Плющение зерновых материалов в клиновидном зазоре, образованном неподвижной и колеблющейся криволинейными поверхностями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Плющение зерновых материалов в клиновидном зазоре, образованном неподвижной и колеблющейся криволинейными поверхностями



Основные положения

Актуальность исследования.

Плющение зерновых материалов находит широкое применение в агропромышленном комплексе. Оно используется в комбикормовом производстве для обработки зерновых компонентов комбикормов, в технологии плющения и консервирования фуражного зерна, на мини-мельницах как предсистема перед I драной системой и при производстве крупяных хлопьев.

Основной машиной для плющения зерновых материалов является плющильный вальцовый станок. Плющение в нем происходит в клиновидном зазоре между двумя параллельными валками, вращающимися навстречу друг другу с одинаковыми окружными скоростями или с небольшим дифференциалом. Основным недостатком плющильных станков является высокое энергопотребление на единицу производительности.

Таким образом, исследования, направленные на снижение энергоемкости процесса плющения зерновых материалов, являются актуальной научной задачей.

Цель диссертационной работы: повышение технологической эффективности процесса плющения зерновых материалов (на основе зерна пшеницы).

Научная гипотеза.

Повышение эффективности процесса плющения зерновых материалов обеспечивается тем, что в результате неподвижности зерновок на опорной поверхности они деформируются преимущественно по толщине, что является наиболее энергоэффективным направлением сжатия, а привод одного рабочего органа снижает энергоемкость процесса плющения за счет отсутствия потерь энергии в передаточных механизмах и холостом ходе второго рабочего органа.

Объект исследования - процесс плющения зерновых материалов в клиновидном зазоре, образованном неподвижной криволинейной поверхностью и колеблющейся, совершающей вращение на оси за счет фрикционных сил, возникающих при взаимодействии с обрабатываемым продуктом.

Предмет исследования - закономерности формирования продуктов плющения зерновых материалов в клиновидном зазоре между неподвижной и колеблющейся криволинейными поверхностями.

Научная новизна.

1) Разработан способ и установлены закономерности деформации зерновых материалов посредством взаимодействия цилиндра, свободно вращающегося на оси и совершающего маятниковые колебания, и неподвижной опорной поверхности большего радиуса.

2) Установлено, что воздействие рабочих органов маятниковой плющильной установки на зерновой материал, неподвижно расположенный на опорной поверхности, определяет характер его разрушения преимущественно в одном направлении, что обеспечивает снижение энергозатрат в сравнении с другими направлениями сжатия и получение однородных хлопьев.

Практическая значимость исследования.

1) Теоретические результаты работы позволяют производить расчет геометрических и технических параметров рабочих органов для разработки плющильного станка.

2) Выявленные закономерности процесса плющения зерна пшеницы на маятниковой установке позволяют выбрать наиболее эффективные технологические параметры плющения зерновых материалов данным способом.

3) Результаты исследования используются в учебной программе и тематике выпускных квалификационных работ по специальности 260601 - «Машины и аппараты пищевых производств».

4) Разработана и запатентована конструкция устройства для плющения зерна, что позволило сформировать техническое задание и заключить договор с промышленной группой «Строителев» (г. Барнаул) на проектирование и изготовление маятникового плющильного станка производительностью 1,8 т/ч.

Положения, выносимые на защиту.

1) Математическая модель движения криволинейной колеблющейся поверхности при взаимодействии с обрабатываемым продуктом.

2) Теоретические исследования, определяющие геометрические параметры рабочих органов маятниковой плющильной установки, обеспечивающих рабочий процесс и заданную производительность, а также энергоемкость процесса плющения.

3) Экспериментальные исследования, определяющие направление выбора рациональных технологических параметров плющения зерновых материалов на установке маятникового типа.

4) Экономическое обоснование эффективности использования маятниковой плющильной установки с производительностью 1,8 т/ч.

Апробация результатов исследования.

Основные положения по результатам исследования докладывались на научно-практических (г. Барнаул, 2006, 2009 гг.) и научно-технической (г. Барнаул, 2009 г.) конференциях.

Публикации.

По основным результатам научных исследований опубликовано 6 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, получен один патент РФ на изобретение.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, приложений и библиографического списка, включающего 90 источников. Объем диссертации составляет 152 страницы, из них 37 рисунков, 28 таблиц.



