Аналитическое обоснование параметров измельчителя корнеклубнеплодов Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Заключение. Таким образом, в результате проведенных исследований обоснованы технологические подходы к созданию кормовой добавки на основе пористого соевого экструдата и сапропеля. Разработаны технологическая и конструктивно-технологическая схемы получения кормовой добавки, включающие необходимую и целесообразную совокупность необходимых для выполнения операций и технологических средств, обеспечивающих их реализацию. Аналитическим и экспериментальным путем обоснованы параметры экструдера оригинальной конструкции, позволяющие получать экструдат пористой структуры с целью обеспечения быстрого усреднения влаги в бинарной соево-сапропелевой композиции.

Литература

1. Крохина В.А. Комбикорма, кормовые добавки и ЗЦМ для животных (состав и применение): справочник. - М.: Агропромиздат, 1990. - 304 с.

2. Штин С.М. Озерные сапропели и основы их комплексного освоения. - М.: Изд-во МГТУ, 2005. - 373 с.

3. Пат. №2116200, Российская Федерация. Шнековый пресс для производства комбикормов / С.М. До-ценко [и др.] // Бюл. изобретателя. - 1998. - № 21.

4. Теоретические аспекты разработки технологии и технических средств для приготовления высококачественных комбикормов-концентратов /С.М. Доценко, В.В. Петров, В.А. Широков [и др.] // Технология и механизация производства и переработки с.-х. продукции: сб. науч. тр. - Благовещенск, 1997. -С. 40-43.

УДК 631:363(031) Л.Г. Крючкова, С.М. Доценко

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

В статье рассматриваются результаты исследований технологического процесса измельчения корнеклубнеплодов. Установлены аналитические зависимости по расчёту параметров их высокоэффективного измельчения. Получены аналитические модели, характеризующие связь пропускной способности измельчителя с его конструктивно-режимными параметрами.

Ключевые слова: корнеплод, степень измельчения, дисковый измельчитель, математическая модель.

L.G. Kruchkova, S.M. Dotsenko THE PARAMETERANALYTICAL SUBSTANTIATION OF THE ROOT TUBER CROP GRINDER

The results of the technological process research of the root tuber crop grinding are considered in the article. The analytical dependences on theparameter calculation of their highly effective grinding are established. The analytical models characterizing the grinder throughput capacitywith its constructive and mode parameters are received.

Key words: root crop, grinding degree, disk grinder, mathematical model.

Введение. Для зоны Дальнего Востока и других регионов Российской Федерации наиболее целесообразным является замена концентратно-картофельного рациона на концентратно-корнеплодный с использованием кормовой брюквы сорта куузику. В пользу данного подхода говорит ещё и то, что данный гибрид даёт урожай до 900 ц/га с обильным количеством листовой массы. При таких показателях себестоимость производства данного гибрида свёклы в два раза ниже, чем картофеля [1, 2].

Однако данный подход к реализации указанного типа рациона возможен только при наличии технологий и технических средств по обработке указанного вида корнеплодов, так как он имеет размерные и весовые характеристики (РВХ), значительно отличающиеся от других видов корнеклубнеплодов.

Цель исследований. Установление аналитических зависимостей по расчёту параметров высокоэффективного измельчителя корнеклубнеплодов.

Задачи исследований. Получить аналитическую модель для расчёта степени измельчения корнеклубнеплодов и аналитические модели, характеризующие связь пропускной способности измельчителя с его конструктивно-режимными параметрами; на основании полученных зависимостей определить факторы и их влияние на энергоёмкость процесса измельчения 2-камерного измельчителя.

Методика и результаты исследований. В принятой нами схеме измельчения данный процесс характеризуется целевой функцией, направленной на получение продукта заданного состава и свойств в зависимости от технологических и конструктивно-режимных параметров. Функционально-структурная и конструктивно-технологическая схемы 2-камерного измельчителя корнеплодов дискового типа представлены на рисунке.

dK (t) Ф1КРП (t)

D (t)

Фкр П (t)

-КРП\ w

PBX(t)

Камера

Камера

дисковый рабочий орган с ножами

)

пальцевый рабочий орган

измельчения с диаметрально установленным упором

доизмельчения и выгрузки

/ N 1 i

^- —Г

"X"

Л2 (О

v(t)

Pl(t)

w (t)

Вид А

1 1 \

fSspJ J / Шк

б)

Функционально-структурная (а) и конструктивно-технологическая (б) схемы измельчителя корнеплодов: 1 - камера; 2 - упор; 3 - пальцевый рабочий орган

В соответствии с приведёнными схемами для выходных параметров системы можно записать целевые функции в их общем виде:

- Я = f(PBX) D%; DK; Pl; р2; W; Ф1рп; Фк2рп) ^ opt;

- v = /С Л.) ^ min;

- Nyg = f С k Qh) ^ min,

где Я - степень измельчения;

РВХ- размерно-весовые характеристики корнеплодов;

V- неоднородность гранулометрического состава частиц;

DH, DK- начальный и конечный диаметры продукта;

Pi, Р2 - плотность корнеплодов и частиц;

W- влажность продукта;

Фкрп - совокупность конструктивно-режимных параметров дискового рабочего органа с ножами; 2

крп

(1) (2) (3)

ФКрп — совокупность конструктивно-режимных параметров пальцевого рабочего органа.

