Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы и задачи исследования 10
1.1 Технологии приготовления сухих животных кормов в звероводстве и птицеводстве 10
1.1.1 Анализ кормовой базы звероводства и перспективы производства сухих животных кормов в отрасли 10
1.1.2 Анализ кормовой базы птицеводства и перспективы производства сухих животных кормов в отрасли 16
1.1.3 Зоотехнические требования к процессу приготовления сухих животных кормов 18
1.1.4 Способы производства сухих животных кормов 21
1.1.5 Опыт производства сухих животных кормов в хозяйствах 28
1.2 Машины и оборудование для приготовления сухих животных кормов (СЖК) 32
1.2.1 Составы рекомендуемой технологической линии и режимы их работы 32
1.2.2 Технические характеристики машин и оборудования для приготовления сухих животных кормов 33
1.3 Машины и оборудование для измельчения мясокостного сырья 35
1.3.1 Виды измельчения и характеристики измельчителей 35
1.3.2 Обзор способов измельчения сырья 41
1.3.3 Классификация измельчителей мясокостного сырья 43
1.4 Ресурсосберегающий, энергосберегающий и экологический аспекты проблемы 45
1.5 Краткий анализ проведенных исследований по механизации переработки мясокостного сырья в сухие животные корма 46
Цель и задачи исследования 55
2 Теоретические предпосылки к обоснованию и разработке ресурсосберегающих процессов и технических средств переработки мясокостных отходов звероводства и птицеводства 57
2.1 Методические основы ресурсосбережения при переработке мясокостных отходов звероводства и птицеводства 57
2.2 Системный подход к исследованию режимов работы ПТЛ и оптимизации их состава 68
2.3 Анализ факторов, определяющих формирование входного потока ПТЛ сухих кормов 75
2.3.1 Объект исследования и внешние факторы ПТЛ 75
2.3.2 Формирование входных параметров ПТЛ сухих кормов (статистические модели С, W,d) 80
2.4 Аналитический расчет производительности взаимодействующих в ПТЛ машин 82
2.5 Моделирование работы технологической линии для приготовления СЖК из жирового сырья 91
2.5.1 Основные принципы построения моделей 91
2.5.2 Критерий эффективности работы линии 93
2.5.3 Блок-схема моделирования взаимодействия машин в ПТЛ 94
2.6 ПТЛ сухих кормов как система массового обслуживания 98
2.7 Моделирование работы технологической линии приготовления сухих кормов из маложирного сырья 102
2.7.1 Марковские процессы как динамика вероятностей 102
2.7.2 Вероятности состояний ПТЛ по результатам наблюдений 108
3 Теоретические предпосылки к обоснованию и оптимизации рабочих органов и режимов работы измельчителей технологических линиях СЖК 111
3.1 Аналитическое описание процесса измельчения кости различными рабочими органами 111
3.1.1 Анализ воздействия режущего инструмента на кость 111
3.1.2 Анализ воздействия молотков на кость 123
3.1.3 Анализ воздействия на кость рабочих органов вальцовой мельницы 126
3.2 Обоснование конструктивно-технологической схемы измельчителя с плосковращательным режущим аппаратом 130
3.3 Идентификация рабочего процесса работы измельчителя мясокостного сырья 134
3.3.1 Технологический процесс работы измельчителя как сложной динамической системы 135
3.3.2 Модели функционирования измельчителя в реальных условиях эксплуатации 140
3.3.3 Вероятностно-статистические оценки технологического процесса измельчителя 142
3.4 Моделирование процесса измельчения кости методом «накопления повреждений» 145
4 Методика и результаты экспериментального исследования и моделирования работы технологических линий приготовления СЖК 151
4.1 Оптимизация состава ПТЛ сухих кормов для переработки жирового сырья в звероводстве методом статистического моделирования 151
4.1.1 Методика экспериментальных исследований 153
4.1.2 Статистические модели входного потока ПТЛ 157
4.1.3 Эксплуатационные показатели и статистические модели работы машин в ПТЛ 160
4.1.4 Моделирование взаимодействия машин в ПТЛ 168
4.2 График-номограмма для определения оптимального состава ПТЛ по производительности ее участков 172
4.3 Оптимизация состава ПТЛ сухих кормов для переработки маложирного сырья в птицеводстве методом моделирования дискретными марковскими цепями 177
4.3.1 Методика исследования работы линии 177
4.3.2 Методика и результаты моделирования 177
Выводы 181
5 Методика и результаты экспериментальных исследований процессов и рабочих органов машин в линии производства СЖК 184
5.1 Исследование процесса измельчения кости пушных зверей и птицы в лабораторных условиях 184
5.1.1 Экспериментальное определение разрушающих напряжений при сжатии кости 184
5.1.2 Экспериментальное определение касательных напряжений среза при резании кости 189
5.2 Определение удельной работы резания костного сырья 195
5.3 Исследование и оптимизация процесса измельчения кости различными рабочими органами 201
5.3.1 Приборы и методика экспериментальных исследований 201
5.3.2 Оптимизация рабочего процесса измельчителя с плосковращательным режущим аппаратом 203
5.3.3 Оптимизация рабочего процесса молотковой дробилки 210
5.3.4 Оптимизация рабочего процесса вальцового измельчителя 220
