автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование схемы и основных параметров рабочего обмена ротационного типа для отжима сока из ... кормов

Р0СТ0ЕС1СИП-НА-Д0НУ ОР/:.П5Л ТРУДОВОГО КРАСНОГО жшп ШСШУТ СЕЛШСОЖгШОТЕЖОГО 1'ЛШОСТРОЕНШ

На яггшах рукописи УДК 636.CG5.51:031.263.02.001.66 (04)

КПЕЩШЗВ Олег Рафадлович

ОБОСКОЕЧГСЕ CXE.2J И ССНОНМХ IMPl'STPDB РАБОЧЕГО ОГГ/ЛА КГНЩКИОП) Т!ШД Д31 0731'MA сокл из тагздк нонюв

C5.20.0I - 1'зканизацпя с з л ь с i г о г. гт R с т б э ¡ {! ; о г о пропззодегза

дхеиергпцни па conciwme учоиой степени кандидата технических

кпук

Росгов-на-Дсну

1992

' ') /V &

■ U \ Л

Работа выполнена е Ростовсксм-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени институте сельскохозяйственного машиностроения

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор ФОМИН В.И.

Официальные оппоненты - член-корреспондент ВЛСХНИЛ,

доктор технических наук, профессор НОШКОВ Ю.Ф.

- кандидат технических наук, доцент СЕМЕНИХШ А.М.

Ведущая организация - Всесоюзный квучно-нсследоЕйтельскпи

на _____ ____________________________________,. 3.27.02 при Ростоз-

ском-на-Дону ордзна Трудового Красного Знамени институте сельскохозяйственного машиностроения: 344708, г. Ростов-на-Дону, ГСП, пл. Гагарин:*, I, РИСШ, ауд. £52.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского-на-Дону ордена '¡'рудового Красного Знамени института сельскохозяйственного машиностроения.

Отзыв в 2-х экз., заверенный печатью, просим выслать в специализированны!! Совет по указанному адресу.

институт комплексных проблему машиностроения для животноводства и кормопроизводства (ЕШМКО'Ш,

г. Москва

года в '(О

часов

Учений секротирь специализированного Совета д-р техн. наук, проф.

Ермольев 13.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы. Одним из перспективных направлений развития кормопроизводстЕа является применение влажного фракционирования зеленых кормой, (ВФЗК). В основе технологии лежит процесс отжима сока из растительного сырья. Сок перерабатывается в пастообразные или сухие протеиновые концентраты, которые используются в рационах свиней и птицы как высокобелковые добавки. Жом силосуется, используется для производства травяной муки или идет непосредственно на корм животным.

Технология ВФЗК позволяет резко сократить потери питательных эеществ при заготовке и хранении кормов.

В нашей стране и за рубежом созданы производственные и опыт-ю-промышленные линии, в которых реализованы различные варианты •ехнологии ВФЗК. Однако^, их широкомасштабное внедрение сдерживайся. Одной из причин этого является несовершенство применяемого ¡азового оборудования. В частности, для оттама сока используются неновые прессы, имеющие высокую энергоемкость. У лучших экспери-ентальных образцов шнековых прессов этот показатель достигает ...10 кДж на I кг исходной массы, что на порядок выше, чем при омпрессионном сжатии в цилиндрических стаканах, близком к иде-льной модели процесса. Поэтому задача снижения энергозатрат от-има сока за счет перехода на ноеыэ рабочие органы, прежде всего, отецонного типа, является актуальной.

Работа выполнялась в соответствии с плановой тематикой НИР:. Разработать научные основы безотходных технологий производства эотеиноЕых концентратов кормового и пищевого назначения из зело-ос растений и'экспериментальные технические средства для их реа-!зации" ( заказ-наряд ХНО МинВУЭа РСЗСР.ла 1986-1990 гг.).

Цель исследований. Обосновать схему и параметры рабочего ор-ша пресса для отжима сока из зеленю? кормов, позволяющего полу-ть жом с содержанием сухих веществ до 35...4*$ при снижении оргоемкости процесоа на 20...30%.

Объекты исследований. Рабочие органы прессов ротационного па и осуществляемый ими технологические процессы.

