CC BY
18
2. Пат. №130058 РФ, МПК F 28 D 15/00. Система обеспечения теплового режима редукторов механической трансмиссии транспортного средства / А.А. Долгушин, А.Ф. Курносов — №2013109900; заявл. 05.03.2013, опубл. 10.07.2013. Бюл. №19.
3. Долгушин А.А. Подогрев транспортных средств / А.А. Долгушин, А.Ф. Курносов // Сельский механизатор. - 2013. — №2. — С. 38-39.
4. Курносов А.Ф.Подогрев механической коробки передач транспортных средств сельскохозяйственного назначения в условиях Сибири: дис. ... канд. техн. наук / А.Ф. Курносов. — Новосибирск, 2016.
5. Долгушин А.А. Глушитель-рекуператор отработавших газов / А.А. Долгушин, Ю.А. Гуськов, А.Ф. Курносов и др. // Материалы VII региональной науч.-практ. конф. / Новосиб. гос. аграр. ун-т. — Новосибирск, 2015. — С. 251-254.
Reference
1. Pat. №119086 RF, MPK F 28 D 15/00. Sistema podogreva mehanicheskoj transmissii i podveski transportnogo sredstva (Heating System of Car Mechanical Transmission and Car Suspension), A.A. Dol-gushin, A.F. Kurnosov, S.P. Shvedov, No 2012101908, zajavl. 19.01.2012, opubl. 10.08.2012 g. Bjul. No 22.
2. Pat. №130058 RF, MPK F 28 D 15/00. Sistema obespechenija teplovogo rezhima reduktorov mehanicheskoj transmissii transportnogo sredstva (Thermal Conditions System for the Reductors of Vehicle's Mechanical Transmission), A.A. Dolgushin, A.F. Kurnosov, No 2013109900, zajavl. 05.03.2013, opubl. 10.07.2013. Bjul. No 19.
3. Dolgushin A.A. Podogrev transportnyh sredstv (Vehicles Heating), A.A. Dolgushin, A.F. Kurnosov, Sel'skij mehanizator, 2013, No 2, PP. 38-39.
4. Kurnosov A.F.Podogrev mehanicheskoj korobki peredach transportnyh sredstv sel'skohozjajstven-nogo naznachenija v uslovijah Sibiri (Agricultural Vehicles Manual Gearbox Heating in the Environment of Siberia), dis. ... kand. tehn. nauk, A.F. Kurnosov, Novosibirsk, 2016.
5. Dolgushin A.A. Glushitel'-rekuperator otrabotavshih gazov (Exhaust Silencer and Recuperator), A.A. Dolgushin, Ju.A. Gus'kov, A.F. Kurnosov i dr., Materialy VII regional'noj nauch.-prakt. konf., Novo-sib. gos. agrar. un-t, Novosibirsk, 2015, PP. 251-254.
УДК 631.363 ГРНТИ 68.85.39
Доценко С.М., д-р техн. наук, профессор; Маркин Д.А., аспирант; Вараксин С.В., канд. техн. наук, доцент; Гончарук О.В., канд. техн. наук, доцент; ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ, г. Благовещенск, Амурская область, Россия Е-шаИ: [email protected]
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕ-ЭКСТРАКЦИОННОГО УСТРОЙСТВА
Рациональное использование соевого зерна и продуктов его переработки связано не только с наличием протеина, минеральных веществ, жира и витаминов. Необходимо еще и обеспечить повышение поедаемости сои и биологической доступности протеина. Поэтому основной путь повышения продуктивности животных - это решение вопроса переработки такого высокобелкового продукта как соя. После анализа литературных источников была составлена схема классификации технологических операций и устройств по получению соевых композиций. Также разработана формализованная структурно-функциональная схема устройства для получения соево-корнеплод-ных продуктов. Представлены результаты исследований по выделению путем экстракции необходимых для сельскохозяйственных животных питательных соево-зер-новых, соево-морковных и других композиций. Было установлено, что для эффективного процесса извлечения питательных веществ из соевых композиций и большего их
количества за более короткий промежуток времени необходимо создание измельча-юще-экстракционного аппарата. К тому же приводятся обоснования параметров и процессов аппарата для получения заменителя цельного молока (ЗЦМ).
