автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности выпуска компонентов комбикорма бункерными устройствами со щелевым отверстием по периметру дна и механическими питателями-побудителями

Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта

Горюшинская Елена Владимировна

Повышение эффективности выпуска компонентов комбикорма бункерными устройствами со щелевым отверстием по периметру дна и механическими питателями-побудителями

Специальность 05.20.01. механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: кандидат технических наук, профессор Варгунин В.И. кандидат технических наук, профессор Анфилофьев Б.А.

Саратов 1999

РЕФЕРАТ

Объем диссертации составляет 130 страниц, в том числе 112 страниц машинописного текста, 2 таблицы, 37 иллюстраций, 2 приложения, список литературы из 112 наименований, в том числе на иностранном языке 8.

Ключевые слова: корм, комбикорм, компоненты (ингредиенты), бункерные питатели, побудители, бестарное хранение, бункера, бункерные устройства, истечение, выпуск, выгрузка, рабочие органы, скребки.

Предметом исследования были бункерные устройства со щелевым отверстием по периметру прямоугольного и круглого дна и механическими питателями-побудителями на выпуске ингредиентов комбикорма.

На основе анализа технологического процесса хранения и выпуска материала щелевыми бункерными устройствами, их конструктивных схем предложена новая конструктивно-технологическая схема бункерного устройства, которая защищена патентом № 2115612 РФ.

Исследования бункерных устройств, выполненных на основе этой схемы, позволили усовершенствовать технологический процесс выпуска материала наметить пути совершенствования конструкции бункерных устройств со щелевыми выпускными отверстиями по периметру прямоугольного и круглого дна и механических питателей-побудителей.

Приведены теоретические исследования основных конструктивных элементов бункерных устройств с бункером прямоугольного и круглого сечения, установлены теоретические зависимости оценочных показателей от параметров этих устройств. Представлены результаты экспериментальных исследований, подтверждающих теоретические выводы и определяющих степень влияния режимных и конструктивных параметров на технологический процесс выпуска компонентов. Приведена методика инженерного расчета бункерных устройств.

Получены результаты производственной проверки бункерного устройства ограниченной мобильности на Алексеевском комбикормовом заводе, а также расчет экономических показателей этого оборудования применительно к производству комбикорма.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1. СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ХРАНЕНИЯ И ВЫПУСКА КОМПОНЕНТОВ КОМБИКОРМА БУНКЕРНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. 11

1.1. Хранение компонентов комбикорма в бункерах, силосах, бункерных устройствах. 11

1.2. Существующие средства механизации процесса выпуска материалов бункерным оборудованием и их классификация. 14

1.3. Обзор научных исследований 33

1.4. Цель и задачи исследований 38

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БУНКЕРНЫХ УСТРОЙСТВ СО ЩЕЛЕВЫМ ОТВЕРСТИЕМ ПО ПЕРИМЕТРУ ДНА НА ВЫГРУЗКЕ КОМПОНЕНТОВ КОМБИКОРМОВ. 40

2.1. Анализ технологического процесса работы щелевых бункеров и бункерных устройств со щелевым выпускным отверстием и их конструктивных схем. 40

2.2. Повышение эффективности конструктивно-технологических схем бункерных устройств со щелевым отверстием по периметру дна и механическим питателем-побудителем на выпуске компонентов комбикорма. 46 2.3 Тяговый и энергетический расчет и определение производительности бункерного устройства рассматриваемого типа с прямоугольным дном. 49

2.4. Определение количества рабочих органов питателя-побудителя бункерного устройства со створчатым дном бункера. 55

2.5. Определение производительности и расчет энергетических показателей цилиндрического бункерного устройства со щелевым отверстием по периметру бункера и механическим питателем-побудителем. 56

2.6. Выводы по разделу. 71

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

БУНКЕРНЫХ УСТРОЙСТВ СО ЩЕЛЕВЫМИ ВЫПУСКНЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ ПО ПЕРИМЕТРУ ПРЯМОУГОЛЬНОГО И КРУГЛОГО ДНА И МЕХАНИЧЕСКИМИ

