Совершенствование сепаратора молока с обоснованием и разработкой безредукторного привода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Дружинина, Елена Сергеевна

• Дружинина, Елена Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дружинина, Елена Сергеевна

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Характеристика современного уровня развития молочных перерабатывающих производств.

Т 1.2 Особенности и требования к работе сепараторов-разделителей.

1.3 Краткая характеристика и особенности продукта разделения.

1.4 Характеристики технологий и технических средств, используемых для разделения молока.

1.5 Достоинства и недостатки современных средств разделения.

1.6 Цель и задачи исследования.

Глава 2. Теоретическое обоснование процесса разделения и очистки молока и конструктивно-технологических параметров рабочих органов сепаратора-разделителя-очистителя

2.1 Теоретическое исследование процесса сепарирования и обоснование его основных параметров.

2.2 Определение диаметра отверстий сопла в целях создания вращающего момента.

2.3 Условие предупреждения критических резонансных частот.

2.4 Анализ вращения тела с постоянно изменяющейся массой молока.

2.5 Анализ вращения тела с постоянно разделяемой массой.,.

2.6 Условие невозможности встречи струи с сопловым выступом.

2.7 Влияние угловой скорости барабана на расход через сопла.

Глава 3. Исследование процесса разделения молока

3.1 Планирование эксперимента.

3.2 Общая методика экспериментальных исследований реактивного гидропривода.

3.3 Описание и принцип действия лабораторной установки.

3.4 Методика и техника эксперимента.

3.4.1 Запись частоты вращения барабана.

3.4.2 Технология приготовления рабочей жидкости.

3.4.3 Определение эффективности разделения.

Глава 4. Экспериментальная оценка воздействия выбранных факторов на выходные параметры технологического процесса

4.1 Влияние факторов на производительность сепаратора при разделении рабочей жидкости на составляющие.

4.2 Дейс твие факторов иа частоту вращения барабана сепаратора.

4.3 Влияние факторов иа разделяемость суспензии.

4.4 Влияние факторов на время разгона, необходимое для достижения рабочей частоты вращения.

Глава 5. Экономическая эффективность разработки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование сепаратора молока с обоснованием и разработкой безредукторного привода»

Натуральное молоко в России используется следующим образом: на производство цельномолочной продукции направляется около 42 % заготовляемого молока, около 46% масла, 7 -8 % сыра, 5% молочных консервов /55/. По неофициальным данным около 20% молока «теряется» на стадии производства и переработки - крайне низка глубина переработки молока, практически не используются так называемые «вторичные ресурсы» (сыворотка, обезжиренное молоко, пахта).

Северо - Западный регион характеризуется наиболее интенсивным развитием молочного скотоводства с ярко выраженной специализацией производства цельномолочной продукции. Молочному направлению скотоводства соответствует структура стада с удельным весом коров 60% и выше. Ремонтный сверхремонтный молодняк выращивается в специализированных фермах и хозяйствах. Для региона характерна высокая распаханность земель и ограничение площади природных кормовых угодий.

Основными производителями молока и мяса КРС являются фермы общественного сектора, где производится 52-53% молока, а также личные подсобные хозяйства (ЛПХ).

При этом удельный вес ЛПХ в производстве молока в 1996 г. составил 45%/55/.

Первая группа товаропроизводителей относится к числу крупных сельхозпредприятий. Их количество составляет 30, 6 тыс. предприятий (колхозы, совхозы, акционерные общества, агрофирмы и т. д.), которые поставляют 90% товарной продукции.

Вторая группа товаропроизводителей - около 13 млн. личных подсобных хозяйств жителей сел и небольших городов. Продукция ЛПХ в основном используется для собственного потребления и только некоторая часть ее является товарной.

Третья группа товаропроизводителей - 269 тыс. крестьянских (фермерских) хозяйств. В среднем на одно фермерское хозяйство приходится 42 га всей земли.

Первая группа товаропроизводителей (сельхозпредприятия) имеет 36, 2 млн. голов крупного рогатого скота, в том числе 12,8 млн. коров. Средний удой на фуражную корову составляет 2250 кг, валовое производство молока - 29,9 млн. т.

