867

Смесители раздатчики горизонтального типа (рис. 2,а) по сравнению с вертикальным лучше измельчают и смешивают компоненты корма и обеспечивают более высокую равномерность выдачи смеси. При этом в конструкциях таких смесителей количество шнеков варьируется в диапазоне от одного (со встречной навивкой спирали) до четырех. Существует мнение [4] считать наиболее оптимальной конструкцию кормосмесителя с тремя шнеками: один с большими геометрическими размерами по центру днища бункера, а два остальных с меньшим диаметром – выше по боковым сторонам бункера.

Рис. 2. Схемы движения материала в смесителях-раздатчиков соответственно с горизонтальным (а) и вертикальным шнеком (б)

Однако горизонтальные машины имеют небольшой дорожный просвет, что затрудняет их использование на неблагоприятных фермах и дорогах.

Вертикальное расположение оси шнека (рис. 2,б) определяет ряд конструктивных преимуществ по сравнению с горизонтальным. Одним из них является щадящий режим обработки компонентов рациона без повреждения их структуры. Кроме того, вертикальное расположение шнеков сводит к минимуму риск повреждения перемешивающей системы в случае попадания в смесительную камеру посторонних предметов (камня или палки), что обеспечивает длительный срок эксплуатации смесителя без простоев. Машины с вертикальным валом проще по конструкции, более надежны в эксплуатации, менее энерго- и металлоемки.

201

Количество шнеков при вертикальной конструкции измельчителя смесителя практически не влияет на степень измельчения.

Особо следует указать на недостатки раздатчиков с вертикальным валом:

-при одинаковой емкости бункера вертикальные смесители выше, чем горизонтальные, что затрудняет их использование в помещениях с низкими воротными проемами и перекрытиями;

-требуется соблюдать очередности загрузки сыпучих компонентов, так как существует вероятность оседания их на днище и лопасти шнека, что приводит к неравномерному смешиванию кормов и их перерасходу;

-наличие сложной передачи вращающего момента от ВОМ трактора на вал шнека требует использования тракторов повышенной мощности, что приводит к удорожанию процесса кормления в сравнении с раздатчиками с горизонтальным расположением шнеков, которые успешно агрегатируются тракторами класса 14 кН (МТЗ-80, МТЗ-82).

Одним из важнейших вопросов является возможность приготовления кормосмесей по заданной массе каждого компонента. Для этого измельчителисмесители оснащены весоизмерительными устройствами (рис. 3) [1,4].

Рис. 3. Схема весоизмерительного устройства 1 – микропроцессорный блок управления; 2 – распределительный блок;

3 – весоизмерительный датчик; 4 – сигнальные лампы; 5 – разъемная вилка; 6 – аккумулятор

Более сложные весоизмерительные системы оснащаются световым или звуковым сигналом, который срабатывает в момент достижения заданной массы корма при погрузке или разгрузке.

Обычно весоизмерительная система состоит из трех или четырех весоизмерительных датчиков, установленных между бункером и рамой шасси раздатчи- ка-смесителя, указателя измеряемой массы с аналоговым или микропроцессорным преобразованием с высотой цифр на дисплее до 50 мм.

202

Весоизмерительные устройства с микропроцессорным управлением позволяют ввести в запоминающее устройство до десяти и более программ для загрузки десяти и более компонентов. Столько же программ предусмотрено для разгрузки. При необходимости количество загружаемых кормов и выданных кормосмесей может быть зафиксировано и документировано. Для этого дополнительно поставляется печатающее устройство.

Для ферм сельскохозяйственных предприятий использующих малокомпонентный сенажно-концентратный тип кормления животных, ВНИПТИМЭСХ разработал конструкцию одношнекового многофункционального агрегата измельчи- теля-смесителя-раздатчика с наклонным бункером (рис. 4) [3].

Рис. 4. – Одношнековый мобильный смеситель АКМ-3 с наклонным бункером: 1 – ходовая часть; 2 – шнек смесителя; 3 – бункер смесителя;

4 – гидромотор привода шнека; 5 – выгрузное окно; 6 – заслонка; 7 – гидроцилиндр привода заслонки; 8 – скатный лоток

Преимущества разработанной машины следующие:

-простота конструкции;

-надежность в работе;

-снижение энергоемкости процесса по сравнению с одношнековым горизонтальным смесителем на 30% за счет замены в наклонном смесителе энергоемкого процесса выталкивания кормов вверх встречными витками шнека на менее энергоемкий процесс транспортирования шнеком кормов в поднятую часть бункера с последующим гравитационным осыпанием их в нижнюю часть бункера

[1,3].

