CC BY
8
Врабий Борис Анатольевич, аспирант, boris.vrabiy@,gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Прейс Владимир Викторович, д-р техн. наук, профкссор, зав. кафедрой, rabota-preysayandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THEORETICAL ANALYSIS OF THE DEPENDENCE OF THE SPECIFIC POWER SPENT ON FILTRATION ON THE PRODUCTIVITY OF THE FILTER PRESS
V.V. Preis, B.A. Vrabiy
The equations that allowed to theoretically describe the dependence of power spent on filtration on the productivity of the filter press are found. On the basis of the equations found, the analysis of the dependence of the specific power spent on filtration on the productivity of the filter press was carried out, which made it possible to determine the rational values of the filter press productivity.
Key words: filter press, power, specific power, productivity.
Vrabiy Boris Anatolevich, postgraduate, boris. vrabiyagmail.com, Russia, Tula, Tula State University,
Preis Vladimir Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, rabota-preys@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 658.562:664
РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ ПРОБООТБОРНИКА ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В.Б. Морозов, Т.Г. Морозова
Представлена конструкция устройства для получения репрезентативных проб свекловичной стружки в отечественном сахарном производстве. Конструкция описана в общей структуре интегрированной системы автоматизированного статистического контроля качества нештучной продукции. Представлен анализ применимости конструкции в различных процедурах планов контроля качества.
Ключевые слова: сахарное производство, свекловичная стружка, контроль качества, статистическая оценка, нештучная продукция, пробоотборник, техническое решение, анализ.
При производстве сахара из сахарной свёклы осуществляется измельчение сырья в стружку [3]. Для этого используется достаточно разнообразное технологическое оборудование. Среди наиболее распространённых конструкций отмечается центробежная свеклорезка, эффективно формирующая стружку с различным геометрическими характеристиками.
12
От них и качества процесса резания во многом зависят все последующие операции в свеклосахарном производстве и, как итог, качество получаемого сахара и экономическая целесообразность процессов [1].
Контроль качества получаемой стружки является важнейшей вспомогательной операцией [4, 5]. Дополнительной особенностью является нештучный характер контролируемого материала - непрерывность по объёму/массе. При этом в условиях высокоавтоматизированного и точного измерительного оборудования, реализующего свои действия в лаборатории или в технологической цепочке, остаётся открытым вопрос получения репрезентативных проб [6].
Этот вопрос решается в общей структуре интегрированной системы автоматизированного статистического контроля (ИС АСК) качества нештучной продукции [2]. Разработанная иерархическая модель представляет собой комплекс взаимоподчинённых элементов, функционирующих по внутренней модели. Описанная модель структуры ИС АСК выстроена по ряду функциональных уровней (рис. 1) [11].
Вначале отмечены главные структурные элементы подсистемы I уровня: система процедур (СП), техническая система (ТС) и информационно-управляющая система (ИУС).
Элементы в составе устройств
Рис. 1. Иерархическая модель ИС АСК
13
Первая система - система процедур (или, по иному - действий) автоматизированной статистической системы - представляет собой объединение методик и способов контроля, соответствующих алгоритмов и схем. Их предопределяет план системы контроля [10], который описывает теоретические (числовые и статистические), экономические, технические и информационные характеристики системы.
Техническая подсистема автоматизированной статистической системы является структурой технических средств, функционально обеспечивающих СП АСК в соответствующих режимах.
Информационно-управляющая система в автоматизированной статистической системе формируется как элемент определённых управляющих действий и соответствующих технических средств их реализации. Они организуют автоматизированное управление работой всей системы в целом.
На следующем уровне всей системы - в технической системе автоматизированного статистического контроля - определены системы II уровня: система манипуляций потоком (СМП), система отбора и подготовки проб (СОПП) и система анализа проб (САП). Для описанных технических подсистем предусматривается следующий уровень модели, включающий в себя те элементы, которые составляют устройства в целом и реализуют конкретные функциональные задачи.