Содержание работы

технологический плющение зерновой маятниковый

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель исследования, отмечена научная новизна работы и практическая значимость полученных результатов.

Первая глава посвящена анализу современных технологий и технических средств плющения зерна. В ходе рассмотрения существующих технологий плющения зерна было выявлено, что в переработке зерновых материалов плющение используется для различных целей и задач: для обработки зерновых компонентов комбикормов или фуражного зерна непосредственно перед его раздачей животным в фермерских хозяйствах; в технологии плющения и консервирования фуражного зерна; на сельских мини-мельницах для предварительного разрушения зерна пшеницы перед направлением его на драные системы в сокращенных схемах сортовых помолов или при помолах ржи; в производстве крупяных хлопьев, мюсли, быстроразваривающихся круп и круп, не требующих варки.

Проведен анализ деформирующих и измельчающих машин, который показал, что они классифицируются, в основном, по принципу воздействия рабочих органов на разрушаемый материал: это может быть сжатие, сдвиг, удар, истирание или комбинация этих деформаций. Плющильный вальцовый станок относится к машинам, воздействующим на продукт сжатием.

В ходе рассмотрения теории плющения зерна в вальцовых станках и анализа современных конструкций плющильных станков были выделены их недостатки:

- большой диаметр рабочих вальцов при небольшой их длине, что вызвано требованиями обеспечения высокой жесткости вальцов в связи с их прогибом из-за значительных распорных усилий при деформации сжатия зернового материала;

- привод двух подвижных рабочих органов;

- значительная мощность привода; по данным НПО «Агро-Симо-Машбуд», в плющильном станке их производства производительностью 1,0-1,3 т/ч каждый валец имеет индивидуальный привод мощностью до 11кВт; для сравнения мощность привода одной половины мельничного вальцового станка составляет 18,5кВт при производительности не менее 3,3 т/ч.

Были изучены конструкции и принцип действия маятниковых устройств. К ним относятся: маятниковый копер Шарпи для определения сопротивления материалов удару, баллистический маятник для определения скорости снаряда, а также маятниковые копры В.Я. Гиршсона и В.В. Вашкевича для выявления механической характеристики зерна в процессе разрушения. Существующие сегодня конструкции маятникового типа являются лабораторными приборами, не предназначенными для промышленного использования.

В результате анализа теории деформирования зерна в вальцовых станках, современных технологий плющения и конструкций плющильных станков были обозначены задачи диссертационной работы:

1) Разработать способ и установить закономерности деформационного воздействия на зерновой материал в процессе плющения в клиновидном зазоре между неподвижной и колеблющейся криволинейными поверхностями.

2) На основе теоретических исследований обосновать и выбрать конструктивные параметры неподвижной и колеблющейся криволинейных поверхностей, обеспечивающих рабочий процесс и заданную производительность установки для плющения зерна маятникового типа.

3) Определить влияние различных технологических параметров на процесс плющения зерновых материалов посредством маятниковой плющильной установки.

4) Дать технико-экономическую оценку эффективности применения маятниковой плющильной установки с производительностью 1,8 т/ч.

Во второй главе приводится описание схемы и принципа действия установки для плющения зерна маятникового типа и исследуется процесс плющения зерна в клиновидном зазоре между неподвижной и колеблющейся криволинейными поверхностями.

Установка для плющения зерновых материалов (рисунок 1) работает следующим образом. Маятник, состоящий из цилиндра 6, закрепленного подвижной связью в подвесе 5, установлен на оси 7 над неподвижной опорной поверхностью 3 с регулируемым зазором. Маятник имеет возможность совершать колебания с амплитудно-частотной характеристикой А₀, ₀. Цилиндр совершает одновременно колебания с амплитудно-частотной характеристикой маятника и вращение вокруг своей оси с частотной характеристикой _1. Опорная поверхность и цилиндр имеют определенную шероховатость и кривизну.

