Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования 15
1.1. Белково-витаминные добавки, их роль в развитии современного промышленного животноводства 15
1.2. Сравнительная эффективность технологий заготовки и хранения кормов с высоким содержанием белка 19
1.3. Особенности топинамбура, как источника кормового белка и витаминов 24
1.4. Известные технологические варианты влажного фракционирования для получения белково-витаминных добавок из сока зеленого 28
1.5. Оборудование для механического обезвоживания листостебельной биомассы сельскохозяйственных растений 33
1.6. Модели, описывающие поведение листостебельной биомассы сельскохозяйственных растений при сжатии 41
1.7. Исследования разрушения сокосодержащих структур и отжима сока зеленого из листостебельной биомассы сельскохозяйственных растений 48
1.8. Цели и задачи исследования 55
2. Обоснование эффективности поточной технологической линии переработки листостебельной биомассы в полевых условиях 57
2.1. Анализ стоимости производства протеина в составе растительных кормов 57
2.2. Сравнительная оценка количества транспортных агрегатов необходимых для организации поточной технологической линии в стационарных и полевых условиях 59
2.3. Оценка стоимости производства протеина в составе продуктов переработки листостебельной биомассы топинамбура по технологии влажного фракционирования 72
2.4. Технологическая структура полевой машины для механического обезвоживания листостебельной биомассы в полевых условиях 78
3. Экспериментальное исследование технологических свойств и процесса механического обезвоживания листостебельной биомассы топинамбура 84
3.1. Исследование технологических свойств листостебельной биомассы топинамбура 85
3.2. Исследование процесса механического обезвоживания листостебельной биомассы топинамбура вальцовым рабочим органом 100
4. Теоретическое исследование процессов разрушения сокосодержагдих структур и фильтрации сока зеленого из слоя листостебельной биомассы топинамбура 107
4.1. Исследование условий деформации слоя листостебельной биомассы вальцовым рабочим органом 108
4.2. Исследование процесса разрушения сокосодержащих структур лубенизированной листостебельной биомассы топинамбура 116
4.3. Исследование процесса фильтрации сока зеленого из слоя листостебельной биомассы топинамбура 119
4.4. Формирование структуры рабочего органа для механического обезвоживания листостебельной биомассы топинамбура 123
4.5. Определение функционально-технологических параметров рабочего органа для механического обезвоживания листостебельной биомассы топинамбура 128
CLASS 5. Экспериментальное исследование технологических .характеристик синтезированного рабочего органа „ 13 CLASS 6
5.1. Используемые материалы и оборудование 136
5.2. Программа и методика исследований 139
5.3. Анализ полученных результатов 140
6. Экономическое обоснование производства уборочных агрегатов с синтезированным рабочим органом в форме бизнес-плана 144
6.1. Резюме 144
6.2. Характеристика уборочного агрегата 145
6.3. Исследование и анализ рынка 148
6.4. Производственный план 150
6.5. План маркетинговых действий .153
6.6. Потенциальные риски 154
6.7. Финансовый план 156
Общие выводы 159
Литература 161
Приложения 173
- Сравнительная эффективность технологий заготовки и хранения кормов с высоким содержанием белка
- Сравнительная оценка количества транспортных агрегатов необходимых для организации поточной технологической линии в стационарных и полевых условиях
- Исследование технологических свойств листостебельной биомассы топинамбура
- Исследование условий деформации слоя листостебельной биомассы вальцовым рабочим органом
Введение к работе
Актуальность темы: В настоящее время в России возрос интерес к нетрадиционным культурам, одной из которых является топинамбур. Клубни топинамбура нашли применение в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. При возделывании топинамбура для получения клубней листостебельная биомасса, имеющая урожайность до 800 ц/га, является отходом, основная масса которого не используется по причине отсутствия эффективных технологий переработки. При этом выход сырого протеина в составе листостебельной биомассы составляет 2,5 -3 тс одного гектара.
При утилизации листостебельной биомассы топинамбура по технологии влажного фракционирования стоимость протеина в составе продуктов переработки (БВК и консервированные корма) в 11 - 23 раза ниже стоимости протеина в составе БВК используемых в настоящее время в кормопроизводстве.
