Дослідження процесу подрібнення зернових продуктів і розроблення нової конструкції кулькового подрібнювача - Автореферат

На сьогоднішній день актуальним для харчової та переробної промисловості України є створення прогресивних технологій, застосування яких дозволить здійснювати більш повну переробку рослинної сировини, а також інтенсифікувати існуючі технологічні процеси і розширить межі їх використання. подрібнення зерновий кульковий подрібнювач Для цього подрібнювальні машини повинні забезпечити реалізацію процесів подрібнення зернових, які одночасно поєднують пластичне деформування оболонок зерен і крихке деформування їхніх ядер, що сприяє зменшенню енерговитрат при подрібненню. Наукові дослідження, виконані автором дисертаційної роботи, є частиною планової науково-дослідної роботи кафедри матеріалознавства та технології машинобудування НУХТ і спрямовані на вирішення науково-технічної проблеми з впровадження нової техніки в рамках комплексної програми “Підвищення надійності і довговічності машин і конструкцій”, яка відповідає Програмі Кабінету Міністрів “Україна 2010” (проект 4 - “Технологічне та технічне оновлення виробництва” від 26.02.1998 р. визначити раціональні конструктивні параметри подрібнювача та проаналізувати їх вплив на процес і показники подрібнення; оптимізувати кінематичні і динамічні переваги подрібнювача, виходячи з характеристик міцності зернових, і визначити раціональні геометричні параметри основних робочих органів млина;У розділі 3 „Математичне моделювання руху кульок у подрібнювачі” проведено теоретичні дослідження, які дозволило встановити взаємозвязок між геометричними, силовими та кінематичними параметрами механічної системи кулькового подрібнювача. Це дало можливість оптимізувати геометричні параметри основних робочих органів машини - розмелювального і притискних кілець, математично описати рух подрібнюючих кульок, розрахувати силові навантаження на подрібнюваний продукт, визначити раціональні конструктивні параметри кулькового подрібнювача і забезпечити ефективне та якісне подрібнення зернових продуктів. Прийнявши коефіцієнт тертя зерна по сталі f = 0,3; швидкість його обертання розмелювального кільця w = 5 с-1; радіус обертання частинки r = 0,14 м в нижній частині розмелювального кільця, який регламентує утворення в ній застійної зони; прискорення земного тяжіння g = 9,81 м/с2 з формули (1) отримуємо кут нахилу розмелювального кільця j1 = 19° при якому частинка буде в рівновазі. 3), що складається з розмелювального кільця 1, ряду кульок 2 та двох притискних кілець 3, може ефективно працювати лише при певних кутах нахилу розмелювального j1 і притискних j2 кілець у деякому діапазоні кутових швидкостей обертання вала w . В підсистемах діють сили: тяжіння , інерції і відповідні реакції на кульку збоку розмелювального кільця , притискного кільця , та сили з боку двох сусідніх і - 1 та і 1 кульок та .На основі аналізу літературних джерел встановлено, що найбільш перспективним подрібненням зернових продуктів є такий, при якому спосіб подрібнення реалізується багатократними деформаціями стиску і зсуву. Розроблена математична модель подрібнення за допомогою кульок, яка дозволяє прогнозувати, розраховувати та реалізовувати в конструкціях подрібнювачів необхідні навантаження на подрібнюваний продукт в залежності від його структурно-механічних властивостей. Раціональні навантаження покращують фракційний склад готового продукту і збільшують його вихід за рахунок зменшення кількості переподрібнених частинок. Встановлено, що при подрібненні олійних культур наприклад, шроту льону у кульковому подрібнювачі збільшується вилучення готового продукту на 2 % і зменшуються питомі витрати електроенергії на 8,9%. Економічна ефективність впровадження нового млина за рахунок збільшення вилучення продукту з сировини та зниження енергоємності процесу подрібнення при подрібненні 1т зернового продукту наближається до 13,1 грн.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. На основі аналізу літературних джерел встановлено, що найбільш перспективним подрібненням зернових продуктів є такий, при якому спосіб подрібнення реалізується багатократними деформаціями стиску і зсуву. Існуючі конструкції подрібнювачів не забезпечують в повній мірі цих вимог.

2. Розроблена математична модель подрібнення за допомогою кульок, яка дозволяє прогнозувати, розраховувати та реалізовувати в конструкціях подрібнювачів необхідні навантаження на подрібнюваний продукт в залежності від його структурно-механічних властивостей. Раціональні навантаження покращують фракційний склад готового продукту і збільшують його вихід за рахунок зменшення кількості переподрібнених частинок.

3. Розроблено принципово новий кульковий подрібнювач, який дозволяє отримати дрібнодисперсні зернові продукти.

4. Визначено силові, енергетичні та техніко-експлуатаційні показники роботи подрібнювача, що знаходяться у взаємозалежності з структурно-механічними характеристиками подрібнювальної сировини.

5. Спосіб подрібнення та конструкція млина захищені патентами України (№ 65015 А та № 58321 А).

