Введение к работе
. . .' .
Актуальность проблемы. Интенсификация технологических яроцессов в отраслях агропромышленного комплекса определяется создаваем новых и совершенствованием существуодах технологий, разработкой и внедрением высокопроизводительных аппаратов и кашиц, способных обеспечить глубокую переработку снрья с получением готовой продукции высокого качества. Одним из ваетых приоритетных направлений является совершенствование шврокораспространэнннх технологических процессов, позволящее при небольших материальных затратах получать значительный экономический эффект. К таким процессам безусловно относится сепарирование различных пищевых продуктов. Поеіому изыскание эффективных способов сепарирования путем углубленного исследования математических моделей, моделирование аппаратов на основе разработанных схем йнюнерных расчетов, регулирование яроцессов с лошщье контроля и управления является актуальный ущ науки и производства.
В поисках более эффективных способов сепарирования возрос лнтерес'к центробежным сепараторам, где эффективность разделения достигается з результата одновременного использования иантробож-ных, корсолисовых и гравитационных сил. Использование поля инер-пнальных сил позволяет иметь широкий диапазон варьируегшх параметров, что, в свою очередь, определяет'большие перспективы как при конструирования аппаратов, так и при рвгулнрошіши процессов сз-парлиии. Вся это позволяет при выполнении главной задачи - по выше -ния производительности технологических пропессов, .обесиэчить Д)у-гиа критерии качества: компактность, малую металлоошшсть, чистоту выхода и т.д.
Результаты исследований, обобщенных в диссертационной работе, позволили решить важную народно-хозяйственную проблему соворшеист--
4 вования процессов сепарапии в инерциальных полях с помощью регулирования, обеспечивающего выполнение технически обоснованных критериев качества* При этом для построения законов регулирования была разработана теория относительного движения частиц по сепарирующим поверхностям, применение которой позволило определить и рассчитать наиболее конструктивные параметры аппаратов, определить области и параметры регулирования и т.п.
В теоретических исследованиях в качестве модели сепарируемо
го продукта выбиралась совокупность материальных частиц. Такой
подход целесообразен тогда, когда поведение сепарируемого материа
ла в целом удовлетворительно описывается движением одной материа
льной частиш. Проведенными экспериментальными исследованиями и
численными расчетами на ЭВМ была доказана адвізатность предложен
ных математических моделей, что позволило считать рассматривае
мый подход достаточно универсальным. Полученные при атом сиотемы
дифференциальных уравнений, характериауицие рассматриваемые мате
матический модели, как правило, существенно нелинейны. Для их ре
шения использовались методы нелинейной механики: метод нормализа
ции, метод малого параметра, метод осреднения, в то время как
предыдущие исследователи решали их в основном численно. Получен
ные аналитические зависимости характеристик'процессов подставля
лись в ряде рядов по малому параметру, что позволило определить
возможные режимы движения, зоны существования решения, области
устойчивости, регулируемости, области оптимальных параметров и
т.п. ^ '
Проведенные исследования позволили дять рекомендации по конструирование различных аппаратов в виде обоснованных методик ян-ясанерных раоччтов.
Следует отметить, что прчдло.женшй подход оказывается спрп-
5 ведливым для широкого класса сепарируемых материалов, сущвстввнпо
различающихся по своим физико-химическим характеристикам: от отдельной частицы до гетерогенных смесей.
Применение подхода к зеряолерерабатнвающей промышленности позволило создать теорию вибропентробежннх сепараторов о помощью теории относительного движения частицы по поверхностям вращения в поле инерциальных сил, разработать законы регулирования процессами по технически обоснованным критериям качества, обоснованно. выбрать параметры регулирования.
' На основе теории были предложены методики расчетов конструкций аппаратов и созданы экспериментальные установки, защищенные авторскими свидетельствами, с помощью которых была подтверждена адекватность рассматриваемых моделей.
Создание вибропентробеяноЯ сортировки потребовало исследовать динамику роторных машин с различными принципами возмущения, обеспечивающих надежное регулирование процесса. В результате проведенных исследований разработана теория динамики приводных механизмов для различных типов вибровозбудителей, определены аналитические зависимости основных параметров, протекающих процессов, выявлены пути реализации заданного движения и управления им, даны методики инженерных расчетов.
Применение теории вибрационного перемещения частицы в поле
инерциальных сил к процессу самосортирования позволило сконструи
ровать регулируемый аппарат нового клаооа, полностью заменяющий
распространенные паддя-машвнн. ' ,
Применение метода к изучению механизма сепарации сокового пара позволило рассчитать и предложить регулируемую конструкцию ' центробежного сепаратора, разработанная и внедренная модель которого доказала высокие технологические качества и дала значитель-
\
6.
ВНЙ 8К0Н0МЙЧЄСКИЯ 9$(ІіЄКТ.
