Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Андрианов Николай Михайлович. Повышение эффективности процесса сушки путем совершенствования рабочих органов, системы контроля и управления зерновых сушилок : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.01 Великий Новгород, 2005 456 с. РГБ ОД, 71:06-5/73

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Основные условные обозначения 5

Введение 7

1 Состояние проблемы и задачи исследования 15

1.1 Современное состояние технологии и техники сушки зерна в сельскохозяйственном производстве 15

1.2 Методы оптимизации процесса сушки в зерновых сушилках сельскохозяйственного назначения 22

1.2.1 Совершенствование технологии сушки и рабочих органов зерновых сушилок 22

1.2.2 Совершенствование алгоритмов и систем контроля и управления процессом сушки 33

1.3 Обзор результатов идентификации сушильных агрегатов и их систем управления 37

1.3.1 Результаты экспериментальных исследований процесса сушки 37

1.3.2 Обзор математических моделей зерновых сушилок и формулирование требований к модели 43

1.4 Постановка цели и задач научного исследования 55

2 Математическое описание процесса сушки в зерновых сушилках сельскохозяйственного назначения 58

2.1 Модель функционирования зерновых сушилок и постановка задачи оптимизации процесса сушки 58

2.2 Построение обобщенной математической модели процесса сушки в зерновых сушилках 67

2.2.1 Методика построения математической модели процесса сушки 67

2.2.2 Математическая модель процесса сушки в элементарном зерновом слое 69

2.2.3 Математическая модель процесса сушки в типовых зерновых слоях 74

2.2.4 Математическая модель процесса сушки в сушильной камере зерновых сушилок 85

2.2.5 Обоснование вида выражений для аппроксимации коэффициентов тепло- и массопереноса 94

2.2.6 Задание начальных условий функционирования и стохастической составляющей математической модели процесса сушки зерновых сушилок 102

2.3 Методика идентификации коэффициентов математической модели процесса сушки в 'зерновых сушилках 106

2.4 Алгоритмизация математической модели процесса сушки в зерновых сушилках 118

2.4.1 Методика построения стационарных режимов сушки в зерновых сушилках И 8

2.4.2 Методика построения частотных характеристик зерновых сушилок 124

2.4.3 Методика построения передаточных функций зерновых сушилок 132

2.4.4 Методика построения нестационарных режимов сушки в зерновых сушилках 135

3 Экспериментальные исследования процесса сушки в зерновых сушилках 141

3.1 Задачи и программа экспериментальных исследований 141

3.2 Экспериментальные установки и методика проведения исследований 142

3.2.1 Исследование условий и процессов функционирования зерновых сушилок 142

3.2.2 Исследование зерновых сушилок методами активного эксперимента 157

3.3 Результаты экспериментальных исследований зерновых сушилок 167

3.3.1 Результаты исследования условий и процессов функционирования зерновых сушилок 167

3.3.2 Результаты исследования зерновых сушилок методами активного эксперимента 188

4 Совершенствование распределения теплоносителя в шахтных зерносушилках 223

4.1 Математическое и физическое моделирование течения теплоносителя 223

4.2 Разработка и экспериментальная проверка мероприятий, направленных на повышение равномерности распределения теплоносителя в камере сушки 231

4.2.1 Обоснование метода улучшения аэродинамической обстановки в камере сушки 231

4.2.2 Экспериментальная проверка мероприятий, направленных на повышение равномерности распределения теплоносителя в камере сушки 239

4.3 Результаты испытания шахтной зерносушилки с модернизированной системой распределения теплоносителя 248

5 Оптимизация зерновых сушилок методами математического моделирования 255

5.1 Настройка математической модели сушки зерна и оценка её вычислительной корректности 255

5.2 Идентификация статических и динамических характеристик зерносушилок методами математического моделирования 260

5.2.1 Статические и динамические характеристики зерносушилок шахтного типа 260

5.2.2 Статические и динамические характеристики зерносушилок барабанного типа 266

5.3 Численный эксперимент и методы оптимизации стационарных режимов зерновых сушилок 279

5.3.1 Анализ процесса сушки и методы оптимизации стационарных режимов в шахтных зерносушилках 279

5.3.2 Анализ процесса сушки и методы оптимизации стационарных режимов в барабанных зерносушилках 286

5.4 Оптимизация нестационарных режимов зерновых сушилок 290

5.4.1 Моделирование и оптимизация нестационарных режимов в шахтных зерносушилках 290

5.4.2 Моделирование и оптимизация нестационарных режимов в барабанных зерносушилках 296

6 Практическая реализация результатов исследования 300

6.1 Реализация предложений по совершенствованию технологии сушки и рабочих органов зерновых сушилок 300