Именно система отбора и подготовки проб выступает как наиболее вероятная с точки зрения закладывания ошибки в общей системе контроля в свеклосахарном производстве. Как видно из рис. 1, в систему отбора и подготовки проб включены следующие группы устройств:
- отбора проб;
- накопления проб;
- перемешивания проб;
- сокращения проб;
- транспортно-загрузочные.
Получаемая в процессе резания свёклы стружка представляет собой нештучный продукт со специфическим характеристиками - высокой влажностью, неоднородностью, нестационарной температурой, возможным наличием посторонних включений [7]. В этих условиях процедура отбора и получения проб становится весьма важной.
Авторами предложена конструкция пробоотборника (рис. 2), относящегося к ячеистым устройствам контроля, с ручным приводом вследствие низкой периодичности работы, с переменной загрузкой.
Для контроля качества процесса резания корнеплодов в стружку, имеющегося стохастического процесса её смешения требуется отбор мгновенных проб. Такие пробы получаются в конкретной точке, в конкретное время.
Конструкция представляет собой внешнюю неподвижную трубку, в которой устанавливается подвижная внутренняя трубка, причём первая оснащена конической насадкой для беспрепятственного проникновения в толщу нештучного материала. В зависимости от технологической необходимости, пробоотборник может содержать определённое количество уединённых объёмов - ячеек. В предлагаемом варианте их 5. Они формируются за счёт наличия разделителей ячеек, которые, помимо формирования проходных элементов, создают жёсткую связь по всей внутренней трубке, которая, в свою очередь, оснащена жёстко закреплённой поворотной ручкой. Последняя может выполняться как в двурычажном варианте, так и в одно-рычажной (см. рис 2).
Рис. 2. Пробоотборник для свекловичной стружки: 1 - коническая насадка; 2 - внутренняя трубка; 3 - внешняя трубка;
4 - разделитель ячеек; 5 - поворотная ручка
Непосредственная процедура получения пробы осуществляется путём реализации двух функциональных положений внутренней трубки относительно внешней. Пробоотборник погружается в свекловичную стружку, причём за счёт конической насадки делает это без значительного сопротивления нештучного продукта. Материал случайным образом заполняет имеющиеся ячейки - положение 1 (рис. 3, а). После этого вручную осуществляется поворот ручки, в результате чего внутренняя трубка поворачивается на 90о, осуществляя геометрическое замыкание ячеек вместе с некоторым количеством контролируемой свекловичной стружки - положение 2 (рис. 3, б). Далее пробоотборник извлекается из толщи материала, удаляя с собой сформированную мгновенную пробу.
Вне материала происходит перевод пробоотборника из положения 2 в положение 1, при котором материал удаляется в контрольную тару. Здесь также допустимы встряхивание пробоотборника или слабоударное воздействие с целью полного опорожнения ячеек.
Далее процесс повторяется в соответствии с планом, предусмотренным системой процедур автоматизированного статистического контроля качества.
а б
Рис. 3. Принцип действия пробоотборника: а - положение 1; б - положение 2
Однако процесс измельчения в центробежной свеклорезке осуществляется по круговому принципу, что требует цилиндрической технологической ёмкости, из которой и отбираются пробы. С целью формирования репрезентативной пробы следует обеспечить охват большего количества материала [8]. Для этого пробы получают по всему объёму стружки, для чего предусматривается секторный принцип отбора. На рис. 4 показан восьмикратный подход, однако он может иметь четырёх- или шестикратное исполнение в зависимости от заданного алгоритма. Из каждой точки отбирается одна проба описанным пробником.
Рис. 4. Точки отбора проб из ёмкости материала
В соответствии с планом контроля рекомендуется равномерный охват всей толщи нештучного материала. Для этого предусматривается не только плоскостная схема пробоотбора, но и пространственная. В данном
16
случае дополнительно определяются глубины контроля. Однако разработанный пробоотборник снимает необходимость такой задачи, так как в автоматическом режиме формируются разноглубинные пробы и при желании и потребности можно их также отдельно классифицировать: каждая ячейка - отдельная глубина контроля.
Пробоотборник позволяет отбирать пробы в материале на различной глубине. Высота пробоотборника 60...90 мм. Возможно, например, использование одной любой или нескольких ячеек. Для исключения влияния прочих ячеек их можно блокировать с использованием специальных вставок, закрывающих (заполняющих) не требуемые ячейки.
