Удосконалення режимів та будови лущильних машин для агрегатних установок з виготовлення крупів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

УДК: 664.762

УДОСКОНАЛЕННЯ РЕЖИМІВ ТА БУДОВИ ЛУЩИЛЬНИХ МАШИН ДЛЯ АГРЕГАТНИХ УСТАНОВОК З ВИГОТОВЛЕННЯ КРУПІВ

Спеціальність 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Шевченко Павло Іванович

Одеса - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській національній академії харчових технологій Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Гапонюк Олег Іванович, Одеська національна академія харчових технологій, завідувач кафедри технологічного обладнання зернових виробництв

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Гладушняк Олександр Карпович, Одеська національна академія харчових технологій, завідувач кафедри технологічного обладнання харчових виробництв

кандидат технічних наук, доцент Бандура Валентина Миколаївна, Вінницький державний аграрний університет, доцент кафедри автоматизації і комплексної механізації технологічних процесів

Провідна установа - Донецький державний університет економіки і торгівлі, кафедра обладнання харчових виробництв, Міністерство освіти і науки України, м. Донецьк

Захист відбудеться “7” липня 2006 р. о 10³⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.088.01 Одеської національної академії харчових технологій (вул. Канатна, 112, м. Одеса, 65039).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської національної академії харчових технологій (вул. Канатна, 112, м.Одеса, 65039).

Автореферат розісланий “3” червня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К.Г. Іоргачова д.т.н., професор

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Задачами інтенсифікації лущильних технологій є зменшення енергетичних втрат, забезпечення екологічної безпеки, високої якості круп і комбікормів, розробка високоефективних лущильних комплексів. Їх вирішення здійснюється поліпшенням існуючих, розробкою нових комплексних способів, засобів, режимів обробки зерна. Однак можливості зменшення енерговитрат, підвищення якості лущення не вичерпані - тут є ряд невикористаних резервів. Основні з них - зменшення енерговитрат криється в сумісництві абразивного відділення оболонок з аеромеханічним способом очищення поверхні ядра зерна і відбором продуктів лущення. Здійснення вказаної комплексної дії на зернові матеріали дозволить усунути ефект сомозаражування (сухого змащування) лущильних машин і тим самим організувати та забезпечити рівномірну обробку поверхні зерна, екологічну чистоту крупи.

Розробка лущильних комплексів нового покоління дозволить вирішити проблеми зменшення енергетичних втрат та екологічної безпеки. Тому розвиток наукових уяв про механізми абразивного лущення, пневмосепарування, пневмотранспорту продуктів лущення, створення на їх основі методик обґрунтування раціональних режимів і конструктивних параметрів лущильних комплексів є доцільним і актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до держбюджетної тематики науково-дослідних робіт “Виробництво, переробка і збереження сільськогосподарської продукції” № держреєстрації 0100U4572 в рамках програми “Малогабаритна техніка та безвідходна технологія переробки сільськогосподарської сировини для фермерських і колективних господарств України” за планом роботи Проблемної науково-дослідної лабораторії Одеської національної академії харчових технологій.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності роботи лущильних комплексів шляхом інтенсифікації процесів обробки поверхні зерна та аеросепарування продуктів лущення.

Для досягнення поставленої мети необхідно:

- виявити резерви підвищення ефективності лущення зерна в основних елементах лущильних комплексів;

- розробити нові принципи обробки зерна, пневмосепарування продуктів лущення і пневмотранспортування аеродинамічно легких відносів;

- розробити математичні моделі силового навантаження зерна комбінованої лущильної установки: абразивно-ударної обробки зерна, пневмосепарування продуктів лущення;

- провести експериментальні дослідження механіки переміщення, обробки, лущення зерна;

- провести експериментальні дослідження аеромеханіки двокомпонентних потоків для внутрішнього та зовнішнього сепарування і транспортування продуктів лущення;

- обґрунтувати структурні схеми, раціональні конструктивні і технологічні параметри нових лущильних комплексів за енергетичними, технологічними показниками.

Об'єкт дослідження - процеси лущення, пневмосепарування, пневмотранспортування зернових матеріалів.

Предмет дослідження - лущильний комплекс, в якому реалізована комплексна абразивна та аеродинамічна дія на продукт лущення зерна.

