Обоснование технологических подходов к созданию инновационных изделий строительного назначения для сельскохозяйственной отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дальневосточный государственный аграрный университет

Обоснование технологических подходов к созданию инновационных изделий строительного назначения для сельскохозяйственной отрасли

Доценко С.М., Школьников П.Н., Школьникова М.А., Широков В.А.

Аннотация

На основе анализа проблемной ситуации обоснованы технологические подходы к созданию системы производства изделий строительного назначения для нужд сельскохозяйственной отрасли с использованием утилизированно-переработанных отходов в виде стекла, опилок, стружки, резины и т.д.

Ключевые слова: технология, схема, структурные элементы, параметры, утилизация, отходы, сельскохозяйственная отрасль

Введение

Создание строительных изделий сельскохозяйственного назначения на основе новых подходов на сегодняшний день остаётся приоритетной задачей для решения соответствующих вопросов в сельскохозяйственной строительной отрасли с учетом проблем экологии [1-3].

Известно, что в настоящее время практически повсеместно не решены проблемы утилизации опилок, стружки, резиновых отходов, стеклотары и т.д.

Одним из направлений решения данной проблемы является рациональное использование указанных видов отходов соответствующей их переработкой в строительные изделия сельскохозяйственного назначения.

Целью исследований является обоснование технологических подходов к созданию инновационных изделий строительного назначения с использованием опилок, стружки, резины и стеклотары.

Задачи исследований

- разработать технологическую схему производства строительных изделий для нужд сельскохозяйственной отрасли на основе утилизированно-переработанного сырья (УПС);

- обосновать параметры структурных элементов технологии с разработкой схемы транспортирующе-дозирующей машины (ТДМ);

- разработать аппаратурную схему линии по производству изделий для сельскохозяйственного строительства с использованием стеклотары, резины, опилок, стружки и т.д.

При разработке подсистемы производства строительных изделий необходимо обеспечить выполнение определенных требований, предъявляемых к данной подсистеме.

В качестве основных требований для данной подсистемы определены следующие:

- производимые строительные изделия должны быть доступными сельскохозяйственному потребителю по стоимости;

- изделия должны быть требуемой прочности;

- изделия должны соответствовать экологическим нормативам, применяемым в строительстве.

На рис. 1 представлена технологическая схема производства изделий строительного назначения с использованием утилизируемо-пригодного сырья (опилки, стружка, стеклотара, стекловолокно, резина и т.д.)

Рис. 1. Технологическая схема производства изделий строительного назначения с использованием утилизированно-переработанных отходов

Первое требование можно выполнить, применив в подсистеме так называемую транспортно-дозирующую машину (ТДМ), совмещающую ряд технологических операций, машину для приготовления цементного связующего раствора, специальный пресс универсального назначения с компрессионной камерой, позволяющий получать влажные гранулы требуемой структуры, а также специальную сушилку с регулируемыми режимами сушки (при необходимости).

На рис. 2 представлена структурная схема подсистемы производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения.

Рис. 2. Структурно-функциональная схема подсистемы производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения: L(t) - средневзвешенный размер исходного продукта; (t); (t); (t) - степень измельчения, однородность смеси и неравномерность ее дозирования; (t) - плотность изделия; П_р - прочность готовых гранул; С_и - цена изделия.

Анализ существующих схем технологических линий производства строительных изделий с точки зрения наличия в них функционально необходимых структурных элементов, а также конструктивных особенностей применяемых технических средств, показал, что они металлоемки и энергоемки. При этом наиболее эффективным с точки зрения снижения значений данных показателей, особенно для условий среднего и малого бизнеса, является использование многофункциональных агрегатов, совмещающих в себе две и более операции технологического процесса.

Данные машины, совмещая как минимум четыре операции (загрузку с измельчением, доставку к месту смешивания и их дозированную подачу) позволяют уменьшить затраты труда и средств и тем самым снизить себестоимость готовых изделий.

Вполне очевидно, что с точки зрения снижения затрат, в частности, приведенных - ПЗ, данные технические решения являются наиболее эффективными

, (1)

где: n - число операций;

C_i - эксплуатационные затраты;

Е - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;

К_i - капитальные затраты по операциям.

Для данного типа технических средств приняты следующие показатели оценки их работы:

во-первых - неравномерность или погрешность дозирования компонентов _g, % при их подаче в формующие машины (прессы и т.д.), по сути, являющаяся коэффициентом вариации

, (2)

где: ТФ - совокупность технологических факторов;

КРФ - совокупность конструктивных факторов.

во-вторых - энергоемкость измельчения УС, которая также зависит от совокупности технологических (ТФ) и конструктивно-режимных (КРФ) факторов

, (3)

в-третьих - степень измельчения - утилизируемо-перерабатываемого сырья (УПС).

