Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса 8
1.1. Общая характеристика риса-зерна как объекта переработки 8
1.2. Оборудование и технология процесса шлифования на рисозаводах 13
1.3. Методы оценки степени шлифования 18
1.4. Абразивы для шлифования риса 25
1.5. Цель и задачи исследования 34
Глава 2. База и методы исследований 36
2.1. Материал исследований 36
2.1.1. Качество риса-зерна, используемого для исследований 36
2.1.2. Характеристика материалов для приготовления абразивов 37
2.1.2.1. Шлифовальное зерно . 37
2.1.2.2. Магнезиальная связка . 38
2.1.2.3. Керамическая связка . 38
2.1.2.4. Эпоксидная связка 39
2.2. Экспериментальная база 40
2.2.1. Оборудование для приготовления абразивов и оценки их структурно- механических свойств 40
2.2.2. Оборудование для проведения технологических испытаний . 47
2.3. Методика исследований 52
2.3.1. Методика приготовления абразивов и оценки их структурно-механических свойств 52
2.3.2. Методика определения технологической эффективности шлифования на абразивах с эпоксидным связующим. 55
2.3.3. Методика определения оптимальной зернистости шлифзерен ,для шлифования риса абразивами на эпоксидном свяуующем 56
2.3.4. Методика моделирования технологического процесса шлифования ядра риса в лабораторных условиях 57
2.3.5. Методика определения оптимального гранулометрического состава абразивов при шлифовании риса на машинах А1-БШ-225 59
2.3.6. Методика определения оптимального гранулометрического состава шлифовальных зерен абразивов при построении технологического процесса шлифования на машинах
PC-I25 60
2.3.7. Методика производственной проверки результатов исследований 62
2.3.8. Методика математического планирования экспериментоЕ и обработки опытных данных 65
Глава 3. Экспериментальная часть 69
3.1. Показатели для определения технологической эффективностй шлифования 69
3.2. Структурно-механические свойства абразивов на эпоксидной связке 77
3.3. Исследование технологии шлифования ядра риса абразивами с различным содержанием эпоксидной связка 86
3.4. Влияние зернистости шлифовальных зерен абразивов на эффективность шлифования. 93
3.5. Исследование технологического процесса шлифования в производственных и лабораторных условиях рисозавода 104
3.6. Определение оптимальной крупности шлийзерен абразивов по системам шлифования при построении технологической схемы рисозавода с использованием ПОСТЭВов PC-I25 116
3.7. Определение оптимальной крупности шлифзерен абразивов при построении технологической схемы рисозавода с использованием машин АТ-ВИМ-2,5 148
3.8. Производственная проверка результатов исследований T5I
Литература 161
Приложения 175
- Оборудование и технология процесса шлифования на рисозаводах
- Оборудование для приготовления абразивов и оценки их структурно- механических свойств
- Методика приготовления абразивов и оценки их структурно-механических свойств
- Исследование технологии шлифования ядра риса абразивами с различным содержанием эпоксидной связка
Введение к работе
Решения ХХУ1 съезда КПСС, принятая майским (1982 г.) Пленумом ЦК lOIGC Продовольственная црограмма, решения ноябрьского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС ориентируют крупяную промышленность на полное удовлетворение потребностей советских людей в высококачественных крупяных продуктах широкого ассортимента, всемерное сокращение потерь, повышение степени использования зерна на крупяных заводах [1,2].
Особое место в повышении степени использования риса-зерна при переработке в крупу занимает совершенствование технологии путём технического перевооружения действующих крупяных предприятий на базе новой, прогрессивной техники, передовой технологии, внедрения новейших достижений науки.
Экономическая эффективность работы рисозаводов зависит от соотношения в готовой продукции целой и дроблёной крупы, поэтому важной задачей является уменьшение выхода дроблёной крупы.
Наибольшее силовое воздействие на рисовое ядро в технологическом процессе рисозаводов оказывают абразивные рабочие органы шлифовальных машин. Этот процесс, как правило, сопровождается и наибольшим дроблением рисовых ядер.
