4.2. 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 многокрите-
риальной. Решение ее возможно путем расчленения системы на ко-
нечное число звеньев, однако существующий математический аппарат
не позволяет это осуществить. Несмотря на трудность синтеза, нами
была предпринята попытка их оценки одним комплексным показате-
лем при помощи единичных параметров качества4 функционирования
объекта исследований. Разнородность исходных показателей каче-
ства не представляет в этом случае практической сложности, а реша-
ется на основе использования номинальных и предельно допустимых
показателей качества с применением экспертно-статистических мето-
дов оценки.
Необходимость подобной оценки качества функционирования
бестарного хранилища обычно возникает при разработке, производст-
ве и их эксплуатации с достижением следующих целей:
- планирования и прогнозирования уровня качества функциониро-
вания 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 сис-
тем;
- обоснования технологического процесса хранения и выпуска сы-
пучих грузов.
На основании исследований нами создана математическая мо-
дель комплексного показателя качества оцениваемого бункерного
оборудования, выбраны единичные критерии конструктивных пара-
метров хранилищ бункерного типа и физико-механических свойств
4 Понятие качества здесь рассматривается как некоторая совокупность свойств,
оказывающих влияние на результат
функционирования продукции.
175
сыпучих компонентов комбикорма, и разработана методика комплекс-
ной оценки работы бункеров.
Расчет осуществлялся в два этапа:
1. Оценка качественных и количественных характеристик конст-
рукций 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 ха-
рактеристик (геометрическая форма стенок, вид и место расположе-
ния 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 выше-
перечисленным условиям. За него, например, приняты: криволиней-
ное 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 по-
перечное сечение – круглое (1.2), форма близка к форме потока сыпу-
чего груза; многоугольные сечения (2.2 и 3.2) имеют одинаковую оцен-
ку.
Количественные характеристики бункера также были оценены
статистическим методом, результаты представлены в табл. 4.2. В ка-
честве эталона по вышеуказанным причинам были выбраны парамет-
ры 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 хра-
нении и прочее.
176
на – 900. Высота емкости Н≤5 м как наилучшая принята исходя из от-
сутствия сегрегации частиц при загрузке.
Таблица 4.1
Экспертно-статистические оценки качественных показателей
составных частей бункеров
Конфигурация емкости Конфигурация
выпускной воронки
Поперечное се-
чение
Место расположе-
ния выпускного
Продоль- отверстия
ное сече-
ние (фор-
ма емко-
сти)
Попереч-
ное сече-
ние
Продоль-
ное сече-
ние
Верх-
няя
часть
Выпу-
скное
отвер-
стие
Дно бун-
кера
Боковая
стенка
№
п/п
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)
Осесим-
метрич-
ное (0,5)
По пе-
риметру
(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)
Локаль-
ное (0,5)
3
Трапеция
вершиной
вверх
(0,95)
Прямо-
угольное
(0,75)
Нет во-
ронки
(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
площадей Sемк/Sотв
Угол наклона выпускной
воронки α, град
Высота хранилища
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 материа-
лов по действительным значениям единичных критериев отдельных
свойств на втором этапе.
Многочисленными отечественными и зарубежными исследова-
телями предложены разнообразные классификации сыпучих материа-
лов по степени их подвижности, способности к истечению. В их основу
177
положен один из показателей физико-механических свойств (началь-
ное сопротивление сдвигу, размер частиц, коэффициенты трения) без
учета влияния других. Подобное разделение является однозначным и,
очевидно, не всегда правомерно вследствие изменения свойств гру-
зов в процессе хранения.
Целью классификации компонентов комбикорма по физико-
механическим свойствам явилось определение комплексной оценки
(Кф) нижеприведенных свойств на основе относительных единичных
критериев (Кi) с учетом соответствующих коэффициентов весомости
(gi) конкретного показателя:
,
K K
1
K K
1
х x
К K g х х n
i 1
min
i
max
i
min
i
max
i
n
i 1
min
i
max
i
д
i
max
i
n
i 1
ф i i
Σ
Σ Σ
=
= =
−
−
−
−
= = все g 0, i ≥ (4.12)
где i=1, 2,…, n – число отдельных свойств качества;
xi
max – максимальное значение абсолютного i-го показателя, в
данном случае браковочное;
xi
min – минимальное значение показателя абсолютного i-го свойства
(принимается за эталон);
хi
д – действительное абсолютное значение i-го свойства.
