Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 11
1.1 Анализ современного состояния технологий и технических средств по переработке отходов животноводства 11
1.2 Анализ устройств разгрузки бункерных установок для переработки отходов животноводства в органические удобрения 22
1.3 Анализ исследований процессов выгрузки трудносыпучих материалов из установок бункерного типа 30
1.4 Состав и физико-механические свойства компостируемых смесей и их компонентов 37
1.5 Проведение поисковых экспериментальных исследований 43
Выводы. Цель и задачи исследований 50
2. Теоретические исследования процесса выгрузки компостируемого материала 52
2.1 Исследование процесса сводообразования при разгрузке бункерной установки со щелевым выгрузным отверстием 52
2.2 Определение конструктивных параметров рабочих органов устройства разгрузки 60
2.3 Кинематический анализ работы дисковых фрез при их взаимодействии с выгружаемым материалом 64
2.4 Определение затрат мощности и производительности при работе устройства разгрузки 69
Выводы 75
3. Программа и методики экспериментальных исследований 77
3.1 Программа экспериментальных исследований 77
3.2 Методика исследования физико-механических свойств компостируемых материалов 78
3.3 Исследование процесса сводообразования при выгрузке компостируемого материала из экспериментальной установки бункерного типа 81
3.3.1 Описание конструкции экспериментальной установки 81
3.3.2 Определение основных характеристик свода, образующегося при выгрузке 84
3.4 Методика исследования технологических свойств компостируемых смесей, влияющих на процесс выгрузки 87
3.4.1 Методика определения коэффициентов внешнего и внутреннего трения, начального сопротивления сдвигу 87
3.4.2 Определение напряжений разрушения компостируемого материала с заданными свойствами 90
3.5 Экспериментальные исследования мощности, затрачиваемой устройством разгрузки 92
3.6 Методика обработки экспериментальных данных 97
4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 102
4.1 Результаты экспериментальных исследований процесса сводообразования при выгрузке компостируемых смесей 102
4.2 Результаты исследований физико-механических свойств компостируемых материалов 105
4.3 Результаты исследований технологических свойств компостируемых смесей 107
4.4 Проверка модели, полученной по результатам регрессионного анализа экспериментальных данных 111
4.5 Результаты экспериментальных исследований процесса выгрузки и обоснование оптимальных параметров устройства разгрузки 116
5. Экономическая эффективность результатов исследований 126
5.1 Опытно-производственная проверка установки для компостирования с разработанным устройством разгрузки 126
5.2 Расчет экономической эффективности применения устройства разгрузки 129
Общие выводы 13 6
Список литературы 138
Приложения 153
- Анализ современного состояния технологий и технических средств по переработке отходов животноводства
- Исследование процесса сводообразования при разгрузке бункерной установки со щелевым выгрузным отверстием
- Методика исследования физико-механических свойств компостируемых материалов
- Результаты экспериментальных исследований процесса выгрузки и обоснование оптимальных параметров устройства разгрузки
Введение к работе
Одна из важнейших задач современности - рациональное использование природных ресурсов, которую во многом можно решить за счет разумной утилизации отходов животноводства с последующим производством ликвидной продукции [1, 12, 23]. Непременным условием выполнения задачи является наличие высокоэффективных технологий. Однако, кроме технологий, необходимо достижение экономического и экологического соответствия, что особенно важно для нашей страны, оказавшейся в начале ХХТ столетия в крайне сложной экономической ситуации [3,4].
В настоящее время наиболее предпочтительными тенденциями к развитию обладают два вида технологий:
малозатратные традиционные технологии с достаточно низкой себестоимостью продукции переработки отходного сырья. При этом зачастую наблюдается нарушение экологических норм, как в процессе переработки, так и при использовании конечного продукта с себестоимостью 300...500 руб/т;
высокотехнологичные технологии с использованием дорогостоящего оборудования, результатом которых является производство качественной продукции в виде органических удобрений с себестоимостью от 1000 руб/т. Применяемое оборудование технологических линий характеризуется высокой материалоемкостью и энергопотреблением. Область применения таких технологий - специализированные производства. Однако наблюдается тенденция применения данных технологий и в прогрессивных хозяйствах с развитым животноводством и птицеводством. Поэтому задача получения качественных удобрений с низкой себестоимостью является актуальной и востребованной современными потребностями самих производств.