Техническая характеристика смесителей и смесителя-раздатчика кормов с балансирующими добавками приведена в таблице 2.

203

Использование указанных в таблице 2 смесителей и смесителейраздатчиков кормов совместно с измельчителями-раздатчиками рулонированного сена при сенажно-концентратном типе кормления животных обеспечивает снижение затрат труда и энергоресурсов по сравнению с технологией кормления животных полноценными сбалансированными смесями соответственно до 18 и 39%, но а тоже время уступает ей по чистой прибыли на 5…8% [3].

Вывод:

Имеющийся опыт эксплуатации раздатчиков смесителей показывает что:

-лучшее качество измельчения и смешивания компонентов рациона обеспечивают миксеры с горизонтальными шнеками с соблюдениями равномерности раздачи кормов;

-миксеры с вертикальным расположением шнека обладают надежностью, меньшей энерго- и металлоемкостью, но имеют затруднения при эксплуатации в помещениях с низкими воротными проемами и перекрытиями;

-выбор технологии приготовления и раздачи кормосмесей зависит от финансовых возможностей агропредприятий;

-сбалансированный по питательности кормосмеси обеспечивают дорогостоящие миксеры-самопогрузчики, притом отличающиеся высокой энергозатратностью;

-сенажно-концетратный тип кормления обеспечивают более дешевые сме- сители-раздатчики кормов, но с обязательным применением измельчителя рулонированных кормов и погрузчика.

Литература

1.А.И. Завражнов, С.Ю. Астапов. Влияние конструктивных параметров мобильного смесителя-раздатчика кормов на однородность смешивания // Достижения науки и техники АПК, 2007, июнь, с. 25 – 27.

2.Современные проблемы науки и производства в агроинженерии / А.И. Завражнов. – СПб.: Издательство «Лань», 2013. – 496с.

3.М.А. Тищенко и др. Смесители и смесители-раздатчики кормов с наклонными бункерами // Сельский механизатор, 2009, №9, с. 24 – 26.

4.И.Я. Федоренко, В.В. Садов. Ресурсосберегающие технологии и оборудование

вживотноводстве. – СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 304с.

204

5.Е.Е. Хазанов, В.В. Гордеев, В.Е. Хазанов. Технология и механизация молочного животноводства. – СПб.: Издательство «Лань», 2010. – 352с.

6.Хозяин. Механика и оборудование для сельского хозяйства. Промагролизинг. [Электронный ресурс]. URL: http://www.hozain.com/kormorazdatchiki-vertikalnyie.html (да-

та обращения 24.04.2014)

УДК 631.243.42: 628.83

В.А. Овчинников, М.А. Трутнев, Пермская государственная сельскохозяйственная академия, г. Пермь, Россия

ОБЗОР МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ

Аннотация. В данной статье приведен обзор математических моделей, описывающих движение потоков воздуха в системах вентиляции. Приведены уравнения, описывающие каждую из моделей и процессы происходящие при транспортировании воздуха в вентиляционных системах. На основе проведенного анализа выделена комбинированная модель, которая больше адекватно описывает движение потоков воздуха в системе вентиляции картофелехранилищей.

Ключевые слова: картофелехранилище, математическая модель, вентиляционные системы.

Вентиляционные системы современных сельскохозяйственных предприятий в общем случае представляют собой приточно - вытяжные системы, обслуживающие одно или несколько помещений.

За последние годы коренным образом изменился подход к анализу и расчету процессов вентиляции, к анализу работы вентиляционных устройств и к управлению ими.

Методы оптимизации стали необходимой составной частью технологических расчетов не только с целью выбора оптимального технологического решения при создании той или иной системы, но и с целью оптимального управления.

Широкое применение электронных вычислительных машин изменило методы расчета вентиляционных процессов, сделав математическое моделирование основой современных методов анализа и прогнозирования. ЭВМ стали выполнять роль не только средств расчета и моделирования, но и средств управления.[1]

Существующие математические модели вполне адекватно описывают процессы, происходящие при транспортировании воздуха в сложных вентиляционных системах, а также процессы воздухообмена в вентилируемых помещениях.