5.4 Методика и результаты моделирования процесса измельчения поглощающими марковскими цепями 224
5.5 Методика и результаты идентификации измельчителя с режущим аппаратом 227
5.6 Исследование рабочего процесса горизонтальных вакуумных котлов 237
5.6.1 Задачи и методика исследования 237
5.6.2 Анализ полученных зависимостей 237
5.6.3 Определение времени и скорости рабочего процесса 240
5.7 Интенсификация процесса измельчения и тепломассообмена в горизонтальных вакуумных котлах 243
5.7.1 Обоснование конструкции рабочих органов смесителя котла 243
5.7.2 Эксергетический анализ замкнутой теплоаккумулирующей системы для горизонтальных вакуумных котлов 249
5.7.2.1 Аккумулирование теплоты соковых паров для последующего разогрева сырья в котле 249
5.7.2.2 Диссипация полезной работы в процессе аккумулирования энергии 252
5.7.2.3 Общий анализ цикла аккумулирования 253
5.7.2.4 Определение примерных характеристик процесса теплообмена при разогреве сырья для котлов КВМ-4,6 256
5.8 Обоснование конструкции шнекового рабочего органа для транспортирования сырья и шквары 260
Выводы 263
6 Экономическая эффективность производства сухих животных кормов в условиях сельскохозяйственных предприятий 265
6.1 Типоразмерный ряд ПТЛ приготовления сухих кормов 265
6.2 Оптимальное размещение цеха СЖК для зверохозяйств Республики Карелия 270
6.3 Сравнительная оценка измельчителей 275
6.4 Экономическая оценка и реализация результатов исследований 280
Общие выводы и предложения 283
Список используемой литературы 286
- Анализ кормовой базы звероводства и перспективы производства сухих животных кормов в отрасли
- Анализ воздействия на кость рабочих органов вальцовой мельницы
- Эксплуатационные показатели и статистические модели работы машин в ПТЛ
- Оптимальное размещение цеха СЖК для зверохозяйств Республики Карелия
Введение к работе
Актуальность. Переработка отходов животного происхождения в звероводстве и птицеводстве в мясокостную муку (сухие животные корма) имеет ресурсосберегающий, экологический и энергосберегающий аспекты.
Ресурсосбережение - получение в хозяйствах высокопитательных белковых кормов из дешевого вторичного сырья: тушек зверей после забоя, тушек павшей птицы и др. Фактически ресурсосберегающий эффект заключается в использовании безотходной технологии и укреплении кормовой базы хозяйств за счет внутренних резервов основного производства.
Производство белковых кормов, как производное от решения задачи безопасной утилизации отходов звероводства и птицеводства (тушки зверей и птицы, отходы забойного цеха и цеха инкубации), имеет большое экологическое значение. Перерабатывая их, предприятия вносят значительный вклад в охрану окружающей среды, проводя одновременно работу по профилактике эпизоотии и инфекционных заболеваний животных и предотвращению передачи этих заболеваний человеку.
Энергосбережение возможно при использовании оптимального состава технологических линий приготовления сухих животных кормов (СЖК), предлагаемых конструктивных решений и режимов работы измельчителей сырья и костей, обеспечивающих минимальную энергоемкость рабочего процесса.
Учитывая вышеперечисленные аспекты приготовления СЖК в хозяйствах, которые вместе и по отдельности имеют большую экономическую эффективность, широкое использование предлагаемых технологий на птицефабриках и зверохозяйствах является актуальной задачей. Отчасти оно сдерживается несовершенством имеющихся машин и оборудования, поэтому выполненные исследования имеют научное и практическое значение.
Цель исследования - обоснование оптимального состава технологических линий, конструктивных схем, рабочих органов и режимов работы входящих в них машин, обеспечивающих снижение затрат при производстве СЖК, отвечающих требованиям ГОСТ 17536-82, в условиях зверохозяйств и птицефабрик.
Научную новизну работы составляют:
Методология системного подхода к оценке функционирования поточных технологических линий (ПТЛУ'тпдаяге&ЩЙйЕЗЕЙГ^'1'0 п0"
snssm
зволило рассмотреть отдельные операции технологии во взаимосвязи, оптимизировать состав, структуру и режим работы поточной линии;
Математическая модель, алгоритм и программа расчета на ПЭВМ рационального набора машин для комплектования ПТЛ в зависимости от характеристик используемого сырья;
Методика и результаты имитационного моделирования на ПЭВМ процесса функционирования ПТЛ;
Методика вероятностно-статистического моделирования ПТЛ СЖК марковским цепями по критерию затрат;
Математическая модель влияния основных конструктивных факторов измельчителя с двухопорным режущим аппаратом на процесс измельчения мясокостного сырья;
Математическая модель влияния основных конструктивных факторов молотковой дробилки на процесс измельчения шквары и кости;
Математическая модель влияния основных конструктивных факторов вальцовой мельницы на процесс измельчения кости-паренки;
Методика моделирования работы измельчителей вероятностными моделями накопления повреждений (В-моделями);
Комплекс научно-технических разработок для модернизации линии приготовления СЖК (А.С. №1169573, 1660721 и др.).
