CC BY
20
Литература
1. Сковородин В.Я., Пуршель Е.Е. Исследование возможности формирования металлокерамических плёнок при финишной антифрикционной обработке гильз цилиндров геомодификаторами // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2016. - № 42. - С. 333-340.
2. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / Под ред. А Н. Резникова. -М.: Машиностроение, 1977. - 391с.
3. Крагельский И.В., Добычин Н.М., Комбалов В.С. Основы расчётов на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.
4. Дунаев А.В., Зуев В.В., Васильков Д.В. и др. Гипотезы механизмов действия ремонтно-восстановительных серпентиновых трибопрепаратов // Труды ГОСНИТИ. - 2013. - Т. 112. -№2. - 210 с.
5. Ковалевская Ж.Г., Хатькова А.В., Белявская О.В. и др. Влияние нагрева на фазовые превращения в геомодификаторе трения на основе слоистого гидросиликата // Обработка металлов. - 2013. - № 1 (58). - 125 с.
Literatura
1. Skovorodin V.Ja., Purshel Е.Е. Issledovanie vozmojnosti formirovaniia metallokeramicheskih plenok pri finishnoi antifrikcionnoi obrabotke gilz cilindrov geomodifikatorami // Izvestiya Sankt-Peterbyrgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2016. - № 42. - S. 333-340
2. Abrazivnaia i almaznaia obrabotka materialov: Spravochnik / pod red. A.N. Reznikova. - M.: Mashinostroenie, 1977. - 391.
3. Kragelskiy I.V., Dobichin N.M., Kombalov V.S. Osnovi raschetov na trenie i - M.: Mashinostroenie, 1977. - 526.
4. Dunaev A.V., Zuev V.V., Vasilkov D.V. i dr. Gipotezi mehanizmov deistviia remontno -vosstanovitelnih scrpcntcrovannih tribopreparatov// Trudi GOSNITI. - 2013. T.112. - №2. - s.134-142.
5. Kovalevskaia J.G., Hatkova A.V., Beliavskaia O.V. i dr. Vliianie nagreva na fazovie prevrasheniia v geomodifikatore treniia na osnove sloistogo gidrosilikata // Obrabotka metallov. -2013.-№1 (58).-S. 75-80.
Доктор техн. наук M.M. БЕЗЗУБЦЕВА
(СПбГАУ, ту[email protected])
Канд. техн. наук B.C. ВОЛКОВ (СПбГАУ, [email protected])
ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЛЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕХАНОАКТИВАТОРАХ
Анализ способов измельчения в магнитоожиженном слое показал, что энергоемкость продукции определяется механизмом трансформации разрушающих усилий в поверхность частиц материала и зависит от физико-механических, прочностных и реологических характеристик частиц перерабатываемого продукта. При этом основным показателем, характеризующим результаты процесса измельчения в электромагнитных механоактиваторах (ЭММА), является избирательность (селективность) разрушения. Высокий показатель селективности ЭММА предопределяет возможность получения продукта с заданным технологией гранулометрическим составом [1]. Выявлено, что оптимизацию процесса измельчения целесообразно проводить на основании анализа закономерностей изменения параметров селективности процесса измельчения от времени, т.е. кинетических математических зависимостей, установленных экспериментально [2].
Цель исследования. Установление энергокинетических закономерностей процесса измельчения продуктов (рецептурных смесей шоколадных масс) на аппаратах с магнитоожиженным слоем (ЭММА) различных конструктивных модификаций.
Разработка методики анализа селективности и относительной энергозатратности на базе полученных энергокинетических закономерностей процесса.