Листостебельная биомасса топинамбура имеет морфологические особенности, связанные с высоким содержанием лубяных волокон, что затрудняет использование применяемого в технологии влажного фракционирования оборудования для механического обезвоживания, из-за высокого фильтрационного сопротивления волокнистой фракции. Кроме того, прессовое оборудование, применяемое в технологии влажного фракционирования, работает на предварительно дезинтегрированном материале. Дезинтеграция лубенизированной листостебельной биомассы топинамбура требует больших затрат энергии, что значительно увеличивает стоимость конечных продуктов.
В связи с этим, для утилизации листостебельной биомассы топинам
бура по технологии влажного фракционирования необходимо создание
нового прессового рабочего органа, обеспечивающего механическое
обезвоживание без предварительной дезинтеграции листостебельной
биомассы. '/'_
Цель исследований. Синтез рабочего органа, обеспечивающего утилизацию листостебельной биомассы топинамбура для производства белково-витаминного концентрата и консервированных кормов.
Объекты исследований. Поточные технологические линии уборки и транспортировки листостебельной биомассы, листостебельная биомасса топинамбура, оборудование для обезвоживания листостебельной биомассы.
Предмет исследований. Напряженно-деформированное состояние слоя листостебельной биомассы топинамбура, фильтрация сока зеленого из слоя листостебельной биомассы топинамбура при механическом обезвоживании.
4 пи л #wiwm\ji I ЛМОТБКА , I
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ і БИБЛИОТЕКА СП* 9
Научная гипотеза. Осуществление механического обезвоживания лубенизированной листостебельной биомассы без предварительной дезинтеграции путем разрушения клеточной структуры в рабочем органе, созданием градиента внутриклеточного давления и условий для направленной фильтрации жидкости из слоя листостебельной биомассы.
Научная новизна. Выявлены эмпирически и аналитически описаны закономерности механического обезвоживания лубенизированной листостебельной биомассы.
Получены аналитические зависимости для разных направлений градиента порового давления учитывающие направление и скорость подачи слоя листостебельной биомассы в многовальцовом рабочем органе.
Доказана эффективность организации поточной технологической линии механического обезвоживания листостебельной биомассы в полевых условиях с получением сока зеленого и оенажной массы.
Практическая значимость и реализация. Синтезирован рабочий орган для механического обезвоживания листостебельной биомассы топинамбура без предварительной дезинтеграции, обеспечивающий получение растительного жома влажностью 54 - 58% предназначенного для сенажирования и зеленого сока для производства БВК, при удельной энергоемкости процесса 2,1 - 2,8 кВт-ч/г.
Результаты работы нашли практическое применение в НПП «Терра» при создании экспериментального образца кормоуборочного комбайна нового поколения, а также в 000 «Партнер» при заготовке кормов был использован разработанный технологический регламент производства сенажа.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Донского государственного технического университета 2003 - 2005 гг., на научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов» (г. Москва, 2003г.), на тех-совете концерна «Отечественные Инновационные Технологии» (г. Жер-девка, Тамбовской обл., 2004 г.), на Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения И.И. Смирнова «Теория и проектирование сельскохозяйственных машин и оборудования» (г. Ростов-на-Дону, 2004 г.), на научно-техническом семинаре в рамках выставки «Интерагромаш 2004» (г. Ростов-на-Дону, 2004 г.), на научно-технической конференции «Проблемы сельскохозяйственного машиностроения» (г. Тула, 2004 г.), на международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиноведения и высоких технологий», посвященной 75-летию ДГТУ (г. Ростов-на-Дону, 2005 г.).
