Механико-технологическое обоснование процесса смесеприготовления

Надежность вибросистемы представлена надежностью отдельных узлов, которые наиболее часто выходят из строя и теряют свои свойства в процессе эксплуатации по причинам, вызывающим разрушающие процессы в смесителях.

Предложен декомпозиционный подход к решаемой проблеме, т.е. конструкция вибросмесителя расчленяется на составляющие его узлы. Надежность вибросистемы представлена надежностью отдельных узлов, которые наиболее часто выходят из строя и теряют свои свойства в процессе эксплуатации, например: амортизаторы, подшипники установленные в вибраторе, вал вибратора.

Гистограммы эмпирического распределения: а) плотность распределения; б) интенсивность отказов; в) вероятность безотказной работы

Так, например, причины преждевременных отказов подшипников достаточно разнообразны, и определить их можно при проведении всесторонних исследований вышедших из строя подшипников и узлов, в которых они установлены.

Определение закона распределения неисправностей подшипников проводят согласно блок-схеме, представленной на рисунке 11.

В каждом разряде вычисляем значения fi*(t), ?i*(t) и Pi*(t). по которым строим гистограммы эмпирического распределения.

Надежность подшипников определяется усталостной долговечностью. Следовательно, можно выдвинуть гипотезу, что отказы подшипников распределены по закону Вейбулла, что подтверждает и внешний вид гистограмм на рисунке 14. Параметры распределения Вейбулла находим путем графического решения системы уравнений, которые также получены методом максимального правдоподобия:

Адекватность предложенной модели проверялась по показателю долговечности D:

D=76,00342t+186,3457W-475,9063A-362,9375m-0,0064666t² - 1,048993W²+171,2988A²-0,5092506tW-17,25842tA - 11,72652Wam+0,1605535tWA-3,050991tm-4,64566m²+1509,844Am - 10807,13

При принятом уровне значимости , критерий Фишера F=1,94, уравнение значимо. Критерий Манны-Уитни Z=0,8755625, Disp 16832,86 S 129,7415

Оценка надежности технической системы осуществляется путем сравнения расчетных и нормативных значений показателей надежности, для чего была разработан программный продукт для определения комплекса показателей надежности смесителя (Свидетельство №2007611645)

Глава 6 «Формирование и определение качественных характеристик однородной кормовой смеси».

Завершающим этапом в создании однородной кормовой смеси является контроль качества кормосмеси (рис. 15), который осуществляем по отклонению контрольного компонента в пробах смеси от теоретической величины.

Составляющими этой подсистемы являются, с одной стороны, степень однородности полученной смеси М, а с другой стороны, качество готового продукта, выраженное через концентрацию С.

Для производства кормосмеси количественной характеристикой завершенности процесса смешивания является степень однородности, Качество корма складывается из нескольких составляющих, совокупность которых может обеспечить получение продукта необходимого качества, поэтому нами по каждой составляющей качества были разработаны технические решения, совместное использование которых решает задачу качественного кормоприготовления (рис. 16). При этом все показатели качества готового продукта, т.е. кормосмеси, были разбиты на два уровня.

Методикой для определения качества смесей явился разработанный «Способ смешивания кормосмесей» (патент №2248843), схема которого представлена на рис. 18, позволяющий получить хорошую сходимость теоретической концентрации и экспериментально установленной. Для оценки интенсивности способа перемешивания смесей разной влажности при оптимизации процесса базовым показателем является вибрационный импульс i. При этом учитывалась площадь виброактивной поверхности, определяемой по формуле

, (11)

где - площадь внутренней поверхности смесительной камеры

- площадь боковой поверхности виброактивной насадки

Так, для вибросмесителя с внутренней виброактивной звездчатой поверхностью и призматоидной рабочей камерой., Sc, складывается из площадей четырех равнобедренных треугольников с высотой и основанием h, двух трапеций с высотой и основаниями a, b, двух трапеций с высотой и основаниями c, d, а также площади основания призматоида - прямоугольника со сторонами b, d:

(12)

Площадь боковой поверхности виброактивной насадки, пирамидальной, звездчатой, можно представить в виде суммы площадей n прямоугольных треугольников:

, (13)

где Р - основание прямоугольного треугольника, - высота прямоугольного треугольника, - количество прямоугольных треугольников, k - количество углов звезды.

