автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Технологический контроль влажности при высокотемпературной сушке кормов

~ ■« -"Г:

Московский институт инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П.Горячкдаа

На правах рукописи

КУПРИЯНОВ Алексей Константинович УДК 881.2:631,363

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ МАМОСТИ . ПРИ . ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СУШКЕ КОРМОВ

05.13.07 --автоматизация технологических: процессов и производств 'по отраслям агропромышленного комплекса)

Автореферат диссертации т соискание ученой степени • ■ . кандидат технических тук

Москва-1992

Работа выполнена на кафедра автоматизации технологических процессов сельскохозяйственного производства Московской сельскохозяйственной академии'им. К.А,Тимирязева

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.Д.Шеповалов.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Г.А.Гуляев,

кандидат технических наук, доцэнт, В.И.Зьтинайлов

Ведущая организация - Всесоюзный. научно - исследовательский

институт комплексных ,проблем машиностроения дл. животноводства и кормопроизводства (ВШШКОМЖ) .

Защита состоится "У «/У&/ЗГ(2 1992 'г. в

"¿Г,. и. на заседании специализированного Совета К 120.12.02 по :;ащите диссертаций на соискание ученой степени кандидта технических наук при Московском институте инженеров сельскохозяйственного производства имени В.П.Горячкина по' адресу: 127550, Москва, ул< Тимирязевская, дом '54. '

С диссертаций ью» о 'ознакомиться в библиотеке института. Автореферат р&зоеЗй® ^¿фшя 1992 г.

Ученйй секретарь специализированного Совета-, кандидат технических наук>

профессор А.П.-Фомонков

"гт1

' ' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

5

.': ..'О Актуальность проблемы.

Решение задач эффективного развития экономики аграрного сектора народного хозяйства' страны требует коренным образом 'улучшить структуру и качество кормов,, устранять потери сельскохозяйственной продукции на всех стадиях производства, хранения и реализации.

В современном кормопроизводстве большое значение отводится коркгм высокотемпературной сушки, полноценность которых по содержанию белков, витаминов и минеральных веществ решающим образом зависит от строгости соблюдения технологического регламента производства. Широко используемые в практике современного кормопроизводства агрегаты - высокотемпературные сушилки типа АВМ - позволяют обрабатывать свежескошенную траву, а также фуражное зерно и солому. Во всех случаях обеспечить высокое качество корма и экономию топлива невозможно без контроля влажности материала на выходе из сушилки; .

Использование средств технологического' контроля влажне ^ти позволит вести процесс сушки в оптимальных режимах и своевременно обнаруживать ' предвварийные состояния в работе сушильного оборудования, в частности' - возгорание высушиваемого материала, поэтому создание средств технологического контроля влажности при высокотемпературной сушке кормов является актуальной задачей. Применительно к высокотемпературным сушилкам ГСКБ Ш (г.Львов) совместно с ВНИМКОМЖем и ГЭКМ при участии ТСХА был разработан

влагомер кормов ВП-1, который хорошо вписался в'технологический процесс и йбэспечид на травяной резке достаточную точность измерения влажности в штоке за счет норш'рования структуры потока этого материала в измерительной камере.

}

Однако указанный прибор не нашел широкого применения в производстве' из-за ряда недостатков, а именно: ограниченная область использования по почвенно-климатическим зонам р номенклатуре Контролируемых материалов (только травяная резка).

Цель настоящей работу - разработать на базе поточного здагол'орч универсальное . контрольно-измерительное средство, об^одачпвающеэ технологический контроль влажности широкой йомащиюгуры- кормов, производимых в различил: поЧвекно -климатических зоцах страны, и разработка на его основе методов определения- текущих и предельно допустимых режимов работы сушильного оборудований.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

.сформулщюваш принципы универсализации • средств технологического^.контроля влажности для различных видов кормов, получаемых методом высокотемпературной сушки;

- огрэделещ взаимосвязь уровня измерительного сигнала,' влажности и параметров влагомера;

- на основании разработанной математической модели кинетики сушки и проведенных', экспериментальных исследований во влажьостно-температурам пространстве состояний сушильного агрегата'1 определены области предаварийных режимов работы оборудования.

- разработаны формирователи структуры потока контролируемого

материала, позволяющие расширить область использования средств контроля влажности по видам контролируемых кормов.