Практическая ценность. Результаты исследований позволили повысить эффективность функционирования технических средств в линии приготовления СЖК в условиях небольших производств. В частности: рекомендован состав машин в ПТЛ для переработки жирового и жиросодержащего сырья в звероводстве; определен состав машин в ПТЛ для переработки маложирного сырья в птицеводстве; определены численные значения разрушающих напряжений и усилий для костей зверей и птицы сельскохозяйственного назначения; предложена конструкция измельчителя и режим его работы для мясокостного сырья; предложены рабочие органы и режимы работы молотковой дробилки и вальцовой мельницы для измельчения шквары и костей; предложены рабочие органы для транспортирования сырья и шквары и для модернизации смесителя горизонтальных вакуумных котлов.
Реализация результатов исследований. Работа проводилась по
теме 10 в соответствии с планом НИР СПбГАУ (ЛСХИ) и координаци
онной программой научно-исследовательских и опытно-
конструкторских работ Министерства сельского хозяйства РФ и
РАСХН (ВАСХНИЛ) на 1985-90...2000 годы по решению на-
учно-технической проблемы О.сх.102. и 0.51.12. С 1995 года в соот-ветствйй*с/!р^делом 10.2.19. Аграрная политика Концепции социально-
экономического развития Республики Карелия на период 1999-2002-2010 годы, задача 2 «Снижение затрат на производство с/х продукции и повышение ее конкурентоспособности на рынке».
Рекомендуемый состав технологических линий включен в систему машин «Системы ведения животноводства Республики Карелия на 1986-90г. и на период до 2000 года», разработанную в 1986 году.
Результаты исследований приняты для внедрения в системе хозяйств Карелзверопрома - 1986г., Петрозаводским мясоперерабатывающим предприятием - 1987г., Петрозаводской птицефабрикой -1999г., Министерством сельского хозяйства Республики Карелия -2001г.
Методики математического моделирования работы технологических линий приготовления кормов используются в учебном процессе ПетрГУ при изучении курса «Механизация технологических процессов животноводства», по специальности 311300 «Механизация сельского хозяйства».
Апробация. Основные положения работы докладывались:
На международной научно-практической конференции Баренц Евро-Арктического региона «Животноводство на Европейском Севере: фундаментальные проблемы и перспективы развития», Петрозаводск, ПетрГУ, 1996 год;
На международной научно-практической конференции «Социально-экономическое, духовное и культурное возрождение Карелии», Карельский научный центр Российской Академии Наук. Петрозаводск, 2000 год;
На Научно-техническом Совете Зверопрома Российской Федерации, Всероссийский Выставочный Центр, г. Москва, 1986 год;
На научных конференциях преподавателей и сотрудников СПбГАУ (ЛСХИ), г. Пушкин в 1985...2002 годах;
На Научно-техническом Совете Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Карелия в 1998...2002 годах;
На научно-методических конференциях преподавателей ПетрГУ, г. Петрозаводск в 1980..2001 годах.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 34 работах.
Объём работы. В диссертации 342 страницы, в том числе 32 страницы приложений. Она состоит из введения, 6 разделов, основных выводов и предложений. В составе диссертации имеется 90 рисунков, 33 таблицы и список использованной литературы, включающий 363 наименования, из которых 12 на иностранных языках.
Анализ кормовой базы звероводства и перспективы производства сухих животных кормов в отрасли
Основные объекты клеточного пушного звероводства - норка, песец, лисица, соболь -типичные представители отряда хищных, для кормления которых необходимы корма животного происхождения.
Кормовая база звероводства не устойчива и подвергается значительной перестройке. До начала 90-х годов это происходило по причине значительного расширения отрасли, ежегодный прирост основного стада зверей составлял 120... 150 тыс. самок (в пересчёте на норку). Это увеличивало потребность в кормах с одновременным ограничением поступления в отрасль доброкачественных мясо-рыбных кормов, необходимых для питания населения страны. В последнее десятилетие происходит обратный процесс - сокращение числа хозяйств и численности зверей по экономическим причинам, главной из которых является резкий рост стоимости мясо-рыбных кормов. Анализ структуры кормления пушных зверей за последние 15 лет (таблица 1.1) показывает, что у норки, поголовье которой составляет около 80% всего поголовья выращиваемых на фермах пушных зверей, расход мяса и печени сократился с 4,5 до 2,7%, субпродуктов - с 18,8 до 10,4%. При этом следует отметить, что при общем сокращении расхода боенских субпродуктов, главным образом мягких, почти в два раза увеличился расход костных субпродуктов. Значительно возрос расход сухих животных кормов, особенно мясокостной муки, жира животного, зерновых и прочих кормов (БВК, кормовые дрожжи).
