|
Читайте также: |
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»
На правах рукописи
Чкалова Марина Викторовна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ВЫРАВНИВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК
ВОЗДУШНО-ПРОДУКТОВОГО СЛОЯ
Технологии и средства
Механизации сельского хозяйства
Диссертация
На соискание ученой степени
Кандидата технических наук
Научный руководитель
Доктор технических наук,
Профессор М.И. Филатов
Оренбург 2006
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..5
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ
И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАШИН ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ……………………………………………………………...9
1.1 Формирование современных представлений о различных подходах
к описанию процесса измельчения зернового сырья………………………….9
1.1.1 Теоретические предпосылки измельчения сыпучих материалов………….9
1.1.2 Моделирование технологического процесса измельчения
зернового сырья……………………………………………………………...12
1.1.3 Формально-логический анализ базовых характеристик моделей………...17
1.2 Обзор средств механизации измельчения зернового сырья ………………..18
1.3 Молотковые дробилки…………………………………………………………19
1.3.1 Специфика рабочего процесса молотковой дробилки
закрытого типа с шарнирно подвешенными молотками………………… 19
1.3.2 Классификации молотковых дробилок……………………………………..21
1.3.3 Исследование поведения воздушно-продуктового слоя
в рабочей камере дробилки…………………………………………………26
1.3.4 Формирование рабочей гипотезы…………………………………………...27
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ…………………………………………………………………….31
2.1 Общий процесс в рабочей камере молотковой дробилки…………………..31
2.2 Процесс в отдельно взятой зоне при многократной циркуляции воздушно- продуктового слоя……………………………………………………………...35
2.3 Описание взаимовлияния составляющих общего процесса дробления ……37
2.4 Разложение случайного процесса размножения и гибели в каждой условной зоне………………………………………………………………………………39
2.5 Построение математической модели процесса дробления…………………42
2.5.1 Методика определения характеристик случайного процесса в каждой зоне по одной реализации достаточно большой продолжительности…………46
2.5.2 Методика нахождения передаточных функций…………………………...48
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ……………….51
3.1 Задачи экспериментальных исследований……………………………………51
3.2 Обоснование выбора технологического оборудования для измельчения зернового материала……………………………………………………………52
3.3 Обоснование выбора материала измельчения………………………………..57
3.4 Обоснование выбора элементов (датчиков), воспринимающих воздействие воздушно-продуктового слоя……………..…………………………………...59
3.5 Калибровка датчиков…………………………………………………………..64
3.6 Схема преобразования сигнала АЦП от датчика до монитора компьютера……..................................................................................................68
3.7 Методика проведения дополнительных экспериментов…………………….73
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ…………….76
4.1 Обработка результатов лабораторных экспериментов………………………76
4.1.1 Определение интервалов значений величины ударного импульса
отдельных видов зерновок…………………………………………………...76
4.1.2 Определение «массового состава» воздушно-продуктового слоя по условным зонам……………………………………………………………...80
4.2 Обработка результатов производственных экспериментов…………………82
4.2.1 Сравнительный анализ показаний датчиков при уменьшении
загрузки рабочей камеры…………………………………………………….82
4.2.2 Подготовка результатов эксперимента к математической обработке………... …………………………………………………………..85
4.2.3 Определение характеристик случайного процесса и коэффициентов математической модели в каждой условной зоне………………………...92
4.2.4 Определение коэффициентов передаточных функций и ошибок функционирования динамических систем…………………………………95
4.2.5 Определение характеристик случайного процесса и коэффициентов математической модели в каждой условной зоне при изменении величины подачи зернового сырья…………………………………………98
5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОРМОДРОБИЛКИ…………...…………………………………...104
5.1 Выравнивание характеристик ВПС посредством конструктивных изменений рабочей камеры молотковой дробилки…………………………104
5.1.1 Перераспределение подачи зернового материала в рабочую камеру…..104
5.1.2 Упорядоченная подача материала из зернового ковша в рабочую
камеру при помощи делителя………………………………………………106
5.1.3 Усовершенствование конструкции рабочей камеры посредством установки разрыхлителей ВПС……………………………………………107
5.2 Определение «массового состава» ВПС по условным зонам после усовершенствования рабочей камеры…………………………………….....110
5.3 Результаты производственных испытаний дробилки с усовершенствованной рабочей камерой.....…………………………………......................................115
5.4 Расчет экономической эффективности научных исследований…………...119
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ……………………………………………………………......125
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………...128
ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………...141
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Из общего количества расходуемого на кормовые цели фуражного зерна примерно половина перерабатывается в полноценные комбикорма и кормосмеси, а остальная часть скармливается в измельченном виде. Зерновые корма обладают высоким содержанием питательных веществ и хорошими вкусовыми качествами. Так как питательные вещества усваиваются организмом животного только в растворенном виде, то скорость обработки частиц корма желудочным соком прямо пропорциональна площади их поверхности. Поэтому измельчение – одна из самых распространенных и важных операций в технологическом процессе подготовки кормов, обусловленная требованиями физиологии сельскохозяйственных животных.
Измельчение зернового сырья производят до крупности, рекомендованной зоотехническими требованиями в зависимости от вида, назначения и возрастной группы животных [44,46,68,89].
