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:

Иванова Анастасия Петровна. Научно-технические аспекты повышения эффективности работы вибросмесителей : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.01 : Оренбург, 2005 474 c. РГБ ОД, 71:05-5/514

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СМЕСИЛЬНЫХ

МЕХАНИЗМОВ 14

1.1 Сыпучие кормовые смеси, данные передовой практики 14

1.2Анализ методов подхода к рассмотрению поведения сыпучих сред при

вибровоздействии 31

1.3Тенденции развития и формирования конструктивного оформления
вибросмесителей сыпучих компонентов и их органов 42

  1. Тенденции развития 42

  2. Тенденции формирования 46

  3. Анализ динамических систем, создающих колебания 50

1.3.4 Анализ динамических систем, передающих колебания 55

  1. Анализ подбора регулируемых параметров процесса смешивания 57

  2. Анализ используемых критериев подобия 59

  3. Направление и структура исследований 61

  4. Выводы. Цель и задачи 63

ГЛАВА 2 КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ И РАБОТЫ ВИБРОСМЕСИТЕЛЕЙ 65

2.1 Пути создания однородной сыпучей кормовой массы в малом

фермерском хозяйстве 65

2.2 Методология исследований 69

2.3 Системный подход к проектированию и разработке смесильного
оборудования с учетом особенностей технологического процесса создания
однородных кормовых масс 71

2.3.1 Системный анализ и параметрический синтез для нахождения
оптимального конструктивно-технологического решения 82

2.4 Моделирование свойств обрабатываемого сыпучего материала под
действием вибрации 102

  1. Разработка моделей режимов смесеприготовления 107

  2. Математическое моделирование движения кормовой сыпучей массы в рабочем пространстве вибросмесителя ПО

2.7 Методика формирования внутренней характеристики подсистемы

(ВХС), с использованием дрейфующих критериев 112

2.8. Методика определения теоретической продолжительности цикла

смесеприготовления 131

2.9-Методика прогнозирования качества сыпучей кормовой массы......Л35

2.Ю.Выводы по главе. 140

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ ЭФФЕКТА 141

  1. Методика формирования структуры параметров эффекта 141

  2. Комплекс параметров эффекта процесса смесеприготовления 143

  3. Методика расчета мощности, расходуемой на приготовление готовой продукции 145

3.4 Методика определения производительности вибросмесителя 150

3.5 Теоретическое обоснование расхода энергии на приготавливание
корма ..152

«Э аО -СдЫЙху/Д,Ы 111) 1 Jldl5w * *#****#**********#»*********#******#****»*#*-**#******************1 <л) \J

ГЛАВА 4 МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРНО -
ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ
СМЕСЕПРИГОТОВЛЕНИЯ 157

  1. Выбор методики векторной оптимизации 157

  2. Построение энергетических характеристик процесса смешения сыпучих кормов 159

  3. Определение параметров эффекта и оптимизация процесса смешивания бинарной системы 161

4.3.1 Методика определения оптимальной параметрической области по
параметрам эффекта при приготовлении многокомпонентной кормовой
массы для КРС 170

4.3.2 Оптимизация процесса приготовления многокомпонентной
кормовой массы для птицы 178

4.3.3 Определение параметров эффекта для нахождения оптимальной
параметрической области протекания процесса приготовления
многокомпонентной кормосмеси для свиней 189

4.4 Выводы по главе 204

ГЛАВА 5 ИНЖЕНЕРНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПО
ОБЕСПЕЧЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
КОРМОПРИГОТОВЛЕНИЯ 205

5.1 Формирование структуры обеспечения функционирования системы
перемешивания сыпучих компонентов.... 205

5.2 Инженерное проектирование лабораторно - промышленной установки
для смешивания сыпучих кормов 207

5.2.1 Проектирование и обоснование имитирующих рабочих органов,
передающих вибрацию приготавливаемой смеси 212

