Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Кобылкин Дмитрий Сергеевич. Исследование процесса измельчения зерна при изменении давления воздуха в рабочей камере дробилки ударно-истирающего действия : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.01 / Кобылкин Дмитрий Сергеевич; [Место защиты: Оренбург. гос. аграр. ун-т].- Оренбург, 2009.- 215 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2428

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 13

1.1 Назначение и область применения процесса измельчения 13

1.2 Теория процесса измельчения 14

1.2.1 Энергозатраты на измельчение 14

1.3 Технологии и средства для измельчения зерновых компонентов
комбикормов 19

  1. Классификация способов измельчения 19

  2. Классификация измельчающих машин 20

1.4 Теоретические предпосылки исследования процесса измельчения
зерна при изменении давления воздуха в рабочей камере дробилки 26

  1. Анализ путей интенсификации процесса измельчения 26

  2. Давление воздуха, как фактор, влияющий на эффективность измельчения 27

1.5 Конструкции дробилок кормов, работающих при разрежении и
избыточном давлении воздуха в рабочей камере 34

1.6 Основные выводы по первой главе 37

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
ЗЕРНА В РАБОЧЕЙ КАМЕРЕ ДРОБИЛКИ 38

2.1 Теоретические предпосылки работы дробилки ударно-истирающего
действия в условиях изменяемого давления воздуха в рабочей камере 38

2.2 Аналитическое исследование процесса взаимодействия рабочих
органов дробилки с продуктом 40

  1. Характер движения продукта и воздуха в рабочем пространстве дробилки 40

  2. Характеристика воздушно-продуктового слоя, образующегося в рабочей камере дробилки 41

2.2.3 Определение основных характеристик воздушно-продуктового слоя 42
при изменении давления воздуха в рабочей камере дробилки

  1. Обоснование геометрических параметров и физических свойств воздушно-продуктового слоя при изменении давления воздуха 42

  2. Обоснование динамических параметров воздушно-продуктового слоя при изменении давления воздуха 49

2.2.4 Исследование силового взаимодействия среды с рабочими органами
дробилки 53

2.2.5 Энергетический баланс измельчителя в подсистеме воздушно-
продуктового слоя 58

2.3 Кибернетическая модель объекта исследования 60

2.4 Комплекс параметров эффекта процесса ударно-истирающего
измельчения 65

  1. Алгоритм реализации математической модели 66

  2. Выводы по второй главе 67

3 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ^

3.1 Задачи и программа экспериментальных исследований 69

3.2 Описание экспериментальной установки, моделирующей процесс
измельчения 7

  1. Приборы и аппаратура, применяемые при исследованиях 82

  2. Методики, применяемые при экспериментальных исследованиях 83

  1. Характеристика сырья, используемого при исследованиях 83

  2. Стандартные методики 83

  3. Определение эквивалентного диаметра зерна 84

3.4.4 Методика исследований, разработанная для определения
характеристик воздушно-продуктового слоя и коэффициентов, входящих в
математическую модель 85

3.4.5 Методика определения показателей процесса измельчения при работе
экспериментальной установки 90

3.5 Методика определения эмпирических зависимостей параметров
эффекта от исследуемых факторов 94

  1. Методика проведения многофакторного эксперимента с последующей оптимизацией исследуемого объекта

  2. Программное обеспечение для обработки экспериментальных данных 97

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 98

4.1 Результаты эксперимента по определению границ варьирования
факторов и выбора рациональной конструкции рабочего органа 98

4.2 Исследование влияния режимов работы дробилки на эффективность
процесса измельчения зерновых культур 106

4.3 Результаты определения основных параметров математической модели
процесса измельчения в дробилке с изменяемым давлением воздуха в
рабочей камере 117

4.3.1 Динамические, геометрические и физические параметры воздушно-
продуктового слоя при изменении давления воздуха в рабочей камере 117

4.3.2 Определение коэффициентов гидравлических сопротивлений и
коэффициента плотности укладки зерна в воздушно-продуктовом слое 120

4.3.3 Определение эмпирических зависимостей показателей процесса
измельчения от исследуемых факторов 122

4.4 Сравнение расчетных параметров математической модели с
экспериментальными 127

  1. Оптимизация процесса измельчения компонентов комбикормов при изменении давления воздуха в рабочей камере дробилки 131

  2. Выводы по четвертой главе 138

5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 141

5.1 Методика инженерного расчета дробилки ударно-истирающего действия

с учетом разрежения воздуха в ее рабочей камере 141

  1. Совершенствование конструкций дробилок кормов 145

  2. Расчет экономической эффективности внедрения результатов научных исследований 151

  1. Расчет энергетической эффективности 151

  2. Оценка экономической эффективности внедрения программного продукта 156

5.3.2.1 Технико-экономическое обоснование проекта программного

продукта 156

  1. Определение трудоемкости разработки программного продукта 156

  2. Расчёт себестоимости программного продукта 163

5.3.2.4 Расчёт экономического эффекта от внедрения программного
продукта 165

5.4 Выводы по пятой главе 166

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 168

Список литературы 170

Приложения 188

Введение к работе:

Актуальность темы.

