Моделирование и оптимизация процессов сушки зерна

УДК 631.563.2 С.К. Манасян, Н.В. Демский,

Т.А. Лунева, М.С. Манасян, Н.Н. Куликов

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ЗЕРНА

В статье дан анализ поведения процессов сушки зерна в зерносушилке шахтного типа в реальных условиях функционирования. Обсуждаются подходы моделирования оптимальных режимов сушки. Даны оценки эффективности повышенных значений влагосъема для предлагаемых параметров позонной сушки зерна.

Ключевые слова: шахтная зерносушилка, сушильные зоны, влагосъем, оптимум, эффективность.

S.K. Manasyan, N.V. Demsky, T.A. Luneva, M.S. Manasyan, N.N. Kulikov

MODELING AND OPTIMIZATION OF THE GRAIN DRYING PROCESSES

The analysis of grain drying process behavior in the grain dryer of mine type in real-life environment of operation is given in the article. Approaches for the drying optimum mode modeling are discussed. Efficiency estimations of the increased volumes moisture removal for the offered parameters of zonal grain drying are given.

Key words: mine grain dryer, drying zones, moisture removal, optimum, efficiency.

Для снижения потерь, сохранности и обеспечения качества высушиваемого зернового материала, снижения энергозатрат необходимо иметь зерносушилки, обеспечивающие снижение влажности зерна до кондиционной (14-16 %) стадии в установленные агросроки в соответствии с природно-климатической зоной. Различный разброс по влажности требует дифференцированных режимов сушки и технической гибкости конструкции зерносушилок [1]. Зерносушилки должны обеспечивать непрерывность процесса сушки, высокое качество товарного (продовольственного) зерна, а также минимальное снижение производительности при работе с семенным зерном [2].

Поэтому важнейшей задачей является выбор соответствующих режимов сушки зерна в зерносушилках сельскохозяйственного назначения, обоснование технологических режимов, а также применение гибких технологических конструкций, обеспечивающих заданные режимы и показатели при сушке зернового материала [3].

Современные шахтные зерносушилки должны обеспечивать плавное изменение влажности по времени (Wo ()) в процессе прохождения зерна в сушильной камере [4].

В результате анализа реализаций процессов изменения влажности зерна на входе в сушилку можно отметить, что процессы изменения входной влажности в основном нестационарные [5]. Нестационарность параметров процесса сушки наблюдается преимущественно в утренние и вечерние часы, что связано с изменением влажности воздуха, выпадением росы и другими факторами. В дождливые дни также наблюдалась не-стационарность характера протекания изучаемых процессов. Изменение среднего текущего значения влажности зерна в течение смены достигало 3-7 %. Однако встречались и реализации стационарных процессов.

Перед обработкой нестационарные реализации приводились к стационарному виду с использованием фильтрации информационных данных. Результаты обработки реализаций процессов сушки по входной влажности зерна позволили заключить, что большинство их функций распределения подчиняются нормальному закону. Средние значения входной влажности зерна по дням изменялись в широких пределах, от т(щ0 ) = 16,4% до 33,6%. Средние квадратические отклонения входной влажности зерна - в пределах

сгЩ )= 0,7 ^ 2,6%.

На выходе сушилки среднеквадратические отклонения влажности зерна составили

ет(щ ) = 0,14 1,7%. При этом средние значения влагосъемов зерна за один пропуск через шахту

(ащ = тщ — ) составили т(АЩ)= 3,5 ^ 12,1% .

Диапазон изменения средних значений температуры зерна на входе сушилки по дням составил т(&0) = 9,9-^18,1°С при среднеквадратических отклонениях в течение дня <т(©0) = 0,4^2,5°С.

Среднеквадратические отклонения температуры зерна на выходе шахты составили

а(&£) = 0,23 3,6° С.

Средние значения температуры теплоносителя поддерживались в опытах на уровнях

т(т )= 62,1 ^ 96,5° С, а частота колебания каретки выпускного аппарата со = 15 ^ 34 мин-1.

Для представления совместного действия факторов приведены трехмерные поверхности отклика.

Трехмерные поверхности отклика на действующие факторы (Т, Щ) приведены на рис. 1-6 для первой, второй и третьей зон. Значения начальной влажности (Ж0) и температуры нагрева зерна (#0), представленные на рис. 1-6, приведены в закодированном виде.

в, °С

ТИеІаО

ж

в

0

Рис. 1. Зависимость температуры нагрева зерна в первой зоне от начальной влажности и температуры зерна

Из рис. 1 видно, что температура нагрева зерна в первой зоне прямо пропорциональна начальной температуре зерна, зависимость близка к линейной. По координате начальной влажности зависимость нелинейна. Это можно объяснить тем, что в этой зоне большая часть теплоты расходуется на нагрев зерна при небольшом влагосъеме [6].

ж

0

в

0

Рис. 2. Зависимость влагосъема в первой зоне от начальной влажности и температуры зерна

Приведенная поверхность (рис. 2) представляет собой линейную зависимость влагосъема от начальной влажности и температуры зерна в пределах исследуемой области значений. В данной области с повышением начальной температуры и влажности увеличивается влагосъем.

в, С

32.5

31 5

в

0

0

Рис. 3. Зависимость температуры нагрева зерна во второй зоне от начальной влажности и температуры зерна

Данная поверхность (рис. 3) имеет явно выраженную оптимума (минимума), которая проецируется на плоскость (Щ ,в0) фактически по линии Щ = 0 и в0= 0. Данная линия представляет собой область оптимальности, в которой нагрев зерна минимальный и, следовательно, практически вся теплота идет на испарение влаги. При отклонении параметров от области оптимальности нагрев зерна резко возрастает.