Подставив значения (12) и (13) в формулу (11), получим:

(14)

Таблица 2. Зависимость качества смеси разной влажности, выраженной степенью однородности, от вибрационного импульса

Взаимосвязь вибрационного импульса i с параметрами процесса может быть выражена следующим уравнением регрессии:

(15)

При принятом уровне значимости =0.01, критерий Фишера F=1.94, уравнение значимо.

Важнейшим условием объективной оценки качества смеси, является правильный выбор методики определения степени ее однородности. Поэтому нами предлагается подбирать способ оценки качества сыпучих смесей, в соответствии с условиями процента влажности их компонентов (таблица 4), т.к. разный гранулометрический и плотностной состав многокомпонентной массы, делает сложным процесс достижения необходимой гомогенизации. Погрешность результатов высчитывалась на фоне приготовленной эталонной пробы. Сходимость результатов наглядно видна на графических зависимостях.

Таблица 3. Методика оценки качества сыпучих смесей в зависимости от их влажности

Сравнение результатов оценки качества смесей рекомендуемыми способами (р) с эталонно сформированными (э) 1 - по Сыроватко; 2 - фотометрический; 3 - фоторемиссионный; 4 - по методу замедленной флюоресценции; 5 - замороженный.

При решении задачи формализованного определения оптимального набора параметров, предлагается использовать многомерную функцию желательности, «функцию Харрингтона», устанавливающую зависимость между количественными значениями параметра концентрации с и их качественным определением, в частности для определения степени однородности М.Т.е., зная параметры процесса и рассчитав теоретически концентрацию, можно определить прогнозируемое качество смеси, используя «функцию Харрингтона».

Качество смеси, выраженное степенью однородности М, с параметрами процесса взаимосвязано следующим уравнением регрессии:

(16)

При принятом уровне значимости =0.01, критерий Фишера F=1.94, уравнение значимо.

Полученные результаты показали адекватность описываемой модели исследований.

Выбирая оптимальные параметры процесса получения кормосмеси, удовлетворяющей требованиям готовой продукции, можно снизить его энергозатраты.

Для решения задачи принадлежности заданного набора параметров процесса, области оптимума при фиксированном значении параметра эффекта, разработана специальная программа (свидетельство №2006610422), реализующая приведенный выше алгоритм.

Глава 7 «Технико-экономическое обоснование эффективности процесса смесеприготовления, на базе комплексного подхода».

Значимость и перспективность научных исследований в области кормления сельскохозяйственных животных оценивается, прежде всего, эффективностью биоконверсии питательных веществ корма в продукцию животноводства.

Вся процедура технико-экономического исследования процесса смесеприготовления, как того требуют основные принципы системного подхода, должна идти от целого к частному, поэтому оценку технико-экономической эффективности проводили по каждой подсистеме приготовления кормосмеси.

Изучение эффективности использования очищенной воды при кормлении проводили на свиноматках и поросятах двух возрастных групп: 0-2 и 2-4 месяцев в условиях ООО «Совхоз Никольский» Сорочинского района.

Экономический эффект от применения очищенной воды в расчете на одно животное по сравнению с контрольными животными составил 226,76 руб.

Полученные результаты дают основание считать, что очищенная вода, и используемая в кормлении поросят в течение всего периода их выращивания в хозяйстве до 120-дневного возраста улучшает использование корма, что также оказывает положительное влияние на сохранность, прирост массы поросят и их физиологическое состояние.

Научно-хозяйственный опыт на молодняке крупного рогатого скота был проведен в условиях Покровского с/х колледжа на 60 бычках аналогах красной степной породы в возрасте 15 месяцев.

Как следует из анализа полученных данных, использование экструдатов содержащих в своём составе молочную сыворотку, в кормлении молодняка крупного рогатого скота экономически выгодно.

Замена смеси экструдированных отрубей и нативной молочной сыворотки в рационе молодняка крупного рогатого скота на экструдированную кормосмесь сыворотки и отрубей в количестве 30% от рациона позволяет снизить себестоимость производства прироста живой массы на величину до 2,7% с увеличением рентабельности на 3,3%.