В связи с изменениями в отрасли звероводства существенно изменилась и кормовая база, перестройка которой направлена на использование не применявшихся кормов: отходов мясо- и рыбоперерабатывающей промышленности, непищевой рыбы и др. Белок животного происхождения постепенно заменяется протеином БВК (до 10... 15%) и протеином кормов растительного происхождения (до 5... 10%). При этом ставится задача не только не ухудшить, но повысить качество шкурок и улучшить все технико-экономические показатели производства /26,109,134,146,257,360/.
Интенсивно ведутся исследовательские работы по максимальному применению сухих кормов в рационах пушных зверей. Это позволяет уменьшить объём выдаваемых зверям порций, что очень важно при кормлении зверей рационами, насыщенными малоценными субпродуктами /109,257,349,351,360/.
Некоторые учёные /354,356/ считают, что в перспективе будет осуществлён полный переход на кормление пушных зверей только сухими кормами. Сухие кормовые смеси предполагается готовить в виде гранул, что обеспечивает хорошую смешиваемость их ингридиентов и регулирование питательного состава в соответствии с зоотехническими требованиями. В состав такого корма входит 30...69% протеина, 15...35% крахмалистых веществ и витаминов. Опыт применения их за рубежом и разработки отечественных учёных по скармливанию полнорационных гранул подтверждают возможность замены ими животного протеина свежих мясо-рыбных кормов /157/.
Однако для приготовления полнорационных гранул необходимо сырьё высокого качества, которое при сегодняйшей сложной ситуации с кормами в звероводстве обеспечить практически невозможно. Поэтому можно предположить, что в ближайшие годы сохранится традиционная технология приготовления кормов, т.е. пушным зверям будут скармливать свежеприготовленные кормовые смеси (в виде фарша), а сухие корма будут использоваться как добавки. Изменение структуры кормовой базы поставило перед звероводами новые задачи: — заменить традиционные мясо-рыбные корма новыми кормовыми средствами, не пользующимися спросом в питании населения страны;
— сократить в рационах зверей белок животного происхождения без ущерба для воспроизводства, роста молодняка и качества шкурок.
Решение этих задач осуществляется по пути использования в рационах зверей кормов из отходов мясоперерабатывающей и рыбной промышленности (мясокостная и рыбная мука), расширения применения морепродуктов — новых малоценных пород рыб, криля, тюленьего и китового мяса, а также увеличения доли растительных белковых кормов в рационе. Уже сейчас мускульное мясо и субпродукты 1 категории рекомендуется использовать только в наиболее ответственные периоды развития зверей (гон, беременность и период лактации у самок, в первое время после отсадки щенков), а в остальное время в корм добавляют костное сырьё, животный жир, рыбную муку /1,17,101,128,256/.
Важным резервом кормовой базы звероводства является использование в рационах сухих мясо-рыбных кормов. Если в 1980 году сухие корма суммарно составили 5...8% от общей питательности кормов, то в 1985 году в рационах норок их было уже 20,2%, песцов - 27,2%, лисиц - 30,4% /22/. По научным данным и результатам опыта передовых хозяйств Клецкин П.Т. /144,145,146/, Михайлов Н. Г. /217,218/, Негреева Н. Н. /227/, Перельдик Н. Ш. /254,255,256/, Таранов Г. С. /315,316/, Тихонов Ю. Т. /317,318/ и др. отмечают, что сырые мясо-рыбные корма можно заменять рыбной и другими видами кормовой муки в рационах молодняка норок до 50%, песцов и лисиц - до 75% белка животной группы кормов. В настоящее время в нашей стране и за рубежом разрабатываются приёмы кормления пушных зверей с максимальным применением сухих кормов /108,144,145,146,213,214,215,217,218,225,227,254,255,256,315,318 и др./.
По данным Л. В. Милованова /213/, фирмы США и Канады широко внедряют в звероводстве рассыпные и гранулированные корма для норок.
