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

:?д~2 3 2

ГОСТОБИСИП-НА-ДОНУ ОРД31Л ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАШШ ШСПГГУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи УДК 636.085.51:631.363.02.001.со (04)

КНЕШрЕВ Олег Рафаэлевич

ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ И ОСНОШНХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА РОТАЦИОННОГО ТИПА ДЛЯ ОШНА СОКА ИЗ ЗЕЛЕНЫХ КОПИВ

05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание учено!! стзпени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону

1992

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

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор С0Ш1 В.П.

Официальные оппоненты - член-корреспондент ВДСХНИЛ,

доктор технических наук, профоссор Н0Е1К0В Ю.<1.

кандидат технических наук, доцент СЕМЗ!11ХПН А.М.

Вэдущая организации - Всесоюзный научно-исследовательский

на за_____ ______ _____ , ,. 3.27.02 при Ростоа-

ском-на-Дону ордена Трудосого Красного Знамени институте сельскохозяйственного машиностроения: 344708, г. Ростов-на-Дону, ГСП, пл. Гагарина, I, РИСХМ, ауд. £52.

С диссертацией можно оснакомиться с библиотеке Роетоьского-на-Дону ордена Трудового Красного Знавши института сельскохозяйственного машиностроения.

Отзыв в Я-х акз., заверенной печатью, просим выслать в специализированна!! Совет по указанному адресу.

институт комплексных проблем мапи-ностроеиия для кисотноводства к кормопроизводства ШПИКШ),

г. Москва

года в часов

Автореферат разослан

и

■Г" /ре^

<!аы$ 1992

г.

УчоныГ! секретарь специализированного Совет: д-р техн. наук, про1,]/

Ермольев Й.И.

Отдел 3

1ссзртау.у-ч!

ОБцАП ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ

Актуальность теш. Одним из перспективных направлений рязпи-гия кормопроизводства является применение влажного фракционировали зеленых кормов, (ВФЗК). В основе технологии лежит процесс от-кима сока из растительного сырья. Сок перерабатывается в пастообразные или сухие протеиновые концентраты, которые используются е эационах свиней и птицы как высокобелковые добавки. Жом снлосует-:я, используется для проилгодства травяной муки или идет непос-)едственно на корм животным.

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

В нашей стране и за рубежом созданы производственные и опыт-;о-промышленные линии, в которых реализованы различные варианты ехнологии ВФЗК. Однако^, их широкомасштабное внедрение сдержива-тся. Одной из причин этого яеляется несовершенство применяемого азового оборудования. В частности, для отжима сока используются нековые прессы, имещие высокую энергоемкость. У лучших экспери-знтальных образцов инокоеых прессов этот показатель достигает ...10 кДж на I кг исходной массы, что на порядок вше, чем при эмпрессионном сжатии в цилиндрических стаканах, близком к иде-хьнай модели процесса. Поэтому задача снижения энергозатрат от-ша сока за счет перехода на новые рабочие органы, правде есзго, эталонного типа, является актуальной.

Работа выполнялась в соответствии с плановой тематикой НИР:. Разработать научные основы безотходных технологий производства ю.теиновьк концентратов кормоЕого и пищевого назначения из зеле-гх растений и'экспериментальные технические средства для их реа-зации" ( заказ-наряд ХНО МинВУЗа РСФСР.,на 1986-1900 гг.).

.Цель исследований. Обосновать схему и параметры рабочего ор-на пресса для отжима сока из зелены/ кормов, позволяющего полу-ть ком с содержанием сухих веществ до 36...4С% при снижении ергоемкости процесса на 20...30%.

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

Методы исследований. Теоретический анализ и синтез на основе конов механики, планирование многофакторного эксперимента, ана-[■ическое моделирование. Экономическая эффективность результатов

исследований определена в соответствии с действу »¡.ими в сельскохозяйственном машиностроении методиками.

Научная новизна. Разработана модель процесса отжима сока из зелень« кормоЕ в криволинейном клиновом канале рабочего органа типа "ролик - охЕатыващая матрица".

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

Выявлены особенности функционирования системы "ролик - обрабатываемый материал - матрица", позволившие получить зависимости, связывающие толщину слоя с зазором между элементами рабочего органа.

Найдены гявисиыости 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.

