DETERMINATIONS OF THE FORM OF VAULTS IN THE GRAIN SILO WITH SIDE OUTLET WITHDRAW WITH STROBOSCOPIC EFFECT

Кунаков В.С.¹, Тимолянов К.А.²

¹ Доктор технических наук, ² Аспирант, Донской Государственный Технический Университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ ОБРАЗОВАНИЯ СВОДОВ В ЗЕРНОВОМ БУНКЕРЕ С БОКОВЫМ ВЫПУСКНЫМ ОТВЕРСТИЕМ С ПОМОЩЬЮ СТРОБОСКОПИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

Аннотация

В работе впервые предложен метод определения частоты образования динамических сводов при помощи стробоскопа. Получены эмпирические значения частот образования сводов для семян кукурузы, подсолнечника, проса и пшеницы кондиционной влажности, в зависимости от угла наклона днища бункера с боковым выпускным отверстием. Выявлено, что основной диапазон частот образования сводов находится в промежутке от 7 до 16Гц. Полученные значения необходимо использовать при расчете параметров сводоразрушающих устройств.

Ключевые слова: зерновой бункер с боковым выпускным отверстием, сводообразование, частота образования сводов, стробоскопический эффект.

Kunakov V.S.¹, Timolyanov K.A.²

¹  PhD in Engineering, ² postgraduate student, Don State Technical University

DETERMINATIONS OF THE FORM OF VAULTS IN THE GRAIN SILO WITH SIDE OUTLET WITHDRAW WITH STROBOSCOPIC EFFECT

Abstract

For the first time in this paper the experimental method for determining the frequency of formation of dynamic vaults using a stroboscope is proposed. The empirical frequencies values of formation of vaults for seeds of corn, sunflower, millet and wheat of standard moisture, depending on the angle of the bottom are received. It was found that the main frequency range of formation vaults listed agricultural crops is in the range of 7 to 16Hz. These values should be used in calculating the parameters destroy vaults devices.

Keywords: silos, metal bin, granules, silo with side outlet, frequency of vaults formation, stroboscopic effect.

В сельском хозяйстве широко используются бункеры для сыпучих материалов. Они применяются в операциях связанных с транспортировкой, сушкой, сепарацией, хранением и др.

Как известно ранее, при истечении зернового материала из бункеров возникает образование сводчатых структур, препятствующих нормальному истечению[1]. В результате образования динамических сводов истечение носит пульсирующий характер. При образовании статических сводов происходит частичное или полное прекращение истечения[2]. Для борьбы со сводообразованием применяются сводоразрушители  - устройства, работающие с определенными параметрами и разрушающие своды.

При расчете сводоразрушающего устройства учитываются: характеристики бункера (длина, ширина, высота бункера, размеры выпускного отверстия, угол наклона днища и др.), физико-механические свойства сыпучего материала (размер частицы, шероховатость поверхности, коэффициенты адгезии и аутогезии, способность к когезии, влажность и др.). Для каждой пары «бункер-сыпучий материал» вводятся и свои персональные параметры: массовый расход, угол укладки зерен, частота образования сводов, и др.

Целью работы:  предложение и проверка экспериментального способа определения частоты образования сводов при истечении зернового материала из бункеров с боковым выпускным отверстием с помощью стробоскопа.

Как известно, стробоскопический эффект – явление возникновения зрительной иллюзии неподвижности движущегося  предмета  с определенной периодичностью. Таким образом, при освещении движущихся или вращающихся предметов пульсирующим светом, при равенстве или кратности частот пульсации движения и частоты освещения света происходящее движение будет казаться неподвижным.

Гипотеза: использование стробоскопа позволяет определить частоты образования динамических сводов.

Как известно ранее, истечение зернового материала из бункера носит пульсирующий характер [3]. В данном случае, под пульсирующим движением необходимо считать движение сыпучего материала в потоке. Предполагается, что при образовании свода наблюдается неподвижная картина пропуска зернового материала в потоке при вспышке лампы. А частота вспышек лампы соответствует частоте образования сводов.