Методи дослідження - аналітичне моделювання процесу лущення, пневмотранспортування, аеросепарування зернових матеріалів.

Експериментальні дослідження виконували за загальноприйнятими методиками та передбачали використання методу планування експерименту. Обробка та узагальнення вихідних даних здійснено математично-статистичними методами на ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів:

- доведено, що сумісництво комбіновано-абразивної дії на зернове середовище з пневмосепаруванням продуктів лущення дозволяє створити енергоефективний лущильний комплекс, що гарантує якість стартових комбікормів;

- встановлено та обгрунтовано пояснення зниження швидкості, за якої забезпечується інтенсифікація лущення при повторному ударно-фракційному поверхневому навантаженні;

- створено систему математичних моделей, які дозволяють дати кількісну оцінку динамічного деформування скелета укладки зернового потоку під дією комплексу внутрішніх і зовнішніх сил комбінованої деформації;

- встановлено взаємозв'язок конструктивних характеристик робочих органів машини для вибору їх раціонального поєднання з урахуванням фізико-механічних властивостей зерна;

- встановлено закономірності раціонального енергообміну в створенні стійких матеріало-повітряних потоків пневмосепарування та пневмотранспорту аеродинамічно-легких продуктів лущення;

- обґрунтовані раціональні аеродинамічні характеристики вентиляторів для стабілізації процесів оброблення сировини при коливаннях зернового навантаження в лущильно-сепарувальних комплексах.

Практичне значення отриманих результатів. Отримано “вихідні” дані, на основі яких виготовлено лущильник, що забезпечує ефективне оброблення поверхні зерна круп'яних та комбікормових виробництв.

Розроблено схеми включення лущильних комплексів в технологічний процес.

В результаті проведених досліджень розроблено новий лущильний комплекс. Дослідження у виробничих умовах показали, що він, на відміну від традиційних абразивно-лущильних машин, дозволяє зменшити кількість стадій обробки зерна, підвищити якість обробки зерна (рівномірність поверхневої обробки), знизити енергомісткість процесів лущення.

Особистий внесок здобувача полягає у формуванні і доведенні наукових положень, розробці комплексного способу обробки поверхні круп'яного зерна, аналізі, узагальненні та впровадженні результатів наукових досліджень в практику, формуванні висновків та підготовці до публікації результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Матеріали основних положень дисертаційної роботи доповідались і одержали схвалення на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу ОНАХТ, третій міжнародній науково-практичній конференції “Хлібопродукти - 2005” (Одеса, 2005 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 9 робіт, у тому числі 8 у фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 4-х розділів, висновків, списку використаних літературних джерел та 4 додатків. Загальний обсяг дисертації складає 168 сторінок машинописного тексту, із них - 132 сторінки основного тексту, містить 23 рисунків (14 сторінок), 12 таблиць (6 сторінок), список використаних джерел з 131 найменувань (12 сторінок).

лущильний аеродинамічний пневмосепарування зерно

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовані мета і задачі досліджень, наукова новизна і практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі наведено короткий огляд та аналіз способів лущення сепарування і методів оцінки їх ефективності. Дослідженнями, присвяченими вирішенню задачі визначення в загальному виді кількості енергії, що витрачається на руйнування, в залежності від властивостей і розмірних характеристик початкового та кінцевого продукту, займались К. Ріттингер, В.А. Кірпічев, Н. Кік, А. Гріффітс, Л.В. Лєвєнсон, П.О. Ребіндер, Г. Румиф, Ф. Бонд та ін.

На основі огляду теорій руйнування, сучасних поглядів на процес здрібнення, лущення та шляхів його інтенсифікації слід відзначити, що ці питання знаходяться ще в стадії розробки. В свою чергу, процеси здрібнення, лущення матеріалів складної структури і форми, якими є зерно, ще не знайшли свого вирішення.

Дослідженнями, присвяченими розробці критеріїв оцінки ефективності процесу обробки, оцінки фізико-механічних властивостей матеріалів з позиції подрібнення, займались Ф. Бонд, К.А. Разумов , А.С. Анцифиров, К. Годен, Розин-Раммлер, С.Є. Андрєєв, Н.К. Белоглазов, А.Р. Демідов та ін. Стосовно зерна та продуктів його переробки такі дослідження проводили П.А. Афанасьєв, В.Д. Гіршсон, К.А. Зворикін, Н.Н. Купріц, П.А. Козьмін, П.П. Тарутін, С.Д. Хусід, І.А. Наумов, А.К. Демідов, Г.Г. Єгоров, Н.В. Вріський, Я.А. Портнов, В.П. Малаховцев, А.Л. Полянська, Ф.Г. Плохов, Л.І. Гросул, І.Р. Дударев та ін.