На современных рисозаводах шлифовочный процесс организуют с использованием шлифовальных поставов с конусными абразивными барабанами и вертикальной осью вращения или в машинах с абразивными цилиндрическими барабанами и горизонтальной осью вращения. В обоих случаях воздействие на шлифуемое ядро оказывают абразивные рабочие поверхности. В максимальной степени на поверхность
7 ядер воздействуют грани шлифовальных зёрен в составе абразивной массы, в меньшей степени - острые кромки ситовых обечаек оборудования и трение зерна о зерно. Таким образом, для оптимизации процесса шлифования первостепенное значение имеет состояние абразивной поверхности, кинематические параметры работы шлифовального постава и величины рабочих зазоров шлифования. В условиях современного рисового производства кинематические параметры оборудования для шлифования постоянны, величины рабочих зазоров устанавливаются оптимальными [6,50,62]. Следовательно, большое значение приобретает состояние поверхности абразивных барабанов. Это, в первую очередь, правильно подобранное соотношение шлифовальных зёрен абразивов по крупности на отдельных системах шлифования.
Анализ деятельности рисоперерабатывающих предприятий показал, что средневзвешенное значение размеров шлифовальных зёрен в составе абразивной массы по системам шлифования уменьшается, т.е. предпочтение отдают более мягкому воздействию абразивных поверхностей на шли(|уемые рисовые ядра с целью уменьшения их дробимости. Однако, оптимальная крупность.смеси исследованных-зёрен подбирается без всесторонней оценки как степени воздействия абразивов на рисовое ядро, так и дробимости ядер.
Практически не изучен вопрос влияния связки на технологическую эффективность шлифования абразивами, несмотря на то, что абразивы на магнезиальной и керамической связках имеют существенные недостатки при шлифовании риса, что снижает технологические показатели работы рисозаводов.
Поэтому создание новых абразивных материалов с оптимальной крупностью шлифзерен на всех системах шлифования представляется весьма актуальной задачей.
Оборудование и технология процесса шлифования на рисозаводах
В технологическом процессе используют шлифовальные машины с абразивными и металлическими шлифовальными рабочими органами различной конфигурации с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения [3,4]. Из всех шлифовальных машин наибольшее распространение на отечественных рисозаводах получили шлифовальные поставы с конусным абразивным барабаном и вертикальной осью вращения типа PC-125 производства ВНР. Рабочая поверхность шлифовального барабана периодически обновляется непосредственно на рисозаводах. Эффективность шлифования при прочих равных условиях зависит от удельной производительности постава, окружной скорости рабочего органа и величины зазоров - абразив-сито и абразив-тормозная резиновая колодка С51,763. Менее распространены на рисозаводах СССР шлифовальные машины с горизонтально расположенным шлифовальным абразивным барабаном цилиндрической формы С43].Цилиндрический барабан может быть монолитной конструкции или набираться из отдельных элементов длиной по образующей цилиндра 125 или 250 мм. Интенсивность шлифования или степень шлифования меняется в зависимости от времени пребывания продукта в рабочей зоне, которое можно регулировать положением грузового клапана на выходе из машины. При сравнении интенсивности обработки в двух типах машин более интенсивно шлифуется рис в машинах с горизонтально расположенным цилиндрическим барабаном [49,76]. Однако конструктивные недостатки этого типа машин не позволяют внедрять их повсеместно взамен громоздких шлифовальных машин с конусными абразивными барабанами. Шлифовальные машины с металлическими рабочими барабанами на рисозаводах СССР не применяют. Кроме типа машин на интенсивность шлифования влияют другие показатели. Так, интенсивность шлифования также растёт при нагревании продукта до 60-70 С, при смачивании поверхности ядра водой, при увеличении крупности шлифовальных зерен, при измене 15 ний относительного содержания паров воды в атмосфере [4,70]. При построении технологических процессов шлифования последовательность операций, количество систем шлифования, наличие промежуточных систем сортирования меняются в зависимости от типа оборудования для шлифования, от качества зерна, производительности рисозавода, а также от требуемой степени шлифования рисового ядра. В целом количество последовательных систем шлифования колеблется от одной до семи.
