автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технология и пресс для гранулирования кормолекарственных смесей

Рязанский.сельскохозяйственный институт имени профессора П.Л.Костычева

На правах рукописи

УДК 6iU.mi63e.ot

.¡ЩЯГШ Евгений Александрович

ШВОШШ И ПРЕСС да 1РАШШР0ВАЯШ КОВЛОЛЕКАРСТВЕННЫХ (¿¡ЕСЕЙ

Специальность 05.20,01 -Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой стелена кандидата технических наук

Рязань - 1992

Работа ЕЫполнена в отделе "Механизация еиеотноеодства' ВШ1ПГШЭСХ г.Зернограда

Научные руководители -доктор технических наук,

профессор КРАСНОВ И.Н.

кандидат технических наук,

доцент КРАМАРЕНКО А.Н.

Официальные оппоненты-доктор технических наук;

Игнатьевский Н.Ф., кандидат технических наук, доцент Челкшев С.В.

Ведущее предприятие -Северо-Кавказская ордена Тру-доеого Красного знакени государственная кашино-испнтатель-ная станция.

Защита состоится " 2__" июля 1992 года на заседании специализированного сонета K-I20.09.0I Рязанского сельскохозяйственного института по адресу:390044, г.Рязань,ул.Костычева,1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рязанского сельскохозяйственного института.

Автореферат разослан " 30 " . ..¿¿¿Uf 1992 г.

N

Учений секретарь . .,.'

специализированного соЕета З.И.^есги'.оа

ОДЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЛЕОТИ

Актуальность томи. Развитие килотноЕОДСтва.поЕыпение сохранности поголовья и продуктивности сельскохозяйственных кивотных, улучшение качества животноводческой продукции непосредственно зависят от проведения своевременной профилактики и лечения заболеваний кивотных.Высокий ущерб кивотноеодстеу приносят гель-минтозные заболевания.Зараженные кивотные создают постоянную угрозу их распространение,в том числе,и на человека.Гельминты значительно сникают рост и развитие молодняка,их продуктивность, ослабляют иммунитет при инфекционных заболеваниях.

В настоящее время для проведения противогельминтозных мероприятий широкое распространение получил метод группового скармливания КормолекарстЕешшх смесей.Одной из наиболее прогрессивных технологий производства лекарственного корма является процесс приготовления рассыпных кормолекарстЕеншх смесей на базе установки УКС-1.

Существенными недостатками данной технологии являются раздра-кащее воздействие частиц (особенно препарата) смеси на слизистую оболочку при дыхании киеотных,плохая смачиваемость частиц,неизбежность потерь при раздаче приготовленной смеси.Кроме того,данная технология преполагает производство лекарственного корма непосредственно на-местах проведения противогельминтозных мероприятий и исключает возможность их транспортировки даже внутри хозяйств из-за сегрегации компонентов смеси.

Значительно уменьшить данные недостатки возмокко путем прессования лекарственного корма в гранулы (брикеты).Однако средства вх приготовления и технология ЕСё ещё.не отработаны.

В связи с этим совершенствование технологии в прессового оборудования,не ухудшающего качество готового продукта,является

актуальным,имеет научное и практическое значение.

Работа выполнена е соответствии с планом научно-исследовательских работ ВНИПТИМЭСХ "Усовершенствование существующих, разработка и внедрение новых технологических процессов промышленного производства свинины на фермах а комплексах на основе применения автоматизированных комплексов машин.прогрессивной организации производства работ в Южной степной зоне РСССР" -0.51.25.26.К.

Цель работы - повышение эффективности использования лекарственных смесей путем совершенствования технологии и оборудования для приготовления' кормолекарственных гранул.

Объект исследования.Технологический процесс и оборудование, : обеспечивающее качественное смешиганне в приготовление гранул из кормолекарственных смесей.

Методика исследования - включает изучение состояния вопроса по литературным источникам,теоретический анализ процесса приготовления гранул и экспериментальное обоснование параметров и ренимов работы пресса,определение экономической эффективности от реализации результатов исследования.

При проведении теоретических исследований использовались извес-.тные положения теорий прессования упруго-вязко-пластических материалов применительно к сжатию материала зубчатыми колесами.

Рассмотрены кинематические особенности авольвентного зацепления с цельи их использования для ускорения начала воздействия рабочих органов на материал.

При реализации экспериментальных исследований применялись методы математической статистики.теории вероятностей,теории пла-Н!;роЕШ1ця активного многсфакториого эксперимента.Использованы т;и;-.;е стандартные и частные методики,приборы и установки.