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: СОЯ, ЗАМЕНИТЕЛЬ ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА, МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕ-ЭКС ТРАКЦИОННЫЙ АППАРАТ
UDC 631.363
Doczenko S.M., Dr Tech. Sci., Professor; Markin D.A., Postgraduate;
Varaksin S.V., Cand. Tech.Sci., Associate Professor; Goncharuk O.V., Cand.Tech. Sci., Associate Professor, Far Eastern State Agrarian University, Blagoveshhensk, Amur region, Russia E-mail: armahem21 @mail.ru
EXPERIMENTAL AND THEORETICAL ASPECTS OF THE DESIGNING THE SHRED-EXTRACTION DEVICE
Rational use of soy and its derivative products is connected not only with the presence of protein, minerals, fat and vitamins. It is also necessary to enhance eating capacity of soy and biological accessibility of protein. Therefore the main way to increase the productivity of animals is a solution of the problem of processing of high-protein products such as soy. Having analyzed literature the authors made up classification scheme of technological operations and devices for soy compositions production, also developed a structural andfunctional diagram of the device for soy root products. We presented the findings of investigations on producing necessary nutrients for the farm animals by extracting soy-grain and soy -carrot and other compositions. It was found out that in order to have more effective extraction of nutrients from soy compositions it is necessary to design a shred-extraction device. The article also presents the substantiation of the parameters and processes of the whole milk substitute machine (WMS).
KEY WORDS: SOY, WHOLE MILK SUBSTITUTE, MULTIFUNCTION DEVICE, SHRED-EXTRACTION DEVICE.
Введение. Существенной проблемой сегодняшнего для в кормопроизводстве является несбалансированность рационов по протеину, витаминам, а также макро и микроэлементам [1]. Решение данной проблемы в отношении молодняка сельскохозяйственных животных возможно путем использования соево-зерновых и соево-морковных композиций при приготовлении заменителей цельного молока, а также белково-витаминных добавок, содержащих вещества природного происхождения [2]. Однако внедрение данных подходов в практику сдерживается отсутствием технических средств, для их реализации. В этой связи исследования, направленные на решение данной проблемы, являются актуальными.
Цель исследования. Экспериментально-теоретическое обоснование схемы
и параметров многофункционального устройства (МФУ) для получения инновационных продуктов на основе соево-рас-тительных композиций.
Задачи исследования: на основе предложенной классификации технологических операций и устройств для получения продуктов с использованием семян сои разработать формализованную структурно-функциональную схему МФУ; обосновать параметры МФУ на основе полученной математической модели экспериментального процесса
На первом этапе исследований проведен анализ технологических операций и устройств для получения белково-вита-минных продуктов на основе соево-корне-плодных композиций. В результате анализа разработана схема их классификации (рис. 1), которая позволяет определить
перспективное направление в разработке технических средств данного назначения.
На основе проведенного анализа существующих технологических средств для реализации процессов экстракции белковых и других веществ из продуктов различного назначения, в процессе их измельчения в водной или другой среде, разработана формализованная структурно-функциональная схема устройства для получения соево-корнеплодных продуктов кормового и пищевого назначения (рис.2).
При рассмотрении процесса извлечения питательных веществ из СКК будем исходить из того допущения, что скорость
dK
приращения концентрации веществ —пропорциональна достигнутому уровню питательных веществ, то есть что относительная 1 dK
скорость роста -— остается постоянной.
Закон, определяющий достигнутый уровень концентрации питательных веществ в зависимости от времени их экстракции, находится из дифференциального уравнения:
1 dK dK
— • — = у или — = К • у, К dt dt и
(1)
где у - эмпирический коэффициент, характеризующий состав сырья в исходных композициях (у>0).
