Оценка качества функционирования емкостей для сыпучих грузов

Анализ факторов эффективности и параметрической модели функционирования системы поставок сыпучих грузов показывает, что рассматриваемый объект относится к сложной системе, а задача оценки качества его работы в обобщенном виде является многокритериальной. Решение ее возможно путем расчленения системы на конечное число звеньев, однако существующий математический аппарат не позволяет это осуществить. Несмотря на трудность синтеза, нами была предпринята попытка их оценки одним комплексным показателем при помощи единичных параметров качества4 функционирования объекта исследований. Разнородность исходных показателей качества не представляет в этом случае практической сложности, а решается на основе использования номинальных и предельно допустимых показателей качества с применением экспертно-статистических методов оценки.

Необходимость подобной оценки качества функционирования бестарного хранилища обычно возникает при разработке, производстве и их эксплуатации с достижением следующих целей:

- планирования и прогнозирования уровня качества функционирования бункера;

- выбора оптимального варианта при создании нового устройства и разработки нормативно-технической документации на него;

- реконструкция существующего оборудования для улучшения его функционирования;

- аттестация качества функционирования бункерно-силосных систем;

- обоснования технологического процесса хранения и выпуска сыпучих грузов.

На основании исследований нами создана математическая модель комплексного показателя качества оцениваемого бункерного оборудования, выбраны единичные критерии конструктивных параметров хранилищ бункерного типа и физико-механических свойств

4 Понятие качества здесь рассматривается как некоторая совокупность свойств, оказывающих влияние на результат функционирования продукции.

сыпучих компонентов комбикорма, и разработана методика комплексной оценки работы бункеров.

Расчет осуществлялся в два этапа:

1. Оценка качественных и количественных характеристик конструкций бункеров, исходя из условий обеспечения ими стабильного выпуска сыпучих грузов, экспертно-статистическим методом.

2. Комплексная оценка физико-механических свойств грузов по способности к истечению (степени сыпучести).

Для реализации 1-го этапа конструкция хранилища была разложена на элементы - корпус и выпускную воронку. Им даны комплексные оценки, учитывающие совокупность качественных конструктивных характеристик (геометрическая форма стенок, вид и место расположения выгрузного отверстия), не поддающихся численному выражению. Критериями оценки послужили:

- отсутствие невыгруженных остатков;

- бесперебойное истечение;

- качественное хранение сыпучего материала;

- обеспечение эффективной формы истечения.

В результате были получены экспертно-статистические оценки 45 различных составных чачтей бункеров (табл. 4.1). Схемы бункеров и воронок представлены в прил. 3.

При этом на основании анализа экспериментальной информации и практического опыта выбирается эталон каждого свойства по вышеперечисленным условиям. За него, например, приняты: криволинейное продольное сечение емкости (в соответствии с табл. 4.1 - 1.1), улучшающее технологию производства и увеличивающее полезный объем емкости; трапеция вершиной вверх (3.1), их оценка составляет 0,95 от идеала5. Далее оценка распределялась следующим образом. Из вариантов емкости - прямоугольное (4.1) и трапеция вершиной вниз (2.1), по понятным причинам более предпочтительным является первое, оценка соответственно составляет 0,75 и 0,5. Наилучшее поперечное сечение - круглое (1.2), форма близка к форме потока сыпучего груза; многоугольные сечения (2.2 и 3.2) имеют одинаковую оценку.

Количественные характеристики бункера также были оценены статистическим методом, результаты представлены в табл. 4.2. В качестве эталона по вышеуказанным причинам были выбраны параметры с оценкой 0,95. Соотношение площадей выпускного отверстия и сечения емкости равное 1 является оптимальным решением с точки зрения ликвидации сводообразования. Действие сил внешнего трения по стенкам на частицы груза обуславливает наилучший угол их накло

5 Идеалом являются недостижимые практически условия - отсутствие трения при истечении, уплотнения - при хранении и прочее.

