О повышении надежности систем пневматического транспорта Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

В заключение следует отметить:

- приведенные обобщенные показатели качества работы МТА Кд3, Кор и Ктр наиболее объективно оценивают приспособляемость агрегата и его составляющих к агротехнике выполняемых работ;

- разработанная методика определения показателей Каз, Кор и Ктр дает обоснованное представление о характере качественной стороны работы лесохозяйственного МТА;

- полученные данные свидетельствуют о хорошем качестве работы агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У в характерных условиях лесокультурных площадей Карелии.

Литература

1. Цыпук А.М. Повышение эффективности лесовосстановительных работ ресурсосберегающей технологией: автреф. дис. ... д-ра техн. наук. - СПб.: Изд-во СПбГЛТА, 1996. - 37 с.

2. Трелевочный трактор ТДТ-55А и его модификации: учеб. пособие / О.В. Федосеев, В.И. Гофман, Е.М. Крашенинников [и др.]. - М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 296 с.

3. Толкатель клиновидный тК-1,2: Паспорт и инструкция по эксплуатации / Петрозаводский РМЗ. - Петрозаводск, 1985. - 7 с.

4. Инструкция по комплексной технологии лесовосстановления (посадка леса, посев, содействие естественному возобновлению) с использованием лункообразователя Л-2У. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2005. - 22 с.

---------♦-----------

УДК 621.547:631.3 И.В. Паневин

О ПОВЫШЕНИИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕ М ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

Предложен способ разрушения прочных спрессованных структур сыпучего материала в транспортном mpy6onpoeode, дающий возможность ликвидировать завалы без демонтажа трубопровода.

Ключевые слова: сыпучий материал, пневматическое транспортирование, запорное устройство, надежность системы.

I.V. Panevin

ON PNEUMATIC TRANSPORT SYSTEM RELIABILITY INCREASE

The way to destruct the strong pressed structures of granular material in transport pipeline, giving the chance to liquidate blockages without pipeline dismantling is offered.

Key words: granular material, pneumatic transportation, lock-up device, system reliability.

На основе опыта эксплуатации пневмотранспортных установок выработалось устойчивое мнение, что после случайного или преднамеренного прекращения процесса транспортирования последующее его возобновление невозможно без приведения всей системы в исходное состояние.

Существование подобного мнения объясняется тем, что прекращение процесса транспортирования сопровождается образованием в трубопроводе устойчивой пробки из транспортируемого материала. При этом известно, что процесс увеличения пробки во времени идет дискретно, и конечная длина ее определяется свойствами материала, диаметром трубопровода и рабочим давлением в системе [2; 3].

Очевидно, что для окончательно установившейся длины пробки существует равновесие сил. С одной стороны, это силы, определяемые фильтрацией газа через пробку материала, с другой - силы, определяемые прочностью сводовых структур уплотненного материала. Если в начале пробки длиной I давление Р1, а в конце Р0 и Р1 > Р0, то разрушение пробки может происходить только со стороны давления Р0. При этом критической величиной будет являться допускаемый градиент давления [дР/дх] на конце пробки [1].

Для нахождения градиента давления на конце пробки воспользуемся уравнением неустановившейся фильтрации газа, приняв для упрощения коэффициент о/е (где о - константа фильтрации [м4/(Н-с)1, е - пористость материала) постоянным по длине:

а д ^ дР _ дР в дх дх ді ”

(1)

где 1 - время, с;

х - глубина фильтрации, м.

Поскольку в рассматриваемом случае максимальный градиент давления на конце пробки будет существовать при установившемся режиме фильтрации, т.е. при ЭР 1д[ = 0, то при условиях на границах =Рі

получим Р\х^ =Р0. .

— I

дх

х=1

Р2 — Р2

1 1 О

21Рп

(2)

Тогда условие устойчивости пробки можно записать как

(П>_

сЬс

Р2 -Р2

м 1 о

2/Я

(3)

Из неравенства (3) следует, что для нарушения данного условия необходимо увеличить перепад давления (Р1—Р0). Однако на практике увеличение давления не приводит к вылету пробки из трубы. Сдвинувшаяся пробка набирает при движении по трубе новые слои материала и увеличивает свою длину согласно условию (3).

Значительного увеличения градиента давления на конце пробки можно добиться изменением условий фильтрации. Формальная запись начальных и граничных условий для решения уравнения (1) будет выглядеть следующим образом:

При этом, чем больше

- р1гр\х._0 = Р,,Р\Ы = ШР1г о<*</.