Катоды исследований. Теоретический анализ и синтез на основе конов механики, планирование многофакторного эксперимента, ана-гическое моделирование. Зкономмеская эффективность результатов

исследований определена р соответствии с действующими d -:ельскохо-зяРстЕенном машиностроении методиками.

Научная новизна. Разработана модель процесса отжима сока из зелёных кормов в криволинейном клиновом канале рабочего органа типа "ролик - охватыеощая матрица".

Установлены закономерности изменения текущей толщины слоя растительного материала в прессовом канале, скорости сжатия, относительной деформации слоя и угла меаду прессу пцимм поверхностями, обосновано минимально допустимое отношение радиусов ролика и матрицы.

Выявлены особенности функционирования системы "ролик - обраба-тнеаемый материал - матрица", позволившие получить зависимости, свя-знЕащие толщину слоя с зазором между элементами рабочего органа.

Наедены сгвисимости для силового и энергетического рассчётов барабанного пресса.

Практическая ценность. Разработана инженерная методика комплексного технологического, энергетического и конструктивного рас-счётов барабанного пресса для отжима сока из зелёных кормов.

Реализация результатов исследований. Создан экспериментальный барабанный пресс, производительностью 10 т/ч по исходной массе.

Методика рассчёта передана во Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексных проблемм машиностроения для животноводства и кормопроизводства (ШИИКОИК, г.Москва) и Голоеной экспериментально-конструкторский институт по малинам для переработки травы и соломы (ГЗКИ, г.Вильнюс) и используются при разработке комплектов оборудования по производству протеиновых концентратов из зелёных кормов.

Экономический ь^фект от использования одного барабанного пресса составит 2072 руб/год или 0,2757 руб на I т. исходной массы (в ценах I9S0r.). Экономил электроэнергии на I т/ч не менее 1,2 кВт

Апробация работа. Материалы диссертации докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава РИСХМа (I986-1968 гг.), на Всесоюзной научной конференции молодых ученых и аспирантов по актуальным проблемам интенсификации кормопроизводства (г.Москва, 1991).

Дубликацик. По теме диссертации опубликовано 17 работ, общим объёмом 7,1 условных печатных листов, в Том числе 4 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, семи разделов, общих выводов, списка использованных литературных источников (III наименований, из них 9 иностранные) и приложений.

Работа изложена на 169 листах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 13 таблиц и 7 приложений на 40 листах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЕ

Введение посвящено обоснованию актуальности теми. Во введении формулирована цель исследований, приведена краткая характеристика работы, изложена научная новизна и практическая ценность результатов.

Первый раздел диссертации - "Обоснование теш исследований". В разделе рассмотрены технологические требования к процессу ВФЗК. Выполнен обзор прессового оборудования для механического разделения волокнистых материалов на фракции, на основании анализа которого сделан вывод о перспективности использования рабочих органов ротационного типа. Рассмотрены научные исследования по уплотнению и механическому фракционированию волокнистых материалов, позволившие определить основные предпосылки разработки теории рабочего процесса отжима сока из зеленых кормов.

Исходная масса кормов характеризуется содержанием сухих веществ (С ) и основных химических компанентов, которые при прессовании перераспределяются между продуктами фракционирования. При этом, осноеным технологическим показателем оценки процесса является величина содержания сухих веществ в жоме .(С^ ). Она определяется - зависимости от того,е какой технологии кормозаготовки применяется отжим сока.

Установлено, что технологические требования при отжиме сока сводятся к тому, что при прессовании должна быть обеспечена возможность варьирования С ^ в широких пределах, вплоть до максимального значения 0,35...6,40.

Анализ сокоотжимного оборудования с различными типами, рабочих, органов показал, что снижение энергоемкости прессования

при совладении выбранных технологических требований может быть достигнуто при пороходо к рабочим органам ротационного типа. Однако, применительно к отжиму сока из зелекшс кориао, такие рабочие органы остаются малоизученными. Это предопределило необходимость обоснования перспективной схемы.

