Розробка технологічного процесу виділення лубу конопель

Размещено на http://www.allbest.ru

Херсонський національний технічний університет

05.18.01 - Зберігання і технологія переробки зерна, виготовлення зернових і хлібопекарських виробів та комбікормів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Розробка технологічного процесу виділення лубу конопель

Коропченко Сергій Петрович

Херсон - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті луб'яних культур Української академії аграрних наук.

Науковий керівник

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Гілязетдінов Рубіль Нуртдінович, Інститут луб'яних культур УААН, завідуючий відділом механізації збирання та технології переробки

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Дідух Володимир Федорович, Луцький державний технічний університет, Міністерство освіти і науки України, професор кафедри сільськогосподарського машинобудування;

кандидат сільськогосподарських наук, доцент Коб'яков Сергій Михайлович, Херсонський національний технічний університет, Міністерство освіти і науки України, доцент кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини.

Захист відбудеться “05” березня 2008 року о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 у Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м Херсон, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

Автореферат розісланий “23” січня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Кінець ХХ -- початок ХХІ сторіччя у світі характеризується збільшенням попиту на вироби з натуральних волокон, зокрема з лубу та волокна конопель. Це пов'язано з їх специфічними властивостями, які у певному асортименті виробів не можуть бути замінені іншими видами сировини. З іншого боку, для виготовлення деяких товарів сучасного виробництва, наприклад, одягу, будівельних матеріалів, різноманітних утеплювачів та наповнювачів, сировиною може слугувати конопляний луб, а не волокно. Це значно знижує собівартість кінцевого продукту.

На даному етапі розвитку науки і техніки луб зі стебел конопель виділяють із використанням технологій первинної переробки, які повною мірою не задовольняють вимоги виробництва і потребують подальшого удосконалення, що пов'язано зі значними труднощами, обумовленими структурою та властивостями самої сировини, багатоетапністю й різноманітністю технологій переробки конопель.

Більшість існуючих технологій виділення лубу, розроблених у попередні роки, потребує удосконалення, а у виробництві немає чітких рекомендацій щодо вибору механічних дій для виділення лубу та режимів роботи технологічного обладнання.

Таким чином, розробка технологічного процесу та обладнання для виділення лубу конопель, оптимізації робочих параметрів і параметрів переробки, які сприяють отриманню продукту із заданими властивостями, є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт Інституту луб'яних культур на 1998-2000 рр. “Розробити технологію збирання і переробки конопель, яка забезпечить скорочення енергетичних і матеріальних витрат на виробництво насіння і волокнистої продукції” (номер держреєстрації 0198U002930) та науково-технічної програми “Луб'яні культури” на 2000-2005 рр. “Розробити ресурсозберігаючу технологію збирання і переробки насіннєвих конопель, засновану на комплексній механізації виробничих процесів” (номер держреєстрації 0101U008072).

Особистий внесок автора полягає у вивченні та розробці технології виділення лубу конопель, виборі технологічної схеми та вузлів стенду, обґрунтуванні робочих органів та технологічних режимів, розробці регресійної моделі процесу виділення лубу конопель та вихідних вимог на проектування дослідного зразка агрегату.

Мета і завдання дослідження. Метою даної роботи є розробка технології виділення зі стебел насіннєвих конопель неорієнтованого лубу з певним діапазоном довжини і нормованим вмістом костриці. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

дослідити та теоретично обґрунтувати основні чинники, які впливають на процес виділення лубу конопель;

проаналізувати існуючі технологічні схеми та машини для переробки лубоволокнистої сировини;

розробити технологічну схему виділення лубу конопель;

встановити й обґрунтувати раціональні параметри технології виділення лубу і пристроїв для її здійснення;

розробити технічні пристрої, а також вибрати оптимальні технологічні режими для раціонального знекостричення лубу;

на підставі одержаних результатів досліджень дати пропозиції виробництву.

Об'єкт дослідження - процес виділення лубу конопель.

Предмет дослідження - солома та луб конопель.

Методи дослідження. У роботі використано методики проведення дослідів із первинної переробки та методи інструментальних випробувань лубоволокнистої сировини. Закони прикладної механіки застосовані в теоретичному дослідженні процесу виділення лубу. В експериментальних дослідженнях використано методи математичного планування експерименту і статистичні методи аналізу його результатів.

Якість сировини - конопляної соломи - визначали згідно з ГОСТ 27024-86 “Солома конопляная. Технические условия”, а якість продукту переробки - лубу - згідно з ОСТ 17_РСФСР-10-01-91 “Луб конопляный южных районов. Технические условия”.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у розвитку теоретичних та експериментальних основ технологічного процесу виділення лубу із соломи конопель із заданими споживчими властивостями отриманого продукту. При цьому вперше:

науково обґрунтовано технологічний процес виділення лубу конопель;

на основі теоретичних і експериментальних досліджень визначено оптимальний технологічний ланцюжок обладнання для одержання неорієнтованого конопляного лубу;

вивчено загальні закономірності процесу механічного виділення лубу та встановлено математичні залежності виходу і якості конопляного лубу від технологічних факторів та фізико-механічних властивостей сировини;

удосконалено процес очищення лубоволокнистої сировини в процесі трясіння за рахунок використання вібраціїних дій;

визначено динаміку зміни якісних показників конопляного лубу за переходами технологічного ланцюга, які забезпечують, залежно від кількості використаних переходів, отримання лубу, що відповідає та перевищує вимоги діючого стандарту.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблений технологічний процес виділення лубу дозволяє підвищити ефективність використання конопель за рахунок отримання з них знекостриченого лубу низької собівартості, зниження експлуатаційних витрат на його отримання, скорочення термінів переробки конопляної соломи, зниження затрат ручної праці, розширення сфери використання.