Решение данного уравнения имеет вид экспоненты:
К = с • е, (2)
где с - постоянная, характеризующая некоторый начальный уровень извлечения питательных веществ.
При резком изменении условий экстракции, что характерно для момента выхода пульпы из междискового пространства, экспоненциальный закон роста концентрации не может сохраниться. В этой связи процесс извлечения питательных веществ можно представить следующим дифференциальным уравнением:
Ж
— = у ■ К(А - К)(у > 0; 0 < К < А), (3)
где А - характеризует максимальное значение концентрации питательных веществ в экстра-генте (воде)
Рис. 1. Схема классификации технологических операций и устройств по получению инновационных продуктов на основе композиции
Рис. 2. Формализованная структурно-функциональная схема устройства для получения соево-корнеплодных продуктов
Относительная скорость роста концентрации питательных веществ в данном случае приобретает характер линейной: 1 dK
1^ = У(А-К). (4)
Данное уравнение есть уравнение с разделяющимися переменными.
Разделив переменные и взяв интегралы от обеих его частей, получим, что:
¿К г ¿К
= у^, или ] ——^ = уг + с, (5)
К(А - К)
К(А - К)
В связи с тем, что: ¿К
г ¿К = 1 г /1 1 ч
1 К(А-К) = А] \К + А-К/ 1К
¿К
1
= А1пА
К
(6)
то можно записать следующее решение уравнения:
1^1
л1п^к + а1пс = ^ (7)
Полученное решение можно преобразовать путем потенцирования: СК
= еА^; СК = (А - К) ■ еА^; (8)
А- К
К = (с + еА^) = А ■ еА^; К =
А ■ еА^
с + еа^
, (9)
Окончательно имеем, что:
К=
А
(10)
1 + с ■ е-А^'
Анализ данного выражения показывает, что основными факторами, влияющими на эффективность процесса извлечения питательных веществ из соево-кор-неплодной композиции, являются продолжительность экстракции (время омывания частиц водой), а также параметр А, который характеризует интенсивность извлечения питательных веществ в начальный момент прохождения экстракционного процесса.
Следовательно, с целью повышения эффективности в части извлечения большого количества питательных веществ за более короткий промежуток времени, необходимо создание измельчающе-экс-тракционного аппарата, обеспечивающего интенсивное воздействие его рабочего органа на измельчаемый продукт, быстрое разрушение его на более мелкие
частицы и интенсивное их омывание водой. Данным требованиям в полной мере отвечает дисковый рабочий орган с активной истирающей поверхностью в виде металлического ворса, размещенного на дисках (верхнем и нижнем) кольцеобразно (рис. 3)
Рис.3. Схема к расчету параметров устройства (ИЭА)
В соответствии с решаемой технической задачей необходимо найти траекторию движения частицы по ворсистой поверхности нижнего диска, имеющего радиус - Rд при условии, что верхний диск неподвижен, а нижний вращается с угловой скоростью - ю.
Примем точку О за начало координат, а за угол а, угол образованный с осью ОХ касательной в произвольной точке А (х; у) искомой кривой. При этом, через угол ф обозначим угол, образованный с осью ОХ радиусом-вектором этой точки. В этой связи имеем, что а=ф+у (рис. 4).
Для данного равенства тангенсы этих углов будут равны
= ^-т, (11)
В связи с тем, что tg а = ^у, atgф=y/x, то в результате имеем
¿У = (У/х) + У dx 1 УУ/х,
(12)
где принято, что tg^=y,
а потому уравнение (12) есть однородное
уравнение.