Материалы, методы и объекты исследования. Способ формирования диспергирующих нагрузок в магнитоожиженном слое ферротел, реализованный в ЭММА, обеспечивает надежное управление энергетическими и силовыми воздействиями по частицам перерабатываемого продукта в широком диапазоне дисперсности и с различными физико-механическими свойствами перерабатываемых частиц [3]. В настоящее время разработана система управления ЭММА, позволяющая непрерывно контролировать степень упрочнения частиц при уменьшении их размера в процессе механоактивации и осуществлять сбалансированный подвод кинетической и потенциальной энергии магнитоожиженного слоя ферротел к перерабатываемому продукту с последующей ее трансформацией в образование новых поверхностей. Уменьшение размера частиц и степень повышения энергоемкости процесса контролируется пьезоэлектрическими датчиками и многоканальным регистратором. Соответствующие силовые и энергетические условия для энергоэффективного измельчения материала до заданной технологией степени измельчения обеспечиваются путем увеличения силы тока в обмотках управления электромагнитов и скоростного режима работы аппарата. Проведенные эксперименты подтвердили возможность получения продукта с физически обоснованными параметрами энергоемкости. Электромагнитная механоактивация основана на нетрадиционном способе передачи механической энергии слою размольных элементов с использованием квазистационарного магнитного поля постоянного тока. В основе механизма создания диспергирующего усилия лежит действие магнитных сил, притягивающих размольные элементы к поверхностям рабочих органов устройства и друг к другу с организацией их в различные структурные построения (рис. 1а). Кинетическая энергия движения сообщается мелющим телам в процессе непрерывного объемного передеформирования (рис. 16) и разрушения (рис.1в) их структурных посроений при относительном смещении поверхностей рабочего объема устройства.
Целенаправленная периориентация размольных элементов с разностью скоростей в структурных группах сопровождается созданием многоточечных контактных взаимодействий между ними через прослойку обрабатываемого продукта. При силовом взаимодействии мелющие тела преобразуют кинетическую энергию своего движения в энергию разрушения материала и измельчают его статическим сжатием и ударно-истирающими нагрузками.
, 8>0
б
а
4 В>0
в
Рис. 1. Организация «слоя скольжения» в ЭММА: а - образование структурных построений из ферромагнитных элементов; б - силовое взаимодействие между ферромагнитным элементами; в -образование слоя скольжения: В - индукция магнитного поля;;? - частота вращения подвижного цилиндра, /•' - силы взаимодействия между ферромагнитными элементами; Р - тангенциальное усилие сдвига; 1' - угол
деформации структурных построений из ферроэлементов
Исследование селективности процесса проведено на примере механоактивации продуктов шоколадного производства на аппаратах, представляющих предмет изобретений ЭММА-С, ЭММА-Ш, ЭММА-К (Патенты РФ №1546050, №1457881, №2007094) [1]. При анализе качества полученной смеси использованы два критерия -«проход» фракций размером менее 10 мкм и степень измельчения [4]. В качестве модельных продуктов использованы ингредиенты шоколадной массы - какао и сахарный песок. Результат механоактивации оценивался по контролируемым фракциям 10 и 30 мкм. Согласно принципу независимости измельчения [5] контролируемые показатели определены как сумма «остатков» частиц ингредиентов после механоактивации в ЭММА (с учетом их доли в исследуемой смеси):
¡{.см = Нс у,(с) + КпК Нк (1)
ек"^+КИс-1 е +КШ-1
где Ягсм — «остаток» неизмельченного материала по контролируемому размеру фракций (30 и 10 мкм) в исследуемой смеси ингредиентов;
— содержание крупного класса в начальный момент времени (^ =0);
С— время измельчения;
Кн — коэффициент, характеризующий прочность продукта, его измельчаемость и условия измельчения;
К
а — коэффициент, характеризующий скорость измельчения в начальный момент времени и определяющий наклон кинетической кривой к оси абсцисс в начале процесса;
Р — содержание сахара в механоактивированном полуфабрикате, доли ед;
(1-Р) — содержание какао в механоактивированной полуфабрикате, доли ед.
Индексы «с» и «к» в уравнении (1) относятся соответственно к сахару и какао.
Зависимость «прохода» и «остатка» частиц от продолжительности обработки рецептурной смеси представлены на рис. 2 и 3.