Визначено оптимальні режими переробки соломи конопель для отримання лубу із заданими параметрами. Встановлено фактори, що безпосередньо впливають на ефективність виділення лубу і його якість.

Розроблено вихідні вимоги на створення дослідного зразка агрегату для виділення лубу конопель (протокол № 12 від 28 липня 2006 р. засідання Вченої ради Інституту луб'яних культур УААН).

Результати дослідження апробовані на заводі ВАТ “ГЛУХІВТЕХВОЛОКНО” (акт проведення виробничих випробувань від 19 жовтня 2006 р.).

Впроваджено у виробництво вузол вібрації для трясильної машини з верхнім гребеневим полем (акт впровадження результатів науково-дослідних, дослідно-конструкторських і технологічних робіт від 23 листопада 2006 р.).

Очікуваний річний економічний ефект від впровадження запропонованої технології виділення лубу зі стебел насіннєвих конопель становитиме 745920 грн. на один агрегат у цінах 2005 року, за умови переробки 4000 тонн.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно виконав теоретичні та експериментальні дослідження, викладені в дисертаційній роботі, розробив технологічну схему агрегату для виділення лубу, обґрунтував вибір робочих органів та технологічних режимів роботи, здійснив планування експериментів, математичну обробку одержаних результатів та проаналізував і узагальнив їх, розробив регресійну модель процесу виділення лубу конопель, підготував вихідні вимоги на проектування дослідного зразка агрегату.

У наукових працях, виконаних зі співавторами, здобувачеві належить постановка завдань, проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів та висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи розглянуто й схвалено на:

міжнародних науково-технічних конференціях “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві”, м. Київ, 1998 - 2003 рр.;

науково-технічній конференції “Проблеми і перспективи розвитку льонарства та коноплярства в Україні”, м. Глухів, 2002 р.;

науково-практичній конференції “Стабілізація землекористування та сучасні агротехнології”, м. Київ, 2003 р.;

науково-технічних конференціях молодих вчених, м. Глухів, 2003-2007 р.;

міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості України”, м. Херсон, 2004 р.;

засіданнях міжкафедральних наукових семінарів кафедри первинної переробки, стандартизації та сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету, 2005-2007 рр.;

засіданнях відділу механізації збирання та технології переробки Інституту луб'яних культур УААН, м. Глухів, 1999 - 2007 рр.;

засіданнях кафедри первинної переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету, 2001_2007 рр.

Публікації за темою дисертації. Основні положення дисертації викладено у 16 наукових працях, у тому числі статей у провідних наукових виданнях України - 11, патентів - 4, тез доповідей на конференціях - 1.

Структура та обсяг дисертації. Дисертацію викладено на 137 сторінках основного тексту, що складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, рекомендацій виробництву та містить 16 таблиць, 55 рисунків, 5 додатків. Список використаних джерел включає 176 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі подано загальну характеристику роботи, розкрито сутність і стан наукової проблеми та її народногосподарське значення, обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та завдання досліджень, встановлено наукове та практичне значення одержаних результатів, охарактеризовано об'єкт та методи досліджень.

У першому розділі наведено огляд літератури за темою дисертації, визначено напрямки нових досліджень і охарактеризовано декортикаційні особливості конопляної соломи. Встановлено, що конопляний луб має широке застосування в різних галузях для виготовлення широкого асортименту товарів сучасного виробництва. У результаті аналізу наукової, патентної та технічної літератури, досвіду експлуатації промислового обладнання виявлено основні недоліки технологій первинної переробки соломи конопель і обладнання для їх здійснення: значна метало- й енергоємність та низька продуктивність. Встановлено, що основними механічними діями для виділення лубу є м'яття з одночасним скоблінням, тіпання із прочісуванням матеріалу та трясіння у поєднанні з вібрацією.

Виходячи з вищевикладеного, сформульовано мету роботи і визначено напрямки досліджень.

У другому розділі, що складається з 5 підрозділів, викладено основні методи досліджень, наведено фізико-механічні властивості використаної сировини та характеристику запропонованого обладнання.

Під час проведення досліджень використовувалася солома конопель урожаїв 1998-2005 років насіннєвих посівів конопель сорту ЮСО-31, її якість визначали згідно з ГОСТ 11008-64 “Солома конопляная. Технические условия”.

Розроблена технологія виділення лубу із соломи конопель включає основні дії та їх поєднання, які широко використовуються у первинній переробці грубоволокнистих культур: шароформуючі, м'яльно-скоблячі, трясильно-вібраційні, тіпально-чесальні

Поєднання тіпально-чесальних та трясильно-вібраційних дій у декілька переходів дозволяє отримати луб (Луб 1, Луб 2, Луб 3) із заданими параметрами за довжиною та вмістом у ньому костриці, залежно від напрямку подальшого використання.

Згідно з технологічним ланцюгом виділення лубу конопель здійснюється на трьох

На першому переході живильний вузол подає стебла у м'яльно-скоблячий, де м'яльні вальці планчотого типу захоплюють стебла, зминають їх і протягують через весь вузол. Потім отриманий сирець збагачується у трясильно-вібраційному вузлі й надходить у тіпально-чесальний, де відбувається інтенсивне виділення костриці, й на кінцевому етапі обробки у трясильно-вібраційному вузлі виділяється вільна костриця. На цьому закінчується перший перехід виділення лубу конопель. Другий і третій переходи складаються із чергування тіпально-чесального та трясильно-вібраційного вузлів, що сприяє збільшенню кількості дій на оброблюваний матеріал. Запропонована технологія дозволяє отримувати конопляний луб без розподілу на довгий і короткий з мінімальним вмістом костриці.

