Обоснование рациональных конструкционных параметров шнека переменного шага пресс-экструдера
- Авторы: Припоров И.Е1
-
Учреждения:
- Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина
- Выпуск: Том 83, № 12 (2016)
- Страницы: 27-30
- Раздел: Статьи
- Статья получена: 27.04.2021
- Статья опубликована: 15.12.2016
- URL: https://journals.eco-vector.com/0321-4443/article/view/66267
- DOI: https://doi.org/10.17816/0321-4443-66267
- ID: 66267
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Анализ эффективности способов подготовки к скармливанию кормового материала (экструдата) показал, что наибольший практический и научный интерес представляет тепловой способ обработки, для которого используется пресс-экструдер КМЗ-2. Исследования В.В. Новикова позволили установить, что в процессе образования экструдата происходит его перемещение по всей длине рабочей камеры, образованной пространством между витками шнека и внутренней поверхностью корпуса, за счет чего получаемая смесь нагревается и уплотняется. На основании теоретических исследований В.Ю. Фролова установлено, что шнек должен иметь переменный шаг, уменьшающийся по мере продвижения вдоль его оси обрабатываемого кормового материала. Перемещаясь вдоль оси шнека, кормовой материал уплотняется и доходит до состояния, позволяющего принимать необходимую форму в соответствии с требованиями к процессу. Определение рациональных параметров шнека переменного шага в зонах загрузки и прессования пресс-экструдера представляет весьма важную задачу как с теоретической, так и с практической точки зрения. Цель статьи состоит в определении рациональных конструкционных параметров шнека переменного шага пресс-экструдера в зонах загрузки и прессования обрабатываемого кормового материала на основе подсолнечного жмыха. На начальном этапе рассмотрены конструкционные параметры шнека переменного шага пресс-экструдера в зоне загрузки обрабатываемого кормового материала, на следующем этапе - процесс его уплотнения и прессования шнеком. В результате теоретических исследований шнека переменного шага пресс-экструдера КМЗ-2 установлено, что увеличение плотности обрабатываемого кормового материала на основе подсолнечного жмыха происходит пропорционально уменьшению шага витка шнека. Плотность обрабатываемого кормового материала зависит от его физико-механических свойств.
Полный текст
Введение Анализ эффективности способов подготовки к скармливанию кормового материала (экструдата) показал, что наибольший практический и научный интерес представляет тепловой способ обработки [1], для которого используется пресс-экструдер КМЗ-2 (рис. 1). Исследования В.В. Новикова [1, 2] позволили установить, что в процессе образования экструдата происходит его перемещение по всей длине рабочей камеры, образованной пространством между витками шнека и внутренней поверхностью корпуса, за счет чего получаемая смесь нагревается и уплотняется. На основании теоретических исследований В.Ю. Фролова [3] установлено, что шнек должен иметь переменный шаг (см. рис. 1), уменьшающийся по мере продвижения вдоль его оси обрабатываемого кормового материала (ОКМ). По мере перемещения вдоль оси шнека ОКМ уплотняется и доходит до состояния, позволяющего принимать необходимую форму в соответствии с требованиями к процессу. Анализ технологического процесса пресс-экструдера, проведенный А.А. Курочкиным и В.