Экспериментальная часть: для проверки гипотезы была построена экспериментальная установка Рисунок 1, состоящая из: металлического бункера с боковым выпускным отверстием (высота - 1м, ширина – 0,25м, длина – 0,25м, с возможностью изменения угла наклона днища от 10 до 80 градусов к горизонту, материал сталь 3мм), лотка для приёма выходящего сыпучего материала и стробоскопа фирмы PHYWE, позволяющего изменять частоту мерцаний лампы в диапазоне от 0 до 100Гц с дискретность 0.1Гц.

Рисунок 1. Экспериментальная установка.

Для эксперимента использовался зерновой материал с характеристиками, приведенными в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-механические свойства зернового материала

Влажность зерновых материалов определялось по ГОСТ 9353-90. Влажность воздуха при проведении эксперимента была 50%, максимальный объем засыпки зерновых материалов 0.04 м³.

Методика эксперимента: в зерновой бункер засыпался сыпучий материал, далее выключался внешний свет, включался стробоскоп, открывалась заслонка. Проводилось наблюдение за процессом истечения. Во время истечения изменялась частота пульсаций лампы стробоскопа в диапазоне от 0 до 100Гц, до тех пор, пока картина «черных дыр» при истечении не станет статично устойчивой, пример приведен на Рисунке 2.

Рисунок 2. Истечение кукурузы из бункера (выпускное отверстие 30мм, угол наклона днища 60 град.), освещенное стробоскопом с частотой мерцания лампы кратной 11,5 Гц.

При наблюдении за процессом истечения в стробоскопическом свете удалось заметить, что при частотах равных частотам, указанным на графике, Рисунок 3, можно заметить появление иллюзии статичных «черных дыр», которые при естественном освещении заметить не возможно. Появление пропусков в потоке является доказательством образования и разрушения динамических сводов.

Рисунок 3. График зависимости, экспериментально полученной частоты образования сводов l при различных углах наклона днища a (к горизонту) при размере выпускного отверстия 30мм.

Следует полагать, что частота пульсаций лампы, при которой видна устойчивая картина «черных дыр» совпадает с частотой образования динамических сводов (т.к. в этот момент свод образован и дальнейшего потока зернового материала после него не следует).

Заключение и выводы:  в работе впервые предложен метод определения частоты образования сводов оптическим способом, посредством стробоскопического эффекта. Данный способ может быть полезен при первичной оценке истечения из бункеров с целью их оптимизации и для определения параметров сводоразрушающих устройств. К достоинствам данного метода можно отнести то, что нет необходимости вмешиваться в технологический процесс, вносить изменения в бункер, устанавливать датчики т.д. Результаты могут быть оценены бесконтактным способом, без каких либо сложных измерительных средств.

Литература

1. Баранова А.Б. Исследование влияния сводообразования на истечения сыпучих материалов из бункера. // В кн.: Вопросы механики деформируемых тел.: Сб. науч. тр. Рисунок ХМ.- Ростов-на-Дону, 1972.- С 79-85.
2. Богомягких В.А. Теория эквивалентного динамического свода в механике дискретных сыпучих тел. Монография. – Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2007.- 63с.
3. Савенков Д.Н., Скорость истечения зерновых материалов из бункера с боковым выпускным отверстием / В.С. Кунаков, Д.Н. Испанов // Вестник КГСА.- №2.-2014

References

1. Baranova A.B. Issledovanie vlijanija svodoobrazovanija na istechenija sypuchih materialov iz bunkera. // V kn.: Voprosy mehaniki deformiruemyh tel.: Sb. nauch. tr. Risunok HM.- Rostov-na-Donu, 1972.- S 79-85.
2. Bogomjagkih V.A. Teorija jekvivalentnogo dinamicheskogo svoda v mehanike diskretnyh sypuchih tel. Monografija. – Zernograd: FGOU VPO AChGAA, 2007.- 63s.
3. Savenkov D.N., Skorost' istechenija zernovyh materialov iz bunkera s bokovym vypusknym otverstiem / V.S. Kunakov, D.N. Ispanov // Vestnik KGSA.- №2.-2014