М'яльно-скобляча частина в запропонованій схемі (рис. 2) складається із шести пар планчатих м'яльних вальців. Привід м'яльних вальців сконструйовано таким чином, що він забезпечує зміну швидкості обертання вальців за напрямком руху матеріалу. Це створює витяжне поле, яке потоншує шар матеріалу. Крім цього, виникає явище скобління стебел відносно рифлів вальців, що підвищує ступінь руйнування зв'язку між луб'яним шаром і деревиною. Обробку стебел конопель на експериментальному м'яльно-скоблящому вузлі здійснювали при чотирьох режимах роботи м'яльного вузла n1-n4 (n1 - 75;125;300, n2 - 110;190;450, n3 - 170;290;700, n4 - 230;370;950 хв-1).

У трясильний вузол для підвищення виділення костриці з лубу було введено вузол вібрації, який примушує коливатись у вертикальній площині планки верхньої гілки голчатого транспортера.

Отриманий луб під час досліджень оцінювали згідно з ОСТ 17-РСФСР-10-01-91 “Луб конопляный южных районов. Технические условия”.

Оптимальні параметри процесу виділення лубу конопель визначені за допомогою однофакторних та багатофакторних експериментів. Критеріями оцінювання ефективності застосованих факторів слугували вміст костриці та довжина лубу. За параметр оптимізації при проведенні ПФЕ взято комплексний показник оптимізації, який враховує як кількість одержуваного лубу, так і його якість.

Обробку результатів експериментів здійснювали за допомогою методів математичної статистики. Значущість відмінностей між середніми значеннями визначали за критеріями Стьюдента й Фішера, закономірність змін параметрів - методом найменших квадратів, регресійним та дисперсним аналізом.

Усі розрахунки виконувалися з використанням комп'ютерних програм Excel 2000, Stat Graf та ін. програм математичної статистики.

У третьому розділі, що складається із трьох підрозділів, викладено теоретичні дослідження процесу знекостричення лубу конопель у трясильно-вібраційному вузлі. Нами було висунуто гіпотезу: якщо надати верхній гілці голчатого транспортера примусових коливальних рухів, то це дозволить додатково виділити частину вільної костриці. У процесі проведення теоретичних досліджень здійснено розрахунок вільних коливань верхньої гілки голчатого транспортера, отримано вібраційну характеристику планок транспортера, визначено головні частоти і форми вільних коливань досліджуваної системи.

Для знаходження частот коливання було використано комп'ютерну програму “Раскрытие Векового определителя”. Отримані результати обчислень частот коливань для кожної планки наведено на рис. 4. Амплітуди коливань розраховуються програмою відносно еталонної частоти, прийнятої за одиницю.

Розглядаючи головні частоти коливань, видно, що при даних характеристиках деякі з них близькі або входять у поле резонансних частот. Порівняння форм коливань із резонансними частотами невеликої частоти показує, що при відході від поля резонансних частот величина амплітуди зменшується.

Результати вібраційного аналізу можуть бути використані для вибору оптимальних динамічних параметрів трясильної частини під час більш досконалого вивчення процесу вібрації відносно до процесу виділення вільної костриці із зони обробки.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень процесу виділення лубу конопель та окремих його етапів: м'яття, тіпання, трясіння, вібрації. Здійснено перевірку теоретичних розрахунків, визначено основні залежності показників якості лубу від параметрів обробки на експериментальному обладнанні.

Дослідження швидкісних режимів роботи м'яльно-скоблячого вузла показали (рис. 5), що відсоток умину зменшується із зростанням частоти обертання м'яльних вальців, незалежно від фракцій стебел. Це пояснюється тим, що зі збільшенням частоти обертання вальців час перебування матеріалу в зоні обробки зменшується і вільна костриця не встигає висипатись. З рис. 5 видно, що для крупностеблової соломи зі збільшенням частоти обертання м'яльних вальців від n1 до n2 спостерігається істотне зниження відсотка умину з 39,6 до 37,1% (tp=3,4 > tт=2,12, де tp - розрахунковий, а tт - табличний критерій Стьюдента). Подальше збільшення частоти обертання не має істотного впливу на відсоток умину (tp відповідно для частот n2 і n3 становить 1,1, n3 і n4 - 0,3 і n4 і n1 - 1,3). Для середньо- та дрібностеблової фракції соломи відбувається істотне зменшення відсотка умину в усьому діапазоні зміни частоти обертання вальців (tp для средньостеблової соломи при порівнянні n1 і n4 дорівнює 2,3, а дрібностеблової - 4,1). З аналізу одержаних даних можна зробити висновок, що на експериментальному м'яльно-скоблячому вузлі партії крупностеблової соломи бажано обробляти при граничних значеннях частот обертання вальців n1 і n4, тоді як партії середньостеблої та дрібностеблої соломи - n1 (75;125;300 хв-1). Таким чином доцільно передбачити у даній частині змінний діапазон регулювання частоти обертання м'яльних пар для отримання оптимальних результатів обробки.

На підприємствах первинної переробки широко використовується м'яльна машина ПМГ-1, тому нами встановлено оптимальні режими обробки конопляної соломи, а також проведено порівняння ефективності обробки сировини із запропонованим м'яльним пристроєм.

