Сапа Владимир Юрьевич. Совершенствование конструктивно-режимных параметров экспандера

brief description

Сапа Владимир Юрьевич. Совершенствование конструктивно-режимных параметров экспандера : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.01 / Сапа Владимир Юрьевич; [Место защиты: Оренбург. гос. аграр. ун-т].- Оренбург, 2009.- 161 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1631

Сапа Владимир Юрьевич
. 042-00954294
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ
ПАРАМЕТРОВ ЭКСПАНДЕРА
Специальность: 05.20.01 - Технологии и средства
механизации сельского хозяйства
ДИССЕРТАЦИЯ
і ~
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, Курманов А.К.
Оренбург - 2009 
t
Содержание
Введение
1 Общее состояние вопроса
1.1 Анализ состояния кормоприготовления
1.2 Классификация устройств для приготовления кормов
1.3 Преимущества экспандированных кормов
1.4 Место экспандера в технологических линиях
1.5 Выводы по первой главе
2 Теоретические исследования
2.1 Исходные положения
2.2 Анализ влияния демпферного действия пружины на работу
экспандера
2.3 Определение затрат энергии при экспандировании корма
2.4 Выводы по второй главе
3 Программа и методики экспериментальных исследований
3.1 Программа экспериментальных исследований
3.2 Частная методика экспериментальных исследований
3.3 Общая методика экспериментальных исследований
3.4 Материалы, применяемые при исследованиях
3.5 Определение влажности корма
3.6 Определение вязкости корма
3.7 Определение давления в выходной головке экспандера
3.8 Определение температуры цилиндра установки по частной методике и
корпуса экспандера по общей методике
3.9 Определение частоты вращения шнека экспандера
3.10 Определение зазора между цилиндром и поршнем по частной
методике
3.11 Определение энергоемкости процесса экспандирования  
з
3.12 Определение производительности экспандера
3.13 Определение плотности образцов экспандата
3.14 Методика определения содержания крахмала
3.15 Определение содержание декстринов в корме
3.16 Определение крошимости гранул
4 Обработка и анализ экспериментальных исследований
4.1 Результаты исследований установки для определения физико-механических свойств кормов
4.2 Результаты исследований базового экспандера
4.3 Результаты исследований экспериментального экспандера
4.4 Результаты сравнительных экспериментов
4.5 Результаты сравнения теоретических и экспериментальных
исследований
5 Производственные испытания и оценка экономической
эффективности работы экспандера
5.1 Методика инженерного расчета экспандера
5.2 Производственная проверка
5.3 Экономическая эффективность исследуемого экспандера
Выводы
Литература
Приложения
Положительные тенденции в развитии животноводства проявляются в результате интенсификации отрасли: увеличения производства кормов, более рационального их использования.
Выбор технологического режима кормоприготовления, как правило, базируется на проведении комплексных исследований, позволяющих выявить характер изменения структуры и свойств, как отдельных компонентов сырья, так и кормовой ценности обрабатываемого материала.
Наука о кормлении животных накопила большое количество экспериментальных данных о влиянии различных питательных веществ, а также незаменимых аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов, антибиотиков, гормонов, ферментов и других компонентов на обмен веществ и эффективность использования корма. Эти данные служат дальнейшему совершенствованшо теории и практики кормления животных в сельском хозяйстве. Они обеспечивают реализацию генетического потенциала продуктивности животных. Чем эффективнее уровень кормления, тем выше продуктивность животных и ниже затраты корма на единицу продукции [1, 2, 3,4].
При традиционном кормлении животных большая часть кормов производится непосредственно в хозяйствах. Использование кормов в необработанном виде приводит к низкой перевариваемости. Известно, что животные превращают в продукцию лишь 20-25% энергии корма. Задача приготовления кормов - снизить эти потери путем повышения усваиваемости кормов [2].
Эту задачу можно решить, подвергнув корм комплексной переработке в одной машине, проводить её быстро и непрерывно (составлять композиции из нескольких компонентов, перемешивать, сжимать, нагревать, варить, стерилизовать, практически одновременно) что, в конечном счете, отражается на себестоимости производства продукции. Это возможно в
машинах для глубокой переработки кормов: экструдерах, экспандерах. При применении технологии экспандирования улучшается качество и усваиваемость кормов, устраняются вредные для питания компоненты, уменьшается энергоемкость производства кормов.
Переработка и приготовление кормов предполагают определенную совокупность воздействий рабочих органов машин-исполнителей на среду, представляющую многообразие кормовых материалов со значительно различающимися свойствами. Поэтому реальные показатели работы машин можно рассматривать только в связи с физико-механическими свойствами и качеством кормов.
В этой связи актуальной является тема: «Совершенствование конструктивно-режимных параметров экспандера».
Цель исследования - повышение эффективности приготовления экспандированных кормов за счет совершенствования конструктивно-режимных параметров экспандера.
Объект исследования - технологический процесс экспандирования кормов.
Предмет исследования - закономерности определяющие взаимодействие активных органов экспандера с кормом.
Задачи исследования:
- выполить анализ и обосновать направление совершенствования конструкции экспандера;
- уточнить изменение физико-механических свойств кормов в процессе экспандирования;
- выполнить теоретическое и экспериментальное обоснование конструктивно-режимных и технологических параметров экспандера;
- обосновать и разработать общую и частную методики исследования процесса экспандирирования кормов;
- дать технико-экономическую оценку результатов научных исследований.
Научная новизна заключается:
- в определении закономерностей изменения физико-механических свойств кормов в процессе экспандирования;
- в получении аналитических зависимостей для обоснования конструктивно-режимных параметров экспандера;
- в разработке частной и общей методик проведения лабораторных и производственных испытаний;
- в разработке оригинальной конструктивно-технологической схемы экспандера подтвержденной предварительным патентом РК №18882.
Разработан и внедрен в производство экспериментальный экспандер. Даны рекомендации производству по совершенствованию конструктивно-режимных параметров экспандера.
Экспериментальный экспандер внедрен в хозяйстве ЧП «Айтбаев М.О.», Костанайской области, Республики Казахстан. Методика определения параметров и оценки качества процесса экспандирования используется в учебном и научно-исследовательском процессе инженерно-физического факультета КГУ им. А. Байтурсынова.
Основные положения диссертации неоднократно доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях: Оренбургского государственного аграрного университета (г. Оренбург, 2005-2008гг.), Рудненского индустриального института (г. Рудный, Республика Казахстан, 2005 г.), Костанайского государственного университета им. А. Байтурсынова, Костанайского инженерно-экономического университета им. М. Дулатова (г. Костанай, Республика Казахстан, 2005-2008гг.).
По материалам диссертации опубликовано десять работ, в том числе одна монография и три статьи в центральной печати, рекомендованные ВАК РФ. Получен предварительный патент на изобретение РК №18882 от 27.08.2007. Работа выполнена в соответствии с тематикой научно-исследовательских работ: «Совершенствование машин для кормоприготовления, основанных на взаимодействии кормов с винтовой поверхностью машин», утвержденной Советом КГУ 9 апреля 2004, протокол №7; «Провести маркетинговые исследования и разработать рекомендации и предложения по повышению эффективности и конкурентоспособности сельскохозяйственного производства», номер государственной регистрации 0107РК00163.
Положения, выносимые на защиту:
- математические модели теоретических и экспериментальных исследований конструктивно-режимных параметров экспандера;
- методика проведения лабораторных и производственных испытаний;
- оптимизация удельной энергоемкости рабочего процесса экспандера, посредством регулировки объема выходной камеры и установки нагревательного элемента;
- результаты производственных испытаний и оценка экономической эффективности предлагаемого экспандера.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, включая список литературы из 104 наименований, 44 рисунков, 17 таблиц и 35 страниц приложений.