Основным звеном технологической цепочки производства являются установки ускоренного компостирования — стационарные ферментаторы, медленно вращающиеся установки барабанного типа, вертикальные установки
бункерного типа и др. Тенденции технического прогресса данных установок сводятся к механизированной загрузке, разгрузке, автоматизации устройств подачи воздуха при сохранении поточности и непрерывности процесса.
Основным недостатком существующих установок является система выгрузки высоко связных (трудно сыпучих) компостируемых материалов из установок бункерного типа. Применяемые устройства, выполненные в виде горизонтальных шнеков, не обеспечивают требуемой структуры готового продукта, что снижает его агротехнические и товарные качества, недостаточно обоснованные параметры установок уменьшают эффективность процесса компостирования, увеличивая при этом затраты на производство.
В связи с этим остро встает вопрос разработки рациональной системы и технических средств по переработке навоза, наиболее полно отражающих как экономические, так и экологические требования.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение эффективности работы установки для компостирования бункерного типа путем совершенствования процесса ее разгрузки.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИИ. Технологический процесс выгрузки продукта переработки отходов животноводства из установки для компостирования бункерного типа.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИИ. Установление закономерностей взаимодействия рабочих органов устройства разгрузки с компостируемым материалом в процессе его выгрузки.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. В процессе выполнения диссертационной работы были использованы следующие методики: логический метод научных исследований, методика системных исследований, теория планріро-вания многофакторных экспериментов, методы физического и математического моделирования, математического анализа, теории подобия и размерностей. На их основе были разработаны частные методики лабораторных экспериментальных исследований физико-механических и технологических свойств выгружаемых компостируемых материалов, влияющих на энергоем-
8 кость процесса разгрузки установки для компостирования бункерного типа с применением разработанного устройства выгрузки. . НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научную новизну составляют:
обоснование процесса разгрузки установки для компостирования бункерного типа за счет использования рабочих органов, выполненных в виде набора дисковых фрез и расположенных на вращающихся валах внутри корпуса установки;
математическое описание процессов сводообразования с определением мест расположения рабочих органов устройства разгрузки;
закономерности изменения затрачиваемой мощности и производительности в процессе выгрузки компостируемых материалов в зависимости от параметров устройства разгрузки.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Практическую значимость имеют:
устройство разгрузки установки для компостирования органических отходов на фермах КРС, защищенное патентом РФ на полезную модель №71116;
методика расчета основных параметров устройства разгрузки в зависимости от физико-механических и технологических свойств выгружаемых материалов;
результаты исследований, которые обеспечивают высокую эффективность устройства разгрузки с точки зрения энергоемкости процесса выгрузки.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.
Разработанное устройство разгрузки установок для компостирования прошло опытно-производственную проверку при переработке навоза на ферме 600 голов КРС ФГУП учхоз-племзавод «Комсомолец» ФГОУ ВПО Мичуринский ГАУ (Приложение Д).
Результаты исследований процесса выгрузки компостируемых материалов из установок бункерного типа приняты к внедрению в НТЦ «Агроферм-машпроект» ГНУ ГОСНИТИ с целью совершенствования работы устройств
9 -разгрузки установок экспресс-компостирования при переработке органического сырья (Приложение Е).
Предложенная конструкция разработанного устройства разгрузки принята к внедрению в научно-производственной фирме ООО «Мичуринское плодородие», специализирующейся на производстве фасованных высокоэффективных органических удобрений «Гумус-Плодовые» (ТУ 9816-001-71254916-2006), награжденных «Золотой медалью» Всероссийской выставки «День садовода - 2008» (Приложение Ж).
Методические материалы по определению характеристик работы фрезерного выгрузного устройства компостируемых материалов используются в учебном процессе Тамбовского ГТУ и Мичуринского ГАУ (Приложение К).
