Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований ... 9
1.1. Анализ динамики производства и переработки гречихи в России 9
1.2. Анализ качества технологий переработки гречихи 17
1.3. Анализ средств механизации вспомогательных операций 26
1.4. Анализ исследований процессов пневмотранспортирования сыпучих материалов 32
Выводы по главе 40
Цель и задачи исследований 42
2. Теоретическое обоснование использования пневмотранспортера ядрицы 43
2.1. Пооперационный анализ технологии переработки гречихи в малых объемах 43
2.1.1. Анализ структуры занятости операторов технологической линии 44
2.1.2. Оценка взаимосвязи операционной нагрузки оператора на первом участке с режимами и условиями использования линии 47
2.1.3. Оценка взаимосвязи операционной нагрузки оператора на втором участке с режимами и условиями использования линии 51
2.1.4. Оценка взаимосвязи операционной нагрузки оператора на третьем участке с режимами и условиями использования линии.55
2.1.5. Оценка взаимосвязи операционной нагрузки оператора на четвертом участке с режимами и условиями использования линии 57
2.1.6. Оценка взаимосвязи операционной нагрузки оператора на пятом участке с режимами и условиями использования линии .„.59
2.2. Анализ процесса подачи материала авторегулируемым устройством 61
2.3. Анализ процесса пневмотранспортирования материалов с их авторегулируемой подачей 66
2.4. Обоснование границ экономической эффективности использования перевалочного пневмотранспортера 72
Выводы по главе 75
3. Программа и методика исследований 77
3.1. Программа работ 77
3.2. Методика исследований структуры вспомогательных операций технологической линии по переработке гречихи 78
3.3. Методика исследований технической надежности оборудования технологической линии по переработке гречихи 81
3.4. Методика исследования процесса пневмотранспортирования гречневой ядрицы во всасывающем режиме 83
3.4.1. Методика исследований физико-механических свойств гречневой ядрицы 83
3.4.2. Описание экспериментальной установки всасывающего типа 87
3.4.3. Методика исследования травмирования ядрицы в процессе пневмотранспортирования 90
3.4.4. Методика исследований закономерностей взаимосвязи производительности и энергоемкости процесса с конструктивно-режимными параметрами пневмотранспортера 92
3.5. Методика исследований процесса пневмотранспортирования
гречневой ядрицы в напорном режиме 97
3.5.1. Описание экспериментальной установки напорного типа „98
3.5.2. Методика исследования травмирования ядрицы лопастным питателем 100
3.5.3. Методика исследований процесса пневмотранспортиро- вания при подаче ядрицы шлюзовым питателем 101
Выводы по главе 103
4. Результаты экспериментальных исследований 104
4.1. Результаты хронометражных исследований занятости операторов 104
4.2. Результаты исследований надежности линии по переработки гречихи 113
4.2.1 Анализ причин возникновения и особенностей устранения отказов 113
4.2.2 Оценка показателей надежности оборудования технологической линии по переработке гречихи 118
4.3. Результаты исследований процесса пневмотранспортирования ядрицы 123
4.3Л Анализ исследований качественных показателей процесса пневмотранспортирования 123
4.3.2. Анализ исследований процесса пневмотранспортирования с авторегулируемой подачей материала 126
4.3.3 Анализ исследований процесса пневмотранспортирования с подачей материала лопастным питателем 134
4.4. Оценка экономической эффективности применения пневмо транспортера „ 138
Выводы по главе 140
Общие выводы 142
Список использованных источников 144
Приложения ; .'.., 156
- Анализ исследований процессов пневмотранспортирования сыпучих материалов
- Оценка взаимосвязи операционной нагрузки оператора на пятом участке с режимами и условиями использования линии
- Методика исследований физико-механических свойств гречневой ядрицы
- Оценка показателей надежности оборудования технологической линии по переработке гречихи
Введение к работе
Гречневая крупа является одним из наиболее ценных пищевых продуктов. Содержание в ней большого количества витаминов, микроэлементов и незаменимых аминокислот определило ее широкое распространение и особую популярность у населения России. Однако до середины 90-х годов гречневая крупа оставалась остродефицитным продуктом. Основная причина этого состояла в отсутствии инфраструктуры переработки гречихи. Основная масса производства гречневой крупы была сосредоточена вокруг небольшого количества крупных перерабатывающих заводов, недоступных по ряду причин для рядовых сельхозтоваропроизводителей. В связи с этим руководителям хозяйств приходилось искать местные возможности для переработки гречихи. Поэтому применялось оборудование неприспособленное для этих целей. Получаемая крупа была крайне низкого качества, и затраты на ее переработку в большинстве случаев превышали стоимость полученной крупы.