Для свиней лучшим признается комбикорм, содержащий зерно мелкого помола с преобладанием частиц размером 0,2…1,0 мм. Для крупного рогатого скота (КРС) – среднеразмолотое зерно с преобладанием частиц размером 1,0…1,8 мм, для птицы - зерно крупного помола (размер частиц 1,8…2,6 мм).
Основным оборудованием для измельчения зерна в комбикормовой промышленности и хозяйствах различных форм собственности являются молотковые дробилки, наибольшее распространение из которых получили решетные дробилки закрытого типа.
К достоинствам дробилок данного типа можно отнести быстрое извлечение продукта из дробильной камеры, возможность регулирования степени измельчения, легкую замену изнашивающихся деталей (молотки, решета, деки), механизированную загрузку и выгрузку материала.
Недостатками являются большие эксплуатационные расходы, быстрое изнашивание деталей (молотки, решета, деки), большой расход электроэнергии, значительная часть которой потребляется непроизводительно, образование пылевидных фракций, неоднородность измельченного продукта [64,82,102,130].
Стремление повысить производительность и снизить энергозатраты приводит к получению готового продукта со значительным содержанием недоизмельченной и переизмельченной фракций. Такой корм не полностью усваивается животными, что является причиной его перерасхода и приводит к снижению эффективности вложенных средств.
Следовательно, дальнейшее совершенствование технологического процесса дробления, модернизация существующих конструкций молотковых дробилок и разработка новых по-прежнему остаются актуальными задачами.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ОГАУ. Проблема IХ. Научные основы формирования эффективной инженерно-технической системы АПК. Задание 01. Разработка перспективной системы технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.
Цель исследования. Повышение эффективности работы молотковых дробилок закрытого типа с шарнирно подвешенными молотками посредством выравнивания характеристик воздушно-продуктового слоя.
Объект исследования. Процесс измельчения зернового материала в рабочей камере молотковой дробилки.
Предмет исследования. Закономерности изменения характеристик воздушно-продуктового слоя, циркулирующего внутри рабочей камеры молотковой дробилки.
Рабочая гипотеза. Предполагается наличие в рабочей камере молотковой дробилки условных зон относительной стабильности характеристик воздушно-продуктового слоя. Расположение зон связано с конструктивными особенностями рабочей камеры.
Задачи исследования:
-провести теоретическое и экспериментальное изучение изменений характеристик воздушно-продуктового слоя (ВПС) в процессе циркуляции, экспериментально подтвердить наличие условных зон относительной стабильности характеристик слоя в рабочей камере молотковой дробилки, уточнить границы зон;
- получить дискретные (цифровые) данные, характеризующие изменения ВПС в процессе циркуляции, определить структурно-качественный состав материала в каждой зоне;
- построить вероятностно-статистическую модель технологического процесса дробления с учетом наличия внутри рабочей камеры условных зон относительной стабильности характеристик ВПС;
- провести верификацию математической модели, определить возможности управления характеристиками ВПС;
-разработать рекомендации по совершенствованию существующей конструкции рабочей камеры молотковой дробилки, дать экономическое обоснование результатов.
Научная новизна. При общей неравномерности ВПС выделены внутри рабочей камеры молотковой дробилки участки относительной стабильности характеристик слоя (условные зоны). Построена вероятностно-статистическая модель технологического процесса с учетом наличия условных зон. Предложена методика определения соотношений видов частиц (исходный материал - готовый продукт - переизмельченная фракция) в любом сечении ВПС и получены такие соотношения для каждой условной зоны рабочей камеры. Показаны возможности управления ВПС посредством конструктивных изменений рабочей камеры молотковой дробилки.
Практическая значимость. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по совершенствованию существующей конструкции дробильной камеры, в ходе производственных экспериментов одно из конструктивных решений апробировано. Предложенное усовершенствование способствует большей однородности измельченного продукта, уменьшает переизмельченную фракцию. Доработанная молотковая дробилка КДУ-2 прошла производственную проверку и эксплуатируется в ООО (СПХ) «Родина» Александровского района Оренбургской области.
На защиту выносятся:
- математическая модель технологического процесса дробления с учетом наличия внутри рабочей камеры условных зон относительной стабильности характеристик ВПС;
- методика экспериментального получения дискретных (цифровых) данных, характеризующих изменения ВПС в процессе циркуляции;
- методика определения структурно-качественного состава измельчаемого материала в любой условной зоне и любом сечении ВПС;
- усовершенствованная конструкция рабочей камеры молотковой дробилки.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Оренбургского ГАУ (2001-2005гг.), на региональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Самара -2000г., Самара – 2001г., Оренбург -2001г.), на 2-ой Российской научно-практической конференции «Проблемы устойчивости биоресурсов: теория и практика» (Оренбург-2005г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ и получено 2 патента на изобретение.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы (143 наименования, в том числе 10 на иностранном языке) и приложений. Работа изложена на 191 страницах, содержит 65 рисунков, 26 таблиц, 4 приложения.
Дата добавления: 2015-11-30; просмотров: 24 | Нарушение авторских прав