АПРОБАЦИЯ. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены: на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО Мичуринский ГАУ (2005...2007 гг.); на международной научно-практической конференции, посвященной 160-летию со дня рождения профессора П.А. Костычева и 55-летию инженерного факультета ФГОУ ВПО РГСХА (г. Рязань, 2005 г.); на международной научно-практической конференции «Новые технологии и техника для ресурсосбережения и повышения производительности труда в с/х производстве» ГНУ ВИИТиН (г. Тамбов, 2005 г); на международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения профессора В.Г. Кобы ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ (г. Саратов, 2006 г.); на международной научно-практической конференции «Современные проблемы технологий производства, хранения, переработки и экспертизы качества с/х продукции» ФГОУ ВПО Мичуринский ГАУ (г. Мичуринск, 2007 г.); на научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в животноводстве — машинно-технологическая модернизация отрасли» ГНУ ВНИИМЖ (г. Подольск, 2007 г.).
ПУБЛИКАЦИИ. Материалы диссертации отражены в 21 печатной работе, в том числе 3 работы в изданиях рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 8,4 п.л., из которых 2,63 п.л. принадлежит лично
10 соискателю. Новизна разработанных технических средств подтверждена наличием 1 патента РФ на изобретение и 2 патентов РФ на полезную модель. НА ЗАЩИТУ выносятся следующие ПОЛОЖЕНИЯ:
конструктивно-технологическая схема устройства разгрузки установки для компостирования отходов ферм КРС;
теоретические положения по обоснованию конструктивно-режимных параметров устройства разгрузки с учетом влияния физико-механических и технологических свойств на процесс сводообразования и взаимодействия режущих элементов рабочих органов с выгружаемым материалом;
результаты экспериментальных исследований и испытаний в производственных условиях, позволяющие определить оптимальные конструктивно-режимные параметры устройства.
Анализ современного состояния технологий и технических средств по переработке отходов животноводства
Наибольшую часть отходов, поступающих с животноводческих ферм и комплексов, составляет навоз, утилизация которого представляет собой сложную систему, включающую в себя такие разнородные процессы, как удаление его из помещений, транспортирование, хранение, переработку и возвращение в окружающую среду [8, 11, 14, 15, 17, 39]. Компостированию подвергается подстилочный и полужидкий навоз, который получают при использовании механических систем уборки, а также твердая фракция, образующаяся после разделения жидкого навоза и стоков [2, 12, 16, 28, 29].
На животноводческих предприятиях России для уборки навоза из помещений применяют мобильные агрегаты, стационарные технические средства и гидравлические системы непрерывного и периодического действия. Доля навоза, убираемого из помещений мобильными агрегатами (АМН-Ф-20, БН-1, Д-606, БСН-1,5, БН-Ф-2,5, ПБ-35, ПФП-1,2, СУ-Ф-0,4 и т.д.) в общем объеме навоза, не превышает 2,5...3,0 %. Данная технология может обеспечить получение высококачественного подстилочного навоза.
Стационарные технические средства (транспортеры типа ТСН, КСН, КИП, КСУ, КШТ, КОШ, скреперные установки УС, УСН и т.д.) обеспечивают качественную уборку как бесподстилочного, так и навоза с подстилкой в виде опилок, торфа, измельченной соломы и применяются на всех типах ферм. При механической системе уборки подстилочного навоза РІЗ помещений транспортировку его к местам хранения или переработки осуществляют мобильными агрегатами или стационарными - типа УТН-Ф-20, УТН-Ф-10 [8, 11]. Для транспортирования бесподстилочного навоза к местам хранения или переработки рекомендуется использовать насосы НЖН-Ф-200А, НЦИ-Ф-100, НЦН-Ф-100/30, НЦН-Ф-80/30, типа СД [26].
