автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование линии обработки прополиса с разработкой подпрессовщика к брикетному прессу

На правах рукописи

лЦр

ЩИПАЧЕВ ТИМУР НИКОЛАЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ПРОПОЛИСА С РАЗРАБОТКОЙ ПОДПРЕССОВЩИКА К БРИКЕТНОМУ ПРЕССУ

Специальность 05.20.01 -технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о [,;;.п ш

Рязань-2012

005017049

005017049

Работа выполнена на кафедре "Механизация животноводства" федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» (ФГБОУ ВПО РГАТУ)

Научным руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Некрашевич Владимир Федорович (ФГБОУ ВПО РГАТУ). доктор технических наук, профессор Щербина Виталий Иванович (ФГБОУ ВПО АЧГАА); кандидат технических наук, доцент Киреев Василий Константинович (ФГБОУ ВПО РГАТУ).

ГНУ НИИ пчеловодства Россельхозакадемии.

Защита состоится: 24 мая 2012 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.057.02 при ФГБОУ ВПО РГАТУ по адресу: 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО РГАТУ.

С авторефератом можно ознакомиться на сайтах www.rgatu.ru и уак. ы1.}>о V. г и

Автореферат разослан 23 апреля 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пчеловодство - одна из старейших отраслей сельского хозяйства, которая может повысить урожайность многих сельскохозяйственных культур, улучшить посевные свойства семян и товарные качества плодов и овощей. Пчелиная семья вырабатывает уникальную по составу и свойствам продукцию: мед, пергу, воск, прополис, маточное молочко, пчелиный яд и др., которая широко используется в медицине и некоторых отраслях промышленности.

Прополис (пчелиный клей) - однй из ценнейших и дорогостоящих продуктов пчеловодства. Его бактерицидное действие распространяется на многие возбудители болезней человека." Известны его антибактериальное, вирусоцидное и вирусостатическое действие, а также противовоспалительные и анестезирующие свойства.

При розничной стоимости одного килограмма прополиса от пяти до десяти тысяч рублей и высокой покупательной способности и спросе на очищенный от примесей прополис в товарном виде - промышленная заготовка и обработка прополиса может стать одним из доходных направлений пчеловодства.

В настоящее время натуральный прополис поступает в розничную продажу от пчеловодов скатанный в комочки без соблюдения определенной массы и надлежащей очистки.

Существующая технология переработки прополиса (патент РФ №56786) имеет ряд недостатков, связанных с несовершенством процесса очистки, в результате которой образуется большое количество потерь и не обеспечивается получение прополиса, соответствующего ГОСТу 28886-90 и из-за отсутствия устройства для его очистки. Прессование осуществляется при свободном истечении материала из бункера в зону прессования, не обеспечивающего равномерного заполнения ячеек. Процесс поступления прополиса в зону прессования никак не регулируется, что приводит к сводообразованию или заклиниванию пресса при избыточном количестве материала и в значительной степени сказывается на энергоемкости процесса брикетирования и плотности получаемых брикетов.

Цель исследований. Повышение эффективности обработки прополиса, улучшение качества и товарного вида получаемых брикетов путем разработки и обоснования параметров и режимов работы пневмосепаратора и подпрессовщика к вальцовому брикетному прессу для прессования прополиса.

Объект исследований. Физико-механические, адгезивные и аспирационные свойства прополиса, а также процессы очистки, дозирования и нагнетания прополиса подпрессовщиком в ячейки вальцов брикетного пресса и получения брикетов.

Предмет исследований. Закономерности процессов дозированной подачи, нагнетания прополиса в формующие ячейки вальцового пресса и получения брикетов заданной плотности.

Методика исследований. Достижение поставленной цели осуществлялось теоретическими и экспериментальными исследованиями.

Теоретическое исследование посвящено получению зависимостей, позволяющих установить оптимальные конструктивно-режимные параметры подпрессовщика вальцового пресса для прессования прополиса в брикеты.

Экспериментальные исследования выполнены на специально изготовленных установках с использованием стандартных и частных методик с применением методов планирования эксперимента.

Обработка полученных экспериментальных данных проводилась методами математической статистики с применением ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в разработке:

механико-математической модели процесса прессования прополиса в брикеты с предварительным нагнетанием дозированной порции материала в ячейки вальцового пресса, осуществляемого при помощи подпрессовщика, имеющего клиновидную форму, радиус кривизны рабочих поверхностей которого совпадает с контуром прессующих вальцов;

- математических моделей, характеризующих изменение плотности материала на различных стадиях прессования при брикетировании прополиса вальцовым формующим прессом с подпрессовщиком.

Практическая ценность работы заключается в получении качественных брикетов из очищенного на разработанном пневмосепараторе прополиса и спрессованного на усовершенствованном брикетном прессе с подпрессовщиком.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО РГАТУ в рамках государственной темы № 01201174434 «Совершенствование энергоресурсосберегающих технологий и средств механизации в отраслях животноводства».

Достоверность научных положений подтверждается результатами экспериментальных исследований и обработкой опытных данных на ЭВМ с использованием статистических программ. Результаты теоретических разработок согласуются с экспериментальными данными, а также положительными результатами производственных испытаний.

Реализаиия работы. На основании проведенных исследований изготовлен опытно-производственный образец пневмосепаратора для очистки прополиса и вальцовый пресс с подпрессовщиком для брикетирования прополиса в брикеты. С использованием усовершенствованной технологии произведена очистка прополисового сырья и изготовлены брикеты для ОАО «Рязанская пчела», ЧП «Колунтаев», ЧП «Фионин». Рабочая документация передана в фирму «Техсервис Плюс» для изготовления опытной партии прессов.

Основные положения. выносимые на защиту:

- модель функционирования линии с пневмосепаратором и вальцовым формующим прессом для прессования прополиса в брикеты, оснащенным подпрессовщиком;

- показатели физико-механических и адгезивных свойств прополиса;

- технологические параметры процесса очистки, дозирования и подпрессовки прополиса;

- теоретические зависимости, описывающие процесс прессования прополиса вальцовым прессом с подпрессовщиком;

- результаты проверки предложенных конструктивных и технологических решений в лабораторных и производственных условиях и рекомендации производству.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Рязанского ГАТУ им. П.А. Костычева (2008 - 2011 гг.), Орловского ГАУ (2010 г.), академии пчеловодства (2010-2011 гг.), конкурсе научных работ в Московском ГАУ им В.П. Горячкина (2008 г.). В 2010 г. на разработку «Линия переработки прополиса» получен грант Рязанского регионального отделения Общероссийской общественной организации «Российское аграрное движение - РАД».

Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано б научных работ, в том числе 2 входят в перечень ВАК РФ и патент на полезную модель РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из реферата, введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы, включающем 154 наименования, приложений. Работа изложена на 208 страницах машинописного текста, из которых основной текст содержит 161 страницу и иллюстрирован 54 рисунками и 5 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, научная новизна и ее народнохозяйственное значение. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ЗАГОТОВКИ И ПРЕССОВАНИЯ ПРОПОЛИСА В БРИКЕТЫ» на основании анализа научных изданий и патентной литературы приведены аспекты использования прополиса при лечении и профилактике различных заболеваний. Дан краткий обзор существующих способов заготовки и обработки прополиса.