Таким образом, значительная доля выращенного зерна гречихи в стране использовалась неэффективно, что приводило к огромным экономическим потерям и усугубляло без того острое положение с дефицитом гречневой крупы.
С начала 90-х годов начали разрабатываться и внедряться в хозяйства малотоннажные технологические линии и мини-заводы по переработке гречихи, была сформирована инфраструктура переработки гречихи, с помощью чего была решена проблема дефи-v цита на рынке гречневой крупы. С тех Пор технологии малотоннажной переработки гречихи и средства для их реализации постоянно совершенствовались, и производство гречневой крупы стало приносить доход хозяйствам.
Однако с 1999 года лидирующее положение в мире по произ-
7 водству гречихи (57...60% мирового производства) стал занимать Китай. Урожайность гречихи в Китае превышает в 1,9 раза среднюю урожайность в мире.
В связи с большими объемами импортирования гречневой крупы из Китая и Украины значительно снизились цены на крупу, и российское производство гречихи в основной массе оказалось нерентабельным.
Экспортировать крупу в другие страны российским товаропроизводителям оказалось невыгодно. Во всех развитых странах установлены огромные ввозные пошлины.,
Выходом из сложившейся ситуации может быть снижение затрат на производство и переработку гречихи. Значительный эффект при производстве зерна гречихи можно получить за счет увеличения урожайности гречихи путем совершенствования технологий ее выращивания. Россия, занимая второе место в мире по общему производству гречихи и занимаемым ей посевным площадям, находится на 17-ом месте по урожайности.
Одним из способов снижения издержек малотоннажной переработки гречихи может быть повышение степени механизации вспомогательных операций (в частности перевалочных работ) в совокупности с высвобождением части вспомогательных рабочих за счет рационализации структуры занятости операторов технологических линий.
Актуальность задачи повышения эффективности малотоннажных линий предопределила цель исследований: повышение эффективности использования линии переработки гречихи за счет оптимизации операций по технологическому обслуживанию основного оборудования.
Исследования проводились по программе НИР Российской академии сельскохозяйственных наук в государственном научном
8 учреждении ВИИТиН и Мичуринском государственном аграрном университете в 2002...2005 гг. На защиту выносятся:
- структурный анализ трудоемкости операций контроля,
управления и технологического обслуживания оборудования ли
нии по основным участкам занятости операторов;
резервы снижения трудоемкости технологического обслуживания линии за счет перераспределения и совмещения функций операторов;
экономическое обоснование применимости пневмотранспортера для механизации трудоемких операций технологического обслуживания оборудования;
обоснование параметров авторегулируемого устройства для подачи ядрицы в материалопровод;
результаты оценки безотказности и ремонтопригодности технологического оборудования линии;
зависимости показателей производительности, энергоемкости и качества процесса пневмотранспортирования ядрицы от режимов работы и параметров пневмотранспортера, способов подачи и влажности продукта, кратности его пропусков.
Анализ исследований процессов пневмотранспортирования сыпучих материалов
Одним из первых ученых, обратившихся к теме пневматического транспортирования, был немецкий исследователь И. Гастер 33 штадт. В своей работе /22/ он исследовал течение газа1 в горизонтальном трубопроводе постоянного диаметра. Он получил два приближенных уравнения перепада давления: со средняя скорость течения, м/с. Однако он пришел к выводу, что существуют значительные ограничения в их применении для различных материалов и транспортирующих сред.