Результати порівняльних експериментів показали, що експериментальний м'яльний вузол дає вищий відсоток умину порівняно з м'яльною машиною ПМГ-1. Обидві м'яльні машини задовільно обробляють крупностеблову солому конопель. Встановлено, що зі зменшенням діаметра стебел знижується відсоток умину. Дана тенденція характерна для обох типів м'яльних машин. Необхідно відзначити, що в експериментальному м'яльно-скоблячому вузлі для дрібностеблової сировини відсоток умину хоч і знизився, але залишався досить високим (31,3%), тоді як у ПМГ-1 він становить 15,5%.

Одним із визначальних факторів обробки сировини в тіпальному вузлі є частота обертання, тому нами досліджено даний параметр. Оптимальну частоту обертання тіпального барабана визначали за допомогою однофакторного експерименту в змінюваному інтервалі варіювання даного фактору від 267 до 577 хв-1. Інші параметри (зазори на вході 6 мм, на виході із зони тіпання 25 мм) були постійними.

Отримані результати свідчать, що збільшення частоти обертання тіпального барабана, наприклад, для крупностеблової фракції з 267 до 450 хв-1 сприяє суттєвому зменшенню закостриченості з 20±0,6% до 10±1,0%. Подальше збільшення частоти до 577 хв-1, навпаки, призводить до підвищення закостриченості до 27±0,4% (tр=16,1 при tт=2,12). Аналогічна тенденція спостерігається і для інших фракцій сировини. Оскільки при частоті обертання барабана від 350 до 450 хв-1 отримано найнижчу закостриченість лубу, то цей діапазон рекомендовано використовувати як базовий для обробки лубу всіх фракцій соломи конопель.

Процес трясіння досліджували на трясильному вузлі з верхнім гребеневим полем. Оптимальні параметри обробки визначали за результатами однофакторних експериментів.

Швидкість руху транспортера суттєво впливає на перебування сировини в зоні трясіння, а це в свою чергу призводить до зменшення кількості дій на оброблюваний луб і відповідно до збільшення відсотку залишкової костриці. У дослідах швидкість транспортера змінювалася від 8 до 14 м/хв. Для крупностеблової та середньостеблової фракції збільшення швидкості транспортера до 12 м/хв не призводить до суттєвого підвищення закостриченості, а подальше збільшення до 14 м/хв. спричиняє стрімке збільшення закостриченості Закостриченість дрібностеблової фракції має дещо більш плавну криву, тобто менше залежить від швидкості транспортера. Згідно з результатами досліджень рекомендована швидкість транспортера становить 8-10 м/хв.

1 - крупностеблова фракція;

2 - середньостеблова фракція;

3 - дрібностеблова фракція.

Наступним досліджуваним фактором процесу трясіння є кут розмаху голок. У дослідах він змінювався від 70 до 1000. Отримані результати свідчать (рис. 9), що для лубу, одержаного із крупностеблової фракції стебел, зміна кута розмаху від 70 до 1000 суттєво не впливає на закостриченість (закостриченість коливається від 39±1,4% до 42±1,2% при tp=0,1). Для лубу, отриманого із середньостеблової фракції, зміна кута розмаху голок від 70 до 900 призводить до незначного погіршення обробки, а підвищення до 1000 спричиняє ріст відсотка залишкової костриці до 52%, а для лубу, отриманого із дрібностеблової фракції, ми спостерігаємо зворотну картину впливу вибраного діапазону зміни кута. Таким чином аналіз одержаних даних показав, що при куті розмаху голок 80-900 спостерігається найменша закостриченість лубу для всіх фракцій сировини і цей діапазон можна прийняти за оптимальний.

Частота коливання голок є одним із визначальних факторів у процесі трясіння. Нами встановлено, що збільшення частоти коливання для лубу, отриманого із крупностеблової соломи, суттєво не впливає на його закостриченість. Для середньостеблової фракції збільшення частоти коливання з 120 до 195 хв-1 обумовлює зниження закостриченості з 50 до 42 % (tp=7,9 при tт=2,1), а подальше збільшення до 290 хв-1 суттєво не впливає на виділення костриці. Для дрібностеблової фракції спостерігається протилежна залежність. Тому для обробки лубу вибираємо середні значення частоти коливання голок, при яких відбувається зменшення відсотка закостриченості лубу для всіх фракцій стебел конопель.

Оптимальні режими роботи трясильно-вібраційного вузла визначали за допомогою однофакторних експериментів. Так, дослідження частоти дій бійка на верхню гілку транспортера показали , що зміна її від 0 до 2250 хв-1 суттєво знижує закостриченість лубу, отриманого із всіх фракцій соломи конопель. За результатами даного досліду, необхідно віддати перевагу частоті дії бійка від 1500 до 2250 хв-1. У даному діапазоні спостерігається найменша закостриченість лубу.

зміна висоти відхилення верхньої гілки голчатого транспортера в діапазоні від 0 до 15 мм спричиняє збільшення інтенсивності обробки сировини, що підтверджується значенням закостриченості. Закостриченість лубу зменшується для всіх фракцій соломи. Подальше збільшення висоти відхилення гілки голчатого транспортера неможливе через конструктивні параметри трясильного вузла. Висота відхилення гілки голчатого транспортера, яка у вибраному діапазоні найбільш підходить до описуваного процесу, є 15 мм для даної конструкції трясильної частини.