Процесс измельчения — самая распространенная и очень энергоемкая операция в технологическом процессе подготовки кормов к скармливанию сельскохозяйственным животным, обусловленная требованиям физиологии их кормления. Подсчитано, что на измельчение ежегодно тратится не менее 5% всей производимой в мире энергии, включая энергию двигателей внутреннего сгорания. Такая большая доля в общем энергетическом балансе подчеркивает важность данного процесса для экономики каждой страны. Выбор оптимальных режимов измельчения и подбор измельчающих машин является основной из задач в процессе кормоприготовления. Разработка новых энергосберегающих технологий и технических средств позволит повысить эффективность, как отдельного фермерского хозяйства, так и сельскохозяйственного производства в целом.

С учетом экономической ситуации в стране в настоящее время наметилась тенденция к производству малогабаритных, высокоэффективных дробилок, которые возможно использовать в фермерских и личных подсобных хозяйствах. Наибольшее распространение среди таких измельчителей кормов получили измельчители ударно-истирающего действия — молотковые и роторные дробилки. Это связано с тем, что они наиболее просты по конструкции, имеют малые габаритные размеры при достаточно высокой производительности [8,32-37,97-100,106,107]. При этом имеется возможность регулирования процесса измельчения в определенных пределах, что позволяет обеспечивать требуемое качество конечного продукта. Существенным недостатком дробилок данного типа является достаточно высокая энергоемкость процесса и неоднородность получаемого продукта. Снижение энергоемкости процесса измельчения основного сырья при производстве комбикормов является одной из важнейших задач, стоящей перед производителями кормов для сельскохозяйственных животных, рыбы и домашней птицы.

Изучению оптимизации процесса измельчения зернового сырья в дробилках ударно-истирающего действия посвящено достаточно много исследований. Как показали исследования СВ. Мельникова, Ф.С Кирпичникова, СВ. Антимонова, В.Р. Алешкина и других ученых, в процессе измельчения энергозатраты на преодоление сил сопротивления в воздушно-продуктовом слое стоят на втором месте после энергозатрат на основное разрушение измельчаемого материала. Большое количество энергии, подводимое к воздушно-продуктовому слою, расходуется вхолостую, на циркуляцию воздуха в рабочем пространстве дробилки. По мнению вышеупомянутых авторов, повышение эффективности процесса измельчения за счет снижения непроизводительных энергозатрат может быть достигнуто посредством устранения воздушно-вихревой области и более интенсивного взаимодействия рабочего органа с продуктом. Свойства воздушно-продуктового слоя и показателей воздушно-вихревой области в рабочем пространстве дробилки зависят от величины давления воздуха в рабочей камере, что позволяет выдвинуть гипотезу, что эффективность процесса измельчения можно повысить посредством изменения данного параметра.

Практически во всех применяемых в настоящее время молотковых и роторных дробилках зерна в их рабочей камере имеет место разрежение или избыточное давление воздуха. Как свидетельствуют результаты исследований по этому вопросу, в настоящее время не создан математический аппарат, позволяющий достаточно и достоверно определить энергоемкость процесса, производительность дробилки, качество получаемого продукта с учетом изменяемого давления воздуха в рабочей камере.

Вышеизложенные положения явились основанием выбора научного направления и обоснования актуальности диссертационной работы.

Работа выполнена в рамках темы «Совершенствование биотехнических систем пищевых производств и кормоприготовления» и включена в тематику НИР ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» на 1996 - 2008

гг., номер госрегистрации 01.960.005780.

Цель работы. Повышение эффективности процесса измельчения зерна за счет изменения давления воздуха в рабочей камере дробилки ударно-истирающего действия, обеспечивающего получение однородных по составу комбикормов с требуемой крупностью частиц.

Объект исследования. Процесс измельчения зерна в дробилке ударно-истирающего действия при различной величине давления воздуха в рабочей камере.

Предмет исследования. Предметом исследования являются закономерности изменения характеристик воздушно-продуктового слоя при различных величинах давления воздуха в рабочей камере дробилки ударно-истирающего действия.

Задачи исследования:

  1. Разработать математическую модель процесса измельчения зерна в дробилке ударно-истирающего действия с учетом переменной величины давления воздуха в ее рабочей камере.

  1. Разработать экспериментальную установку, моделирующую процесс ударно-истирающего измельчения зерна в дробилке промышленного типа, позволяющей изменять величину давления воздуха в рабочей камере и определять неизвестные величины, входящие в математическую модель.

  2. Исследовать процесс измельчения зернового сырья при различных величинах давления воздуха в рабочей камере дробилки для выявления влияния этого параметра на эффективность процесса.

  3. На основе полученных результатов исследований предложить новые конструкции дробилок для измельчения зернового сырья и наметить дальнейшие пути совершенствования дробилок ударно-истирающего действия.

5. Дать экономическую оценку основных результатов научных
исследований.