Проведен анализ способов и средств механизации по дозированию и нагнетанию сыпучих материалов и анализ исследований процесса уплотнения сыпучих материалов.

В создание современной теории дозирования и истечения сыпучих материалов большой вклад внесли такие ученые, как А.Г. Амельянц, В.А. Богомягких, B.C. Горюшинский, Л.В. Гячев, С.М. Жафер, Р.Л. Зенков, А.Д. Зимон, Р. Квапил, A.A. Лийвакант, X. Таубманн, A.A. Уткин и другие.

Вопросам уплотнения и прессования сельскохозяйственных материалов посвящены исследования С.А. Алферова, В.П. Горячкина, И.А. Долгова, C.B. Мельникова, В.Ф. Некрашевича, В.И. Особова, Ю.В Подкользина, М.А.

Пустыгина, Г.Я. Фарбмана, В.И. Щербины и других авторов, прополиса - В.Ф. Некрашевича, A.A. Садовникова и М.В. Чурсинова.

Обоснована необходимость применения устройства для дозирования прополиса в формующие ячейки вальцового пресса при брикетировании с предварительной подпрессовкой.

Обосновано применение технологической операции пневмосепарирования в качестве эффективного способа очистки прополиса от примесей.

С учетом вышеизложенного была сформулирована цель диссертационной работы и поставлены задачи исследования:

1 - разработать схему технологического процесса очистки от примесей и прессования прополиса в брикеты;

2 - изучить физико-механические и адгезивные свойства прополиса;

3 - разработать пневмосепаратор и определить режимы очистки прополиса от примесей;

4 - разработать конструктивно — технологическую схему вальцового формующего пресса с подпрессовщиком;

5 - теоретически и экспериментально обосновать основные конструктивно-режимные параметры работы подпрессовщика;

6 - произвести проверку усовершенствованной технологии обработки прополиса в производственных условиях и оценить ее экономическую эффективность.

Во втором разделе «ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И АДГЕЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ПРОПОЛИСА» изложена программа и методика исследований; приведены методы определения объемной массы, статических и динамических коэффициентов трения прополиса различного гранулометрического состава по органическому стеклу, фторопласту и пленке ПВХ; коэффициентов внутреннего трения и липкости к используемым в конструкции материалам; текучести и аспирационных свойств прополиса.

Дано описание используемых для проведения опытов приборов и измерительной аппаратуры.

В ходе проведенных исследований получены следующие результаты.

При среднем размере частиц 0,75 мм значение объемной массы измельченного прополиса составляет 528 кг/м3, при увеличении среднего размера частиц до 4,5 мм объемная масса уменьшается до 498 кг/м3.

Установлено, что с увеличением гранулометрического состава прополиса, значения коэффициентов трения по органическому стеклу, фторопласту и пленке ПВХ уменьшаются. Наименьшее значение коэффициента трения прополиса - по фторопласту: 0,4021 - статический и 0,2696 - динамический, а наибольшее значение - по пленке ПВХ: 1,837 - статический и 1,189 -динамический. Таким образом, целесообразно покрывать вальцы пленкой ПВХ, что будет исключать налипание на их поверхность прополиса и обеспечит перемещение его массы из бункера через загрузочные окна в зону прессования.

Минимальное значение коэффициента внутреннего трения 1,912 наблюдается у прополиса с размером частиц 2 и 3 мм, что позволяет сделать

заключение о проявлении наилучшей сыпучести материала при данном гранулометрическом составе прополиса.

При увеличении крупности частиц липкость уменьшается. Наибольшую липкость к различным материалам проявляет прополис с размером частиц 0,75 мм Наименьшее значение липкости 0,27 кПа прополиса зафиксировано' к фторопласту при среднем размере частиц 4,5 мм. Таким образом, данный материал в наибольшей степени пригоден для изготовления конструктивных элементов подпрессовщика, непосредственно контактирующих с прополисом.

С увеличением размера частиц прополис в большей степени проявляет сыпучие свойства.

Максимальный выход чистого прополиса с минимумом его потерь достигается при пневмосепарировании фракции со средним размером частиц 2,5 мм при скорости воздушного потока 0,45 м/с.

В третьем разделе «ТЕОРИЯ ПРЕССОВАНИЯ ПРОПОЛИСА В БРИКЕТЫ ВАЛЬЦОВЫМ ФОРМУЮЩИМ ПРЕССОМ С ПОДПРЕССОВЩИКОМ» представлена конструктивно-технологическая схема вальцового пресса формующего типа с подпрессовщиком для брикетирования прополиса и его параметрическая модель. В результате теоретических исследований получены аналитические зависимости для расчета основных конструктивных и технологических параметров подпрессовщика. Определены закономерности изменения плотности прополиса при прессовании.

Для осуществления дозированной подачи с подпрессовкой прополиса в ячейки, был сконструирован и изготовлен формующий вальцовый пресс с подпрессовщиком (рис. 1).

Пресс состоит из рамы 1, на которой установлены два встречно вращающихся прессующих вальца 2, на цилиндрических поверхностях которых выполнены ячейки 4. Бобины 10, установленные на раме, служат для разматывания полос пленки 11 и ее подачи на рабочую поверхность вальцов. Привод вальцов осуществляется через цепную передачу от мотор-редуктора, а подпрессовщика - через цепную передачу 3. Встречное вращение вальцов обеспечивает зубчатая передача. Конструкция содержит подпрессовщик 5, совершающий движения вверх-вниз в камере, ограниченной перегородками б, образующими загрузочные окна 7.

Пресс с подпрессовщиком работает следующим образом. При поднятии подпрессовщика 5 происходит перемещение прополиса вращающимися вальцами 2 в зону прессования через загрузочные окна 7. Опускаясь, подпрессовщик боковыми сторонами перекрывает загрузочные окна, продавливает изолирующую пленку 10 и производит нагнетание прополиса в ячейки. При дальнейшем вращении вальцов за счет слипания симметричных прессовок, обеспечиваемого слоем материала над вальцами, происходит формирование брикетов, которые под действием силы тяжести выпадают из формующих ячеек. Прилипание прополиса к прессующим вальцам исключается изолирующей пленкой, подаваемой на рабочую поверхность вальцов.

1 - рама; 2 - прессующие вальцы; 3 - привод подпрессовщика; 4 -формующие ячейки; 5 - подпрессовщик; б - стенки камеры подпрессовщика; 7 -загрузочные окна; 8 - бункерные полости; 9 - эксцентриковый вал подпрессовщика; 10- бобины с пленкой, 11 - лента пленки.

Рисунок 1 - Конструктивно-технологическая схема брикетного пресса с подпрессовщиком.

Синхронизация вращения вала подпрессовщика и прессующих вальцов -один из важнейших параметров работы брикетного пресса, от которого зависит производительность, энергоемкость процесса брикетирования и качество брикетов. В разделе приводится обоснование конструктивно-режимных параметров работы подпрессовщика и вальцов пресса.

Рассмотрим установившийся режим работы пресса и изобразим два крайних положения подпрессовщика - верхнее и нижнее (рис. 2а и 26).