Анализируя существующие и разрабатываемые технологии уборки и утилизации навоза, результаты научных исследований, можно сделать вывод, что в настоящее время наиболее распространенными технологиями утилизации являются [18]: 1) при подстилочном содержании крупного рогатого скота и свиней: - активная ферментация навоза на площадках и в сооружениях; - термофильная стабилизация в специальных сооружениях; - пассивная ферментация на бетонированных площадках (длительное выдерживание в буртах) [6, 19]; - анаэробная обработка навоза в метантенках (ограниченное применение); 2) при бесподстилочном содержании: - разделение навоза на фракции с компостированием твердой и стабили зацией жидкой фракции. Общая классификация способов и средств переработки подстилочного и полужидкого навоза в удобрения показана на рисунке 1.1. Определяющим фактором в производстве высококачественных органических удобрений остаются экономические показатели, характеризующие стоимость производства, энергоемкость применяемого оборудования и т.д. В связи с этим как за рубежом, так и в России появляются различные концепции создания технологий ускоренного компостирования, когда процесс созревания компостной массы сокращается насколько это возможно, а гигиенические показатели готового компоста остаются высокими [2, 13, 20, 27]. Уничтожение семян сорняков и дегельминтизация смесей на основе навоза наиболее активно протекают при температуре выше 50С (термофильный режим), а мобилизация и сохранение подвижных форм питательных веществ - при 30-35С (мезофильный режим). При достижении равномерной по всему объему смеси температуры 55С полная дегельминтизация наступает примерно через трое суток [8-10]. Технологии ускоренной аэробной твердофазной ферментации органического сырья в удобрения по сравнению с традиционными технологиями компостирования обеспечивают [2]: - сокращение срока приготовления удобрений с 120-180 до 7-10 суток в специальных камерах-биоферментаторах и до 36 суток - на открытых площадках; - повышение агрономической эффективности получаемого удобрения (окупаемости внесения удобрения в почву урожаем сельскохозяйственных культур) в 2-4 раза; - снижение в 2-3 раза энергетических затрат на производство и применение удобрений в расчете на единицу удобряемой площади; - экологическую безопасность удобрений (отсутствие болезнетворных микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов, всхожих семян сорных растений, неприятного запаха и др.); - сохранение удобрительных свойств при хранении в буртах на площадках без укрытия. Ускоренный способ компостирования (экспресс-компостирование) навоза осуществляется в специальных ферментерах и реакторах периодического и непрерывного действия, различной формы и конструктивного исполнения и протекает в искусственно создаваемых условиях при аэрации компостной смеси влажностью 60...70 % путем принудительной подачи воздуха [19-23].
Процесс производства экологически чистых органических удобрений на открытых площадках происходит по следующей технологии (рис. 1.2.). Органическая смесь, приготовленная с учетом требований, укладывается в бурты на площадке с твердым покрытием для биотермической обработки при температуре 50-65С с периодической аэрацией через 8-12 дней. Аэрация осуществляется с целью равномерной биотермической обработки всего поперечного сечения органической смеси бурта. После 36 дней обработки готовое удобрение может вывозиться к местам использования. Органическая смесь на площадку в бурты подается бульдозером-погрузчиком ПБ-35, по-грузчиком-экскаватором ПЭ-0,8 и другими мобильными средствами. Периодическая механическая аэрация органической смеси в буртах может производиться специальным прицепным шнековым аэратором, окаранивающей машиной или ПНД-250 [2, 13].
Исследование процесса сводообразования при разгрузке бункерной установки со щелевым выгрузным отверстием
В настоящее время достаточно эффективным и надежным перемещением компостируемых смесей вниз к выгрузному отверстию, как показал анализ применяемых систем разгрузки, не характеризуется практически ни одно из бункерных устройств.
Вопросами выгрузки трудносыпучих материалов из бункерных установок сельскохозяйственного назначения занимались следующие ученые: Зеи-ков Р.Л. [75, 88], Цытович И.В. [76], Иванов М.Г. [84], Цимбаревич П.Н. [82], Варламов А.В. [46], Горюшинский И.В. [51], Комченко Е.В. [43] и др.
Нарушение технологического процесса выгрузки трудносыпучих материалов, в том числе и компостируемых смесей из выгрузного отверстия установок бункерного типа часто связано с образованием устойчивых сводов, которые временно или полностью прекращают выход материала [47]. Образование сводов наблюдается в бункерах при выгрузке из них материалов, которые обладают высокой степенью связности [48, 49].