Обзор и анализ теоретических исследовбний по уплотнённо'и м-:-

ь

ханическому фракционированию волокнистых материалов, выполненных Е.Т.Баэиньа^ В.П.Бородянским, М.Г.Булынко, Г.К.Васильевым, Н.И. Гольбергом, Н.В.Голяновским, Н'.Ф.Гориным, Ф.З.Гроцким, И.А.Долговым, И.И.Иодо, Д.И.Николаевым, И.И.Ыогилввским, Ц.Р.Мурри, В.И. Особовым, Ы.В.Порилой, Г.Я.Фарбманом, В.И.Фоминым и В.И.Щербиной показал, что при влажном фракционировании происходит деформация волокнистого скелета корма и фильтрация сока в поровом пространстве скелета. Первый из этих процессов можно описать на базе теории нелинейной наследственной ползучести, второй - на базе закона Дар-си с учетом переменного коэффициента фильтрации.

Во втором разделе диссертации - "Поисковые экспериментальные исследования" - описаны лабораторные установки вальцового, барабанного и роликового прессов с рабочими органами ротационного типа. Приведены методики и результаты поисковых экспериментов. Сформулированы задачи дальнейших исследований.

Цель поисковых экспериментов состояла в обосновании схемы рабочего органа ротационного типа.

Для достижения поставленной цели были разработаны лабораторные установки вальцового,барабанного и роликового прессов, позволяющие организовать процесс отжима соответственно с регулируемым и нерегулируемым режимом деформации, а также с режимом, при котором движение растительного скелета и фильтрация сока происходят в перпендикулярных направлениях.

В процессе проведения экспериментов регулировалась относитель ная деформация слоя (£0), скорость сжатия ( ) и удельная нагруэ ка на рабочую поверхность ( ). Замерялись-- энергоемкрсть процесса и содержание сухих веществ в жоме.

В качестве исходного материала использовалась зеленая масса люцерны с содержанием сухих веществ С =0,24...С,ЗС, при их относительной объемной плотности =0,08...0,12.

Было установлено, что значительное снижение энергоемкости процесса при выполнении технологических требований обеспечивает рабочий орган барабанного тийа. При получении жома с содержанием сухих веществ «0,32, энергоемкость не превышала Е =0,5 кД*/кг. В отличие от барабанного, рабочий орган вальцового типа потребляет не менее 17 кДж/кг при С ж «С.4, а роликовый рабочий орган вообще не позволяет качественно разделить растительное сырьё на жом и сок.

Рис.1. Схема барабанного пресса для отжима сока

1-ролик; 2-матрица; 3-загрузочное устройство; 4-выгрузное устройство*, 5-сокосборник. о^—р»- - исходная масса

«^—£5» - ЖОМ

Поисковые эксперименты позволили определить в качестве объ-экТя дальнейших исследований процесс отжима сока из зеленых кормов ротационным рабочим органом барабанного пресса, рис.1. Конечная цель исследований - создание экспериментального образца барабанного пресса с параметрами, обеспечивающими возможность опытно-промышленного внедрения.

В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи-дальнейших исследований.

1. Разработать математическую модель процесса отжима сока из зеленых кормов в криволинейном клиновом канале.

2. Провести кинематический анализ процесса деформации слоя материала в прессовом канале.

3. Проанализировать систему "ролик - обрабатываем« материал - матрица".

4. Выполнить энергетический анализ рабочего процесса барабанного пресса и получить аналитические зависимости для определения энергоемкости отжима сока.

5. Провести экспериментальные исследования и осуществить проверку адекватности полученных теоретических результатов и реального процесса.

6. Разработать инженерную методику рассчета параметров процесса отяыма сока и барабанного пресса.

7. Оценить экономическую эффективность использования барабанного пресса для отжима сока из зеленых кормов в сельском хозяйстве.

В третьем разделе - "Теоретические исследования рабочего процесса пресса типа "ролик - охватывающая матрица"- выполнено моделирование рабочего процесса, исследованы законы изменения толщины слоя обрабатываемого материала -§ , скорости сжатия - 1Г= д^г, относительной деформации - 6 , а также угла ф между сжимающими поверхностями элементов рабочего органа на базе различных гипотез о направлении сжатия в криволинейном клиноеом канале, осуществлено обобщение полученных результатов и проведен анализ функционирования системы "ролик - обрабатываемый материал - матрица".

