Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. При переработке материалов растительного и животного происхождения широкое распространение при производстве кормовых продуктов получили прессующие механизмы непрерывного действия. Прессование и последующее акструдирование наменяют свойства исходного сырья, сообщают ему новый потребительские 'свойства. При этом в прессуемом материале происходит комплекс процессов, который дает возможность получать полуфабрикаты высокой степени готовности. Объемы переработки сельскохозяйственного сырья, прессукщкми механизмами непрерывного действия увеличиваются. Перечень экструдкруемых продуктов и технологий их получения постоянно пополняется. Зкструдирование сельскохозяйственных продуктов широко используется в пищевой промышленности.
Гранулирование и брикетирование уменьшают затраты на подготовку кормов к скармливанию животным, транспортирование и хранение кормов. Они обеспечивают сбалансированное питание животных, увеличивают паедаемостъ кормов, улучшают экологическое состояние ферм.
Особенностью прессующих механизмов непрерывного действия является использование сил трения для создания высокого всестороннего давления,, необходимого для консолидации прессуемого материала, его гомогенизации и придания других необходимых свойств. На преодоление сил трения расходуется значительное количество электроэнергии, экономия которой определена одной из важнейших проблем ресурсосбережения.
Высокое всестороннее давление на прессуемый материал, используемое для консолидации готового продукта, вьгаывает большие силовые нагрузки на контактные поверхности рабочих органов прессующего механизма,.что приводит к сокращению долговечности их деталей.
Полеченные в результате зкструдйрования» гранулирования и брикетирования продукты .отвеч&от . критериям ресурсосбережения, экологической чистоты и удобства применения, однако сам процесс прессования не является ресурсосберегающим.
Возможности совершенствования прессукядах механизмов и способов их эксплуатации ограничены отсутствием методов оптимизации и регулирования их параметровv
Поэтому совершенствование технологического оборудования, основанного на использовании прессующих механизмов непрерывного действия, является важной народохозяйственной проблемой.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Создание научных основ проектирования и рациональной эксплуатации прессующих механизмов непрерывного действий для оборудования сельскохозяйственного производства.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. В соответствии с целью исследования * состоянием вопроса поставлены и решены следующие задачи.
-
Совершенствовачие структуры прессующих механизмов непрерывного действия и конструкции их рабочих органов, обеспечивающих уменьшение энергоемкости прессования, увеличение единичной производительности, увеличение долговечности деталей рабочих органов этих механизмов.
-
Создание агрегатной базы композиционного проектирования; математического описания процессов формообразования, консолидации, гомогенизации прессуемого материала.
-
Разработка математических моделей механического взаимодействия прессуемого материала с рабочими органами прессующих механизмов непрерывного действия.
-
Формирование комплекса параметров эффекта.
-
Адаптация методов векторной оптимизации параметров для прессующих механизмов непрерывного действия и параметров прессуемого материала.
-
Определение параметров регулирования механических процессов прессования.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработан метод и устройство для определения реологических параметров упругопластического материала, прессуемого в моделях фильер механизмов с цилиндрическими рабочими органами, позволяющих определить напряженное состояние прессуемого материала.
Решена задача описания единым методом механического взаимодействия слоя упругопластического материала о цилиндрическими рабочими органами прессующего механизма в виде, необходимом для определения параметров эффекта прессующего механизма. В том числе: определено сопротивление фильер цилиндрической и призматической форм при выпрессовывании упругоплзстического материала; предлоден метод учета сопротивления входной полости фильеры выпрессовывании упругопластического материала, что позволило определить полное
сопротивление фильеры выпрессовыванию гранул; аналитически определено напряженное состояние упругопластического материала, прессуемого в несквозных формующих полостях; определено напряженное состояние упругопластического материала при различных условиях его взаимодействия с цилиндрическими рабочими органами.
Предложено решение.задачи описания взаимодействия псевдопластического прессуемого материала с одношнековым прессующим механизмом, параметры которого изменяются по длине шнека.
.' Сформирован комплекс параметров эффекта прессующих механизмов. Предложены оригинальные параметры эффекта: коэффициент полезного действия прессующего механизма непрерывного действия, импульс нормальных напряжений и импульс касательных напряжений, получаемые прессуемым материалом в механизме. Эти параметры позволяют более полно оценить качество, прессующего механизма и получаемого в «ем продукта уже на стадии проектирования.