#(0

(4)

ж

тем выше

ЖР\

дх

х=1

Практически это можно реализовать следующим образом. Сначала по всей длине трубопровода создается постоянное давление P1, а затем оно резко сбрасывается до величины Р0 с какой-либо стороны пробки. Скачкообразное изменение давления вызывает возникновение значительного градиента давления, превышающего во много раз величину [с1Р/с1х], что приводит к последовательному разрушению сводовых структур по всей длине пробки.

В соответствии с этим принципом можно предложить следующую схему установки (рис. 1), дающую возможность не только ликвидировать пробки материала, но и возобновлять транспорт при условии, что по всей длине трассы создано давление, достаточное для устойчивого процесса транспортирования.

Такая установка будет работать следующим образом. При возникновении завала запорное устройство, установленное на конце транспортного трубопровода, закрывается. В момент закрытия запорного устройства давление газа между питателем и образовавшейся пробкой материала равно рабочему, а между запорным устройство и пробкой - атмосферному.

По истечении определенного времени, когда сжатый воздух, фильтруясь через материал, выравняет давление по обе стороны пробки, запорное устройство открывается и начинается истечение газа из трубы. Как только волна разрежения достигнет пробки, последняя разрушается, и газ, выходящий из трубопровода, выносит с собой материал.

Основной расчетной величиной, обеспечивающей надежную работу установки, является время между закрытием и открытием запорного устройства.

Для оценки величины этого времени найдем приближенное аналитическое решение, предположив, что в каждый момент времени процесс фильтрации стационарен.

Количество газа, профильтровавшегося за время dt в замкнутый объем V (расположенный между пробкой и запорным устройством), будет равен

дР

аМ - -а —

дх

х=і Рсіір - а

р 2 р 2

———Есіір, 21Р,

(5)

где М - масса газа, находящегося в замкнутом объеме, кг;

V - площадь поперечного сечения трубы, м2; р - плотность газа, кг/м3.

С другой стороны, приращение массы газа в объеме V за счет изменения давления

(ЇМ = сі рУ.

(6)

Приравняв выражения с учетом V=FL, где L - длина замкнутого объема, получим

После интегрирования

Р2-Р2

а-

21

■Л = ІсіР,.

Р =Р 1 і -'і

к ехр сРіл -1 к ехр с/'/, +1

(7)

где

к =

Р +Р

1 1 ^ 1 о

р -Р

1 о

,с -■

а

11

Расчеты по уравнению (7) показывают, что для порошкообразных материалов процесс выравнивания давления длителен. Например, для пыли фосфорита (удельная поверхность 5о =510 м2/кг, £-=0,5) при -0 = 1 м, 1_ = 10 м и Р1 =3 -105 Па это время составляет 7500 с.

Для ускорения процесса выравнивания давления по длине пробки целесообразна двухсторонняя фильтрация газа. Это легко осуществить, подав дополнительно газ в замкнутый объем.

В данном случае для решения уравнения можно записать следующие граничные и начальное условия интегрирования:

дР

Р\ Ы) = Р0 , Рх=0 = Р1 > | х=//2 = °(Х(1 / 2.

(8)

По результатам численного решения при Ро=1 -105 Па было получено упрощенное аппроксимирующее уравнение

^ах = 1,175-10 2 -:/2^ 06. (9)

а

Уравнение (9) позволяет определить время равномерного распределения давления по всей пробке материала в зависимости от ее длины, свойств материала и давления газа. Это будет максимальное время, необходимое для ликвидации завала.

Однако время фильтрации может быть уменьшено, так как для разрушения пробки по всей длине необходимо, чтобы каждая ее точка находилась под избыточным давлением. Очевидно, минимальное время будет таким, при котором давление газа посередине пробки превысит атмосферное. В этом случае численное решение задачи аппроксимируется уравнением

^тш =2-10 2 —12Р~°’Ъ. (10)

а

Для практического использования зависимостей (9) и (10) необходимо знать длину пробки I, величина которой переменна во времени и стремится к конечному значению согласно уравнению (3).

Если закрывать запорное устройство сразу после образования завала (что и необходимо делать на практике), то длина пробки будет минимальна.

Поскольку в начальный момент формирования пробки давление газа перед пробкой растет гораздо быстрее, чем увеличение давления газа по ее длине за счет фильтрации, то последней в начальный момент формирования пробки можно пренебречь. Это упрощение позволяет заменить давление газа на материал давлением жесткого поршня.

Выделив в пробке слой материала толщиной йх (рис. 2), запишем уравнение равновесия сил, действующих на выделенный элементарный объем:

ПВ2 пИ2

К +4ах) —---------ах —------(<тс + йстс0 )/тгШх = 0, (11)

где <тх - напряжения по оси трубы, Н/м2;

<т0 - давление материала на стенки, Н/м2;

<усо - предварительное давление материала на стенки, Н/м2; й - диаметр трубы, м;

/ - коэффициент трения материала о стенки трубы.