1, 2 - направления подачи исходного продукта и вывода продуктов плющения; 3 - опорная поверхность; 4 - зерновка; 5 - подвес цилиндра; 6 - цилиндр; 7 - ось подвеса маятника; 8 - лоток для сбора продуктов плющения

Рисунок 1. Функциональная схема установки для плющения зерна маятникового типа

Зерновой материал 4 подается на опорную поверхность непосредственно в зону плющения. По ходу движения цилиндра вправо зерновой материал поступает по направлению 1. Цилиндр, проходя над зерновым материалом, воздействует на него и за счет возникающих между ними сил трения поворачивается вокруг своей оси в сторону, противоположную своему колебательному движению. Таким образом, в рабочей зоне контакта цилиндра с зерновым материалом возникает мгновенный центр скоростей, и усилие, с которым цилиндр действует на зерновой материал, сводится к усилиям сжатия. Продукты плющения выводятся по направлению 1 в лоток 8. При движении цилиндра влево зерновой материал поступает и выводится по направлению 2.

Было проведено изучение процесса плющения зерновки в клиновидном зазоре между неподвижной опорной поверхностью и вращающимся цилиндром.

Система подвес-цилиндр является физическим маятником, его движение при свободных затухающих колебаниях, описывается известным уравнением:

, (1)

где А₀ - начальная амплитуда колебаний в момент времени t=0, определяемая начальным запасом полной энергии колеблющегося тела, м;

е - основание натуральных логарифмов;

в - коэффициент затухания;

t - время, с;

щ - циклическая (круговая) частота затухающих колебаний физического маятника, рад/с;

₀ - начальная фаза колебаний, рад.

При взаимодействии цилиндра с зерном, неподвижно расположенным на опорной поверхности, между ними возникает сила трения. В этом случае дифференциальное уравнение движения маятника имеет вид:

, () (2)

, () (3)

где f_з - коэффициент трения при затухающих колебаниях;

L - длина подвеса цилиндра, м;

I_C - момент инерции маятника относительно оси качания, кг·м²;

m - масса маятника, кг;

F_т1 - сила трения между цилиндром и зерном, Н;

R₁ - радиус цилиндра, м.

Сила трения направлена в сторону, противоположную направлению скорости тела, поэтому дифференциальное уравнение движения маятника имеет два вида. Было установлено, что сила трения качения цилиндра зависит от силы сопротивления зерна разрушению, т.е. от величины деформации зерна:

, (4)

где f_к - коэффициент трения качения;

N - сила сопротивления зерна разрушению, Н.

При захвате цилиндром зерновки (рисунок 2) происходит ее деформация от нуля до максимального значения по мере поворота маятника вокруг оси С.

Для определения зависимости деформации зерновки от угла поворота маятника использовался аналитический способ кинематического анализа механизмов. Для этого система маятник-зерновка была представлена в виде кривошипно-ползунного механизма. Это возможно, если условно принять, что деформация зерновки происходит по отрезку АЕ (рисунок 2), что идентично движению ползуна по неподвижной направляющей.

В результате последовательно выполненных вычислений была получена математическая зависимость деформации зерновки от угла поворота маятника:

(5)

Рисунок 2. Схема движения маятника при деформации цилиндром зерновки

Координаты у_А, х_А0 являются постоянными величинами и определяют положение зерновки на опорной поверхности. При выборе соответствующей зависимости напряжений в зерновке от ее деформации возможно установление зависимости силы трения между цилиндром и зерновкой от времени посредством уравнения (5) в процессе плющения.

В случае заполнения всей опорной поверхности зерновым материалом изменение силы воздействия цилиндра на зерновки было рассмотрено в зависимости от кинематических параметров маятника. Было принято условие, что при движении цилиндра над опорной поверхностью он последовательно деформирует одну зерновку за другой. Сила воздействия цилиндра на зерновки периодически изменяется от нуля до максимального значения. Поскольку период воздействия цилиндра на одну зерновку значительно меньше периода движения маятника, можно допустить, что график силы воздействия цилиндра имеет вид синусоиды в первой четверти периода.

Циклическая частота гармонических изменений силы воздействия цилиндра на зерновки равна:

, (6)

где б₀ - начальный угол отклонения маятника, град.;

Дб - угол поворота маятника при деформации зерновки Дd, град.

Уравнение гармонических изменений силы воздействия цилиндра на зерновки:

, (7)

где N_max - максимальная сила воздействия цилиндра на зерновку, действующая по линии, соединяющей центры цилиндра и опорной поверхности, Н.

Для определения максимальной силы в кг была использована экспериментальная формула П.А. Афанасьева в следующем виде:

, (8)



где а - толщина разрушаемого зерна, мм;

S_з - площадь поперечного сечения зерновки, мм²;

м - относительное сжатие зерна, рассчитывается по формуле:

, (9)

где е, е₀ - соответственно начальный и конечный размер зерна.