В зависимости от вида функции распределения все многообразие математических моделей потоков, возникающих в системах вентиляции и воздушного отопления, может быть представлено в виде некоторых типовых моделей, описанных ниже.[5]

Модель идеального вытеснения. В соответствии с этой моделью, описывающей в первом приближении процесс в вытесняющей вентиляции, принимается поршневое течение потоков без перемешивания вдоль потока при равномерном распределении температуры в направлении, перпендикулярном движению. Время

205

пребывания в системе всех частиц одинаково и равно отношению объема системы к объемному расходу воздуха (эта величина определяется кратностью воздухообмена). Математическое описание модели имеет вид:

где: w- линейная скорость потока; t – температура газа;

τ – время;

x - координата.

Моделям идеального вытеснения, в первом приближении, соответствуют процессы, происходящие, как указывалось, в системах вытесняющей вентиляции.

Модель идеального перемешивания. Согласно этой модели принимается равномерное распределение температуры во всем потоке.

Зависимость между температурой воздуха на входе tвх и выходе tвых имеет

вид

где V – объем помещения.

Модели идеального перемешивания следуют процессы, происходящие в небольших помещениях в условиях интенсивного перемешивания.[3]

Диффузионная модель. Различают однопараметрическую и двухпараметрическую диффузионную модель.

Однопараметрическая диффузионная модель. В данном случае основой является модель вытеснения, осложненная обратным перемешиванием, следующим формальному закону диффузии. Параметром, характеризующим модель, служит коэффициент турбулентной диффузии или коэффициент продольного перемешивания DL, При составлении однопараметрической диффузионной модели принимаются следующие допущения:

-изменение температуры воздуха является непрерывной функцией координаты (расстояния);

-температура в данном сечении постоянна; -объемная скорость потока и коэффициент продольного перемешивания не

изменяются по длине и сечению потока.

При таких допущениях модель описывается уравнением

Уравнение (3) отличается от уравнения (2) введением дополнительного члена , учитывающего турбулентную диффузию или перемешивание. Вели-

чина определяется опытным путем.[4]

Двухпараметрическая диффузионная модель. В этой модели учитывается перемешивание потока в продольном и радиальном направлениях, причем модель

ются по длине и сечению вентилируемого или отапливаемого помещения, а скорость постоянна.

При условии движения потока в помещении с постоянной по длине и сечению скоростью уравнение двухпараметрической модели имеет вид

При опытном определении коэффициентов продольного и радиального перемешивания DL и DZ их обычно представляют в виде безразмерных комплексов –

критериев Пекле, где L – определяющий линейный размер вентилируемо-

го помещения.

В этом случае уравнение диффузионной модели также приводится к безразмерному виду. С этой целью вводится безразмерная температура -; без-

размерная длина и время , где V - объем помещения; Vt -

производительность вентиляционной системы или системы воздушного отопления. Учитывая, что производительность вентилятора принимается постоянной,

уравнение (4) приводится к виду

идеального смешения.

Зависимость коэффициента продольного перемешивания DL от различных факторов (размера помещения, скорости потока, физических свойств воздуха и т. д.) устанавливается не только опытным путем, но и при постановке опытов с использованием теории подобия.

Для однофазного потока в ламинарной области

(6)

Вэтом выражении

-критерий Шмидта;

-критерий Рейнольдса;

Втурбулентной области молекулярной диффузией пренебрегают

где – коэффициент трения (для течения в трубопроводе) или параметр, харак-

теризующий конфигурацию стенок, вдоль которых распространяется поток.[2] Для переходной области предложено эмпирическое уравнение

Ячеечная модель. Основой модели является представление об идеальном перемешивании в пределах слоев, расположенных последовательно, и отсутствии перемешивания между ними. Параметром, характеризующим модель, служит число ячеек m.

207

Математическое описание ячеечной модели включает m линейных дифференциальных уравнений первого порядка

(9)

где i =1, 2, . . ., m .

При m = 1 ячеечная модель переходит в модель идеального смешения, а при – в модель идеального вытеснения.

Ячеечной модели соответствуют последовательно соединенные помещения с интенсивным перемешиванием или наличие различных зон в помещении.

Комбинированные модели. Не все реальные процессы удается описать с помощью рассмотренных выше моделей, в частности включающих байпасные и циркуляционные потоки, а также процессы при наличии застойных зон. Для описания движения потоков воздуха в системе вентиляции ООО «Овен» комбинированная модель наиболее подходящая.