5.2.1.1 Проектирование блока создания формирования рабочего

пространства вибросмесителя 214

5.2.1.2 Разработка блока стимуляции процесса смешивания 221

5.2.2 Система демпфирования 240

5.3 Методика определения режимных параметров работы
вибросмесителя 242

  1. Методика вычислительного эксперимента 251

  2. Комплексный способ определения однородности приготавливаемой кормовой массы 253

5.5.1 Характеристика кормовой смеси 253

5.5.2 Альтернативные технологии кормопроизводства 253

5.5.3 Ступенчато-индивидуальный подход к компонентам с различным
процентом влажности при качественной оценке корма 262

5.6 Методика испытания многокомпонентной смеси по реологическим и
физико — механическим свойствам 277

5.7 Методика определения сопротивления сыпучей кормовой массы
сдвигу 285

5.8 Определения влажности смеси 291

  1. Методика диагностики испытаний вибросмесителей 293

  2. Разработка конструкций вибросмесителей 294

5.11 Выводы по главе 298

ГЛАВА 6 ИНФОРМАЦИОННО-ПРОГРАММНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 299

6.1 Информационно-программное обеспечение обработки и прогноза
результатов экспериментальных исследований 299

ГЛАВА 7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТИМУЛИРУЮЩИХ

ЭЛЕМЕНТОВ ПРОЦЕССА СМЕСЕПРИГОТОВЛЕНИЯ 302

7.1 Экономическая эффективность процесса 302

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 308

ЛИТЕРАТУРА 311

ПРИЛОЖЕНИЯ 339

Введение к работе:

Человеку для нормального существования необходимо потребление белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ и воды. Установлено, что потребление в день менее 30 г белка приводит к необратимым процессам [119], соответственно белок должен быть сбалансирован по аминокислотному составу, так как организм не способен образовывать его сам. Белок животного происхождения является источником всех необходимых аминокислот и считается полноценным, поэтому высокий уровень производства животноводческой продукции является залогом (гарантом) выживания человечества.

При рассмотрении возможности интенсификации животноводства через призму кормопроизводства, появляется задача усовершенствования научно обоснованных систем кормления сельскохозяйственных животных за счет улучшения качества приготавливаемых кормов.

В актуальности данной проблемы можно убедиться, рассматривая основные тенденции развития кормоприготовления, связанные с повышением эффективности использования кормов за счет запланированного качества, улучшающего баланс питательных компонентов.

Процесс кормоприготовления вливается в единую систему, включающую агрономическую, зоотехническую и продовольственную службы.

Для эффективности замкнутой системы необходима надежная и отлаженная работа образующих ее звеньев, которые в свою очередь могут быть раздроблены на блоки. Решение поставленных задач на любом уровне иерархической системы сопряжено с поиском новых технических решений, позволяющих оттачивать известные методы оригинальными инновационными приемами.

Более высокий уровень кормления, повышающий продуктивность животных и приводящий к снижению затрат корма на единицу продукции, позволяющий увеличивать концентрацию энергии скармливаемых компонентов, может быть достигнут совершенствованием процесса смешивания ингредиентов, входящих в рацион сбалансированной кормовой массы, включающей комплекс питательных, биологически активных, минеральных и других веществ. При этом следует брать в расчет не только улучшение вкусовых, диетических свойств, повышение перевариваемости кормов, способствующее интенсификации обменных процессов в организме животного, но и снижение энергоемкости и металлоемкости данного процесса, так как эта производственная операция относится к разряду наиболее энергоемких.

Как отмечают в своей работе Кормановский Л.П., Морозов Н.М., Цой Л.М. [127], полноценные комбикорма целесообразнее всего производить непосредственно в фермерских хозяйствах, так как наблюдается ряд экономических и технологических преимуществ (снижается стоимость корма на 30 - 35% за счет устранения торговых наценок и уменьшения транспортных затрат, обеспечивается возможность готовить свежие комбикорма увеличивающие продуктивность животных и птицы). Конкурентоспособность кормопроизводства оценивается качественными и стоимостными показателями.

