Построение гибкой производственной системы утилизации отслуживших сельскохозяйственных пластмассовых изделий

Важным параметром картофелесортировальной машины является длина сепарирующей поверхности, так как от нее зависит масса грохотов и находящихся на них клубней, а также инерционные силы. Поэтому необходимо выяснить необходимую и достаточную длину сепарирующей поверхности.

Максимальное значение точности калибрования д = 94 % наблюдается при длине решета 2 м и угловой скорости колебаний 29,7 с-1 (рис. 4, кривая 1). Аналогичный характер изменения точности калибрования получен при частотах колебаний 32,7 с-1 (кривая 2) и 36,7 с1 (кривая 3), но точность калибрования при этом составила соответствен-

но 87 и 85 %. Увеличение длины решет свыше 2 м не дает существенного улучшения качества калибровки, но приводит к значительному росту массы грохотов и сил инерции.

Список литературы

1. Волосевич, П.Н. Технологический процесс сортирования клубней картофеля / П.Н. Волосевич / Материалы ме-ждунар. научно-практич. конф. Ч. 2. — М.: МГАУ, 2000.

2. Волосевич, П.Н. Теоретические основы расчета движения клубней картофеля по наклонной плоскости с продольными колебаниями / П.Н. Волосевич / Сб. науч. тр.: Совершенствование рабочих процессов и конструкций сельскохозяйственных машин. — Саратов: Саратовский ГАУ, 2001.

УДК 169.175.5/8

В.К. Астанин, канд. техн. наук, доцент

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки»

построение гибкой производственной системы утилизации отслуживших сельскохозяйственных пластмассовых изделий

Использование полимеров в сельском хозяйстве постоянно расширяется: упаковка, тара, различные крупные и мелкие емкости, трубы, строительные изделия, детали тракторов и сельскохозяйственных машин. Утилизация отработанных пластмассовых изделий требует особого подхода, так как полимеры обладают стойкостью к разложению почвенными бактериями, а при сжигании выделяют опасные канцерогенные соединения. При создании технических систем для утилизации отслуживших сельскохозяйственных пластмассовых изделий необходимо использовать принцип гибкости производственных систем [1], способности адаптации технологии к нестабильным свойствам сырья и постоянно меняющемуся рыночному спросу. Широта и разнообразие номенклатуры предлагаемых промышленностью технических средств переработки вторичных полимеров позволяют создать рациональную схему такого производства.

Предлагаемый концептуальный подход к построению гибкой производственной системы (ГПС) переработки вторичных полимеров состоит в том, что ее подсистемы должны быть выделены по функциональному признаку и обеспечены автономностью и независимостью функционирования. Технологические элементы должны работать по схеме: накопитель — станок — накопитель. Структура подсистемы выполнена так, что сырьем для нее служит предыдущий промежуточный продукт, а результатом ее работы является последующий промежуточный продукт

или потребительское изделие. При этом обработка сырья может выполняться по полному технологическому маршруту или, при необходимости, с пропуском отдельных технологических операций.

Потребительскими изделиями могут быть, например, трубы, емкости, тара строительные конструкции и т. п. Промежуточными продуктами (полуфабрикатами) с последующей их реализацией могут служить необработанное вторичное полимерное сырье (затаренные и упакованные отходы пластмасс), сырье в виде отмытых и измельченных фрагментов пластмасс (агломерат или крошка), полимерное сырье в виде гранул вторичных полимеров [2].

В процессе переработки полимерные отходы претерпевают изменения своего качественного состояния и по мере воздействия на них становятся промежуточными продуктами сначала первого, а затем последующих уровней, и в конечном итоге — потребительскими изделиями. Этапы (уровни) переработки амортизированных пластмассовых изделий, выделенные по промежуточным продуктам, представлены на рис. 1. На схеме выделены четыре уровня переработки по мере нарастания технологических воздействий на сырье. Каждый последующий промежуточный продукт получен из предыдущего добавлением энергетических, финансовых, материальных и других ресурсов и обладает более высокими потребительными свойствами и ценой, нежели предыдущий, однако производство его требует дополнительных затрат.

Анализ промежуточных продуктов (последовательно приобретаемых в процессе обработки качественных состояний) дает возможность обосновать разделение производственной системы на подсистемы по функциональноцелевому признаку [1]. Функциональная структура гибкой производственной системы переработки вторичных полимеров представлена на рис. 2.

Подсистему сортирования твердых отходов и сбора вторичного полимерного сырья следует располагать вне территории перерабатывающего предприятия, поэтому ей присвоен нулевой уровень переработки. От четкой работы этой подсистемы зависит стабильность работы всей производственной системы. Успешная работа данной подсистемы определяет не столько производственнотехнологическими приемами, сколько рекламными, маркетинговыми и социальными технологиями. Коммерциализация полуфабрикатов переработки вторичных полимеров стимулирует жителей сельских населенных пунктов принять участие в сборе и переработке пластмассовых отходов, что позволит им получить дополнительный доход и благотворно скажется на экологии региона.

