CC BY
11УДК 622.331:658.7
Васильев А.Н.
Васильев Алексей Николаевич, д. т. н., профессор кафедры механизации природообустройства и ремонта машин Тверского государственного технического университета. Тверь, Академическая, 12. vasilev_1942@bk.ru
Vasiliev A.N.
Vasiliev Aleksei N., Dr. Sci. Tech., Professor of the Chair of Mechanization of Environmental Engineering and Repair of Machines of the Tver State Technical University. Tver, Academicheskaya, 12.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ОПЕРАЦИИ
Аннотация. Взаимодействия между рабочими органами машин и слоем фрезерного торфа состоят в простых (независимых) технологических, сложных (зависимых) технологических и инверсионных взаимодействиях. Других взаимодействий между инвариантными операциями технологического процесса производства фрезерного торфа не существует. Приведена экспертная оценка предпочтительности (значимости) технологических схем производства фрезерного торфа.
Ключевые слова: простые, сложные, инверсионные взаимодействия, машина, рабочий орган, технология.
INTERACTION OF MACHINES WORKING UNITS WHEN PERFORMING OPERATION
Annotation. Interactions between working units of machines and layer of milled-peat consist in simple (independent) technological, complex (dependent) technological and inversion interactions. There are no other interactions between the invariant operations of the milled-peat production process. The expert assessment of preference (importance) of technological schemes of production of milled-peat is given.
Key words: simple, complex, inversion interactions, machine, working unit, technology.
Анализ элементов различных технологий разработки торфяных месторождений показывает, что объективной устойчивостью обладают элементы (операции) технологического процесса. Именно они переходят из одной технологической схемы в другую и используются при поиске вариантных элементов технологических процессов.
Создание и развитие технологического процесса производства фрезерного торфа связано с формированием операций, через которые раскрывается фундаментальное содержание технологий и которые характеризуются устойчивой традицией. Такими операциями являются: фрезерование, ворошение, рыхление, валкование, уборка, погрузка, вывозка и штабелирование. При работе бункерных уборочных машин с механическим и пневматическим принципом сбора операция уборки включает в себя операции сбора с поверхности торфяной залежи, погрузки и вывозки торфа, выполняемые одновременно.
Точно так же при работе перевалочных машин операция уборки и перевалки включает в себя операции погрузки и вывозки торфа, выполняемые одновременно. Поэтому в разрабатываемой классификационной модели операционной организации технологических процессов разработки торфяных месторождений фрезерным способом понятия «операции погрузки и вывозки» рассматриваются как частный случай, характерный для отдельных технологических схем.
Сущность (назначение) операций остается неизменной, хотя количественные и качественные параметры сушимого слоя и время проведения операций в технологических схемах будут различными. Неизменность сущности операций определяет традиционность самой технологии, несмотря на изменяющиеся типы машин. Эти (элементы) операции являются первичными. Остальные термины операций, используемые в технологических способах разработки торфяных месторождений, являются синонимами или сочетаниями названных операций. Так, разбрасывание торфяной крошки на слой высушенного торфа представляет собой не что иное, как элемент фрезерования торфяной залежи, так как в процессе фрезерования происходит резание и набрасывание торфяной крошки на поверхность залежи.
Остальные операции имеют определенные формы и характеризуются количественными и
качественными параметрами. Так, при изменении глубины фрезерования слоя залежи и последовательности проведения отдельных операций технологического цикла формируется целостная технологическая схема производства фрезерного торфа. Раскрывается воспроизводство всех необходимых условий ведения технологического процесса {послойная сушка или сушка на всю толщину) для обеспечения заданного качества торфяной продукции и выполнения плановых объемов производства фрезерного торфа в определенные периоды сезона, а также создаются соответствующие условия сушки. Значения этих параметров, количество операций в цикле зависят от качественных характеристик залежи, применяемого оборудования и метеорологических условий сушки.
Динамическая общность названных инвариантных операций технологий разработки торфяных месторождений проявляется в следующих взаимодействиях рабочих органов машин со слоем фрезерного торфа: простых (независимых), сложных (зависимых) и инверсионных.
Простые (независимые) технологические взаимодействия между рабочими органами машин и слоем торфяной крошки при выполнении операций характеризуются логическим (последовательным) и независимым развертыванием в пространстве и во времени операций технологического процесса производства фрезерного торфа, выполнение которых не оказывает взаимодействия ни на форму слоя фрезерной крошки, ни на взаимодействие слоев фрезерной крошки.