О
«и»
»41
7«
ПО
.10
10
30
20
10
ч Ч, Ч /
Ч\ 1 .» 1 N //
• ^ //
Л„
/// ч\'
'// ч 'ч
/ //
1, / Ч \ ч
II/ ч
1/1
//
>
»о
»0
70
«О
---Я
- /л
¿>10
до
10
.10
20
о
2 I « » 10 I, МИН
Рис. 2. Зависимость «прохода» и «остатка» частиц продукта от продолжительности обработки рецептурной смеси с показателем к= 2 электромагнитным способом: 1- в ЭММА-С; 2 - в
ЭММА - Ш; 3 - в ЭММА - К
•о
20
/ --- ___
/
ч /
//
к. 1 / У'
ч] /V/
Ял
/ //
А 1 А\ - Ч ч ' » 4
/// ч ч N Ч
III \ X ч ч ч ч
V \ \
70
— Я
— /)
|У10
<?зо
10
20
а I « »ю I. мин
Рис. 3. Зависимость «прохода» и «остатка» частиц продукта от продолжительности обработки рецептурной смеси с показателем к =2,5 электромагнитным способом: 1- в ЭММА-С; 2 - в
ЭММА - Ш; 3 - в ЭММА - К
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ Таблица 1. Уравнения кинетики
Наименование продукта Тип аппарата Уравнение кинетики по «Rückstand »§Щ¥лут размером более 30 мкм Уравнение кинетики по «/^i/6'/i'.s7fl/?i/»(|)paKunn размером более 10 мкм
Сахарный песок ^гя(ЗО) = 80 % Д5я(Ю) = 100 % Общее уравнение 3,664 • Rmm *< 30) ^3,664-<%-l+2j664 Общее уравнение 3,701 г(10> ~ +2,701
ЭММА-С 3,664 • Ятш <5(30) е^619"+2,664 3,70 *<Ю) eo,ii03f+2j701
ЭММА-К 3,664 • ЯшШ) Si 30, e0,388+i+2j664 3,701 -Rmm Si 10) eO,1258f+2j701
ЭДМА 3,664 • Rm{30) Si 30) e0,4869,+ 2j664 3,701 • ЯйТ/(10) .(10) eo,i29S+2j701
Какао Rm(30) = 100 % Л,5я(10) = 100 % Общее уравнение 6,635 • Rm{30] зш t, -- • +5.635 Общее уравнение _ 6,72-Rm{ 10) <5(10) g6J2-as-t + 2 "72
ЭММА-С D 6,635 • Rm30) 'Si 30) e0,4976,+ 5j635 6,72 • .(10) e0ASSX+5j2
ЭММА-К n 6,635 • Rm(30) /Чяз0)~еа5102'+5,635 n _ 6,72-R„m si 10) ^,200* + 5 J2
ЭДМА 6,635 ■ Rm{30) Si 30) e0,S182i+5j635 72 • /Цо, "(10) e'X2204'+5,72
Анализ расчетных и опытных данных, представленных в табл. 2, свидетельствуют об адекватности математических моделей реальным процессам (среднеквадратические отклонения составляют не более 1,5 %).
На основании анализа результатов исследований кинетики процесса измельчения смеси ингредиентов установлено, что электромагнитный способ измельчения, реализованный в ЭММА, обеспечивает увеличение массовой доли частиц в диапазоне от 10 до 30 мкм примерно в 2,0 - 2,5 раза по сравнению с продуктами, измельченными традиционными способами по многостадийной схеме диспергирования. При этом степень измельчения увеличивается на 2 - 4%, что свидетельствует об улучшении показателей селективности процесса и повышении качества продуктов помола.
Таблица 2. Расчетные и опытные данные по кинетике измельчения в ЭММА
Тип аппарата Время Содержание в смеси сахара и Содержание в смеси сахара и какао, доли
измельчения, 1, какао, доли ед. ед.
мин (Зс= 0,667 (3к = 333 Г>с 0-25 & =0.75
ЭММА - С - Расчетное Опытное Расчетное Опытное
Кзсм(ЗО) Кзсм(Ю) Кзсм(ЗО) ИгсмСЮ) Кзсм(ЗО) Кзсм(Ю) Кзсм(ЗО) Кзсм(Ю)
2 68,657 68,7 66,515 66,5
93,770 94,1 80,588 80,5
4 45,680 45,3 44,880 45,0
86,650 86,8 73,704 74,0
6 26,135 26,2 26,099 27,0
78,738 78,3 67,090 67,2
8 13,430 13,5 13,650 13,5
70,280 70,1 60,044 60,0
10 6,520 6,6 6,760 6,7
61,745 61,5 52,792 52,4
ЭММА - Ш 2 66,800 67,0 65,332 65,4
91,688 92,0 79,00 79,5
4 43,000 42,5 42,450 42,4
84,940 84,5 72,188 73,2
6 22,480 22,3 23,528 23,5
76,026 75,5 64,720 64,0
8 11,458 12,0 11,590 11,6
66,570 67,0 66,813 67,1
10 5,200 5,5 5,419 5,4
57,080 57,1 48,776 48,5
12 2,359 2,4 2,282 2,3
44,312 45,0 41,040 42,1
ЭММА - К 2 63,110 62,9 66,378 66,5
92,605 92,5 78,750 78,9
4 36,792 36,5 35,230 34,9
84,011 83,9 71,469 72,0
6 17,379 16,9 16,560 15,8
74,452 73,8 63,490 64,0
8 6,862 6,1 4,460 4,5
64,383 65,2 55,030 55,0
10 2,766 2,5 2,640 1,9
54,327 55,0 46,560 45,8
Результаты исследования:
1. Уравнения кинетики с одинаковыми коэффициентами адекватно описывают как кинетику раздельного измельчения рецептурных компонентов шоколадных масс на аппаратах с магнитоожиженным слоем (ЭММА), так и кинетику измельчения их смеси (при соотношении сахара и какао в смеси 2,5 :1 и 2,0 : I).