на - 900. Высота емкости Н<5 м как наилучшая принята исходя из отсутствия сегрегации частиц при загрузке.

Таблица 4.1

Экспертно-статистические оценки качественных показателей _составных частей бункеров_

п/

п

Конфигурация емкости

Конфигурация выпускной воронки

Место расположения выпускного отверстия

Продольное сечение (форма емкости)

Поперечное сечение

Продольное сечение

Поперечное сечение

Верх няя часть

Выпу скное отвер стие

Дно бункера

Боковая стенка

1

2

3

4

5

6

7

1

Криволи нейное

(0,95)

Круглое

(0,95)

Криволи нейное

(0,75)

Круг лое

(0,95)

Щеле вое

(0,95)

Осесимметричное (0,5)

По периметру (0,95)

2

Трапеция вершиной вниз (0,5)

Много угольное

(0,75)

Трапеция вершиной вниз (0,5)

Много уголь ное

(0,75)

Круг лое

(0,75)

Несим метрич ное

(0,75)

Локальное (0,5)

3

Трапеция вершиной вверх

(0,95)

Прямо угольное

(0,75)

Нет воронки (0,95)

Прямо уголь ное

(0,75)

Много уголь ное

(0,75)

4

Прямо угольное

(0,75)

Прямо уголь ное

(0,25)

Таблица 4.2

Экспертные оценки количественных параметров бункеров

Соотношение

Угол наклона выпускной

Высота хранилища

площадей Эемк/Зотв

воронки а, град

Н, м

100% (0,95)

90 (0,95)

Н<5 (0,95)

75% (0,75)

70 (0,75)

Н>5 (0,5)

50%(0,5)

50 (0,5)

25% (0,25)

30 (0,25)

Покажем применение указанной методики на примере расчета комплексной оценки физико-механических свойств сыпучих материалов по действительным значениям единичных критериев отдельных свойств на втором этапе.

Многочисленными отечественными и зарубежными исследователями предложены разнообразные классификации сыпучих материалов по степени их подвижности, способности к истечению. В их основу положен один из показателей физико-механических свойств (начальное сопротивление сдвигу, размер частиц, коэффициенты трения) без учета влияния других. Подобное разделение является однозначным и, очевидно, не всегда правомерно вследствие изменения свойств грузов в процессе хранения.

Целью классификации компонентов комбикорма по физикомеханическим свойствам явилось определение комплексной оценки (Кф) нижеприведенных свойств на основе относительных единичных критериев (К|) с учетом соответствующих коэффициентов весомости (д|) конкретного показателя:

где 1=1,2,..., п - число отдельных свойств качества;

Х|тах - максимальное значение абсолютного 1-го показателя, в данном случае браковочное;

Х|т|п - минимальное значение показателя абсолютного 1-го свойства (принимается за эталон);

х| д - действительное абсолютное значение 1-го свойства.

Единичные критерии были выбраны по углу обрушения (К1), коэффициенту внутреннего трения (К2), коэффициенту уплотнения (К3), начальному сопротивлению сдвигу (К4), коэффициенту неоднородности фракционного состава (К5). Результаты расчетов представлены в табл. 4.3. Комплексные оценки свойств позволяют дать объективную оценку сыпучих материалов с учетом взаимовлияния основных физико-механических характеристик и процесса истечения из емкости хранения.

Сыпучие грузы в зависимости от комплексных оценок разделяются на четыре группы, включающие материалы, близкие по своим свойствам и степени сыпучести. При этом, чем больше комплексная оценка, тем выше сыпучесть исследуемых грузов.

Приведенные данные послужили основой для создания компьютерной программы расчета комплексной оценки функционирования бестарных хранилищ сыпучих материалов (рис. 4.4).

Программа работает следующим образом. Вводится значение комплексной оценки физико-механических свойств груза, предполагаемого к хранению. Далее на экран выводятся результаты расчета комплексной оценки возможных вариантов бункеров на выпуске сыпучих материалов выбранной группы. Пользователь производит сравнение конструкции бестарного хранилища с максимальной оценкой, вариант выводится на печать. При необходимости расчет можно повторить с другими значениями показателя физико-механических свойств.