Исследования, представленные в работе, выполнялись в рамках . госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ, в соответствии с комплексной программой "Продовольствие" я планами ГКЙТ прь СМ СССР, Манвищвпрома РСФСР,предприятий, и отраслевых НИИ.
. Целью иастояпеи работ является ооздание научных основ процессов сепарирования в инерпяальком поле сил, разработка, исследование я внедрение в промышленность высокоэффективных вропесоов сепарации в инерпмальнкх полях применительно к лицевым материа-'лам р различными физико-химическими свойствами, регулирование процессами сепарации на основания полученных разработок по технически обоснованным критериям качества.
Задачи исследования включали моделирование реально протекающих .процессов, изучение рассматриваемых Моделей, выявление общих аналитических закономерностей их протекания, проверка адекватности моделей, Определение параметров D законов регулирования, обои-' нование эффективности выбора конструкций, разработке методик расчетов аппаратов я машин, ва основании которых проводилось конструирование в регулирование установок, разработку и внедрение новых процессов в пищевой промышленности.
пбтпя мвтптнпгя игчмиинтеяряЯ основана ва построения адвкват-ных математических моделей процессов о оперирования, решения полученных систем двфферекцгалъннх уравнения методами нелинейной механики: методами малого параметра, осреднения я т.п. При втом определялись условия, устойчивости я существования решения области возможных режимов, области регулирования в т.о. Регулирование проводилось по технически обоснованным критериям качества, выбранным ,из условий йффективности процессов сепарирования. По результатам исследований определялись методики йякенерных расчетов, с помощью
'которых конструировалась новые аппараты и технологии qx использования. Достоверность научных положений подтверждалась экспериментальными исследованиями, численными расчетами и. использованием предложенных аппаратов и их регуляторов в лрокышленности.
Научная новизна: С помощью единого подхода разработаны теории моделей различных процессов сепарирования,, анализ которых покаэал их хорошую адекватность. Научно обоснован выбор рациональных параметров установок и областей их регулирования при интенсификации пропессов оепарирования с помощью создания новых аппаратов, технические решения которых защищены авторскими свидетельствами и эффективным внедрением.
Предложены методики инженерных расчетов для конструирования новых аппаратов и машин сепарирования в инерпиальннх полях сил, даны рекомендации до построению регуляторов и технология их использования.4
Исследованы различные модели приводных механизмов сепараторов ц их регулятрров, определены их амплитудно-частотные характа-ристики, предложены методики инженерных расчетов, выявлены общие закономерности, определены виды нелинейных возмущений, исследованы методы борьбы с ними для обеспечения заданного режима работы" сепараторов.
Решены задачи регулирования процессами сепарирования для конкретных случаев, указаны формулы в критерии управления.
Практическая значимость: Разработаны методики инженерных расчетов, позволяющие рассчитать наиболее эффективные конструкции сепараторов для виброцентробежного сепаратора, центробежного сепаратора с тангансалышм завихрителем, для приводных механизмов с кинематическими и центробежными принципами, возбуждения,пибро-цецтробекной самосортировки - круноотдзлителя. Определены основ-
нне параметры регуляторов втих технологических процессов. Раэра-боташ исходные .требования на ввброцентробежный сепаратор в виброцентробежную самосортировку - крупоотделитель, с ожидаемым вко-номическш эффектом на каждую машину около 24 тысяч рублей и . ' 13 тыс. рублей соответственно, сконструирован и внедрен центробежный сепаратор о лопастным тангенциальным завихрителем-с аффектом 3^227.655 рублей.
Реализация результатов работы: Проведена производственная проверка экспаримантального ocipasua вибронентробежного сепаратора на Славянском комбинате, хлебопродуктов с ожидаемым годовым 8КОно-мическим єффектом от внедрения одной машины на операция чзвлеча,-нвя недозрелых зерен риса около 24 тысяч pydisfl. Утвервданы исходные требования на ввброцентробежную самосортировку-крупоотдвлв-- таль с ожидаемым годовым экономическим эффектом от внедрения одной машины около 13 тысяч рублей. Центробежный сепаратор внедрен на трех заводах с общим экономическим эффектом более 1200 тысяч рублей.
Апробация работы: Материалы диссертационной работы докладывались на всесоюзных научно-технических, конференциях в гг. Моок-ре, Волгограде, Харькове , Казани, на научных конференциях в Университета Дружбы.Народов т. П.Лумумбы, .на научны! семинарах и.конференциях Московского технологического института пищевой промышленности, Московского института электронного машинострое-ния, Института машиноведения им. А.А.Благонравова РАН.
Публикаши по работе. По материалам диссертационной работы опубликован^ I монография и 16 научных статей, получено 3 авторе--ких свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертационная работа'состоит из . введения, 6-ти глав, заключения в виде выводов по результатам
9
исследований, списка использованной литературы из^ШЗ наименова
ний, приложений и 46 рисунков. , ,