ПИТАТЕЛЯМИ-ПОБУДИТЕЛЯМИ. 73

ЭЛ. Программа экспериментальных исследований 73

3.2 Общая методика экспериментальных исследований 73

3.3. Описание лабораторных установок 76

3.4.Методика экспериментальных исследований

технологического процесса выпуска компонентов комбикорма. 81

3.4.¡.Методика оценки влияния параметров бункерного устройства на заполнение выбранного рабочими органами объема компонента с дна. 81

3.4.2.Методика определения оптимального соотношения гравитационного истечения и принудительного выноса материала из полости бункера

в щелевых бункерных устройствах 82

3.4.3.Методика определения оптимальных значений угла установки скребков штангового питателя побудителя. 83

3.4.4.Методика определения оптимального значения шага скребка на штанге. 84

3.4.5.Методика определения производительности, энергоемкости процесса выпуска компонентов комбикорма и тягового сопротивления рабочего органа питателя-побудителя. 84

3.4.6.Методика определения остатка компонента в полости бункера

после их выпуска. 84

3.5. Результаты и анализ экспериментальных исследований бункерных устройств. 85 3.5.1.Бункерное устройство с щелевым выпускным отверстием по

периметру дна прямоугольной формы и штанговым

питателем-побудителем. 85

3.5.1.1.Влияние угла установки рабочего

органа питателя-побудителя к штанге на оценочные показатели процесса выпуска материала. 85

3.5.1.2.Влияние шага скребков размещенных на штанге

на их производительность и тяговое сопротивление. 88

3.5.1.3.Влияние количества скребков погонного метра

штанги на производительность питателя-побудителя. 90

3.5.2.Цилиндрическое бункерное устройство со щелевым

отверстием по периметру дна и лопастным питателем-побудителем. 91 3.5.2.1 .Влияние площади выпускного отверстия по периметру дна и цилиндрического бункерного устройства на

их расход, производительность и удельные энергозатраты. 91

3.5.2.2. Влияние скорости перемещения рабочего органа питателя-побудителя на истечение компонентов для заполнения вынесенного объема из полости бункера. 96

3.5.3.Результаты исследований цилиндрического бункерного устройства ограниченной мобильности в производственных условиях. 98

3.6. Выводы по разделу 101

4. МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА БУНКЕРНЫХ УСТРОЙСТВ СО ЩЕЛЕВЫМ ВЫПУСКНЫМ ОТВЕРСТИЕМ

ПО ПЕРИМЕТРУ ДНА. 103

5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО БУНКЕРНОГО УСТРОЙСТВА ОГРАНИЧЕННОЙ МОБИЛЬНОСТИ СО ЩЕЛЕВЫМ ВЫПУСКНЫМ ОТВЕРСТИЕМ ПО ПЕРИМЕТРУ ДНА, ВНЕДРЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. 108

5.1. Хозяйственные испытания производственного образца бункерного устройства со щелевым отверстием по периметру круглого дна. 108

5.2. Экономическая оценка результатов исследований. 113 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 117 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 119 ПРИЛОЖЕНИЯ 130

ВВЕДЕНИЕ

Рыночные отношения в экономике нашей страны выдвинули свойственные им приоритеты. Раскрытие границ привело к поставкам из-за рубежа дешевых продуктов животноводства, к сожалению, не всегда качественных, а также технологий и машин для производства комбикорма. На потребительском рынке появились комбикорма с "усеченной" технологией их производства, а следовательно, более дешевых. Это на первых порах привело к кризисному состоянию государственных комбикормовых заводов с отлаженной технологией.

Однако, рынок диктует производство мяса не любого качества, на что было нацелено выращивание этой продукции до рыночных отношений, а вполне определенных сортов. Их производство может базироваться только на качественных комбикормах, которые потенциально под силу вырабатывать на комбикормовых заводах, где тщательно отлажена технология. Следует отметить, что большинство существующих государственных заводов в стране оснащено устаревшим оборудованием, выработавшем свой ресурс. Их комбикорма не полностью отвечают возросшим требованиям рынка, отчего в первую очередь угнетается отечественная продукция животноводства и птицеводства.

