Совершенствование конструктивно-технологической схемы и обоснование режимных параметров ленточного водоподъемника

В своем послании «Казахстан — 2030» Президент страны Н. А. Назарбаев указывает, что в числе первоочередных приоритетных направлений рыночной экономики является развитие сельского хозяйства на ближайшие 13 лет: «На первых порах, до 2010 года, нам необходимо сосредоточиться на трудоемких отраслях, которые перспективны с позиции их возможностей и конкурентоспособности, это в порядке приоритетов, сельское хозяйство,. и создание инфраструктуры». [1].

Одной из важнейших отраслей сельскохозяйственного производства является животноводство. В будущем животноводство должно обеспечить легкую и пищевую промышленность необходимым сырьем, а население полноценными и качественными продуктами питания на уровне обоснованных норм. Важная роль в решении этих задач принадлежит развитию животноводства на основе ускоренного освоения интенсивных методов производства животноводческой продукции и применения новейших технологий, новой техники и автоматизации.

Дальнейшее развитие животноводства, в основном, мясного скотоводства и овцеводства, связано с максимальным использованием естественных пастбищ. В правительственном постановлении по развитию агропромышленного комплекса Республики Казахстан до 2010 года поставлена задача дальнейшего развития животноводства с максимальным использованием естественных пастбищ. [2] Природные пастбища — основной источник дешевого и наиболее ценного зеленого корма, за счет которого удовлетворяется почти 75% потребности животноводства. Пастбищное содержание положительно влияет на здоровье, продуктивность и воспроизводительные функции животных и улучшает экономические показатели отрасли. Однако пастбищные угодья нельзя рационально использовать без обеспечения выпасаемого скота доброкачественной водой.

Республика Казахстан имеет относительно хорошие условия для производства животноводческой продукции в условиях пастбищ, важным фактором которых является обеспечение гарантированного водоснабжения за счет механизации водоподъема из основных водоисточников — шахтных и трубчатых колодцев.

Установлено, что при нормальном кормлении доброкачественная вода способствует повышению удоя у коров на 25 — 30%, приросту живой массы нагульных животных до 7 — 10% и настригу шерсти до 8 — 10% [3, 4]. Кроме того, по развитию села в правительственном постановлении Республики Казахстан ставится задача решить проблему водоснабжения. [2].

Вода — важная составная часть всего живого на земле. Она является одним из основных материалов клеток живого организма и участвует во многих биологических процессах, протекающих в организме животных. Обмен веществ возможен только при условии, когда питательные вещества и продукты обмена растворены и находятся в движении. Главным растворителем для них служит вода. С водой в различные части тела доставляются питательные, и с ней же из организма животных уносятся ненужные и вредные для него продукты обмена.

Свободный доступ к воде умеренной температуры способствует использованию концентрирующейся в теле энергии на образование продукции — молока, мяса, жира, шерсти и т. д. Специальные наблюдения показали, что у взрослых овец и ягнят, получавших на пастбище воду вволю, в 2,9 раза увеличивался прирост живой массы, в 1.1 раза длина туловища ив 1,5 раза прирост шерсти [4].

Факторами, определяющими потребность животных в воде, являются физиологическое состояние, возраст и масса тела, порода, продуктивность, состав корма, метеорологические условия, температура воды, а также индивидуальные привычки животных.

С гигиенической точки зрения целесообразно удовлетворять животных питьевой водой вволю, давать ее многократно, лучше через равные промежутки времени. Недостаток воды в организме отрицательно влияет на потребление корма животными, при этом, чем сильнее жажда, тем ниже потребление питательных веществ. Как известно [5], уменьшение потребления корма ведет к снижению продуктивности сельскохозяйственных животных.

В связи с вышесказанным, механизация пастбищного поения имеет важное значение. С целью получения наивысшей продуктивности животных необходимы водоподъемные устройства, обеспечивающие своевременное, бесперебойное и в достаточных количествах подачу воды. Кроме того в настоящее время существует большое количество крестьянских хозяйств и малых населенных пунктов, которым необходимо обеспечение водой, которую можно достать из подземных источников с помощью не дорогостоящих и высокопроизводительных водоподъемных агрегатов.