Научная новизна. Определены основные физико-механические свойства корыолекарственннх смесей.Получены математические модели скатил в релаксироЕания напряжений смеси,энергоёмкости процесса гранулирования и крошиыоств конечного продукта.ВидЕи-нута гипотеза эффективности гранулирования КЛС зубчатым прессом (путей рптиыизадии физико-кеханических свойств исходной смеси и параметров пресса) .коюрая подтверждена в ходе исследования.

Разработан технологический процесс гранулирования кормо-лекарственных смесей,определены оптимальные Ееличи1Ш влажности cueca,массовой доли препарата,режиш работы пресса,обеспечи£ак>-щве получение качественных гранул с сохранением лечебных сеойсте препаратов.

Практическая пенность. Уточнена методика инженерного расчета пресса.Использование её с установленными нами закономерностями саатвя,проталкивания,а также производитсаьноств,работы и энергоеы-. в ости позволяет рассчитать основные •параметры пресса и оценить его еффевтнвность.

Установлены оптимальные параметры зубчатого пресса.времени ввдеркга гранул и его фальерах,состав а свойства кориолекарствен-нш: сш2сей.Ус?Щ10Влена производственная эффективность вспользо-вппая гранул 2 свиноводстве.

Апробация. Основные положения работы.доложены и одобрены на научно-практвчесавх кмференциях ВШЩЧШЭСХ (1990,1991 г.г.), Ланннградсного TU (.1991 г.), Рязанского СХИ (1991г.).

Публикация. По результатам исследований опубликовано 3 печатные работы.

Структура в обьеи рабо-уы. Диссертация изложена на 135 страна-г пах основного тек ста, включая 13 таблиц в 26 рисунков и содержит сведение,пять глав.обове выводы,список использованной литературы ва 136 ваяиежшавва.в той числе 5 на иностранных языках к

приложения на 41 странице.

Во введении показана актуальность темы,её народнохозяйственное значение и основные положения,заносимые на защиту.

В первой гладе рассматриваются свойства кормолекарстЕенных смесей и их значение для лечения и профилактики заболеваний сельскохозяйственных животных.

Дан анализ технологий приготовления рассыпных кормолекарстЕенных смесей,а также применяемых для этого средств механизации; обзор исследований рабочих органов и оборудования,используемых для прессования лекарственного корка в гранулы (брикеты).

- На осноге анализа известных технологий и обзора исследований в этой области знаний обосновывается рациональная технология производства гранулированного лекарственного корма с использованием прессового оборудования,оснащенного зубчатыми рабочими органами. Здесь же поставлена цель и задачи исследования.К ним относятся: -определение основных физико-механических свойств кормолекарст-Еенных смесей;

-аналитическое определение зависимостей процесса гранулирования смесей зубчатым рабочим органом;

-исследование влияния физико-механических свойств смесей на технологический процесс,релаисацию напряжений и энергоемкость гранулирования;

-оптимизация параметров состояния исходной смеси; -оптимизация параметров пресса и режимов его работы; -оценка эффективности использования кормолекарственнцх смесей и экономичности технологического процесса.

Во второй главе приводится описание предлагаемой технологии (рисЛ) и оборудования для производства гранул из кормолекарствен-1шх смесей.В состав обор удования ЕХодпт:бункер лскарс-кенкых пре-

Схема те*нОА02ичесто процесса прошЬоуст&г кортетрсткнных гранул

Рас. i

паратое,дозатор,питатель наполнителя,мельница для размола препаратов .смеситель малый для приготовления рабочего премикса,смеситель для приготовления лекарственной кормосмеси.дозирукщее устройство води,бункер-питатель,зубчатый пресс,транспортер,конвейер возврата крошки .накопитель кондиционных гранул.

При аналитическом рассмотрении вопросов гранулирования зубчатым прессом приняты следующие допущения:

1.Подача материала ненормируемая и ограничивается лишь условиями самозахЕата смеси зубчатыми колесам;;.

2.Сжатие смеси начинается в суживающемся пространстве мевду зубчатыми колесами и мокет заканчиваться,в зависимости от Еыбран-ных соотношений параметров пресса,до, в момент^или после'образования ограниченной закрытой камеры прессования во впадине колеса.

3.Проталкивание сжатой смеси начинается с момента превыпения действушей силы схатия над силой сопротивления,зависит от силовых параметров и не определяется геометрией зубьев колес.Факторами, существенно влияющими на сопротивление проталкивания,яеляются геометрия канала (прессовального) и его длина.