Многие операции, связанные с внесением компонентов при производстве комбикорма на комбикормовых заводах, выполняются вручную и в силу этого не достаточно качественно. Состав комбикорма даже одного рецепта неоднороден.

Известно, что прогнозируемые результаты получения нужной продукции животноводства и птицеводства могут быть достигнуты за счет научно-обоснованного сочетания, соотношения и дозировки отдельных компонентов для полного удовлетворения организма животных и птицы с учетом вида, направления и уровня продуктивности и физиологического состояния.

В состав современных комбикормов может входить до 50 и более компонентов. Следовательно, должно быть хорошо отлажено их хранение и выпуск в технологическую линию[1]. Эту функцию выполняют бункера, силоса и бункерные устройства. В связи с ужесточением требований к качеству

комбикормов их рецептура расширяется с привлечением новых компонентов: соевой муки, премиксов, фосфатов, заменителей кормов животного происхождения и т.п.

Такая тенденция увеличивает количество трудносыпучих материалов на комбикормовых производствах. Практика показывает, что увеличение объемов использования на комбикормовых заводах трудносыпучих компонентов (мясокостной, рыбной муки, отрубей, отходов кондитерской промышленности, шротов и т.п.) приводит к сбою в производстве комбикормов из-за образования сводов, слеживаемости в бункерах, силосах и бункерных устройствах.

На комбикормовых заводах технологией предусмотрено напольное хранение мясокостной, рыбной муки, соли, мела. Для их внесения в технологическую линию производства комбикормов предусмотрена малая механизация, которая не з ащищает обслуживающий персонал от непосредственного контакта с этими компонентами. Известно, что корма животного происхождения обладают определенной токсичностью и могут быть обсеменены патогенной микрофлорой, что угрожает здоровью обслуживающего персонала [2]. Поэтому для улучшения санитарного состояния и экологичности производства комбикорма хранение этих компонентов предпочтительно в бункерных устройствах.

Однако известно, что хранение трудносыпучих компонентов в бункерах, силосах и бункерных устройствах, вызывает при выпуске значительные трудности, т.к. в их полости возникают своды, препятствующие истечению. Длительное хранение компонентов приводит к слеживаемости, ликвидация которой требует затрат ручного труда. При выпуске материала из бункеров, силосов и бункерных устройств наблюдается два вида истечения: нормальное и сплошное. Нормальное истечение характеризуется образованием в полости хранилища застойных зон, каналом истечения, особенно при дискретной подаче материала. Сплошное истечение (гидравлическое) наиболее предпочтительно для всех видов хранилищ, но оно происходит при определенных условиях: выпускное отверстие должно быть соизмеримо с сечением бункера, стенки

последнего вертикальными, сужение сечения хранилища не допускается. Такие требования оказываются невыполнимыми в угоду планировочным решениям, отсутствия достаточно эффективных конструктивно-технологических схем бункерных устройств, особенностями производства (малая потребность в рассматриваемом компоненте, совмещение операций выпуска с дозированием и т.п.), различными физико-механическими свойствами используемых компонентов даже одного вида (партии).

Комбикормовые заводы оснащаются хранилищами в виде силосов. Для заполнения их затрачиваются значительные энергоресурсы. Потенциальная энергия столба материала должна быть направлена на выполнение полезной работы, т.е. способствовать выпуску материала. Однако подавляющее большинство конструктивно-технологических схем хранилищ не предусматривает использование потенциальной энергии столба материала. Это объективно приводит к зависимости неравномерности выпуска материала от высоты столба материала в емкости, способствует интенсивному износу элементов бункерных питателей и требует неоправданно значительных энергозатрат.