Далее пробы, в зависимости от плана либо отдельно сортируются и контролируются лабораторным оборудованием, либо объединяются, одновременно с этим смешиваясь, и также контролируются. Таким образом формируется история качества.
В условиях формирования многокомпонентной пробы, куда входит как непосредственно свекловичная стружка (компонент а), так и, например, свекловичный сок (компонент б), некондиционная стружка - мезга (компонент в), а также посторонние включения, используется оценка концентраций по каждому компоненту:
Са =-т--100; Сь =-тъ--100;
ша + тъ + тс ша + тъ + тс
т
Сс =-тс--100,
та + тЪ + тс
где Са, Съ, Сс , та, тъ, тс - концентрации и массы компонентов а, Ъ, с в
пробе соответственно.
Конструкция относится сразу к двум группам системы отбора и подготовки проб СОПП - отбора и накопления проб, причём за счёт перемещаемого применения обеспечивается и некоторое перемешивание нештучного материала - слоёв свекловичной стружки. Это позволяет сделать вывод о реализации принципа совмещения операций [9], что повышает эффективность и производительность процесса пробоотбора в целом.
Разработанная конструкция пробоотборника и анализ её применимости показывают достаточно высокую эффективность использования проботборника при контроле качества свекловичной стружки в отечественном сахарном производстве.
Список литературы
1. Бугаенко И.Ф. Технохимический контроль сахарного производства. М.: Агропромиздат, 1989. 216 с.
2. Горелов А. С., Прейс В.В., Сосков В.Б. Принципы построения интегрированной системы автоматизированного статистического контроля качества машиностроительной продукции // СТИН. 2007. № 12. С. 2-5.
17
3. Гребенюк С.М., Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н. Технологическое оборудование сахарных заводов. М.: Колос, 2007. 520 с.
4. Жулинский С.Ф., Новиков Е.С., Поспелов В.Я. Статистические методы в современном менеджменте качества. М.: Фонд «Новое тысячелетие», 2001. 208 с.
5. Катеман Г., Пийперс Ф.В. Контроль качества химического анализа. Челябинск: Металлургия, 1989. 448с.
6. Морозов В.Б., Морозова Т.Г. Методологическое и техническое обеспечение процесса получения репрезентативных проб // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 7. Ч. 2. С. 14-21.
7. Сидоренко Т. А. Подготовка свекловичной стружки к экстракции сахарозы // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. 2008. № 3. С. 784.
8. Сосков В.Б. Представительность процесса пробоотбора нештучной продукции // Автоматизация. Современные технологии. 2005. № 7. С. 36-37.
9. Сосков В.Б. Принцип совмещения операций в новом устройстве отбора проб жидкостей // Вестник машиностроения. 2004. № 8. С. 84.
10. Анцев В.Ю., Иноземцев А.Н. Всеобщее управление качеством: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 244 с.
11. Gorelov A.S., Preis V.V., Morozov V.B. // Design principles for integrated automated statistical quality-control systems in manufacturing // Russian Engineering Research. 2008. Т. 28. № 3. С. 251-254.
Морозов Владимир Борисович, канд. техн. наук, доцент, qtay@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Морозова Татьяна Геннадьевна, аспирантка, nusichka-89@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOPMENT AND ANALYSIS OF THE APPLICABILITY OF THE SAMPLER FOR THE QUALITY CONTROL OF BEET CHIPS SUGARBEANPRODUCTION
V.B. Morozov, T. G. Morozova
The design of the device for obtaining representative samples of beet chips in domestic sugar production is presented. The design is described in the general structure of an integrated system of automated statistical quality control of products, not measured in pieces. An analysis of the applicability of the design in various procedures of quality control plans is presented.
Key words: sugar production, beet chips, quality control, statistical evaluation, products not measured in pieces, sampler, technical solution, analysis.
Morozov Vladimir Borisovich, candidate of technical sciences, docent, qtay@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Morozova Tatiana Gennadjevna, postgraduate, nusichka-89@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
