CC BY
10ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛА В БАРАБАННОЙ СУШИЛКЕ ПЫЛЬЦЕВОЙ ОБНОЖКИ И ПЕРГИ
НЕКРАШЕВИЧ Владимир Федорович, д-р техн. наук, профессор кафедры «Механизация животноводства», Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
МАМОНОВ Роман Александрович, канд. техн. наук, доцент кафедры «(Механизация животноводства», Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, mamonov.agrotexnol@yandex.ru
ЛЕВИН Владимир Дмитриевич, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «(Физика и прикладная механика» Рязанского института (филиал) ФГБОУ ВПО «(Московский государственный машиностроительный университет»
В статье изложена информация о пыльцевой обножке и перге, их применении и полезных свойствах. Описаны технологии заготовки пыльцевой обножки и перги. Обоснована необходимость проведения операции их сушки. Описано устройство разработанной барабанной сушилки, особенностью которой является непрерывное перемешивание и пересыпание материала в потоке нагретого воздуха. Рассмотрено движение материала в барабанной сушилке, которое складывается из движения материала по цилиндрической поверхности барабана, движения по сетчатой перегородке от цилиндрической поверхности к оси вращения барабана и движения от оси вращения барабана по сетчатой перегородке к цилиндрической поверхности. Получены дифференциальные уравнения перемещения материала вдоль оси вращения барабана. Представлена зависимость изменения поверхностей, через которые теплота в сушилке передается материалу конвекцией и кондукцией.
Ключевые слова: перга, обножка, сушка, перемещение, барабан.
Введение
Для нормального развития и жизнедеятельности пчелам требуется белковый корм высокого качества. Таким кормом для них служит пыльца энтомофильных растений. Пчелы в процессе сбора прессуют её в дискообразные комочки от 1 до 4 мм, которые называют пыльцевой обножкой. Ею пчелы выкармливают расплод и питаются в чистом виде. При специальной заготовке обножку необходимо после отбора у пчел высушить до влажности не выше 9%, так как при её влажности в 20 % и выше через 2-3 дня в ней начинают развиваться токсичные микроорганизмы и плесневые грибы. Пчелы заготавливают на зиму пыльцу биологическим способом. Укладывают свежесобранную пыльцу в восковые ячейки сотов, прессуют и герметизируют, пропитывая верхний слой медом. В результате молочнокислого брожения в ячейках образуются искусственные гранулы, называемые пергой.
Для извлечения перги в виде гранул предложена технология, которая включает операции: подготовка сота к переработке, скарификация, сушка перги в сотах, отделение воскоперговой массы от сота, охлаждение, измельчение охлажденных кусков воскоперговой массы, разделение на восковую основу сота и пергу, и сушка выделенных гранул перги до влажности 14-15 %, что соответ-
ствует требованиям ГОСТ 31776-2012 [1, 2].
Пыльцевая обножка и перга обладают уникальным химическим составом и применяются в качестве сырья в медицинской, косметической и пищевой промышленностях, а также как биологически активная добавка в питание человека [1].
Объект исследования Сушка - одна из самых важных операций в технологиях производства перги и обножки. От неё зависит количество сохраненных биологически активных веществ.
В связи с этим нами была разработана конструкция сушилки, которая позволяет сушить сыпучие материалы в непрерывном процессе перемешивания и пересыпания в потоке нагретого воздуха (рисунок 1) [3].
Сушилка пыльцевой обножки и перги представляет собой корпус 1, к внутренней поверхности которого прикреплена вставка 2, выполненная в виде четырех сетчатых радиальных перегородок 3, которые расположены под углом 90° друг к другу и образуют сектора 4. На одном торцевом конце корпуса 1 установлены загрузочное устройство 5, загрузочная течка 6, калорифер 7 и вентилятор 8, а со стороны другого торца расположены разгрузочный бункер 9 и устройство 10 отвода отработанного теплоносителя. Вращающийся корпус 1 имеет бандажи 11, опирающиеся на четыре роли-
© Некрашевич В. Ф., Мамонов Р. А., Левин В. Д.,2014г.
3
Вестник ФГБОУ ВПО РГАТУ, № 4 (24), 2014
ка 12, из которых два приводные. Привод осуществляется от электродвигателя и редуктора. Корпус 1 барабана установлен с наклоном в сторону разгрузочного торца. Регулирование температуры осл/шествляется с помошью датчика 13.
- Воздух — Отработанный агент сушки Пыльцебая обножка
Рис. 1 - Конструктивно-технологическая схема сушилки пыльцевой обножки и перги Исследование и результаты
При обосновании движения материала в барабанной сушилке приняли гранулу за материальную точку.
Движение материальной точки в барабанной сушилке с сетчатыми радиальными перегородками складывается из:
- движения по цилиндрической поверхности (рисунок 2);
- движения по радиальной перегородке от цилиндрической поверхности к оси вращения барабана (рисунок 3);
- движения по радиальной перегородке от оси вращения барабана
к цилиндрической поверхности (рисунок 4).