Поэтому, с точки зрения энергоемкости, для обеспечения равномерного процесса выгрузки компостируемых материалов необходимо использовать принципиально новое устройство разгрузки. Для обоснования параметров данного устройства, с целью совершенствования работы установки в целом, нужно теоретически исследовать неизбежные явления сводообразования, выявить их закономерности, а также зоны их наиболее вероятного нахождения.
От столба материала на дне бункера возникает вертикальное давление, которое при открытии выпускного отверстия начинает падать. В начальной фазе выгрузки структура материала остается упругой по причине отсутствия взаимного скольжения частиц. При этом напряженное состояние среды остается неизменным. Далее падение вертикального давления способствует возникновению пластических деформаций, при этом напряженное состояние среды начинает изменяться. В результате деформаций среды в зоне выгрузного отверстия возникают касательные напряжения, что приводит к появлению распорной реакции. При условии равновесия вертикальной составляющей распорной реакции и массы груза, лежащей над отверстием, образуется свод [75].
Вывод уравнения линии свода, образующегося в щелевом бункере с шириной отверстия Ъ, основан на предположении ее совпадения с траекторией главных напряжений [46, 75]. Угол наклона касательной к линии свода совпадает с углом наклона вектора главного напряжения Р в рассматриваемой точке (рис. 2.1).
Далее будем иметь, что высота стрелы свода (2.29), с учетом угла наклона боковых стенок, равна: Тем самым, из выражения (2.30) видно, что высота стрелы свода прямо пропорциональна ширине выгрузного отверстия, а также функционально зависит от разности угла наклона боковых стенок установки и угла внешнего трения выгружаемого материала. Для эффективности выгрузки материала необходимо учитывать, что конструктивные и режимные параметры рабочих органов, разрушающих свод, должны соответствовать геометрическим характеристикам этого свода и скорости, с которой будет подаваться выгружаемый материал. Примем условие, что работу выгрузного устройства установки (1.7) обеспечивают включенные рабочие органы, и они устанавливают непрерывное движение компостируемого материала к выгрузному отверстию. Поэтому необходимо определить значение скорости разгрузки («естественной» скорости подачи материала). Если рассматривать скорость подачи материала как функцию от ширины щели, то нужно определить критические точки, в которых происходит существенное изменение характера образования свода, устойчивость которого увеличивается с уменьшением ширины щели [75, 88]. Критическое значение ширины щели, при котором возникают своды с высокой устойчивостью, определяется зависимостью [46]: 6се = 2 о (1 + Sin peHym )(ум-8, (2.31) Следующим критическим значением является ширина щели, при которой наблюдается нормальное движение материала к выгрузному отверстию без сводообразования [88]: где Хист - коэффициент истечения материала, зависящий от его технологических свойств (0,2...0,35, при г#=0,45...0,7 кПа) [75]; /в — коэффициент внутреннего трения. При b всв, скорость подачи нельзя выразить формулой (2.33), т.к. процесс продвижения выгружаемого материала в этом случае невозможен из-за высокой степени устойчивости свода. Свод в данном случае сложно разрушить, так как его структура распространена практически по всему объему материала, находящегося в бункерной установке.
Методика исследования физико-механических свойств компостируемых материалов
Для проверки и подтверждения теории, описывающей процесс выгрузки компостируемого материала на основе применения дискофрезерного устройства разгрузки установки для компостирования бункерного типа необходимо определить и обосновать ряд величин физико-механических, технологических свойств перерабатываемых компостируемых смесей.