6.1.1 Совершенствование алгоритма рециркуляции теплоносителя 300

6.1.2 Совершенствование распределения теплоносителя в шахтных сушилках 304

6.2 Реализация системы контроля и регулирования температуры теплоносителя топочного агрегата 305

6.3 Реализация системы контроля и регулирования температуры зерна '. 312

6.4 Реализация алгоритмов и систем контроля и управления процессом сушки 318

6.4.1 Алгоритм и система сосредоточенного контроля и управления процессом сушки 318

6.4.2 Алгоритмы и системы распределенного контроля и управления процессом сушки 324

Основные выводы и рекомендации 333

Список литературы 337

Приложения 360 

Введение к работе:

В 2001...2003 гг. производство зерна в России вышло на рубеж 85...87 млн. тонн, а по прогнозу Российского зернового союза к 2010 году увеличится до 100... 115 млн. тонн. Уборка и обработка такого количества продукции с минимальными затратами требует переоснащения материально-технической базы на основе новых научных и технологических решений.

В комплексе работ по послеуборочной обработке зерновых культур конвективная сушка является одной из наиболее ответственных, трудоёмких и энергоёмких операций. По данным академика РАСХН В.И Анискина затраты энергии на сушку урожая во всем цикле его производства достигают 70% [59]. Поэтому не случайно, что попытки, заменить сушку другими способами сохранения урожая, многочисленны и в этом направлении достигнут значительный прогресс. Тем не менее, на ближайшую перспективу сушка остается основным технологическим приемом подготовки зерна к хранению.

Учитывая значительные объемы производства зерна, обращение к проблеме совершенствования его конвективной сушки имеет важное народнохозяйственное значение, так как снижение трудовых и энергетических затрат уменьшает его себестоимость, а правильно выполненная сушка - повышает качественные показатели.

Производительность сушилок, в конечном счете, определяет производительность поточных линий послеуборочной обработки зерна, поэтому повышение эффективности их функционирования оптимизирует работу и состав всей линии. Однако анализ функционирования современных зерносушильных агрегатов показывает, что в условиях сельскохозяйственного производства они обеспечивают низкое качество выполнения рабочего процесса. Особенности эксплуатации, внутренней структуры и низкое качество изготовления отдельных рабочих органов обусловливают значительную неравномерность нагрева и сушки зерна в сушильных камерах. Низкая надежность контроля и отсутствие автоматического регулирования основных переменных состояния процесса сушки обусловливает применение пониженных тепловых режимов и влечет уменьшение производительности оборудования, увеличение затрат труда и энергии. Качество функционирования сушилок с системой стабилизации температуры теплоносителя, как показывают исследования, оказалось не удовлетворительным.

Не смотря на развитие техники, в практике зерносушения практически не используют системы управления, оптимизирующие процесс. Сушильным агрегатом, не смотря на то, что это распределенная динамическая система, по-прежнему управляют как объектом с сосредоточенными параметрами.

Все это сдерживает технический прогресс в послеуборочной обработке зерна и подтверждает актуальность выполнения исследований, направленных на решение указанных задач.

Интенсификация сушки, обеспечение более равномерных условий её протекания, повышение надежности контроля и точности управления тепловыми режимами являются основным резервом увеличения производительности сушильного оборудования, уменьшения удельных затрат труда и энергии на её осуществление.

В связи с этим настоящее исследование посвящено совершенствованию технологии и рабочих органов зерновых сушилок, решающих задачу выравнивания условий сушки и снижения затрат энергии на её осуществление, разработке и технической реализации алгоритмов контроля и управления, обеспечивающих лучшую стабилизацию тепловых режимов сушки и реализующих распределенное управление её протеканием. За счет распределенного управления решается задача интенсификации и улучшения качества сушки.

Диссертационная работа выполнена в Новгородском государственном университете имени Ярослава Мудрого. Кроме этого в диссертацию включены методики исследования процесса сушки и результаты экспериментов, выполненных автором в период очной аспирантуры в 1981-1984 гг. под руководством доц. Л.В. Колесова, на кафедре электрических машин и электропривода Ленинградского СХИ. Направление исследований соответствует «Концепции развития технического обеспечения послеуборочной обработки и хранения зерна и семян до 2005 года», разработанной ведущими учеными ВИМ, ВИСХОМ, СЗ НИИМЭСХ и др. организаций. Тема диссертационной работы соответствует планам НИР Института сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского ГУ (№ гос. регистрации 218/Раст-1) и связана с научной программой РАСХН на 2001-2005 годы по механизации сельскохозяйственного производства: задание 02 «Разработать интенсивные машинные технологии и энергонасыщенную технику четвертого поколения для производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции» и научно-технической программой «Агро Северо-Запад 2005»: задание 04.01.02 «Разработать современные методы и системы адаптивного управления технологическими процессами сельскохозяйственного производства с использованием средств вычислительной техники».