В більшості проведених раніше досліджень при перевірці міцнісних характеристик деформації підлягали окремі частини зернівки, пружно-пластичні характеристики, які могли бути випадковими, не характерними для матеріалу в цілому. Мала кількість частинок, що підлягали різним силовим навантаженням, не дозволила визначити ефективні сукупні навантаження.

На основі огляду й аналізу теорій деформацій і методів оцінки її ефективності доведено, що: інтенсифікація лущення може бути досягнута шляхом сумісництва ударно-фрикційної дії на зерно з аеродинамічним сепаруванням продуктів лущення.

Другий розділ присвячено моделюванню процесів обробки зерна при поєднанні силових полів абразивної й ударної дії, а також пневмосепарування, пневмотранспортування продуктів лущення.

Специфічні особливості дії робочих органів, які складаються з абразивних рухомих дисків та конічно-зрізаних нерухомих конусів реалізують ідею комплексного навантаження. У зв'язку з відмінностями форми і міри силових факторів тертя зернового потоку в робочій силовій зоні діють зсувні навантаження зі змінним полем швидкостей, форма якого визначається фрикційними властивостями поверхні абразивного диска та нерухомих конусів. При цьому спостерігається динамічна формозміна та деформування скелета укладки зерен під дією комплексу внутрішніх і зовнішніх сил, що зумовлюють складну деформацію з результуючим процесом відділення оболонок від ядра. Вказані умови комбінованого навантаження шару зерна визначаються з аналізу плоскої силової задачі.

m=N_BcosN_H sin ^. tg+ mg;

m=P_u - N_B sin - N_B sin ^. tg+N_Htg;

(N_Bsin - N_Bsin ^. tg) - N_H tg=0

Кінематичні і динамічні режими машини зумовлює кутова швидкість обертання ротора у взаємозв'язку з щільністю укладки зернівок у робочій зоні. Виходячи з умови відповідності коефіцієнтів тертя абразивного жорсткого диска по продукту і внутрішнього тертя - , кутова швидкість виділеного елемента продукту - визначається з рівняння

,

де - кутова швидкість частинок, що контактують з направляючим диском. Кутова швидкість нижнього шару продукту, що контактує з наждачним абразивним диском, за припущення буде характеризуватись приблизною рівністю

,

де - кутова швидкість абразивного диска.

Останнє припущення стає в реальних умовах цілком допустимим для абразивно - лущильних дисків зерен наждаку № 120, або рівним 1,2 мм. За розмірів лущених зерен 2,50,5 таке припущення є оправдане.

При визначенні кінематичних, силових, енергетичних характеристик динамічного стану зернових потоків робочої зони прийнято: ; ; кутова швидкість периферійного шару наближається до кутової швидкості абразивного диска. З урахуванням наведених положень радіальна швидкість, за якої досягається лущення зерен, визначається рівнянням:

Фрикційні властивості продукту, який переміщається залежать як від міжзернового тиску, швидкості переміщення, так і пружно-пластичних характеристик продукту. Для спрощення зернівки представлено твердими тілами, які не деформуються, дія сил, що виникають в умовах пружного зсуву, нехтують. З прийнятої фізичної моделі продуктивність по лущеному зерну отримано у вигляді:

.

Потужність , необхідна для обертання диска в сталому режимі, витрачається на:

- подолання опорів, викликаних тертям та рухом зернівок;

- збільшення вільної поверхневої енергії на межах розділення;

- створення пружно-пластичних деформацій матеріалопотоку, які переважають сили молекулярного зчеплення покровних тканин з ядром, забезпечують утворення як мікротріщин, так і нових поверхонь;

- руйнування оболонок та супровідне перетворення частини механічної енергії в теплову і може бути показана у вигляді:

;

Як об'єкт математичного опису процес сепарування, пневмотранспортування продуктів лущення характеризується десятками параметрів, з яких визначальними є втрати енергії на транспортування та витрати повітря. Для аналітичного опису пневмопотоків розглянуто роздільний рух компонентів, які мають свої середні, по перерізу робочої зони, характеристики (швидкість, густину). Весь процес визначається системою рівнянь:

;

;

;

; ,

де відповідно поточні значення густини, тиску, порозності, швидкості повітря і твердої складової.