Під час досліджень було проведено порівняння ефективності роботи трясильних частин із вузлом вібрації і без нього. Використання вузла вібрації дозволяє видалити додатково від 5 до 12% костриці (рис. 13). Так для лубу, отриманого із крупностеблової фракції, поєднання процесів вібрації і трясіння сприяє зниженню закостриченості від 23,4±1,4% до 18,9±1,2% (tр=2,4; tт=2,12), а для лубу із дрібностеблової фракції - з 36±1,4 до 25,7±0,7% (tр=6,6; tт=2,12).

З метою виявлення факторів, які суттєво впливають на процес виділення лубу конопель, реалізовано багатофакторний експеримент. Досліджуваними факторами були (табл. 1): частота обертання тіпального барабана (Х1), частота обертання м'яльних вальців (Х2), висота відхилення верхньої гілки голчатого транспортера (Х3), фракція соломи конопель (Х4).

Таблиця 1

Рівні факторів, їхні натуральні значення та інтервал варіювання

Фактор	Позначення	Рівні факторів
		нижній (-)	верхній (+)
Частота обертання тіпального барабана, хв-1	Х1	300	600
Частота обертання м'яльних вальців, хв-1	Х2	65; 100; 191	105; 180; 445
Висота відхилення голчатого транспортера, мм	Х3	0	15
фракція соломи конопель	Х4	дрібностеблова	крупностеблова

За параметр оптимізації обрано комплексний показник (Yo), який враховує кількість отриманого лубу і залишки костриці у ньому. Фізичний зміст даного параметра полягає в тому, що чим більший відсоток виходу лубу і менший вміст залишкової костриці, тим раціональніше організовано процес переробки. Комплексний показник Yo визначається за формулою:

У результаті проведення багатофакторного експерименту отримано рівняння регресії (2), яке описує процес виділення лубу. З аналізу рівняння регресії бачимо, що вільний член відповідає середньому значенню параметра оптимізації (із 16 дослідів), тобто умовному виходу лубу. Величина коефіцієнтів при досліджуваних факторах свідчить про значущість того або іншого фактора і їх взаємодію.

Y=27,7-0,16X1+1,48X2+1,46X1X2-0,17X1X3-0,51X1X4+1,09X2X4+0,41X1X2X3 -1,05X1X2X4-0,32X1X2X3X4 (2)

Перевірка даного рівняння за критерієм Фішера показала, що при довірчій імовірності 95% отримане рівняння адекватно описує процес виділення лубу конопель. Це дозволяє зробити висновок, що при виділенні лубу для встановлених рівнів варіювання факторів найбільший вплив на процес переробки має частота обертання м'яльних вальців (Х2). Далі за ступенем впливу йде фактор Х1 (частота обертання тіпального барабана). Негативне значення коефіцієнта при факторі Х1 свідчить про те, що із збільшенням величини фактора зменшується значення показника критерію оптимізації. Фактори Х3 і Х4 у даному випадку на описаний процес істотного впливу не мають. Цей факт свідчить, що в даному діапазоні фактори Х3 і Х4 відповідають їх оптимальному значенню. Однак дані фактори у взаємодії з іншими істотно впливають на процес виділення лубу конопель.

Із факторів парної дії найбільший вплив має поєднання Х1Х2 і Х2Х4, а для факторів потрійної взаємодії - Х1Х2Х4.

Оскільки частота обертання м'яльних вальців є одним із найістотніших факторів впливу на досліджуваний процес, то це ще раз підтверджує доцільність використання експериментального м'яльного вузла з вальцями планчатого типу.

Аналіз закостриченості лубу, отриманого на різних переходах стенду при переробці соломи конопель з різними фізико-механічними властивостями показує, що проходження сировини по переходах стенда дозволяє суттєво зменшувати закостриченість лубу, під час переробки усіх фракцій соломи конопель. На першому переході відбувається основне виділення костриці, залишок костриці в лубі становить із дрібностеблової фракції 13,8%, середньостеблової - 11,2%, крупностеблової - 10,8%, а вміст костриці описаних фракцій після проходження другого та третього переходу становить відповідно 1,9%, 1,7%, 0,8%. Одержаний луб за вмістом костриці відповідає вищим сортам лубу згідно з ОСТ 17_РСФСР-10-01-91 “Луб конопляный южных районов. Технические условия”.

Аналіз середньої вагодовжини лубу отриманого зі стебел різних фізико-механічних властивостей, свідчить, що у сировини оброблюваної по переходах стенда суттєво зменшується довжина волокон від 900 до 500 мм.

Таким чином, проведені теоретичні та експериментальні дослідження показують, що запропонований технологічний процес виділення лубу конопель складається із чергування декількох основних процесів: м'яття рифленими вальцями планчатого типу із перепадом швидкостей між парами вальців, тіпання з одночасним скоблінням, трясіння в поєднанні з вібрацією забезпечує виділення лубу без розподілу на довгий і короткий. Чергування тіпально-чесального та трясильно-вібраційного процесів дозволить виділяти луб із соломи конопель різних фізико-механічних властивостей, а також із заданими показниками закостриченості і вагодовжини, при цьому вміст костриці в отриманому лубі може коливатися у межах від 0,8 до 13%, а вагодовжина - від 500 до 900 мм, залежно від кількості переходів, залучених для переробки соломи конопель.

У п'ятому розділі наведено технічно-економічне обґрунтування технології виділення лубу конопель.

Економічна доцільність запропонованої технології обумовлена різницею вартості лубу та вартості волокна і соломи конопель, а також зниженням експлуатаційних витрат на отримання лубу. Очікуваний річний єкономічний ефект від використання одного агрегату для виділення лубу конопель становить 745920 грн., за умови переробки 4000 тонн.