При использовании поставов с конусными абразивными барабанами количество систем меняется от трёх до пяти. Меньшее количество систем используют при переработке сортов риса с округлыми зерновками, с тонкими плодовыми и семенными оболочками. Большее количество систем используют при необходимости обеспечить высокую СТе-? пень шлифования при переработке зерна с примесью краснозерных форм риса, зелёных зерен.В этом случае шлифование ведут до полного удаления следов цветочных наружных оболочек, чтобы обеспечить высокую товарную ценность готовой крупы. Сравнительный анализ технологических схем был проведён по следующему плану: - шлифование на конусных поставах - пять последовательных пропусков; - шлифование на машинах с горизонтальным цилиндрическим барабаном за однократный пропуск; - шлифование на машинах с горизонтальным цилиндрическим барабаном за двухкратный пропуск. Наибольшая энергоёмкость процесса отмечена для второго варианта схемы, а наименьшая - для третьего. Наиболее высокая производительность на I м2 занимаемой производственной площади (0,70 т/час/м2) отмечена для третьего варианта схем. По этой схеме отмечено также наиболее высокое снижение зольности (1,05 %), наименьшее содержание необрушенных зерен после шлифования и незначительный прирост дробленого ядра (12,89 %) против 23,74 % для схемы со шлифовальными поставами U]. На современных рисозаводах используют также комбинацию машин - с горизонтально расположенным шлифовальным барабаном (один пропуск) и три-четыре последовательных пропуска через машины с коническими шлифовальными барабанами [46І Такая технологическая схема используется на рисозаводе Славянского комбината хлебопродуктов. Кроме количества последовательных систем шлифования схемы процессов отличаются наличием промежуточных систем для ввделения цучки и дробленого ядра. Выделение мучки и дробленого ядра осуществляют на рассевах и на дуоаспираторах. Как правило, все технологические схемы предусматривают раздельное шлифование целого и дробленого ядра. Шлифование дробленого ядра осуществляют на одной или двух последовательных системах шлифования с использованием машин с конусными абразивными барабанами [4,34,47].
Оборудование для приготовления абразивов и оценки их структурно- механических свойств
Для оценки структурно-механических свойств абразивов готовили опытные образцы цилиндрической формы диаметром и высотой по 40 мм с помощью формовочного приспособления (рис.1), которое состоит из двух стальных плит с размерами 200x150x6 мм, меаду которыми помещают стальные формы. После заполнения форм абразивной массой их зажимали между плитами с помощью четырёх болтовых соединений. Для отвода тепла, образующегося при отверждении абразивной массы, в плитах просверливали отверстия.
Извлечение из форм отвервдённых абразивов производили ручным прессом (рис.2). Вначале форму с абразивом устанавливали таким образом, чтобы не происходило осевого смещения относительно отверстия во втулке, а затем вращением рукоятки создавали усилие, необходимое для выцрессовывания образца.
Оценку износостойкости образцов проводили на установке (рис.3), состоящей из электропривода с держателем образца, приспособления для крепления истирающей поверхности и регулировки усилия истирания. Установка создана на базе малогабаритного токарного станка ТВ16-Ш. Приспособление для крепления истирающей поверхности состоит из 3-х звеньев, каждое из которых выполняет определённые фикции. Первое звено одним концом крепится в резцедержателе токарного станка, а другим соединено болтом со вторым звеном. Второе Устройство для выцрессовки образцов после отверздения. I - винт, 2 - подпятник винта, 3 - абразив, 4 - форма, 5 - приемная втулка, 6 - основание пресса. Рис.З. Установка для испытания образцов на износ. I - станина, 2- механизм для крепления истирающей поверхности, 3 - истирающая поверхность, 4 - цривод, 5 - держатель образца, 6 - образец, 7 - подвеска, 8 - набор грузов. звено предназначено для осуществления ориентации всей системы в горизонтальной плоскости. Оно имеет 4 отверстия для крепления остальных звеньев, что позволяет изменять положение всей системы относительно испытуемого образца. Третье звено служит для крепления истирающей поверхности и изменения его положения в вертикальной плоскости. Для ускорения опытов истирание образцов проводили под нагрузкой. Испытание проводили при постоянном значении вращающего момента: где Є - величина груза, кг; - расстояние от места крепления груза к линии истирания, м. Установлено, что наиболее приемлемое значение М = 0,02 кг м. Для упрощения расчётов на верхней поверхности напильника закрепили специальную измерительную линейку со шкалами G и , по которым устанавливали требуемые параметры испытаний (рис.4).
