CC BY
25
УДК 663.91522 DOI 10.24411/2078-1318-2019-14217
Доктор техн. наук М.М. БЕЗЗУБЦЕВА (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected]) Канд. техн. наук В.С. ВОЛКОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected]) Аспирант Х.А. АБДУРАХМАНОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
Высокая энергоемкость процесса измельчения при переработке материалов в готовую продукцию на предприятиях АПК требует разработки новых энергоэффективных и экономичных способов формирования диспергирующих нагрузок в аппаратурно-технологических системах производства [1, 2]. Перспективным способом передачи энергии частицам перерабатываемого материала является способ механоактивации с использованием двух потоков энергии: энергии электромагнитного поля и энергии от приводного электродвигателя. На основании анализа результатов практических исследований способа выявлено, что его научно-обоснованное внедрение в конструктивные формы электромеханических диспергаторов позволит осуществить качественный переход к энергоэффективным аппаратам, обеспечивающим высокую селективность переработки и позволяющим повысить качество готовой продукции [3].
Цель исследования — разработка конструкции электромеханического диспергатора, обеспечивающего повышение энергоэффективности и качества процесса измельчения продукции сельскохозяйственного назначения.
Материалы, методы и объекты исследования. Объектом исследования являются электромеханические диспергаторы. К предмету исследования относятся режимы работы аппаратов, при которых обеспечивается производство продукции в соответствии с требованиями отечественных стандартов.
Результаты исследований. По инженерным методикам [3], составленным на основании анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований, разработана конструкция электромеханического диспергатора (ЭМД) для переработки сахара и какао [4]. Конструктивная схема аппарата представлена на рисунке 1.
ЭМД имеет вертикальное исполнение. Снаружи камеры 2 в средней по ее высоте части установлен выносной электромагнит 6 прямоугольной формы с секционированной обмоткой управления 7, подключенной к источнику питания. Электромагнит оснащен двумя подковообразными полюсными наконечниками, расположенными диаметрально. Каждый из них перекрывает в соответствующем полом цилиндре половину стенки по окружности, которая в этой части выполнена по всей ее высоте из ферромагнитного материала. С целью предотвращения нагрева обрабатываемого продукта выше допустимых значений измельчитель оснащен рубашкой охлаждения, расположенной в емкости между контейнером 1 и камерой измельчения 2. Устройство оснащено насосным блоком 8, состоящим из шестеренчатого насоса и мотор-вариатора. В связи с этим разработанная конструкция ЭМД может быть использована для переработки как сухих порошкообразных продуктов, так и продуктов в виде суспензий.
Исходный материал подается в размольную камеру контейнера, заполненную измельчающими элементами, выполненными из ферромагнитного материала ШХ 15. Под действием постоянного магнитного поля, создаваемого постоянным по знаку и регулируемым по величине электрическим током, пропускаемым по обмотке управления магнитопровода, ферромагнитные измельчающие элементы намагничиваются и образуют кластеры переменной формы, осуществляя при этом механическую связь между собой, внутренним цилиндром и ферромагнитной частью стенок камеры измельчения,
выполненных из стали Ст 10. При вращении роторов кластеры из ферротел изменяют форму. При этом формируется ударно-истирающий способ формирования диспергирующих нагрузок в контактной системе шар - частица - шар по всему объему камеры измельчения. Управление величиной и частотой ударно-истирающих нагрузок по частицам перерабатываемого продукта осуществляется изменением величины индукции магнитного поля в объемах обработки за счет регулирования силы тока в обмотках управления и регулированием частоты вращения вала электродвигателя.
№ 2007094: 1 - контейнер; 2 - камера измельчения; 3,4 - полые пересекающиеся цилиндры;
5 - приводной вал электродвигателя; 6 - выносной электромагнит; 7 - секционированная обмотка управления;
8 - насосный блок; 9 - станина
В зависимости от реологических характеристик продуктов, технологических требований, предъявляемых к степени измельчения готовых изделий, устанавливаются соответствующие режимные параметры устройства. При этом продукт испытывает такие деформации, как удар, сжатие, истирание, сдвиг и перемешивание, что интенсифицирует процессы его переработки.