В личных подсобных и крестьянских хозяйствах содержится 12,7 млн. голов крупного рогатого скота, в том числе 7 млн. коров. Они производят 35,7% молока.

Первая группа товаропроизводителей практически обеспечена капитальными животноводческими помещениями. Уровень комплексной механизации зависит от размера ферм. На фермах с поголовьем до 100 коров производственные процессы механизированы на 17,5%, от 101 - 200 коров - на 36,7%, от 201 до 400 коров - на 41,5%. Практически полностью механизировано доение коров и поение скота. Уровень механизации раздачи кормов и уборки навоза - на 64 и 88% /55/.

Животноводческие фермы личных подсобных хозяйств (вторая группа товаропроизводителей) характеризуется малыми размерами, имеют до пяти собственных коров и приплод, а также другие виды животных. Производственные процессы на фермах выполняются вручную.

Самой сложной и трудноразрешимой проблемой в крестьянских хозяйствах является обеспечение сельскохозяйственной техникой, машинами и оборудованием. Промышленность практически еще не освоила выпуск специализированной техники для животноводства фермерских хозяйств. Поэтому уровень механизации в этих хозяйствах очень низок.

Современное неудовлетворительное состояние оснащения ферм, необходимость повышения конкурентоспособности отечественной продукции требуют разработки более совершенных средств механизации. Создание и внедрение новых технологий и технических средств, пригодных как для вновь строящихся ферм и комплексов, так и для существующих помещений коллективных и фермерских хозяйств.

Такие технологии должны базироваться на самых современных достижениях инженерной, зоотехнической и биологической науки, что позволяет повышать производительность и облегчать труд обслуживающего персонала.

Поэтому целью диссертационной работы является совершенствование сепаратора молока с обоснованием и разработкой безредукторного привода.

По результатам исследования на защиту выносятся следующие положения: теоретические предпосылки по обоснованию технологических, конструктивных и режимных параметров сепаратора-разделителя (очистителя); математические модели рабочего процесса и рациональных параметров сепаратора; практические результаты выполненных исследований и их энергетическая и экономическая эффективность; конструкция сепаратора для разделения молока на фракции для J UIX, фермерских хозяйств и малых ферм.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Дружинина, Елена Сергеевна

Основные выводы

1. Результаты патентного поиска и литературного обзора показали, что применяемые в настоящее время для разделения и очистки молока сепараторы обладают высокой энерго- и металлоемкостью и по ряду конструктивных параметров не соответствуют условиям эксплуатации, характерным для фермерских хозяйств, в особенности при содержании молочного поголовья на пастбищах.

2. Разработана новая конструкция гидроприводного сепаратора, включающего барабан, установленный на неподвижной полой оси, разделенной внутри перегородкой на верхнюю и нижнюю части с отверстиями. Нижняя часть оси служит для подвода молока в барабан с радиальными трубками в его основании, выведенными наружу под прямым углом. На их концах смонтированы сопла, благодаря которым при подаче молока под давлением в полость барабана создается реактивная тяга для его вращения. Верхняя часть служит для вывода сливок (патент № 2201806).

3. В результате теоретических исследований установлена производительность сепаратора (2.90) зависящая, в том числе от таких конструктивных параметров, как количество и диаметр сопел.

4. Из анализа полученной зависимости (2.90) производительности гидроприводного сепаратора от конструктивных параметров, следует, что рост производительности, может быть достигнут за счет изменения диаметра сопла с 1,0 мм до 2,0 мм и при количестве сопел с 4 до 2.

5. На основании результатов экспериментальных исследований выявлено, что процесс сепарирования наиболее эффективен при следующих оптимальных сочетаниях конструктивных параметров: диаметр сопла d=l,5 мм, количество сопел т=2. Давление в системе 0,11 МПа, при этом обеспечивается время разгона 2,0. .2,5 мин.

6. Разработана номограмма для установления рабочих параметров, обеспечивающих эффективную работу сепаратора в различных технологических режимах его использования и при различных исходных параметрах.