2. В мельнице третьего типа (ЭММА-К) максимум кинетических кривых соответствует стандартизированной степени измельчения полуфабрикатов шоколадного производства. С увеличением времени обработки улучшается качество продуктов помола в результате увеличения степени измельчения, но снижаются экономические показатели процесса приготовления шоколадных изделий за счет роста количества фракций размером менее 10 мкм.
3. В ЭММА первых двух типов (ЭММА-С и ЭММА-Ш) высокая степень измельчения достигается при незначительном уменьшении массовой доли частиц в
исследуемом диапазоне по сравнению с их максимальным значением.
Выводы. Данные исследований позволяют оценить энергетические затраты на измельчение полуфабрикатов шоколадного производства электромагнитным способом и сравнить эти затраты при переходе к типовым рядам ЭММА исследованных конструкций на заданные объемы производства.
Литература
1. Беззубцева М.М., Волков В.С. Исследование селективности процесса измельчения в электромагнитных механоактиваторах: Монография. - СПб.: СПбГАУ, 2016. - 248 с.
2. Руднев С.Д., Попов А.М., Рыбина О.Е. О селективном измельчении, селективности измельчения и селективной функции // Известия ВУЗов: Пищевая технология. - 2006. - №5. -С. 42-44.
3. Беззубцева М.М., Волков В.С. Энергокинетические закономерности электромагнитной механоактивации: Монография. - СПб.: СПбГАУ, 2016. - 270 с.
4. Кондакова И.А., Ермакова Т.П., Клешко Г.М. Влияние размера частиц твердой фазы на реологические свойства шоколадных масс // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. - 1981. - № 2. - С. 35 - 37.
5. Биленко Л. Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах. - М.: Недра, 1984. - 200 с.
Literatura
1. Bezzubceva М.М., Volkov V.S. Issledovanie selektivnosti processa izmel'chenija v jelektromagnitnyh mehanoaktivatorah: Monografija. - SPb.: SPbGAU, 2016. - 248 s.
2. Rudnev S.D., Popov A.M., Rybina О.Е. O selektivnom izmel'chenii, selektivnosti izmel'chenija i selektivnoj fünkcii // Izvestija VUZov: Pishhevajatehnologija. - 2006. - №5. - S. 42 - 44.
3. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. Jenergokineticheskie zakonomernosti jelektromagnitnoj mehanoaktivacii: Monografija. - SPb.: SPbGAU, 2016. - 270 s.
4. Kondakova I.A., Ermakova T.P., Kleshko G.M. Vlijanie razmera chastic tverdoj fazy na reologicheskie svojstva shokoladnyh mass // Hlebopekarnaja i konditerskaja promyshlennost'. -1981. - № 2. - S. 35 - 37.
5. Bilenko L. F. Zakonomernosti izmel'chenija v barabannyh mel'nicah. - M.: Nedra, 1984. - 200 s.
УДК 338.512: 631.153
Канд. экон. наук И.В. БЕЛИНСКАЯ (СПбГАУ [email protected])
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ СМАЗОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Деятельность сельскохозяйственных предприятий непосредственно связана с использованием значительного количества смазочных материалов, которые после использования превращаются в отходы производства. По данным Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, в агропромышленном комплексе ежегодно генерируется более 770 млн. т отходов [1]. Распределение их по различным отраслям хозяйствования представлено на рис. 1.