ш

Согласно принятой технологической и структурной схемам измельчения корнеплодов, с помощью дискового измельчителя корнеплоды вначале разрушаются на определённое число частиц стружки в зависимости от числа ножей, а затем на определённое количество частиц продукта конечного размера ^. Данный

процесс разрушения происходит до тех пор, пока частицы не приобретут размер меньший, чем (8' + Л) и выйдут из рабочей зоны измельчителя. На основе принципа сохранения объёмов исходного и конечного продуктов получено соотношение:

оз _ сй1 • а3 + сй1 • а,3, (4)

где — число частиц диаметром ф;

д-тах —максимальный размер, образовавшейся в результате измельчения частицы.

Первый член этой суммы учитывает суммарный объём частиц, диаметры которых меньше (8' + Л), второй член учитывает объём частиц, диаметры которых больше + Л). С наибольшей вероятностью можно предположить, что вторая часть частиц будет иметь меньшую способность к усреднению содержания влаги через диффузионный процесс её передачи второму компоненту с меньшей влажностью в процессе получения двухкомпонентной смеси.

В результате анализа принято, что диффузионная способность частицы диаметром ^ пропорциональна её размеру в степени Z:

кд (й1 )_ , (5)

где Ъ - коэффициент пропорциональности.

Тогда диффузионная способность к усреднению влаги в двухкомпонентной смеси всех полученных в результате разрушения частиц корнеплодов будет равна:

кд(!1]1=16.1) _ 1,а1=(™+л) • ¿1 . (6)

Математическое ожидание среднего размера (диаметра) частиц, образовавшихся в результате первого измельчения корнеплода,

„А1=Атах , - _ Ьа.= 0

а1 _ ул1=атаХг . (/)

В этом выражении числитель представляет собой общее число частиц, образовавшихся в результате первого измельчения (первой стадии разрушения).

Обозначим его через п1, тогда из выражений (4) и (7) следует, что Бз _ й3 • П1 и тогда

*1 _ °Ъ лЧ . (8)

/ (щ) '3

Обозначив ф как вероятность сопоставления этой усреднённой размерной характеристики ^ с размером (8' + Л) при ^ > (8' + Л) • й1 _ 1, при ^ < (8' + Л) • й1 _ 0, а во всех промежуточных случаях 0 < ^ <1, то из выражений (6) и (8) получим:

Для случая, когда вновь образовавшиеся частицы со средним диаметром ^ вновь разрушаются на Щ частиц среднего диаметра й2 путём аналогии получаем, что

¿2 = В1( 1, - (10) /[П2 ,3 ' "П-1 ,3)

Тогда для частиц, образовавшихся в результате /'-го разрушения, имеем

¿г = 1, , (11)

кдМ) = Ъ^П^^^^ '•Э2. (12)

Суммарная диффузионная способность всех частиц диаметром Б и всех её образовавшихся вновь в результате Ш разрушений равна:

= (13)

С учётом выражений (8)—(10) получаем:

. г

кд(Б) = Ъ^^я^пи^^щ1-. (14)

д

Составляющая при Ъ^ В2 по физической сути является степенью измельчения корнеплодов

л' = ЦЗРПиой^щ1-*. (15)

Уравнение (15) есть аналитическая модель процесса измельчения корнеклубнеплодов в 2-камерном измельчителе. Данный показатель также учитывает, во сколько раз увеличивается диффузионная способность полученных частиц к усреднению влаги в двухкомпонентной смеси при их смешивании с компонентом меньшей влажности к моменту их конечного получения.

Значение X' зависит от числа вновь образовавшихся частиц П после снятия стружки с корнеплода и

числа разрушений - т. Величина ^ быстро уменьшается, так как мягкие по структуре частицы корнеплодов легко разрушаются на большое число мелких и, следовательно, ряд (15) быстро сходится.

Структура этого ряда такова, что для его оценки необходимо знать лишь широкие изменения П, а, т, а не конкретные их значения.

Анализ выражения (15) также показывает, что X' зависит от физико-механических свойств корнеплодов, способа их разрушения дисковым измельчителем, а также его конструктивно-режимных параметров, что возможно установить дальнейшим теоретическим анализом и экспериментальными исследованиями.

Так как по физическому смыслу показатель X' аналогичен степени измельчения, то

Л' = [Я]. (16)

Пропускная способность измельчителя дискового типа по первой его ступени (рис.) в зависимости от размерно-массовых и физико-механических характеристик корнеплодов можно представить как

Qи = 2 •Цхп^Р1^Шд, (17)

где VKn- объём корнеплода;

рг - плотность материала корнеплода; Шд- угловая скорость диска измельчителя.