Научная новизна заключается в следующем:

- разработана математическая модель, позволяющая достоверно описать

изменение энергетических и качественных показателей процесса измельчения в дробилке ударно-истирающего действия с учетом переменной величины давления воздуха в ее рабочей камере;

экспериментально определены граничные области величины давления воздуха в рабочей камере дробилок ударно-истирающего действия, при которых могут изменяться показатели процесса измельчения;

на основе экспериментальных данных получены уравнения регрессии показателей процессов измельчения пшеницы и ячменя, которые позволяют прогнозировать требуемые модуль помола получаемого продукта, удельную энергоемкость процесса измельчения, производительность дробилки ударно-истирающего действия, а также КПД процесса измельчения с учетом переменной величины давления воздуха в ее рабочей камере.

Практическую ценность работы представляют:

- обоснованные рациональные режимы работы экспериментальной
установки с изменяемым давлением воздуха в рабочей камере и
усовершенствованные конструкции дробилок (патенты РФ № 2318600,
№ 2330722, №» 2340399, № 2343002);

- результаты исследования и техническая документация молотковой
дробилки для измельчения зерновых компонентов комбикормов, принятые на
предприятие ОАО «Оренбургский станкозавод» г. Оренбурга для изготовления
промышленного образца, предназначенного для малых и средних фермерских
хозяйств;

— методика инженерного расчета и программное средство для расчета параметров процесса измельчения зерна в дробилке ударно-истирающего действия с учетом величины давления воздуха в ее рабочей камере, на которое получено свидетельство об официальной регистрации в Университетском фонде алгоритмов и программ ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».

Апробация. Основные положения диссертации были- изложены на

научных конференциях: Всероссийской научно-практической конференции «Вызовы 21 века и образование» (г. Оренбург 2006), Общероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (г. Казань 2006), Региональных конференциях молодых ученых и специалистов Оренбургской области «Наука-технологии-производство-рынок» (г. Оренбург 2006, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии обеспечения безопасности питания и окружающей среды» (г. Оренбург 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция науки и образования как условие повышения качества подготовки специалистов» (г. Оренбург 2008). Материалах Первой международной научно-практической конференции "Передовые научные разработки-2006" (г. Днепропетровск 2006), Материалах всероссийской научно-практической конференции «Развитие университетского комплекса как фактор повышения инновационного и образовательного потенциала региона» (г. Оренбург 2006), Материалах международной научно-практической конференции «Роль молодых ученых в реализации национального проекта «Развитие АПК» (г. Москва 2007), Материалах международной научно-практической конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (г. Казань 2008), Материалах научно-технической конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации (г. Москва 2008). Тезисах Седьмой всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (г. Казань 2007), Тезисах Четвертой международной научно-практической конференции: «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (г. Пенза 2007). Трудах Пятой Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург 2008), Трудах Пятой Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (г. Новосибирск 2008).

Основные положения диссертации были опубликованы в международном журнале «Уральский научный вестник» (Казахстан 2007), рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК: «Тракторы и сельскохозяйственные машины», «Хранение и переработка сельхозсырья», «Механизация и электрификация сельского хозяйства».

За разработанные конструкции автор получил звание лауреата областных выставок научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2007»,«НТТМ-2008>>.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 30 работ, в том числе: 3 статьи в рецензируемых ВАК научных журналах, 2 статьи в научных журналах, 2 статьи депонированы в ВИНИТИ, по результатам научных конференций опубликовано 17 материалов и тезисов докладов, издано 1 учебное пособие, 1 методическое указание, получено 4 патента РФ.

Внедрение. Результаты научной работы внедрены в производственный процесс Оренбургского комбината хлебопродуктов № 3. Лабораторный вариант дробилки используется в лаборатории предприятия для определения анализа качества комбикормов.

Разработанная проектная и конструкторская документация на молотковую дробилку для измельчения компонентов комбикормов принята на предприятие ОАО «Оренбургский станкозавод».

Соблюдение предложенного перечня рекомендаций по снижению энергозатрат на измельчение зерновых кормов в производственных условиях ОАО «Птицесовхоз «Родина» Сорочинского района Оренбургской области позволило снизить расход электроэнергии на 1,9 кВт-ч/т, что составляет 17% от общего расхода электроэнергии на операцию измельчения.

Разработанные программные средства для расчета параметров процесса измельчения и определения рациональных рабочих режимов дробилок ударно-истирающего действия используются в учебном процессе кафедрой МАХИН ГОУ Оренбургского государственного университета в курсовом и

дипломном проектировании по специальности «Машины и аппараты пищевых производств».

Результаты исследований используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» при изучении дисциплины «Технологическое оборудование малых и традиционных предприятий».

Объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, списка использованной литературы и 17 приложений. Общий объем диссертации составляет 215 страниц, в том числе: 27 страниц с рисунками и иллюстративным материалом, 18 страниц списка литературы из 200 наименований (из них 32 иностранных), 28 страниц приложений.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net