Зеленые корма, как исходный продукт для прессования, представляют из себя трехфазную систему, состоящую из волокнистого растительного скелета, сока и воздуха. На первом этапе процесса сжатия этой системы происходит удаление воздуха и её переход в двухфазное состояние - гидромассу, когда все поры в скелете заполнены соком. При дальнейшем сжатии начинается выход сока.

До тех пор, пока система находится в трехфазном состоянии, всю нагрузку, прикладываемую к ней, воспринимает на себя деформируемый волокнистый скелет. После перехода в состояние гидромассы сжатие вызывает одновременную деформацию скелета и фильтрацию сок в пороЕом пространстве между волокнами. Давление растительного ма териала на рабочий орган в этом случае является результатом воздействия напряжений ( й' ), возникающих в скелете волокнистой франции, и порового давления сока ( р

р(*). ш

Рабочий орган пресса типа "ролик - охватывающая матрица" ос ществляет деформацию скелета обрабатываемого растительного мате{

ала и отжим сока в криволинейном клиновом канале с боковыми стенками, жестко заданной формы и конечно? длины, с фиксированными входным (максимальным) и выходным (минимальным) зазорами. При перемещении .растительного сырья вдоль канала процесс сжатия происходит, преимущественно, одномерно в направлении между поверхностями ролика и матрицы с заданным режимом изменения толщины слоя во времени - 8= •

Состояние гидромассы наступает при толщине слоя

5 = 5 г тах

где & - максимальная толщина слоя; V ^ - безразмерная величина, характеризующая относительный объем сухих Еещестз,

Суммарные напряжения в слое материала с учетом деформационых процессоп в скелете корма к фильтрационного сопротивления описывает зависимость:

81М

т,

С8Ы

^»Ы^о^тах

Ь

81*1 }

6

(3)

где Ао » т о ' < и ~ эмпирические коэффициенты для опреде-

ления напряжений в скелете; Ч^д > И 6 - эмпирические

коэффициенты для определения фильтрационного сопротивления;^^-бе&оазмерная величина,.характеризующая еязкость сока.

Функция (3),по физическому смыслу, является моделью исходного растительного материала, причем второй член до момента наступления гидромассы 8 > равен нулю.

Необходимо отметить, что само понятие "толщина слоя" в криволинейном канапе не совсем очевидно. Анализ исследований, посвящал*, них вопросам разработки теорий процессов, происходящих в канале между роликом и охпатывэющей ого цилиндрической матрицей, которые провели А.С.Аристакесян, Г.К.Берман, Г.¡{.Васильев, Х.Д.Брюн, В.А. Григорян, И.А.Долгов, С.Ф.Колесников, Р.Г.Кугель, В.Ф.Некралевич, Ф.В.Нельсон, Ю.В.Подкользин, А.Й.Соколов, Р.Н.Страуб, показали, что .толщину слоя можно отождествить с зазором (расстоянием) мзнду

1С

прессующими поверхностями.

Фактически, различные построения можно свести к трем основным вариантам,^базирующимся на гипотезах о том, в каком направлении идет" сжатие,. _рис.2: , "

PSSPffiW9* относительно ролика ( £ = AD); J2 - радиалкно, относительно матрицы ( В = ЬС ); 3 - по хопле дружности, вписанноР между роликом и матрице?

(в-ACJ,,.-

В результате анализа гипотез на основе разработанного единого методического подхода получены зависимости, описывающие.изменение

О и Ф

До^&за^о, чдо. .стабильность транспортирования материала а канале пресса обеспечивается в том случае, если отношение ( г\ ) ра-£nyc9B.,popi& и матрицы не меньше 0,513. При этом закон изменения независимо -от Быбранной гипотезы,описывает функция:

= R - г + е cas <oi ,

6М"

(4)

где СО - угловая скорость ведущего элемента рабочего органа; е - эксцентриситет! '

Рис.2. Схема прессовоп канала

1-поверхность ролика;

2-г.оверхность матрицы;

^ гт- зона сжатия.

г4 0 в

При сжатии растительного сырья в канале пресса матрица и ролик взаимодействуют с обрабатываема материалом, а через него - друг с другом. Поэтому рабочий процесс барабанного пресса рассматривался с учетом функционирования системы "ролик - обрабатываемый материал - матрица".