Эффективность разработанного процесса смешивания связана, с одной стороны, с увеличением однородности кормовой смеси, рассчитанной по результатам зоотехнического эксперимента, т.е. когда по привесу свиней при скармливании одной тонны комбикорма рассчитывали приращение степени однородности ? М, а с другой стороны - со снижением энергоемкости процесса за счет использования разработанных моделей смесителей.

Расчет технико-экономических показателей подтверждает целесообразность использования новых технических решений, так как растет производительность, качество готового продукта при снижении энергоемкости процесса и продолжительности цикла смешивания.

Экономическая эффективность от приращения однородности кормосмеси составила 893,0 руб./т.

Разработанный модельный ряд смесителей позволяет добиться снижения продолжительности цикла на 15%-22% и энергоемкости на 15%-24% при повышении степени однородности в среднем на 7,2%, что в денежном выражении составляет экономический эффект 7315.65 руб. в год.

1. Решение научной проблемы по созданию аспектов концептуального подхода повышения эффективности технологического процесса смесеприготовления, является функцией стратегических задач, стоящих перед комбикормовой индустрией и позволяет снизить перерасход кормов, не сбалансированных в рационах по макро- и микроэлементам. Экономически установлено, что исследуемому процессу свойственны практически все характерные признаки сложных систем. Это обосновало инженерную значимость проблемы и дало возможность разработать методологию исследований, основанную на системном подходе.

2. Аналитическая оценка тенденций развития и формирования конструктивного обеспечения аппаратов для процесса смесеприготовления обосновала возможность совершенствования проектируемого оборудования, технологий водоподготовки и кормоподготовки с учетом варьирования режимов и особенностей используемого при этом сырья, на базе разработанной методологии исследований.

3. Комплексная научно - техническая проблема, базирующаяся на многообразии исходных начальных условий, рассмотрена в рамках системного подхода, посредством разработанной теоретической модели процесса приготовления однородных кормосмесей, позволяет адекватно координировать взаимосвязи множеств элементов подсистем (режимных, физико-механических, конструктивно - технологических). Выявлено, что создание однородной кормовой смеси разной влажности должно включать в себя такие технологические подходы, как подготовка кормовых компонентов, водоподготовка и смешивание, с обязательной оценкой качества готового корма.

4. Математическая интерпретация процесса, явилась гарантом научного прогнозирования его качественно - энергетических результатов на основе теоретической концентрации ключевого компонента, которая по вариативному сочетанию элементов подсистем гарантирует качество приготавливаемой готовой продукции.

5. Разработанная технологическая схема обработки пшеничных отрубей на корм, позволяет использовать широкий круг сырьевых ресурсов, производить продукты с заданным составом и свойствами, при этом, используя полезные свойства отдельных компонентов, добиваться лучшей сбалансированности питательных веществ в готовом продукте. В этой связи водоподготовка для доведения смеси до необходимой консистенции, позволяет не только сохранить баланс питательных веществ, но и получить экологически чистый продукт, а разработанные высокоэффективные способ и устройство для очистки воды, дают возможность учитывать в технологических процессах смесеприготовления ее разнообразие форм, видов и фракционного состава;

6. Запатентованные конструкции, создали базовую платформу для разработки технологий водоподготовки, обработки кормовых компонентов и новой техники их дифференциации, с выявлением перспективности варьирования режимных параметров процессов, с конструкциями, передающими вибрационный импульс, распределяющийся в приготавливаемой кормовой массе и обеспечивающий задаваемую степень однородности кормосмесей разной влажности.

7. Проведенные исследования позволили выявить наиболее характерные особенности протекания процесса смесеприготовления и определить разнонаправленный выходной комплекс эффективности с созданием:

- способов и методик определения элементов подсистем;

- методики оптимизации структурно - параметрических элементов подсистемы смесеприготовления;

- рецептурных составов кормосмесей для различных животных, приготавливаемых в соответствии с технологическими разработками, защищенных патентами и практически подтверждающих предлагаемую аналитическую интерпретацию процесса, по условиям снижения его энергоемкости.

8. Предложенный способ перемешивания смесей в вибрационном смесителе позволяет в зависимости от влажности по величине вибрационного импульса i в полученных диапазонах значений показателя виброактивности S в.к. оценивать степень однородности готовой продукции. Полученные зависимости подтверждаются на практике оценкой качества смесей, важнейшим условием объективности которой является правильный выбор методики определения степени ее однородности. Наиболее эффективным является использование методики оценки качества смесей в зависимости от их влажности на базе разработанных способов, позволяющих не нарушая целостности сформированного продукта судить об однородности.