Принципиальное решение вопросов автоматизации, управления электроприводами и электромагнитами ЭМД представлено на соответствующих схемах (рис. 2, 3, 4). Устройство оснащено общим щитом управления, щитом управления электромагнитами и щитом электроаппаратуры.
I
^_ш
_ т МП
Услобнпе обозначение Ншменобание
в Исполнительный механизм
в Лампа сигнальная
А Сирена электрическая
МП Пускатель магнитный
-- Кнопка упрощения
Рис. 2. Схема автоматизации электромеханического диспергатора (ЭМД)
220 Е 50 Гц
СП
3
0=1 (3=2
_331
4М/= - 1
'КМ- 2
КМ2
1
КМ
5
6 КМ - 1 7
_ _бв 2 I 9
0=2 ъ
тл
к_
С
Н=1
е-
N
■О-
КМ1
Н= 2
■а
-2
н= 3
КМ2
£1— 14= 4
-м-
НА
33
0
к
Контроль напряжения в схеме управления
я я
и л
ц е
а
з а
и г
л и
а в
н 'О
г о
и с и р т к
е 41
и
н э
е 3 т
евл
а о
р
£ а а
Вперед
Назад
Насоса
Сигнализация аварийного отключения электродвигателей
Съем звукового сигнала
А
380 Е В
50 Гц с
7 кЕА N
СР
А \ \
А1 1 а
02 &
\ \ \ \
КМ1 - 1 км - 2
\ \ \
КМ2
\ \
А2 Е2 с А4 В4 с О" о м2
Назначение аппарата и контролируемый параметр, мощность Электродвигатель В схему управления
роторов насоса
4 кВт 0,55 кВт
N
1
1
Рис.3. Схема управления электродвигателями электромеханического диспергатора (ЭМД)
~220 В
Опоапги
Наименование
Н1_ Световой сигнал 1
ри Предохранитель 1ном=5 А 2
РА1 Амперметр 0...10 А 1
РА2 Амперметр 0.10 А 1
РУ1 Вольтметр 0.250 В 1
КР Потенциометр регулирововчный 1
I Ном = 5 А; И = 300 Ом
БА Тумблер 1
УЭ Диод 1
РУ2 Вольтметр 0.250 В 1
УА Электромагнит диспергатора 1
Рис. 4. Электрическая схема управления электромагнитами электромеханического диспергатора
(ЭМД)
Питание силовых цепей осуществляется напряжением 380 В, 50 Гц через автоматические выключатели QFl и QF2 (рис. 3), которые тепловыми и
электромагнитными расцепителями защищают электродвигатели от недопустимых перегрузок. Схема управления питается напряжением 220 В, 50 Гц через автоматический выключатель SF, электромагнитный расцепитель которого защищает цепь от коротких замыканий. Питание обмоток управления осуществляется от распределительного щита через контакты автоматического выключателя и выпрямители.
В результате анализа данных экспериментальных исследований процесса измельчения рецептурных компонентов (сахара и какао) и их смесей (шоколадных масс) электромагнитным способом установлены рациональные режимы работы ЭМД, при которых процесс измельчения протекает с максимальной эффективностью (табл.).
Установлено, что полученные на ЭМД продукты отвечают требованиям отечественных стандартов как по степени их измельчения, так и показателю селективности: какао тертое - 95,5% (по норме не менее 90,0%), смесь сахара и какао в соотношении 2:1 -97,2% (по норме не менее 92,2%) [4, 5]. Значительная доля частиц находится в оптимальном для полуфабрикатов шоколадного производства диапазоне дисперсности (10- 30 мкм) и составляет в сахарной пудре 56%, в какао тертом - 41%, в рецептурной смеси - 52%, что в 2,5 раза больше по сравнению с массами, полученными традиционными механическими способами измельчения [6 - 10].