Сила взаємодії між повітряним середовищем і частинками, що містяться в одиниці об'єму потоку, виражена у вигляді:

,

де - коефіцієнти лобового опору частинки твердої складової при стисненому обтіканні. Вона є внутрішньою для потоку, при чому для повітряного середовища є силою опору, а для квіткових оболонок рушійною.

З урахуванням стиснення, зумовленого твердими частинками, у двокомпонентному потоці діють складові від: ваги (повітряне середовище) (тверда складова) тиску - повітря, - оболонок тертя, - повітря, - оболонок і інерції - повітря, - оболонок.

Сумісний аналіз функцій розподілу швидкостей витання легкого і важкого компонентів, а також повітряного потоку в робочій зоні і розрахунку ефекту виділення легкого компонента - , вмісту важкої складової у повітряному потоці - визначає оцінку сепараційного ефекту за умови відповідності густини розподілу швидкостей витання компонент.

; ;

де - коефіцієнт виносу важкої компоненти; - співвідношення маси ваги важкої компоненти до маси легкої.

Застосування пакета програмного забезпечення дало змогу визначити вхідні фактори і вихідні параметри роботи лущильних комплексів та обґрунтувати напрямки інтенсифікації робочих процесів.

У третьому розділі наведено структурний план, який ілюструє взаємозв'язок основних етапів експериментального дослідження в лабораторних умовах, функції розподілу багатокомпонентних матеріалоповітряних потоків, дисипації енергії, характеристик якості робочих процесів лущення.

На основі аналізу робіт в галузі обробки зернових матеріалів розроблено параметричну схему процесу, в якій виділено вхідні управляючі та збурювальні фактори, а також вихідні керовані параметри, які визначають результативність процесу лущення.

Описано методики, лабораторні установки та пристрої для досліджень процесів комплексного лущення, пневмотранспортування аеродинамічно-легких продуктів лущення, пневмосепарування, аспірації та вивчення залежностей між продуктивністю, кількістю відходів, вмістом битих зерен, потужності лущильних комплексів від конструктивних і режимних характеристик.

У зв'язку з тим, що існуюча лабораторно-методична база досліджень не дозволяє дати вичерпну оцінку процесам поверхневої обробки зернової сировини, пневмопереміщення сипких матеріалів за деформованих епюр повітря, вивчення основних характеристик комплексного лущення виконували на установках, які відтворювали типові промислові лущильні системи. За положеннями теорії подібності, масштаби моделей визначали відповідно діапазону параметрів типових абразивно-лущильних комплексів.

Властивості зернових матеріалів повітряних потоків, кінематики робочих органів машини, аеродинамічні параметри пневмосепараційних систем визначали з використанням загальноприйнятих методів.

Визначення числа повторностей експериментів виконували із застосуванням розподілення Стьюдента з використанням рівня надійності та припустимої похибки.

У четвертому розділі за результатами вивчення залежності відносних величин повної пластичної і пружної деформації від властивостей зерна і способів його навантаження встановлено, що: збільшення “стискуючих” зусиль зумовлює зростання повних деформацій зерна, зростання пружних деформацій до максимуму, за якого починається реструктуризація ендосперму і наступне зменшення пружних деформацій при переході реструктуризації в руйнування ядра. Зростання напруги приводить до збільшення пластичних деформацій, абсолютне значення яких, по мірі зменшення пружних, асимптотично наближається до повних деформацій. Домінуюче положення пружних деформацій в початковий період призводить до збільшення навантаження і з наступною перевагою пластичних деформацій над пружними.

Встановлено, що з ростом вологості зерна (табл. 1) збільшуються пластичні деформації і зменшуються пружні деформації.

За підвищення склоподібності зерна (табл. 2) має місце пропорційне зменшення пластичних деформацій, збільшення пружних до максимуму, за якого починається реструктуризація ендосперму з наступним зменшенням пружних деформацій при переході реструктуризації в руйнування.