Ефективність використання запропонованої технології включає такі статті:

збільшення продуктивності агрегату при переробці різної за фізико-механічними властивостями соломи конопель до 30%;

зниження енергоємності агрегату до 22%;

зниження металоємності устаткування до 50%.

ВИСНОВКИ

У результаті теоретичних і експериментальних досліджень розроблено технологічний процес виділення лубу конопель, який базується на механічних діях м'яття, тіпання, трясіння, вібрації та їх поєднанні. Доведено, що запропонований ланцюг обладнання у поєднанні з конструкторськими рішеннями забезпечує одержання продукту з необхідними якісними показниками.

Встановлено оптимальні технологічні параметри процесу: перепад швидкостей обертання м'яльних вальців планчатого типу - 75; 125; 300 хв-1, частота обертання тіпального барабана - 350 - 450 хв-1, швидкість голчатого транспортера - 8 _ 10 м/хв, частота коливання голок - 180 - 200 хв-1, кут розмаху голок - 80-900.

Обґрунтовано, що для підвищення інтенсифікації виділення вільної костриці у трясильному вузлі необхідно в його конструкцію ввести вібраційний вузол для надання голчатому транспортеру примусових коливань.

Використання вибраного ланцюга технологічного обладнання забезпечує отримання лубу із закостриченістю на першому переході 11-14%, другому - 6-9%, третьому - 1-2%, дані показники значно нижчі, ніж показники закостриченості кращих сортів лубу, згідно з ОСТ 17-РСФСР-10-01-91 “Луб конопляный южных районов. Технические условия”, це дозволяє значно розширити сферу застосування даної сировини.

На основі проведеного багатофакторного експерименту отримано рівняння регресії, яке дозволяє оптимізувати процес виділення лубу, залежно як від властивостей перероблюваної сировини, так і показників якості кінцевого продукту.

Річний економічний ефект від впровадження запропонованої технології становить 745920 грн. за умови переробки 4000 тонн сировини і полягає у низькій собівартості лубу, зниженні експлуатаційних витрат на його отримання.

На підставі проведених досліджень розроблено вихідні вимоги на проектування дослідного зразка агрегату для виділення лубу конопель.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для отримання лубу конопель з низькою закостриченостю рекомендується використовувати розроблений “Технологічний процес виділення лубу конопель”, за допомогою якого можливо отримувати сировину низької собівартості для широкого використання в різних галузях виробництва.

Агрегат для виділення лубу складається з м'яльно-скоблячого вузла з використанням м'яльних вальців планчатого типу та перепадом швидкостей обертання вальців у межах 75; 125; 300 хв-1; тіпально-чесального вузла, у якому високий ступінь руйнування зв'язків між луб'яним шаром та деревиною забезпечується за рахунок використання частоти обертання тіпального барабана в межах від 350 до 450 хв-1; трясильно-вібраційного вузла, у якому швидкість транспортера коливається від 8 до 10 м/хв, частота коливання голок становить 180 _ 200 хв-1, кут розмаху голок - 80-900.

Для підвищення знекостриченості лубу в процесі трясіння пропонується поєднання поступального руху голчатого транспортера з вібраційними діями певної частоти на його верхню гілку.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Коропченко С.П. Виділення лубу конопель інтенсивними механічними діями // Вісник Сумського аграрного університету. - 2001. - Вип. 6. - С. 61-63.

Коропченко С.П. Випробовування тіпальної частини стенда для виділення лубу конопель // Вісник Сумського аграрного університету. - 2002. - Вип. 8. - С. 38 _ 41.

Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н. Вплив швидкісних режимів вальців м'яльної машини на промин соломи конопель // Вісник Сумського аграрного університету. - 2000. - Вип. 5. - С. 39-41. (Дисертант особисто підготував та провів дослідження з впливу швідкисних режимів і узагальнив результати проведених досліджень)

Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н., Хилевич В.С. Дослідження процесу трясіння при виділенні лубу конопель // Науковий вісник Національного аграрного університету. - 2002. - №47. - С. 125-127. (Дисертантом виконано підготовку та проведення дослідження процесу трясіння)

Коропченко С.П., Губанов А.Б. Новые воздействия в процессе трясения // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2001. - №5. - С. 38-40. (Здобувачем розкрито та обґрунтовано теоретичні основи визначення впливу поєднання процесів вібрації та трясіння на обезкостричення лубу конопель)

Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н., Мєшков Ю.Є. Отримання лубу конопель із заданими параметрами зі стебел із різними фізико-механічними властивостями // Легка промисловість. - 2006. - № 1. - С. 46-47. (Дисертанту належать розробка технологічної схеми підготовка та проведення дослідів та узагальнення результатів)

Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н., Лук'яненко П.В., Баранник В.Г., Мєшков Ю.Є. Шляхи удосконалення технології збирання та переробки насіннєвих конопель // Легка промисловість. - 2006. - № 2. - С. 46-47. (Коропченку С.П., Гілязетдінову Р.Н. Бараннику В.Г. належать основні ідеї розробки технології первинної переробки насіннєвих конопель обґрунтування економічної ефективності та узагальнення результатів досліджень. Лук'яненку П.В. належить опис технологій збирання конопель.)

Коропченко С.П. Дослідження процесу м'яття при виділенні лубу конопель // Механізація та електрифікація сільського господарства: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Глеваха: Інститут механізації та електрифікації сільського господарства, 2002. - Вип. 86. - С. 244-248.

Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н., Головій О.В. Вплив вібраційних та трясильних дій робочих органів на знекостричення лубу конопель // Вісник Черкаського інституту агропромислового виробництва: Міжвідомчий тематичний збірник наукових праць. - Черкаси: Черкаський Інститут АПВ, 2002. - Вип. 3. - С. 100-103. (Дисертант безпосередньо брав участь у розробці та виготовленні дослідного зразка, підготував та провів досліди по впливу вібраційних та трясильних дій робочих органів на знекостричення лубу конопель)

Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н., Баранник В.Г., Хилевич В.С. Економічний аналіз технологій збирання та переробки насіннєвих конопель // Матеріали науково-технічної конференції молодих вчених “Нове у селекції, генетиці, технології вирощування, збирання, переробки та стандартизації луб'яних культур”, 18 лист. 2003р. - Глухів: ІЛК, 2004. - С. 144-147. (Коропченку С.П., Гілязетдінову Р.Н. належать основні ідеї розробки технології первинної переробки насіннєвих конопель обґрунтування економічної ефективності. Баранник В.Г., Хилевич В.С. узагальнення результатів досліджень.)

Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н. Удосконалення технології одержання лубу конопель у вигляді однорідної маси // Матеріали науково-технічної конференції молодих учених “Стабілізація землекористування та сучасні агротехнології”. - Чабани: Інститут землеробства УААН, 2003. - С. 80-81. (Дисертантом висвітлено основні технологічні рішення отримання лубу, опис та обґрунтування розробленої технології).

Пат. 55242 Україна, МПК7 D01В1/10. Спосіб виділення однотипного лубу зі стебел насіннєвих конопель / Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н. Заявл. 05.08.2002; Опубл. 15.06.2005, Бюл. №6. - 2с. (Дисертантом оформлено патентний огляд та експериментальні дані, що лягли в основу патенту)

Пат. 44492 Україна, МПК7 D01В1/04, D01B1/40. Трясильна машина / Коропченко С.П., Гілязетдінов Р.Н., Головій О.В. Заявл. 23.04.2001; Опубл. 15.11.2004, Бюл. №11. - 2с. (Дисертантом оформлено патентний огляд та експериментальні дані, що лягли в основу патенту, розробка пристрою для трясіння лубуволокнистої сировини)

Пат. 51332 Україна, МПК7 D01В1/32. Механізм шаруформуючого пристрою для стебел луб'яних культур / Головій О.В., Гілязетдінов Р.Н., Рябченко О.П., Коропченко С.П. Заявл. 25.02.2002; Опубл. 16.05.2005, Бюл. №5. - 3с. (Дисертанту належить оформлення патентного огляду, участь у розробці пристрою. Головій О.В., Гілязетдінов Р.Н., Рябченко О.П. - конструювання та випробування шаруформуючого пристрою для стебел луб'яних культур)

Пат. 53895А Україна, МПК7 D01В1/32. Пристрій для формування шару стебел луб'яних культур / Рябченко О.П., Гілязетдінов Р.Н., Лук'яненко П.В., Головій О.В., Коропченко С.П. Заявл. 29.01.2002; Опубл. 17.02.2003, Бюл. №2. - 2с. (Дисертанту належить оформлення патентного огляду, участь у розробці пристрою. Рябченко О.П., Гілязетдінов Р.Н., Лук'яненко П.В. - конструювання та випробування пристрою для формування шару стебел луб'яних культур)

Коропченко С.П. Прогрессивная технология выделения луба конопли в виде однородной массы // Проблеми легкої і текстильної промисловості: Міжнар. наук.-технічна конферен., 20-23 квітня 2004 р. - Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2004. - №1(8). - С. 313-315.

Анотація

Коропченко С.П. Розробка технологічного процесу виділення лубу конопель. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.01 - зберігання і технологія переробки зерна, виготовлення зернових і хлібопекарських виробів та комбікормів. - Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2007.

Дисертація містить теоретичні й експериментальні дослідження в галузі первинної переробки соломи насіннєвих конопель з метою отримання лубу, не розділеного на довгий і короткий.

У роботі проаналізовано способи і технологічні лінії виділення лубу із соломи конопель. За результатами роботи розроблено технологічний процес виділення лубу конопель на основі використання відомих і нових робочих органів, а також підбору технологічних режимів. Оптимізовано й експериментально обґрунтовано технологічні параметри та режими процесу обробки. Встановлено фактори, які безпосередньо впливають на кількісні та якісні показники лубу. Використання в запропонованій технології оригінальних та інтенсивних способів обробки сухого стебла дозволяють отримати луб із закостриченістю не більше 5%. Розроблено вихідні вимоги на проектування дослідного зразка агрегату для виділення лубу конопель.

Основні положення дисертаційної роботи розглянуто й схвалено на 6 науково-технічних конференціях і викладено у 12 наукових працях, із них 10 опубліковано у фахових наукових виданнях, оригінальність та новизну роботи підтверджено чотирма патентами України на винахід.

Ключові слова: коноплі, конопляна солома, луб, фізико-механічні властивості, агрегат, закостриченість, технологічний процес виділення лубу, технології переробки.

Аннотация

Коропченко С.П. Разработка технологического процесса выделения луба конопли. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.01 - хранение и технология переработки зерна, изготовление зерновых и хлебопекарских изделий и комбикормов. - Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2007.

Диссертация содержит теоретические и экспериментальные исследования в области первичной переработки конопли двухстороннего использования, а именно получения луба, не разделенного на длинный и короткий. знекостричення луб конопля

На украинском рынке волокнистого сырья в основном фигурирует конопляное волокно. Однако, учитывая опыт западных стран, во многих изделиях его с успехом можно заменить более дешевым лубом. Это не только не ухудшит качество получаемого продукта, но и позволит снизить его себестоимость, тем самым повышается конкурентоспособность продукции.