Пространственное выполнение технологических операций определяется гидротехническими условиями, качественной характеристикой залежи, площадью производственного участка, метеорологическими условиями. Операции формируются и развиваются последовательно или параллельно во времени.
Простые (независимые) технологические взаимодействия реализуются: через комплекты машин, работа которых может быть организована на любой технологической площадке в соответствии с пространственным выполнением (размещением) технологических операций; в одно- или многослойном одноцикловом, однородном по свойствам расстиле фрезерной крошки.
Сложные (зависимые) технологические взаимодействия характеризуются влиянием
выполняемой операции на форму слоев и динамику сушки торфяной крошки и реализуются в многослойном разнородном по составу расстиле. При данных взаимодействиях выполняемые операции технологического цикла образуют связанную структуру многослойного расстила фрезерной крошки.
Инверсионные взаимодействия (от латинского inversion - переворачивание, обращение) характеризуются такими изменениями форм, свойств и положением слоев фрезерной крошки, когда формируется заданная структура слоя. Заданность структур слоев фрезерной крошки диктуется функционально необходимыми решениями, которые позволяют повысить эффективность технологий, требуют или нетрадиционного использования известной техники, или разработки новой.
Если во втором типе взаимодействий заданность структур технологии происходит за счет перемешивания слоев фрезерной крошки, то в инверсионных взаимодействиях повышение эффективности технологий происходит за счет переворачивания (формирования) слоя крошки при нетрадиционном использовании известной техники или разработанной новой. Создание третьей структуры технологий сопровождается сохранением или изменением конструкций машин.
Требуемые формы операции ворошения, т. е. переворачивания слоя фрезерной крошки на 180°, сохраняются при определенных скоростях выполнения операции.
Создание инверсионной структуры слоев фрезерной крошки при выполнении операции фрезерования сопровождается изменением конструктивного состояния фрезера, то есть добавлением разделителя потоков крошки с различной влажностью.
Естественные формы операции фрезерования сохраняются в том случае, когда сушат торф в тонких слоях с последующим набрасыванием влажного торфа на высушенный слой в предыдущем цикле. Этот тип взаимодействия изменяет динамику процесса сушки торфа, позволяет максимально использовать потенциальные возможности погодных условий сушки и закрывает всю систему взаимодействий, которые могут существовать между рабочими приемами операций и слоем фрезерной крошки.
Создание нетрадиционных структур технологий, основанных на нетрадиционных формообразованиях при сохранении или изменении
конструкции оборудования, закрывает весь диапазон возможных взаимодействий в технологиях.
Для разработки торфяных месторождений фрезерным способом взаимодействия между рабочими приемами выполняемой операции и слоем фрезерной крошки представлены только тремя указанными выше видами.
Любая технология разработки торфяных месторождений не обходится без взаимодействия между рабочими органами машин и слоем фрезерного торфа: простых (независимых) технологических, сложных технологических (зависимых) и инверсионных взаимодействий. Других взаимодействий между инвариантными операциями технологического процесса производства фрезерного торфа не существует.
Для всех инвариантных операций технологий разработки торфяных месторождений фрезерным способом динамическая сущность проявляется в простых (независимых) технологических, сложных (зависимых) технологических и инверсионных взаимодействиях.
Для оценки значимости, относительной важности, вероятности предпочтений технологических приемов в процессе производства фрезерного торфа применялся метод экспертных оценок. В состав экспертной группы входило 15 человек, в том числе профессора и преподаватели Тверского государственного технического университета, инженерно-технические работники ОАО «Тверьторф» и тор-фопредприятия « Васильевский Мох». Индивидуальная экспертиза методом попарного сопоставления и обработка мнений экспертов позволили ранжировать технологические приемы в процессе производства фрезерного торфа и определить их значимость
Оценка достоверности экспертной информации выполнялась по приближенной формуле
где ДК - размах суммарных рангов, оцененных экспертами по всем способам; т - количество способов; п - количество экспертов.
Оценку точнее можно получить по формуле
И>(0,22т + 0,5) Я,
где Б - дисперсия суммарных рангов; Я - среднее суммарных рангов.