Поэтому технологическая операция сортировки твердых отходов на месте их образования, ввиду ее особой важности, требует всестороннего изучения и совершенствования. Функциональная структура подсистемы сортировки твердых отходов и сбора полимерного сырья представлена на рис. 3.

Для получения необработанного вторичного полимерного сырья загрязненные куски пластмассы различных размеров и формы, в том числе пленка, на месте их образования выделяют из навала отходов и доставляют в пункт накопления. Там пленочные отходы спрессовывают в тюки, кусковые отходы затаривают в мешки или контейнеры, накапливают и отгружают на перерабатывающее предприятие.

Первый уровень переработки выполняется на территории перерабатывающего предприятия под-

Рис. 1. Изменение качественного состояния сырья в процессе переработки амортизированных пластмассовых изделий

Рис.

2. Функционально-целевая структура ГПС переработки вторичных полимеров

системой сортирования вторичного полимерного сырья: полипропилена (ПП), полиэтилена (ПЭ), полистирола (ПС), поливинилхлорида (ПВХ), по-лиэтилентерефталата (ПЭТФ). Функциональноцелевая структура подсистемы представлена на рис. 4.

Сырье доставляют на предприятие спрессованным в тюки, мешки, контейнеры или другую тару. Задачи этого производственного участка — развя-

Рис 3. Функционально-целевая структура подсистемы сортировки твердых отходов и сбора вторичного полимерного сырья

Рис. 4. Функционально-целевая структура подсистемы первого уровня ГПС

Рис. 5. Функционально-целевые структуры подсистем второго уровня ГПС

зывание тюков, извлечение сырья из тары, сортирование по видам полимера, габаритам, степени загрязненности и видам загрязнителя. Накопителями могут служить специализированные устройства (например, бункеры, контейнеры) отведенное на площадке место. Количество выделяемых фракций того или иного полимера, а следовательно, и количество накопителей, определяется объемами и стабильностью поступления на предприятие сортируемого материала. В накопителях также производится отделение загрязнителей (стекло, картон и т. п.) и предварительная очистка сильно загрязненных фрагментов.

От накопителя выделенная фракция материала может быть направлена на второй уровень переработки или отгружена для переработки стороннему заказчику.

Второй уровень переработки осуществляется двумя подсистемами: предварительной переработки пленочного сырья и предварительной переработки кускового сырья. Эти подсистемы работают независимо одна от другой. Функционально-целевые структуры их представлены на рис. 5.

Пленочные отходы подвергают предварительному измельчению, мойке, окончательному измельчению, агломерированию. При необходимости в агломерат добавляют наполнители, модификаторы, красители. В процессе переработки, если это предусмотрено технологией, некоторые технологические операции могут быть пропущены (например, предварительное измельчение, мойка). Готовый агломерат направляют в накопитель для последующей переработки или загружают в тару и отправляют заказчику.

Подсистема предварительной переработки кускового сырья производит дробленку вторичных полимеров, которую получают после сортирования сырья по видам пластмасс, предварительного измельчения крупных кусков до размера 50...100 мм, мойки, сушки

и окончательного измельчения на частицы размером 0,5.9 мм. В процессе переработки, если это предусмотрено технологией, некоторые технологические операции могут быть пропущены (например, предварительное измельчение, мойка, сушка). Готовую дробленку направляют в накопитель для последующей переработки или загружают в тару и отправляют заказчику.

Функционально-целевые структуры подсистем третьего уровня ГПС представлены на рис. 6.

Третий уровень переработки осуществляется тремя подсистемами гибкой производственной системы: подсистемой производства гранул и погонажных изделий, подсистемой производства строительных конструкций, подсистемой производства листов, панелей и плит.

Подсистема производства гранул и длинномерных изделий выполняет доставку материалов от накопителей, смешивание компонентов, экструзию. В зависимости от настройки технологического оборудования получают или гранулы вторичного полимера или длинномерные изделия.

Гранулируют вторичное полимерное сырье с целью выравнивания свойств полимера, при этом агломерат или дробленку пропускают через экструдер. В процессе гранулирования в материал могут быть добавлены наполнители, модификаторы, красители. Гранулат направляется в накопитель для последующего производства потребительских изделий или загружается в тару и отправляется заказчику.

Длинномерные изделия (трубы, брус, доски) являются конечным продуктом ГПС. После экструзии эти изделия подвергают доработке (обрезке в размер), упаковке и отправляют потребителю.