Держатель образца (рис.5) выполнен из головки с двумя винтами и стержня. Головка держателя имеет отверстие диаметром 40 мм, в которое помещается образец и крепится с помощью двух винтов. Стержень держателя диаметром 20 мм и длиной 50 мм зажимается в патроне токарного станка, который приводится во вращательное движение электродвигателем.
Испытание опытных образцов на разрушение проводили на прессе марки ПСУ-50. Опыты проводили в пятикратной повторности. Исследование технологических показателей процесса шлифования риса в лабораторных условиях проводили на установке ЛУР-Ш, отдельные узлы и детали которой были усовершенствованы. Для покрытия стенок выпускной воронки шлифовального постава (рис.б) вместо эмали с недостаточно высокими антифрикционными свойствами использовали состав из отверждённой смеси эпоксидной смолы ЭД-20 и полиэтиленполиамина (ПЭПА), что ликвидировало залегание продукта.
Таким же составом покрыты внутренние стенки верхнего и нижнего эжекторов, что предохранило их от коррозии, преждевременного износа и обеспечило надёжное поступление продукта в систему пневмотранспорта.
Экспериментально установлено, что в заводском варианте установки ЛУР-1М до 23 % рисовой мучки уносится в систему аспирации. Для точной оценки степени шлифования по количеству рисовой мучки в переходном коробе системы аспирации установлен матерчатый фильтр. В нём оседает уносившаяся ранее в систему аспирации мучка. После окончания шлифования мучку из фильтра объединяли с основным потоком мучки и определяли более точно степень шлифования ядра риса [77J. Для приготовления абразивных барабанов установки ЛУР-1М создано устройство для их формования (рис.7).
Методика приготовления абразивов и оценки их структурно-механических свойств
При изучении структурно-механических свойств абразивов на эпоксидном связующем определяли износ, разрушающие усилия, толщину связки, высоту режущих гранейj количество режущих граней на рабочей поверхности абразива, расстояние между вершинами шлифовальных зерен и пористость абразивов в зависимости от состава и содержания связки в абразивах, зернистости шлифовальных зерен и температуры отверждения абразивной массы. Усилия разрушения образцов на прессе ПСУ-50 определяли при одинаковой скорости нагружения. Величину разрушающего усилия Р фиксировали на малой шкале пресса с ценой деления 0,2 т. Толщину связки, высоту режущих граней, расстояние между шлифзернами и количество режущих граней шлифзерен в единице рабочей поверхности абразивов определяли на металлографическом микроскопе МИМ-7 при 60-кратном увеличении. Пористость абразивов определяли погружением образца в ёмкость с водой до прекращения выделения воздушных пузырей. После заполнения воздушных пор абразива водой фиксировали количество воды, вытесненной из ёмкости. При определении оптимальных структурно-механических свойств абразивов на эпоксидном связующем соотношение мевду эпоксидной смолой ЭД-20 и отвердителем (полиэтиленполиамином) изменяли в следующих пределах: на I массовую часть эпоксидной смолы приходилось 0,10; 0,15 и 0,20 массовых частей отвердителя. После определения оптимального соотношения мевду эпоксидной смолой и отвердителем исследовали структурно-механические свойства абразивов в зависимости от соотношения эпоксидное связующее-шлифзерно. Содержание эпоксидного связующего в абразивах изменяли в пределах от 0,10 до 0,40 массовых частей на I массовую часть шлифзерна с интервалом 0,05 массовых частей.