Значения этих показателей также зависят от совокупности технологических и конструктивно-режимных параметров:

, (4)

где: Э_N - энергоемкость процесса измельчения УПС;

Q_u - производительность измельчающе-распределяющего устройства (ИРУ).

В то же время эффект от снижения затрат энергии (Э_N) по процессам измельчения и распределения компонентов в бункере ТДМ можно представить в виде условия

, (5)

где: N_б, N_пр - соответственно, затраты энергии по базовому и предлагаемому вариантам;

Q_б, Q_пр - производительность по базовому и предлагаемому вариантам;

_б, _пр - степень измельчения по базовому и предлагаемому вариантам.

При переходе к стоимостным показателям эффективности имеем, что

, (6)

где: Ц_Э - стоимость единицы энергии (кВт*ч);

t_б, t_пр - время работы по базовому и предлагаемому вариантам.

Это выражение можно представить, как

, (7)

где N_Э - разность по затратам энергии между базовым и предлагаемым вариантами.

Тогда в общем виде экономико-математическая модель оценки эффективности работы линии производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения может быть представлена как

, (8)

где С - экономия энергозатрат в денежном выражении, полученная за счет снижения энергоемкости процессов.

На основе проведенного анализа разработана структурная схема (рис. 3) транспортирующе-дозирующей машины (ТДМ), выполняющей следующие операции:

погрузку УПС в бункер ТДМ;

измельчение с одновременным распределением компонентов в бункере ТДМ;

транспортировку к месту назначения и обратно;

дозированную подачу компонента в формующую машину.

Рис. 3. Структурная схема транспортирующе-дозирующей машины для подготовки УПС: - входные и выходные параметры; ТФ - технологические факторы; КРФ - конструктивно-режимные параметры; _q - неравномерность распределения массы по длине монолита.

Для принятой схемы ТДМ в общем виде функциональные зависимости приведенных показателей качества выполнения соответствующих процессов смешивания и подачи могут быть представлены как

, (9)

где: Н_сл - высота утилизируемого продуктового слоя в бункере ТДМ;

- степень измельчения УПС;

- угол наклона решетки.

Таким образом, в результате проведенного теоретического анализа разработана структурная схема ТДМ и определена совокупность основных факторов, влияющих на эффективность функционирования системы подготовки УПС для последующего получения строительных изделий сельскохозяйственного назначения.

Для структурного элемента в виде ТДМ получена модель, характеризующая производительность ИРУ:

, (10)

где: L_p - длина ротора ИРУ;

Z_pi - толщина пластин ограничительной решетки;

R_z - число молотков, идущих по одному следу;

- угловая скорость ротора;

- плотность продуктово-воздушной смеси, удаляемой из ИРУ;

S₁ - площадь поперечного сечения УПС в плоскости рабочей зоны молотка-лопасти. строительный утилизированный сельскохозяйственный

Для структурного элемента в виде формующего пресса справедливо следующее равенство:

, (11)

где: Q_ТДМ - подача транспортирующе-дозирующей машины;

Q_М - подача миксера по цементному раствору.

На рис. 4 представлена аппаратурная схема производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения

Рис. 4. Аппаратурная схема производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения на основе УПС в виде опилок, стружки, стеклотары и т.д.: 1 - транспортирующе-дозирующая машина с ИРУ; 2 - миксер для приготовления цементного раствора (связующего); 3 - пресс-формовщик винтового типа.

Заключение

На основании принятых требований к инновационным строительным изделиям сельскохозяйственного назначения разработана технологическая схема их производства, включающая три структурных элемента в виде соответствующих подсистем.

Для данных подсистем, с учетом принятых требований и разработанной структурно-функциональной схемы, обоснованы ценовые параметры, а также факторные зависимости, характеризующие их влияние на качественные показатели получаемых инновационных строительных изделий сельскохозяйственного назначения.

Получена зависимость, характеризующая производительность базового элемента подсистемы, выполненного в виде ИРУ.

Для практического использования полученных результатов разработана аппаратурная схема производства инновационных строительных изделий сельскохозяйственного назначения с использованием отходов, подлежащих утилизированию с точки зрения экологии.

Список использованных источников

1. Соков В.Н. Энергоэффективная скоростная технология получения высокотемпературных теплоизоляционных материалов. - М.: МГСУ. - 2014. - 328 c.

2. Чернов М.М. Изделия и материалы для индивидуального строительства. Справочное пособие. - М.: Стройиздат. - 1990. - 448 c.

3. Хризотилцементные строительные материалы. Области применения. - М.: АМБ. - 2009. - 152 c.

Цитирование:

Доценко С.М., Школьников П.Н., Школьникова М.А., Широков В.А. Обоснование технологических подходов к созданию инновационных изделий строительного назначения для сельскохозяйственной отрасли // АгроЭкоИнфо. - 2019, №1. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2019/1/st_118.doc.

Размещено на Allbest.ru