Движение материальной точки по цилиндрической поверхности барабанной сушилки описывается системой дифференциальных уравнений [4]:
mx = -mg cos a sin (у + ф) - fN
гф
V
гф2 + ¿2
my = -mg cos a cos (у + ф)+ N - m (ю2г + 2ю гф)
Z (!)
mz = mg sina- fN-
V
г2ф2 + ¿2
где т - масса материальной частицы, кг;
г - радиус цилиндрической поверхности, м;
(р - угол между радиус-вектором Г и осью х, является функцией времени, рад;
£ - ускорение свободного падения, м/с2;
а - угол наклона цилиндрической поверхности барабана, рад;
Ф - угол, на который повернулась ось 0х, град;
/ - коэффициент трения скольжения частицы по поверхности цилиндра;
N - сила нормального давления, Н;
(О - угловая скорость переносного движения частицы, рад/с;
2 - перемещение материальной частицы вдоль оси oz, м.
Выразим из второго уравнения системы дифференциальных уравнений (1) реакцию нормального давления N и подставим в первое и третье, сократив при этом на т. Таким образом, получим систему двух нелинейных дифференциальный уравнений относительно двух неизвестных функций ф( / ) и 2 ( / ) гф = -£00$аш(щ + ф)-/ г(ф + ю)2 + £С08аС08(щ + ф)
гф
г+¿2
z = gsina- f г(ф + ю)2 +gcosacos(у + ф)
(2)
VT^+i1
Рис. 2 - Схема цилиндрической и декартовой систем координат для вывода кинематических соотношений
Точное аналитическое решение системы уравнений (2) не представляется возможным. Технические условия задачи, а именно, небольшие значения угла а= 1о - 5о, угловой скорости ш=0,15-0,52 рад/с, позволят принять допущения, упрощающие полученную систему уравнений. Ввиду малости
угла а и угловой скорости ш, величиной га> 1
g
гф
можно пренебречь.Так как,
ф < 0 а у = уо + ú)to , то окончательно имеем
p-COSOf . / - \
--sm (v0 + <p-f0 + a>t0)
reos /
¿ y(3)
Z — g sina -/cosacos(lf/0 + (p + O)toy
9 =
■И
где /0 - угол трения частицы о цилиндрическую поверхность;
1о - время движения частицы по цилиндрической поверхности, с;
и
Технические науки
тх - -mg&ini¡/cosa - fcN
b2+¿2
+ meo x
ту - -mg cosy/ eos a + N - 2m/o x
i (4)
mi = mg sin a - fcN
Vx2+¿2
где /й - коэффициент трения частицы о сетчатую поверхность радиальной перегородки.
горизонталь
Рис. 3 - Силы, приложенные к материальной точке, находящейся на радиальной перегородке, при движении от цилиндрической поверхности к оси вращения барабана
Выразим из второго уравнения системы дифференциальных уравнений (4) реакцию нормального давления N и подставим в первое и третье, сократив при этом на т. Таким образом, с учетом
допущении z , получим систему двух нели-
i2 *
нейных дифференциальный уравнений
х - -g sin у/eos а + fc (g cosacos а + 2cox) + co2x
Z
z - gsina-/^gcos^cost£ + 2®i) — (5)
Продифференцировав первое уравнение выражения (5) определим постоянные коэффициенты дифференцирования С и С2 приняв при ^=0 х=0 2
0 = + С2е Л +
gcosa
2^(1 + //) z = g sin а - fc (g eos t//eos a + 2юх)
[sin^(l-/;)-2/ccosv/K]
(6)
Ц/ - угол, при котором начинается скольжение частицы по цилиндрической поверхности, рад.
Движение материальной точки по радиальной перегородке от цилиндрической поверхности к оси вращения барабана описывается системой дифференциальных уравнений
начинается скольжение материальной точки по радиальной перегородке от цилиндрической поверхности к оси вращения барабана (отсчитыва-ется от горизонтали), град; С1 , С2 - постоянные дифференцирования, м; ^ - время движения материальной точки по радиальной перегородке от цилиндрической поверхности к оси вращения барабана, с; Х 2 - действительные корни характеристического уравнения, с-1.
горизонталь
—^ Г-7
X у V
Рис. 4 - Силы, приложенные к материальной точке,
находящейся на радиальной перегородке, при движении от оси вращения барабана к цилиндрической поверхности
Аналогичным образом получаем систему дифференциальных уравнений, описывающих движение материальной точки по радиальной перегородке от оси вращения барабана к цилиндрической поверхности, решая которую, получим
• = О^ + Се^ -
gcosa г . / 2ч
—^--\ sin у/ I - / 1-2 / cosí//
2ю2(1 + //)Ь М л > л
z = gsinar - /Д g cosicosa -2а>х)^~
(7)
где Ц/ё =Ц2 + С012 ; Ц2 - угол, при котором начинается скольжение материальной точки по радиальной перегородке от оси вращения к цилиндрической поверхности барабана (отсчитыва-
ется от горизонтали), град; ?2 - время движения материальной точки по радиальной перегородке от оси вращения к цилиндрической поверхности барабана, с.
Первые уравнения (3, 6, 7) можно решить приближенно одним из методов последовательных приближений, а вторые уравнения (3, 6, 7) по оси z можно решить численно в системе Mаthcаd.