На ряду с другими типами водоподъемных машин большое распространение в пастбищном водоснабжении получили ленточные водоподъемники. К достоинству этих машин следует отнести простоту, надежность, легкость в эксплуатации и техническом обслуживании, ремонтопригодность в условиях хозяйств и экономичность агрегата [6].

Для водообеспечения пастбищ широко используются водоподъемники с ленточным рабочим органом ВЛМ-ЮОА, ГЛВ-250. ВЛС-50, ВЛМ-С и т. д. Однако неэффективный отвод (съем) поднятой воды с внутренней поверхности водонесущей ветви ленты и плохие условия трения между рабочей поверхностью ведущего шкива и лентой ухудшают технологический процесс этих машин и необоснованно увеличивают удельную потребляемую энергию.

Учитывая высокую стоимость энергоносителей, в настоящее время становится важным вопрос изыскания путей снижения энергозатрат. Поиски путей снижения расхода энергии связано с улучшением технологического процесса и таких технических показателей, как подача и потребляемая мощность.

Поэтому задача создания и внедрения в практику водоподъемных машин, исключающих выше названные недостатки указанных водоподъемников, является актуальной и ее решение имеет важное значение для животноводческой отрасли. Решению этой задачиразработке на основе научных исследований и обоснованию параметров ленточного водоподъемника, обеспечивающего улучшение технологического процесса, и посвящена настоящая диссертационная работа.

На защиту выносится новая конструктивно-технологическая схема ленточного водоподъемника (патент Республики Казахстан на изобретение № 12 018), [84] и следующие научные положения: аналитические выражения для определения основных конструктивно-режимных параметров предложенного ленточного водоподъемника, полученные в результате теоретических исследований;

— результаты экспериментальных исследований и полученные на их основе зависимости по проверке выдвинутых теоретических положений и определению оптимальных конструктивно-режимных параметров водоподъемника;

— результаты экономической оценки эффективности применения предложенного водоподъемника.

Цель исследования — повышение производительности процесса на основе совершенствования конструктивно-технологической схемы ленточного водоподъемника.

Предмет исследования — ленточный водоподъемник с усовершенствованной конструктивно-технологической схемой.

Объект исследования — процесс подъема воды ленточным водоподъемником.

Задачи исследования: определить закономерности изменения производительности ленточного водоподъемника в зависимости от его конструктивно-технологических параметров;

— аналитически описать рабочий процесс ленточного водоподъемника с усовершенствованной конструктивно-технологической схемой и определить его основные режимные параметры;

— исследовать влияние параметров и конфигурации ребер поджимного ролика водоподъемника на эффективность процесса съема поднятой воды;

— обосновать оптимальные конструктивно-технологические параметры ленточного водоподъемника и режимы работы, обеспечивающие снижение энергоемкости процесса подъема воды.

— дать обоснование экономической эффективности и разработать рекомендации сельскохозяйственному производству по изготовлению и использованию предлагаемого ленточного водоподъемника.

Методика исследования. Теоретические исследования проведены на основании известных законов механики и гидравлики. Решение полученных уравнений осуществлялось с помощью математической системы Mathcad 5,0 на ПЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на основании действующих ГОСТов и ОСТов, обработка полученных результатов эсуществлялась на ПЭВМ с помощью программы обработки визуальный. данных «IMAGE-PRO PLUS 2,0» и статической шалоговой системе STADIA (версия 4). С помощью расчетно-сонструктивного метода на основе результатов математического юделирования были получены оптимальные значения онструктивных и технологических параметров для устройства, еализующего процесс подъема воды. Научная новизна работы, на основе взаимосвязи свойств воды и центробежных сил, оявляющихся при прохождении лентой поджимного ролика боснована возможность повышения производительности ленточного одоподъемника за счет съема воды с двух сторон ленты и за счет меньшения проскальзывания ленты на ведущем барабане одоподъемника. теоретическими и экспериментальными исследованиями доказана озможность повышения производительности за счет установки оджимного ролика на восходящей ветви водоподъемника и за счет зменения конфигурации ребер поджимного ролика. получены аналитические зависимости для определения ациональнцх параметров ленточного водоподъемника повышенной роизводительностина основе экспериментальных исследований олучена математическая модель количественных показателей роцесса подъема воды. оценена экономическая эффективность ленточного водоподъемника звышенной производительности.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций эдтверждается сходимостью результатов теоретических и: спериментальных исследований, корреляционным анализом: спериментальных данных с определением доверительных 1тервалов случайных величин.