Решение уравнений (2) и (3) в данном случае имеет вид:

, () (10)

, () (11)

, (12)

(13)

Уравнения (10) и (11) действуют в течение деформации одной зерновки, что составляет сотые доли секунды (0,031 с). При захвате цилиндром следующей зерновки время должно обнуляться, а постоянные интегрирования А₀ и ц₀ пересчитываться для новых начальных условий. Таким образом, данные уравнения из-за частой смены постоянных интегрирования усложняются математическими расчетами.

В результате было принято допущение, что сила трения является величиной постоянной, соответствующей максимальной деформации зерновки. Тогда уравнение движения маятника при взаимодействии с зерном имеет вид:

, () (14)

, (), (15)

, (16)

(17)

Колебания маятника при наличии постоянной силы трения F_т1 представляют собой смену уравнений движения (14) и (15) с меняющейся начальной амплитудой при смене маятником направления движения.

На рисунке 3 представлены графики изменения координаты х маятника до контакта цилиндра с зерновкой и во время контакта.

Рисунок 3. Графики изменения координаты х маятника по времени до контакта цилиндра с зерновкой и во время контакта

Погрешность вычислений по уравнениям (10-11) и (14-15) составляет 0-4,5%.

Сопоставление графиков движения маятника при взаимодействии с зерном и при свободных незатухающих колебаниях в точках крайних положений позволяет теоретически определять количество энергии, затраченное маятником на процесс плющения за один полупериод. Данное количество энергии должно быть подведено к маятнику для поддержания незатухающих колебаний в процессе плющения.

Для осуществления заявленного процесса плющения зерновка во время сжатия должна располагаться неподвижно на опорной поверхности. Для этого сила трения между зерновкой и опорной поверхностью должна противостоять действию сдвигающего усилия со стороны цилиндра на зерновку.

При контакте цилиндра с зерновкой происходит удар, в результате которого действуют импульсы S_P1, S_P2, S_Fт1, S_Fт2, представленные на рисунке 4, где Р₁, Р₂ - силы, с которыми на зерновку действуют цилиндр и опорная поверхность соответственно, равны между собой; F_т1, F_т2 - силы трения зерновки о цилиндр и об опорную поверхность соответственно, находятся как:

, (18)

, (19)

где f₁ - коэффициент трения зерновки о поверхность цилиндра;

f₂ - коэффициент трения зерновки об опорную поверхность.

1 - подвес цилиндра; 2 - цилиндр; 3 - зерновка; 4 - опорная поверхность

Рисунок 4. Схема взаимодействия цилиндра с зерновкой



Чтобы зерновка была неподвижной в процессе плющения, коэффициент трения ее об опорную поверхность должен удовлетворять условию:

(20)

Угол в находится, исходя из размеров рабочих органов маятниковой плющилки.

Для лабораторной маятниковой плющилки при угле в=19⁰, коэффициенте трения f₁=0,3 коэффициент трения зерновки об опорную поверхность для ее неподвижности в процессе плющения должен быть больше 0,28.

Необходимым условием осуществления процесса плющения зерновки является захват ее цилиндром, что обеспечивается его минимально допустимым радиусом:

, (21)

где r - эквивалентный радиус зерновки, м;

ц - угол трения зерновки о поверхность рабочих органов, принимается равным для цилиндра и опорной поверхности, град.;

b - зазор между цилиндром и опорной поверхностью, м.

При зазоре b=0,3 мм, угле трения ц=20⁰, эквивалентном радиусе зерновки r=1,93 мм минимально допустимый радиус цилиндра по условию захвата им зерновки составляет R_1min=13,3 мм.

Производительность маятниковой плющильной установки, в кг/с, при постоянной угловой скорости колебаний маятника рассчитывается по формуле:



, (22)

где А, В-соответственно ширина и длина опорной поверхности, м;

m_з - масса зерновки, кг;

щ_м - угловая скорость маятника, рад/с;

с - длина зерновки, м;

б_р - рабочий угол (угол дуги образующей опорной поверхности), град.;

б_х - угол отклонения маятника в течение холостого хода, град.;

К₁ - коэффициент заполнения рабочей зоны.