На данном этапе развития науки и техники луб из стеблей конопли выделяют с использованием традиционных технологий первичной переработки, многие из которых уже не в полной мере удовлетворяют потребностям производства и нуждаются в усовершенствовании, что связано со значительными трудностями, обусловленными структурой и свойствами самого сырья, многоэтапностью и разнообразием технологий переработки конопли, устарелостью оборудования. Это приводит не только к снижению качества продукции, но и к неконкурентоспособности продукции коноплеперерабатывающей отрасли на внутреннем и внешнем рынке.

В данной работе проанализированы известные технологии и технологические линии первичной переработки конопли для получения луба. Установлено, что для получения луба без разделения на длинный и короткий с фиксированным содержанием костры и заданной длиной волокон необходимо осуществлять переработку соломы конопли по предлагаемому в данной диссертационной работе технологическому процессу. Данный процесс состоит из широко применяемых в первичной переработке воздействий на материал: мяльно-скоблящих, трепально-чесальных, трясильно-вибрационных. Преимуществом предложенного технологического процесса является выделение луба конопли без распределения на длинный и короткий, что делает технологический процесс более простым, а это позволяет значительно сократить сроки переработки конопляной соломы, за счет чего снижается метало- и энергоемкость оборудования и соответственно себестоимость луба.

В результате проведенных исследований обоснованы агрегаты и узлы разработанного стенда, выбраны скоростные режимы оборудования для выделения луба, а также доказано, что применение высокоскоростных и интенсивных воздействий на обрабатываемый материал в описанной последовательности способствует эффективному удалению костры и неволокнистых примесей из обрабатываемого материала. Кроме того, применение в технологии чередования воздействий в несколько переходов позволяет получать луб с заданным содержанием костры и определенной длиной волокон. Показатели закостренности луба полученного по предлагаемой технологии, значительно ниже, чем показатели закостренности лучших сортов луба, согласно с ОСТ 17-РСФСР-10-01-91 “Луб конопляный южных районов. Технические условия”.

Для увеличения интенсивности обескостривания луба в трясильную часть стенда разработано вибрационное устройство, которое генерирует колебательные движения верхней ветви игольчатого транспортера и позволяет уменьшить закостренность получаемого луба в 1.5 раза.

В процессе проведения теоретических исследований мы рассчитали свободные колебания верхней ветви игольчатого транспортера под действием на него узла вибрации. Данные нашего расчета показали форму колебания планок транспортера в определенный промежуток времени.

В результате проведения полнофакторного эксперимента получено уравнение регрессии, которое с вероятностью 95% адекватно описывает процесс выделения луба конопли. Это позволило сделать вывод, что при выделении луба для установленных значений изменения факторов наибольшее влияние на процесс оказывает частота вращения мяльных вальцов.

Экономическая целесообразность предложенного технологического процесса обусловлена разницей между стоимостью луба и коротким волокном, соломой конопли, снижением эксплуатационных расходов на получение луба. Ожидаемый ежегодный эффект от использования агрегата для выделения луба конопли будет составлять 745920 грн. при переработке 4000 тонн сырья.

По результатам работы разработан технологический процесс выделения луба конопли, основанный на использовании известных и новых рабочих органов. Оптимизированы и экспериментально обоснованы технологические параметры и режимы процесса обработки. Установлены факторы, которые непосредственно влияют на количественные и качественные показатели луба. Использование в предложенной технологии оригинальных и интенсивных способов обработки сухого стебля позволяет получить луб с закостренностью не более 5%. Разработаны исходные требования на проектирование опытного образца агрегата для выделения луба конопли.

Основные положения диссертационной работы рассмотрены и одобрены более чем на 6 научно-технических конференциях и изложены в 12 научных трудах, из них 10 опубликовано в специализированных научных изданиях, оригинальность и новизна работы подтверждена четырьмя патентами Украины на изобретение.

Ключевые слова: конопля, конопляная солома, луб, закостренность, агрегат, физико-механические свойства, технологический процесс выделения луба, технологии переработки.

Summary

C. Koropchenko. The development of the technological process of the selection of bast of hemps.

Manuscript is presented for the scientific degree of candidate of engineering sciences after the speciality 05.18.01 a storage and technology of corn's processing, making of corn, bakery goods and mixed fodders. - Kherson national technical university, Kherson, 2007.

This dissertation contains theoretical and experimental researches in the sphere of the primary processing of straw of seminal hemps with the purpose of receiving of bast not parted for long and short.

Different methods and technological lines of selection of bast from the straw of hemps are analysed in this work. As a result of work the technological process of the selection of bast of hemps is developed on the basis of the use of the known and new working organs and also selection of the technological modes. Technological parameters and modes of process of treatment are optimized and proved experimentally. Factors, which directly influence the quantitative and high-quality indexes of bast are set. The use of the original and intensive methods of treatment of dry stem allows to get bast with boon not more 5 %. Initial requirements on planting of preproduction model of aggregate for the selection of the bast of hemps are developed.

The substantive provisions of the dissertation work are considered and approved at 6 scientific and technical conferences and expounded in 12 scientific works, 11 of them are published in the professional scientific editions, originality and novelty of work is confirmed by 4 patents of Ukraine on an invention.

Key-words: hemp, hemp straw, raw, bast, aggregate.

Размещено на Allbest.ru

...