9. С целью прогнозирования ожидаемой вероятности безотказной работы смесителя, на этапе проектирования были проведены расчёты его надёжности, что позволило выбрать наиболее подходящий вариант конструкции в зависимости от влажности кормосмеси, и обоснованно назначить рабочие режимы, форму и порядок обслуживания, при этом вычислительный эксперимент, с использованием эмпирических результатов, явился аналитической базой для проектирования вибросмесильного оборудования.

10. Результаты исследований явились научной и практической базой для обоснования технологических и технических средств приготовления кормосмесей различной влажности с наименьшими затратами энергии. С учетом полученных аналитических зависимостей, основных закономерностей воздействия исполнительных механизмов технических систем на кормосмесь, разработаны и внедрены:

- рекомендации по проектированию конструктивно - геометрических элементов, обеспечивающих процесс получения кормосмеси;

- рекомендации по-режимному ведению процесса смешивания;

- модельный ряд вибросмесителей периодического действия для малопорционных смесей разной влажности;

- программные продукты по управлению качественными характеристиками процесса вибросмешивания и определению комплекса показателей надежности смесителей.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

Карташов Л.П., Межуева Л.В., Иванова А.П., Гунько В.В. // Влияние конструктивно-технологических параметров на результат вибросмешивания. - Техника в сельском хозяйстве, №3, 2007, с. 28-29

Межуева Л.В., Иванова А.П., Зинюхин Г.Б., Гунько В.В. // Биотехнологические аспекты качества воды, - Оренбург, Вестник ОГУ, №2 том 2. Естественные и технические науки, 2006 г., с. 148-151

3. Межуева Л.В., Гунько В.В., Маланчева С.Н., Какунин С.П. // К вопросу об исследовании надежности смесителей, - Оренбург, Вестник ОГУ, №12. Экономические, естественные, технические науки, 2006 г., с. 490-494

4. Карташов Л.П., Межуева Л.В, Иванова А.П.. // Оценка качества смесей разной влажности. - Техника в сельском хозяйстве, №5, 2007. - с.

5. Иванова А.П., Межуева Л.В. // Зависимость качества смешивания кормовых масс от конструктивных особенностей вибросмесителей, - Оренбург, Вестник ОГУ, №5, 2003, с. 148-150

6. Межуева Л.В., Иванова А.П. // Способы оценки качества сыпучей смеси. - Техника в сельском хозяйстве, №5, 2003. - с. 11-13.

7. Иванова А.П., Межуева Л.В., Васильева М.А. // Теоретическая концентрация - путь к прогнозированию качества сыпучей смеси. - Техника в сельском хозяйстве, №4, 2004. - с. 16-17.

8. Иванова А.П., Межуева Л.В., Васильева М.А. // Геометрическое моделирование вибрационных поверхностей в приложении к процессу смешивания сыпучих кормов для птиц. - Техника в сельском хозяйстве, №3, 2005. - с. 21-22.

9. Иванова А.П., Межуева Л.В. // К вопросу о сдвиговых характеристиках сыпучих кормовых систем. - Оренбург, Вестник ОГУ, №12, 2004. - с157-159.

10. Межуева Л.В., Иванова А.П. // Проблемы повышения качества кормопроизводства. - Оренбург, Вестник ОГУ, №4, 2005. - с 154-156.

11. Карташов Л.П., Иванова А.П., Межуева Л.В., Васильева М.А. // Методологические основы исследований процесса приготовления кормов. - Техника в сельском хозяйстве, №3, 2005. - с. 18-20.

12. Припадчев А.Д., Иванова А.П., Васильева М.А., Межуева Л.В., Усенбаева Ж.К. // Использование гравитационной поверхности при формировании конструктивно-технологической модели смесеприготовления, - Оренбург, Вестник ОГУ, №5, 2002. с. 198-201.

13. Иванова А.П., Васильева М.А., Воронков А.И., Припадчев А.Д., Межуева Л.В., Геометрическое моделирование в приложении к технологическому процессу приготовления однородной пищевой массы. - Оренбург, Вестник ОГУ, №4, 2001. - с107-109

Размещено на Allbest.ru