Таблица 1. Експериментальні та розрахункові значення відносних деформацій зерна при стисненні

Умови навантаження	Повна деформація, С	Пластична деформація, Сп	Пружна деформація, Су
статистичний параметр	фактична	розрахункова	фактична	розрахункова	фактична	розрахункова
Зернівка ячменю вологістю В=12,6 % та склоподібністю С=40 %
5	0,11	0,10197	0,04	0,0299	0,07	0,07207
10	0,16	0,17366	0,06	0,0711	0,10	0,10256
15	0,18	0,22199	0,07	0,1181	0,11	0,10389
20	0,24	0,26444	0,12	0,1692	0,12	0,09524
25	0,29	0,30853	0,19	0,2236	0,10	0,08493
30	0,36	0,35627	0,28	0,2808	0,08	0,07547
Ср. кв. відхил.	0,02224		0,03185		0,01229
Коеф.вар.		9,96		25,15		12,72

Таблиця 2. Залежність величини відносної деформації зерна пшениці від навантаження (Р) і вологості (В)

Відносна деформація	Навантаження Р, Н	Вологість зерна пшениці В при склоподібності С=60 %
		12	13	14	15	16	17	18
пластична, Сп	15	0,03571	0,04476	0,05608	0,07028	0,08808	0,11038	0,13832
-“-	35	0,08333	0,11208	0,15072	0,20269	0,27259	0,36659	0,49301
пружна, Су	15	0,12821	0,11834	0,10389	0,10256	0,09615	0,09049	0,08547
-“-	35	0,11041	0,10192	0,09464	0,08833	0,08281	0,07794	0,07361
повна, С	15	0,16392	0,16309	0,16598	0,17285	0,18423	0,20087	0,22379
-“-	35	0,19374	0,21399	0,24535	0,29102	0,35539	0,44453	0,56661

За результатами досліджень вплив вологості - В, склоподібності - С, навантаження - Р на пластичні - та пружні - деформації описано залежностями:

= ; = .

Вивчення пружно-пластичних характеристик зернової маси дозволило встановити залежності продуктивності Q_а, кількості битих зерен Б ₍₉₎, відходів лущення С_Т(В), потужності електропривода N_(C) від конструктивних характеристик робочих органів, що реалізують ідею сумісництва зусиль різної природи (кут основи урізаного конуса робочої зони - , раціональний зазор - ) при лущенні зерна.

Аналіз результатів досліджень вказує, що в процесі лущення зерна зростання раціонального зазора - в межах 5...25 мм призводить до зростання пропускної здатності лущильного комплексу від 0,75 до 1,5 т/год. Разом з тим вихід лущеного ячменю збільшується від 5 до 5,5 % за одночасного зменшення кількості зруйнованих битих зерен від 3,0 до 2,5 % та зменшення втрат енергії на процес від 28 до 16 кВт.

Збільшення кута нахилу твірної різаного конуса - в межах 20...40град. зумовлює незначне підвищення пропускної здатності машини від 0,7 до 0,9 т/год, при чому зняття оболонок СТ практично залишається незмінним і складає 70 %.

Кількість зруйнованих зерен змінюється в межах 2,0 0,1 %, а зміна потужності N складала 23 2,5 кВт та характеризувала стабільну роботу комплексу. Аналогічні залежності отримані в процесі лущення інших зернових матеріалів.

Обґрунтування раціонального значення швидкості фільтрації повітряного потоку було здійснено визначенням першої критичної швидкості псевдозрідження лущеної зернової суміші:

де Re = - критерій Re суміші; РО - масова частка легких частинок; АГ - критерій Архімеда для важкої частинки; = , ₂, , ₁ - відповідно густина важкої і легкої фракції; - густина повітря.

Вивчення аеродинамічних характеристик базової пневмоаспіраційної системи лущильної машини G = f (V, ) ; H = f (V, ) - продуктивності виносу оболонок та гідравлічного опору від швидкості V, кута атаки повітряного потоку дозволило встановити, що мінімальні втрати тиску, максимальна продуктивність роботи пневмосистеми досягається за умови усунення горизонтальних лінійних потоків QГ0, та розподіленого псевдозрідження дрібнодисперсних потоків в режимі аерожолоба.