Например, вводится значение 0<Кф<0.1, присущее грузам 1ой

группы сыпучести (см. табл. 4.3). По результатам расчета наилучшим вариантом является 3.1-1.2-3.3-1.4-1.5-1.7 (см. табл. 4.1). Качественные характеристики следующие: конфигурация емкости - трапеция вершиной вверх круглого сечения; выпускная воронка отсутствует; выгрузное отверстие - щелевое по периметру дна. Данный бункер имеет следующие количественные параметры: соотношение площадей выпускного отверстия и сечения емкости - 100 %, угол наклона образующей выпускной воронки - 900, что соответствует ее отсутствию. Высота стенок бункера не должна превышать пяти метров, или его необходимо оснащать загрузочными устройствами, обеспечивающими выполнение данного требования.

Комплексная оценка работы такого устройства определяется на основе используемого математического аппарата из значений оценок составляющих элементов и равна 0.95.

Таблица 4.3

Результат расчета единичных и комплексных показателей физико-механических свойств сыпучих грузов

Номер группы

НАИМЕНОВАНИЕ

ГРУЗА

Единичные критерии

Комплексная оценка

Кф

Кі

К2

Кз

К4

Кб

I

Мел

0,156

0,417

0,013

0,4

0,304

0,069

ОТРУБИ

0,311

0,625

0,02

0,133

0,433

0,076

II

Мука мясокостная

0,189

0,417

0,046

0,433

0,262

0,102

III

Мука травяная

0,389

0,333

0,15

0,233

0,307

0,205

Шрот подсолнечный

0,289

0,458

0,178

0,567

0,274

0,233

IV

Ячмень

0,64

0,583

0,25

0,567

0,5

0,306

Цеолит

0,589

0,208

0,296

0,267

0,3

0,351

Укрупненная схема аппаратного решения задачи качественного функционирования объектов исследования
Рис.4.4. Укрупненная схема аппаратного решения задачи качественного функционирования объектов исследования

В настоящее время проводится совершенствование данной программы с целью полного охвата операций технологического процесса функционирования устройств бестарного хранения. Предполагается экономически обосновать возможные варианты бункеров и силосов по критерию минимизации инвестиций на их возведение и эксплуатационных расходов.

Приведенная методика применялась для оценки бункеров с гравитационным выпуском, однако складские системы для переработки названных грузов предусматривают использование значительного количества трудносыпучего сырья. Для осуществления транспортноскладских операций с ним требуются бункерные устройства. В арсенале технических средств, разработанных нами, имеются устройства для активного и пассивного воздействия на сыпучий материал, позволяющие избежать образования сводов и повышающие надежность и качество разгрузки (см. гл. 3). Например, оснащение бункера механическим рыхлителем, сводоразрушителем, питателем, что будет учитываться при расчетах, позволяет достичь высоких качественных и количественных показателей выпуска. Установка по высоте емкости на внутренней ее поверхности воронок-разделителей позволяет стабилизировать давление груза по всей высоте хранилища, что соответственно влечет стабилизацию выгрузки даже при длительных сроках складирования.

Таким образом, созданная программа расчета комплексной оценки работы бестарных хранилищ сыпучих материалов позволяет получить адекватный результат пользователю, не обладающему познаниями в области механики сыпучих сред и теории бункеров. Полученные результаты могут применяться при проектировании бункерных хранилищ хорошо- и среднесыпучих грузов, реконструкции существующих устройств с целью улучшения процесса разгрузки при незначительных капитальных затратах. Это позволит наиболее полно и квалифицированно осуществлять управление процессами производства, даст возможность получить идеальный пример функционирования данного производства.

Факторы эффективности функционирования процессов загрузки, хранения и выпуска сыпучих грузов из емкостей | Емкости для сыпучих грузов в транспортно-грузовых системах | Контрольные вопросы по 4 главе