4.При вращении сопряженных колес (равновеликих) объемы зубьев, входящие во впадины соседнего колеса,взаимно равны,поэтому сжатие смеси можно приравнять к уплотнению материала цилиндрическими Еальцами до момента образования закрытой камеры во гпадине -угол ?1(Рис.2 ).

Начало сжатия материала мевду колесами определяется приведен» ньц углом трения ? (частиц между собой в о поверхность стальник колес).Сжатие материала до начала образования закрытой Камеры Зй гпадине колеса еозмояло в случае,если

Рис.2

Рис.2.Кинематика зубчатого зацепления: угол образования закрытой камеры сжатия;

е(е-угол радиус-Еектора эвольвенты в Еершше зуба; б(-угол зацепления;

V-приведенный угол трения; Р -полюс зацепления;Я. -радиус начальной окружности; Н-толщина слоя смеси.

По известному уравнению Е.А.Рыбкина и А.А.Усога —,

( I •) ,где §-число зубьеЕ колес; £-коэффициент перекрытия.Для более раннего образования закрытой камеры прессования необходимо максимально использовать предельную линию зацепления,т.е. е этом случае & & Ъ.тогда ^в^«!- <-4|—,(2).

Из анализа уравнения (2) Еытекает.что с увеличением числа зубьев колес угол образования закрытой камеры приближается к углу зацепления (сборки).

Рис.3.Схема движения смеси „Н-толщина слоя смеси

I

! е процессе вращения колес, ы; Су -угловая скорость вращения колес.с-^;

-время,с; сГ -радиальный зазор,м, <Г=0,25/Т); 1л-модуль зубьев,ы.

Рассматривая схему движения смеси при Ерашении колес (рис.3) ■ ыокно заключить,что изменение толщины слия описывается выражением:

~т{ У - ш1)} + сГ , (3)

- о _

Предельное значение: степени сжатия определяется зависимостью

Лпред.»Нве/Н^ш 1-с<я?)-Л, (4) или

Я пред. «Ч2(*-си"0 4*. (5)

Следовательно,возмокности пресса зубчатого типа по степени скатил прямо пропорциональны диаметру колес ,а при использовавши колес одного модуля -числу зубьев колес.

Масса слоя материала (Рис.2)„проходящего через сечение толщиной Н за I сек будет НвЯ>саб Ч1 > (6 ) где ^-исходная плотность смеси,кг/м^; В -ширина колес,м.Тогда с учетом'выражения (4) секуднал производительность: О, к г/с (7 ).

Сжатие смеси на дуге окружности колеса от ^ до ^ происходит за промежуток времени:^ а ( V- / си ,с (8 ) доуплотнение и проталкивание порций смеси в отверстия за время-¿£П= ^/и>,с (9)

Затем материал,находящийся е прессовальном канале совершает почти полный оборот без внесшего воздействия,а напряжения в нем обусловлены остаточной упругой деформацией и ураЕНовешивгощими силами трения "&СЕгг (21/-'?) /м ,с (10 ) .После .этого порция вновь испытывает возрастающее внешнее воздействие от новой снимаемой и впоследствии проталкиваемой порции материала.Цикл может состоять пз нескольких кагружений.пока порция выйдет из канала

^ц3 ♦ -Зг <с' (11) где я-число после"

дуганих нагрухений смеси.

Время пребывания порции материала в матрице (суммарное) можно принять как -Сц/^л число циклов П = ¿м тогда общее время до Еыхода порции = . '-И ,с (12 ) или

Второе слагаемое выражения (13) характеризует длительность

релаксационных процессов е напрякенном слое смеси.

Сила сопротивления еращению колес определяется выражением

&~о,5аВ9'еРо*ехад(Я~') ,(14) гдее8 Рс -

коэффициенты,зависящие от физико-механических сеойсте материала; £- коэффициент трения; Д -степень сжатия.

Момент сопротивления сжатию материала определится: нс= (15 ).Тогда мощность,приведен-

ная к оси вала,необходимая для скатил смеси равна

» о^аВ ешр° {Х"'1), (<б)

Энергоемкость процесса гранулирования лекарственного корма зубчатым прессом (без учета мощности холостого хода) определяется фоо-моой 1 - а ^ % * К" ,Т7,

где -коэффициент¿учитывающий затраты мощности на сталкивание материала с перемычек,сдвиг и проталкивание гранулы по матричному каналу; К - коэффициент возвратимих.потерь из-за неплотностей соединения сопряженных элементов рабочих органов пресса.