Вивчення епюр швидкостей пневмосистем дозволило обґрунтувати принципову схему пневмотранспорту, що усуває вихрові, застійні зони, “мертві” зони, забезпечує ефективний енергообмін між повітряним потоком і середовищем оболонок лущення.

Використання нових пневмосистем дозволяє в 1,5 - 2 рази підвищити їх енергоефективність та забезпечити надійний пневмотранспорт при швидкості повітряного потоку в 2 рази меншої значень традиційних систем абразивних лущильних машин. Межове, мінімально допустиме значення швидкості повітряного потоку, що не перевищує V=12 м/с, забезпечено шляхом нижнього підведення повітряного потоку через пористу горизонтальну перегородку та зосередженої подачі аеродинамічно легких продуктів лущення в робочу камеру пневмоприймача.

За результатами досліджень пневмосепарування встановлено пряму залежність ефекту вилучення лузги з робочого каналу від швидкості повітряного потоку в діапазоні від 4 до 5,7 м/с, а також обґрунтовані межові його значення за нормативним вмістом повноцінного продукту у відносах

Z, (V), (Z =2%).

За результатами досліджень розроблено інженерну методику розрахунку лущильних систем комплексної дії, яка являє собою функціональні залежності конструктивних параметрів (кут нахилу направляючого конуса - , “зазор” відносно абразивного диска - , частоти обертання ротора - w, ступеня дроселювання зерна - f, продуктивності - Q, кількості відходів лущення - G, кількості битих зерен - Б, потужності електропривода - N.

Вони дозволяють при заданих , , w, f, розраховувати значення Q, Сл, Б, N і вибирати оптимальний технологічний процес обробки зернової культури певних властивостей.

Q= 5,8906 - 0,0892б - 0,0861д - 2,6741щ -8,8542f+0,0014б² + 0,00275д²+

+1,7187щ²+6,875f² 0,0004бд + 0,0089бщ + 0,0125дщ

С= -15,5678 + 0,2624б + 0,1875д + 17,9687щ+ 30,2292f -0,0049б² - 0.0096д²- 7,5521щ² - 23,9583f²

Б= -4,7986 + 0,0566б + 0,0733д + 5,1042щ+8,9583f -0,0011б²-0,0021д²

-1,3021щ² - 5,2083f² - 0,01255щ - 0,025fд -0,625щf

N= -13,4154 + 0,2349б + 0,1195д + 29,8423щ + 44,3571f-0,004б² - 0,0082д² - 5,4687щ² -3 0,625f² - 0,0014aд--0,0357бщ + 0,0714af - 0,1375дщ+ 0,225fд - 13,125щf

Q=12,8372 - 0,0528б - 0,0733д - 17,833щ - 3,3778f+ 0,0007б² +0,0029д² +7,3125щ² + 3,1389f²+ 0,0001ад + 0,02бщ + 0,0033af+ 0,025дщ - 0,0033fд - 0,0833щf

C= -16,8611 - 0,0433б - 0,1067д + 31,1666щ + 1,0555f--0,0012б² - 0,0047д² - 11,875щ² - 5,2778f² + 0,0008бд + 0,0375бщ +0,025бf+0,075дщ + 0,05fд + 2,5щf

Б= -20,6478 + 0,024б + 0,0708д + 27,0541щ + 8,0676f--0,0009б² - 0,0034д²

- 8,5417щ² - 4,3518f²+0,0004бд + 0,0025бщ -0,0033бf- 0,015дщ - 0,02fд - 0,75щf

N=-95,5633+0,1808б +0,305д+129,9998щ + 53,5185f-0,0027б²-0,0115д²-

36,1458щ²-20,5092f²-0,0016бд-0,0687бщ+0,0458бf-0,1375дщ+0,0583fд-22,9167щf

Для об'єктивної оцінки ефективності процесу лущення зерна запропоновано комплексний показник, що враховує продуктивність лущильної машини

К=N_уст/Q·Cож.

За результатами обробки експериментальних даних за цільовою функцією

К=f ( , , w , f)

отримано регресійне рівняння, яка описує поверхню відгуку вибраного критерію ефективності.