Установлено, что заданная величина относительной деформации & 0 , определяющая конечную вл&гаость жома поело прессования, достигается в тем случав, если матрица и ролик установлены с зазором 5 , величина которого определяется из соотношения

5 ~ >*•"

Ш К (5)

где - минимальная расчетная толщина слоя; 1< - коэффициент коррекции.

Найдены зависимости для расечета к при ведущем ролике или ведущей матрица.

В четвертом разделе - "Укспарименталыша исследования барабанного пресса"- осуществлено определение режима деформации слоя и произведена проверка коэффициента коррекции на лабораторной установке барабанного пресса.

В задачи исследований входило.

1. Определение условий функционирования системы "ролик - обрабатываемый материал - матрица".

2. Проверка закона изменения толщины слоя и оценка гипотез,

Эксперименты проводились на лабораторной'установке барабанного пресса с ведущим роликом ка измельченной зеленой масса люцерны (относительная объемная плотность сухих веществ 0^=0,12, содержание сухих веществ 0 -0,£б) с применением теории*планирования эксперимента. Начальная толщина слод (8Г.) варьировалась от 0,04 до 0,09 м, относительная деформация (Сд)'от 0,67 до 0,75. КаздыЛ опыт проводился с трехкратной поЕторностью. •

Минимальный зазор метду матрицей и роликом устанавливатся с учггои коэффициента коррекции, рис.3.

Измерения;.! подвергались: содержание сухих веществ гз жоно (Су; количество сока, выделяемое.в процессе прессования в целом-и п. зоне 2. ; длины дуг взаимного смещения ролика и матрицы, соотвзтст-вущие' гипотезам.

Сравнение 0^, полученного экспериментально, с расчетным значением было использовано для оценки правильности определения !<

Рис.3. Схема выполнения замеров 1-рассчётное положение ролика; 2-скоррек-тированное положение ролика; 3-начальное положение отметки на ролике; 4-начальное положение отметок на матрице.соответствующих трём гипотезам; 5 и б -конечное положение отметок; 7-вы-ход сока по зонам.

и изучения условий функционирования системы "ролик - обрабатываемый материал - матрица".

Реальный закон изменения Í оценивался пут'Зм сопоставления относительного выхода сока в зоне Z с теоретически рассчитанной величиной .

efe»- _

где и - текущие значения толщины слоя материала, соот-

ветствующие началу и концу исследуемого участкапрессового канала, ограниченного углами о(. w и

Оценка гипотез определялась при сравнении длин дуг L ^ между точкой А и каждой из трех отметок на матпице в конечном положения с рассчётным значением L р.

Результаты экспериментов и сопоставлений теоретически рассчитанных значений переменных с реальным процессом при доверительной вероятности 0,90 приведены в таблице.

Экспериментально подтверждено, что в системе "ролик - обрабатываемый материал - матрица" сжимапцие поверхности элементов .рабо-

Результаты экспериментальных исследований

й . Эмпирическая формула Расчетные значения критерия Фишера, Рр

I. С^» 0,625 60- 0,429 4,34

2. ^=3,425 - 3,660 - 7,2 &а 3,8?

5. 10,56

4. (40£0* 365^3,41)40"'м 12,38

5. иь» («¿¿^бО».^ а,6»)'«Ггм 4,26 |

Примечание: Табличное значение критерия Фишера ¿4,54

чего органа действительно движутся без смещения в зоне с минимал; -та расстоянием между матрицей и роликом.

Установлено, что снктио слоя осуществляется в направлении хорда вписанной окружности (3-я гипотеза). Внесте с тем, с достаточной для практических целей точностью, рассчёт 8 можно проводить на основе обобщённого закона деформации, независимо от выбора гипотезы

В пятом разделе - "Энергетический анализ рабочего процесса барабанного пресса" - выполнены теоретические исследования распределения затрат энергии при влажном фракционировании .зеленых ко; мое на рабочем органе барабанного пресса.

При работе барабанного прзсса по;;родимая к рабочему органу энергия.расходуется непосредственно на фракционирование ( Еф ) и на преодоление трения ( Е ^ ).

(7)

При фракционировании, в своя очередь, происходят два процесса-деформация волокнистой фракции и фильтрация жадной через поры волокнистой.