Сравнительная эффективность технологий заготовки и хранения кормов с высоким содержанием белка
При решении проблемы дефицита кормового белка одной из основных целей является выбор прогрессивной энергосберегающей технологии для обеспечения потребности животноводческого комплекса в кормах с высоким содержанием бедка и белковых добавках. При выборе технологии производства кормов богатых белком, следует учитывать ряд ограничений, связанных с возможностью функционирования в отечественном кормопроизводстве, выбором сырьевых источников, качеством получаемого продукта, энергоемкостью процесса и т. п. /58, 80/. На основании информации об отечественном и зарубежном кормопроизводстве, в качестве наиболее перспективных технологий производства кормового белка могут быть использованы следующие традиционные: - заготовка сена, сенажа и силоса; - производство кормов искусственной сушки; - промышленные способы переработки соломы; - заготовка комбинированного силоса и др. /11, 46/. и нетрадиционные технологии: - механическое фракционирование семян и зеленых растений; - микробный синтез; - переработка отходов мясной, молочной и рыбной промышленности; . - биотрансформация вторичного растительного сырья и др. /46, 80/. Осуществляя выбор эффективной технологии производства кормов с высоким содержанием белка, установим некоторые ограничения, которые являются показателями предпочтения при выборе технологии /73, 76, 78/. Установим следующие предпочтения: - отсутствие отходов при комплексной переработке исходного сырья; - наличие возобновляемых сырьевых источников; - потери ценных питательных веществ в процессе производства и длительного хранения не должны превышать 15 - 25%; - отсутствие зависимости от погодных условий; - наличие положительной зоотехнической оценки получаемой продукции. Оценивая эффективность технологии, следует учитывать, что каждая из них имеет несколько вариантов реализации процесса. Поэтому, описанные ранее предпочтения следует дополнить /58, 78, 80, 101/. Для облегчения выбора конкретного варианта реализации технологического процесса введем дополнительные критерии предпочтения: - обеспечение одновременного производства кормов и белковых добавок; - использование технологических процессов, исключающих тепловое воздействие на исходное сырье и продукты его переработки; - суммарные затраты энергии не должны превышать 25 - 30 кВт ч на 1000 кг исходного сырья; - применение химических веществ, разрешенных в кормопроизводстве. Проведя отбор с учетом принятых предпочтений, рассмотрим следующие из предложенных традиционных и нетрадиционных технологий кормопроизводства: - заготовка сена; - заготовка кормов силосно-сенажного типа; і - производство травяной муки, гранул и брикетов; - фракционирование зеленых растений. Другие технологии не включены в состав рассматриваемых, по причине несоответствия принятым критериям предпочтения. Сено составляет в рационах сельскохозяйственных жвачных животных около 25% (но питательности). Практика многих лет показывает, что при соблюдении технологических требований хозяйства могут получить сено, содержащее в сухом веществе не менее 8% протеина, 30 - 50 мг/кг каротина. Питательная ценность 1 кг такого сена - 0,4 - 0,5 кормовых единиц /7, 13, 48/.
Однако, из-за влияния погодных условий, при существующем отличии технологических вариантов приготовления сена, его заготовка и хранение, как правило, сопровождается большими (30 - 50%) потерями ценных питательных веществ /46/. Применение в животноводстве кормов сенажно-силосного типа (1 кг сенажа содержит 0,3 - 0,42 кормовых единиц и 35 — 60 г переваримого протеина, 1 кг силоса - 0,15 - 0,18 кормовых единиц и 19-21 г переваримого протеина) позволяет снизить объем рационов, в значительной мере механизировать процессы выемки и раздачи кормов /11, 46/. К существенным недостатком данной технологии в первую очередь следует отнести сравнительно высокие потери питательных веществ при заготовке и хранении сенажа (10 - 20%) и силоса (25 - 30%) /7, 46/. Травяная мука - ценный кормовой продукт, получаемый из искусственно высушенной травы. Искусственная сушка трав, убранных в ранние фазы вегетации, дает возможность получать корма, питательность 1 кг которых соответствует 0,7 - 0,85 кормовых единиц при содержании переваримого протеина 130-150 г/кг, каротина-200-300 мг/кг/48/. Основной недостаток данной технологии - значительные энергетические затраты процесса производства и существенные потери питательных веществ при хранении (в течении 6 месяцев теряется 50 - 75% каротина) /13, 46/. . Технология влажного фракционирования листостебельной биомассы сеяных,трав используется при производстве высококачественных кормов сенажно-силосного типа и белково-витаминиых добавок кормового назначения. Данная технология предполагает переработку листостебельной биомассы в растительный жом, протеиновую пасту и коричневый сок. Из жома влажностью 55 - 65% могут быть получены высококачественный сенаж, силос или травяная мука первого класса, характеризующаяся длительным сроком хранения каротина вследствие значительного снижения температуры сушки предварительно частично обезвоженного растительного материала /78, 67, 69/. Протеиновую пасту, содержащую 30 - 45% белка и 300 - 600 мг/кг каротина, эффективно использовать в качестве белково-витаминной добавки во влажных мешанках для свиней, при приготовлении заменителя цельного молока для поросят и телят, сбалансированного по протеину комбисилоса для свиней, полнорационной сухой кормосмеси на основе зернофуражной дерти для сельскохозяйственной птицы и др. /73, 88/. Коричневый сок, имеющий 4 - 7% сухих веществ (сахара, минеральные вещества, витамины и др.), целесообразно применять для силосования грубых кормов и растительного жома, гранулирования травяной муки, приготовления влажных мешанок и др. /54, 58, 73, 80/. К недостаткам рассматриваемой технологии следует отнести сложность и высокую стоимость оборудования, продолжительность срока окупаемости вложенных средств и др. /80, 105/.
