WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

НАУМОВ ИВАН АЛЕКСАНДРОВИЧ

Обоснование Конструктивно-кинематических параметров роторного пресса для получения

кормовых брикетов

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск 2009

Работа выполнена на кафедре «Механизация животноводства» ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор, Почётный работник науки и техники РФ Федоренко Иван Ярославович

Официальные оппоненты – доктор технических наук,

профессор Петухов Николай

Александрович;

кандидат технических наук, доцент Дрюк Виктор Андреевич

Ведущая организация – ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится «24» апреля 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета в ДМ 006.059.01 при Государственном научном учреждении «Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» СО РАСХН по адресу: г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160, ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах), заверенный гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск, 1, а/я 460, ГНУ СибИМЭ..

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ.

Автореферат разослан « 18 » марта 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.С. Нестяк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в нашей стране наметился некоторый рост производства в отрасли животноводства. Основой его стабилизации и дальнейшего развития является создание прочной кормовой базы. Несбалансированность и низкая питательная ценность кормов в животноводстве приводят к снижению продуктивности животных и перерасходу корма. Следовательно, максимальное сохранение питательных веществ кормовых культур и получение из них кормов высокого качества – важнейшие задачи кормопроизводства и кормоприготовления.

Одним из выходов из создавшейся ситуации является использование гранулированных и брикетированных кормов. Спрессованные корма лучше сохраняются, удобны в хранении, транспортировке, дозированной выдаче и т.д.

Однако использование уплотнённых кормов ограничивается достаточно высокой энергоёмкостью процесса прессования. Поэтому исследования, направленные на снижение затрат энергии при уплотнении, имеют важное народнохозяйственное значение.

Использование технологии заготовки кормов в прессованном виде прямо зависит от технологического совершенства оборудования, используемого для основной операции, и параметров режима прессования. Анализ информации в области технологии брикетирования кормов выявил перспективность использования роторного пресс-брикетировщика.

Цель исследования – повышение эффективности производства брикетированных кормов путём совершенствования конструкции роторного пресс-брикетировщика.

Объект исследования процесс брикетирования в криволинейной камере прессования.

Предмет исследования: закономерности технологического процесса брикетирования стебельчатых кормов в криволинейной камере.

Методы исследований. Решение поставленных научных задач реализовывалось на основе теоретических методов: основных законов механики, законов уплотнения материалов, дифференциального и интегрального исчисления, методов математической статистики и планирования эксперимента.

Научная гипотеза заключается в том, что повышение эффективности прессования кормов возможно за счёт комбинирования конструктивных признаков и положительных свойств штемпельного и вальцевого прессов.

Научная новизна. Получены расчётная модель и теоретические зависимости, определяющие параметры процесса прессования стебельчатых кормов в криволинейной камере прессования. Разработан новый метод определения коэффициентов основного уравнения прессования, характеризующих физико-механические свойства кормовых материалов.

Разработана конструкция брикетного пресса, имеющего признаки штемпельного и кольцевого, с применением криволинейной камеры прессования, которая позволяет достичь снижения удельных затрат энергии, потребной на процесс прессования.

Получены экспериментальные зависимости удельной работы брикетного пресса от конструктивно-кинематических параметров и физико-механических свойств материала.

Новизна конструкторской разработки подтверждена положительным решением по заявке на изобретение № 2007114855.

Практическая ценность:

- на основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика определения затрат энергии на прессование кормового материала и методика экспериментального определения коэффициентов основного уравнения прессования с и m.

- результаты исследований позволили определить конструктивно-кинематические параметры пресс-брикетировщика, обеспечивающие снижение энергоемкости процесса прессования и получение готового продукта, отвечающего требованиям ГОСТов и зоотехническим рекомендациям.

Реализация результатов исследований. Спроектирован, изготовлен и апробирован опытный образец пресса для брикетирования кормов в ООО ИТЦ «Алтайвибромаш» (г. Барнаул).