Энергоемкость фракционирования, соотретственно, определяется как сумма энергозатрат на деформацию скелета ( Е^ ) и на преодоление фильтрационного сопротивления ( Е. р ).

Е в Е, .

+ Е

р (6)

Установлено, что энергозатраты на деформацию волоннистого окедата определяются зависимостью

А оеш°.

«V

тг

сИ:.

(9)

На преодоление фильтрационного сопротивления волокнистой фракции затрачивается оноргия,

/ьС А»1

—5------------------------х

'X

а

га

\ ллол! Л/г

ас

со

«К,

(10)

угол поворота ведущего элемента рабочего органа, при котором достигается состояние гидромассы.

При движении материала вдоль прессового канала расходуется анергия на преодоление сил трения, возникапцих на неподвижных Соковых стенках. Перемещение обрабатываемого продукта вдоль этих стенок происходит радиально, относительно элементов рабочего органа, и тангенциально. Соответственно энергозатраты на преодоление сил трения складываются из двух составляющих

Ет~ЕТР * ЕП > (II)

где Етр - энергозатраты на преодоление сил трения при радиальном перемещении;Е-^ - энергозатраты на преодоление сил трения при тангенциальном перемещении.

5"

"ТР

{А0еь> 1 оуЬ ах ^(я+г'Хй-г ^есгбсд!)

пи

Л,

6

где £ - коэффициент, трения скелета волокнистой фракции о бокоЕие стенки; - радиус ведущего элемента рабочего органа; £ - коэффициент бокового^давлений; й* и г* - эквивалентные радиусы, соответственно, матрицы и ролика. Т

ЕТТ=

х —---;-о! х

(13)

В шестом разделе - "Экспериментальные исследования энергоемкости процесса отжима сока из зеленых кормов на барабанном прессе"-приведены программа' и методика экспериментов'по проверке теоретических результатов энергетического анализа рабочего процесса барабанного пресса,, результаты экспериментов и осуществлено их сравнение с теоретическими.

Цель экспериментов состояла в проверке теоретических результатов энергетического анализа.

В задачи исследований входило определение энергоёмкости рабочего процесса барабанного пресса при'различных режимах деформации и сопоставление полученных данных с результатам! рассчетов, выполненных по теоретическим формулам. .

Программа экспериментов предусматривала изучение зависимости энергоёмкости. процесса, отжима сока от начальной толщины слоя (Вх), относительной деформации (£0 ) и скорости сжатия ( О" ). Определялось также изменение С з;5 •

Исследования проводились по ротатабельному плану второго порядка для трехфакторного эксперимента со звездным плечом 1,682. 'Начальная толщина слоя изменялась в пределах (4...9)-1С"^м, относительная деформация варьировалась от 0,68 до 0,78, скорость деформации - от 4»10"^ до 14*Ю~^м/с.

Регулирование 8х и О" обеспечивалось стоящими в Приводах питателя и ролика вариаторами, вд - изменением эксцентриситета ролика и патрицы.

В качестве исходного материала использовалась люцерна второго укоса (С =0,26), предварительно измельченная до р # =0,12.

При проведении экспериментов энергоёмкость отжима колебалась

от .0,5 до 1,65 кДж/кг, величина била доведена до максимального значения 0,358.

После обработки результатов экспериментов и рассчета коэффициентов регрессии получены следущие уравнения е натуральных значениях факторов:

Е «(0,5693 - <2,65/¿0- 0,03618Г + 6,Ь60Г + +-0,а55б£8х 2О1075«5о!Г+ 16,9^4 + -О.^ЗЬ* - 6,086а1) кЛэ£/кг , (14)

Сж = -0,1652 + 0,669 60 - 0,04898^-

- 0,<66^1)" * 0,0001£06зс-010001^' --о,аоог(г8хл- о,аао7£о- о,04<гг. (ш

• кг

<.2

0.8

0,4

н и

// //

Л А г/ >

0.68

ж

0.35

0.33

051

0.73

019

} /у //

// // // ? /

* V '/

V

0.66

0.73

Вю.4. Зависимость Е=_Г(ба|,при Рис.5. ЗависшостьС^т^ЧбЛ при Ох =0,065м, О" =9' 10 м/с 8 х =0,065м, IГ =9-19 ^м/с

- эксперимент;

- теория.