Практическая ценность работы состоит состоит в том, что результаты проведенных исследований позволяют подойти к оптимизации режимов работы сушильного оборудования. Предлагаете .в работе способы формирования структуры потока материала позволяют повысить точность поточных средств измерения влажности и .унифицировать их. '

Разработаны и испытаны средства технологического контроля влаж-. ности для условий производства кормов методом высокотемпературной сушки, реализована единая градуировочная характеристика автоматического влагомера для различных кормов и различных почвенно-кли-матических зон.

. Публикации, апробации и внедрение, резульг1ТОВ исследований. ' Результаты исследований докладывались на конференциях молодых ученых■ и аспирантов (ТСХА, 1985 '-I987), Всесоюзной конференции "Измерительная и вычислительная техника в управлении производственным!■ процессами в АПК" (АФИ, Ленинград, 1988),VI Всесоюзной ■ научно-технической конференции "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья" ГКНГ, Москва, 1939).

По результатам исследований опубликовано 4 печатные работы И' подана заявка, на которую получонс" положительное решение ВШИГИЗ.

Прибор освоен в серийном производи е и включен в Генвралышй каталог Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления. Полученные результаты переданы разработчику cv-• шильного агрегата - Головном1/ экспериментально-конструкторскому

институту по переработке трайн и соломы (ГЭК.Й) и внедрены в техническую документацию на агрегат.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти 1 глав, выводов, списка используемой литературы и приложений.

Работа изложена на 231 странице машинописного текста, иллюстрирована 32 рисунками, содержит 16 'аблиц и 12 приложений. Список используемой литературы вклкяает 104 на- ■

)

именове та.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1.1

С целью создания .роточного влагомера с широким ареолом использ зания по дгачвенно^к-лима тиче ским зонам стряны и при производстве различных ри^ов кормов, в 1985-1989г.г. проводились градуировочные испытания исходной модели влагомера ВП-1 в Чернове'■ной,' Северо-Западной, Нечерноземной .зонах страш на травяной резке, травяной .муке, фуражном зерне.

Ни базе полученных .¡индивидуальных градуировочных характеристик влагомера для разавганнХ почвенно-климатических зон и различных кормовых материалов бь'л разработан метод создания . единой . градуировочной зависимости. Градуировочнио работы проводились в соответствии с "Типовой программой испытаний * электрических влагомеров кормов" и "Методическими рекомендациям.!! по градуировке электрических влагомеров кормов". В качестве образцового был принят метод ёоздушно-тешювой сушки с использованием сушильных шкафоЬ СЭШ-ЗМ (ГОСТ 3040-55) и лабораторных весов ВЛКТ-500М.

Перед проведением регрессионного анализа, проводилась проверка результатов наблюдений на рмальность. распределения и однородность дисперсий.

Коэффициенты регрессионных уравнений определялись по методу наименьших квадратов с использованием полиномой Чвбитва.

Характер расположения опытных точек в проведенных исследованиях показал, что искомая регрессионная зависимость состоит из нелинейного и линейного участков, точка сопряжения с* которые определяется из условия:

0*1 б«г

ЭА (ЗА

А

где «1 [%]-значение влажности для нелинейного участка характеристики;

«г [%]-значение' влажности ..для линейного участка характеристики;

а[ца]-показания влагомера.

Существенность ' влияния осповних возмущающих факторов на показания прибора оценивали по максимальному расхождению мс.кду градуировочными. кривыми: если расхождение превышало 2,5% (максимально допустимая погрем.юсть влагомера) - различие считалось значимым.

Для всех результатов опытов определилось среднеквадратическое отклонение и основная ;10солютная по1'решность. Адекватность полученных регрессионных уравнезшй опытным данным определялась с помощью статистического критерия, использующего тнкретный вид эмпирической регрессионной зависимости отдельно

для нелинейных и линейных участков характеристик.

На основании полученных экспериментальных данных-разработана модель ¡зависимости показаний влагомера гт влажности ' и параметра, опредгтающего структуру потока материала - усилия рессорного уплотнителя на е"ходе измерительной ■ камеры, (Рис.1). Установлено, что влажность V и величина .усилия

уплотнителя р связаны между собой гиперболической зависимостью.