Полное перемещение частицы по оси z за один поворот барабана будет равно
z = zx + z2 + z3
(8)
где ц/ё + G)tl ; y/l - угол, при котором
где , 22 , 2Ъ - перемещения частицы вдоль оси z соответственно: по цилиндрической поверхности, по радиальной перегородке при движении от цилиндрической поверхности к оси вращения,
по радиальной перегородке при движении от оси вращения барабана к цилиндрической поверхности, м.
о-
Пропускная способность сушилки по влажному материалу определяется по формуле
Вестник ФГБОУ ВПО РГАТУ, № 4 (24), 2014
я=60 ■'■п.ъ-р-г ^
(9)
где пй - частота вращения барабана, мин-1; V - полный объем барабана, м3;
/3 - коэффициент заполнения барабана в долях единицы;
Ьй - длина барабана, м;
у - объемная масса высушиваемого материала, кг/м3.
ь - поверхность материала, через которую теплота передается кондукциеи
Рис. 5 - Графическая зависимость изменения поверхностей материала, через которые теплота в сушилке передается ему конвекцией и кондукцией от угла поворота барабана ф
Построены графические зависимости (рисунок 5) изменения поверхностей, через которые теплота в сушилке передается материалу конвекцией и кондукцией за один оборот барабана. Этот процесс имеет волнообразный характер изменения. Из графической зависимости видно, что теплота, необходимая для процесса сушки материала, в 1,76 раза больше передается конвекцией, чем кондукцией.
Выводы
Характерной особенностью предложенного способа сушки является перемешивание материала в процессе передвижения его вдоль сушильного барабан. Опыт показывает, что при таком способе сушки ускоряется процесс отвода влаги, уменьшаются затраты энергии на 10-12 %, достигается большая равномерность высушиваемого продукта.
Список литературы
1. Технология, средства механизации и экономика производства перги [Текст] : моногр. / В. Ф. Некра-шевич, Р. А. Мамонов, Т. В. Торженова, М. В. Коваленко. - Рязань, 2013. - 102 с.
2. Мамонов, Р. А. Технология заготовки и подготовки пчелиных сотов к промышленной переработке на пергу и восковое сырье [Текст] / Р. А. Мамонов, Т. В. Торженова // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева. - 2013. - № 2. - С. 30-33.
3. Некрашевич, В. Ф. Барабанная сушилка для пыльцевой обножки [Текст] / В. Ф. Некрашевич, Р. А. Мамонов //Пчеловодство. - 2007. - № 7. - С. 52-53.
4. Яблонский, А. А. Курс теоретической механики [Текст]. Т.1. Статика. Кинематика.: учеб. / А. А. Яблонский, В. М. Никифорова. - М. : Высшая школа, 1966. - 438 с.
THE THEORY OF THE MOTION OF MATERIAL IN A DRUM DRYER POLLEN AND BEE BREAD
Nekrashevich Vladimir Fedorovich, doctor of technical Sciences, professor chairs "Mechanization of animal husbandry"? Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Mamonov Roman Aleksandrovich, candidate of technical Sciences, associate professor chairs "Mechanization of animal husbandry"? Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, mamonov. agrotexnol@yandex.ru
Levin Vladimir Dmitrievich, doctor of physico-mathematical Sciences, associate professor chairs "Physics and applied mechanics" Ryazan institute (branch) of federal public budgetary educational institution of higher education "Moscow state machine-building university"
The article provides information on pollen and bee bread, their application and useful properties. Describes
technology of blank pollen and bee bread. Substantiated the necessity of holding the operation of drying them. The described developed device of the drum dryer, which feature is continuous mixing and oversleeping material in a stream of warmed air.
Considered the movement of material in a drum dryer, which is composed of movement material on cylindrical surface of drum, movement on reticulated partition from cylindrical surface to axis of rotation of the drum and movement from axis of rotation of the drum on reticulated partition to cylindrical surface. Differential equations are obtained material moving along the axis of rotation of the drum. Presents the dependence of the changes of the surfaces through which heat in the dryer is transmitted to the material by convection and conduction.
Key words: bee bread, pollen, drying, handling, drum.
References
1. Nekrashevich, V.F., Mamonov, R.A., Torzhenova, T.V., Kovalenko, M.V. Tekhnologiya, sredstva mekhanizacii i ehkonomika proizvodstva pergi. // Monografiya. - Ryazan', 2013. - 102 s.
2. Mamonov, R.A., Torzhenova, T.V. Tekhnologiya zagotovki ipodgotovkipchelinykh sotov kpromyshlennoy pererabotke na pergu i voskovoe syr'e. // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta. - 2013. - №2. - S. 30-33.
3. Nekrashevich, V.F., Mamonov, R.A. Barabannaya sushilka dlya pyl'cevoy obnozhki. //Pchelovodstvo. -2007. - № 7. - s. 52-53.
4. Yablonskiy, A.A., Nikiforova, V.M. Kurs teoreticheskoy mekhaniki. Chast' 1. Statika. Kinematika. // Vysshaya shkola. - M., 1966. - 438 s.