Цель исследования: повышение эффективности функционирования зерновых сушилок путем совершенствования технологии сушки, их рабочих органов, алгоритмов и систем контроля и управления рабочим процессом, обеспечивающих существенный научно-технический прогресс в послеуборочной обработке зерна.

Объекты исследований: зерносушильные агрегаты и их рабочие органы, система контроля и управления, условия и процессы их функционирования.

Методика исследований: в исследовании использовали методы теории вероятностей и математической статистики, гидродинамики и теории потенциалов, теории эксперимента и статистической динамики, теории тепло- и мас-сопереноса.

Экспериментальные исследования выполнили на физических моделях, натурных образцах и в условиях производства. Математическое моделирование реализовали в среде специализированного математического пакета Мар1е-6. При физическом моделировании течения теплоносителя применили методы электро- и гидродинамической аналогий. Результаты экспериментов обработали методами математической статистики в среде специализированного пакета по статистическому анализу и обработке данных STATISTICA. Физико-механические свойства семян и показатели их качества определили в соответ ъ ствии с существующими государственными стандартами. Научную новизну составляют;

- обобщенная математическая модель сушки зерна, методики её настройки и алгоритмизации;

- вероятностно-статистическая математическая модель условий функционирования сушильных агрегатов;

- математические модели шахтной сушилки, отражающие её статические и динамические свойства по высоте камеры сушки;

- способ равномерного І распределения теплоносителя в камере сушки и уточненная методика расчета технических средств (рабочих органов) для его реализации;

- способы контроля и управления, оптимизирующие протекание рабочего процесса в камере сушки сушильных агрегатов.

Практическую ценность имеют:

- алгоритм идентификации коэффициентов обобщенной математической модели сушки;

- алгоритм расчета оптимальных стационарных режимов зерносушилок при сосредоточенном и распределенном управлении температурой теплоносителя;

- алгоритм расчета частотных характеристик и передаточных функций зерносушилок;

- алгоритм расчета нестационарных режимов сушки при сосредоточенном и распределенном управлении температурой теплоносителя в шахтной сушилке;

- технологические и технические решения, усовершенствующие процесс сушки, рабочие органы зерновых сушилок, их систему контроля и управления, защищенные тремя авторскими свидетельствами и восемью патентами на изобретения.

Реализация результатов исследования. Математические модели сушки зерна, методики её настройки и алгоритмизации, рациональные алгоритмы контроля и управления сушкой, .предложения по практическому совершенствованию технологии и рабочих органов зерновых сушилок их системы контроля и управления используются в практической работе организациями, выполняющими проектирование и изготовление сушильных агрегатов и их систем управления: ОАО «Электропривод» (г. Москва), ЗАО «СКБ по сушилкам «Брянск-сельмаш» (г. Брянск), Пермским НИИСХ (г. Пермь), Новгородским НИПТИСХ, ООО «Эдисон» (г. Великий Новгород).

Перечисленные результаты работы используются в научной и учебной работе рядом высших учебных заведений РФ - Санкт-Петербургским ГАУ, Новгородским ГУ им. Ярослава Мудрого, Великолукской ГСХА, Тверской ГСХА, Пермской ГСХА им. академика Д.Н. Прянишникова.

Ускоренные режимы сушки, рекомендации по совершенствованию технологии и рабочих органов зерновых сушилок и их системы контроля и управления переданы для практического применения Комитету по сельскому хозяйству и продовольствию Новгородской области. В ряде хозяйств агропромышленного комплекса Ленинградской, Пермской и Новгородской областей практическое использование результатов исследований позволило на 20 % увеличить производительность сушилок, на 12... 15 % уменьшить удельные затраты энергии на её выполнение и получить положительный экономический эффект.

Патенты на изобретения № 2135917 и № 2157958 решением ФИПС РФ включены в базу данных перспективных Российских разработок.