Апробация. Основные положения диссертационной работы представлялись и обсуждались на следующих конференциях:

- Межрегиональный смотр-конкурс на лучшую аспирантскую научную работу по направлению «Агроинженерия», секция «Технологии и средства механизации сельскохозяйственного производства» (Красноярск, Красноярский ГАУ, 2007);

- Всероссийский смотр-конкурс на лучшую аспирантскую научную работу по направлению «Агроинженерия», секция «Технологии и средства механизации сельскохозяйственного производства» (Москва, МГАУ, 2007);

- Международная научно-практическая конференция «Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обслуживание сельхозтоваропроизводителей Сибири», секция «Машинно-технологическое обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири» (Новосибирск, СибИМЭ, 2008);

- научно-технические конференции в Алтайском государственном аграрном университете (2007, 2008).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 4 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять глав, общие выводы. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержащих 57 рисунков, 18 таблиц и 7 приложений. Список использованной литературы включает 121 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» рассмотрены вопросы, касающиеся способов заготовки уплотнённых кормов и их преимуществ. Как наиболее перспективные выделены способы прессования кормосмесей в брикеты и гранулы. Проведён анализ существующих пресс-брикетировщиков и теоретических исследований процесса прессования.

Исследованиям процесса уплотнения материала посвящены работы В.П. Горячкина, Г.М. Кукты, С.А. Алфёрова, И.Н. Буссе, Х.П. Скальвейта, В.М. Гутьяра, М.А. Пустыгина, И.В. Сахарова и других.

Процесс брикетирования и гранулирования кормов исследовали И.А. Долгов, В.И. Особов, В.Ф. Некрашевич, С.В. Мельников, Г.Я. Фарбман, М.А. Пережогин, Д.И. Николаев, Ю.В. Подкользин, А.В. Голяновский и др.

При анализе конструкций и исследований пресс-брикетировщиков установлено:

- Прессы с кольцевыми матрицами обладают непрерывным технологическим процессом, вследствие чего высокопроизводительны, но переизмельчение прессуемого корма при сталкивании его с перегородок приводит к повышению энергоёмкости.

- В прессах со штемпельным принципом действия в меньшей степени происходит доизмельчение прессуемого корма, что способствует получению более качественных брикетов, так как они сохраняют форму в основном за счёт сил механического сцепления. Но штемпельные прессы малопроизводительны из-за периодичного принципа действия.

- Для прессования стебельчатых кормов наиболее эффективным является роторный пресс-брикетировщик, так как реализуется непрерывный технологический процесс, с использованием принципа штемпельного пресса с закрытой камерой. Очевидно, что производительность пресса будет выше при меньшей энергоёмкости.

Для достижения цели работы сформулированы следующие задачи:

  1. Разработать математическую модель и выявить закономерности процесса уплотнения стебельчатых кормов в криволинейной камере роторного пресс-брикетировщика;
  2. Разработать экспресс-метод экспериментального определения зависимости плотности прессуемого материала от приложенного давления;
  3. Обосновать конструктивную схему роторного пресс-брике-тировщика, обеспечивающего непрерывный технологический процесс, и определить оптимальные конструктивно-кинематические параметры и режимы работы;
  4. Провести технико-экономическую оценку применения роторного пресс-брикетировщика.

Во второй главе «Теоретическое обоснование конструктивно кинематических параметров роторного пресс-брикетировщика» рассмотрен и проанализирован характер уплотнения стебельчатых кормов в криволинейной камере прессования, обоснованы конструктивно-кинематические параметры роторного пресс-брикетировщика с криволинейной камерой прессования, при которых обеспечивается наименьшая энергоемкость процесса прессования, учтено влияние реологических свойств материала.

Основным показателем, характеризующим уплотнение кормовых материалов, является плотность получаемых брикетов и гранул. Достижение больших значений плотности сопровождается приложением значительного давления со стороны рабочих органов и высокой энергоёмкости процесса прессования. Связь этих параметров определяется основным законом прессования:

, (1)

где р – давление прессования, Па;

с и m – экспериментально определяемые коэффициенты для каждого кормового материала;

– избыточная плотность, кг/м3.