На основании работ /20,21,108,214,254,255,316,317/ можно отметить следующие преимущества кормления пушных зверей сухими кормами:
— увеличивается производительность труда при приготовлении и раздаче корма;
— упрощаются функции кормоцеха, так как приготовление фарша происходит путём замачивания сухих кормов;
— быстрое приготовление кормосмеси улучшает доброкачественность фарша, особенно в летнее время (отсутствие вторичного бактериального обсеменения);
— уменьшается объём порций, так как сухие корма представляют собой белковый концентрат, это приемлемо для зверей, имеющих сравнительно небольшую протяжённость пищеварительного тракта;
— приготовление сухих кормов даёт возможность использовать отходы рыбо- и мясоперерабатывающей промышленности, остатки несъеденных кормов, кормов условно годных и испорченных при хранении, тушки забитых зверей и др.;
— появляется возможность увеличить использование кормовой рыбы малоценных пород (минтай, мерлуза, салака и др.), в результате тепловой обработки у этих видов рыб разрушается фермент тиаминаза, обуславливающий авитаминоз по группе В и анемию у зверей;
— при правильно выбранном режиме сушки происходит полное бактериальное обезвреживание корма и сохраняется его белковая ценность;
— достигается существенная экономия средств при транспортировании сухих кормов, так как отпадает необходимость в использовании дорогостоящих железнодорожных и автомобильных холодильных ёмкостей;
— для хранения сухих кормов не требуется строительства дорогостоящих холодильников, а затраты на сооружение складских помещений во много раз ниже. Сухие корма можно хранить в бумажных крафтмешках в неотапливаемом чистом и сухом помещении /20,101,108/.
Достоинства технологии кормления зверей сухими кормами показывают её очевидную перспективность.
К недостаткам этой технологии следует отнести:
— при неправильно выбранном режиме сушки, особенно высокотемпературной (жёсткой), снижается содержание некоторых незаменимых аминокислот и перевариваемость белка /2,20/;
— мясокостную, рыбную, а также китовую муку, приготовленную при высокой температуре, звери поедают неохотно, при длительном её скармливании у них часто наблюдается расстройство пищеварения /2,128,256/.
Анализ воздействия на кость рабочих органов вальцовой мельницы
В отличие от дробилок мельницами называют группу измельчителей, в которых поверхности рабочих органов соприкасаются друг с другом, образуя через обрабатываемый материал жесткий контакт. При существующих типоразмеров вальцов по ГОСТ 6284-52 и их режимах работы, время пребывания материала в зоне измельчения оказывается весьма незначительным и колеблется в пределах t = (3,7...4,2) 10" с. Это свидетельствует о том, что разрушение материала вальцами носит ударный характер и позволяет предположить возможность измельчения кости на вальцовых мельницах. Теоретические предпосылки к расчету вальцовых мельниц рассматривались в работах К.А.Зворыкина и П.А.Козьмина /204/.
Основной рабочий орган мельниц - нарезные, матовые (шероховатые) или гладкие вальцы. Гладкие вальцы одинаковых диаметров подвергают материал деформации чистого сжатия. Нарезные и матовые вальцы могут вращаться с различными скоростями, и подвергают материал сложной деформации - сжатию и сдвигу.
Относительная скорость Vo, характеризующая интенсивность воздействия рабочих органов на материал, определяется из следующих выражений: V0= V6- VM = V6[l - (1 /k)], или V0= VM(k - 1), (3.62) где Vg- скорость быстро вращающегося вальца; VM - скорость медленновращающегося вальца; k= VQI V„-дифференциал скорости (к = 1 .2,5).
Средняя скорость Vcp движения материала в зоне измельчения может определяться: VCp = (V6-VM) / 2, или Vcp = V0(k + 1) / [2(k - 1)]. (3.63)
Длина пути обработки костных частиц в зоне измельчения может быть найдена из рис.3.9,а. Если частица кости размером а коснулась вальцов в точках А и А і и с этого момента подвергается воздействию вплоть до прохода через рабочий зазор Д на линии центров 00], то длина пути обработки будет равна длине дуги АВ = АВ, которую с небольшой погрешностью
В существующих конструкциях вальцов длина / находится в пределах от 3 до 2 мм, а величина зазора Д для зерновых плющилок 0,5... 1,5 мм /231/.
Зная длину пути обработки и среднюю скорость прохождения частиц материала, можно найти время t пребывания их в зоне измельчения: V V -V
Кроме кинематических параметров режима работы вальцов на процесс измельчения также влияет число воздействий рифлей вальца на материал во время его обработки. Это число воздействий может быть определено по формуле: z=100(V6-VM)tnp, (3.66) где пр- число рифлей на 1 см длины окружности вальца.
Рассмотрим условия работы двух горизонтально расположенных вальцов с одинаковыми и окружными скоростями для определения угла ао (рис.3.9,б) захвата костных частиц вальцами. Точки контакта А и А і частицы с поверхностью вальцов соответствует моменту начала процесса измельчения. В этот момент частица давит на каждый валец с силой Р; следовательно, с той же силой, но направленной в противоположную сторону, валец воздействует на кость.
Для этих условий определим максимально допустимый угол ао захвата частицы вальцами. Составим уравнение равновесия сил, относя все рассуждения к одной точке касания Ai, так как в силу симметричности размеров в точке А будут действовать те же силы. Кроме ф силы Р, в точке Ai действует сила трения F = /Р (где / - коэффициент трения). Проектируя эти силы на вертикальную ось, можно записать уравнение равновесия: 2Psina0 - 2/ Pcosao =0. (3.67)
Вертикальная составляющая Psinao стремится вытолкнуть частицу из зазора Д, но составляющая силы трения / Pcosao затягивает частицу в зону измельчения. Чтобы частица была затянута в зазор, необходимо выполнить условие: 2Psinao 2/ Pcosao, отсюда sinao/ cosao /, или tgao tgcp, где ф - угол трения частиц о поверхность вальца.
