений. Коэффициент вместимости при эксплуатации стеллажных складов значительно уступает бункерно-складскому хранению.
Таким образом, анализ функционирования технических систем доставки, разгрузки, складирования, хранения, выпуска и ввода компонентов в комбикормовое производство показал наиболее полное соответствие технологическим, экономическим и эколого-эпидемиологическим требованиям систем, одним из основных элементов которых являются
13 бункерные и силосные хранилища. Однако существующие их конструкции не могут обеспечить стабильный выпуск упомянутых грузов, а, следовательно, бесперебойную работу всей системы из-за существования ряда негативных явлений в полости хранилищ.
Поэтому научное обоснование и разработка технико-технологических решений, направленных на повышение эффективности функционирования транспортно-технологических систем обеспечения комбикормовых предприятий сырьем, в том числе повышение надежности технологического процесса выпуска трудносыпучих компонентов являются актуальными.
Объектом исследований являются внутрипроизводственные транспортно-технологические системы доставки, приема, хранения и ввода трудносыпучих компонентов комбикорма в технологические линии комбикормовых предприятий»
Методические основы исследований: математическое,
параметрическое и экономико-математическое моделирование технических систем, теория процесса истечения материалов из емкостей, теория вероятностей и математической статистики, натурный эксперимент.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами государственных приемочных и производственных испытаний, разработанных технических средств, эффективным использованием на транспорте и на предприятиях агропромышленного комплекса.
Научную новизну работы составляют:
параметрическая модель функционирования транспортно-технологических систем обеспечения комбикормового производства сырьем, отличающаяся системным подходом, аналитическим описанием и методом статистической обработки, экспертных оценок, количественных и качественных параметров и показателей элементов этих систем, и позволяющая осуществлять анализ и принятие оптимальных
14 организационно-технических решений при их проектировании и эксплуатации;
новый способ организации эффективного и надежного процесса выпуска трудносыпучих грузов из емкостей, отличающийся рациональным сочетанием гравитационного истечения и принудительного извлечения материала; использованием «пристенного эффекта», стимулирующего истечение материала; применением подвижного кольцевого затвора в придонной зоне емкости для регулирования производительности выпуска груза и разрушения возникающих в нем сводов; использованием питателей для принудительного выноса груза;
аналитические выражения для оптимизации параметров новых емкостей и технических средств выпуска из них трудносыпучих материалов при проектировании и эксплуатации.
Практическую ценность работы составляют:
- методика принятия оптимальных решений при проектировании и
организации эффективного использования транспортно-технологическях
систем обеспечения комбикормовых предприятий сырьем, основанная на
использовании метода параметрического моделирования процессов их
функционирования;
методика расчета горизонтального давления насыпи груза в выгрузной воронке силоса;
технические решения по семейству новых емкостей бункерно-силосного типа устройств и средств выпуска из них трудносыпучих грузов;
опытные образцы технических средств выпуска трудносыпучих грузов из бункеров и силосов (четыре наименования);
- учебные пособия для студентов вузов (три наименования).
Реализация результатов исследований. Результаты исследований,
техническая документация на семейство новых бункерно-силосных устройств и средств выгрузки из них трудносыпучих материалов, и принципиальные схемы модернизации существующих транспортно-
15
складских систем комбикормовых предприятий используются при
проектировании и разработке складских комплексов для сыпучих грузов
различной связности ФГНУ НІ П4 Гипросельхоз и
«ПРОМТРАНСНИИПРОЕКТ»; при проектировании загрузочных систем
подвижного состава железнодорожного транспорта и бункерных фронтов
разгрузки насыпных грузов ФГУП «Желдорпроект» Поволжья; при
проектировании бункерно-силосных хранилищ (пивная дробина)
транспортно-складского комплекса филиала ОАО «Пивоваренная компания
«Балтика» - «Балтика-Самара»; при проектировании транспортно-складских
систем комбикормовых и мельничных производств ЗАО «Росхлебопроект-
Самара». Методика оценки функционирования бункеров, силосов и кузовов
транспортных средств и рекомендации по разрушению сводов в полости
хранилищ используется проектным институтом ОАО
«Волюэнергопромстройпроект».