Практическую ценность представляют: конструкция ленточного водоподъемника повышенной производительности;

— расчет конструктивно-технологических параметров ленточного водоподъемника;

— результаты проверки в лабораторных и производственных условиях основных положений работы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на международной научно-практической конференции (Кокшетау 1999 г.) — научно-практических конференциях Оренбургского ГАУ (Оренбург 2000, 2001, 2003 гг.) — научно-практических конференциях Костанайского ГУ (Костанай 1998.2003г.).

Внедрение. Опытный образец ленточного водоподъемника повышенной производительности проходил проверку и был внедрен в крестьянском хозяйстве «Крысин В.И.», Алтынсаринского района, Костанайской области.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе получен 1 патент на изобретение, подана заявка на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, обших выводов и предложений, списка использованной литературы (113 наименований), приложения. Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 14 таблиц, 24 приложений.

ОБЩИН ВЫВОДЫ.

На основании литературного обзора, теоретических и экспериментальных исследований в работе сделаны следующие выводы:

I. Анализ литературных источников и практика показывают, что поение является неотъемлемой частью жизнеобеспечения животных и высокоэффективного получения продукции. Для бесперебойного водоснабжения животных особенно на пастбищах, малых крестьянских и фермерских хозяйств, требуются простые, высоконадежные, удобные в эксплуатации и техническом обслуживании, универсальные по роду привода водоподъемные агрегаты. Анализ технических характеристик последних по энергоемкости и к.п.д. показывает, что наиболее лучшими являются ленточные водоподъемники. Классификация позволила выявить наиболее перспективную схему ленточного водоподъемника (2-х барабанный вертикального расположения с одной гладкой лентой со съемом воды с 2-х сторон ребристым роликом, расположенным в верхней части восходящей ветви).

2. Проскальзывание ленты, неполный съем поднимаемой жидкости снижают технико-экономические показатели работы ленточного водоподъемника. На основе анализа известных конструкций водоподъемников разработана, устраняющая вышеназванные недостатки новая конструктивно-технологическая схема и создан опытный образец ленточного водоподъемника, включающий дополнительный поджимной ролик (патент Республики Казахстан на изобретение № 12 018).

3. Экспериментальные исследования поджимных роликов с различной конфигурацией ребер показали, что применение поджимного ролика уменьшает проскальзывание ленты на ведущем барабане и осуществляет более полный съем поднимаемой воды (с двух сторон ленты: внутренней и внешней). Наиболее рациональным видом ребер поджимного ролика является V — образная форма. Установка поджимного ролика увеличивает угол обхвата ведущего барабана рабочим органом до 135° и соответственно увеличивает коэффициент трения скольжения на 22.28%.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований обоснованы конструктивно-технологическая схема и режимные параметры предлагаемого водоподъемника (диаметр поджимного ролика dp = 0,08 м, угол ребер у = 122°, количество ребер п = 12 шт, расстояние ролика от ведущего барабана по вертикали h = 0,02 м, глубина погружения натяжного барабана-балласта Нр = 0,5 м, пределы изменения скорости ленты 9 = 3.9 м/с).

5. В результате проведения полнофакторного эксперимента получено уравнение регрессии, которое адекватно описывает поверхность отклика, и позволило оптимизировать параметры предлагаемого ленточного водоподъемника (масса натяжного устройства m = 30 кг, расстояние поджимного ролика от ведущего барабана по горизонтали 1 = 0,1 м, оптимальная скорость лепты Э = 7,75 м/с).

6. Производственная проверка предложенного ленточного водоподъемника показала, что он обеспечивает стабильное выполнение технологического процесса и повышение производительности до 42%.

7. Технико-экономическая оценка результатов исследований показала, что применение усовершенствованного ленточного водоподъемника обеспечивает годовой экономический эффект 13 395,6 тенге (2679,1 руб.), годовую экономию труда 59,4 чел.ч. и годовую экономию электроэнергии 41,72 кВтч.

8. Простота конструкции разработанного ленточного водоподъемника позволяет использовать полученные результаты исследований в сельскохозяйственных, крестьянских и фермерских хозяйствах.