Совокупность решенных задач, выводов и рекомендаций позволяет закяачить, что решена часть важной народнохозяйственной проблемы ресурсосбережения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДСШШ* Проведенными исследованиями установлены научно обоснованные положения, йозврляющйе повысить, эффективность и надежность прессов, в том числе систем управления процессом прессования. Полученные результаты/позволяют уменьшить-сроки создания новых прессов, адаптированных к. требованиям производства зкструдированной продукции.
Разработаны методики расчета прессующих механизмов и представлены в видепрограмм длявычислений на ЭВМ.
.., Разработаны рекомендация, по проектированию, эксплуатации и ремонту прессующих механизмов- Усовершенствована конструкция деталейрабочих органов 'й:прессувдш{ механизмов в целом, Ч-..0 защищено одиннадцать»'авторскими свидетельствами /34-44/.
Ка Донецкий завод продовольственного машиностроения совместно с работниками этого завода й Московского технологического института дищевой пронытленностя освоен выпуск кольцевых матриц с вхоанши поаостяш, ; конфигураций которых обоснована в настоящем йсследоваййй, что позволило заводу сократить расход* 1983-1984 годах аа метаздйрежущий инструмент на сумму сжы^ 2 мм.руб. Матрицы этой конструкции акспОйированы в 1983 году ва'^фК и Всероссийской выставке "Вузы РСФСР - Майиностроеюа)" в 1963 году (Толь-
ятти), где были удостоены диплома 111 степени.
Прибор для определения реологических свойств упругопласти-ческих материалов демонстрировался на Всероссийской выставке в Мордовском государственном университете "Вклад вузов России в выполнение Продовольственной програшы" в 1982 году (Саранск).
Реаультаты работ по оптимизации конструкции пресса-гранулятора и одношнекового пресса-экструдера использованы в ЦКВ "Таврия" (Севастополь) для проектирования пресса-гранулятора производительностью 15 т/ч и рресоа-экструдера производительностью рт 2 до 3 т/ч.
Разработан и передан ЦКБ "Таврия" эскизный проект прессующего механизма пресса-гранулятора с автоматическим регулированием усилия прикатия прессующих роликов к матрице.
Результаты исследований используются в учебном процессе; они включены в учебник для студентов вузов, обучающихся по специальностям "Машины и аппараты пищевых производств" и "Хранение и технология переработки зерна" /1/. . '
АПРОБАЦИЯ. Основные положения диссертации доложены на научно- технических конференциях В.ОрЩІ (Оренбург, 1880-1986, 1988, 1989, 1993 годах), ОСХИ (Оренбург, 1982-1984, 1989. 1S93 годах), на НТО Оренбургского облагропрома (Оренбург, 1886 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Процессц и оборудование для гранулирования продуктов микробиологического синтеза" (Тамбов, 1984 г. /28/), на Всесоюзной научной конференции "Пути совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортиров^! продуктов питания" (Москва, 1984 г. /29,30/), Тезисы доклада были представлены в материалах научно-технической конференции "Щпгенсификация '.перестройки и внедрения новых технологий в кормопроизводстве"-(Вильнюс, 1986 г. /29/). На III Всесоюзной научно-технической-конференции "Теоретические и практические аспекты методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств" (Москва, 1920 г. /32/). На семинаре кафедры Т0ІК МТШШ "Вопросы теории и практики процесса измельчения" (Москва, 1992 г.). На межрегиональной XII научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1993 г. /33/). На 32-й научно-технической конференции ЧГАУ (Челябинск, 1993 г.).
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, девяти глав, списка использованных источников из 185 наименований и приложений. Текст диссертации изложен на 296 с. машинописного текста.
-
структурно-функциональная модель прессующего механизма непрерывного действия с использованием напряденного состояния прессуемого материала в виде внутренней характеристики системы.
-
Комплекс параметров эффекта прессующих механизмов непрерывного действия и методы, определения этих параметров.
-
Комплекс разработанных характеристик, позволяющих проводить векторную оптимизации параметров эффекта.
-
Закономерности изменения реологических параметров материала, прессуемого цилиндрическими рабочими органами.
-
Уравнения, составляющие математическую модель процесса механического взаимодействия цилиндрических рабочих органов прес-сов-грануляторов и брикетировщиков о прессуемым материалом.
-
Представление одношнекового прессующего механизма в виде системы параллельных механизмов с постоянными геометрическими параметрами рабочих органов, ограниченных компрессионными затворами или матрицей.