Будем считать, что подпрессовщик охватывает 2п ячеек по одну сторону от оси симметрии, из которых п ячеек расположены под криволинейной частью подпрессовщика. При этом В Б = СЕ = п ячеек от £ до С (рис 2а).

Зазор <5 между вальцом и подпрессовщиком и ширина нижней части £>£>, = ЕЕ1 подпрессовщика выбран таким образом, чтобы точка Р делила дугу на две равные части.

Кинематику подпрессовщика и вальца принимаем из условия, что за один ход подпрессовщика вверх или вниз валец поворачивался на угол -<р„, где (ряч -

центральный угол, приходящийся на одну ячейку. За время полного оборота

2тг

эксцентрикового вала подпрессовщика', = — валец повернется на угол п<рт.

При этом: щяч = coe'tn,

где: шю сов - угловые скорости вращения эксцентрикового вала

подпрессовщика и вальца пресса соответственно.

Сйв п-(р Отсюда: —= „ о) 2п

. -I.

а - верхнее положение подпрессовщика

б - нижнее положение подпрессовщика

Рисунок 2 - Расчетная схема для определения временных циклов работы подпрессовщика и вальцов пресса.

При таком соотношении угловых скоростей формируются брикеты практически одинаковой плотности. Рабочий цикл пресса происходит следующим образом. В нижнем положении подпрессовщика материал запрессован в ячейках от А0 до Ав зазоре толщиной 8 и криволинейном треугольнике ЕЕ^ с одинаковой плотностью р1 (рис 26). В ячейках от А3 до А и треугольнике Е,РС материал имеет другую плотность, равную р/ за счет сжатия материала в зазоре. При движении подпрессовщика из крайнего нижнего положения вверх, материал в секгоре FFlG допрессовывается в ячейки АзА4 до плотности рк, которые затем покидают камеру при достижении подпрессовщиком крайнего верхнего положения. Их место занимают ячейки А2А3 (рис. 2а) и под подпрессовщиком будут находиться ячейки от А., до А3 (рассматриваем лишь одну сторону от оси симметрии). При этом пространство под подпрессовщиком заполняется исходным материалом плотностью р0 (рис. 2а), площадь которого складывается из площадей ВОЕС, ВО,Е,Е, Е,ЕЕ и

площади зазора между вальцом и подпрессовщиком: 5в=г-—<рт, где . Ячейки АоА.1 не будут заполнены из-за натянутой пленки.

При движении подпрессовщика до крайнего нижнего положения ячейки от А2 до А] покинут камеру. Их место займут ячейки А,А2, а материал будет запрессован в ячейках от А.2 до А0, в зазоре между вальцом и подпрессовщиком площадью. 2% и в треугольнике ЕЕ ¡ F с плотностью р{. Материал в объеме EiEF будет запрессован в ячейках А¡А2 и в слое FF¡G.

Для определения плотности прополиса в процессе прессования вальцовым прессом с подпрессовщиком зададим начальные условия.

Пусть и - перемещение подпрессовщика вниз от его верхнего положения (рис. 3).

При этом эксцентриковый вал подпрессовщика повернется на угол 0.

Тогда: и = r-(l-cos 0) (1)

Дифференцируя уравнение (1) получим: û = r-aK-sin 0

©

За время t = •

tu„

(2)

валец повернется на

угол Из

<p = <a,-t = -

со.

в

или

Щ>я

.0

(3)

имеем:

Рисунок схема для

— Расчетная определения

положения подпрессовщика.

ср--

2л

формулы 0 = arccos^l—— j.

выражение в (3) и решая относительно <р получаем:

(1)

Подставив это

л и

•arccos\ 1 —

(4)

2 К V Г;

Следует отметить, что материал сжимается практически без бокового расширения за счет плотного примыкания стенок бункера к торцевым поверхностям вальцов. При этом условии изменение плотности материала будет определяться изменением площадей (объемов), заключенных между подпрессовщиком и вальцами.

Определим значения характерных площадей при перемещении подпрессовщика на расстояние и и повороте вальцов на соответствующий угол <р, определяемый равенством (4).

Пусть - площадь фигуры В'Б'ЕС, ограниченной сверху и снизу дугами окружностей ВЪ' и СЕ, уравнения которых в системе координат Оху имеют вид: В'О': х2 +(уг( А - и))2 = (К+3/=П,2 (5)

СЕ: х2 + у22 / (6)

где: Л - радиус вальцов;

8 - зазор между подпрессовщиком и вальцом в нижнем положении подпрессовщика, А =2г- ход подпрессовщика. Из (5) и (6) выразим:

Л

х +Д-и

(7)

у2=^2-х2 Площадь фигуры, ограниченной кривыми (7) и (8):

Н х,

$(«О = ДИ ~У2)^ = \{<р-и)сЬс =(Д-И)• (х2 -х,)

х, г,

Площадь фигуры БЮ/Е/Е:

ад=|-(д-и)

(8) (9)

(10)

При повороте вальцов на угол р площадь фигуры Е,ЕР изменится на величину 83(<р) (рис.4).

Из рисунка 4 определим:

А ч \ , Е //

—^А-

±Т>С\ „

\

у ^ \ \ / / 1 / ^чС

\ /? / / «ч ^^

Г1

Б, (р) = Я, | (Л - /?,со50)со5-бда =

9г9

Щ (.гт<р2 - ¡т(<рг - <р)) - (П)

Площадь всей фигуры Е,Е¥ равна:

^ = ^3((р2-(р,) = Щ ($тр2 - зтср,) -

<Р2-(Р!+ ~^п2ср2 - $т2(р!

Рисунок 4 - Расчетная схема доя 1 3 (" , ^ . , . „ 1 (12) определения шгсггнсхли материала мевду 2 подпрессовщиком и валыщми пресса

Также изменится площадь в зазоре между подпрессовщиком и вальцом. Она станет равной:

1 + 1агссо*[1А) + 15я

7+ 7 Г, «

/ +—агссох! 1 — ж \ г

(13)

Таким образом, общая площадь, в которой будет сжиматься исходный материал, будет равна:

Б(и) = 5,(и) + Б2(и) + 53 + (и) (14)

Подставив в формулу (14) выражения (9), (10), (11), (12), получим:

V г

+ 7^ (/ + 1с аГССМ[1' ] + Ь'тЧ>2 - ип(<Р2 - <р)\ ■

+- ■»'"(р2 - <Р))

(15)

где <р определяется выражением (4).

Из формулы (15) можно выразить начальное значение общей площади:

5 (0) = Д (х, - х1) + Д + + Щ (бш срг - ят )-

2 1

Iгрг - ср{ + 2<р2 ~~ ят 2Ч>1)

Из условия сохранения массы в этой части объема имеем равенство: Ро'З(О) = р^иЩи). Отсюда:

Б(0)

РХи)=Ро'

5(и)

(17)

В крайнем нижнем положении подпрессовщика имеем:

<Р = <Р2- 4>ьи = Л = 2г,

5(Л) = : ■ п<ряч + Щ \sintp2 - $1Щ1 ] —— (р2-<р1л— ($/п2(р2 - зт2<р,)

Рисунок 5 - Расчетная схема для определения закона изменения плотности прополиса.

Соответственно, плотность материала в этой части объема будет равна:

(18)

Определим закон изменения плотности прополиса при сжатии площади ЕЕ,Е в площадь (рис.5).