Смешивание компонентов, повышающее однородность кормовой массы, является весьма сложной технологической операцией, которая зависит от комплекса независимых друг от друга множеств параметров, но уровень научных исследований позволяет решать лишь определенный проблемный аспект.

Зарубежные аналоги свидетельствуют об интенсивном поиске оптимальных технико - технологических решений, причем следует

отметить, что их условия функционирования во многом отличаются от наших отечественных.

Использование системного подхода к выявлению основных закономерностей процесса, базирующегося на формировании выходного комплекса эффективности, функционально связанного с множеством факторов и внутренней характеристикой, создало бы предпосылки для повышения эффективности смешивания сыпучих компонентов.

Структурно - параметрический синтез на основе системного подхода позволяет сформировать математическую модель процесса, включающую взаимосвязи конструктивных особенностей используемого оборудования, физико-механических характеристик обрабатываемого материала, режимных и технологических параметров процесса, на основании чего могут быть выведены критерии, дающие возможность не только регулировать качество корма, но и снизить энергоемкость смесеприготовления. Рассматривая весь животноводческий комплекс с учетом кормоприготовительных технологий на основе системного подхода, соответствующего современному этапу научно - технического развития, следует разработать сложную, взаимоувязанную, многоцелевую и многоуровневую систему.

Таким образом, создание однородных сыпучих кормовых масс является ключевой проблемой, решаемой в рамках параметрического синтеза, через математическое моделирование процесса, которое выводится на более эффективный уровень, учитывающий целую систему направлений, позволяющую раскрыть и использовать резервы совершенствования планирования с возможностью разработки оптимальных конструктивных средств, стимуляторов процесса, ресурсосберегающих технологий, качественных характеристик кормов, интенсифицирующих продуктивность животноводства.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: выявление общих закономерностей, позволяющих снизить энергоемкость процесса приготовления однородных кормовых масс на вибрационных смесителях.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ: процесс смешивания сыпучих кормовых компонентов в вибросмесителях.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ — закономерности процессов работы вибросмесителей.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Дать аналитическую оценку тенденций развития и формирования

конструктивного оформления вибросмесителей сыпучих компонентов, для разработки методологии исследования, создающей основы повышения эффективности процесса смешивания.

  1. Рассмотреть теоретическую модель создания однородных сьшучих кормовых масс с точки зрения системного подхода.

  2. Рассмотреть возможности научного прогнозирования длительности протекания процесса в вибросмесителях и однородности приготавливаемых бинарных и многокомпонентных кормосмесей.

  3. Разработать основы формирования и определения выходного комплекса параметров эффекта, позволяющего снизить энергоемкость процесса.

  4. Разработать методическое и техническое обеспечение определения и оптимизации структурно - параметрических элементов системы смесеприготовления, включающее конструктивно — геометрическое проектирование вибросмесителей, способы перемешивания сыпучих смесей и их качественную оценку в зависимости от процента влажности.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ:

В определении тенденций развития вибросмесителей с разработкой методологии исследования, создающей основы повышения эффективности процесса смешивания.

В формировании математической модели процесса вибросмешивания на основе системного подхода с использованием структурно параметрического синтеза. В создании основ, обеспечивающих возможность прогнозирования длительности протекания процесса и однородности приготавливаемой бинарной и многокомпонентной кормосмеси.

В разработке основ формирования и определения комплекса параметров эффекта, позволяющего снизить энергоемкость процесса.

В предложенных методических и технических решениях, с разработкой рекомендаций по проектированию конструктивно — геометрических элементов обеспечивающих процесс, в способах перемешивания и оценки качества кормосмесей с разным процентом влажности, в определении режимных составляющих. В разработке методик определения и оптимизации структурно- параметрических элементов системы смесеприготовления.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ

Разработанная научно-методологическая база, создающая основы для реализации системного подхода, позволяет повысить эффективность работы вибросмесителей, проектируемых с учетом современных требований, экономической целесообразности, адаптированных к различным уровням обеспечения фермерских хозяйств.