Выпушены опытные партии машин и оборудования: бункер для разгрузки сыпучих материалов по свидетельству на полезную модель № 15987 - 2 шт.; бункерное устройство по патенту № 2115612 - 2 шт., бункерное устройство по патенту № 2146219 - 3 шт., бункерное устройство по патенту № 2148315 - 2 шт. Упомянутые машины н оборудование используются па Алексеевском комбикормовом заводе Самарской области.
С рекомендацией о выпуске опытной партии успешно прошел государственные приемные испытания передвижной бункер для трудносыпучих компонентов. Технические решения бункерно-силосных систем и методика оценки их функционирования внедрены в учебный процесс высших учебных заведений сельскохозяйственного профиля и учебных заведений Минтранса.
Апробация результатов исследований. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов факультета механизации сельского хозяйства Самарской ГСХА (г, Кинель) в
1998, 1999, 2000, 2001 и 2003 п\; на научных конференциях профессорско-
преподавательского состава, сотрудников и аспирантов по итогам научно-
исследовательской работы СГАУ им. Н,И. Вавилова (г. Саратов) в 1997,
1998, 1999, 2000, 2001 и 2002гг.; на Международной конференции молодых
ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (г, Самара,
2000); на научно-технической конференции «Технологии, технические
средства для животноводства в XXI веке и проблемы качества продукции»
(ВНИИМЖ, г. Москва, 2000); на 2-й Международной отраслевой научно-
технической конференции «Актуальные проблемы развития
железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении»
(РГУПС, г, Ростов-на-Дону, 2000); на 4-й межвузовской научно-
методической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития
железнодорожного транспорта» (РГОТУПС, г, Москва, 1999); на 3-й
Международной научно-практической конференции «Безопасность
транспортных систем» (МАНЭБ, г. Самара, 2002); на 4-й научно-
практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на
железнодорожном транспорте» (МИИТ, г, Москва, 2001); на 2-й научно-
практической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника»
(Северо-западный НИИ МЭСХ, г. С.-Петербург-Павловск, 2000); на
Международных научно-технических конференциях «Промышленный
транспорт на пороге XXI века» в АС «Промтранс», г. Москва) в 1999, 2000,
2001, 2002 и 2003гг.; на XIII Международной специализированной выставке
«АГРО-2003» (г. Уфа, 2003); на Международном экологическом форуме
«День Балтийского моря» (г. С.-Петербург, 2003); на межвузовской научно-
практической конференции «Вклад ученых вузов в научно-технический
прогресс на железнодорожном транспорте» (г. Самара, СамГАПС, 2003).
Публикации. По результатам исследований опубликовано: 42 научных работы, в том числе три учебных пособия, 33 статьи в ведущих научных журналах и сборниках, 6 патентов.
17 Научные положения, выносимые на защиту:
- оптимизация параметров технической системы обеспечения
сырьевыми ресурсами комбикормовых предприятий на основе
параметрической модели функционирования транспортно-технологических
комплексов, учитывающей количественные и качественные параметры и
показатели входящих в них технических устройств и оборудования;
новое представление процесса выпуска трудносыпучих грузов из бункерных (силосных) хранилищ и кузовов транспортных средств, основанное на использовании сочетания гравитационного истечения и управляемого процесса их извлечения через сформированное по периферии хранилища щелевое выпускное отверстие;
методика проектирования новых технических систем извлечения трудносыпучих грузов из бункеров (силосов) и кузовов транспортных средств с использованием извлекателей различного типа: встраиваемого в щелевое выпускное отверстие по периметру емкости, использующего косвенную заслонку у его дна и стимулятор истечения материала селективного включения;
аналитические выражения (методика проектирования) для определения статистических характеристик потоков выпускаемых грузов и энергетических показателей функционирования семейства новых бункерных устройств, позволяющие оптимизировать их параметры и энергоемкость при проектировании.