Единичные критерии были выбраны по углу обрушения (К1), ко-
эффициенту внутреннего трения (К2), коэффициенту уплотнения (К3),
начальному сопротивлению сдвигу (К4), коэффициенту неоднородно-
сти фракционного состава (К5). Результаты расчетов представлены в
табл. 4.3. Комплексные оценки свойств позволяют дать объективную
оценку сыпучих материалов с учетом взаимовлияния основных физи-
ко-механических характеристик и процесса истечения из емкости хра-
нения.
Сыпучие грузы в зависимости от комплексных оценок разделя-
ются 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 компью-
терной программы расчета комплексной оценки функционирования
бестарных хранилищ сыпучих материалов (рис. 4.4).
Программа работает следующим образом. Вводится значение
комплексной оценки физико-механических свойств груза, предпола-
гаемого к хранению. Далее на экран выводятся результаты расчета
комплексной оценки возможных вариантов бункеров на выпуске сыпу-
чих материалов выбранной группы. Пользователь производит сравне-
ние конструкции бестарного хранилища с максимальной оценкой, ва-
риант выводится на печать. При необходимости расчет можно повто-
рить с другими значениями показателя физико-механических свойств.
Например, вводится значение 0<Кф≤0.1, присущее грузам 1ой
178
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). Качествен-
ные характеристики следующие: конфигурация емкости – трапеция
вершиной вверх круглого сечения; выпускная воронка отсутствует; вы-
грузное отверстие – щелевое по периметру дна. Данный бункер имеет
следующие количественные параметры: соотношение площадей вы-
пускного отверстия и сечения емкости – 100 %, угол наклона обра-
зующей 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 Единичные критерии
группы
НАИМЕНОВАНИЕ
ГРУЗА К1 К2 К3 К4 К5
Комплексная
оценка
Кф
Мел 0,156 0,417 0,013 0,4 0,304 0,069
I
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
Мука травяная 0,389 0,333 0,15 0,233 0,307 0,205
III Шрот подсолнеч-
ный 0,289 0,458 0,178 0,567 0,274 0,233
Ячмень 0,64 0,583 0,25 0,567 0,5 0,306
IV
Цеолит 0,589 0,208 0,296 0,267 0,3 0,351
1. Описание си с темы
функцион и рования
статистическая и
экспериментал ь ная и н формация;
методы оценки.
2. Проверка
работ о спосо б ности
- отладка;
- отладка н а программной м одели;
- всесторонний анализ модели.
3. Выходные данные
конечного пр одукта
Объект управления
Объект проектирования
Рис.4.4. Укрупненная схема аппаратного решения задачи качественного
функцион и рования объектов исследования
179
В настоящее время проводится совершенствование данной про-
граммы 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 эксплуатаци-
онных расходов.
Приведенная методика применялась для оценки бункеров с гра-
витационным выпуском, однако складские системы для переработки
названных грузов предусматривают использование значительного ко-
личества трудносыпучего сырья. Для осуществления транспортно-
складских операций с ним требуются бункерные устройства. В арсе-
нале технических средств, разработанных нами, имеются устройства
для активного и пассивного воздействия на сыпучий материал, позво-
ляющие избежать образования сводов и повышающие надежность и
качество разгрузки (см. гл. 3). Например, оснащение бункера механи-
ческим рыхлителем, сводоразрушителем, питателем, что будет учи-
тываться при расчетах, позволяет достичь высоких качественных и
количественных показателей выпуска. Установка по высоте емкости
на внутренней ее поверхности воронок-разделителей позволяет ста-
билизировать давление груза по всей высоте хранилища, что соответ-
ственно 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 по-
знаниями в области механики сыпучих сред и теории бункеров. Полу-
ченные результаты могут применяться при проектировании бункерных
хранилищ хорошо- и среднесыпучих грузов, реконструкции сущест-
вующих устройств с целью улучшения процесса разгрузки при незна-
чительных капитальных затратах. Это позволит наиболее полно и
квалифицированно осуществлять управление процессами производ-
ства, даст возможность получить идеальный пример функционирова-
ния данного производства.