При повороте вальца на угол <р площадь ЕЕ,Е убывает на Бз(<р), определяемой равенством (11), и в то же время увеличивается на 85.

(<?>)={т ~ - ?>))- -я2ч>

Определим площадь Б5(<р): \ 2

Текущее значение площади будет выражаться:

я/ Ы=^+(*■?>„+) ~+^ М - я, («О

Подставив в уравнение (20) выражения (11), (12) и (19), получим:

■■^к2[ч>2-<Р1-<Р + т2 {<р2-<р)- ¡¡п2<р,)

2 " ' 2'

+1\jg9i - <§(<Р, -9)-<Р~\ + ( "' 9„ + )-2 Исходя из условия, что <р = ср2-<р1 = (Р!, из выражения (21) имеем: (<Р2= -,,,) + (2 ■ срт +

(19)

(20)

(21) (22)

При <р = 0 из выражения (20) с учетом равенств (19) и (11) получим значение 5/ (0):

5/(0) = 53+(г.9яч+5яч)^ (23)

Текущая плотность в этой части объема будет определяться выражением:

Р'ЛФЬ-Ц^ (24)

Для крайнего нижнего положения подпрессовщика выражение (24) примет вид:

^ А (25)

$1(<?1-<1>0 ¿'.У?),; При нагнетании материала площадью /-Т^О в ячейки закон изменения плотности определяется законом изменения площади фигуры /■У^С. Согласно рис. 5, данный закон имеет вид:

5.(?») = 5'5(?>,)-5,(9») + ^„ (26)

тогда:

где с учетом равенства (19):

= + (27)

Конечное значение плотности материала в брикетах определяется выражением:

„ (28)

где, согласно формуле (26):

Реализованный в расчетах подход вполне приемлем для оценки плотности получаемых брикетов и энергоемкости процесса брикетирования.

Наибольшее нормальное давление между подпрессовщиком и вальцами возникает в нижнем положении подпрессовщика, когда плотность достигает наибольшего значения р1

Давление между подпрессовщиком и вальцом определяется в зависимости от плотности. Примем эту зависимость по В.И. Особову в виде:

Р=Р0(еоХ-1) (29)

р-р0

где л - относительное изменение плотности, Л —

Р о

где: ро - первоначальная плотность, кг/м ; р - текущая плотность, кг/м3.

Р0 - коэффициент пропорциональности, характерный для каждого вида корма, имеющий размерность давления, Па;

а - коэффициент, зависящий от структурно-механических свойств прополиса, имеющий размерность удельного объема м3/кг;

Параметры а и Р0 определяются в результате экспериментальных данных при испытании на растяжение невозможности бокового расширения материала. При р = р! из зависимости (29) имеем:

( а

А=Ра е * -1

обработки условиях

(30)

Распределение этого давления представлено на (рис. 6). Равнодействующая давления по цилиндрической части поверхности подпрессовщика направлена по биссектрисе угла ср2- ч>1-

Полная равнодействующая давления будет определяться выражением:

. <Рг "У] 2

По

Р = 2И | /¡Л, соэ^ф = 2ИР,Я1 вт

о

У

(31)

подпрессовщика давления будет

Рисунок распределения нагнетании прополиса прессующих вальцов.

— Расчетная давлений в

схема при ячейки

Рисунок 7 - Расчетная схема для определения силы трения, действующей на подпрессовщик. определим, согласно (33) по выражению:

торцу

равнодействующая равна выражению:

V, = а-Р,-И (32)

С силой давления связана сила сухого трения. Запрессованный в зазоре и в ячейках материал захватывается ячейками вальца и двигается вместе с вальцом. Сила трения направлена противоположно относительной скорости точек подпрессовщика и вальца. В крайнем нижнем положении подпрессовщика скорость его движения равна нулю.

Следовательно, сила трения, действующая на подпрессовщик, направлена в сторону вращения вальца (рис.7) и равна:

т=/-Л (33)

где / - коэффициент трения спрессованного материала до плотности р/ о поверхность подпрессовщика.

Равнодействующая сил трения направлена по нормали к биссектрисе угла <р2 - ф]. Полную равнодействующую сил трения

В итоге имеем следующую систему сил, действующих на подпрессовщик со стороны спрессованного материала (рис.8):

Составляющая равнодействующей сил V ¡, V, Т по оси х равна нулю, а по оси у будет равна:

О

Рисунок 8 - Расчешая схема системы сил, действующих на под прессовщик со стороны спрессованного материала

(35)

■р^-гтъоьу

На вальцы действуют аналогичные противоположно

направленные силы V и Т. Кроме этого, на вальцы действует давление материала по контуру АоА I с плотностью р/ и по контуру с плотностью р/ (рис.9).

К этим силам надо добавить силу от сжатия материала в ячейку при ее переходе через точку & Равнодействующие этих сил по аналогии с равенством (31) равны:

Ц=А^Дбш-

= ИРЯьт

4 (36)

<Р,.

в Р

1 и

Рисунок 9 - Схема действия сил на вальцы по контурам АоА^А^.

дРГР* Ро _ ]

Работа по сжатию элементарного объема <Ш равна Рс1У. Суммируя работу по характерным объемам с площадями Б (и), 31'(<р), $к(<р), определяемым по

¿1 ( У1 91-91 Г Ч \ \ л М-Р/

е " -1 е р> -1

0 \ / 0 ч /

а;(ч>) +

(37)

V!

■I

-1

При движении подпрессовщика вверх работу совершают только вальцы по сжатию материала в объемах ЕЕ^ и т.е. на стадии прессования материала от плотности р! до р/ и от р/ до рк. Кроме этого вальцы совершают работу по преодолению сил трения между подпрессовщиком и материалом. При движении подпрессовщика вниз давление изменяется от нуля до Р/, следовательно, сила сухого трения изменяется от нуля до т.

Таким образом, вся работа, с учетом работы по преодолению сил трения, совершаемая за один цикл (подсчитанная на одну сторону от оси симметрии) определяется выражением:

W = hP„

( „А(»)-А. > (»2-4

е -1 dS(u) + 2 J е А -1 ds;(cp) +

ч / с V J

VI

"I

* -1

dS,(<p) +

-1

du

1-1

(38)

Средняя мощность за один цикл подпрессовщика, 2 W

2л-

равный tn = — будет

определяться по формуле N =-= WcoK

В четвертом разделе «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ И ПОДПРЕССОВКИ ПРОПОЛИСА ПРИ БРИКЕТИРОВАНИИ ВАЛЬЦОВЫМ ПРЕССОМ ФОРМУЮЩЕГО ТИПА С ПОДПРЕССОВЩИКОМ» изложена программа и методика исследований, приведено описание лабораторной установки, оборудования и приборов, представлены результаты экспериментов. Статистическая обработка полученных экспериментальных данных производилась с применением программ «Statistika 8.0» и «MathWorks MatLab v8.1.0».

В разделе приведена методика и результаты определения оптимальных параметров пленки для покрытия ячеек вальцов.