В то же время с учётом снимаемой формы стружки в виде шарового пояса пропускная способность первой ступени измельчителя равна:

п _ Л^Псхр^Зг^+Зг^+НСтрУрг

Чи _-~i-, О8)

^изм

где Л1 — степень измельчения после прохождения продуктом первой ступени измельчителя; hCTp- высота снимаемой с корнеплода, принятого за шар, стружки; Г1 и Г2 - радиусы стружки по её верхнему и нижнему сечениям, соответствующим параметру hCTTp.; t^3M - продолжительность измельчения корнеплода первой ступенью.

Выражение (18) есть аналитическая модель процесса измельчения шарообразного плода. Приравнивая правые части выражений (17) и (18) и решая полученное равенство относительно t^3M , получаем:

fl _ ЬХ^Нстр^Зт^+Ът^+НСтрУрг

^изм „ п3 _ .. > (19)

Для стадии прохождения продуктом второй ступени имеем:

tI „ tII _ °>523^*d^p3 ( )

иизм ~ иизм п3 _ .. > (20)

Данная зависимость даёт полное представление о закономерностях процесса измельчения корнеплода дисковым измельчителем предложенного типа.

В то же время для второй стадии измельчения можно записать, что

4и (ki-kO ' ()

где RK- радиус камеры измельчителя; LK- длина окружности по радиусу камеры; Ак-высота камеры измельчителя аппарата вторичного измельчения (воздушно-продуктового слоя); fa — массовая доля частиц в объёме камеры дискового измельчителя; k1 и значения констант интенсивности измельчения;

V- неоднородность гранулометрического состава конечного продукта.

Выражение (20) есть аналитическая модель процесса измельчения частиц корнеплода, связывающая между собой технологические и конструктивно-режимные параметры 2-камерного измельчителя.

Энергоёмкость процесса получения частиц корнеплода требуемого конечного размера с помощью двухстадийного измельчителя дискового типа N-уд, а также с учётом достигаемой степени измельчения, определится как

МУД _ N"/ i-VI V (22)

В то же время

Nu _ Qu • Лизм, (23)

где Аизм = С1 • 1дА.3 + С2 • (Л — 1) согласно [3].

Полный расход мощности, необходимый для привода дискового измельчителя корнеплодов предложенной схемы, равен

N = (1,15 — 1,20)ЫИ. (24)

Заключение. Таким образом, в результате теоретического анализа процесса измельчения корнеклубнеплодов 2-камерным дисковым измельчителем получены выражения, позволяющие на стадии конструирования измельчителей данного типа рассчитать степень измельчения корнеклубнеплодов; параметры измельчителя в зависимости от его пропускной способности; энергоёмкость процесса измельчения корнеплодов.

Литература

1. Крючкова Л.Г., Доценко С.М., Исаченко А.Н. Технологическая линия приготовления белково-углеводного кормового продукта // Техника в сельском хозяйстве. - 2013. - № 4. - С. 10-11.

2. Пат. № 2124283, Российская Федерация. Измельчитель тыквы и корнеплодов / С.М. Доценко [и др.] // Б.И. - 1999. - № 1. - С. 15.

3. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. - Л.: Колос, 1987. - 560 с.

УДК 634.982.5 В Д. Валяжонков, Ю.А. Добрынин,

ИИ. Тихонов, А.В. Андронов

СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТРЕЛЕВКИ ДРЕВЕСИНЫ

В статье анализируется обширный научный и практический материал о способах и средствах технологического процесса трелевки древесины. На основании обобщенных данных авторы классифицируют приведенные способы трелевки с учетом научного подхода и соответствующих технических средств.

Ключевые слова: технологический процесс, трелевка древесины, классификация, способ, средство.

V.D. Valyazhonkov, Yu.A. Dobrynin, I.I. Tikhonov, A.V. Andronov

THE MODES AND FACILITIES OF THE TIMBER SKIDDINGTECHNOLOGICAL PROCESS

The vast scientific and practical material about the modes and facilities of the timber skidding technological process is analyzed in the article. On the basis of the generalized data the authors classify the given methods of skidding taking into account the scientific approach and proper technical facilities.

Key words: technological process, timber skidding, classification, method, facilities.

Введение. Технология - это наука о способах обработки сырья или полуфабрикатов, в результате чего происходят качественные изменения обрабатываемых предметов труда; к технологии также относят связанные с обработкой переместительные операции [1]. Трелевка представляет собой перемещение деревьев, хлыстов, сортиментов, полудеревьев или щепы от места валки до лесопогрузочного пункта или лесовозной дороги.

Цель исследований. Углубленное изучение технологического процесса трелевки в целях его классификации по видам, способам и средствам.