Сравнительная оценка количества транспортных агрегатов необходимых для организации поточной технологической линии в стационарных и полевых условиях
.Для сравнения эффективности вариантов механического обезвоживания листостебельной биомассы на стационаре и в поле, при уборке, адаптировали известный технологический процесс (см. п. 1.4, рис. ] .1) к условиям механического обезвоживания в поле. Технологический процесс (рис. 2.3) предусматривает взаимодействие полевых машин и стационарных установок. Полевые машины скашивают пистостебельную биомассу растений (МЗ), фракционируют её механическим путем на зеленый сок (СЗ) и растительный жом (ЖР), формируют рулоны из жома (РЖР) для использования в виде сенажа (СУ). Накопленный зелёный сок (СЗ) транспортными средствами доставляется для переработки в протеиновые концентраты кормового назначения в стационарных условиях методами химической коагуляции /73/. Рулоны из жома (РЖР) упаковываются в плёнку и транспортируются к местам складирования. Технологическая схема комплексной переработки листо стебельной биомассы , і / - переработка листостебельной биомассы в поле: 1 - жатка; 2 - рабочий орган для фракционирования листостебельной биомассы; 3 - рулонный пресс; 4 - упаковщик рулонов; 5 - накопительный бак зеленого сока; 6 - транспортное средство. // - переработка зеленого сока на стационаре: 7 - накопитель зеленого сока стационарной линии; 8 - виброфильтр; 9 - накопитель очищенного зеленого сока; 10 - насос; 11 - проточный смеситель; 12 - резервуар со смесью коагулянта и консерванта; 13 - насос-дозатор; 14 - отстойник протеиновой пасты; 15 накопитель коричневого сока; 16 - насос для пасты. і Для сравнительной оценки эффективности поточной технологической линии (ПТЛ) влажного фракционирования при механическом обезвоживании зеленой массы в стационаре и в полевых условиях нами был проведен расчет количества рабочих и транспортных агрегатов, необходимых для обеспечения уборки т урожая листостебельной биомассы растений и необходимой производительности уборочных агрегатов. Расчет проводили яо методу наложения на хозяйство заданных условий на основе методики, переработанной и адаптированной к процессу уборки урожая листостебелы-юй биомассы кормовых культур, изложенной в работе /110/. Для сравнительной оценки эффективности стационарного и полевого вариантов технологии влажного фракционирования были приняты следующие начальные условия: уборочный агрегат убирает зеленую массу урожайностью і G3M = 800 ц/га, на поле в 100га {1гоп = 1000м). Отношение сока зеленого к сенажной массе - 1/1. На поле сделаны обкосы для разворота уборочных агрегатов. Поле разделено прокосами на делянки. Расстояние от поля до стационара l$c = 4 км по грунтовой дороге. Расстояние до склада сенажа (фермы) ICK = 4 км по грунтовой дороге. Для примера, рабочим звеном ПТЛ осуществляющим уборку зеленой массы является уборочный агрегат, снабженный жаткой с захватом Вж 4м, - 1-скорость уборки VPx 4 км/ч, переезд и поворот на делянке занимает tmK = 3 мин, время смены транспортного агрегата im = 0,5 мин. Транспортное звено ПТЛ, осуществляющее доставку зеленой массы или сенажной массы оснащено агрегатами МТЗ-80+2ПТС-4: грузоподъёмность Wllj3 = 4 т, рабочая скорость Vdc = 10 км/час, скорость холостого хода Vxx = 12 км/час, саморазгрузка у склада tps = 5 мин. Транспортное звено ПТЛ, осуществляющее доставку сока зеленого в стационар оснащено агрегатами МТЗ-80+МЖТ-4: объем Wm3 - 4 м3, рабочая скорость Vdc 10 км/час, скорость холостого хода Vxx 12 км/час, 1 саморазгрузка у стационара tp3 = 5 мин, перецепка емкости МЖТ-4 tm, = 5 мин. Для определения количества транспортных агрегатов в ПТЛ необходимо г рассчитать время рабочего цикла t4h уборочного агрегата и время рабочего цикла /;/" транспортного агрегата. Путь загрузки транспортного