Г.(етодика рассчёта передана во Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексных проблемм машиностроения для животноводства и кормопроизводства (ВНИИКОШ, г.Москва) и Головной экспериментально-конструкторский институт по машинам для переработки траЕы и соломы (ГЭКИ, 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 1990г.). Экономия электроэнергии на I т/ч не менее 1,2 кВт.

Апробация работа. Материалы диссертации докледывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава РИСХМа (I9B6-I988 гг.), на Всесоюзной научной конференции молодых ученых и аспирантов по актуальным проблемам интенсификации кормопроизводства {г.Москва, 1991).

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

Структура й объём диссертации. Работа состой* иэ 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 РЛБОТИ

Введение посвящено обоснованию актуальности теш. Во ЕЕедегагл сформулирована цель исследований, приведена краткая характеристика работы, изложена научная новизна и практическая ценность результатов.

Первый раздел диссертации - "Обоснование темы исследований". В разделе рассмотрены технологические требования к процессу В£ЗК. 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 чсследования по уплотнению и механическому фракционированию волокнистых материалов, позволившие определить основные предпосылки разработки теории рабочего • процесса отжима сока из зеленых кормоЕ.

Исходная масса кормов характеризуется содержанием сухих веществ (С ) и основных химических компанентов, которые при прессовании перераспределяются мещцу продуктами фракционирования. При этом, основным технологическим показателем оценки процесса является величина содержания сухих веществ в коме .(С.,» ). Она определяется - зависимости от того,в 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 е широких пределах, вплоть до максимального значения 0,35...6,4С.

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

при соблюдении выбранных технологических требований может быть достигнуто при переходе к рабочим органам ротационного типа. Однако, применительно к отжиму сока из зеленых кормов, такие рабочие орга-.ны остаются малоизученными. Это предопределило необходимость обоснования перспективной схеми.

Обзор и анализ Теоретических исследований по уплотнению и м-;-

и

ханическому фракционированию волокнистых материалов, вгполненных Е.Т.Баэиным; В.П.Бородянским, М.Г.Булынко, Г.К.Васильввым, Н.И. Гольбергом, Н.В.Голяновским, Н.Ф.Гориным, Ф.Э.Гроцким, И.А.Долговым, И.И.Подо, Д.И.Николаевым, И.И.Могилевским, Ц.Р.Мурри, В.И. Особовым, М.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, Еторой - на базе закона Дар-си о 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 достия;ения поставленной цели были разработаны лабораторные установки вальцового,барабанного и роликового прессов, позго-ляпцие 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 относительная деформация слоя (£0), скорость сжатия ( У ) и удельная нагрузка 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,30, при их относительной объемной-плотности р^ =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 0ж=0,33, энергоемкость не превышала Е =0,5 кДд/кг. В отличие от барабанного, рабочий орган Еальцовогс 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-матрлца; 3-загрузочное устройство; 4-шгрузное устройство; 5-сокосборник. о»- - исходная масса -у 1> - жом «»—Е>- - сок •

Поисковые эксперименты позволили определить в качестве объекта 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 Енедрения.

В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи дальнейших исследований.

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

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

3. Проанализировать систему "ролик - обрабатываемый 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 отжима 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 - ir = , относительной деформации -6 , а также угла ф между сжимающими поверхностями^элементов рабочего органа на базе различных гипотез о направлении сжатия в криволинейном клиновом 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 Еоздуха 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 сока в поровом пространстве между волокнами. Давление растительного материала на рабочий орган в этом случае является результатом воздействия напряжений ( й" ), возникающих в скелете волокнистой фракции, и перового давления сока ( р ):

Рабочий орган пресса типа "ролик - охватывающая матрица" осуществляет деформацию скелета обрабатываемого растительного матери-

ала и отжим сока в криволинеРном клиновом канале с боковыми стенками, жестко заданной формы и конечной длины, с фиксированный входным (максимальным) и выходным (минимальным) зазорами. При перемещении .растительного сырья едоль канала процесс сжатия происходит, преимущественно, одномерно в направлении между поверхностями ролика и матрицы, с заданным режимом изменения толщины слоя во времени - S= fit) .

Состояние гидромассы наступает при толщине слоя

8 = 8 г шах

2* С

ОФ-О!

(2)

где 5 - максимальная толщина слоя; - безразмерная величина, характеризующая относительный объем сухих Ееществ.