bibliography

Выводы
1. На основании анализа научных работ по кормоприготовлению установлено, что наиболее перспективным направлением является
использование структурированного корма получаемого в экспандерах, которые по отношению к экструдерам характеризуются существенным снижением удельных энергозатрат. Среди различных конструктивных решений наибольшее распространение получили одношнековые экспандеры с регулируемым объемом выходной камеры и подогреваемым участком корпуса в зоне максимального уплотнения.
2. По результатам проведенных исследований рассматриваемого процесса экспандирования определены изменения характеристик исходного сырья при прохождении его по функциональным участкам (зонам уплотнения кормов), а также уточнены аналитические выражения производительности и энергоемкости экспандера с демпфирующим устройством.
3. Разработана оригинальная конструктивно-технологическая схема экспандера, подтвержденная предварительным патентом РК № 18882, способная обрабатывать кормовое сырье в широких диапазонах соотношения составных компонентов: зерно пшеницы - 40%; зерно кукурузы - 30%; зерно ячменя - 20%; отруби пшеничные - 10%.
4. Разработанная лабораторная установка позволила получить достоверные количественно-качественные значения изменения технологических и физико-механических свойств компонентов экспандируемого корма по четырем функциональным зонам предлагаемого экспандера в пределах: влажности от 32... 18% до 15... 14%, температуры от 293К до 403К, вязкости от 3,7 Па-с до 44,3 Па-с и предельного напряжения сдвига от 761 Па до 3394 Па.
Применение метода математического планирования при исследовании технологического процесса экспандирования кормов, реализованного в лабораторных и производственных экспериментах, позволило определить оптимальную удельную энергоемкость процесса экспандирования 12,78 Вт-ч/кг в зависимости от частоты вращения шнека 10,47 с"1, при влажности сырья 30...35%, 10% соотношении отрубей в составе корма и минимальном