Другой исследователь пневмотранспорта - A.M. Дзядзио для получения обобщенных зависимостей гидродинамики пневмотранспорта использовал методы теории подобия. На основе второго закона Ньютона он получил уравнения движения жидкости и твердой фазы в двухкомпонентном потоке и предложил общее критериальное уравнение /33/: vM, х - скорость движения твердой фазы ижидкости, м/с;
Н0 = vt/D - критерий гомохронности; Eu = Н/(ря ) - критерий Эйлера; Re = DD/V - критерий Рейнольдса; Fr = м /(gD) - критерий Фруда; С - коэффициент сопротивления; т 0 = г» - DM - относительная скорость, м/с; D — диаметр трубы, м; g - ускорение свободного падения, м/с ; d3 — эквивалентный диаметр, м. Из анализа уравнения (1.3) A.M. Дзядзио получил общий коэффициент сопротивления:
Полученные выражения справедливы только для установившегося равномерного движения. Поэтому для реальных технологических процессов пневмотранспортирования при наличии отводов и других местных гидравлических сопротивлений, а также неравномерности подачи материала являются неприменимыми.
Большой вклад в изучение процесса пневмотранспортирования внес профессор Ф.Г.Зуев /51...58/. В своих работах процесс пневмотранспортирования он рассматривает как взаимодействие транспортирующей и транспортируемой сред между собой и со стенками трубопровода. Для описания силы взаимодействия воздушного потока на помещенную в него частицу в общем случае Ф.Г. Зуев предлагает зависимость:
Fa=fFTp(o-U)4CxFHP Y -5)
где f — коэффициент трения воздушного потока о частицу; FT - величина поверхности трения, м2; р - плотность воздуха, кг/м ; v - скорость воздушного потока, м/с; U - скорость частицы, м/с; FM - площадь миделева сечения частицы, м . На основе анализа взаимодействия частицы с потоком и ма-v тематических преобразований при некоторых допущениях Ф.Г. Зуев получил уравнение для вертикального участка транспортирования с равномерным движением: где X, Хт - коэффициенты гидравлического сопротивления мате-риалопровода при движении несущей среды и твердого компонента;
t, D- длина и диаметр материалопровода, м; ц - массовая концентрация материала в потоке; 1 внт - скорость витания, м/с. Общие потери давления он выражает как сумму потерь давления на перемещение воздушного потока, разгон транспортируемого материала, восстановление скорости частиц после ударения их со стенками пневмопровода и между собой, подъем частиц материала.
Оценка взаимосвязи операционной нагрузки оператора на пятом участке с режимами и условиями использования линии
Пятый участок также является наиболее тяжелым для операторов по физическим нагрузкам. Выполняя основные работы на участке, операторы многократно совершают подъем и перевалку полной тары. Трудоемкость операций на пятом участке может быть оценена уравнением:
1 у — пся\лпод вз " " тн зш "" пог - / 11 + скл "" ВТ/ \L.Lj)
гДе tnofl - трудоемкость подъема тары на платформу весов, чел-ч; tB3 - трудоемкость взвешивания и корректировки веса упаковки, чел-ч;
сн — трудоемкость снятия тары с платформы весов, чел-ч; зш - трудоемкость зашивки тары и крепления товарной этикетки, чел-ч;
tnor - трудоемкость погрузки тары на транспортную тележку, чел-ч;
tTp — трудоемкость транспортировки тележки в склад готовой продукции,чел-ч; скл - трудоемкость складирования готовой продукции, прихо 60 дящаяся на 1 тару, чел-ч;
tBT трудоемкость возврата транспортной тележки к весам, чел-ч;
птт - число тар, размещаемых на транспортной тележке, шт. Величина tTp/nTT характеризует трудоемкость транспортировки готовой продукции на склад, приходящуюся на 1 тару.
После подстановки выражения пся из уравнения (2.17) получим взаимосвязь трудоемкости операций на 5-ом участке с режимом загрузки технологической линии по производительности:
ТУ5 = WJ]CTCM(o}IKw (т5 +Т5 Уі00ття, (2.24)
ГДс 1 j — 1ПОд + IB3 + 1СН + 1ЗШ lj — пог + 1тр/ тт + 1скл вт Величина Т$ отражает трудоемкость операций, выполняемых стационарно, а величина Т5 отражает трудоемкость операций, выполняемых с перемещением грузов.