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

F(t).

i+oL( t'

S

max

ад

m,

С» W

2P»K?*-a<n)&«iM«

m J

&

ii dt

(3)

Aq , , oi^ и oi.^. - эмпирические коэффициенты для опреде-

где

ления напряжений в скелете; & ^ ,-Q

Н

е>

а -

эмпирические

коэффициенты для определения фильтрационного сопротивления; -бёйтзмерная величина,.характеризующая вязкость 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 канале не совсем очевидно. Анализ исследований, посвящен.-, ных вопросам разработки теорий процессов, происходящих в канале между роликом и охватывающей его цилиндрической матрицей, которые провели А.С.Аристакесян, Г.К.Берман, Г.К.Васильев, Х.Д.Брюн, В.А. Григорян, И.А.Долгов, С.Ф.Колесников, Р.Г.Кугель, В.Ф.Некрашеви^, О.В.Нельсон, Ю.В.Подкользин, А.Я.Соколов, Р.Ж.Страуб, показали, что . толщину слоя можно отождествить с зазором (расстояние!») между

1С

(S

прессующими поверхностями.

Фактически, различные построения можно свести л трем основным вариантам, базирующимся на гипотезах о том, в каком направлении идет сжатие, рис.2:

I - радиально, относительно ролика ( & =АЗ));

>2 - радиально, относительно матрицы (Ô = ЬС ) ; 3 - по хоме окружности, ЕписанноР между роликом и матрицей ■ АС ).

В результате анализа гипотез на основе разработанного единого методического подхода получены зависимости, описывающие изменение 5 , ir , 6Q и ф .

Доказано, что стабильность транспортирования материала а канале пресса обеспечивается в том случае, если отношение ( г\ ) радиусов ролика и матрицы не меньше 0,513. При этом закон изменения &(t.)» независимо от выбранной гипотезы,описывает функция:

г + е cas ,

Н\)

где СО е - эксцентриситет

= R-rte«W«u»., (4)

- угловая скорость ведущего элемента рабочего органа;

Рис.2. Схема прессового канала

1-поверхность ролика;

2-поЕерхность матрицы;

12? тт- зона сжатия.

С j

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

Установлено, что заданная величина относительной деформации 6 д , определяющая конечную влажность кома после прессования, достигается в том случае, если матрица и ролик установлены с зазором

б , величина которого определяется из соотношения т .

§ _ °тт

я

т к ' (5)

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

Найдены зависимости для рзссчета к при ведущем ролике или пэ-дущзй матрице.

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

В задачи исследований входило.

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

2. Проварка закона изменения толщины слоя и оценка гипотез.

Эксперименты проводились на лабораторной' установке барабанного пресса с ведущим роликом на измельченной зеленой масса люцерны (относительная объемная плотность сухих веществ $>^=0,12, содержание сухих веществ С =0,26) с применением теории планировании эксперимента. Начальная толщина слоя варьировалась от 0,04

до 0,09 м, относительная деформация (Сд)'от 0,67 до 0,75. Каздый опыт проводился с трехкратной павторностыо. -

Минимальный зазор мояду матрицей и роликом устанавливался с учетом коэффициента коррекции, рис.3.

Измерениям подвергались: содержание сухих веществ в доив (С^); количество сока, выделяемое, в процессе прессования а целом ¡1 а. зо-' не Ъ. ; длины дуг взаимного смещения ролика и ыатшцы, соответствующие' гипотезам.

Сравнение С,х, полученного экспериментально, с расчетным значением было использовано для оценки правильности определения к

'пчп

Рнс.З. 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 6 -конечное положение отметок; 7-вы-ход сока по зонам.

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

Реальный закон изменения 5 оценивался пут'Зм сопоставления относительного выхода сока в зоне ¡2 с теоретически рассчитанной величиной .

, ¡Ук)_

где и - текущие значения толщины слоя материала, соот-

ветствующие началу и концу исследуемого участкапрессового канала, ограниченного углами к

Оценка гипотез определялась при сравнении длин дуг I» ^ между точкой А и каждой из трех отметок на матрице в конечном положении с рассчетным значением Ь р.

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

Экспериментально подтверждено, что в система "ролик - обрабатываемый материал - матрица" сжимающие поверхности элементов .рабо-

Результаты экспериментальных исследований

а . Эмпирическая формула Расчетные значения критерия Фишера, Рр

I. 0,6»ев- 0.429 4,34

2. ^=3,425-3,6 60 - 7Лдх 3,87

3. 10.56

4. V Ьб8х-3,47)М0"е М 12,38

5. и5- (и,г£0 + бо8х-з,бО-га"гм 4,26 1

Прцтечание: Табличное значение критерия Минера =4,54

чего органа действительно движутся без смещения в зоне с кинималг-ным расстоянием между матрицей и роликом.