6. Запропонована і підтверджено експериментально методика розрахунку продуктивності кулькового подрібнювача.

7. Досліджено вплив основних конструктивних параметрів нового подрібнювача на технологічні, енергетичні та техніко-економічні показники процесу подрібнення. Встановлено, що при подрібненні олійних культур наприклад, шроту льону у кульковому подрібнювачі збільшується вилучення готового продукту на 2 % і зменшуються питомі витрати електроенергії на 8,9%.

8. Розроблено і виготовлено дослідно-промисловий кульковий подрібнювач і апробовано в технологічній схемі виробництва якісних дрібнодисперсних зернових продуктів.

9. Економічна ефективність впровадження нового млина за рахунок збільшення вилучення продукту з сировини та зниження енергоємності процесу подрібнення при подрібненні 1т зернового продукту наближається до 13,1 грн. Річна економічна ефективність складає 12576,0 грн.

ПЕРЕЛІК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сухенко Ю.Г., Бойко Ю.І. Кульковий млин для подрібнення відходів олійно-жирової сировини // Хранение и переработка зерна. - 2005. - №12 - С.55- 56.

Особистий внесок здобувача: розробка конструкції, виготовлення дослідного зразка, підготовка матеріалів до публікації.

2. Бойко Ю.І., Сухенко Ю.Г. Оцінка ефективності процесу подрібнення в кульковому подрібнювачі // Хранение и переработка зерна. - 2006. - №3 - С.40 - 41.

Особистий внесок здобувача: експериментальні дослідження, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до опублікування.

3. Сухенко Ю., Бойко Ю. Математичне обґрунтування кута нахилу робочої поверхні кулькового подрібнювача // Хлібопекарська і кондитерська промисловість України. - 2006. - №5 - С.15 - 16.

Особистий внесок здобувача: теоретичні дослідження, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до опублікування.

4. Пат. 65015 А України, МПК7 B02C15/12, B02C17/08. Спосіб тонкого подрібнення матеріалів і пристрій для його здійснення / Ю.Г. Сухенко, Ю.І. Бойко, В.І. Білий - № 2003043796; Заявл. 24.04.2003; Опубл. 15.03.2004, Бюл. №3.

Особистий внесок здобувача: участь у висуненні обговоренні ідеї, проведенні експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до подання.

5. Пат. 58321 А України, МПК7 B02C15/08. Кульковий млин / Ю.І. Бойко, Ю.Г. Сухенко, В.І. Білий - № 2002119395; Заявл. 26.11.2002; Опубл. 15.07.2003 Бюл. №7.

Особистий внесок здобувача: проведення патентного пошуку, експериментальних дослідженнях, підготовка матеріалів до опублікування.

6. Бойко Ю.І., Некоз О.І. Розроблення міні-млина на основі спрощеного способу подрібнення зерна // Програма і матеріали 67-ї наукової конференції студентів, аспірантів і молодих вчених. - К.: УДУХТ.2001. - Ч. ІІ. - С. 109.

Особистий внесок здобувача: аналіз літературних джерел, участь в теоретичних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

7. Бойко Ю.І., Сухенко Ю.Г., Білий В.І. Визначення критичного кута нахилу конуса для кульково-конусного подрібнювача зерна // Міжнародна наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів. - К.: НУХТ. 2002. -Ч. ІІ. - С. 99.

Особистий внесок здобувача: безпосереднє дослідження розробка методики досліджень, аналізі та систематизації отриманих результатів, участь в підготовці до опублікування.

8. Бойко Ю.І., Сухенко Ю.Г., Білий В.І. Кульковий млин для подрібнення зерна // Програма і матеріали 69-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - К.: НУХТ 2003. - Ч. ІІ. - С. 111.

Особистий внесок здобувача: аналіз літературних джерел, підготовка матеріалів до публікації.

9. Бойко Ю.І., Сухенко Ю.Г., Білий В.І. Врахування фізико-механічних властивостей зерна при конструюванні млинів // Програма і матеріали 69-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - К.: НУХТ 2003. - Ч. ІІ. - С. 111.

Особистий внесок здобувача: аналіз літературних джерел, участь в теоретичних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

10. Бойко Ю.І., Сухенко Ю.Г., Білий В.І. Дослідження зміни кута нахилу притискних кілець на загальний вихід борошна в кульковому міні-млині // Програма і матеріали 70-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - К.: НУХТ 2004. - Ч. ІІ. - С. 99.

Особистий внесок здобувача: безпосередня участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, участь в підготовці до опублікування.

11. Дослідження етапу підготовки сировини в процесі одержання цукристих продуктів із пшениці / О.В. Оверченко, А.О. Шеремет, Ю.І. Бойко, А.І. Українець, В.А. Лагода / Програма і матеріали 70-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - К.: НУХТ 2004. - Ч. ІІ. - С. 11.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, підготовка матеріалів до опублікування.