Из анализа формулы (17) вытекает,что-энергоемкость процесса определяется физико-механическими и технологическими свойствами смеси и модулем зубчатого зацепления.

В третьей главе излокены программа и методика экспериментальных исследований процесса гранулирования лекарственных кормосмесей зубчатым- прессом, приводится описание экспериментального бинтового пресса, лабораторно-произродстЕенной технологической линии для приготовления и гранулирования лекарственного корма,контрольно-измерительной аппаратуры и способов измерения и тарировки.Дана методика планирования и проведения активных экстремальных опытов.

С целью оптимизации параметров состояния исходной смеси и режимов работы зубчатого гранулятора были реализованы два трехфакторных эксперимента.

-10 - |

I

I

В результате изучения априорной информации.аналитических исследоЕа| ний, поисковых опытов в качестве факторов в : первом эксперименте. ; выбрали:влажность смеси С (Х^), кассовая доля препарата В (Х^)» время видерЕКи навески смеси под давлением (Х^)1Б0 втором эксперименте Ш-моду ль зубчатого зацепленияЛ1(Х£).частота еращения рабочих колесС^).подача кормолекарстЕеннпй смеси на гранулирование О (Х3). В качестве критериев оптимизации в первш эксперименте выбраны:давления снатия Р ( ) и коэффициент релаксации напрякений Крвд(У5); во втором эксперименте - энергоемкость процесса гранулирования Э С У^ ) и крошпмость гранул (У?).

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования, проведен их анализ,а такке проверка на сходимость тео- . ретических предпосылок эмпирическим данным.

Проведенные исследования позволили определить влияние факторов на процесс гранулирования кормолекарственных смесей.Получены математические модели е виде полинома второй степени для давления скатил ( ) и коэффициента релаксации ( )

Уц= 79,47 - П,83Х1+ 6,86Х2+0,66X^-8,ИХ^ +0,ЗХ§-1,2^| , (18 ) У* = 13,32 + 2,38X^0,91X2+1,23X3-1,13X1 (19 )

.Анализ моделей осуществлялся с использованием метода двумерных сечений.Анализ моделей позволил определить оптимальные значения факторов,которые для давления Р =53...60 Ша (рис.4) принимают значения С =20,5...21.СЙ, &= 0,1...2,75?;для коэффициента ре. лаксацпиЙрц=15,5...16,0 (рис.5) приннмдют значения С— 19,3...21$, О =0,1...1,'55*, £=56...60 с.

Рис.4.Двумерные сечения 'поверхности отклика.характеризующей давление скатил при =45 с.

Рис.5.Двумерные сечения поверхности отклика,характеризующей коэффициент релаксации при Б = 3,С$„ .

Для решения задачи оптимизации параметров зубчатого пресса и режимов его работы после реализация эксперимента по плану Бокса-Бещшна были получеш математические'модели,уравнения регрессии которых имеют следующий вид:

для энергоемкости:Уб=1В,39 -1,60X^1,05Х2+1,73Х3-1,44Х1Х3-1,28Х2Х3+ +1,95 Хо , (20 ).

Рис.б.Дсумерныз сечения для изучения влияния факторов и Х2 при Х3=0 на показатели энергоемкости процесса гранулирования и крошимости гранул ( компромиссная задача)

Для кро:::имостп: У7= 18,41 -1,ОЗХ1+4,94Х2+ +0,85Х3+1,59X2X2+1,01Х1Х3+

+2,8?х| , (21 ).

го 25 ¿0 ¿5 Частота Ьрашем, мин'1

Анализ моделей проводился тем же графическим методом (при помощи двумерных сечений -Рис.6),в ходе'которого решалась компромиссная задача.Решение этой задачи позволило выявить оптимальные значения факторов,которые находятся в пределах $ =0,097...О,105 кг/с, П =29,05...31,45 мин"1, Ш = 15,5...16 мм.

При этом энергоемкость гранулирования составляет 17,0...18,О квт о ч/т при крошимости не превышающей 19,5 %.

Статистическая обработка опытных данных включала оценку воспроизводимости по критерию Кохрена,проверку значимости коэффициентов уравнений регресс:"! по доверительному интервалу с учетом критерия Стьюдента и оценку адекватности модели по критерию Оишера.

Проверка сходимости эмпирических и теоретических результатов исследований показала,что расхоадения значений не превышают 3,26 %.