В подсистеме производства строительных материалов (черепицы, стеновых блоков, досок и т. п.) используется метод горячего прессования. При этом сырье проходит следующие стадии переработки: доставку компонентов от накопителей, подогрев (если это предусмотрено технологией), смешивание, прессование, доработку изделия, упаковку и отгрузку.

В подсистеме производства листов, плит, панелей сырье проходит следующие стадии переработки: доставку компонентов от накопителей, каландрова-ние, доработку изделия (обрезку его в размер), упаковку и отгрузку.

Если листы предназначаются для

изготовления из них изделий методом штамповки, то их направляют в накопитель.

Четвертый уровень переработки вторичных полимеров включает в себя две подсистемы: производства штучных изделий и производства штампованных из листа изделий. Функциональноцелевые структуры этих подсистем представлены на рис. 7.

В подсистеме производства штучных изделий используют традиционное технологическое оборудование: термопласт-автоматы, выдувные автоматы. Здесь выполняются следующие стадии переработки: доставка сырья, литье, доработка изделия, контроль, упаковка и отгрузка потребителю. Следует отметить, что вторичное полимерное сырье обладает менее стабильными свойствами, чем первичное. Неравномерность усадки при остывании приводит к изменению размеров, поэтому изделия должны проходить сплошной контроль с последующей отбраковкой. Производственная подсистема должна быть снабжена высокопроизводительным и надежным контрольным оборудованием.

В подсистеме производства штампованных изделий из листа должны быть предусмотрены такие технологические операции: доставка листа, штамповка изделия, контроль, упаковка и отгрузка потребителю.

При разработке структуры перерабатывающего предприятия следует учитывать потенциальные объ-

Подсистема производства гранул и длинномерных изделий

Подсистема производства строительных материалов

Доставка

компонентов от

накопителен

1 2 ... п

Доставка

компонентов от

накопителен

1 2 ... п

Подогрев

Смешивание

Прессование

+

Доработка изделий

Упаковка

♦

Отгрузка

Доставка

компонентов от

накопителен

1 2 ... п

Смешивание

Каландрование

Доработка изделий

Упаковка

Отгрузка

Рис. 6. Функционально-целевые структуры подсистем третьего уровня ГПС

Рис. 7. Функционально-целевые структуры подсистем четвертого уровня ГПС

емы сырья, образующегося в регионе. Можно, конечно, ориентироваться на привозное сырье, но это положительно не скажется на экологии региона.

При формировании структуры сельского перерабатывающего предприятия можно ограничиться вторым уровнем переработки. Для крупных сельских поселений с объемом образования полимерных отходов свыше 100 т в год в структуре перерабатывающего предприятия целесообразно иметь одну подсистему третьего уровня. В областном центре и районных городах, где объем образования полимерных отходов превышает 300 т в год, следует располагать предприятие с подсистемами всех четырех уровней.

Список литературы

1. Азбель, В.О. Гибкое автоматическое производство / В.О. Азбель [и др.]; Под общ. ред. С.А. Майорова, Г.В. Орловского. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. — 376 с.

2. Астанин, В.К. Технология мониторинга и рецик-линга полимеров: математические аспекты: монография / В.К. Астанин. — Воронеж: УГАУ, 2006. — 120 с.

УДК 169.175.5/8

В.К. Астанин, канд. техн. наук, доцент

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки»

обоснование рационального технологического маршрута переработки отслуживших пластмассовых изделий гибкой производственной системой

Гибкость технологии определяется способностью производства выпускать продукцию нескольких видов с минимальной переналадкой технологического оборудования или вовсе без переналадки. При этом существенное значение имеет выбор выпускаемого изделия и вид сырья, из которого это изделие будет изготовлено [1].

Вторичное полимерное сырье характеризуется неоднородностью морфологической структуры и состава, различной степенью деструкции, нестабильностью механических и химических характеристик. Гибкая технологическая система должна обеспечивать переработку сырья с максимально широким диапазоном свойств.

Изделия, которые может выпускать гибкая технологическая линия, следует разделить по уровням приоритетности, характеризующимся прибыльностью изделия, рыночным спросом, оборачиваемо-

108

стью капиталовложений и другими показателями. Для установления уровня приоритетности изделия необходимы маркетинговые исследования.

Физико-механические свойства и стоимость сырья существенно влияют на трудоемкость, энергоемкость и себестоимость продукции. При этом имеется в виду, что качественные характеристики выпускаемого изделия, независимо от свойств сырья и технологии его переработки, должны сохраняться в пределах требований технических условий на изделие.

Таким образом, к исходным данным для выбора технологического маршрута относятся само выпускаемое изделие, сырье и, конечно же, возможности технологической линии.

Маршрут переработки представляет собой последовательность технологических операций, обеспечивающих преобразование сырья в проме-