.- эксперимент; - теория.

Д™ Прогерк.1! "йорвтн'-'еских результате И их сопоставления и данными экспериментов были рассчитаны составляющие энергоёмкости Е и значения С п, которые должны быть достигнуты при проведении опытов, по теоретическим формулам для всех значений переменных в соответствии с планом экспериментов. Сопоставление результатов рассчётов с экспериментальными данными при доверительной вероятности 0,75 показало, что они совпадают. Зависимости, отражающие изменение Е. и С ж при проведении опытов,и сопоставление с теорией демонстрируй рис.4,5 и 6.

Рис.6. Зависимости: I- ЕвНВх). при £0=0,73, 1Г =9-Ю"3м/с; 2-Е=*-Ног), при ¿0 =0,73, 5х =0,065м

————— эксперимент

В седьмом разделе - "Методика расчета барабанного пресса для влажного фракционирования зеленых кормов"- изложен алгоритм расчета параметров процесса отжима сока и конструктивных размеров рабочего органа барабанного пресса, приводятся описание и результаты испытаний экспериментального барабанного пресса, производительностью 10 т/ч пи исходной массе, оценен ожидаемый годовой экономический эффект от его внедрения.

ОБЩИЕ швода

1. Процесс отжима сока из зелёных растений является базовым в технологии заготовки кормов с применением влажного фракционирования. Для его реализяции в настоящее время используются шнекоЕые прессы, которые позволяют получать жом с содержанием сухих Ееществ С мс *0,35...0,40. Однако энергозатраты при этом составляют не менее 7 кД*/кг по исходной массе.

2. Существенная экономия энергии может бить достигнута при переходе на ротационные рабочие органы. Практически приемлемая конструкция с таким рабочим органом может быть реализована на базе схемы барабанного пресса типа "ролик - гхпатываицая матрица". При отжиме сока из люцерны на лабораторной установке содержание сухих веществ в жоме было доведено до 0Ж =0,358 при энергоёмкости не более 1,65 кДк/кг.

3. Физико-механическая модель исходной зелёной массы может быть представлена в виде уравнения, состоящего из двух частей: первой - отражающей деформацию растительного скелета на базе теории нелинейной наследственной ползучести; второй - описывающей сопротивление фильтрации жидкости через указанный скелет на основе закона Дарси с учётом переменного коэффициента фильтрации. До достижения исходным растительным материалом состояния гидромассы, когда начинается выход сока, вторая часть модели имеет нулевое значение, тик как до этого момента фильтрация отсутствует.

4. Рабочий орган пресса типа "ролик - охватывающая матрица" осуществляет деформацию скелета обрабатываемого растительного материала и отжим сока в криволинейном клиновом канале с боковыми стенками, жёстко заданной формы и конечной длины, с фиксированными входным (максимальным) и выходным (минимальным) зазорами. При перемещении растительного сырья вдоль канала процесс сжатия происходит преимущественно одномерно между поверхностями ролика и матрицы с заданным режимом деформации.

5. Одномерная модель процесса сжатия слоя в канале пресса может быть построена на базе одной из трёх гипотез о направлении, е котором происходит сжатие: радиально, относительно ролика; радиаль-но, относительно матрицы, или по хорде окружности, Еписанной мечщу контурами ролика и матрицы. Во всех случаях кинематический режим

сжатия зависит от соотношения ( г\ ) радиусов ролика и матрицы, а также эксцентриситета ( 6 ), с которым они установлены. При этом, допустимый максимум текущего угла ф между сжимающими поверхностями, при котором сохраняется стабильность захвата и транспортирования слоя зелёных кормов рабочим органом не превышается в том случае, когда п > 0,613.

6. В интервале относительных деформаций ¿Оот 0,67 до 0,75 сжатие слоя осуществляется в направлении.хорды вписанной окружности. Вместе с тем, с достаточной для практических целей точностью, рас-счёт текущей толщины слоя ( 5" ) можно осуществлять ..о обобщённой зависимости (4).