Рис.4. Схема к определению уравнения траектории движения частиц пульпы в водно-соево-корнеплодной композиции
Примем, что у/х=р и, тогда ^ = х ^ +
у и, следовательно получаем уравнение с разделяющимися переменными: ар р+у
х Т" + Р =
dx
dY
1 - YP
или х(1 -yp) ~ = Y(P2 + 1), (13)
Разделяя переменные получим, что:
1 — Y • P dx
Г -dp=Y—, (14)
P2 + 1
В результате получаем общий инте-
грал:
Y
агС^ р — ^-1п(р2 + 1) = у1пх — у1пс, (15)
После определенных преобразований, имеем, что:
(х2 + у2)0'5 = с ■ егагс18у, (16) В полярных координатах общее решение данного уравнения имеет следующий вид:
ф
R8i = с ■ е?, (17)
Таким образом, теоретическим анализом подтверждена гипотеза о том, что в данном рабочем органе в составе водно-соево-корнеплодной пульпы частицы продукта движутся по траектории являющейся логарифмической спиралью.
В результате эксперимента необходимо было установить следующую зависимость: У1-з=Кпв=Г(ю; Б;Д)^шах. В качестве управляемых факторов приняты: го-
угловая скорость вращения нижнего диска, имеющая размерность - с-1; F-плотность размещения ворса, имеющая размерность - шт./см2; Д - зазор между дисками, имеющая размерность - мм.
В качестве критерия оптимизации процесса принят показатель характеризующий выход сухих веществ в экстрагент (воду) К пв,
На основе проведенной математической обработки экспериментальных данных получены следующие математические модели:
в кодированном виде: Y1 = 13,03 + 1,24 • X1 + 0,96 • X2 +1,2 • X3 +
+ 0,3 • X1 • X3 —1,71 • X2 -1,29 • X2 -1,35 • x2 ^ max
Y3 = 12,71 +1,36 • Xj +1,06 • X2 +1,12 • X3 + + 0,34 • X1 • X3 —1,42 • Xj2 —1,24 • X^ —1,25 • x2 ^ max
Y2 = 13,38 +1,34 • X1 +1,02 • X2 +1,24 • X3 + + 0,33 • X1 • X3 —1,78 • X2 —1,38 • X2 —1,33 • x2 ^ max
в раскодированном виде: КПВ1 = —38,61 + 0,29 • га + 0,52 • F +
+ 5,26 • A + 0,007 • га • A —
— 0,001 • га2 — 0,003 • F2 —1,35 - A2 ^max КПВ2 = —42,46 + 0,31 • га + 0,57 • F +
+ 5,61 • A + 0,008 • га • A — 0,001 • га2 —
— 0,003 • F2 —1,33 •A2 ^ max
КПВ3 = —35,33 + 0,24 • га + 0,51 • F + + 5,4• A + 0,008•га •A —
— 0,0009 •га 2 — 0,003 • F2 —1,25 • A2 ^ max
Адекватность полученных моделей, по результатам регрессионного анализа, с вероятностью Р=0,95, при коэффициентах корреляции Ri= 0,98, R2=0,97 и R3=0,95 подтверждается неравенством Fr>Ft.
В таблице 1 приведены области экстремальных значений факторов Xi, Х2и Хз, при которых критерии оптимизации Yi-з стремятся к максимальному значению. На основе этих данных проведена графическая интерпретация полученных зависимостей в виде поверхностей и их сечений
(рис. 5-7).
Таблица 1
Области экстремальных значений
Критерий Xi / щ X2 / F Хз /А Yi-з / Кпв1-з
Yi^max 1,09 / 136,5 1,07 / 89,0 1,06 / 2,3 12,0 / 12,0
Y2^max 1,07 / 165,4 1,07 / 95,0 1,04 / 2,6 12,5 / 17,5
Ys^max 1,15 / 145,0 1,19 / 85,0 1,34 / 2,6 12,0 / 10,8
15
10 5 0
В»1
]10-15
5-10
I
^ -°'6 -°'2 0,2 0,6 х
0-5
W 0,2
1 Х3
Х2
Рис.5. Поверхность отклика Yi=f(Xi=1,09;X2;X3)^max и ее сечения
12-14
Рис.6. Поверхность отклика Yi=f(Xi;Xí=1,07;X^3)^max и ее сечения
12-14
—- -j.