Экспериментальные исследования проводились по следующей программе: - определение и обоснование изменения основных физико-механических и технологических свойств компостируемых смесей в результате переработки, влияющих на процесс их выгрузки из установки для компостирования бункерного типа; - исследование процесса сводообразования при выгрузке компостируемых смесей с нахождением основных характеристик и структуры сводов без применения разрабатываемого устройства разгрузки; - исследование влияния регулируемых параметров конструкции и режимных параметров устройства разгрузки на показатель мощности и производительности в процессе выгрузки компостируемого материала; - получение данных для расчета и проектирования устройства разгрузки установки бункерного типа для переработки отходов на фермах КРС. Объектом исследований является технологический процесс выгрузки продукта переработки компостируемых смесей из установки для компостирования бункерного типа. В качестве исследуемых материалов были использованы следующие компостируемые смеси: - навоз КРС с измельченной соломой пшеничной (Н+С); - навоз КРС с опилками древесными (Н+О). Место выполнения экспериментальных исследований - ФГУП учхоз-племзавод «Комсомолец» МичГАУ Мичуринского района Тамбовской области. В основу методик проведения экспериментальных исследований были положены методы моделирования и прогнозирования производственных процессов, математической теории планирования многофакторных экспериментов, которые позволяют выявить и оценить влияние факторов на принятый критерий оптимизации [64-70]. 3.2 Методика исследования физико-механических свойств компостируемых материалов Одним из факторов, который непосредственно влияет на процессы выгрузки, и, как следствие, на выбор конструктивных параметров устройства разгрузки, является плотность и влажность компостируемых смесей, выгружаемых по окончании процессов их переработки в установках бункерного типа. Основными факторами, влияющими на изменение плотности компостируемой смеси является влажность, вид и количество влагопоглощающего материала, а также высота засыпки смеси в корпусе экспериментальной установки. Для проведения экспериментов по определению физико-механических и технологических свойств, исследуемые компостируемые смеси готовились определенного состава и в определенной последовательности следующим образом (см. формулу 1.13): - на каждые 10 кг навоза КРС добавляли 5-6 кг измельченной пшенич ной соломы (средняя фракция 80-120 мм), так чтобы полученная смесь имела влажность в пределах 55.. .65% со средним значением равным 60%; - на каждые 10 кг навоза КРС добавляли 5-6 кг древесных опилок с по лучением того же значения влажности; - варианты проб тщательно смешивались до получения однородной структуры отдельно исследуемой компостируемой смеси; - исходные компостируемые смеси загружались в биоферментатор с целью осуществления процесса переработки; - по истечении времени, определяемого технологическими требованиями (5-7 суток), компостируемый материал, переработанный до стадии готовности в установке для компостирования, отбирался с целью исследования плотности и других свойств (по ГОСТ 13469.0-80). При определении насыпной плотности компостируемой смеси 1 (Н+С) или (Н+О) использовался ГОСТ 28254-89. Из биоферментатора тщательно брались пять проб, каждая из которых помещалась в емкость 2 известного объема с последующим взвешиванием на весах 3 (рис. 3.1). где тспь - масса емкости с материалом, кг; тт — масса пустой емкости, кг; Vm - объем емкости, м . Для проведения дальнейших экспериментальных исследований осуществлялось измерение влажности компостируемых смесей на различных уровнях по высоте их нахождения в биоферментаторе. При загрузке подготовленного материала брались пробы в количестве 5 кг на 1 пробу и помещались в сетку, далее порционно загружая массу, пробы, помещенные в сетку, укладывались послойно через каждые 30 см по высоте и маркировались бирками разного цвета. Тем самым, по истечении 5-7 суток полученные пробы готовились к замеру влажности. Пробу для определения влажности готовили для лабораторных исследований по ГОСТ 5396-77. - сушильный шкаф; 2 - весы ВЛТЭ-500; 3 - тара (бюкс) Рисунок 3.2 - Приборы для измерения влажности компостируемых смесей Масса исследуемого материала того или иного состава замерялась вместе с тарой - тсж, (г), при этом использовались электронные весы ВЛТЭ-500 (рис. 3.2). Далее производилась сушка в сушильном шкафу при температуре 105С, в течение 5-6 часов и взвешивался высушенный компонент с тарой -тс, (г).
Результаты экспериментальных исследований процесса выгрузки и обоснование оптимальных параметров устройства разгрузки
Для анализа и сопоставления экспериментальных данных на рисунках 4.9 - 4.11 представлены графические зависимости мощности, затрачиваемой устройством разгрузки от угловой скорости софр и угла атаки ножа фрезы а (при установке дисковых фрез с различным шагом pt) при выгрузке компостируемых смесей (Н+С) и (Н+О).