в

0 ^0

Рис. 4. Зависимость влагосъема от начальной влажности и температуры во второй зоне

Поверхность (рис. 4) зависимости влагосъема во второй зоне аналогична законам изменения первой зоны (рис. 2).

Рис. 5. Зависимость температуры нагрева зерна в третьей зоне от начальной влажности и температуры зерна

Зависимость (рис. 5) характеризуется тем, что кривизна поверхности связана, главным образом, с параметром Ж0, причем зона оптимальности лежит в области значений уровня от 0 до 0,5 по Ж0

и -1..+1 по в0.

Рис. 6. Зависимость влагосъема от начальной влажности зерна и температуры зерна в третьей зоне

Зависимость, представленная на рис. 6, аналогична зонам 1 и 2 и носит линейный характер. Это подтверждает правильность принятых теоретических предположений об оптимальности предлагаемого по-зонного способа сушки.

Анализ полученных результатов говорит о нелинейном характере взаимодействующих основных факторов и о существовании зоны «оптимума» значений этих факторов для каждой из зон сушильной камеры.

При проведении экспериментальных исследований из-за неудобства фиксации т (экспозиция сушки) вместо него использовали параметр о (частота колебаний каретки выпускного аппарата). Связь между со и в с одной стороны является очевидной и сильной, скорее всего, нелинейная, но в исследуемом диапа-

зоне значений о с учетом <о0 =24 мин-1 соответствует т =40 мин. При принятии гипотезы о линейной зависимости получена формула

т = 1,9о - 5,6.

Рис. 7. К определению «оптимума» первой зоны сушки

Рис. 8. К определению «оптимума» второй зоны сушки

Рис. 9. К определению «оптимума» третьей зоны сушки

Заштрихованная область на графиках (рис. 7-9) представляет собой зону «оптимума», в которой наиболее целесообразно осуществлять процесс сушки. Частота колебаний каретки выпускного аппарата а приведена для предлагаемой дополнительной реконструкции зерносушилки с межзонным выпускным аппаратом [7].

Выводы

1. Позонный способ сушки зерна позволяет повысить эффективность процесса влагосъема, обеспечить качественные показатели высушенного зернового материала.

2. Предлагаемый подход к моделированию и оптимизации процессов сушки зерна позволяет выявлять «зоны оптимальности» наиболее эффективных позонных режимов.

3. Изученные характерные виды взаимных связей и диапазоны изменения параметров необходимо учитывать при построении оптимальных режимов сушки зерна.

Литература

1. Манасян С.К. Совершенствование процесса сушки зерна в зерносушилках сельскохозяйственного

назначения: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. - Л.; Пушкин, І986. - 24 с.

2. Цугленок Н.В., Манасян С.К. Моделирование процессов сушки зерна. - Красноярск, 2003. - 16 с.

3. Цугленок Н.В., Манасян С.К. Интенсификация процесса сушки зерна. - Красноярск, 2004. - 19 с.

4. Манасян С.К. Принципы сушки зерна. - Красноярск, 2007. - 9 с.

5. Колесов Л.В., Андрианов Н.М., Манасян С.К. Исследование процесса сушки зерна в шахтной зерносушилке. - Л.; Пушкин, 1985. - 125 с.

6. Манасян С.К. Повышение эффективности процессов сушки зерна в зерносушилках сельскохозяйственного назначения. - Красноярск, 2009. - 191 с.

7. Манасян С.К., Демский Н.В. Шахтная зерносушилка. - Красноярск, 2009. - 6 с.

УДК 621.22:62-763 В.А. Меновщиков, И.В. Ермаков

ВЛИЯНИЕ НАРУШЕНИЯ КИНЕМАТИКИ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ КАЧЕНИЯ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ

В статье исследуются результаты аналитических и экспериментальных исследований влияния нарушения кинематики движения тел качения на сопротивление передвижению. Приведены конкретные выводы авторов по данной тематике.

Ключевые слова: кинематика, тела качения, шарнир, игольчатый подшипник, сопротивление, перекос.

V.A. Menovshchikov, I.V. Ermakov INFLUENCE OF THE MOVEMENT KINEMATICS ABNORMALITY OF THE REVOLUTION SOLIDS ON RESISTANCE TO MOVEMENT

The results of the analytical and experimental research of influence of the movement kinematics abnormality of the revolution solids on resistance to movement are researched in the article.

Key words: kinematics, revolution solids, joint, needle bearing, resistance, skew.

Механизм разрушения подшипников качения с телами в виде иголок, когда отношение I/d > 3, имеет специфический характер, т.е. бринелирование. Данное явление и причины появления лунок, деформированного и оттесненного материала изучались многими исследователями [1]-[4], [11], однако вопрос остается не до конца изученным.

Цель исследований. Установление влияния нарушения кинематики на рост сопротивления, изучение природы возникновения различных видов сопротивлений и наметить пути их преодоления.

Задачи исследований. Определить теоретически и экспериментально влияния нарушения кинематики в зоне силового контакта на изменения общего сопротивления движению тел качения в игольчатом подшипнике.

В карданных передачах, транспортных и тяговых машин, согласно [5], первопричиной считается перекос шарнира на величину радиального зазора при передаче вращающего момента (рис. 1).

В результате нагрузка, приходящаяся на наиболее нагруженную иглу по Штрибеку определится зави-4,6 К

симостью гтах =---------, где F - нагрузка на подшипник; п - число тел качения в подшипнике. При наличии

п

радиального зазора Аг крестовина шарнира перекашивается на угол р, в этом случае нагрузка по длине иглы распределяется неравномерно, т. е. на торце действует сила Fд равная следующей величине:

2Т 31 Р13

К =---------+ — +---------г-^~.

А Н1р 2 А \20EJA