В. Новиковым [5], показал, что шнек служит как для перемещения обрабатываемого сырья, так и для его уплотнения. В связи с этим он обычно включает несколько ступеней, каждая из которых имеет свое назначение. Например, в экструдерах типа КМЗ-2 первая из трех ступеней шнека предназначена для работы в зоне загрузки, где продолжается интенсивное перемешивание (после дозирующего механизма) и перемещение частиц обрабатываемого сырья вдоль оси шнека, а также начинается их уплотнение. Цель исследования Определение рациональных параметров шнека переменного шага в зонах загрузки и прессования пресс-экструдера представляет весьма важную задачу как с теоретической, так и с практической точки зрения [5]. В связи с этим цель исследования состоит в определении рациональных конструкционных параметров шнека переменного шага пресс-экструдера в зонах загрузки и прессования ОКМ на основе подсолнечного жмыха. Определение рациональных параметров шнека На начальном этапе рассмотрим конструкционные параметры шнека переменного шага пресс-экструдера в зоне загрузки ОКМ на основе подсолнечного жмыха. Для этого определим угол конусности шнека переменного шага (см. рис. 1, 2) в зависимости от его диаметра и длины по выражению: где dн, dк - начальный и конечный диаметры шнека, м; Lш - длина шнека, м. Длина шнека определяется по выражению [1]: где tN - шаг витка шнека при числе оборотов N, м; z - количество витков шнека по длине вала; ∆b - ширина витка шнека в нормальном сечении, м. Подставим в выражение (1): где N - число оборотов шнека; - коэффициент пропорциональности, a > 1; b - шаг витка шнека, м. С учетом выражения (2) угол конусности шнека: Из полученного выражения следует, что угол конусности шнека переменного шага пресс-экструдера прямо пропорционален его диаметрам и обратно пропорционален его длине. Из рис. 2 очевидно, что величина уменьшения диаметра шнека переменного шага: где d1 - диаметр шнека в конце отрезка при t = a, м. При повороте шнека на один оборот (360°) его диаметр в конце отрезка составит при повороте на два оборота (720°) от первоначального положения при повороте на три оборота (1080°) от первоначального положения При повороте шнека переменного шага на угол его диаметр На следующем этапе рассмотрим процесс уплотнения-прессования ОКМ на основе подсолнечного жмыха шнеком переменного шага пресс-экструдера. Для этого определим закон сжатия [1] ОКМ на основе подсолнечного жмыха [6] шнеком переменного шага пресс-экструдера в зоне прессования. Получаемый из семян подсолнечный жмых поступает в пресс-экструдер выровненным по физико-механическим свойствам. Семена подсолнечника имеют определенные толщину, ширину и индивидуальную массу [7], получаемые в результате сортирования на зерноочистительных машинах типа МВУ-1500 [8, 9] и универсальных семяочистительных комплексах [10, 11]. В их состав входит не только зерноочистительное оборудование, но и фотоэлектронные сепараторы [12], работающие по бесфракционной и фракционной технологиям [13]. Согласно условию непрерывности потока определим плотность ОКМ на основе подсолнечного жмыха в зоне прессования [1]: где ρ0, ρ - плотности слоя ОКМ на начальном и конечном этапах, достигнутые при деформации, кг/м3; - скорости движения слоя ОКМ на начальном и конечном этапах по оси шнека переменного шага, м/с; S0, S - площади ОКМ на начальном и конечном этапах, м2. Относительное приращение плотности слоя ОКМ рассчитаем по формуле [14]: Объем уплотненного ОКМ (см. рис. 2) в начале и конце шнека переменного шага: где δ0, δ - толщина прессуемого ОКМ на начальном и конечном этапах прессования, м. Подставим выражения (4) и (5) в (3), преобразуем и окончательно получим плотность ОКМ в зоне прессования: Анализ уравнения (6) показывает, что плотность ОКМ на основе подсолнечного жмыха в зоне прессования зависит от его физико-механических свойств. Основное уравнение прессования ОКМ, представленное в степенной форме, имеет вид [15]: Выразив из уравнения (6) относительное приращение плотности и приравняв левую часть к выражению (7), получим давление ОКМ в зоне прессования: Обозначим с = Р0, так как используется единица измерения МПа [15]. Тогда выражение (8) окончательно примет вид: Анализ выражения (9) показывает, что давление в зоне прессования ОКМ на основе подсолнечного жмыха зависит от его физико-механических свойств. Масса ОКМ, получаемая в результате