По приведенным критериям мнения экспертов согласуются во всех случаях. Из способов формирования сушимого слоя торфяной крошки первое место экспертами отдано формированию 1,5...2-слойного расстила с предварительным обжатием торфяной крошки с получением укрупненных частиц, второе и третье - расстилу измельченной торфяной залежи на остатки торфа от предыдущего цикла и расстилу сырой крошки из предварительно заготовленного валка на высушенный слой торфяной крошки.
Сушимый слой торфяной крошки, формируемый из предварительно заготовленного валка, распределяется на высушенном слое в предыдущем цикле вследствие подсушки торфа в валке, будет иметь меньшую влажность по сравнению со слоем измельченной торфяной залежи расстилаемого на остатки торфа от предыдущего цикла, что позволит увеличить сезонные сборы торфа.
Из методов интенсификации сушки торфа в технологическом цикле предпочтение отдано сушке в расстиле и досушке на откосах валков, при которых увеличится число технологических циклов за сезон, что приведет к увеличению сезонного сбора.
Второе место эксперты отдали образованию укрупненных (обжатых) частиц торфяной крошки и третье - сушке торфа в расстиле на подсохшем слое от предыдущего цикла.
Из методов перемещения фрезерного торфа с целью транспортирования к месту складирования предпочтение получила последовательная перевалка валков. Уборка торфа перевалочными машинами может быть организована с дополнительной перевалкой валков в зависимости от их сечения.
Результаты обработки мнений экспертов показывают, что новые технологические схемы производства фрезерного торфа ориентированы на уборку торфа из многоцикловых, многослойных валков, то есть когда в процессе валкования первоначально в валок собирают верхний сухой слой расстила, а на него вал-куют остаток более влажного торфа в расстиле. Второе место эксперты отдали уборке торфа из многоцикловых наращиваемых валков - по принципу раздельного способа уборки фрезерного торфа.
Учитывая, что технологические приемы не зависимы друг от друга, а их комбинация составляет технологическую схему производства фрезерного торфа, можно опре-
делить значимости (предпочтительности) технологических схем как произведение их значимостей, то есть по правилу умножения вероятностей для независимых событий.
Результаты экспертной оценки позволили расположить в убывающем порядке по предпочтительности (значимости) технологические схемы производства фрезерного торфа.
Первая технологическая схема представляет собой формирование 1,5.2-слойного расстила с предварительным обжатием торфяной крошки и получением укрупненных частиц, с последующей сушкой в расстиле и досушкой на откосах валков с образованием многоцикловых, многослойных валков (по принципу способа добычи фрезерного торфа с раздельной уборкой) и последовательную перевалку валков торфа в штабель.
Вторая технологическая схема - формирование 1,5.2-слойного расстила с предварительным обжатием торфяной крошки и получением укрупненных частиц, с последующей сушкой в расстиле до уборочной влажности и образованием мноцикловых многослойных валков с последовательной перевалкой валков в штабель.
Третья - формирование 1,5.2-слойного расстила с предварительным обжатием торфяной крошки и получением укрупненных частиц, с последующей сушкой в расстиле и досушкой на откосах валков с образованием многоцикловых, многослойных валков и послойной уборкой многоцикловых валков с боковой поверхности и с поверхности полей сушки.
Технологические схемы с многослойным расстилом торфяной крошки занимают место с девятой позиции. Это технологическая схема с расстилом размельченной торфяной залежи на остатки торфа от предыдущего цикла с последующей сушкой в расстиле и досушкой на откосах валков с образованием многоцикловых, многослойных валков и последовательной перевалкой валков торфа в штабель.
Равноценной является и технологическая схема с расстилом сырой крошки из предварительно заготовленного валка на высушенный слой торфяной крошки с последующей сушкой в расстиле и досушкой на откосах валков с образованием многоцикловых, многослойных валков и последовательной перевалкой валков торфа в штабель.
Операции технологического цикла могут быть совмещены или выполняться раздельно.
При формировании многослойного валка в первом цикле за один проход валкователя специальным устройством первоначально валкуют верхнюю более сухую часть торфа, а на него насыпают оставшуюся нижнюю более влажную часть расстила фрезерной крошки, которая до валкования следующего цикла высыхает до кондиционной влажности. В следующем цикле на сформированный валок валкуют сначала более сухую, а
затем оставшуюся части расстила, и таким образом создается многоцикловой многослойный валок.
Библиографический список
1. Васильев А.Н. Повышение выработки технологических машин: монография / А.Н. Васильев. - Тверь: Тверской государственный технический университет, 2018. -196 с.