Установлено, что для предотвращения налипания прополиса на рабочие органы пресса необходимо использовать изолирующую пленку ПВХ типа «стретч» толщиной 20 мкм, которая должна подаваться на цилиндрическую поверхность вальцов. Данная пленка сохраняет целостность при деформировании на острых кромках матрицы и обладает минимальным сопротивлением растяжению при нагнетании прополиса подпрессовщиком в ячейки.

Для определения геометрических параметров подпрессовщика с целью оптимизации процесса прессования и получения брикетов постоянной плотности были проведены лабораторные исследования с использованием планирования эксперимента.

Для реализации эксперимента принят трехуровневый план второго порядка Бокса - Бенкина при двух изменяющихся факторах.

В качестве факторов в плане эксперимента принята высота загрузочных окон (А) и зазор между основанием подпрессовщика в нижнем положении и

вальцами (и) (табл.1). Эксперимент проводился для подпрессовщиков с ширинами основания 2, 3 и 4 мм.

Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования.

Уровень и интервал варьирования Факторы

Высота загрузочных окон (Л), мм Зазор (и), мм

Верхний уровень (+1) 20 3,0

Основной уровень (0) 15 2,0

Нижний уровень (-1) 10 1,0

Интервал варьирования 5 1

В результате проведения эксперимента и статистической обработки результатов были получены адекватные модели регрессии, одна из которых

Анализируя приведенную

грабическую зависимость, можно сделать вывод, что для достижения оптимального значения плотности брикетов 1150-1170 кг/м3 подпрессовщик должен иметь основание шириной 3 мм, обеспечивать образование слоя материала над вальцами толщиной 2-2,2 мм. Высота загрузочных окон, при этом, должна составлять не менее 15 мм, но и не более 17 мм. Следует отметить, что оптимальная плотность брикетов также достигается и при значениях толщины слоя прополиса над вальцами 3 мм и высоте загрузочных окон 12-13 мм. Однако при такой высоте окна не обеспечивается непрерывное просыпание прополиса в зону прессования ввиду возникновения сводообразования, что приводит к значительному увеличению брака в готовой продукции.

Определение удельной энергоемкости процесса брикетирования вальцовым прессом с использованием подпрессовщика и крошимости получаемых брикетов (рис. 7, 8) позволили установить, что при установленных параметрах дозирования и нагнетания обеспечивается минимальная энергоемкость процесса брикетирования -4,27 кВт-ч/кг, крошимость - 2,1%, чего вполне достаточно для выполнения последующих технологических операций: фасовки, транспортировки и хранения.

Небольшой разброс в значениях объясняется сложностью и неоднородностью состава прополиса, также сроком его хранения н местной флорой, где производился сбор прополиса пчелами.

представлена графически на рисунке 6.

р = 655,9444+76.4167х+39,7667у-5,1667х2-1,95ху-0,7467у2

г*<4

гго

оо

X

Ш 1200 40

Ш 1160 р ,20

Ш 1120 8 «о

ЕЭ 1080 08°

Г;3 1040 <0°

ог»

Рисунок 6 - Графическая зависимость плотности брикетов (р) от высоты загрузочного окна (Л) и зазора (и) между основанием подпрессовщика в нижнем положении и вальцами при ширине основания подпрессовщика 3 мм.

К = 17,7389-1,49х-1,375у+0,0347х2+0,055ху+0,0167у2 А = 3,И89+0,2683х+0,0723у-0,0083х2-

0.002ХУ+0.0081У2

Рисунок 7 - Графическая Рисунок 8 - Графическая

зависимость крошимости (К) брикетов зависимость энергоемкости (А)

от высоты загрузочного окна (А) и брикетирования от высоты

зазора (и) между основанием загрузочного окна (А) и зазора (и)

подпрессовщика в нижнем положении между основанием подпрессовщика в

и вальцами. нижнем положении и вальцами.

В пятом разделе «РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВНЕДРЕНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССА БРИКЕТИРОВАНИЯ ВАЛЬЦОВЫМ ФОРМУЮЩИМ ПРЕССОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОДПРЕССОВЩИКА» дано описание опытно-производственного пресса, изложены программа, методика и результаты исследований, определена экономическая эффективность применения предложенного вальцового пресса с подпрессовщиком для брикетирования прополиса.

С использованием результатов экспериментальных исследований в лаборатории инновационных и энергоресурсосберегающих технологий и средств механизации в растениеводстве и животноводстве ФГБОУ ВПО РГАТУ был разработан, изготовлен и испытан опытно-производственный образец вальцового пресса с подпрессовщиком (рис.9) для брикетирования прополиса со следующими техническими характеристиками: диаметр вальца - 270 мм, ширина вальца - 30 мм, ширина основания подпрессовщика - 3 мм, высота загрузочных окон - 15 мм, толщина слоя материала между рабочей поверхностью подпрессовщика в крайнем нижнем положении и вальцами пресса - 2 мм, количество пар ячеек, находящихся в стадии подпрессовки - 4.

Производственными исследованиями установлено, что предложенная конструкция пресса работоспособна и позволяет осуществлять качественное прессование прополиса. Оптимальным режимом работы вальцового пресса прополиса является, частота вращения прессующих вальцов - 8 об/мин, частота вращения эксцентрикового вала подпрессовщика - 80 об/мин. При этом производительность пресса составляет 96 кг/ч, удельная энергоемкость процесса составляет 4,27 кВт-ч/т. Плотность полученных брикетов прополиса составила 1150-1170 кг/м3, крошимость 2,1%.

1 - рама; 2 - прессующие вальцы; 3 - подпрессовщик; 4 - загрузочные окна;

5 - регулировочные гайки; б - стенки камеры подпрессовщика; 7 -бункерные полости с прополисом; 8 - приводной вал вальцов; 9 - натяжное устройство; 10 - пленка для покрытия ячеек вальцов.

Рисунок 9 - Общий вид опытно-производственного образца вальцового пресса с подпрессовщиком для брикетирования прополиса.

Применение подпрессовщика в вальцовом прессе для брикетирования прополиса экономически целесообразно, так как обеспечивает повышение производительности, снижение энергозатрат и получение качественных брикетов. Годовой экономический эффект при оценке по показателю прироста прибыли при обработке 200 кг прополиса составил 1314 рублей, снижение затрат энергии на процесс прессования составило 22%, а повышение производительности - в 1,33 раза.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Анализ научных исследований показал, что технологическая линия по очистке и прессованию прополиса в брикеты несовершенна. Она должна содержать устройство для охлаждения прополиса до температуры -5 ...-10°С, измельчитель замороженного прополисового сырья, устройство для рассева измельченного сырья на фракции со средним размером частиц от 1 до 5 мм, пневмосепаратор для отделения механических примесей и воска, а также вальцовый брикетный пресс с устройством для подпрессовки, выполняющим

функции дозированной подачи и нагнетания прополиса в ячейки пресса.

2. Устройство для дозирования и подпрессовки прополиса должно содержать бункер с расположенной в ней камерой подпрессовщика, ограниченной стенками и образующей загрузочные окна над вальцами для просыпания прополиса, регулируемые по высоте. В камере должен располагаться подпрессовщик клиновидной формы с рабочими поверхностями, повторяющими контур прессующих вальцов, для нагнетания прополиса в ячейки, а его боковые стороны должны выполнять роль затвора при опускании подпрессовщика, а также плоское основание с целью недопущения выхода материала из ячеек при формировании брикета.

