Введение к работе
Актуальность темы исследования. Повышение эффективности производства и создание современных технологий и машин нового поколения являются одними из факторов обеспечивающих стабильную работу сельскохозяйственных предприятий.
Применяемые в настоящее время стандартные способы получения растительных масел отличаются сложностью и дороговизной технологического оборудования, повышенными энергозатратами, что ограничивает их применение в сельскохозяйственных предприятиях, тем более в крестьянских и фермерских хозяйствах. Одним из способов уменьшения рассмотренных выше явлений, является способ холодного прессования масличного растительного сырья. Применение "холодного" прессования семян масличных культур обеспечивает сохранение биохимических показателей масел, питательных веществ, что способствует повышению их усвояемости и получению продукта хорошего качества.
Приоритетным направлением исследований в области получения
высококачественного масла из масличных культур, а также снижения энергоемкости процесса отжима масла является применение шнековых прессов, конструкция которых позволяет изменять параметры воздействия на переработанный материал в зависимости от его структуры. Для совершенствования процесса отжима масла целесообразно на основе теоретического и экспериментального обоснования шнекового пресса определить оптимальные режимы прессования и возможность оперативного их изменения в зависимости от свойств исходного сырья, что является актуальной научной и практически значимой задачей, имеющей важное значение для развития страны.
Степень разработанности темы. Исследованиям процессов получения и переработки высококачественных масел, посвящены научные труды известных российских ученых: H.G. Арутюняна, В.В. Белобородова, В. М: Копейковсокого, В.В. Ключкина, Ф.Я Рудик, Е.П: Корненой, Н: А. Калашевой, О.А. Кислухиной, А.П. Нечаева, В.X. Пароняна, П.А. Ребиндера, А.Г. Сергеева, А.В. Стеценко, Ю.А. Тырсина, А.А, Шмидта, С.ОБраена и других ученых. Исследователями данного направления предложены различные конструкции шнековых прессов для отжима масла из масличных культур, даны обоснования их параметров в конкретных производственных условиях. Современные устройства для переработки масличных культур на масло отличаются высокой производительностью и энергоемкостью, что неприемлемо для крестьянских и фермерских хозяйств, а готовый продукт не всегда обладает высоким качеством. Снижение энергоемкости процесса переработки масличных культур и повышения качества готового продукта можно достигнуть за счет оперативного изменения параметров в зависимости от его структуры. В связи с чем является актуальным совершенствование конструктивных параметров двухзаходного шнекового пресса, позволяющих увеличение производительности путем улучшения условий захвата материала загрузочным устройством, выхода масла за счет переформировки слоя мезги в зоне интенсивного сжатия и обновления дренажных каналов.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВО Самарская ГСХА.
Цель исследований – повышение эффективности процесса отжима масла из семян подсолнечника двухзаходным шнековым прессом путем обоснования его конструктивно-технологических параметров и режимов работы.
Задачи исследований:
1. Провести анализ и предложить перспективную конструкцию двухзаходного
шнекового пресса для отжима масла из семян подсолнечника.
2. Разработать математическую модель и теоретически выявить
закономерности технологического процесса двухзаходного шнекового пресса для
обоснования его конструктивно-технологических параметров и режимов работы
3. Изготовить опытный образец двухзаходного шнекового пресса для отжима
масла и экспериментально определить его конструктивно-технологические
параметры и режимы работы.
4. Провести исследования двухзаходного шнекового пресса в
производственных условиях и оценить технико-экономическую эффективность его
применения на производстве.
Объект исследований. Двухзаходный шнековый пресс для отжима масла из семян подсолнечника.
Предмет исследования. Закономерности, условия и режимы отжима масла из семян подсолнечника двухзаходным шнековым прессом.
Научную новизну составляют:
аналитические зависимости производительности и мощности на привод двухзаходного шнекового пресса, учитывающие его конструктивно-технологические параметры и исходную плотность сырья;
эмпирические зависимости производительности пресса, выхода масла и энергоемкости процесса отжима от конструктивно-технологических параметров и режимов работы двухзаходного шнекового пресса.
Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на полезную модель №167408.
Практическая значимость результатов исследований. Теоретические и
экспериментальные зависимости производительности, мощности привода, выхода масла и энергоемкости процесса отжима масла двухзаходным шнековым прессом в зависимости от его конструктивно-технологических параметров и исходной плотности сырья. Разработанный для отжима масла из семян подсолнечника двухзаходный шнековый пресс непрерывного действия за счёт специально разработанных рабочих органов, позволяет увеличить отжим масла более чем на 10%, что значительно снижает себестоимость производства масла, обеспечивает производительность 136,46 кг/ч при влажности семян подсолнечника 8 %. Энергоёмкость составляет 132,01 Втч/т. Опытный образец двухзаходного шнекового пресса внедрен в ООО «Ойл - Агро» Самарской области.
Методология и методы исследования. В теоретических и
экспериментальных исследованиях использованы методы физики, теоретической механики, теории планирования эксперимента, математической статистики. Обработка результатов экспериментальных исследований, а также графические работы осуществлялись при помощи прикладных компьютерных программ MicrosoftOfficeExcel 2010, Statistica 10.0, Mathcad 14.
Испытания двухзаходного шнекового пресса проводились в лабораторных условиях на основе ОСТ 70.32.2-83«Испытания сельскохозяйственной техники.
Машины и оборудование для отжима масла. Программа и методы испытаний», СТО АИСТ 19.2-2008 «Сельскохозяйственная техника. Машины и оборудование для отжима масла. Порядок определения функциональных показателей».
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
аналитические зависимости по исследованию конструктивных особенностей одно и двухзаходных шнековых прессов, формы рабочих органов (шнеков), производительности и потребляемой мощности;
конструкция двухзаходного шнекового пресса для отжима масла из семян подсолнечника на основе использования в зоне загрузки двухзаходного шнека, позволяющего увеличить осевое усилие, что приводит к значительному повышению давления;
функциональные зависимости производительности, степени отжима, усилия давления и удельной энергоёмкости процесса от частоты вращения шнекового вала, степени открытия выходного отверстия и конструкции шнека;
математические модели, характеризующие зависимость производительности, величины отжима масла, усилия давления и удельной энергоёмкости от конструктивных и режимных параметров шнекового пресса для отжима масла из семян подсолнечника, а также их оптимальные и рациональные значения.
Степень достоверности и апробация результатов.
Корреляция между полученными экспериментальными и расчетными значениями составляет: ХЧ2 =0,003,/р2 =0,398, что свидетельствует о достаточной достоверности зависимостей и применимости их в расчетах.
Достоверность полученных результатов подтверждается достаточным объёмом и высокой степенью точности эмпирических данных, использованием известных зависимостей по оценке эффективности технических систем; применением современных методик обработки результатов экспериментов; использованием ГОСТ, общепринятых методик и рекомендаций.
Степень достоверности результатов проведённых исследований подтверждена сравнительными исследованиями разработанного двухзаходного шнекового пресса и базового шнекового пресса ПШМ-250; сходимостью теоретических расчётов производительности двухзаходного шнекового пресса с результатами экспериментальных исследований; использованием методов математической статистики и теории много факторного эксперимента; применением современных приборов и средств измерения, отвечающих требованиям соответствующих стандартов.
Основные положения и результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях ФГБОУ ВО Самарская ГСХА (2015-2018 гг.), ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ (2015г., 2017г.), ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ (2016г), ФГБОУ ВО Ульяновский ГАУ (2016 г.).
Публикации. По теме работы опубликовано 12 научных работ, из них 2 статьи опубликованы в рецензируемых изданиях, получен патент на полезную модель №167408. Общий объем опубликованных работ составляет 4,09 п.л., из них автору принадлежит 2,36 п.л.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы из 174 наименований, из них на иностранных языках - 7, и приложения на 28 с. Работа изложена на 177 с, содержит
17 табл. и 62 рисунка.