сжатия: При перемещении ОКМ на путь, равный шагу витка шнека, уменьшение его массы при повороте на 360° составит: Учитывая, что , при повороте шнека переменного шага на один оборот относительное уплотнение ОКМ: При повороте шнека на два оборота (720°) с учетом При повороте шнека на три оборота (1080°) с учетом При поворота шнека переменного шага относительное уплотнение ОКМ: Формула (10) выражает относительное уплотнение ОКМ на основе подсолнечного жмыха при повороте шнека переменного шага на угол . На основе непрерывности потока где , - плотности ОКМ при повороте шнека переменного шага на один и два оборота (360 и 720° соответственно), кг/м3. Из выражения (11) очевидно, что: Заключение В результате теоретических исследований шнека переменного шага пресс-экструдера КМЗ-2 установлено, что увеличение плотности ОКМ на основе подсолнечного жмыха происходит пропорционально уменьшению шага его витка (выражение (12)). Плотность ОКМ на основе подсолнечного жмыха зависит от его физико-механических свойств.×
Об авторах
И. Е Припоров
Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина
Email: ya.krip10@ya.ru
канд. техн. наук Краснодар, Россия
Список литературы
- Фролов В.Ю. Теоретические и экспериментальные аспекты разработки технологий и технических средств, приготовления концентрированных кормов на основе соевого белка. Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2010. 140 с.
- Новиков В.В. Методика расчета пресс-экструдера с «греющими» шайбами // Науч. тр. СИМСХ. Саратов, 1983. Вып. 43. С. 64-68.
- Фролов В.Ю. Совершенствование технологий и технических средств приготовления и раздачи высококачественных кормов на малых фермах: Дис. … д-ра техн. наук. Новосибирск, 2002. 302 с.
- Остриков А.Н., Василенко В.Н. Экструдирование комбикормов: новые подходы и перспективы // Комбикорма. 2011, №8. С. 39-42.
- Курочкин А.А., Новиков В.В. Обоснование рациональных параметров шнека пресс-экструдера в зоне загрузки // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013, №6(10). С. 123-126.
- Припоров И.Е. Использование подсолнечного жмыха в рационе крупного рогатого скота // Инновации в сельском хозяйстве. 2015, №5(15). С. 184-187.
- Шафоростов В.Д., Припоров И.Е. Влияние толщины, ширины и индивидуальной массы семян подсолнечника на скорость их витания // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2010, №1(142-143). С. 76-80.
- Припоров И.Е. Механико-технологическое обоснование процесса разделения компонентов вороха семян подсолнечника на воздушно-решетных зерноочистительных машинах. Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2016. 212 с.
- Трубилин Е.И., Припоров И.Е. Технические средства для послеуборочной обработки семян подсолнечника: Учеб. пособие. Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2015. 237 с.
- Припоров И.Е., Шафоростов В.Д. Технология послеуборочной обработки семян масличных культур // Инновации в сельском хозяйстве. 2014, №5(10). С. 10-14.
- Припоров И.Е., Лазебных Д.В. Рациональная технология послеуборочной обработки семян подсолнечника // Научный журнал КубГАУ. 2015, №112. С. 1475-1485.
- Припоров И.Е. Обоснование применения оптического фотоэлектронного сепаратора в составе универсального семяочистительного комплекса // Конкурентная способность отечественных гибридов, сортов и технологии возделывания масличных культур: Мат-лы 8-й междунар. конф. молодых ученых и специалистов. Краснодар: ВНИИМК, 2015. С. 138-141.
- Припоров И.Е., Садыкова М.А. Усовершенствование работы фотоэлектронного сепаратора при разделении семян подсолнечника // Научный журнал КубГАУ. 2015, №112. С. 1486-1498.
- Федоренко И.Я., Смышляев А.А. Моделирование ударного нагружения слоя кормового материала // Вестник АГАУ. 2015, №5(127). С. 136-141.
- Федоренко И.Я. Альтернативная теория прессования кормов // Вестник АГАУ. 2013, №3(101). С. 95-98.
Дополнительные файлы