Резервы снижения занятости операторов на 5-ом участке состоят в минимизации величины Тз или частичном облегчении этих операций по физическим нагрузкам. Возможности для этого следующие: прокладка подвесных или напольных рельсов для транспортной тележки, максимальное приближение склада готовой продукции к месту взвешивания, установка транспортера, использование механизированного транспортного средства и укладчика.
Работа на шестом участке также связана с режимом эксплуатации технологической линии и качеством сырья. Количество лузги пропорционально сменной производительности линии, соотношению (по массе) лузги и ядрицы в исходном сырье. Кроме того, масса отходов, накопленная в циклонах для лузги, зависит от настройки аспирационной системы. Для обеспечения качества готовой продукции увеличивают подсос воздуха в малых технологиче 61
ских циклонах, что приводит к частичному выносу мелких фракций ядрицы, обладающих меньшей скоростью витания.
Однако анализ операций на 6-ом участке не представляет существенного интереса для поиска резервов снижения занятости операторов, так как эти операции выполняются в межсменный период и являются разовыми.
Аналогичная ситуация в смысле необходимости анализа приемлема и к 7-му участку, где выполняемые работы носят вероятностный характер. Общую оценку трудоемкости устранения отказов можно представить формулой:
Ту1=Тлэ(1 + Кгл)п0 (2.25)
где Тлэ - продолжительность эксплуатационного времени работы линии в течение времени смены, ч;
Кгл - коэффициент технической готовности оборудования технологической линии по лимитирующим ее работоспособность отказом; rt0 - средневзвешенное (по трудоемкости) число операторов, занятых устранением отказов. Для определения фактического значения Т„ необходимы хронометражные исследования надежности технологического оборудования. А для определения (Ту ...Ту ) необходимы хрономет ражные исследования структуры затрат труда по выполняемым операциям на этих участках.
Методика исследований физико-механических свойств гречневой ядрицы
При проведении экспериментов необходимо контролировать физико-механические свойства исследуемых материалов, оказывающие влияние на процесс пневмотранспортирования.
Влажность ядрицы определяли следующим образом. Отобра 84 ли и измельчили навеску крупы массой 20,0±0,1 г. При этом сход сита с номером сетки 1 должен быть не более 10 %, а проход сита с номером сетки 0,8 должен быть не менее 70 % /28/. Влажность определяли по двум навескам из измельченной порции. Две чистые сухие металлические бюксы взвесили с погрешностью не более 0,01 г. В каждую взвешенную бюксу насыпали измельченную крупу массой по 5,00±0,01г. После этого бюксы помещали в сушильный шкаф, разогретый до температуры 130. Навески сушили в течении 40 минут с момента восстановления исходной температуры. По окончании высушивания бюксы накрывали крышками и охлаждали, после чего взвешивали с точностью до 0,01 г. Влажность ядрицы определяли по формуле:
w mi m2xlo0o/o (з 10)
где mi - масса навески до высушивания, г; ГП2 - масса навески после высушивания, г.
Определение угла естественного откоса ядрицы производилось с помощью устройства, схема которого представлена на рисунке 3.1.
Устройство состоит из базовой плоскости 1, в центре которой расположен диск 2 способный перемещаться в вертикальном направлении посредством стержня 3. Перемещение диска 2 осуществляется с помощью троса 4, блоков 5 и рукоятки 6.