Для ячменю

К= 62,5643 - 0,4998б - 0,9163д - 26,3863щ - 70,003f + 0,0018б² + 0.004д² + 3,9766щ² + 19,6562f² + 0,0042бд + 0,0692бщ + 0,3223бf+ 0,1081дщ + 0,6637fд + 13,6562щf

Для пшениці

K= -46,9960 + 0,6620б + 1,0307д + 52,0624щ + 39,112f +

+0,0005б² +0,0016д²+7,6459щ²+ 5,2315f² + 0,0162бд - 1,01бщ + +0,6258бf-

1,9425дщ + 1,46fд + 57,6667щf

Аналіз рівнянь показує, що раціональними параметрами обробки для ячменю є = 30⁰; = 15 мм; w = 900 об/хв; f = 85 %, для пшениці - = 20⁰; = 10 мм; w = 1300 об/хв; f = 85 %.

За результатами досліджень комп'ютерного моделювання було розроблено новий вид лущильного агрегату комплексної дії. Конструкторська документація на експериментальну установку подана дослідно-експериментальному заводу ДП ВАТ “Мельмонтаж”.

Виробничі випробування створеної лущильної системи проведено в Овідіопольскому крупоцеху сільськогосподарського кооперативу “Райсіль-енерго“. Випробування, які виконували згідно ДСТУ 46.007-9000, підтвердили ефективність комплексу, результати експериментального та комп'ютерного моделювання.

З порівняльного аналізу встановлено, що розходження між розрахунковими і практичними даними не перевершує 7-9 %. Комплексна оцінка конкурентоспроможності нового лущильного комплексу за типовою методикою підтвердила, що порівняно з існуючими вітчизняними і зарубіжними зразками його коефіцієнт технічного рівня досягає в окремих випадках 14, а комплексний показник конкурентоспроможності досягає до 8.

Застосування розробленого лущильного комплексу дозволяє знизити питомі енерговитрати на 13 - 14 % при одночасному підвищенні ефективності лущення на 7 - 8 %.

Економічний ефект від впровадження нової технологічної лінії складає 210 тис. грн. на рік.

ВИСНОВКИ

1. Комплекс проведених аналітичних і експериментальних досліджень підтвердив можливість стабілізації технологічної ефективності, мінімізації постадійності процесів лущення шляхом сумісництва фрикційного відділення оболонок з аеродинамічним пневмосепаруванням, пневмо-транспортуванням зернових сумішей.

2. Розроблена математична модель абразивного лущення, що зв'язує фазові зміни однорідності і рівномірності обробки зерна, кінетики і статики лущення з динамічною формозміною і деформуванням скелета укладки зернового потоку при сумісництві внутрішніх і зовнішніх сил комплексної деформації.

3. На основі імовірної моделі визначення характеристик енергетичних втрат на процес лущення розроблено аналітичну методику оцінки рівномірності обробки поверхні зернівок, що дозволяє обґрунтувати тривалість раціонального терміну для заданої якості лущення пшениці і ячменю.

4. Обґрунтована схема робочої зони і область раціональних значень частоти обертання абразивних дисків = 900...1300 об/хв, радіальний зазор мм, міжзерновий тиск в межах 15...18 кПа, схема подачі - кути направляючих конусів =20...30, а також розроблено рекомендації щодо розрахунку лущильних комплексів.

5. Доведено, що надійне пневмотранспортування дрібнодисперсних продуктів з робочої зони лущення забезпечується нижнім підводом повітряного потоку через “пористу” перегородку (гідравлічний радіус = 2 мм), формування аеросуміші передбачає зосереджену подачу аеродинамічно легких продуктів в робочу камеру. Основним фактором, що визначає енергомісткість пневмосистеми, є густина потоку. Опір вбудованого пневмоприймача лущильної машини, є пропорційним квадрату швидкості ковзання повітряної і дисперсності компонентів пневмопотоку.

6. Встановлено мінімальні витрати тиску, максимальна ефективність пневмосепарування відмічається при перпендикулярному взаємоперетинанні повітряного і продуктового потоків (кут = 90^о), горизонтальна подача суміші у вертикальний висхідний потік ( 90^о), приводить до зменшення порозності, вірогідності зіткнення, зчеплення аеродинамічно легких частинок компонентів, які розділяються.