Угол отклонения маятника в течение холостого хода предусматривает наличие устройств ввода-вывода продуктов и определяется по формуле:

, (23)

где l_х - путь холостого хода цилиндра от края опорной поверхности для свободного вывода хлопьев из рабочей зоны, выбирается в зависимости от конструктивных параметров установки, м.

В ходе изучения процесса плющения зерновых материалов в маятниковой плющилке была определена производительность лабораторной плющильной установки и необходимая энергия маятника для ее обеспечения. Расчетные данные показали, что плющение зерновых материалов в режиме свободных затухающих колебаний маятника, когда необходимый запас потенциальной энергии он получает в результате подъема его на определенную высоту приводом перед каждым рабочим ходом, является затруднительным. Для обеспечения заданной производительности маятник должен в течение рабочего хода двигаться под действием крутящего момента привода.

Для выбранной производительности маятниковой плющильной установки Q=1,8 т/ч, исходя из формулы (22), определялись геометрические параметры ее основных рабочих органов последовательным перебором их различных значений. Все расчеты выполнялись в программе Microsoft Office Excel 2007. В результате рекомендованы следующие геометрические параметры основных рабочих органов: длина подвеса цилиндра 400 мм; радиус и длина цилиндра 150х800 мм; размеры опорной поверхности 340х800 мм при рабочем угле 36⁰.

Мощность, подводимая к маятнику извне для обеспечения заданной производительности плющильной установки, определяется по крутящему моменту и угловой скорости, которые должны сообщаться маятнику для поддержания его колебаний:

, (24)

где и - угол захвата зерновки цилиндром, град.;

L_ц - длина цилиндра, м;

у_max - максимальное напряжение в зерне, действующее по линии, соединяющей центры цилиндра и опорной поверхности, Н/м², определяется экспериментальным или расчетным путем.

Минимальная угловая скорость движения маятника в течение рабочего хода для обеспечения заданной производительности установки определяется, исходя из параметров его свободных затухающих колебаний:

(25)

где Т - период свободных затухающих колебаний маятника, с.

Расчет формулы (24) дает величину N_п=33,2 кВт для производительности маятниковой плющильной установки 1,8 т/ч.

В третьей главе приведено описание методов экспериментальных исследований и методик измерений. Было проведено изучение влияния на площадь вновь образованной поверхности и энергозатраты на плющение зерна пшеницы в плющильной установке маятникового типа следующих параметров: толщины зерна, скорости воздействия на него цилиндра и зазора между рабочими органами. В качестве исследуемого образца использовалась пшеница рядовая мягкая 3 класса I типа урожая 2009 года, выращенная в Алтайском крае.

Для определения энергозатрат на плющение зерна использовалась методика, разработанная А.П. Борисовым на кафедре МАПП АлтГТУ.

Площадь вновь образованной поверхности плющеного зерна пшеницы определялась по увеличению площади его горизонтальной проекции после обработки. Для этого была предложена следующая методика.

1) Зерновой материал с эталонными образцами: пятью фрагментами миллиметровой бумаги площадью 1 см² каждый, располагается на сканирующей поверхности на контрастном фоне. В результате сканирования с необходимым разрешением получается файл в формате «JPEG».

2) После компьютерной обработки файл открывается в редакторе «AutoCAD», где специальная программа, написанная на языке «AutoLISP», позволяет выбрать объекты образцов зернового материала и эталонов при помощи компьютерной мышки и автоматически подсчитать их площади.

3) Определяется коэффициент масштабирования:

, (26)

где S_э1-э5 - площади эталонных фрагментов в программе AutoCAD, мм².

4) Площадь горизонтальной проекции зернового образца в натуральном масштабе в мм²:

, (27)



где S_зА - площадь зернового образца до масштабирования, мм².

Для придания зерну пшеницы пластических свойств проводилась его гидротермическая обработка: к навеске зерна добавлялось расчетное количество воды с температурой 95-98⁰ С. Зерно помещалось в термостатирующую емкость на 12 часов.

На рисунке 5 приведены результаты эксперимента по определению зависимости площади вновь образованной поверхности от изучаемых параметров.

Рисунок 5. Значения площади вновь образованной поверхности зерна пшеницы для различных величин зазора между рабочими органами при углах отклонения маятника 30⁰, 35⁰, 40⁰, 45⁰, 50⁰ (слева направо)

На рисунке 6 приведены результаты эксперимента по определению зависимости энергозатрат на плющение от зазора между рабочими органами и скорости воздействия цилиндра на зерновку для мелкой фракции. Для средней и крупной фракций зависимость имеет тот же характер, но с большими величинами энергозатрат.