Таблица. Рациональные режимы работы диспергатора при измельчении полуфабрикатов
шоколадного производства
Режимы работы Сахарный песок Какао-крупка Рецептурные смеси сахара и какао в соотношении
2:1 2,5:1
Сила тока управления 1у, А 1,05 0,71 0,84 0,89
Индукция электромагнитного поля в камере диспергатора В, Тл 0,43 0,32 0,37 0,41
Частота вращения цилиндров п, с-1 24,2 22,9 23,4 24,0
Диаметр мелющих тел с1, мм 5,0 5,0 5,0 5,0
Коэффициент объемного заполнения размольной камеры мелющими телами Крэ 0,38 0,33 0,35 0,37
Выводы. Установлено, что спроектированный по разработанными авторами инженерным методикам аппарат нового типа ЭДМ отвечает требованиям производства как по степени измельчения материала, так и по показателю селективности (однородности продукции). Полученные результаты позволяют рекомендовать конструктивную схему ЭДМ к внедрению в аппаратурно-технологические линии переработки материалов в производствах АПК.
Литература
1. Пат. 2319546 Российская Федерация, МПК51 B02C 19/00. Способ магнитомеханического измельчения материалов ферромагнитными мелющими телами / Борисков Ф.Ф., Борисков Д.Ф., Филатов А.Л., Мотовилов В.А., Парамонов Л.А.; заявитель и патентообладатель Институт электрофизики Уральского отделения РАН. -2005134598/03, заявл. 08.11.05; опубл. 20.03.08, Бюл. № 8. - 5 с.
2. Пат. 2536886 Российская Федерация, МПК51 B02C 19/00, B02C 13/00. Способ измельчения материалов во вращающемся барабане ферромагнитными мелющими телами / Смотрицкий А.В., Смотрицкий А.А., Червяков С.А., Борисков Ф.Ф., Овчинник Д.А.; заявитель и патентообладатель ООО «Бюро современных технологий». — 2013131301/13, заявл. 08.07.2013; опубл. 27.12.2014, Бюл. № 36. - 8 с.
3. Беззубцева М.М., Пасынков В.Е., Родюков Ф.Ф. Теоретическое исследование электромагнитного способа измельчения материалов. - СПб.: СПбТИХП, 1993. - 49 с.
4. Беззубцева М.М., Волков В.С. Механоактиваторы агропромышленного комплекса. Анализ, инновации, изобретения // Успехи современного естествознания. - 2014. - №5 (часть 1). - С. 182-183.
5. Беззубцева М.М., Волков В.С. Исследование селективности процесса измельчения в электромагнитных механоактиваторах: монография. - СПб.: СПбГАУ, 2016. - 248 с.
6. Какао, шоколад, пралине /Пер. с нем.; Под ред. Т.П.Ермаковой. - М.: Пищевая промышленность, 2006. - 320 с.
7. Гусаков И.А. Пути рационального использования какао бобов: Обзорн. информ. Сер. 3. -2003. Вып. 4. - М.: ЦНИИТЭИПП. - 44 с.
8. Kinta Yasuyoshi., Hatta Tamao. Composition, structure and color of fat bloom due to the partial liquefaction of fat in dark chocolate // Journal American Oil Chemistry Society. - 2007. Vol. 84. - № 2. - P. 107-115.
9. Freemantle Michael. Chocolate // Chemical and English News. 2000. - Vol. 78. - № 49. - P. 82.
10. Walter Peggy., Comillon Paul. Influence of thermal conditions and presence of additives on fat bloom in chocolate // Journal American Oil Chemistry Society. - 2001. - Vol. 78. - №9. -P. 927-932.