При построении комбинированной модели принимают, что вентилируемое (или отапливаемое) помещение состоит из отдельных зон, соединенных последовательно или параллельно, в которых наблюдаются различные структуры потоков: зона поршневого потока (идеального вытеснения), зона потока с идеальным перемешиванием; зона с продольным перемешиванием; зона застойная. Помимо этого, могут наблюдаться следующие локальные потоки: байпасный, циркуляционный, проскальзывание и т. д.[6]

Литература 1. Алыков, Н. М. Математическое моделирование аэродинамических систем при

создании средств очистки атмосферного воздуха [Текст] : монография / Н. М. Алыков, Е. М. Евсина ; под ред. Н. М. Алыкова. – Ас трахань : Издательский дом «Астраханский университет», 2009. – 95 с.

2. Грумондз В.Т., Половинкин В.В., Яковлев Г.А Теория движения двусредных аппаратов. Математические модели и методы исследования. Издательство Вузовская книга 2012 г. 644с.

3.Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. 2004г. 528с. Учеб. для вузов. — 3-е изд., перераб. — М.: Академкнига, 2004. — 528 с.

4.Нигматулин Р И Динамика многофазных сред. Ч I — М • Наука. Гл. ред физ-

мат лит, 1987 — 464 с

5.Сергиенко И. В. Математические модели и методы решения задач дискретной оптимизации Издательство: Наукова думка Год: 1988 Издание: 2-ое, доп. и перераб.

6.Табунщиков,Ю.А. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий / Ю. А. Табунщиков, М. М. Бродач . – М. : Авок-Пресс, 2002 . – 194 с. - ISBN 5-945330-02-7 .

УДК 621.744 (031)

В.В. Разина, Пермская государственная сельскохозяйственная академия, г. Пермь, Россия

НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ – ЭТО ОЧЕНЬ ПРОСТО

Аннотация. Мы можем рассматривать пустыню Сахара как плоскость. Проектируем плоскость на линию, а линию – в точку, находящуюся внутри клетки. Лев проектируется в ту же точку.

208

Г. Петард: Неужели так просто поймать льва в пустыне? Да, оказывается, все дело в том, чтобы поместить его в удобное относительно пустыни положение. Фундаментом логического построения начертательной геометрии являются: неопределяемые понятия; постулаты; определения; основные свойства. На этом основании могут быть доказаны теоремы и сформулированы новые определения.

Ключевые слова: точка, прямая, плоскость, пересечения, параллельность.

Что такое начертательная геометрия?

Это - что-то техническое, ответит любой человек.

Это - самый трудный предмет в I семестре,- скажет первокурсник.

Это - наука, без знания которой невозможно техническое творчество,- уверенно ответить опытный инженер.

Начертательная геометрияодна из тех наук, которые нужно осваивать постепенно, шаг за шагом, блок за блоком. Вытащишь один- и здание будет непрочно. Хотелось бы, чтобы начертательная геометрия для преподавателей и студентов стала строгой красивой и понятной наукой, чтобы по словам еѐ основоположника французского ученого Гаспара Монжа, «очарование, сопровождающее науку, могло победить свойственное людям отвращение к напряжению ума и заставило их находить удовольствие в упражнении своего разума».

Особая роль таких дисциплин, как начертательная геометрия в учебном процессе состоит в максимальном развитии пространственного мышления студентов, в приобретении навыков геометрического моделирования пространственных задач, в умении расчленять сложные задачи на более простые и составлять алгоритм их решения. В данной статье предложена методика решения задачи повышенной сложности, включая анализ условия, эскизное наглядное изображение графического алгоритма решения, символические записи этого алгоритма.

ЗАДАЧА. Дана прямая a , плоскость h f и плоскость CDE . Построить отрезок AB с точками A и B соответственно на прямой a и плоскости так, чтобы AB || , AB a 45 и | AB | 30мм (рис.1)

Рис.1

209

РЕШЕНИЕ.

Этап I. Анализ условия и составление плана решения задачи на пространственной модели.

1. Выполним наглядное изображение графического условия задачи (рис.2).

2.

Рис.2 3. Анализируем требования, предъявляемые условиям задачи к искомому

отрезку AB , и составляем мысленно план решения задачи, с одновременным выполнением его на наглядном изображении (рис.3).

Опускаем требование задачи, предъявляемое к длине отрезка AB , и строим сначала отрезок SL произвольной длины с произвольно выбранной точкой S на прямой a , отвечающий остальным требованиям задачи:

1.Отрезок SL должен быть параллелен плоскости .

2.Отрезок SL должен составлять с прямой a угол 45º.

3.Точка L отрезка SL должна принадлежать плоскости .

Рис.3

Геометрическим местом прямых, отвечающих первому требованию задачи, будет пучок прямых с центром в точке S , носителем которого является плоскость

210