, (2)

где – достигнутая плотность материала, кг/м3;

0 – начальная (естественная) плотность материала, кг/м3.

При рассмотрении сжатия кормового материала в криволинейной камере (рис. 1) основное уравнение прессования (1) примет вид:

, (3)

где mк – масса прессуемого материала, кг; h – ширина камеры прессования, м; Rр – радиус ротора, м; Rк – радиус корпуса, м; – начальный угол между лопаткой и заслонкой, рад; – текущий угол между лопаткой и заслонкой, рад.

Рис. 1. Схема прессования в закрытой криволинейной камере

Реальный процесс прессования кормового материала в камере сопровождается трением между ним и стенками камеры прессования. В связи с этим штемпель должен преодолевать дополнительные усилия. Следовательно, общее давление на штемпеле ршт составит величину:

, (4)

где рF – давление, обусловленное внешним трением деформируемого материала.

Давление рF определяется соотношением:

, (5)

где Fтр – равнодействующая сила трения при прессовании, Н;

U – площадь поперечного сечения камеры прессования, м2.

Под давлением в уплотняемом материале возникают усилия, действующие по касательной вращения ротора с лопатками, материал сжимается в направлении действия рабочего органа и стремится расшириться перпендикулярно этому направлению. Стенки камеры препятствуют расширению, вследствие чего возникает боковое давление на стенки.

Соотношение между осевым и боковым давлением выражается в виде упрощённой линейной зависимости:

, (6)

где – коэффициент бокового распора.

Трение, кроме дополнительных затрат энергии, приводит к другим нежелательным явлениям, в частности неравномерной плотности брикета. Это обусловлено падением давления в прессуемом материале по мере удаления от штемпеля. Для выяснения закона распределения этого давления выделим в прессуемом материале элемент d (рис. 1) и запишем условие его равновесия:

.

где f – коэффициент трения материала о стенки прессующей камеры.

Выражение в скобках определяет элементарную силу трения, действующую на элемент d.

Проинтегрировав выражение 7, получим уравнение распределения давления в материале:

. (8)

При определении давления на упоре в выражение (8) угол примет величину (-), равную углу между лопаткой и упором:

. (9)

Под давлением в уплотняемом материале возникают усилия, действующие перпендикулярно поверхности лопатки и упора. В результате воздействия брикет принимает в сечении форму трапеции. Рассмотрим распределение сил, действующих на брикет в криволинейной камере (рис. 2).

Рис. 2. Распределение сил, действующих на брикет

в криволинейной камере

Разложив давление, создаваемое лопаткой р на две составляющие рх и ру, получим, что составляющая давления рх сжимает материал, а ру стремится прижать материал к поверхности корпуса, ограниченной радиусом Rк, в результате чего со стороны корпуса возникает противодействующая распределённая нагрузка, значение которой определяется выражением:

. (10)

Решая уравнение (10) численным методом при влажности костра W = 16%, соотношении резки к ширине камеры прессования l/h = 1 до плотности = 1000 кг/м3 и давлении р = 6 МПа, были получены данные, по которым построили график зависимости бокового давления от радиуса ротора (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость бокового давления от радиуса ротора при уплотнении костра влажностью W = 16% и соотношении резки l/h = 1 до плотности = 1000 кг/м3

Из графика (рис. 3) видно что, с увеличением радиуса камеры прессования дополнительное боковое давление снижается, что приводит к уменьшению неравномерности плотности брикета.

В процессе прессования работа затрачивается на сжатие материала, преодоление сил трения материала о стенки прессующей камеры, возникающие из-за бокового давления и работы, затрачиваемой на проталкивание брикета:

, (11)

где Ау.сж – удельная работа сжатия материала, кДж/кг; А у.сж – удельная работа, затрачиваемая на преодоление сил трения, кДж/кг; А у.пр – удельная работа, затрачиваемая на проталкивание брикета, кДж/кг.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»