3. Установлено, что с увеличением гранулометрического состава прополиса, значения коэффициентов трения по органическому стеклу, фторопласту и пленке ПВХ уменьшаются. Наименьшее значение коэффициента трения прополиса - по фторопласту: 0,4021 - статический и 0,2696 -динамический, а наибольшее значение - по пленке ПВХ: 1,837 - статический и 1,189 - динамический. Минимальное значение коэффициента внутреннего трения 1,912 наблюдается у прополиса с размером частиц 2 и 3 мм, что позволяет сделать заключение о проявлении наилучшей сыпучести материала при данном гранулометрическом составе.

4. При исследовании адгезионных свойств прополиса установлено, что наибольшей липкостью к различным материалам обладает прополис с размером частиц 0,75 мм. При увеличении крупности частиц липкость уменьшается. Наименьшее значение липкости к прополису 0,27 кПа зафиксировано для фторопласта при среднем размере частиц 4,5 мм.

5. Исследования аспирационных свойств прополиса позволили установить, что для получения продукта, соответствующего ГОСТ 28886-90, прополисовое сырье необходимо рассевать на фракции и производить их пневмосепарацию при определенных скоростях. Наибольший выход чистого прополиса при минимальных потерях обеспечивается при очистке фракции со средним размером частиц 2,5 мм при скорости воздушного потока 0,45 м/с.

6. Теоретически установлено, что для получения качественных брикетов прополиса при прессовании вальцовым формующим прессом необходимо принудительное нагнетание загруженной порции в ячейки с образованием слоя материала над вальцами. Конечная плотность спрессованных брикетов зависит от величины хода поршня, ширины основания подпрессовщика, свойств прессуемого материала и количества загруженной в зону прессования порции. Изменение давления в различных точках на перемычках матрицы в момент сталкивания с них прессуемого материала подчиняется экспоненциальному закону. Максимальные давления на перемычках приходятся на их центры, как наиболее удаленные точки от граней ячеек. Энергоемкость процесса брикетирования может быть значительно снижена за счет уменьшения площади перемычек и прессования прополиса крупной фракции.

7. Экспериментально установлено, что с целью исключения налипания прополиса на матрицу пресса в процессе брикетирования, на поверхность вальцов следует подавать пленку ПВХ типа «стретч» толщиной 20 мкм. При увеличении плотности брикетов с 942 кг/м3 до 1276 кг/м3 значение

энергоемкости возрастает от 3,46 кВт-ч/кг до 5,48 кВт-ч/кг. Оптимальным режимом работы вальцового пресса прополиса является: частота вращения прессующих вальцов 8 мин'1, зазор между рабочей поверхностью подпрессовщика и матрицей пресса в стадии подпрессовки, 2 мм. При этом производительность пресса составляет 96 кг/ч, удельная энергоемкость процесса 4,27 кВтч/кг, крошимость брикетов 2,1%, плотность 1150-1170 кг/м3.

8. Применение подпрессовщика в вальцовом прессе для брикетирования прополиса, экономически более целесообразно, так как он имеет преимущества по сравнению с базовым вариантом как по основным технико-экономическим показателям, так и по показателям качества готовой продукции. Экономический эффект при брикетировании 200 кг прополиса составил 1314 рублей, а производительность увеличилась на 33,3% по сравнению с базовым вариантом.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

- в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Щипачев Т.Н. Обработка прополиса. / Т.Н. Щипачев, В.Ф. Некрашевич М.В. Чурсинов, C.B. Некрашевич//Пчеловодство№10, 2009. - с 56-57.

2. Щипачев Т.Н. Вальцовый пресс для брикетирования прополиса / Т.Н. Щипачев, В.Ф. Некрашевич, М.В. Чурсинов // Сельский механизатор №12, 2009. -с. 14-15.

- в Международных научных изданиях:

3. Щипачев Т.Н. Пневмосепаратор для очистки прополиса /Т.Н. Щипачев// Современное пчеловодство. Проблемы, опыт, новые технологии. Материалы Международной научно - практической конференции (Ярославль, 12 - 13 августа 2010). Ярославль 2010 - с. 103-105.

- во Всероссийских научных гаданиях:

4. Щипачев Т.Н. Анализ способов и средств прессования сыпучих материалов в брикеты /Щипачев Т.Н. //Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава и молодых ученых Рязанского государственного агротехнологического университета им. ПА. Костычева. Материалы научно практической конференции. Рязань 2009. - стр. 35-37.

5. Щипачев Т.Н. Распределение давлений на перемычках ячеек вальцов формующего пресса / Т.Н. Щипачев, В.Ф. Некрашевич // Инновационные технологии и средства механизации в растениеводстве и животноводстве. Материалы Международной научно - практичной конференции, посвященной 75-летию В.Ф. Некрашевича. Рязань 2011 -с. 162 - 165.

- патент:

6. Патент № 86529 МПК 7 ВЗОВ 11/18. Сборная матрица формующего пресса / Некрашевич В.Ф., Чурсинов М.В. Щипачев Т.Н., Некрашевич C.B., ЧепикА.Г. //Заявл. № 2009111210/22; Опубл. 10.09.2009 Бюл. № 25.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ № 744 подписано в печать 23.04.2012 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологическгш университет имени П.А.Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева: 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева. 1

61 12-5/2538

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет

имени П.А. Костычева»

На правах рукописи

Щипачев Тимур Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЛИНИИ ОБРАБОТКИ ПРОПОЛИСА С РАЗРАБОТКОЙ ПОДПРЕССОВЩИКА К БРИКЕТНОМУ ПРЕССУ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Некрашевич Владимир Федорович

Рязань-2012

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ 6

ВВЕДЕНИЕ 9

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ЗАГОТОВКИ | И 13 ПРЕССОВАНИЯ ПРОПОЛИСА В БРИКЕТЫ 1

1.1. Использование прополиса в народном хозяйстве 13

1.2. Анализ способов заготовки и подготовки прополиса к 17 прессованию в брикеты

1.2.1. Анализ средств механизации для заготовки прополиса 18

1.2.2. Анализ средств механизации для измельчения прополиса 22

1.2.3. Анализ способов очистки прополиса 23

1.3. Анализ устройств для дозирования и нагнетания сыпучих 25 материалов

1.3.1. Бункерные затворы 26

1.3.2. Питатели 27

1.3.3. Побудители 3 О

1.3.4. Дозаторы 33

1.4. Анализ устройств для прессования прополиса в брикеты 38

1.4.1. Эффективность прессования при обработке сельскохозяйственных 38 материалов

1.4.2. Обзор средств механизации для прессования 39 сельскохозяйственных материалов

1.4.3. Анализ средств механизации для прессования прополиса 40

1.5. Анализ выполненных исследований по подаче и подпрессовке 45 при прессовании сельскохозяйственных материалов

1.6. Постановка проблемы, цель работы и задачи исследования 50 2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И АДГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА 52

ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ПРОПОЛИСОВОЙ МАССЫ

2.1. Программа и методика исследования 52

2.1.1. Методика определения объемной массы и коэффициентов трения 53 прополиса в покое и движении по органическому стеклу, фторопласту и пленке ПВХ в зависимости от гранулометрического состава

