УДК 631.363

Структурно-параметрический синтез винтовых прессующих машин

Курманов А.К.

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова. Костанай. Казахстан.

При проектировании кормоприготовительных машин используют общефизические законы, решают статические и динамические задачи, здесь важным является непрерывное и равномерное движение материальных и энергетических потоков. Кроме того, необходимо учитывать универсальность и многофункциональность проектируемых машин. Этим требованиям больше других соответствуют винтовые транспортирующие и прессующие машины, которые позволяют получить корма в широком диапазоне структурных изменений:

- смешивание без разрушения целостной структуры материала кормов;

- брикетирование и гранулирование, степень уплотнения при этом ограничена стандартами, адаптирующим корма к физиологическим особенностям животных;

- экструдирование и экспандирование, при которых изменения свойств кормов имеют глобальный характер.

Большая энергоемкость процесса, особенно при высокой степени уплотнения, позволяет достичь эффективности кормоприготовления рационализацией проведения операций, оптимизацией конструктивно – режимных парамеров, анализом реологических свойств материалов и напряженного состояния кормов в рабочем пространстве узлов и деталей винтовых транспортирующих и прессующих машин.

Базовым вариантом для обоснования подхода к проектированию может быть система менеджмента качества ИСО 9000:2000 [1].Для качественного проектирования необходимо воспользоваться процессным и системным подходом, т.к. желаемый результат достигается эффективнее, когда деятельностью и соответствующими ресурсами управляют как процессом. Применение процессного подхода включает:

определение процесса; идентификацию и изменение входов в процесс и его результатов; оценку рисков; учет всех значимых факторов.

Выявление, понимание и менеджмент взаимосвязанных процессов как системы вносят вклад в результативность и эффективность достижения целей.

Применение принципа системности включает:

определение системы; обеспечение достоверности и точности данных; проектирование такой системы, при которой цели достигаются наиболее эффективным путем; постоянное улучшение системы через измерения и оценку; определение возможностей и ресурсов.

Основная цель процессного подхода – постоянное улучшение, которое основывается на разработках новой структуры моделей, ориентация на удовлетворение потребностей потребителей, анализе данных о функционировании системы, поддержание длительного устойчивого состояния системы в целом и ее элементов. Концепция улучшения основывается на повышении эффективности системы. В практическом плане речь идет о структурно-функциональной организации сложных систем, моделировании технических звеньев, решении статических задач – вычислений деформаций материалов под воздействием внешней нагрузки, обосновании динамических задач по распределению сил в технических объектах.

Поведение материалов при этом определяется зависимостью «давление-перемещение корма» (рисунок 1.). Участок кривой ОК₂ имеет точку перегиба К₁, значение которой соответствует пределу прочности материалов, который можно оценить динамическим пределом прочности. К₂ ограничено плотностью брикетов и гранул, предназначенных для последующей переработки или закладываемых на хранение сроком свыше 2 месяцев (согласно стандартам – 1200-1300 кг/м^{3 )}. В точке К₁ заканчивается транспортирование кормов, К₁К₂ – брикетирование. На участке К₂-К₄ движение материала носит характер степенной жидкости, поэтому имеет систему координат «касательное напряжение – скорость сдвига». Точка К₃ – экспандирование или кондиционирование под давлением, когда необходимая температура и давление достигается дополнительным подводом внешней теплоты, что позволяет перерабатывать корма повышенной влажности при меньшем давлении. Точка К₄ – экструдирование.

В точках С₁,С₂,С₃ происходят потери давления в связи с выходом материала из зоны прессования.

Градиент давления , который на участке ОК₁ растет медленно, на участке кривой К₁К₂ резко возрастает до точки К₄, перед выгрузкой в точках К_2, К_3,К₄ градиент давления равен 0,на участках К₂ С₁, К₃ С₂,К₄ С₃ он отрицательный.

Динамический предел прочности легко оценить ударной вязкостью разрушения:

,

где - масса и длина маятника, - угол подъема маятника перед ударом и взлета после [2]. Экспериментальные значения получены нами для сырого (0,0149-0,0325)кг∙м и термически обработанного (0,0059-0,0182)кг∙м зерна пшеницы 3-го класса, т.е. двукратное снижение. Это послужило фундаментом для обоснования технологии на основе термической обработки с дальнейшим дроблением зерна.

Анализ процесса брикетирования дал возможность разработать ряд винтово – скребковых брикетировщиков [3,4].

При исследовании экструдирования материалов, под руководством автора [5,6], получены оптимальные конструктивно –режимные параметры машин, повышающие эффективность процессов.

Литература

1. Международный стандарт. // Система менеджмента качества ИСО 9000:2000. Основные положения и словарь.

2. Курманов А.К., Айтбаев М.М. и др. Исследование рабочего процесса молотковой дробилки. // МСХ РФ. Материалы 44 международной научно – технической конференции “Достижения науки – агропромышленному производству”. Ч.2. Челябинск 2005. с.82-84.

3.Маланьин А.Н., Курманов А.К. и др. Устройство для брикетирования. Предварительный патент РК №16627.- бюл.№12, 2005.

4.Маланьин А.Н., Курманов А.К. и др. Устройство для брикетирования. Предварительный патент РК №16807.- бюл.№1, 2006.

5.ГавриловН.В. Обоснование конструктивно-режимных параметров экструдера при переработке кормосмеси.// Автореф. дисс. канд. техн. наук. Оренбург. 2005.-18с.

1. 6.Курманов А.К., Хасенов У.Б., Гаврилов Н.В. Повышение эффективности экструдеров для производства кормов.// Международный сельскохозяйственный журнал. 2006.- №5- с.63.