Literatura
1. Pat. 2319546 Rossijskaya Federaciya, MPK51 B02C 19/00. Sposob magnitomekhanicheskogo izmel'cheniya materialov ferromagnitnymi melyushchimi telami / Boriskov F.F., Boriskov D.F., Filatov A.L., Motovilov V.A., Paramonov L.A.; zayavitel' i patentoobladatel' Institut elektrofiziki Ural'skogo otdeleniya RAN. - 2005134598/03, zayavl. 08.11.05; opubl. 20.03.08, Byul. № 8. - 5 s.
2. Pat. 2536886 Rossijskaya Federaciya, MPK51 B02C 19/00, B02C 13/00. Sposob izmel'cheniya materialov vo vrashchayushchemsya barabane ferromagnitnymi melyushchimi telami / Smotrickij A.V., Smotrickij A.A., CHervyakov S.A., Boriskov F.F., Ovchinnik D.A.; zayavitel' i patentoobladatel' OOO "Byuro sovremennyh tekhnologij". - 2013131301/13, zayavl. 08.07.2013; opubl. 27.12.2014, Byul. № 36. - 8 s.
3. Bezzubceva M.M., Pasynkov V.E., Rodyukov F.F. Teoreticheskoe issledovanie elektromagnitnogo sposoba izmel'cheniya materialov. - SPb.: SPbTIHP, 1993. - 49 s.
4. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. Mekhanoaktivatory agropromyshlennogo kompleksa. Analiz, innovacii, izobreteniya // Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. - 2014. - №5 (chast' 1). - S. 182-183.
5. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. Issledovanie selektivnosti processa izmel'cheniya v elektromagnitnyh mekhanoaktivatorah: monografiya. SPb.: SPbGAU, 2016. 248 s.
6. Kakao, shokolad, praline /Per. s nem.; Pod red. T.P.Ermakovoj. - M.: Pishchevaya promyshlennost', 2006. - 320 s.
7. Gusakov I.A. Puti racional'nogo ispol'zovaniya kakao bobov: Obzorn. inform. Ser. 3. - 2003. Vyp. 4. - M.: CNIITEIPP. - 44 s.
8. Kinta Yasuyoshi., Hatta Tamao. Composition, structure and color of fat bloom due to the partial liquefaction of fat in dark chocolate // Journal American Oil Chemistry Society. - 2007. Vol. 84. - № 2. - P. 107-115.
9. Freemantle Michael. Chocolate // Chemical and English News. 2000. - Vol. 78. - № 49. - P. 82.
10.Walter Peggy., Comillon Paul. Influence of thermal conditions and presence of additives on fat bloom in chocolate // Journal American Oil Chemistry Society. - 2001. - Vol. 78. - №9. - P. 927-932.
УДК 631.363.5:636.086.72 DOI 10.24411/2078-1318-2019-14223
Доктор техн. наук В.С. КУР АСОВ Канд. техн. наук И.Е. ПРИПОРОВ (ФГБОУ ВО «Кубанский ГАУ имени И.Т. Трубилина», [email protected])
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
БЕЛКОВОГО КОМБИКОРМА
Для вывода животноводческой отрасли из кризиса необходимы мероприятия по обеспечению полнорационными кормами. Создание технологий, обеспечивающих при наименьших материальных и энергетических затратах приготовление кормов в соответствии с зоотехническими требованиями, позволяет решить данную задачу [1].
Качество комбикормов является основным фактором, направленным на развитие отраслей, обеспечивающих население продуктами питания, которые должны быть сбалансированы и однородны, обладать современной технологией их приготовления [2,3].
Выпуск высококачественных комбикормов направлен на создание крупных животноводческих комплексов, но сдерживается нехваткой техники, а используемое оборудование имеет ряд недостатков, устранение которых является важной задачей [4].
Для обеспечения сельскохозяйственных животных витаминами и питательными веществами в качестве балансирующей добавки (солома), кроме основных кормов, применяются отходы сельского хозяйства, в частности, послеуборочной обработки семян