В конце раздела приведены результаты хозяйственной проверки, подтверждающие устойчивость технологического процесса а эффективность пресса.

В пятой главе приведены расчеты экономической эффективности использования предлокенной технологии и оборудования для гранулирования кормолекарственных смесей.Годовой экономический эффект от внедрения их может составить 4550 рублей на одну установку (по сопоставимым ценам 1989 года). Здесь Бе представлена уточненная методика инженерного расчета зубчатого пресса.

ОЩЕ ВЫВОДЫ И ПРВДСЕЕНИЯ I.Среди физико-механических свойств КЛС наиболее значимы коэффициенты трения.Установлено,что повыиение массовой доли препарата С 0,1 % (пааакура) до 5,9 % ( нафтамона) способствует увеличению статического и динамического коэффициентов трения (для статического состояния с 0,42 + 0,05 до 0,47 + 0,01; для динамического - с 0,31 +0,СЗ до 0,37 & 0,0-1 ).

• 2.Реализация экспериментальных исследований подтвердила результаты аналитических исследований по определению основных зависимостей гранулирования КЛС зубчатым прессом.При этом относительная погрешность не превышала 3,26. %.

3.Усилие проталкивания гранул по прессовальному каналу в основном загисит от влажности КЛС и массовой доли препарата.

4.Повышение влажности КЛС (с массовой долей препарата 0,1...2,75 %) с 12 до 21 % вызывает снижение давления сжатия с 85 до 53-601,¡Па '

о

при плотности гранул е конце сжатия 1430 кг/к .

б.Кормолекарственные смеси представляют собой сложную трехфазную дисперсную среду,состоящую из твердой фазы (наполнитель и препарат).газообразной и жидкой (различные формы влаги).которые обуславливают проявление анизотропных свойств.

6.Исследования релаксации напряжений сжатой КЛС позволяет сделать еывод.что наиболее полное раесасывание напряжений проис-_ ходит у порога насыщения частиц адсорбционной влагой,что способствует возникновению более устойчивых связей между частицами КЛС и более интенсивному процессу трансформации упругих деформаций в пластические.

7.ИсследоЕания влияния массовой доли препарата на релаксацию напряжений при сжатии КЛС выяеило эффект возрастания упругих свойств смеси и снижения релаксационных процессов при увеличении дозы препарата.Это рекомендуется для применения в малых дозах сильных препаратов с целью уменьпения энергозатрат.

8.Среди кинематических,конструктивных и технологических параметров пресса наибольшее влияние на энергоемкость процесса оказывают подача материала на прессование и модуль зубчатого зацепления. Менее существенно влияние частоты вращения рабочих колес.

9.При гранулировании ОС качество гранул существенно зависит от времени нахождения в матричном канале,т.е. от частоты вращения зубчатых колес (при прессовании КЛС оптимальной влажности).Для повышения йроизЕодительности пресса необходимо увеличить ширину или диаметр рабочих колес.

Ю.Опыты по оценке эффективности применения кормолекарствешшх гранул для профилактики и лечения гельминтозов животных показали, что

-из-за невысокой температуры нагрева смеси при гранулировании не происходит разрушения структуры препаратов;

-эффективность лечения заболевания лекарственными гранулами по сравнению с рассыпными КЛС повышается,что объясняется во-первых,-более еысокой однородностью смеси, е о-в торых-; более полной переваримостью гранул.

П.Йрименение зубчатого пресса для гранулиронашл КЛС позволяет получить годовой экономический эффект по отноиегаш в технологии приготовления рассыпных КЛС до 4,55 тыс.руб.на I установку,а суммарный расчетный годовой экономический эффект составляет около 18 тыс.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: •

1.Ладыгин Е.А. Определение оптимальных условий сжатия лекарственных кормосмесей. В кн.Результаты исследований и разработки по механизации производственных процессов в растениеводстве.г.Зерног-рад.1991.

2.Ладыгин Е.А.Определение удельной работы сжатия лекарственных кормосмесей.В кн.:Результаты исследований и разработки по механизации производственных процессов в растениеводстве.г.Зерноград, 1991.

З.КрасноЕ И.П. .Ладыгин Е.А.Результаты исследований процесса прессовашш лекарственных кормосмесей зубчатым прессом.В кн^Но-Еые разработки в механизации кормоприготоЕления.Ултераалы научно-практической конференции.РязаньД991.

Подписано в печать к 120.09.01. Тиран 100 экз.

Отпечатано в НГЭ. Заказ К 600