1

Аналитическое выражение разработанной модели для соломы:

V' (р,А) = (~0,4881 (р-8,?)/(-80,32+22,71р))А + (1 ,219+(Р-3,Э)/(6,167-1,512р))А Чр-8,3)/(-10,885-0,0282Р)+8,679',

А)г:(О,177+(р-3,3)/(405,93-796,69р) )А + (р-8,3 V (-1 ,464-0,1827Р) + 14,24

Аналитическое выражение разработанной модели для травяной резки:

(р,АМ-0,019+(р-3,6)/(845,22+32,99р))А + + (0,89+ (р~Э,6)/(-47,7Э-0,85р))А + + (р-Э,^/(-3,33-0,О98р) + 8,28 ,

А

«2(р,А)=(0,19а+(р-3,б)/(99,53-78,41р))А + (р-3,6)/(-3,92-0,058р)+14,59

основании полученных аналитических зависимостей определены значения' управляемого неинформативного параметра, пс2воляюцре реализовать единую гравировочную характеристику влагомера для нескольких видов кормов и нескольких почвенно-климатических зон, (Рис. 2):

- для соломы, р=45кг

=-0,0098л + 0,626а +5,31

#2=0,176А + 10,45

0 ^ А < 22,86 22,86 ^ А ^ 50,00

- для травяной резки, р=20кг .

( л

2

У»1=-0,081А + 0.637А f 4,643'

*2=0,18бА ' 11,17

О ^ А < 27,80 27,60 « А50,00

Исследования раС5оты поточного влагомера кормов базовой модели на фуражном зерне и травяной муке показали, что для универсализации средства измерения влажности и обеспечения необходимой точности измерений при работе с различными по физико-механическим свойствам' кормами целесообразно иметь соответствующие формирователи потока для создания его определенной структуированности и компенсации изменений объемной плотности материала в измерительной Камере. Последнее особенно важно гфи работе • влагомера на зерне. Указанные • требования* бы™ реализованы в разработанных формирователях потока, опыт ые образцы которых прошли лабораторные-испытания.

Конструктивно формирователь потока для сыпучих зерновых материалов включает, легкосъемные шнек I и щелевую заслоту Я • (Рис.3), параметры которых оптимизированы по следующим условиям:

47,1[(П+2\) -а % 60 (й+г)

при

а >а

пит. шн .

Рис.I.Геометрическое представление взаимосвязи показаний влагомера, вламк сти й усилия уплотнителя

Рис.2.Реализация единой градуировочной характеристики :

1-утвержденная градуировка;

2-грздуировка по солсма, р=45кг;

3-градуирогжа по траЕякой резке, р=2Скг

где Qnj¡T -производительность питателя, » Quih "Производительность шнека, q -пропускная способность щелевой заслонки, б -площадь выпускных отверстий щелевой заслонки, Б -наружный диаметр bhhíí шнека,« , d -диаметр вала винта шнека,

X -радиальный зазор между наружной кромкой винта и

■внутренней поверхностью датчика, S -шаг витка шнека¿

R -расстояние от центра щелевой заслонки до наиболее

Удаленной точки выпускного отверстий, г • -расстояние от центра щелевое заслонки до ближней точки выпускного отверстия.

Оригинальность конструкции формирователя подтверждаете* положительным решением ВШ1Ш1Э о вйдаче авторского свидетельства.

Основным требованием к процессу сушки в высокотемпературны? сушилках является поддержание -тэкого режима» при котором бы не допускалось подгорание материала в начале и превышение егс допустимой температуры • в конце сушки ■ при максимально! "роизводательности и минимальных удельных'затратах тепла.

Выработка , рекомендаций для ' исключения недогрузи оборудования, перерасхода топлива ' и предотвращения аварийны: -режимов работы агрегата требует моделирования кинефчки i сушки» Различные подхода к исследованию и, решению, этих. зада1 предложены A.B.JT-ковым и Л..А.Кай-рисом, однако результаты и: ■ исследований чо-первых имеют п'\пуэмпирический. характер,- '-во вторых, могут использоваться только Для тех материалов и режима при которых они получены. Кроме- того они не связань с технологи . ческими параметрами процесса и нб охватывают критических режимов •работа оборудования. . "/ ,.;''.• :

ч/ Г—

Рис.3.Влагомер с формирователем потока для сыпучих зерновых материалов.

1-ишек; г

2-щелевая заслонка