2.1.2. Методика определения коэффициента внутреннего трения 55 прополиса

2.1.3. Методика определения липкости прополиса к нержавеющей стали, 57 фторопласту и пленке ПВХ в зависимости от гранулометрического состава

2.1.4. Методика определения текучести прополиса 59

2.1.5. Методика определения аспирационных свойств прополиса 61 2.2 Результаты исследований 66

2.2.1. Результаты исследований по определению объемной массы и 66 коэффициентов трения прополиса в покое и движении по органическому стеклу, фторопласту и пленке ПВХ в зависимости от гранулометрического состава

2.2.2. Результаты исследований по определению коэффициента 69 внутреннего трения прополиса

2.2.3. Результаты исследований по определению липкости прополиса к 69 нержавеющей стали, фторопласту и пленке ПВХ в зависимости от гранулометрического состава

2.2.4. Результаты исследований по определению текучести прополиса в 71 зависимости от гранулометрического состава

2.2.5. Результаты исследований по определению аспирационных свойств 71 прополиса

ВЫВОДЫ 75

3. ТЕОРИЯ ПРЕССОВАНИЯ ПРОПОЛИСА В БРИКЕТЫ 77 ВАЛЬЦОВЫМ ФОРМУЮЩИМ ПРЕССОМ С ПОДПРЕССОВЩИКОМ

3.1. Модель функционирования линии очистки и прессования 77 прополиса в брикеты

3.2. Параметрическая модель вальцового пресса с 82

подпрессовщиком для брикетирования прополиса

3.3. Обоснование и соотнесение временных циклов работы 84 подпрессовщика и вальцов пресса

3.4. Определение плотности прессуемого материала в зависимости 87 от положения подпрессовщика

3.5. Определение усилия для подпрессовки прополиса в ячейки 94

3.6. Распределение давлений на перемычках ячеек вальцов 98 формующего пресса с подпрессовщиком

3.7. Работа и мощность на сжатие брикетов прополиса вальцовым 101 прессом с подпрессовщиком

3.8. Расчет крепления матрицы на прочность 103 ВЫВОДЫ 107 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА 109

ПОДАЧИ И ПОДПРЕССОВКИ ПРОПОЛИСА ПРИ БРИКЕТИРОВАНИИ ВАЛЬЦОВЫМ ПРЕССОМ ФОРМУЮЩЕГО ТИПА С ПОДПРЕССОВЩИКОМ

4.1. Программа и методика исследований 109

4.1.1. Методика определения оптимальной толщины пленки в 110 зависимости от нагружения и степени удлинения

4.1.2. Методика определения оптимальных геометрических параметров 113 подпрессовщика вальцового пресса

4.1.3. Методика определения зависимости величины хода 118 подпрессовщика и пропускной способности загрузочных окон на крошимость брикетов и энергоемкость процесса брикетирования

4.1.4. Методика определения крошимости брикетов 120

4.1.5. Методика определения плотности брикетов 122

4.1.6. Методика определения зависимости крошимости брикетов 122 прополиса от их плотности

4.2 Результаты исследований 124

4.2.1. Результаты исследований по определению оптимальной толщины 124

пленки в зависимости от иагружения и степени удлинения

4.2.2 Результаты исследований по определению оптимальных 125

геометрических параметров подпрессовщика вальцового пресса

4.2.3. Результаты исследований по определению зависимости величины 130 хода подпрессовщика и пропускной способности загрузочных окон на крошимость брикетов и энергоемкость процесса прессования

4.2.4. Результаты исследований по определению зависимости 133 крошимости брикетов от их плотности

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, 138 ВНЕДРЕНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССА БРИКЕТИРОВАНИЯ ВАЛЬЦОВЫМ ФОРМУЮЩИМ ПРЕССОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОДПРЕССОВЩИКА

5.3. Экономическая эффективность применения вальцового пресса 150 с подпрессовщиком для брикетирования прополиса

ВЫВОДЫ

136

5.1 Программа и методика исследования

5.2 Результаты исследований

138

145

ВЫВОДЫ ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖЕНИЯ

178

160

164

161

РЕФЕРАТ

Прополис - ценный продукт пчеловодства, применяемый при лечении и профилактике различных типов заболеваний, связанных с поражением наружных покровов и слизистых оболочек организма.

Собираемый пчеловодами с холстиков, рамок и корпусов ульев прополис содержит, как правило, характерные примеси: воск, древесные опилки, остатки тел мертвых пчел и др. Существующие на сегодняшний день технологии и средства механизации для переработки прополиса не позволяют в полной мере получить продукт, соответствующий ГОСТ 2888690 и имеющий товарный вид.

В данной работе ставится целью повышение эффективности обработки прополиса, улучшение качества и товарного вида получаемых брикетов путем разработки и обоснования параметров и режимов работы пневмосепаратора и подпрессовщика к вальцовому брикетному прессу для прессования прополиса.

Для определения влияния физико-механических и адгезивных свойств прополиса на процессы очистки и прессования его в брикеты проведены лабораторные исследования.

Для обоснования конструктивных и кинематических параметров бункера, подпрессовщика и определения плотности прессуемого материала в зависимости от положения подпрессовщика проведены теоретические исследования.

В процессе лабораторных испытаний получены оптимальные режимы работы пневмосепаратора для очистки прополиса, а также рациональные параметры и режимы работы вальцового пресса с подпрессовщиком для прессования прополиса в брикеты.

В процессе производственных испытаний были получены технико-эксплуатационные показатели предлагаемого вальцового пресса с подпрессовщиком.

При сравнительном анализе экономических показателей предложенного вальцового пресса с подпрессовщиком и базового варианта пресса был получен экономический эффект, который показал, что применение нового вальцового пресса экономически выгодно.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Прополис - продукт, производимый пчелами из смолистых выделений растений, секрета мандибулярных желез пчел и пчелиного воска.

Брикетирование прополиса - процесс обработки прополиса давлением в вальцовом формующем прессе, производимый с целью получения брикетов в форме совмещенных у основания усеченных четырехгранных пирамид,

л

имеющих плотность 1150-1170 кг/м и массу 5 грамм.

Пневмосепарация прополиса - очистка прополиса от примесей воздушным потоком, создаваемым в аспирационном канале пневмосепаратора при сохранении всех его целебных свойств.

Подпрессовщик - устройство для дозированной подачи в зону прессования и нагнетания в ячейки матрицы пресса прополиса с одновременным прогибом изолирующей пленки, покрывающей вальцы пресса, с целью обеспечения качественного непрерывного процесса прессования и получения брикетов необходимой массы и плотности.

Матрица вальцового пресса - сборная конструкция, состоящая из колеса с поперечными перегородками и боковых фланцев, при соосном совмещении которых образуются формующие ячейки на поверхности вальца в форме усеченных четырехгранных пирамид.