Применение инновационных методических приемов при определении множества элементов, влияющих на протекание процесса виброперемешивания, предполагает аналитическую интерпретацию,

позволяющую прогнозировать качество и длительность приготовления кормосмеси.

Разработаны: рекомендации по проектированию конструктивно -
геометрических элементов, обеспечивающих вибросмесильный процесс;
рекомендации по режимному ведению процесса; комплексный способ
определения однородности сыпучих смесей, предусматривающий
ступенчато - индивидуальный подход к компонентам с разным процентом
влажности; способ перемешивания сыпучих компонентов в

вибрационном смесителе, который по величине внутренней

характеристики подсистемы смешивания - / (вибрационному импульсу) и
показателю виброактивности S в.к. оценивать качество готовой продукции.
Предложенные принципы моделирования и оптимизации процесса
вибросмешивания, учитывающие конструктивные особенности
оборудования, режимы работы, свойства кормовых масс, могут быть
использованы в проектных, конструкторских и учебных организациях.
Разработанные инженерные методы расчета и научные положения,
позволяют на стадии проектирования обосновывать технико-

технологические решения обеспечивающие функционирование систем приготовления комбикормов. Реализация результатов работы предполагает производственную эксплуатацию вибросмесителей, создающих бинарные и многокомпонентные кормосмеси для различных типов животных, с внедрением блока стимуляции, позволяющего снизить энергоемкость процесса.

АПРОБАЦИЯ Результаты исследований доложены и одобрены на: Российской НТК

"Совершенствование технологических процессов пищевой

промышленности и АПК", посвященной 25 - летаю Оренбургского

государственного университета, 1996г.; третьей НТК "Концепция развития

и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в

условиях постиндустриальной экономики" Оренбургского

государственного университета 1997г.; Международной НІЖ «Инновационные процессы в образовании, науке и экономике России на пороге XXI века», Оренбург, 1998г.; четвертой Российской НТК «Прогрессивные методы эксплуатации и ремонта транспортных средств», Оренбург, 1999г.; Всероссийской НІЖ «Социокультурная динамика региона», Оренбург, 2000г.; Международной юбилейной НІЖ, посвященной 30-летию ОГУ, Оренбург, 2001г.: Международном симпозиуме «Федеральный и региональный аспекты государственной политики в области здорового питания», Кемерово, 2002г.; Всероссийской НІЖ ФОРУМ «Инновации 2002», Оренбург, 2002г.; Всероссийской НІЖ «Оптимизация сложных биотехнологических систем», Оренбург 2003г.; Четвертая Международная НТК ГНУ ВНИИМЖ, Москва. 2004г; Семинарах Оренбургского государственного аграрного университета (1996 - 2004гг) Аналитические исследования с технической реализацией результатов удостоены наград: медали «Лауреат Всероссийского Выставочного центра», Москва, 2003 г.; Сертификата торгово-промышленной палаты, Оренбург, 2003 г.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ Технические решения, отличающиеся принципиальной новизной и представляющие значимую практическую ценность, внедрены в хозяйствах Оренбургской области. Рекомендации по проектированию конструктивно -геометрических элементов, обеспечивающих вибросмесильный процесс, внедрены Украинским гос. центром испытания с/х техники. Новые технические решения положены в основу конструкции вибросмесителя для перемешивания зернового сырья, включенной в план реализации 2005г. Оренбургского станкостроительного завода и предприятия «Фермерстройсервис». Научные рекомендации по проектированию конструктивно — геометрических элементов обеспечивающих

вибросмешивание (утв. Россельхозакадемией) и его режимы, внедрены департаментом научно - технической политики и образования в учебный процесс технических специальностей аграрных вузов России и ближнего зарубежья при чтении лекций, проведении лабораторно - практических занятий, выполнении курсового и дипломного проектирования. Кроме того результаты диссертационной работы нашли отражение в следующих монографиях и учебно - методических пособиях:

Влияние геометрических поверхностей на интенсификацию и оптимизацию процесса смешения компонентов при приготовлении сыпучих кормов. Оренбург.: Издат.центр ОГАУ, 2002. 96с.