Следовательно, угол захвата ао должен быть меньше угла трения ф, а максимально допустимый аомах = ф; ДЛЯ зернового материала угол трения для гладких вальцов ф = 12, с матовыми поверхностями ф = 15. Для костного материала значение углов трения выше Ф=17...20.
Зависимость между размерами частиц материала а, диаметром D вальцов и углом трения может быть определена (рис.3.9,в). Из схемы видно, что межцентровое расстояние OOi равно: OOi = D + Д = 2Rcos ao + а, отсюда D(l - cosao) = а - Д, где а - размер частиц на входе.
Минимальный диаметр вальца определится: min = , но так как предельное значение l-cosa0 угла ао равно углу трения ф, то окончательно будем иметь: D = . (3.68) 1-cos В существующих конструкциях мельниц диаметр вальцов находится в пределах 250...350 мм, а в зерноплющилках D = 150...200 мм.
Если максимальное значение схода с вибросита ПБ-1,5 кости-паренки составляет а = 24 мм, а значение СОБФ = 0,94, то для целей измельчения костной фракции Dmjn = 300 мм.
Для определения конкретных размеров вальцовой мельницы костного схода требуется натурные эксперименты, но предварительные эксперименты можно выполнить на существующих мельницах и плющилках.
Теоретическая производительность одной пары вальцов определиться с учетом того, что через рабочий зазор в единицу времени проходит количество материала, равное секундной производительности: Q = ДЬ Vcp р у, кг/с (3.69) где L — длина вальцов, м; Vcp— средняя скорость материала в зоне измельчения, м/с; р — плотность материала, кг/м ; у — коэффициент, учитывающий заполнение материалом зоны измельчения.
Эксплуатационные показатели и статистические модели работы машин в ПТЛ
Наблюдения за работой линий производства сухих животных кормов производились нами на предприятиях с различным уровнем технической оснащённости и организации труда. Поэтому для обобщения данных брались, главным образом, показатели работы ПТЛ передовых предприятий (объединение Ленмясомолпром), выпускающих готовый продукт, отвечающий требованиям ГОСТ 17536-82. Анализ этих показателей и сравнение их с показателями работы ПТЛ других предприятий позволили выявить основные недостатку присущие работе ПТЛ на небольших производствах, в частности в зверосовхозах.
В результате обработки хронометражных наблюдений и информации, полученной с помощью комплекта приборов, определены основные эксплуатационные показатели работы линии. В табл.4.1 на основании фотографии типичной рабочей смены работы цеха сухих животных кормов Ленинградского мясокомбината имени С. М. Кирова /244/ определены значения технологической, цикловой, действительной (эксплуатационной) производительности значения коэффициентов надёжности, готовности, использования машин и удельный расход электроэнергии по участкам ПТЛ.
Как видно из табл.4.1, высокую производительность имеют участки обезжиривания и измельчения, где одна центрифуга или одна дробилка могут перерабатывать сырьё от нескольких вакуумных котлов. Этим объясняется то, что они в течение смены обрабатывают больше сырья. Поскольку нас интересовала работа единичных вакуумных котлов (в данном случае КВМ-4,6), то количество сырья, обработанного на участках разварки-стерилизации и сушки, было взято равным фактической максимальной загрузке котлов КВМ-4,6, что и имело место в опыте. Из табл.4.1 можно сделать вывод, что производительность ПТЛ зависит, главным образом, от производительности участков разварки-стерилизации и сушки, то есть от работы горизонтальных вакуумных котлов, действующих в цикличном (дискретном) режиме. На этих участках имеют место значительные внецикловые потери времени, что снижает коэффициент использования рабочего времени (0,507 для участка варки-стерилизации и 0,37 для участка сушки).
На тех предприятиях, где между машинами не предусмотрена установка межоперационных бункеров-компенсаторов, их роль выполняют сами горизонтальные вакуумные котлы, что приводит к увеличению продолжительности времени холостых ходов. Это снижает цикловую и действительную производительность вакуумных котлов. На рис.4.9 показаны вакуумные котлы КВМ-4,6, выгрузка шквары из которых производится в ручные тележки (Петрозаводский мясокомбинат, зверосовхоз "Сосновский"). Здесь отсутствие бункеров приводит к тому, что загрузка центрифуги и дробильного отделения не механизированы, а при отказах центрифуги и дробилки, шквара хранится на полу помещения (рис.4.10).
Согласно циклограмме на рис.2.7, только установка промежуточных бункеров, может сократить продолжительность времени цикла работы котла КВМ-4,6 на варке-стерилизации с 7 до 5 часов, а на сушке с 6,5 до 3 часов.