у - объемная масса прополиса, кг/м3;

/га, 1тд - статический коэффициент трения в покое и движении соответственно;

/вт - коэффициент внутреннего трения; Ь - липкость прополиса, кПа\

К— текучесть прополиса; ¿/-гранулометрический состав прополиса,мм;

V- скорость воздушного потока в аспирационном канале пневмосепаратора, м/с,

и - зазор между рабочей поверхностью подпрессовщика в крайнем нижнем положении и вальцами пресса, мм; А - высота загрузочных окон, мм; Н- ширина основания подпрессовщика, мм;

Р - давление, возникающее между подпрессовщиком в крайнем нижнем положении, и вальцами пресса, МПа;

к - толщина изолирующей пленки, покрывающей вальцы пресса, мкм; Кб - крошимость брикетов прополиса, %;

о

р - плотность брикетов прополиса, кг/м ;

А - энергоемкость процесса брикетирования прополиса вальцовым формующим прессом с подпрессовщиком, кВт-ч/кг; п - частота вращения вальцов пресса, мин1;

0 - производительность вальцового пресса с подпрессовщиком, кг/ч.

ВВЕДЕНИЕ

Современное сельское хозяйство отличается не только внедрением

I

инновационных технологий, но и коммерческим подходом к аграрной деятельности. Продуктивность и качество всегда являлись и являются главенствующими показателями успешности ведения хозяйства. Однако, население Земли растет, появляются все новые крупные агломераты и, в связи с этим, возрастает нагрузка на сельхозтоваропроизводителей. Производство и переработка сельхозпродукции сегодня немыслимы без высокотехнологичных и производительных агрегатов, внедрения новейших разработок, экономичности и экологичности технологических процессов. Большой ассортимент продукции повлиял на взыскательность покупателя, поэтому производитель стремится сегодня не только к высокому качеству реализуемого продукта, но и к фасовке, консервации товара и удобоиспользованию.

Пчеловодство - одна из старейших отраслей сельского хозяйства, сочетающая в себе традиционность приемов ведения хозяйства и уникальность получаемой продукции.

С развитием науки, методов промышленного производства, с внедрением инноваций, пчеловодство стало играть не последнюю роль во многих отраслях народного хозяйства. Продукция пчеловодства широко применяется не только в косметической и лечебной практике, но и в радиотехнической, лакокрасочной, гальванопластике и др.

Помимо получения продуктов лечебного действия широкого спектра, велико значение пчел в опылении энтомофильных сельскохозяйственных культур. В этом качестве пчеловодство предстает как одно из основных звеньев сельскохозяйственного производства, от успешного развития которого зависит повышение продуктивности растениеводства и животноводства. Опыленные пчелами многие сельскохозяйственные культуры не только повышают урожайность, но и улучшают посевные

свойства семян и товарные качества плодов и овощей. Широкое использование пчел для опыления влечет за собой увеличение производства основных продуктов пчеловодства. *

Пчеловодство поставляет народному хозяйству уникальную по составу и свойствам продукцию: мед, пергу, воск, прополис, маточное молочко, пчелиный яд и др. Одним из важнейших продуктов пчеловодства является прополис. При розничной стоимости одного килограмма прополиса от пяти до десяти тысяч рублей, высоком спросе и современных технологиях переработки сельхозпродукции - промышленная заготовка и обработка прополиса может стать одним из доходных направлений пчеловодства.

Прополис (пчелиный клей) - естественная совокупность биологически активных соединений растительного и животного происхождения. Его бактерицидное действие распространяется на многие возбудители болезней человека. Пчелы получают прополис при переработке почек деревьев, обогащая ферментами, извлекаемыми в процессе пищеварения из оболочек пыльцевых зерен. Известны его антибактериальное, вирусоцидное и вирусостатическое действие, а также противовоспалительные и анестезирующие свойства [18].

Прополис можно использовать и как самостоятельное лечебное средство и в комплексе с другими биологически активными веществами и фармакологическими препаратами.

Однако широкому использованию прополиса препятствует тот факт, что применяемые до недавнего времени способы и средства механизации обработки прополиса являются «кустарными», малопроизводительными, приводят к потере ряда полезных веществ и не могут применяться при заготовке больших объемов продукта. Переработанный такими способами прополис, как правило, не имеет товарного вида и непригоден для фасовки, транспортировки и хранения.

Наиболее пригодной для использования в промышленных условиях является технология, разработанная в лаборатории инновационных и энерго-

ресурсосберегающих- технологий в растениеводстве и животноводстве ФГБОУ ВПО РГАТУ, в которой процесс очистки и прессования прополиса механизирован [1,123,143]. Она обеспечивает получение прополиса соответствующего требованиям ГОСТа 28886 - 90 «Прополис» [34] и представляет собой последовательное выполнение следующих операций:

- охлаждение прополисового сырья;

- измельчение промороженного сырья;

- рассев на фракции и очистка измельченного прополиса воздушным потоком;

- предварительный нагрев очищенного прополиса;

- брикетирование прополиса вальцовым формующим прессом.

Однако в данной технологии остаются необоснованными

технологические режимы пневмосепарации, дозирования и нагнетания прополиса в зону прессования, а также конструкции машин и режимы работы, выполняющих эти операции.

Одним из важных условий прессования, которое остается не изученным, является порционирование прополиса в ячейки формующего пресса.

В связи с вышесказанным целью настоящей диссертационной работы является Повышение эффективности обработки прополиса, улучшение качества и товарного вида получаемых брикетов путем разработки и обоснования параметров и режимов работы пневмосепаратора и подпрессовщика к вальцовому брикетному прессу для прессования прополиса.

Народнохозяйственное значение выполненной работы заключается в снижении энергозатрат и затрат труда на получение очищенного от примесей прополиса и качественных брикетов из него постоянной плотности, соответствующих ГОСТу, пригодных для фасовки, транспортирования и хранения путем разработки усовершенствованной технологии и вальцового формующего пресса с подпрессовщиком.

Основные полученные результаты, выносимые на защиту:

• модель функционирования линии с пневмосепаратором и вальцовым формующим прессом для прессования прополиса в брикеты, оснащенным подпрессовщиком;

• показатели физико-механических и адгезивных свойств прополиса;

• технологические параметры процесса очистки, дозирования и подпрессовки прополиса;

• теоретические зависимости, описывающие процесс прессования прополиса вальцовым прессом с подпрессовщиком;

• результаты проверки предложенных конструктивных и технологических решений в лабораторных и производственных условиях и рекомендации производству.

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ЗАГОТОВКИ И ПРЕССОВАНИЯ ПРОПОЛИСА В БРИКЕТЫ.

1.1. Использование прополиса в народном хозяйстве.

Уникальные целебные свойства прополиса известны еще с древности. Так, например, в Древнем Египте жрецы использовали прополис для мумифицирования трупов. Греческий философ Аристотель, , изучая жизнедеятельность пчел, установил прозрачные стенки улья, которые пчелы замазали прополисом. Сведения о прополисе имеются в сочинениях Галена и Варрона. Известный лекарь и просветитель Авиценна различал чистый и черный воск. По его свидетельству, черный воск, т.е. прополис, «имеет свойство вытягивать концы стрел и шипы, он разрежает, слегка очищает и сильно мягчит» [111, 140].

Прополис (пчелиный клей, уза, пчелиная или восковая смола) представляет собой клейкое смолистое вещество, которое пчелы используют в улье в качестве ремонтно-строительного и антисептического материала. Пчелы замазывают прополисом щели и неровности в улье, приклеивают рамки, полируют ячейки сотов, а для утепления улья уменьшают