Х1 п с
П 1
-0,2
0,2
0,6
- 1 -0,6 -0,2 0,2 0,6 Л
lililí Х2 i i 1
Рис.7. Поверхность отклика Yi=f(Xi;X2;X3=1,06)^max и ее сечения
Заключение. На основе проведенных исследований разработана формализованная структурно-функциональная схема МФУ, а также получены рабочие формулы для расчета кинетических и кинематических параметров процесса и устройств данного типа.
Получена модель экстракционного процесса, осуществляемого с помощью предложенного МФУ, на основании которой обоснованы оптимальные значения устройства при его работе на соево-расти-тельных композициях.
Список литературы
1. Комбикорма, кормовые добавки и ЗЦМ для животных справочник/ Под редакцией Крохиной В.А. - М.: Агропромиздат, 1991. - 294 с.
2. Вараксин С.В. и др. Механико-технологические основы повышения эффективности приготовления кормовых продуктов с использованием соево-зерновых смесей / Монография. - Благовещенск: изд-во ДальГАУ, 2014. - 268 с.
Reference
1. Kombikorma, kormovye dobavki i ZTsM dlya zhivotnykh spravochnik (Mixed Fodder, Feed Additives and WMS for Animals: Manual), pod redaktsiei Krokhinoi V.A., M.: Agropromizdat, 1991, 294 p.
2. Varaksin S.V. i dr. Mekhaniko-tekhnologicheskie osnovy povysheniya effektivnosti prigotovleniya kormovykh produktov s ispol'zovaniem soevo-zernovykh smesei / Monografiya (Mechanic and Technologic Foundations of Enhancing Efficiency of Preparing Feedstuff with the Use of Soy-Grain Mixtures: Monograph), Blagoveshhensk, izd-vo Dal'GAU, 2014, 268 p.
УДК 631.365 ГРНТИ 68.85.35
Козлов А.В., ст.преподаватель;
Щитов С.В., д-р техн. наук, профессор;
Кривуца З.Ф., д-р техн. наук, доцент;
Иванов С.А.,д-р техн. наук, доцент;
Щегорец О.В., д-р с.-х. наук, профессор.
ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ,
г. Благовещенск, Амурская область, Россия
E-mail: [email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА ЗА СЧЕТ ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Снижение удельных энергетических затрат на сушку зерна, и прежде всего топлива, является первоочередной задачей при совершенствовании существующих технологий сушки и конструкций зерносушилок. В связи с этим актуальным является проведение исследований, направленных на определение путей выбора рациональных методов и режимов сушки зерна на основе моделирования тепломассопереноса в камерных сушилках напольного типа и, как следствие, повышение эффективности использования действующих камерных сушилок. Особенности процесса сушки зерновой продукции выявляются по характеру изменения локальных влагосодержания и температур с течением времени, поэтому экспериментальные закономерности необходимо рассматривать одновременно в их взаимосвязи. Изменения средних параметров влаго-содержания и температуры зерна с течением времени в первую очередь определяются закономерностями взаимодействия зерна с сушильным агентом, то есть внешним тепло- и массообменом. В статье рассматривается вопрос о выявлении закономерности влияния кинематических параметров сушильного агента на плотность теплового потока при различных высотах зернового слоя в сушильной камере. Приведенные исследования показывают, что с уменьшением слоя зерна скорость сушки увеличивается и достигает максимального значения для слоя зерна в 0,1 м. При увеличении скорости продувки зерна сушильным агентом скорость сушки возрастает. Температурный коэффициент b является величиной переменной и не зависит от толщины слоя зерна, что подтверждает взаимосвязь между переносом влаги и тепла в процессе сушки зерна. Однако, изменение плотности теплового потока с увеличением толщины слоя зерна уменьшается по параболической зависимости. Дальнейшее увеличение времени продувки более 5ч с учетом изменения скорости воздушных потоков приводит к незна-