Установлено, что ся&тие слоя осуществляется в направлении хорды вписанной окру ясности (3-я гипотеза). Шесте 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( мов на рабочем органе барабанного пресса.

При работе барабанного прэсса подгодкмая н рабочему орга"у энергия.расходуется непосредственно на фракционирование ( Е^, ) и на преодоление трения ( Е ^ ).

Е=ЕЧ>+ Ет . {?)

При фракционировании, в своп очередь, происходят дез процесса-деформация волокнисто? фракции я фильтрация тацкой через поры волокнистой.

?нергоймкость фракционирования, соответственно, определяется как суша энергозатрат на дяформацио скелета ( Е^ ) и на преодоление фильтрационного сопротивления ( Е. р ).

Е<?с ЕР (6)

Установлено, что энергозатраты на деформацию волокнистого окелота определяются зависимостью

Е.

А еет°

СО

«V у

5

Г

¿¿Л

J

о

С05РЛ

тг

сН:.

(9)

На преодолгнкз фильтрационного сопротивления волокнистой фракции затрачивается энергия,

х

»'л со

\iuuot

со

I-

бо^-аваЛ)

Ь

2&<

2-б„(|-двбЛ).

«К.

(10)

где о^р - угол поворота ведущего элемента раоочаго органа, при котором достигается состояние гидромассы.

При движении материала вдоль прессового канала расходуется анергия на преодоление сил трения, возникапцих на неподсищых боковых 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

г = Е + Е т ЬТР СП ' (И)

где Етр- энергозатраты на преодоление сил трения при радиальном

перемещении; - знергсзатраты на преодоление сил трения при

тЕнгенциал">ном перемещении.

— I

"ТР

1

где f - коэффициент трения скелета волокнистой фракции о боковые стенки; - радиус ведущего элемента рабочего органа;^ - коэффициент бокового давлений; Й* и Р* - эквивалентные радиусы, со-

ответственно, матрицы и ролика. •ЗГ

Етт=

г

т

о

сП

В шестом разделе - "Экспериментальные исследования энергоемкости процесса отжима сока из зеленых кормов на барабанном прессе"-приЕедены 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 е проверке теоретических результатов энергетического анализа.

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

Программа экспериментов предусматривала изучение зависимости энергоёмкости процесса отжима сока от начальной толщины слоя (8Х), относительной деформации (¿0 ) и скорости сжатия ( О" ). Определялось также изменение С •

ж

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»Ю-3 до 14,10~3м/с.

Регулирование 8Х и О" обеспечивалось стоящими в приводах питателя и ролика вариаторами, 6 о - изменением эксцентриситета ролика и матрицы.

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 Отбыла доведена до максимального значения 0,358.

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

Е =(0,5691 - <2,65/60- 0,03658Х + б,Ь6СГ +

0,0556£8х 20,075б0(Г+- < 6,919 4+ .

-6,08биг)кД:ж:/кг , (14)

Сж = -0,48Ы + 0,669 ¿0 - 0,0489

- + о1ооо&е08х-о,ооо<д5'а\г -

- 0,0(102.1г8х + о,(Ш07£о- 0.04(Гг. (15)

с к Дм • КГ

\.г

0.8

0.4

/

и

//

//

//

А

/ V

у

0.68

I.'ж

0.3)5 0,33 0.31

о.тз

019

/ /у //

// // // / /

1 // // /

йт 7

066

0.75

Рис.4. Зависимость О-цбАпри Рис.5. ЗависимостьС^Кбо), при 8 х =0,065м, О* =9*10 м/с 8Х =0,065м, 1Г -=9-19~3м/о

- эксперимент;

- теория.

- эксперимент;

- теория.

Для проверки теоретических результатов и их сопоставления с данными экспериментов были рассчитаны составляющие энергоёмкости Е и значения' С 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 ^ при проведении опытов,и сопоставление с теорией демонстрирует рис.4,5 и 6.