Рисунок 6. Зависимость энергозатрат на плющение от скорости воздействия цилиндра на зерновку и зазора между рабочими органами для мелкой фракции

В результате эксперимента установлено:

1) Для каждой фракции зерна при уменьшении зазора между цилиндром и опорной поверхностью закономерно увеличиваются энергозатраты на процесс плющения, при этом, чем крупнее зерно, тем больше этот показатель.

2) Увеличение скорости цилиндра в момент взаимодействия с зерновкой приводит к повышению энергозатрат на плющение зерна одинаковой фракции при одном и том же зазоре.

3) Площадь вновь образованной поверхности зерновки находится в прямой зависимости от ее начальных размеров и в обратной - от зазора между рабочими органами. Влияние скорости цилиндра на увеличение поверхности зерновки в данном эксперименте не выявлено, что объясняется сохранением относительной целостности зерновки независимо от динамики сжатия благодаря высокой влажности 28%, придающей ей пластические свойства.

В планировании эксперимента использовался полный факторный эксперимент для двухуровневых факторов 2³. Зависимой переменной были выбраны энергозатраты на процесс плющения. Выбор независимых переменных осуществлялся путем анализа их соответствия предъявляемым к ним требованиям. В результате были выбраны: зазор между рабочими органами, скорость цилиндра и толщина зерновок.

В результате реализации полного факторного эксперимента 2³ получено уравнение регрессии:

, (28)

Наглядно относительная сила влияния факторов на энергозатраты при плющении зерна пшеницы представлена на диаграмме (рисунок 7).

Рисунок 7. Относительная сила влияния факторов и их взаимодействий на энергозатраты при плющении зерна пшеницы на маятниковой установке

Полученная модель эксперимента подтвердила сделанные выводы о направлении и силе влияния выбранных факторов на энергозатраты при плющении зерна пшеницы на маятниковой установке.

Основным направлением снижения энергозатрат на плющение в маятниковой установке является выбор минимально возможной скорости рабочего органа, обеспечивающей небольшие энергозатраты при плющении зерна и заданную производительность установки.

Экспериментально было установлено, что зерновки располагаются на опорной поверхности, в основном, бороздой вверх либо вниз по вариантам I или II (рисунок 8). Таким образом, в основном, при плющении цилиндром зерновок, неподвижно расположенных на опорной поверхности, происходит их разрушение по наиболее слабому сечению - бороздке - и дальнейшее сжатие до величины зазора. Это обеспечивает максимальное вскрытие эндосперма зерновок и увеличение их общей поверхности (рисунок 9).

1 - криволинейная колеблющаяся поверхность; 2 - опорная поверхность а, b, с - толщина, ширина и длина зерновки

Рисунок 8. Варианты расположения зерновки на опорной поверхности

Рисунок 9. Хлопья зерна пшеницы, полученные на маятниковой плющилке



При плющении зерна в вальцовом станке ввод зерновки в межвальцовую зону осуществляется произвольным образом, что не гарантирует ее разрушение по бороздке.

В четвертой главе приводится расчет себестоимости проектируемого образца маятниковой плющилки с производительностью 1,8 т/ч и технико-экономических показателей проекта. Расчет затрат на изготовление маятниковой плющилки велся по рекомендованным параметрам установки.

По результатам расчетов стоимость маятниковой плющилки составила 222964,89 руб., что меньше стоимости базовой модели плющильного станка ПС-600 (1409521,50 руб.). При этом годовая выработка проектируемого образца превышает тот же показатель для базовой модели (13305,60 т против 8870,40т). Анализ технико-экономических показателей проекта показал снижение затрат на единицу годовой выработки, что выражается высоким годовым экономическим эффектом при применении маятниковой плющилки.



Общие выводы

1) Проведен анализ современных способов и средств деформирования и разрушения зерновых материалов. Изучены конструкции плющильных станков. Выявлено, что основным их недостатком является высокое энергопотребление на единицу производительности.