Таким образом, для полной механизации и автоматизации процессов хранения и выпуска компонентов комбикорма бункерные устройства должны обеспечивать высокую разрешающую способность при выпуске всех видов ингредиентов независимо от характеристик среды (температуры, влажности и т.п.) при низких энергозатратах и отсутствии использования ручного труда. Наряду с этим они должны способствовать экологичности и санитарии производства комбикормов.

Со второй половины XX века определенное распространение в стране и за рубежом получили бункера и бункерные устройства со щелевыми выпускными отверстиями. Этот вид оборудования комбикормовых заводов используют в основном для хранения и выпуска больших объемов материалов. По сравнению с обычными бункерами он позволяет осуществить при определенных условиях

лучший выпуск сыпучих материалов. Бункера и бункерные устройства со щелевыми отверстиями оснащены механизмом выпуска "косвенной заслонкой".

Анализ технологического процесса работы бункерных устройств со щелевыми выпускными отверстиями показал значительные резервы его совершенствования, которые позволяют создать бункерные устройства, отвечающие перечисленным выше требованиям [3,4]. Разработанные и испытанные нами бункерные устройства свидетельствуют, что потенциал их совершенствования еще не исчерпан [5].

На наш взгляд имеются предпосылки создания бункерных устройств, в которых основной вид выпуска материала гравитационный, а принудительный его вынос из полости бункера является лишь резервным и используется в экстренных ситуациях. Отсюда появляется возможность разработки энергосберегающей технологии выпуска материала.

Исследования цилиндрического бункерного устройства со щелевым выпускным устройством были проведены на диаметре не превышавшем 1м [4]. Однако, результаты этих исследований не могут быть автоматически перенесены на цилиндрические бункерные устройства диаметром выше 1 м., где появляется масштабный эффект новых закономерностей взаимодействия сыпучей среды в полости бункера.

Все это свидетельствует о том, что задача совершенствования технологического процесса работы бункерных устройств со щелевыми отверстиями по контуру прямоугольного и круглого дна с механическими питателями-побудителями остается актуальной.

Исходя из изложенного, на защиту выносятся новые конструктивно-технологические схемы бункерных устройств со щелевыми выпускными отверстиями по периметру прямоугольного и круглого дна с механическими питателями - побудителями и следующие научные положения: - аналитические зависимости, отражающие закономерности технологического процесса работы при выпуске материала из бункера за счет гравитационных и принудительных сил;

- аналитические зависимости основных оценочных показателей рабочего процесса выноса компонентов комбикорма из бункера от режимно-конструктивных параметров рассматриваемого оборудования;

- результаты экспериментальных исследований бункерных устройств со щелевыми выпускными отверстиями по периметру прямоугольного и круглого дна и механическими питателями-побудителями, полученные на его основе зависимости и оптимальные конструктивно-режимные параметры машин;

- результаты производственных испытаний и технико-экономические показатели работы бункерных устройств упомянутого типа.

1.СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ХРАНЕНИЯ И ВЫПУСКА КОМПОНЕНТОВ КОМБИКОРМА БУНКЕРНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Хранение компонентов комбикорма в бункерах, силосах и

бункерных устройствах.

Бестарное хранение названных выше материалов в значительной степени исключает влияние на них окружающей среды. Это создает условия медленного реагирования компонентов на изменение среды: влажности и температурного режима. Так, повышение влажности воздуха сопровождает рост влажности продукта лишь в зоне, примыкающей к стенкам бункеров и силосов, в остальной полости емкости компоненты почти не реагируют на это изменение, т.е. влажность сохраняется почти постоянной. Аналогичное влияние оказывает изменение температурного режима. Все это свидетельствует о преимуществах бестарного хранения перед тарным, где это влияние оказывается более значительным.

Рассмотрим процессы, происходящие в компонентах комбикорма при обычных складских условиях хранения и при хранении в бункерах, силосах. Подробно эти процессы были изучены Б.В.Сенаторским [6].

Установлено, что одним из факторов, влияющих на сложный процесс хранения ингредиентов в бункерах и силосах, является уплотнение. Оно зависит, в частности, от способа за