Исследование параметров комбинированной обработки растительной массы плющением и электрическими разрядами

кой. Достижение указанных характеристик возможно оптимизацией параметров диспергатора, которую целесообразно проводить в несколько этапов.

В результате моделирования процесса измельчения зерна, установлены оптимальные значения ширины канала статора и зазора между рабочими органами диспергатора, которые составили 0,018 и 0,001 м соответственно.

Производственные испытания оборудования позволили определить влияние влажности кормосме-си на процесс диспергирования, а также получить значения качественных и энергетических показателей измельчителя-диспергатора.

Положительный экономический эффект от внедрения экспериментальной линии диспергирования плющеного зерна позволяет рекомендовать данную технологию для применения на свиноводческих предприятиях с жидким типом кормления поголовья.

ЛИТЕРАТУРА

1. Биохимические и биофизические предпосылки для внедрения технологий углубленной переработки сырья при производстве комбикормов / В. А. Шаршунов [и др.] // Известия Академии аграрных наук Республики Беларусь. - 1999. - № 2. -С. 6-10.

2. Кардашев, Г. А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии / Г. А. Кардашев. - М.: Химия, 1990. - 208 с.

3. Червяков, А. В. Диспергирование плющеного зерна кукурузы / А. В. Червяков, П. Ю. Крупенин // Комбикорма. -2009. - № 5. - С. 36-37.

4. Промтов, М. А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика / М. А. Промтов. - М.: Издательство машиностроение-1, 2001. - 247 с.

5. Мельников, С. В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С. В. Мельников, В. Р. Алешкин, П. М. Рощин. - Л.: Колос, 1982. - 168 с.

6. Алексеев, В. А. Критерии импульсной кавитации при обработке вязких продуктов пищевой промышленности / В. А. Алексеев, Л. В. Чичева-Филатова, В. Ф. Юдаев // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2004. - № 12. - С. 61.

7. Червяков, А. В. Моделирование процесса диспергирования зерновых кормов / А. В. Червяков, С. В. Курзенков, П. Ю. Крупенин // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2010. - № 3. - С. 122-126.

8. Червяков, А. В. Обоснование конструктивных параметров измельчителя-диспергатора для интенсификации кави-тационной обработки кормосмесей / А. В. Червяков, П. Ю. Крупенин // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2011. - № 4. - С. 143-149.

9. Гусак, А. А. Справочник по высшей математике / А. А. Гусак, Г. М. Гусак, Е. А. Бричикова. - Минск: ТетраСи-стемс, 1999. - 640 с.

10. Техническое обеспечение процессов в животноводстве / В. К. Гриб [и др.]. - Минск: Беларуская навука, 2004. - 831 с.

11. Шейко, И. П. Свиноводство / И. П. Шейко, В. С. Смирнов. - Минск: Новое знание, 2005. - 384 с.

12. Крупенин, А. В. Исследование рабочего процесса лотковой самотечной системы удаления навоза из коровников: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01 / А. В. Крупенин. - Ленинград-Пушкин, 1974. - 180 с.

УДК 631.353.6:53.052.731.3

С. С. СИДОРЧУК, В. Р. ПЕТРОВЕЦ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОЙ МАССЫ ПЛЮЩЕНИЕМ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РАЗРЯДАМИ

В статье приводятся теоретические исследования тех- The article presents theoretical research into technical and

нических и конструктивных параметров устройства для construction parameters of device for combined treatment of

комбинированной обработки растительной массы плющени- vegetative mass by crushing and electric charges

ем и электрическими разрядами (электроплазмолизатор). (electroplazmolizator). We have come to conclusion which helps

Сделан вывод, позволяющий определить параметры вальцов to determine parameters of rollers of electroplazmolizator and

электроплазмолизатора, а также время обработки расти- the time of treatment of vegetation mass by electric charges. тельной массы электрическими разрядами.

Введение

Государственная программа развития села на 2011-2015 гг. № 342 от 01.08.2011 г. подразумевает повышение эффективности сельскохозяйственного производства за счет реализации системных мер, предусматривающих: приведение затрат на производство сельскохозяйственного сырья и продовольствия к нормативному уровню. Для реализации данной цели предусматривается внедрять интенсивные системы кормопроизводства, обеспечивающие получение сбалансированных по элементам питания кормов [1].

Анализ источников

По данным исследований, хорошо приготовленное и сохраненное сено представляет собой высокопитательный, ценный корм для жвачных животных, способен обеспечить животное необходимыми питательными элементами, благотворно влияет на их здоровье и воспроизводительные функции. В 1

кг бобово-злакового сена содержится (в перерасчете на сухое вещество) 14 и более процентов сырого протеина, 9,0-9,5 МДж обменной энергии и 0,67-0,73 кормовых единицы [2, 3].

Для решения поставленной цели было предложенно совмещение технологического процесса плющения и обработки растительных материалов электрическими разрядами, которое не только позволяетт ускорить процесс сушки травы в полевых условиях, но и способствует улучшению сохранения питательных веществ [3, 8].