2) Разработана конструктивная схема и изготовлена экспериментальная установка для плющения зерновых материалов с рабочими органами в виде неподвижной опорной и колеблющейся цилиндрической поверхностей. Получены теоретические формулы для расчета геометрических параметров основных рабочих органов маятниковой плющилки с заданной производительностью. Для маятниковой плющилки с производительностью 1,8т/ч рекомендованы следующие параметры: длина подвеса цилиндра 400 мм; радиус и длина цилиндра 150х800 мм; размеры опорной поверхности 340х800 мм при рабочем угле 36⁰.

3) Получена математическая модель движения маятника при взаимодействии с обрабатываемым продуктом, устанавливающая зависимость параметров колебаний маятника и силовых факторов воздействия на зерновой материал с его структурно-механическими свойствами и величиной деформации в процессе плющения. Данная модель позволяет теоретически определять количество энергии, затраченное маятником на процесс плющения за один рабочий ход.

4) Установлены теоретические зависимости для расчета параметров рабочих органов маятниковой плющильной установки, обеспечивающих процесс плющения. К ним относятся:

- минимально допустимый радиус цилиндра по условию захвата зерновки, для зерна пшеницы средней фракции при угле трения 20⁰ установлен минимальный радиус цилиндра 13,3 мм;

- коэффициент трения зерновки об опорную поверхность, величина которого обеспечивает неподвижность зерновок в процессе плющения; в экспериментальной установке для зерна пшеницы средней фракции с коэффициентом трения о поверхность цилиндра 0,3 коэффициент трения об опорную поверхность должен быть не менее 0,28.

5) Установлено, что способ плющения зерновых материалов посредством неподвижной и колеблющейся криволинейных поверхностей при неподвижном положении зерновок в процессе плющения позволяет создавать условия деформирования, в результате которых сжатие зерновок происходит, в основном, по наименьшему размеру - по толщине, что приводит к их «разворачиванию» по бороздке. Это максимально раскрывает поверхность зерновок, а хлопья получаются более выровненные по форме и размерам.

6) Экспериментально определено, что основным параметром, влияющим на энергоемкость процесса плющения в установке маятникового типа, является поступательная скорость цилиндра. В исследованном диапазоне скоростей 0,5-0,78 м/с наименьшие энергозатраты на плющение зерна были получены при скорости 0,5 м/с для различных фракций зерна. Величина поступательной скорости цилиндра должна быть минимальной для снижения разрушающих усилий при плющении зерновых материалов, но достаточной для обеспечения заданной производительности установки. Теоретическая скорость центра масс цилиндра для установки с производительностью 1,8 т/ч должна быть 2,5 м/с, при угловой скорости маятника 6,25 рад/с, цилиндра - 16,7 рад/с. Теоретическая мощность привода для данной производительности равна 43,2 кВт.

7) Годовой экономический эффект при применении маятниковой плющилки составляет 1361029,82 руб.



Список опубликованных работ по теме диссертации

1) Злочевский, В.Л. Устройство для плющения зерна маятникового типа [Текст] / В.Л. Злочевский, Е.Ю. Чикина // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2009. - №6. - с. 57-62.

2) Злочевский, В.Л. Совершенствование процесса плющения зерновых материалов [Текст] / В.Л. Злочевский, Е.Ю. Чикина // Комбикорма. - 2010. - №4. - с. 33-35.

3) Патент №2378053 Российская Федерация, МПК В02С 4/10 (2006. 01), В02С 15/04 (2006. 01) Устройство для плющения зерновых материалов / В.Л. Злочевский, Д.А. Сорокин, Е.Ю. Чикина, Е.Н. Попок; заявл. 22.09.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл. №1. - 7 с.:ил.

4) Чикина, Е.Ю. Изучение процесса разрушения зерна посредством колеблющихся поверхностей как перспективный способ измельчения зерновых продуктов [Текст] / Е.Ю. Чикина // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: материалы десятой междунар. науч.-практ. конф. (11-12 дек. 2007 г.) / Под ред. В.П. Коцюбы; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул, 2007. - 321 с.

5) Чикина, Е.Ю. Плющение зерна посредством криволинейных колеблющихся поверхностей [Электронный ресурс] / Е.Ю. Чикина, С.Ю. Антощенко // Наука и молодежь: материалы Шестой Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (апрель 2009 г.)/http://edu.secna.ru/publish/gorizonty_obrazovania/2009/n11/nim2009/nim2009.htm/ - Барнаул, 2009.

Размещено на Allbest.ru