агрегата рассчитаем по формуле: к WmlQQ. KJM3 DiC где Wm3 - грузоподъемность транспортного звена; і GM3 - урожайность зеленой массы; Вж - з ахв ат жатки. Определим время заполнения уборочным агрегатом транспортного агрегата: 1 "Сіооо (2"2) где VPx - скорость рабочего хода уборочного агрегата. Еслд 1рхк 1гот то время на переезды и развороты уборочного агрегата составит: t}L = р tK — F 1 рз 1 рх \гон J fK lne (2.3) гдє І гоп - путь уборочного агрегата до разворота (длина поля), t„e - время переезда и поворота уборочного агрегата на делянке. Если 1рх 1го„, то времена переезды и развороты уборочного агрегата: 1К 1рз — j Іпє (2.4) гон Время рабочего цикла ttfK уборочного агрегата до загрузки транспортного агрегата, без учета возможного времени ожидания, составит: ц рх
В первом варианте организации поточной технологической линии (ПТЛ) зеленая масса перерабатывается в стационаре (рис. 2.4). Рабочее звено образовано уборочным агрегатом, осуществляющим уборку и передачу зеленой массы транспортному звену №1, которое доставляет ее для дальнейшей переработки в стационар. В стационаре происходит разделение зеленой массы на зеленый сок и растительный жом. Зеленый сок перерабатывается в стационаре, а растительный жом от стационара транспортным звеном №2 доставляется к фермам для закладки его в сенажные башни. Схема организации взаимодействия агрегатов при уборке зеленой массы с механическим обезвоживанием в стационаре Расчет показал, что при организации ПТЛ показанной на рис. 2.4 для обеспечения работы уборочного агрегата и доставки растительного жома к местам хранения при указанных выше условиях необходимо 11 транспортных агрегатов МТЗ-80+2ПТС-4. При этом достигается производительность уборочного агрегата 30 т/ч. Bov втором варианте организации ПТЛ механическое обезвоживание зеленой массы происходит в поле (рис. 2.5). Кормоуборочный комбайн осуществляет уборку и разделение зеленой массы механическим путем на сенажную массу и зеленый сок. Сок зеленый накапливается в прицепной бак-накопитель МЖТ-4 и при его заполнении передается транспортному звену №1, которое доставляет его для дальнейшей переработки в стационар. Транспортное звено №2, осуществляет доставку сенажной массы к местам хранения.
Исследование технологических свойств листостебельной биомассы топинамбура
Особенности строения листостебельной биомассы топинамбура указывают на отличие ее технологических свойств от ранее исследовавшихся культур для использования их в технологии влажного фракционирования (люцерна, тимофеевка, вика и др.). В связи с этим целью настоящего экспериментального исследования явилось изучение технологических характеристик листостебельной биомассы і топинамбура от ранее исследовавшихся культур для использования в технологии влажного фракционирования. Анализ априорных данных /73, 102/ и результаты ряда предварительных экспериментов указывают на влияние живого сечения компрессионной камеры и скорости деформации на создающееся внутри камеры распределение давления, поэтому для достижения поставленной цели в ходе эксперимента предполагалось решить следующие задачи: 1. Определить распределение давления на стенки и дно компрессионной камеры. 2. Определить зависимость величины относительной деформации от площади живого сечения боковой стенки компрессионной камеры и начальной скорости деформации. 3. Определить зависимость влажности растительного жома от величины живого сечения боковой стенки компрессионной камеры и начальной і скорости деформации. 1 Опыты проводились на кафедре «Сопротивление материалов» ДГТУ на гидравлическом прессе марки ЦДМ-30, обеспечивающем усилие сжатия до 30000 кг с использованием специально разработанной лабораторной компрессионной камеры (рис. 3.1, 3.2 и 3.3), которая состояла из поршня со штоком, крышки, съемного днища и сменного цилиндра.