7. Виробничими дослідженнями лінії лущення і виробництва круп з використанням розробленої нової абразивно-дискової машини в Овідіопольскому крупоцеху встановлена стабільна роботоздатність комплексу при фактичній продуктивності 800 кг/год з річним економічним ефектом 210 тис. грн.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Дударєв І.Р. Методологічні аспекти застосування нових машин для одержання із зерна екологічно чистих продуктів. / І.Р. Дударєв, П.І. Шевченко // Аграрний вісник Причорномор'я. Зб. наук. пр. Одеський ДСГІ. -Одеса.- 1999. -№3(6), ч. VI. -С.502-507.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів, аналіз і узагальнення отриманих результатів, оформлення статей до публікації.

2. Шевченко П.І. Лінія лущення і виробництва стартових комбікормів і крупи з зерна ячменю. / П.І. Шевченко // ОДСГІ. -Одеса.- 2000. -№3(11). -С.63-68.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів, аналіз і узагальнення отриманих результатів, оформлення статей до публікації.

3. Дударєв І.Р. Дослідження контактного у сушіння відходів лущення ячменю. / І.Р. Дударєв, П.І. Шевченко, В.П. Чучуй // Аграрний вісник Причорномор'я. Зб. наук. пр. Одеський ДСГІ. -Одеса.-2001. -№4(15). -С.20-25.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів, аналіз і узагальнення отриманих результатів, оформлення статей до публікації.

4. Дударєв І.Р. Аналітичне обґрунтування продуктивності лопастної фрикційної машини. / І.Р. Дударєв, П.І. Шевченко, М.В. Стебловська // Аграрний вісник Причорномор'я. Зб. наук. пр. Одеський ДСГІ. -Одеса.-2001. -№4(15). -С.52-57.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів, аналіз і узагальнення отриманих результатів, оформлення статей до публікації.

5. Гапонюк О.І. Експериментальне обґрунтування параметрів нових лущильно-шліфувальних машин. / О.І. Гапонюк, П.І. Шевченко // Зернові продукти і комбікорми. -2003. -№4. -С.51-53.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів, аналіз і узагальнення отриманих результатів, оформлення статей до публікації.

6. Гросул Л.І. Експериментально-теоретичне дослідження деформативних властивостей зерна. / Л.І. Гросул , О.І. Гапонюк , П.І. Шевченко // Зернові продукти і комбікорми. -2004. -№1. -С.37-42.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів, аналіз і узагальнення отриманих результатів, оформлення статей до публікації.

7. Гросул Л.І. Перспективи лущення та шліфування з метою дезактивації зерна і знезараження посівних угідь. / Л.І. Гросул , О.І. Гапонюк , П.І. Шевченко // Зернові продукти і комбікорми. -2004. -№3. -С. 40-44.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів, аналіз і узагальнення отриманих результатів, оформлення статей до публікації.

8. Шевченко П.І. Аеродинамічні проблеми у процесах лущення. / П.І. Шевченко, О.І. Гапонюк // Зернові продукти і комбікорми. -2004. -№4. -С.45-47.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, наукове обґрунтування результатів, аналіз і узагальнення отриманих результатів, оформлення статей до публікації.

9. Гапонюк О.І. Наводемо спрощений метод розрахунку. / О.І. Гапонюк, П.І. Шевченко, І.І. Гапонюк // Зерно і хліб.-2004.-№4(36).-С.46

Особистий внесок: Обгрунтовано схему пошуку та алгоритм розрахунку раціональних режимних характеристик систем знесилення тренспортно-технологічних ліній.

АННОТАЦИЯ

Шевченко П.И. Совершенствование режимов и строение шелушильных машин для агрегатных установок по изготовлению круп. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и аппараты пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. Одесская национальная академия пищевых технологий Министерства образования и науки Украины, Одесса, 2006.

Диссертация посвящена вопросам создания шелушильных комплексов зерновых материалов, методов их анализа и оптимизации, что обеспечивает повышение эффективности шелушения и соответствие современным требованиям крупяных производств.Рассмотрены шелушители, которые используются в крупяном производстве, выявлены их недостатки. Установлено, что наиболее эффективным способом шелушения является совмещение внешнего абразивного и внутреннего фрикционного воздействия на зерновки с пневмотранспортированием и аэросепарированием продуктов шелушения направленными воздушными потоками. Разработана соответствующая конструкция, проведены экспериментальные исследования нового шелушильного комплекса, подтверждена его эффективность.

...