Анализ работы участка измельчения (табл.4.1) показывает, что его фактическая производительность превышает значения установленной дробилки (300...500 кг/ч), это имеет место в связи с тем, что шквара предварительно просеивается на вибросите и измельчению подвергается только сход с него. На рис.4.11(а, б) показан участок измельчения, состоящий из двух основных машин - бурата-просеивателя ПБ-1,5 и молотковой дробилки БДМ-300, которая, также, показана с откинутым кожухом (видны молотки, дека, часть сменного решета).
Представляют интерес данные, полученные в зверосовхозе "Сосновский", характеризующие показатели производительности ПТЛ и качества полученной муки (табл.4.2).
Из табл.4.2 видно, что готовые сухие корма по влажности и размерному составу соответствуют требованиям ГОСТ 17536-82. Следует отметить большой разброс значений относительной влажности шквары после сушки от 4,0 до 15,7%, который имеет место на всех предприятиях. Происходит это вследствие того, что длительность времени сушки задаётся технологической инструкцией по производству мясокостной муки приближённо, без достаточного учёта всех характеристик сырья, особенно по влажности. В настоящее время на большинстве предприятий время окончания сушки шквары в горизонтальных вакуумных котлах определяется с большими погрешностями, например, по пробегу вала мешалки котла после выключения электродвигателя привода. Надёжных приборов, определяющих окончание сушки, нет, а имеющиеся выпускаются в недостаточном количестве /265/, поэтому, в большинстве случаев, имеет место пересушка шквары.
Повышенная жирность муки (табл.4.2) объясняется тем, что в период эксперимента в совхозе, корма готовились из жиросодержащего сырья, но без обезжиривания шквары в центрифуге. Повышенная жирность шквары и муки имеет место, а также потери питательных веществ на предприятиях, где обезжиривание производят путём слива бульона из котлов после варки сырья, так как такая технология (вытопка жира) не обеспечивает надёжного обезжиривания.
Производился анализ помольных характеристик (частных и суммарных) распределение частиц сухого корма, полученных методом ситового анализа. Вид характеристик (вогнутость) показывает, что гранулометрический состав муки характеризуется преобладающим (60%) содержанием фракций с размером частиц менее двух миллиметров, то есть работа молотковой дробилки со сменными решетами с диаметром отверстий девять миллиметров обеспечивает измельчение шквары. В опытах, проведённых нами в зверосовхозе "Видлицкий" соответствие муки по крупности ГОСТу 17536-82 не обеспечивалось только при снятых решетах дробилок /245/.
Для небольших, маломощных предприятий по выработке мясокостной муки, как показали наши наблюдения, характерна не стабильность параметров теплоносителя. Колебание давления и температуры пара вносит свои коррективы в вероятностный характер протекания процесса приготовления муки в условиях зверосовхозов.
Для того чтобы избежать погрешностей, вносимых нестабильными характеристиками пара, плохой организацией труда, невысокой квалификации персонала, эксперименты по определению зависимостей производительности участков (машин) от жирности (с), влажности (w) и крупности (d) сырья производились на предприятиях объединений "Мясомолпром".
Результаты наблюдений производительности машин (участков) представлены в табл.4.3 по данным /244,245/.
Можно отметить, что при постоянных режимах рабочих процессов машин отклонения производительности машин не велики (коэффициент вариации не превышает 10%) и зависят от характеристик сырья. Так производительность участка обезжиривания, где использовалась центрифуга фильтрующая с ножевой выгрузкой ФПН-1001У-3, зависит от содержания в шкваре жира, производительность участка сушки от влажности сырья, а производительность дробилки от крупности шквары. Эти зависимости могут быть представлены в виде линейной функции или полинома и будут являться статистическими моделями работы машин. Уравнения второго порядка будут достаточно точно описывать эти зависимости /4,42,92/, поэтому мы предлагаем в качестве моделей работы машин уравнения вида:
- для центрифуги Quo = QuH(anс2+ а,2с + ап), (4.8) -для сушилки РсФ = Рсн(а2і + а22\ + а2з), (4.9)
- для дробилки ОДФ = Q/щ (a3id2 + a32d + а33), (4.10) где (}ЦФ, СІСФ, (ЗДФ - фактические производительности машин; QUH QCH, Q/IH - номинальные производительности машин; ац, а2, ai3,..., а33 - коэффициенты, зависящие от статических характеристик работы машин. Так как нам известны статические модели жирности (с), влажности (w), крупности (d) входного потока сырья, то мы можем определить значения коэффициентов из системы уравнений.
Оптимальное размещение цеха СЖК для зверохозяйств Республики Карелия
Определение оптимального размещения цехов СЖК в зонах развитого промышленного звероводства сводится к минимизации функции эксплуатационных расходов. При решении задачи необходимо: найти число и номера хозяйств, в которых целесообразно разместить цеха; рассчитать их мощность, найти схему прикрепления к этим цехам хозяйств района.