Для кавдого из соотношений эпоксидное связующее-шлифзерно, зернистости шлифзерна исследовали изменение структурно-механических свойств абразивов одновременно от температуры отверждения абразивной массы, которую изменяли в пределах от 30 до 150 G с интервалом 15 с: После определения оптимальной температуры отвердения абразивной массы исследовали структурно-механические свойства опытных образцов в зависимости от зернистости шлифзерен для всех соотношений эпоксидное связующее-шлифзерно. Продолжительность отверждения абразивов на эпоксидном связующем приняли равной 7 сут ГбЗІМетодика определения технологической эффективности шлифования на абразивах с эпоксидным связующим Исследования по определению оптимальной эффективности шлифования при различном содержании эпоксидного связующего в абразивах проводили шлифованием ядра риса на установке ЛУР-1М. Режимы шлифования проб риса на установке ЛУР-1М приняли следующие: навеска пробы - 50 г; зазор абразив-тормозная колодка -3,5 мм; продолжительность шлифования проб - от 30 до 240 с с интервалом 30 с. Содержание эпоксидного связующего в абразивных барабанах установки приняли равным 0,1; 0,2; и0,3 и 0,4 массовых частей на I массовую часть шлифзерна.
Технологическую эффективность шлифования оценивали по выходу целого, дробленого ядра, мучки, зольности ядра и показателям технологической эффективности Нд и Тэ (см. п.3.1). Опыты проводили в трёхкратной повторности.. Методика определения оптимальной зернистости шлифзерен для шлифования риса абразивами на эпоксидном связующем Шлифование цроб риса осуществляли на лабораторной установке ЛУР-1М. При изготовлении абразивных барабанов установки в качестве наполнителей взяты шлифзерна зернистостей № 50, № 63, № 80 и № 100. Содержание эпоксидного связующего в абразивах каждой зернистости принято равным 0,10 массовых частей на I массовую часть шлифзерна. Режимы шлифования на установке ЛУР-1М были аналогичны режимам шлифования, принятым в пункте 2.3.2. По результатам исследований оптимальной для шлифования ядра риса принята зернистость абразивов, обеспечивающая минимальный выход дробленого ядра и максимальный выход мучки. Эта же зернистость шлифзерен была использована для определения оптимального гранулометрического состава шлифзерен в абразивах на эпоксидном связующем по системам шлифования в технологическом процессе рисозаводов. 2.3.4. Методика моделирования технологического процесса шлифования ядра риса в лабораторных условиях Исследования технологического процесса шлифования ядра риса проводили одновременно в производственных и лабораторных условиях. При подготовке экспериментальной базы была произведена замена износившихся абразивных поверхностей, резиновых тормозных колодок и сит для всех шлифовальных машин PC-I25 Красноармейского ри-созавода. Абразивные поверхности шлифовальных машин PG-I25 были изготовлены на магнезиальной связке с гранулометрическим составом шлифзерен, рекомендованным Правилами C68І В лабораторных условиях были изготовлены абразивные барабаны к установке ЛУР-1М с таким же составом шлифзерен, как и на производстве, на магнезиальном и эпоксидном связующем. После отверждения абразивы были установлены в шлифовальные машины. Режимы шлифования ядра риса на машинах PОІ25 приняли следующие: токовая нагрузка 30 А; производительность 3500 кг/ч ; на установке ЛУР-ІМ: зазор абразив-тормозная колодка - 3,5 мм; навеска пробы 50 г; продолжительность шлифования от О до 120 с с интервалом 10 с. Качество риса, поступающего в переработку, в производственных и лабораторных опытах было одинаковым. В продуктах после шлифования определяли выход целого и дробленого ядра, выход мучки, трещиноватость и зольность ядра. Исследования по моделированию проводили следующим образом. Устанавливали на заданный режим работу системы шлифования рисозавода и методом количественного баланса определяли выход ядра и ыучки после первой шлифовальной системы в процентах относительно количества риса шелушенного, поступающего на данную систему. Из продукта, поступающего на первую шлифовальную систему., отбирали среднюю пробу, которую затем нацравляли на шлифование в лабораторную установку ЛУР-1М с абразивным барабаном первой шлифовальной системы на магнезиальном и эпоксидном связующем. Шлифование проб на установке ЛУР-1М проводили во времени для установления продолжительности шлифования, которое обеспечивает такой же выход мучки, как и на производстве, т.е. добивались, чтобы степень шлифования ядра в лабораторных и производственных условиях была одинаковой. Идентичность степени шлифования ядра в лабораторных и производственных условиях дополнительно проверяли по зольности ядра риса. В пробах риса после шлифования на лабораторной установке определяли выход целого и дробленого ядра, которые затем сравнивали с данными производственных испытаний. При моделировании последующих систем шлифования в лабораторных условиях рис, полученный после шлифования абразивным барабаном, с каждой предыдущей системы нацравляли на шлифование абразивным барабаном последующих систем.