Экспериментальные графики значений мощности были построены на основании данных по полученным уравнениям регрессии (4.3, 4.4).
Из анализа рисунков 4.9 и 4.10 видно, что при шаге равном pt= 0,075 м и /з,=0,115м наблюдается падение значения мощности при определенных значениях угловой скорости. При установке фрез с шагом равным pt= 0,155 м (рис. 4.11) наблго дается равномерный рост затрачиваемой мощности с ростом частоты вращения рабочих органов. Таким образом, в результате проведения эксперимента выявлено оптимальное значение расстояния (шага) между фрезами, установленных на одном валу. По опытным данным (рис. 4.12 (а)), при выгрузке компостируемого материала в виде смеси (Н+С) действительно существует зона минимума затрачиваемой мощности, где iV,w, =5694 Вт. Для выгружаемой компостируемой смеси (Н+О) (рис. 4.12 (б)) значение затрачиваемой мощности области минимума не имеет. Это связано с тем, что использование опилок в качестве влагопоглощающего наполнителя при приготовлении компостируемой смеси приводит к получению материала, физико-механические и технологические свойства которого менее выражены при рассмотрении процессов силового взаимодействия рабочих органов с выгружаемым материалом. Поэтому, влияние угла атаки ножа фрезы при работе устройства, как показывает рисунок 4.13 (б), не является настолько значимым при затратах мощности устройством разгрузки. Влияние этого параметра выражается в незначительном снижении затрачиваемой мощности, однако при изготовлении рабочих элементов дисковых фрез необходимо отдавать предпочтение углу атаки близкому к 45 (рис. 4.9). Тем не менее, для смеси (Н+О) в зависимости от угловой скорости софр при шаге установки фрез р,=0,075 м, минимальное значение мощности составляет ІУИ/Л=5583 Вт. Для рассмотрения динамики изменения функции отклика, при помощи математического пакета «MathCad» [65] были построены графики в виде контурных кривых (рис. 4.12) и трехмерные графики (рис. 4.13), на которых отчетливо можно проанализировать зону минимума для затрачиваемой мощности в процессе выгрузки компостируемых смесей (Н+С) и (Н+О). На основании этих графиков были получены значения минимума функции отклика при определенных значениях факторов (таблица 4.7). Общие энергозатраты, потребляемые устройством разгрузки, зависят как от значения мощности, так и от времени работы устройства. В процессе проведения опытов по определению затрат мощности одновременно фиксировалось значение производительности по методике, представленной в п. 3.5. Учитывая зависимость производительности наряду с затратами мощности от изменения выбранных в исследованиях факторов, были проанализированы и сопоставлены ряд их значений, при которых величина удельной энергоемкости процесса выгрузки будет минимальной. В результате проведения экспериментальных исследований установлено, что при использовании фрез, выполненных с углом атаки ножей я=30, были достигнуты наибольшие значения производительности при работе устройства разгрузки, чем при использовании фрез с углами а=15 и а=45. На рисунке 4.14 представлены зависимости изменения экспериментального значения производительности для выгружаемых смесей (Н+С) и (Н+О) при значении угла атаки ножей дисковых фрез а=30 (к/6). Из графиков (рис. 4.14) видно, что максимальная производительность устройства разгрузки может быть достигнута при установке дисковых фрез на валу с шагом pt — 0,115 м, при угловой скорости вращения рабочих органов софР — 12,5 с" . Данные значения факторов, обеспечивающие максимальную производительность, характеризуются определенными значениями затрачиваемой мощности, которые непосредственно влияют на показатель удельной энергоемкости процесса выгрузки, определяемой по формуле 3.9.
Анализ графических зависимостей (рис. 4.12 и 4.14) показал, что наилучшая сочетаемость затрачиваемой мощности и производительности, с точки зрения энергоемкости, достигается при угловой скорости вращения рабочих органов устройства разгрузки равной а фр = 12 с" (частота вращения п = 120 мин"1), а также при углах атаки ножей фрез согласно данным таблицы 4.7. Значения удельной энергоемкости представлены в таблице 4.8.