Биотехнология кормопроизводства. Уфа: Гилем, 2003.196с.

Управление свойствами сырья, технологическими процессами в пищевой промышленности и АПК. - Уфа.: Гилем, 2003.- 325 с.:ил.

- Геометрическое моделирование в приложении к технологическому
объекту. (Учебно-методическое пособие). Оренбург: Изд.центр ОГАУ,
2002. 80с.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

  1. Концептуальные аспекты разработки вибросмесильной техники и совершенствования технологических режимов смесеприготовления.

  2. Математические модели прогнозирования длительности протекания процесса и теоретической концентрации приготавливаемой кормовой массы.

  3. Методики определения и оптимизации структурно - параметрических элементов подсистемы смесеприготовления.

  4. Новые технические решения конструктивного совершенствования вибросмесителей, также способы перемешивания и оценки качества приготавливаемых кормосмесей.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации опубликовано в 50 научных и учебно-методических трудах (в том числе 3 монографиях, 20 статьях и трудах симпозиумов и конференций, 3 препринтах, 2 научно -методических рекомендациях и учебно - методическом пособии). Новизна технических решений защищена 19 патентами и 2 решениями о выдаче патента на изобретение.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложений. Работа изложена на 338 страницах.

Список литературы из 301 наименования (в том числе 9 на иностранном языке), содержит 124 рисунка, 36 таблиц, 7 приложений.

На разных этапах работ осуществлялось научное консультирование А.Д. Припадчева, М.А. Васильевой, Л.В. Межуевой.

Автор выражает свою искреннюю признательность доктору технических наук Петру Ивановичу Огородникову, осуществлявшему научное консультирование на протяжении всей работы над диссертацией.

Особую благодарность автор выражает заслуженному деятелю науки РФ доктору технических наук Льву Петровичу Карташову, поддержка, рекомендации и советы, которого помогли в доработке диссертационной работы и внедрении результатов исследований.

Подобные работы
Дьячков Сергей Владимирович
Повышение эффективности работы безрешетных молотковых дробилок путем установки жалюзийного сепаратора-измельчителя
Зубкова Татьяна Михайловна
Повышение эффективности работы одношнекового экструдера для производства кормов на основе параметрического синтеза
Селиванов Николай Иванович
Повышение эффективности работы тракторных агрегатов в зимних условиях АПК Восточной Сибири
Соколов Виталий Николаевич
Повышение эффективности работы погрузчика с грузозахватным устройством для крупногабаритных прямоугольных тюков грубых кормов
Еремин Михаил Александрович
Повышение эффективности работ по уходу за лугами и пастбищами путем адаптации технологий и комплексов технических средств
Иванов Сергей Витальевич
Повышение эффективности работы плуга с изменяемыми параметрами путем оптимизации системы стабилизации его поперечной устойчивости
Утков Алексей Эдуардович
Повышение эффективности работы улавливающей системы смородиноуборочного комбайна
Ружьев Вячеслав Анатольевич
Повышение эффективности работы рулонного пресс-подборщика путем оптимизации параметров механизма подвески подбирающего устройства
Фатхутдинов Марат Рафаилевич
Повышение эффективности работы следоразрыхлителя с комбинированными рабочими органами
Акимов Александр Петрович
Повышение эффективности работы ротационных рабочих органов и колесных движителей мобильных машин в системе "движители - опорная поверхность"

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