Достоверность основных выводов и рекомендаций подтверждена результатами теоретических исследований на физических и математических моделях, а также экспериментальными исследованиями, выполненными в лабораторных и производственных условиях с использованием современных компьютерных методик исследований и методов обработки информации.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены: на научной конференции Закавказских Республик по механизации и электрификации сельскохозяйственного производства (г. Тбилиси, ГрузНИИ-МЭСХ) в 1983 г; на региональной научно-производственной конференции «Перспективы развития индустриальных технологий уборки, обработки зерновых и кормовых культур в условиях Сибири и Дальнего Востока» (г. Новосибирск, СибИМЭ) в 1983 г.; Ш-й Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов в области животноводства, ветеринарии и экономики сельского хозяйства (г. Тбилиси, ГрузЗВУИИ) в 1985 г.; на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Ленинградского СХИ в 1984...1988, 1990 гг.; Санкт-Петербургского ГАУ в 1999, 2001...2005 гг.; Новгородского СХИ в 1985...1995 гг.; Новгородского ГУ им. Ярослава Мудрого в 1996...2005 гг.; Всесоюзной научно-практической конференции по сушке зерна (г. Брянск, СКБ по сушилкам «Брянсксельмаш») в 1985 г.; на научно-техническом совете СКБ по сушилкам «Брянсксельмаш» (г. Брянск) в 1988 и 2004 гг.; на 1-й Всесоюзной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнических изделий с. х. назначения» (г. Москва, ВДНХ СССР) в 1986 г.; на научно-техническом совете ВНИИЭлектропри-вод (г. Москва) в 1987 г.; Всесоюзной научно-технической конференции «Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве» (г. Минск) в 1989 г.; Всесоюзной научно- практической конференции «Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе» (г. Новосибирск) в 1989 г.; на V-м Московском Международном салоне промышленной собственности «Архимед-2002» (г. Москва, КВЦ «Сокольники») в 2002 г.; юбилейной научно-практической конференции «Великий Новгород - город университетский» (г. В. Новгород) в 2003 г.; Ш-й Общероссийской научной конференции с международным участием «Успехи современного естествознания» (г. Сочи) в 2003 г.; 4-й Международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современной науки» (г. Самара) в 2003 г.; П-й Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы соз дания новых технологий в агропромышленном комплексе» (г. Ставрополь) в 2003 г.; научной конференции «Организационно-экономические и экологические аспекты развития региона» (г. Великий Новгород) в 2004 г.; научно-практической конференции «Аграрная наука в решении проблем АПК и экологии региона» (г. Великий Новгород) в 2004 г.; Международной заочной электронной конференции «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (15-20 марта, 2004 г.); Международной заочной электронной конференции «Человек и ноосфера» (1-20 сентября 2004 г.); XVII-й Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Кострома) в 2004 г.; 4-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва) в 2004 г.

Публикации. Научные результаты диссертации опубликованы в 53 научных работах, в т.ч. одной монографии; 26 работ помещены в изданиях, рекомендованных для опубликования результатов докторских диссертаций, включая, пять статей в ведущих научных журналах, три описания к авторским свидетельствам СССР, восемь к патентам РФ на изобретение. Общий объем публикаций составляет 39,1 усл., печатных листов, из которых 75 % принадлежит автору.

На защиту выносятся:

- обобщенная математическая модель процесса сушки в сушильной камере зерновых сушилок и методика её настройки;

- методики алгоритмизации обобщенной математической модели, реализующие построение и оптимизацию стационарных и нестационарных режимов сушки, частотных характеристик и передаточных функций сушилок;

- математическая модель условий функционирования сушильных агрегатов и результаты исследования процессов их функционирования;

- математические модели, отражающие статические и динамические свойства шахтной сушилки по высоте камеры сушки, построенные по результатам экспериментальных исследований с применением методов активного экс перимента;

- технологические решения по усовершенствованию технологии сушки зерна; технические решения по усовершенствованию рабочих органов, алгоритмов и систем контроля и управления зерносушилок.

Подобные работы
Зимин Игорь Борисович
Повышение эффективности процесса сушки зерна в шахтной зерносушилке путем совершенствования конструктивных и технологических параметров системы выгрузки
Бибик Георгий Афанасьевич
Повышение эффективности процесса сушки зерна в многокамерной сушилке периодического действия за счет ее совершенствования и оперативного контроля
Кузнецов Николай Николаевич
Повышение эффективности заготовки прессованного в рулоны сена путем оптимизации параметров процесса сушки и режимов работы оборудования
Демский Никита Викторович
Повышение эффективности процесса сушки зерна в шахтных зерносушилках
Матвеев Дмитрий Олегович
Повышение эффективности и качества процесса сушки зерна с использованием виброциркуляционных аппаратов
Ягунин Сергей Сергеевич
Повышение эффективности сушилок ядрицы путем оптимизации загрузки и режимов сушки
Нагимов Абдулла Хайруллович
Повышение эффективности конвейерной сушилки семян подсолнечника путем обоснования параметров и режимов ее работы
Королев Николай Александрович
Повышение эффективности сушки семян зерновых культур путем совершенствования работы системы рециркуляции агента сушки в сушилках аэрожелобного типа
Комаров Владимир Витальевич
Повышение эффективности процесса отделения семян от стеблей льна путем применения вальцово-гребневого аппарата
Шарипов Азат Гибатович
Повышение эффективности процесса разделения соевой суспензии путем обоснования параметров и режимов работы фильтрующей центрифуги

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net