Таким образом, необходимо решить многовариантную задачу, требующую большого объема вычислений. Такие задачи могут быть решены с достаточной степенью точности математическими методами оптимального программирования с применением электронно-вычислительных машин. В настоящее время разработано и проверено несколько математических моделей, в которых эта проблема рассматривается как задача линейного программирования /7,9,11,73,96,106,200,201,271,300/.
В общем случае основная задача линейного программирования (ОЗЛП) может быть сформулирована следующим образом /11,16,51,73,177/.
Такую форму записи задачи линейного программирования называют канонической /11,51,73/. Частным случаем задач линейного программирования является транспортная задача.
Целью транспортной задачи является составление такого плана перевозок, при котором все заявки по объему транспортных работ были бы выполнены, и при этом общая стоимость перевозок была минимальна.
При такой постановке задачи показателем эффективности плана перевозок является стоимость, поэтому поставленную задачу называют точнее транспортной задачей по критерию стоимости.
При функционировании цеха СЖК на базе межхозяйственной кооперации основными затратами, которые будут нести предприятия, являются транспортные расходы по доставке сырья из хозяйств к цеху переработки и готовой продукции к местам реализации. Поэтому для оптимального размещения цеха СЖК в условиях промышленного звероводства Республики Карелия был принят критерий стоимости перевозок.
Транспортная задача математически представляется следующим образом. Имеется m пунктов отправления, в каждом из которых находится определенное количество однородного продукта подготовленного для отправки: в первом пункте отправления имеется aj единиц этого продукта, во втором - аг, в і-ом - а , в m-ом - ат единиц. Имеется п пунктов назначения, причем в первый пункт назначения нужно доставить Ъ\ единиц продукта, во второй Ьг , в bj-bj , в п-ый - bn единиц. Кроме того, известно, что каждый пункт отправления соединен с каждым пунктом назначения (общее число маршрутов mxn), известна стоимость перевозки одной единицы продукции из і-го пункта отправления в j пункт назначения сд- На основании этих данных составляются матрица стоимостей перевозок и матрица объемов перевозок (грузооборота). Решение транспортной задачи заключается в отыскании такого плана перевозок, при котором общая стоимость перевозок минимальна.
Наиболее распространенные методы решения транспортной задачи: метод условных стоимостей, потенциалов, распределительный, венгерский, Форда-Фулкерсона и др./73/ В нашем случае мы воспользовались стандартной программой "процедура транспорт" из библиотеки программ ПЭВМ, где реализован метод потенциалов решения задачи.
Задача решалась для 15 зверохозяйств Карельского треста "Зверопром", расположенных в южной и средней зоне республики. В качестве исходных данных были приняты:
1 Выход тушек норок и песца в хозяйствах (масса тушки норки - 1 кг, тушки песца - 5 кг);
2 Общий расход кормов в хозяйствах (3% общего расхода корма на приготовление сухих кормов);
3 Стоимость тонно - километра в каждом хозяйстве;
4 План размещения хозяйств (рис.6.2).
На основании первых двух пунктов было определено количество сырья в каждом хозяйстве подлежащее транспортированию на переработку в сухие животные корма. Выход тушек норок и песца, общий расход кормов и стоимость тонно-километра в хозяйствах в качестве исходных данных приведены в табл.6.2.
Анализируя план размещения хозяйств можно отметить, что часть из них связаны между собой неравнозначными дорогами с асфальтовым и грунтовым покрытием. Косвенно состояние дорожных покрытий сказывается на стоимости тонно-километра в хозяйствах и поэтому существенно не влияет на результат проведенного расчета.
Поскольку для данного региона хозяйств, планируется размещение одного цеха СЖК с необходимостью привязки его к какому-нибудь конкретному хозяйству, то решение задачи предполагает нахождения такого плана перевозок сырья в одно хозяйство, когда стоимость транспортных расходов для всех хозяйств в сумме будет минимальная. При этом общий объем перевозок будет изменяться незначительно в зависимости от выхода сырья в месте назначения, расстояния же перевозок (и стоимость) могут меняться значительно. При реализации программы в вычислительном центре Петрозаводского госуниверситета мы получили суммарную стоимость транспортных расходов всех хозяйств, при переработке сырья в муку в каждом из совхозов (последняя графа табл.6.2).
Из таблицы видно, что минимальная стоимость перевозок в случае расположения цеха СЖК в зверохозяйстве "Пряжинский" - 33983 рубля, затем следуют хозяйства "Святозерский", "Коткозерский", "Вешкельский" и на пятом месте АО "Видлицкое", где имелся такой цех по производству сухих кормов.
Мощность цеха СЖК должна обеспечивать переработку сырья в объеме 2483 тонны. При 3-х сменной работе цеха в течение года его суточная производительность должна быть не менее 3 тонн. Это обеспечит выпуск свыше 800 тонн высококачественных сухих животных кормов.