Схема компрессионной камеры 1-поршень; 2-сменный перфорированный цилиндр; 3-тензоманометр боковой; 4-днище компрессионной камеры; 5-шток поршня; 6-тензоманометр верхний; 7-тензоманометр нижний, - а, Ь, с - боковые тензоманометры, d - верхний тензоманометр (в поршне), е - нижний тензоманометр (в днище). Общий вид компрессионной камеры с тензоманометрами В качестве боковой стенки компрессионной камеры использовались сменные перфорированные цилиндры с диаметром отверстий 4,5 мм и живым сечением 5, 10 и 15% (рис. 3.4). Рис. 3.4. Сменные перфорированные цилиндры: 1-ж= 15%, 2-ж= 10%, 3-5 = 5%. . Для измерения давления на съемном днище и поршне компрессионной камеры на резьбовом соединении устанавливались одинаковые, специально разработанные мембранные тензоманометры (рис. 3.5). Они изготавливались из стали 40Х и закалялись до твердости HRC-50. В качестве упругого элемента использовалось днище тензоманометра, на внутреннюю сторону которого наклеивался активный тензодатчик марки 2ПКБ-10-100. Для измерения бокового давления на внешней стороне стенки сменного цилиндра устанавливались тензоманометры (рис. 3.5), в качестве упругого элемента использовались металлические пластинки размером 38x10x4. Они изготавливались из стали 40.Х и закалялись до твердости HRC-50. На внешнюю сторону металлических пластинок наклеивались активные тензодатчики марки 2ПКБ-10-100. Компенсационные датчики наклеивались на медную пластинку и соединялись с активным в полумост. Тензоманометры 1 - верхний и нижний, 2 - боковые.
Сигналы от датчиков, характеризующие напряжение на поршне, днище и стенке компрессионной камеры через усилитель типа 8-АНЧ-7М подавались на светолучевой осциллограф НО-71, снабженный устройством для записи показаний на фотобумаге УФ-1 в виде диаграммы «напряжение-время». , Тарировку мембранных тензоманометров проводили на гидравлическом прессе. Тарировку тензоманометров выполненных в виде металлических пластинок проводили с помощью специально разработанного устройства, имитирующего нагружение пластинок в компрессионной камере. Тарировочные зависимости для всех используемых тензоманометров являлись линейными и различались углом наклона прямой, который зависит от толщины і их рабочей поверхности. Величина деформации листостебельной биомассы определялась р помощью специального устройства, установленного на гидравлическом прессе, предназначенного для измерения величины перемещения плунжера. Для определения влажности зеленой массы и растительного жома по ГОСТ 13496.3-80 использовали лабораторный сушильный шкаф SPT-200 и бкжсы. Для измерения массы навески листостебельной биомассы топинамбура использовали лабораторные весы.ВЛК-500. Методика проведения экспериментов заключалась в следующем: і из партии листостебельной биомассы топинамбура отбирались образцы для определения влажности; , л исто стебельная биомасса топинамбура измельчалась до размеров, позволяющих поместить ее в компрессионную камеру (20 - 30 мм); навеска листостебельной биомассы топинамбура массой 400 г укладывалась в компрессионную камеру с тензоманометрами и сменным цилиндром; компрессионная камера устанавливалась в гидравлический пресс, плунжер пресса приводился в соприкосновение со штоком поршня; устройство для измерения величины перемещения плунжера пресса выводилось на нулевую отметку; 90, задавалась начальная скорость деформации листостебельной биомассы дросселированием потока масла в прессе;
Исследование условий деформации слоя листостебельной биомассы вальцовым рабочим органом
Одной из основных задач исследования рабочего процесса вальцового пресса является определение закона изменения текущей толщины слоя h(t) по длине канала, поэтому рассмотрим в общем виде рабочую пару, состоящую из барабана, прессующего вальца и введенного в рабочий зазор фильтрующего полотна (рис. 4.1). слои материала фильтрующее полотно Рис. 4.1. Схема криволинейного прессового канала вальцового пресса с введением в рабочий зазор фильтрующего полотна Величина относительной деформации слоя растительного материала будет равна: где h - толщина подаваемого в рабочий орган слоя зеленой массы; hnm - толщина слоя листостебельной биомассы до которой он сжимается в рабочем органе. Однако, понятие «толщина слоя» в клиновом канале не очевидно, поэтому при исследованиях таких каналов толщина слоя отождествляется с зазором (расстоянием) между прессующими поверхностями. Способ определения величины этого зазора зависит от направления, в котором происходит сжатие /24,62,99,102/. В вальцовых прессах с равными диаметрами вальцов и ленточных прессах, канал которых симметричен относительно направления транспортирования, рассматривают сжатие в направлении, поперечном оси симметрии канала /42, 62, 102/. В барабанных и вальцовых прессах с неравными диаметрами вальцов, канал которых несимметричен относительно направления транспортирования (наш случай), рассматривают сжатие в направлении параллельном хорде вписанной окружности./42, 125/.