Определение угла 9 естественного откоса осуществляли следующим образом. На плоскость 1 (диск 2 находился в крайнем нижнем положении) насыпали толстый слой исследуемого сыпучего материала. Далее вращением рукоятки 6 добивались полного выхода диска 2 из слоя материала. При этом материал на диске формируется в виде конуса. Угол естественного откоса рассчиты Прибор состоит из платформы 1, шарнирно закрепленной на станине 2 со шкалой 3, коробки без днища 4, заполненной вязкопластичным материалом (воском) 5, тягового устройства 6,Коэффициент силы трения покоя определяли следующим образом. Опорный контур 8 заполняли в один слой гречневой ядри цей. Открытую поверхность вязкопластичного материала 5 подогревали, и коробку без днища 4 накладывали с усилием на опорный контур 8. После чего давали остыть разогретому вязкопластично-му материалу с целью надежной фиксации в нем частиц 12. Затем коробку 4 с частицами 12 клали на платформу 1, которую посредством тягового устройства 6 начинали медленно поднимать. , . В момент начала скольжения коробки 4 по платформе 1 фиксировали величину угла трения по шкале 3. Амортизирующее звено 7 в конце скольжения коробки 4 гасит энергию ее движения. Величину коэффициента силы трения покоя рассчитывали по формуле:
fTp=te4V (3.12)
Определение объемной массы производили согласно ГОСТ 10840-64.
Исследования процесса проводились на экспериментальной установке, схема и общий вид которой представлены на рисунках 3.4. и 3.5.
Оценка показателей надежности оборудования технологической линии по переработке гречихи
Анализ полученных данных показывает, что вероятность возникновения отказов для разных групп машин технологической линии различная (таблица 1 приложения 5). Она зависит от сложности конструкции оборудования, условий работы, загруженности по производительности и по времени смены, особенностей эксплуатации.
Наибольшее количество отказов приходится на оборудование гидротермической обработки (ГТО) и шелушильные машины. Их количество составляет соответственно 36,3 и 27,4 % от общего числа отказов технологического оборудования линии. Наименьшее количество отказов приходится на сушилки (3,5 %) и вибротранспортеры (2,7 %).
Основным показателем безотказности восстанавливаемых объектов является средняя наработка на отказ (Т0). Его значения существенно различаются для разных групп оборудования. Наименьший (для оборудования ГТО Т0 = 50,6 ч.) отличается от наибольшего (для вибротранспортеров Т0 = 692 ч.) в 13,7 раза (рисунок 4.2). Для оборудования линии в целом значение Т0 значительно меньше и составляет 18,4 ч.
Важным показателем ремонтопригодности является среднее время восстановления одного отказа. Среднее время восстановление отказа (оперативное) для разных групп машин колеблется в пределах 0,41...0,88 ч. Для всей линии в целом ее значение составляет 0,67 ч. (рисунок 4.3).
Среднее время восстановление отказа по общему времени превышает тот же показатель по оперативному времени по группам машин на 44,4...66,4 %, для оборудования всей линии - на 46,8 %.
Поэтому для повышения эффективности восстановления отказов необходимо стремиться минимизировать долю организаци онных элементов в структуре общего времени восстановления отказов. Для этого нужно иметь в наличии весь необходимый инструмент, оборудование и приспособления для восстановления типичных отказов, запасные части и материалы.
В целях повышения надежности технологического оборудования линии и снижения общего времени устранения отказов целесообразно производить резервирование узлов, агрегатов и деталей, наиболее часто выходящих из строя. Для оборудования ГТО такими являются шаровые краны подачи и сброса пара, заправки парогенераторов водой, изоляторы электродов парогенераторов; для шелушильных машин - абразивные круги; для рассевающих машин - детали механизма привода решетных станов и щеток. Необходимо также иметь в резерве котлы-запарники и парогенераторы.
Другой показатель ремонтопригодности - удельная трудоем 121 кость восстановления работоспособного состояния. Он характеризует затраты труда на устранение отказов. Его распределение по группам машин также имеет неравномерный характер (рисунок 4.4).
Причем значения удельной трудоемкости по общему времени превышают значения того же показателя по оперативному времени на 33,3...66,7 % по группам машин и на 65,0 % для линии в целом.
Наибольшее значение удельной трудоемкости приходится на оборудование ГТО (0,022 чел-ч/ч по оперативному и 0,033 чел-ч/ч по общему времени) и шелушильные машины (0,019 чел-ч/ч по оперативному и 0,029 чел-ч/ч по общему времени). Далее в порядке убывания: машины для калибровки и рассева, нории, сушилки, вибротранспортеры. Для всей линии в целом этот показатель составляет 0,067 чел-ч/ч по оперативному и 0,103 чел-ч/ч по общему времени.