Цель работы - повышение качества заготавливаемой массы трав, сохранение большего количества питательных веществ за счет ускорения сушки трав, поиск оптимальных параметров электроплазмо-лизатора.

Методы исследования

Теоретическое и логическое обоснование принципов разрушения клеток растительной ткани под действием механических и электрических сил.

Основная часть

Эффективность обработки травы зависит от электрофизических параметров самой массы, способа ввода энергии в нее, при котором происходят необратимые явления в клетке, и от способа подготовки этой массы к электрообработке, т. е. создания надежного электрического контакта [4, 5]. Эту часть механической работы выполняет электродный узел плазмолизатора.

На рис.1 показана схема обработки травы переменным током. При этом в материале можно выделить две характерные зоны: зону сжатия, где плотность возрастает от начальной до максимальной (в минимальном зазоре), и зону восстановления, где плотность уменьшается от максимальной до конечной, которая больше первоначальной.

Рис.1. Схема электродного узла электроплазмолизатора с планчатыми электродами: Я - наружный радиус вальца по впадинам, г - внутренний радиус вальца по впадинам, - угловая скорость вращения верхнего барабана, - угловая скорость вращения нижнего барабана

Отметим, что для определения действия сжимающего усилия на степень сжатия, необходимо знать зависимость плотности материала от удельного давления, которая определяется экспериментально. При прохождении между вальцами слой травы под воздействием электрода одного барабана утопает в пространстве между электродами другого барабана (рис. 1). Наибольшее напряжение плющения и сжатия происходит по линии О'О", соединяющей центры вальцов. Как видно из рисунка, в этот момент преобладают изгиб, излом, но усилия сжатия недостаточно для полного разрушения клеток. В то же время контактное сопротивление снижается за счет увеличения площади контактирования. Под воздействием усилия давления вальца слой травы занимает положение БВС. Из треугольника ББС видно, что разность между сторонами ВС И ВС создается за счет перемещения (скольжения) слоя относительно точек Б и В и взаимного перемещения отдельных стеблей в слое в результате растяжения. При этом возникают упругие силы сопротивления, составляющая которых равна силе Х Таким образом, степень сжатия оказывается недостаточной для выдавливания сока и смачивания контактов и контактное сопротивление снижается слабо. Рассмотренный случай справедлив для ситуации, когда сила равна силе давления вальцов, т. е. когда зазор между вальцами не выбран, и верхняя часть вальцов не опирается на упорные ребра другого вальца. В противном случае часть силы будет компенсироваться опорной реакцией между упорным ребром и ребром другого вальца. При этом усилие сжатия Рсж, которое возникает в обрабатываемом зазоре, для ребристых вальцов можно записать [6]:

сж VI

где 5 - сила, вызывающая перемещение слоя травы относительно точек В и С зоне восстановления, Н; Бе - сила, вызывающая относительное перемещение стеблей в слое, Н; Бр - сила, вызывающая растяжение стеблей, Н; Бо - реакция упорных планок, Н; Н1 - толщина планок электрода, м; I -длина вальца, м.

Если барабаны выполнить в форме ребристых фигур (рис. 2), процесс сжатия стеблей будет происходить между ребрами барабанов. В этом случае усилие сжатия можно выразить как

р< =А,

п21

где ^ - ширина слоя между барабанами, м. Причем Р 'сж>Рсж.

Р и с . 2 . Схема электродного узла электроплазмолизатора с ребристыми барабанами: R - наружный радиус вальца по впадинам, г - внутренний радиус вальца по впадинам, W1 - угловая скорость вращения верхнего барабана, W2 - угловая скорость вращения нижнего барабана

Следовательно, данная схема приводят к увеличению давления, создаваемого вращающимися вальцами, что позволяет уменьшить величину сопротивления электрическому току между частицами массы, а также неоднородность массы по объему, приближая характер структуры к однородному. Кроме того, за счет такой схемы создается равномерный слой травы. Можно определить толщину

этого слоя Ин , подаваемого в рабочий зазор Ъх, при которой плотность материала в сжатом состоянии не превышает предельной величины, соответствующей началу выделения сока. Эта предельная плотность определена экспериментально и лежит в пределах 1,5-1,25 т / м3 для травы влажностью 78 % [6]. Плотность травы в рассыпном виде составляет в среднем = 0,34 т / м3.

Рассмотрим элемент слоя материала (рис. 3) шириной д/, высотой Ин и длиной I. перед сжатием травы вальцами. Тот же элемент материала при сжатии получает удлинение вдоль вальцов и в минимальном зазоре слой высоты , имеет длину Ьр и плотность у . Удлинение слоя вдоль вальцов можно учесть коэффициентом ^ и выразить его через абсолютную величину сжатия [7]. Однако с достаточной точностью можно принять Ьр = 1,1 Ь [6]. Из условия равенства массы материала в свободном и сжатом состояниях можно записать:

Ур

Ля = 1.1/?! —.