Поскольку скорость деформации влияет на процесс фильтрации, найдем наилучшие условия деформации, т. е. определим направление подачи слоя листостебельной биомассы, при котором скорость деформации будет наименьшей. Рассмотрим два случая: 1. Подача материала осуществляется нормально к отрезку, соединяющему центры прессующего вальца и вписанной в клиновый канал окружности. 2. Подача материала осуществляется нормально к отрезку, соединяющему центры прессующего вальца и барабана. і Клиновый канал образован барабаном и фильтрующим полотном. Тогда в обоих случаях величина относительной деформации определится выражением: Рассмотрим первый Случай и найдем закон изменения длины хорды вписанной в клиповый канал окружности, которая характеризует толщину слоя, а также величину относительной деформации. Из треугольника OOi02 находим радиус г вписанной в клиновыи канал, подача материала фильтрующее полотна прессующий болец Рис. 4.2. Подача материала нормально к отрезку, соединяющему центры прессующего вальца и вписанной окружности. . : пі После подстановки (4.4) в (4.5) и соответствующих преобразований получим: В вальцовом прессе барабан приводится во вращение с угловой скоростью со Б, и изменение угла его поворота составляет a = coBt. Угол у зависит от угла а, т. е. у(а) = y(u)st). Выражение (4.8) позволяет определить текущую толіцину слоя в функции времени: H(t) = -RB sm (RE+RB+hmin)sma}Et _ Л.УФБ ) Sin y(G)gt) (4.9) Подставляя (4.8) в, (4.2) находим значение величины относительной деформации достигаемое в рабочем органе: Величина относительной деформации в момент времени деформации t составит: 2sinr g ((% + +/7min)sin %7: -% SinK ffo(f) = l _ . — . _ — (4.11) Во втором случае подача материала осуществляется нормально к отрезку, соединяющему центры прессующего вальца и барабана. Между контурами барабана и фильтрующего полотна вписана окружность. радиуса г, которая касается их в точках М и N с образованием равнобедренного треугольника OiMN (рис. 4.3). Найдем радиус г вписанной окружности: % + hmin фильтрующее полотно прессующий Залец Рис. 4.3. Подача материала нормально к отрезку, соединяющему центры і прессующего вальца и барабана. Длина хорды вписанной окружности будет равна: Полученные зависимости изменения толщины слоя листостебелы-юй биомассы и. величины относительной деформации для двух рассмотренных направлений подачи позволяют провести сравнительный анализ условий деформации в каждом варианте. При различных значениях угла а и постоянных RE, RB и hmin находим зависимость -изменения длины хорды вписанной окружности от угла поворота вальца а, град подача нормально к отрезку, соединяющему центры прессующего вальца и вписанной окружности подача нормально к отрезку , соединяющему центры прессующего вальца и барабана Рис. 4.5. Изменение величины относительной деформации слоя листостебельиои биомассы от угла поворота вальца
Исследования, проведенные в главе 3, показали, что при механическом обезвоживании л исто стебельной биомассы топинамбура наименьшая скорость деформации позволяет создавать благоприятные условия для фильтрации сока из слоя волокнистой фракции и получать жом с более низкой влажностью. При высоких скоростях деформации происходит резкий рост напряжения в слое и, образование локальных неравномерностей распределения давления (сводов), которые значительно повышают фильтрационное сопротивление елок (происходит «запирание» слоя) лйстостебельной биомассы и препятствуют фильтрации жидкой фракции. Анализ кривых (рис. 4.4 и 4.5) показывает, что во втором случае, при подаче слоя лйстостебельной биомассы нормально к отрезку, соединяющему центры прессующего вальца и барабана процесс деформации слоя происходит медленнее, т. е, деформация слоя на одну и ту же величину во втором случае произойдет при большем угле поворота барабана, чем в первом случае. Следовательно, в случае подачи слоя нормально к отрезку, соединяющему центры прессующего вальца и барабана, напряжение в слое нарастает медленнее, при этом создаются более благоприятные условия для фильтраций жидкости из слоя листостебелы-юй биомассы.