е'КАЙ

• кг 0.6

0.5

0,4

\ 2

ú40"sM/O

4 6,5 5¿ÍO"2m

Рис.6. Зависимости: I- E«-f(8x)> при dQ=0,73, IT =9-Ю"3м/с; 2-E = -f(a), при 6Q =0,73,&х =0,065м

эксперимент

'- теория

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 по исходной массе, оценен ожидаемый годовой экономический эффект от его ЕнедрегМя.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Процесс отжима сока из зелёных растений является базовым в технологии заготовки кормов с применением Блажного фракционирования. Для его реализации в настоящее Еремя используются шнекоЕые прессы, которые позволяют получать жом с содержанием сухих веществ С ж >=0,35...0,40. Однако энергозатраты при этом составляют не менее 7 кДж/кг по исходной массе.

2. Существенная экономия энергии может быть достигнута при переходе на ротационные рабочие органы. Прадтически приемлемая конструкция с таким рабочим органом может быть реализована на базе схемы барабанного пресса типа "ролик - охватывающая матрица". При отжиме сока из люцерны на лабораторной установке содержание сухих Ееществ 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, пак 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 еходным (максимальным) и выходным (минимальным) зазорами. При перемещении растительного сырья вдоль канала процесс сжатия происходит преимущественно одномерно между поверхностями ролика и матрицы с заданным рзжимом деформации.

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

сжатия зависит от соотношения ( а ) радиусов ролика и матрицы, а также эксцентриситета ( е ), с которым они установлены. При этом, допустимый максимум текущего угла ф между сжимянцими поверхностями, при котором сохраняется стабильность захвата и транспортирования слоя зелёных кормов рабочим органом не превышается в том случае, когда п > 0,513.

6. В интервале относительных деформаций £дОТ 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 ( ) можно осуществлять ..о обобщённой зависимости (4).

7. Наличие физико-механической модели исходного зедёного корма и модели, описывающей закономерность изменения толщины слоя в криволинейном каналё, 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 стенка канала, возникающие при перемещении материале в радиальном направлении относительно элементов рабочего органа ( Етр) и при движении вдоль канала ( Е^). Величины и Ер определяются, в конечном счёте, заданным значением С^. Соотношение мезду Етри Еттв° многом зависит от конструкции конкретного рабочего органа".

в/Экспериментальный барабанный пресс, производительностью до 12 т/ч по исходной массе, с 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 сухих веществ до 0,31 при энергоёмкости процесса около 0,8 нДж/кг.

9. Низкая энергоёмкость процесса и стоимость барабанного пресса, в сравнении с прессом шнекового типа аналогичной производительности, обеспечивают годовой экономический эффект на одну машину в размере 2072 руб. или 02767 руб. на 1т исходной зелёной массы (в ценах 1990 г.). Экономия электроэнергии при переработке 1т кормов составляет не менее 1,2 кВт-ч. Результаты работы переданы во ЕНИЖЮ и ГЗКИ и используются при разработке комплектов оборудования по производству протеиновых концентратов из зелёных кормов.

Основные положения диссертации опубликованы Е следующих

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 влажности кома: Отчет о НИР/ РИСХМ.- »ГР 0I6300IC55I; Инв.» 02.83.CC2298I.- Ростов н/Д, 1982.- бб с.

2. Комплект оборудования но производству протеинового концентрата из зеленых растений: Отчет о НИР/ БНИШЖ.- &ГР 8CC476I7; Hhb.W 02.83.C0I6835.- К!.. 1932.- 85 с.

3. Кирициев 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. Кириц^еЕ O.P. Изучение процесса отжима сока из люцерны на вальцовом прессе// Производство концентратов зелёных кормов: Мек-вуз.сб.- Ростов н/Д, 1986.- С. 68-71.

. 5. комплект оборудования по производству протеинового концентрата из зеленых растений: Отчет о НИР/ ВНИИШЖК.- №ГР 01.66.0016389; Инв.К» 02.86.0025532,- М.,1985,- 67 с.

6. Исследование пресса АШ-31 с целью разработки предложений по снижении содержания волокнистых примесей в зеленом соке до 3$: Отчет о НИР/ РИСХЫ.- »ГР С1.85.0045461; Инв.» 02.87.0068304,- Ростов н/Д, 1987.- 94 с,

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

6. A.c. I30IC03 СССР, ШГ В 30 В-9/20. Пресс для отжима сока/ ВТИ.Фомин, С.Н.Исаханов, О.Р.Кирщиев и др. (СССР).- 4 с.

9. A.c. I388321 СССР, МКИ4 В 30 В 9/£0. Пресс для отжима сока/ В.И.Фомин, Н.И.Пройдак, О.Р.Ки^ищиев н др. (СССР).- 5 с.

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

II A.c. Î4Ô0895 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.