Исследование технологии шлифования ядра риса абразивами с различным содержанием эпоксидной связка
Ранее установлено, что при увеличении содержания эпоксидной связки возрастают прочностные свойства абразива. Для всех исследованных рецептур и режимов отверждения по прочностным свойствам опытные абразивы превосхюдят традиционные. Однако, для повышения эффективности технологического процесса шлифования необходимо, чтобы абразивы имели оптимальные характеристики рабочего слоя.
Цри созданиитакого рабочего слоя исследовали закономерность изменения технологических показателей качества шлифования и степе 87 ни обработки ядра риса при шлифовании абразивами с различным содержанием эпоксидной связки. В опытах содержание эпоксидной связки изменяли в пределах от 0,1 до 0,4 массовых частей на I массовую часть шлифзерна с интервалом 0,1 массовая часть. В качестве шлифовальных зерен использовали карбид кремния чёрный зернистости 50, 63, 80 и 100 по ГОСТ 3647-71. Степень шлифования оценивали по зольности ядра и выходу мучки.
Контрольное шлифование ядра риса осуществляли абразивами, приготовленными по традиционной технологии на магнезиальной связке. На рис.15 представлены графики изменения степени .шлифования во времени для абразивов с различным содержанием эпоксидной связки. Анализ данных показал, что ВО,І в 1,5 и 6,5 раза больше Ео,2 и о,3 , где Eoj , Eot2 t Ео.ь - соответственно степень шлифования ядра риса абразивами с содержанием эпоксидной связки 0,1; 0,2; 0,3 массовых частей на I массовую часть шлифзерна. С увеличением продолжительности шлифования это соотношение увеличивается в большей степени, что видно из графической зависимости. Полученные зависимости позволяют сделать вывод о резком увеличении шлифующей способности абразивов при снижении в нём содержания связки.
Анализ изменения g для используемых абразивов подтвердил полученные выше данные. Максимум отмечен при шлифовании абразивом с минимальным dB Влияние содержания эпоксидной связки на степень шлифования ядра риса. I - с0д; 2 - Ск ; 3 - с0,2; 4 - с0)3; 5 - С0 4; содержанием связки. Цри содержании эпоксидной связки 0,1 и 0,2 массовых частей наблюдали уменьшение ]jr во времени. При обработке риса абразивами с содержанием эпоксидной связки 0,3 массовых частей наблюдали низкую степень шлифования ядра риса, не имеющего практического значения. При увеличении доли связки до 0,4 массовых частей Ео,ч практически равнялось нулю и не изменялось во времени.
Объясняется это тем, что шлифовальные зерна со связкой образуют прочный и вязкий монолит, в котором практически не происходит необходимого в процессе шлифования обножления рабочеголлифуемого слоя абразива. Режущие грани шлифовальных зерен утоплены в связке, что делает невозможным процесс шлифования риса после износа выступающих над связкой граней (рис.16).
Анализ при шлифовании опытными и контрольными абразивами показал, что Ео,1 В Eo,i , причём d Е между Ек и ЕО,І значительно выше, чем Е« и Ео,2. На основе полученных данных можно сделать вывод, что на величину Е влияют количество связки и прочность удержания шлифзерен в связке.
Опытные абразивы обладают равными прочностными свойствами с традиционными цри меньшем объёмном содержании связки, Например, опытный абразив С имеет примерно равные прочностные свойства с традиционным абразивом при содержании связки 10 % (в традиционном - 30 %). Оравнительно низкая степень обработки ядра риса при шлифовании традиционным абразивом объясняется тем, что режущие грани шлифовальных зерен утоплены в связке, а расстояние между отдельны dZo.i Статическая модель структуры абразивов при различном содержании эпоксидной связки. - высота режущих граней, б- расстояние меаду вершинами шлифзерен. ми шлифзернами велико, т.е. CLuKrctzgj j Єк в0і » где &2 - высота режущих граней над связкой у контрольного и опытного абразивов;