Ун

Слой травы при выходе из минимального зазора между вальцами частично восстанавливает свои геометрические размеры за счет упругости материала и при разрыве контакта с электродами имеет высоту , которая в 2-2,5 раза меньше, чем начальная.

Зная высоту слоя материала на входе, в минимальном зазоре и на выходе, а также длину дуги контакта материала с вальцами-электродами, можно определить диаметр вальцов. При этом необходимо учесть, что захват при протаскивании материала вальцами будет обеспечен, если угол трения >=£ , (рис. 3). Угол трения зависит от вида материала, его влажности и других факторов и опреде-

V- 2 «я

ляется экспериментально. Так, для зеленых растений его можно принять равным 30°.

Рис. 3. Схема электродного узла для комбинированной обработки (плющение + электроплазмолиз): R - наружный радиус вальца по впадинам, г - внутренний радиус вальца по впадинам, W1 - угловая скорость вращения верхнего барабана, W2 - угловая скорость вращения нижнего барабана, h2 - высота растительной массы до обработки, во время обработки и после обработки соответственно

Из рис. 3 видно, что

Я = г + Ь0,

где г - радиус вальца по впадинам, м; ^ - высота выступающей части вальца, м. Значение ^ нужно найти экспериментально в зависимости от механических и электрических параметров.

Полученное выражение (4) можно записать иначе:

д до + 2К.

2

В тоже время R=AO. Тогда

°» + 2к»=лс= 1

При условии, что с погрешностью менее 2 % / ~ АВ. Если условие не выполняется, длину дуги можно найти, воспользовавшись формулой Гюйгенса [7]:

/ = 2АМ -1

Из выражения (6) диаметр ребристого вальца будет равен:

Д =__. (8>

со я

Зная В , можно определить линейную скорость материала^, м/с:

у =

60

где п - частота вращения вальцов, мин-1.

Длительность воздействия для повреждения растительной массы прямо пропорциональна длине зоны обработки и обратно пропорциональна линейной скорости материала [4]:

«э = *,

V

где х - зона обработки, м.

Заключение

Таким образом, данная работа позволяет определить следующие параметры электродного узла электроплазмолизатора: внутренний радиус вальца по впадинам г, наружный радиус вальца R; а также такие параметры обработки растительной массы, как линейная скорость прохождения материала v, длительность обработки расстительного материала 0.

ЛИТЕРАТУРА

1. Государственная программа развития села на 2011-2015 годы / Министерство сельского хозяйства и продовольствия республики Беларусь. - Минск, 2011. - 76 с.

2. Зафрен, С. Я. Технология приготовления кормов / С. Я. Зафрен. - М., 1977. - 240 с.

3. Сидорчук, С. С. Исследование ускорения сушки растительной массы трав при обработке плющением и электрическими разрядами / С. С. Сидорчук, В. Р. Петровец // Вестник БГСХА. - 2013. - № 3. - 123-126.

4. Сорачану, Н. С. Исследование электроплазмолиза растительных материалов с целью интенсификации процесса их сушки: автореф дисс.... канд. техн. наук / Н. С. Сорачану. - Челябинск, 1979. - 21 с.

5. Червяков, Д. М. Исследование электрического и механического воздействий на интенсивность сушки травы: автореф дисс.. канд. техн. наук / Д. М. Червяков. - Челябинск, 1978. - 21 с.

6. Соблиров, А. А. Интенсификация процесса естественной сушки трав с применением электрической и механической обработки их при скашивании: дисс. ... канд. техн. наук / А. А. Соблиров. - М., 1984. - 176 с.

7. Долгов, И. А. Математические метолы в земледельческой механике / И. А. Долгов, Г. К. Васильев. - М.: Машиностроение, 1967. - 203 с.

8. Пиуновский, И. И. Интенсификация влагоотдачи скошенной травы / И. И. Пиуновский, В. Р. Петровец // Вестник БГСХА. - 2011. - № 3. - 137-142.

УДК 621.436.068.8:66.067.3

А. Н. КАРТАШЕВИЧ, В. А. БЕЛОУСОВ, А. А. РУДАШКО, А. В. КРАВЕЦ

РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ ОБЛАСТИ КОРОННОГО РАЗРЯДА ДЛЯ САЖЕВОГО ЭЛЕКТРОФИЛЬТРА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Применение сажевых электрофильтров, использующих внешнюю область коронного разряда, является эффективным методом снижения дымности отработавших газов дизельных двигателей. Приведен расчет внешней области коронного разряда для различных систем электродов. Сравнение различных способов расчета градиента напряженности поля коронного разряда позволяет выявить наиболее удовлетворяющую условиям эксперимента и точности расчета формулу.

Application of soot electro-filters using external area of corona discharge is an efficient method of reduction of smokiness of exhaust gases of diesel engines. We have presented calculation of external area of corona discharge for different systems of electrodes. Comparison of different methods of calculation of gradient of intensity of corona discharge field helps to determine formula, which is most satisfactory for the conditions of the experiment and precision of calculation.