В статье приводится результаты эксперимента по влиянию влажности на разные зерновые материалы. Рассмотрены экспериментальные данные подтверждающие теоретические выводы.
Ключевые слова: влажность зернового материала, зерновой материал, осесимметричные бункера, диапазон влажности, сводчатые структуры
В работе проведен поисковый эксперимент по влиянию влажности различных зерновых сыпучих материалов на их истечение из бункера зерноочистительного агрегата. Диапазон влажности принят от 0 до 35 %, причем в диапазоне 10–35 %, влажность измерялась через каждые 1,5–2,0 %, а в оставшихся пределах измерения влажности проводились выборочно.
В результате проведенных экспериментов построены графики зависимости угла сдвига от влажности для некоторых зерновых сыпучих материалов: сои, пшеницы, ячменя, зерноотходов пшеничных, кукурузы и сорго (рисунки 1, 2). На всех графиках выделяются три характерных участка.
Рис. 1. Зависимость внешнего угла сопротивления сдвигу от влажности
Рис. 2. Зависимость внешнего угла сопротивления сдвигу от влажности:
––— кукуруза; – – – сорго; - - — -- зерноотходы пшеничные
Диапазоны влажности для каждого участка графиков приведены в таблице 1.
Таблица 1
Диапазоны влажности зерновых сыпучих материалов
|
Вид сыпучего материала |
Величина влажности, W, % |
||
|
Участок 1 |
Участок 2 |
Участок 3 |
|
|
1. Соя |
0–14,8 |
14,9–27,6 |
27,7–80 |
|
2. Пшеница |
0–14,6 |
14,7–29,2 |
29,3–80 |
|
3. Ячмень |
0–17,4 |
17,5–28,0 |
28,1–80 |
|
4. Зерновые отходы пшеничные |
0–14,6 |
14,7–30,4 |
30,5–80 |
|
5. Кукуруза |
0–23,4 |
23,5–32,2 |
32,3–80 |
|
6. Сорго |
0–21,0 |
21,1–33,4 |
33,5–80 |
Рассмотрим полученные кривые на примере пшеничных зерновых отходов. На первом участке в диапазоне влажности 0–14,6 % зерновые отходы подчиняются закону сухого трения и график представляет собой прямую. На втором участке в диапазоне влажности 14.7–30,4 % зерновые отходы подчиняются закону Амонтона-Кулона, причем в этом случае превалируют силы сцепления (адгезии). Некоторое снижение угла сдвига в начале второго участка объясняется лучшим скольжением влажных зерновых пленок по металлу. [1]
При дальнейшем намокании пленок возрастает их шероховатость из-за сморщивания, в результате угол сдвига увеличивается. На третьем участке в диапазоне влажности более 30,5 % зерновые отходы также подчиняются закону Амонтона-Кулона с учетом допущений B. C. Кулакова, причем силы сцепления превалируют на уровне вязкости жидкости (воды). В этом случае сила сдвига сыпучего тела определяется по формуле
F=F0+M∙N+C V, Н,
где F0 — сила сухого трения, Н;
M∙N — сила адгезии, Н;
C V — сила сопротивлению сдвигу при наличии между частицами свободной жидкости.
В результате угол сдвига снижается и кривая на графике уходит вниз, асимптотически приближаясь к нулевой горизонтали.
Из всего многообразия факторов, влияющих на производительность бункеров, путем экспертного ранжирования отобраны следующие четыре фактора: х1 — отношение приведенного диаметра выгрузного отверстия к диаметру частицы сыпучего материала; х2 — угол наклона стенок днища бункера к вертикали, град; х3- относительная влажность сыпучего материала, %; х4 — наличие (отсутствие) сводоразрушающего устройства. В качестве сыпучего материала использовались пшеничные зерновые отходы. [2,3]
Уровни варьирования факторов приведены в таблице 2
Таблица 2
Факторы, влияющие на работу бункера
|
Наименование фактора |
Обозначение фактора |
Уровни варьирования факторов |
||
|
верхний (+1) |
нулевой (0) |
нижний (-1) |
||
|
Отношение приведенного диаметра выгрузного отверстия к диаметру частицы сыпучего материала |
х1 |
47,88/3,9 |
35,91/3,9 |
23,94/3,9 |
|
Угол наклона стенок днища бункера к вертикали, град |
х2 |
30 |
45 |
60 |
|
Относительная влажность сыпучего материала, % |
Х3 |
16.5 |
13,5 |
10,5 |
|
Наличие (отсутствие) сводоразрушающего устройства |
Х4 |
да |
- |
нет |
Для определения наивыгоднейшей схемы работы бункера была составлена и реализована матрица (таблица 3) для двух факторов. На данном этапе исследований определялось влияние на критерий оптимизации фактора х4. Для этого составлена таблица с двумя входами. Вторым фактором в этой таблице выбран х1. При статистической оценке полученных результатов принят уровень значимости в 5 %.
Таблица 3
Таблица с двумя входами для вычисления эффективности факторов х1 и х4
|
Оцениваемый фактор |
+ х1 |
-х4 |
|
|
65,0 |
67,0 |
|
|
69,0 |
69,0 |
|
+х4 |
67,0 |
70,0 |
|
|
Ху,=201,0 |
Ху,=206,0 |
|
|
Уг=67,0 |
у2=68,667 |
|
|
86,0 |
90,0 |
|
|
85,0 |
94,0 |
|
-х4 |
89,0 |
93,0 |
|
|
Ху,=260,0 |
Ху,=277,0 |
|
|
у з=86,667 |
у4=92,337 |
Величины эффектов: ху и х4 подсчитывались по формуле и получились равными х1=-3,667 и х4=-21,667.
Среднеквадратическая ошибка SR=2,1986.
Проверка по t-критерию
t1=-3,347; t4=-19,706.
Величина эффекта, х4=-21,667 и значимость эффекта по t-критерию подтвердилась. Расчетное значение составило t4=-19,706 против табличного — t0,05=2,306.
Таким образом, можно считать, что применение сводоразрушающего устройства существенно влияет на время истечения сыпучего материала из бункера, причем знак «минус» при величине эффекта свидетельствует о выгодности схемы работы бункера со сводоразрушающим устройством, так как при этом время истечения сыпучего материала уменьшается. Это объясняется тем, что при разгрузке бункера без разрушающего устройства образуются динамические своды, затрудняющие истечение сыпучего материала.
Литература:
1. Богомягких, В. А. Интенсификация разгрузки бункерных устройств в условиях сводообразования зернистых материалов / В. А. Богомягких, А. П. Пепчук. — Зерноград: ВНИИПТИМЭСХ, 1995. — 162 с.
2. Гячев, Л. В. Основы теории бункеров / Л. В. Гячев. — Новосибирск: Изд-во Новосибирского университета, 1992. — 310 с.
3. Богомягких, В. А. Обоснование параметров и режимов работы сводораз-рушающих устройств бункерных дозирующих систем сельскохозяйственных машин и установок / В. А. Богомягких, В. П. Трембич, А. И. Пахайло. — Зерноград: ВНИИПТИМЭСХ, 1997. — 124 с.