Согласно работе Зенкова [2]:

а0=ахе, (12)

где е - коэффициент бокового давления.

°ссі ▼ <УС

Л°с +^сс)

X \сгг + г/сг.

иг

С)

До-с+СТсс)

&СС.

сіх

ч

Рис. 2. Схема сил, действующих на элемент пробки без учета фильтрации газа

Согласно работе Р.Я. Зенкова [2]:

Величина осо будет складываться из давления на стенки сводовых структур материала и сил его веса. Для подавляющего большинства порошкообразных материалов и малых диаметров труб (на практике диаметр трубы обычно не превышает 200 мм) второй составляющей можно пренебречь. Таким образом, величину сг примем постоянной по периметру трубы и равной

= Т0СО$(р,

(13)

где г0 - начальное сопротивление сдвига, Н/м2;

(р - угол внутреннего трения материала.

Решая уравнение (11) относительно сг., получим

ехр(1&)-1

Б

(14)

Из уравнения, приняв сг I ; = Р1-Р0, найдем длину пробки в начальный момент ее формирования:

1п

1 =

(Рг ~Р0)

+ 1

сг

А/є

(15)

Предлагаемый способ разрушения прочных спрессованных структур сыпучего материала в транспортном трубопроводе позволяет использовать его не только как надежное средство для ликвидации завалов без демонтажа трубопровода, но и дает возможность создания новых систем пневмотранспорта, основной отличительной особенностью которых является возможность произвольной остановки процесса транспортирования и его возобновления в любой момент времени. Использование этого метода представляется особенно целесообразным в пневмотранспортных установках непрерывного действия.

Целесообразность применения систем, допускающих произвольное прекращение и возобновление процесса транспортирования, для установок непрерывного действия определяется их простотой (поскольку

со

=

такие системы не требуют сложных следящих устройств, поддерживающих постоянной производительность установки) и надежностью.

Литература

1 . Годунов С.К. Уравнения математической физики. - М.: Машиностроение, 1971.

2. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. - М.: Машиностроение, 1964.

3. Малис А.Я. Пневматический транспорт сыпучих материалов при высоких концентрациях. - М.: Маши-

ностроение, 1969.

УДК 631.3 М.В. Запевалов

ВЫСЕВАЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ ЛЕНТОЧНОГО ВНУТРИПОЧВЕННОГО ВНЕСЕНИЯ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ

Предложена конструкция машины, одним из основных процессов которой является высев удобрения в комбинированные сошники. Рассмотрен принцип взаимодействия рабочих органов высевающего аппарата с удобрением. Определены производительность распределяюще-высевающего барабана и допустимый угол отклонения удобрениепровода.

Ключевые слова: высевающий аппарат, внутрипочвенное внесение, машина, распределяюще-высевающий барабан, производительность, удобрениепровод, параметры.

M.V. Zapevalov SOWING DEVICE FOR BAND INTRASOIL ORGANO-MINERAL FERTILIZER INTRODUCTION

The machine design one of which basic processes is fertilizer seeding in the combined colters is offered. The principle of interaction of the sowing device operating units with fertilizer is considered. Productivity of the arranging and sowing drum and fertilizer line maximum acceptable angle is determined.

Key words: sowing device, intrasoil introduction, machine, arranging and sowing drum, productivity, fertilizer line, parameters.

Введение

Одним из основных факторов, влияющих на повышение урожайности сельскохозяйственных культур, является применение удобрения. С целью повышения эффективности его применения в Челябинской государственной агроинженерной академии был разработан способ ленточного внутрипочвенного внесения ор-гано-минерального удобрения и устройство для его осуществления [1]. Способ предусматривает нарезание на поверхности почвы, подготовленной под посев, открытой прямоугольной борозды, в которую дозировано подаются удобрение и почва. Удобрение с почвой перемешивается, смесь укладывается на дно борозды, которая затем засыпается почвой. Таким образом в почве располагаются удобренные ленты, в которые затем производится высев семян, посадка рассады овощных культур или клубней картофеля.

Для реализации данного способа на базе разбрасывателя твердых органических удобрений РОУ-6 разработана, защищена авторскими свидетельствами и патентом, изготовлена и прошла производственную проверку машина для ленточного внутрипочвенного внесения органо-минерального удобрения [2-4]. Машина представляет собой прицепное транспортирующее средство, включающее пневматическую ходовую систему, кузов для удобрения, высевающий аппарат и четыре комбинированных сошника (рис. 1). Привод рабочих органов машины осуществляется от вала отбора мощности (ВОМ) и гидросистемы трактора.

Высевающий аппарат, обеспечивающий внесение в рядки заданной дозы удобрения, является основным агрегатом машины.