7. Наличие физико-механической модели исходного зедёного корма и модели, описывающей закономерность изменения толщины слоя в криволинейном каналб, формируемом матрицей 'и роликом, позволяет рассчитать силовые нагрузки на элементах рабочего органа и требуемые энергозатраты. Последние в барабанном прессе расходуются на деформацию скелета растительной массы { Е^ ), преодоление фильтрационного сопротивления ( Ер ) и сил трения скелета о боковые стенки канала, возникающие при перемещении материале в радиальном направлении относительно элементов рабочего органа ( Етр) и при движении вдоль канала ( . Величины и 'Е^ определяются, в конечном счёте, заданным значением О Соотношение меащу Етри Еттво многом зависит от конструкции конкретного рабочего органа.

8. Экспериментальный барабанный пресс, производительностью до 12 т/ч по исходной массе, о приводной матрицей, диаметром 1,5м, и роликом, диаметром 1,1м, при ширине прессового канала 0,24м в опытно-полевых условиях обеспечил получение жома с содержанием су-Зсих веществ до 0,31 при энергоёмкости процесса около 0,8 кДж/кг.

9. Низкая энергоёмкость птюцасса и стоимость барабанного пресса, в сравнении с прессом шнекового типа аналогичной производительности» обеспечивают годовой экономический эффект на одну машину в размере 2072 руб. или 02757 руб. на 1т исходной зелёной массы (в ценах 1990 г.). Экономия электроэнергии при переработке 1т нормов со-старляет не менее 1,2 кВт-ч. Результаты работы переданы во БНИШШ и ГЗКИ и используются при разработка комплектов оборудования по производству протеиновых концентратов из зелёных кормов.

с

Основные положения диссертации опублинованы в следуетцих

работах

1. Изыскание и исследование рабочего органа пресса для отжима сока из зеленых растений, производительностью 10 т/ч по исходной массе, с проработкой системы регулирования Елажности жома: Отчет о НИР/ РИСХМ.- ИГР 01830010551; Инв.И 02.83.0C2298I.- Ростов н/Д, 1982.- 66 с.

2. Комплект оборудования но производству протеинового концентрата из зеленых растений: Отчет о НИР/ ВНИИШЖ.- 1'ГР 8CC476I7; Инв.И? 02.83.C0I6835.- lt., 1982.- 85 с.

3. Кирищиев O.P. К вопросу выбора рабочего органа для отжима сока// Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин для кормопроизводства и животноводства: Межвуз.сб.- Ростов н/Д, 1986.- С. 32-35.

4. Кири'циев O.P. Изучение процесса отжима сока из люцерны на Еальцовоы прессе// Производство концентратов зелёных кормов: Межвуз.сб.- Ростов н/Д, 1986,- С. 68-71.

. 5. комплект оборудования по производству протеинового концентрата из зеленых растений: Отчет о НИР/ ВНИИКОШС.- ИГР 01.66.0016389; Инв.К» 02.86.0025532,- М.,1985.- 87 с.

6. Исследование пресса АПК-31 с целью разработки предложений по снижению содержания волокнистых примесей в зеленом соке до 355: Отчет о НИР/ РИСХМ.- РГР С1.85.0045461; Инв.» 02.87.0068304,- Ростов н/Д, 1987.- 94 с.

7. A.c. I29I442 СССР, МКИ"* В 30 В 9/20. Пресс для отжима сока/ В.И.Фомин, Н.И.Пройдак, О.Р.Кишщиев.и др. (СССР).- 4 с.

8. A.c. 1381003 СССР, ШГ В 30 В.9/20. Пресс для отжима сока/ ВТИ.Фомин, С.Н.Исаханов, О.Р.Киршциев и др. (СССР).- 4 с.

9. A.c. I388321 СССР, МКИ4 В 30 В 9/£С. Пресс для отжима сока/ В.И.Фомин, Н.И.Пройдак, О.Р.Киршциев и др. (СССР).- 5 с.

10. Фомин В.И., Кирк^иэв O.P. Анализ работоспособности барабанных прессов для отжима сока из зеленых растений// Производство протеиновых концентратов из зеленых растений: Межвуз.сб.- Ростов' н/Д, 1987.- С. 48-53.

II A.c. I4P0895 СССР, МКИ4 В 30 В 9/20. Барабанный пресс для отжима сока/ В.И.Фомин, Г.И.Проценко, О.Р.Кирищиг" и др. (СССР), 4"с.