7. Разработаны поточно-технологические линии для трех технологических режимов: первичной обработки молока (работа сепаратора в режиме очистки); первичной обработки молока в случае эпизоотии (работа сепаратора в режиме очистки); первичной переработки молока (работа сепаратора в режиме очистки и сливкоотделения).

8. Сравнительные испытания показали, что применение гидроприводного сепаратора обеспечивает снижение приведенных затрат до 19 % при годовом экономическом эффекте в размере 11000 рублей - его использовании в линиях первичной обработки и 46500 рублей - при его использовании в линиях первичной переработки молока. Суммарные затраты мощности в установившемся режиме при сравнении с существующим сепаратором аналогичной производительности снижаются на 8. 10%. Металлоемкость снижена на 30. .35%.

9. Испытания осуществлены в производственных условиях в 2004-2005 г. г. в перерабатывающем мини-предприятии молочного комплекса ЗАО «Великолукское» Великолукского района Псковской области.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дружинина, Елена Сергеевна, 2006 год

1. Авторское свидетельство № 591229 (СССР). Центрифуга для разделения полидисперсных жидкостных систем./ Б. X. Гайтов, В. В. Магеровский, А. А. Яценко, С. Г. Горбунов. Б. И., 1978, №5.

2. Авторское свидетельство № 729757 (СССР). Самотормозящийся асинхронный электродвигатель./ Б. X. Гайтов. Б. И. 1982, №48.

3. Авторское свидетельство №567500 (СССР). Бесприводный сепаратор./ Б. X. Гайтов, А. А. Яценко. Б. И., 1977, №29.

4. Авторское свидетельство №721124 (СССР). Центрифуга для разделения полидисперсных жидкостных систем./ Б. X. Гайтов. Б. И., 1980, №10.

5. Авторское свидетельство № 806130 (СССР). Центрифуга для разделения полидисперсных жидкостных систем./ Б. X. Гайтов, С. Г. Горбунов, Ю. П. Андреев, А. В. Косолапов. Б. И., 1981, №7.

6. Авторское свидетельство № 640339 (СССР). Способ изготовления магнитопровода самотормозящегося асинхронного электродвигателя./ Б. X. Гайтов.-Б. И., 1978, №48.

7. Авторское свидетельство № 636033 (СССР). Сепаратор для разделения полидисперсных систем./ Б. X. Гайтов, С. Г. Горбунов, Ю. П., В. Р. Мелихов, Л. П. Исраилов, Ю. П. Андреев. Б. И., 1978, №45.

8. Авторское свидетельство № 642004 (СССР). Способ уравновешивания барабана сепаратора при запуске и остановке./ В. В. Магеровский, Б. X. Гайтов, Г. Г. Ранев, А. А. Яценко. Б. И., 1979, № 2.

9. Авторское свидетельство № 745542 (СССР). Сепаратор для разделения полидисперсных систем./ Б. X. Гайтов, С. Г. Горбунов, Ю. П. Андреев. Б. И. ,1980, №25.

10. Авторское свидетельство № 525475 (СССР). Центрифуга для разделения полидисперсных жидкостных систем./ Б. X. Гайтов, В. В. Магеровский. Б. И. ,1976, №31.

11. Атраментов А.Г. Совершенствование первичной обработки молока. М.: Агропромиздат, 1990. - 60 с.

12. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В., Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 280 с.

13. Ананьин А. Д. Бизнес планирование в дипломных проектах по механизации производства и переработки продукции животноводства. - Уфа: БГАУ, 2002. - 105 с.

14. Биркган Ю. Б. Центрифуги, их работа М.: Госмашлитиздат, 1934. - 158 с.

15. Бремер Г. И. Жидкостные сепараторы. М.: Машгиз, 1957. - 243 с.

16. Бремер Г. И. Молочные сепараторы, теория, расчет, конструкция и производство сельхозмашин. М.: Сельхозгиз, 1936. - 356 с.

17. Багиров Б.М. Основы гидрофикации рабочих органов сельскохозяйственных машин. Баку: Элм, 1988. - 168 с.

18. Барабанщиков Н. В. Качество молока и молочных продуктов. М.: Колос, 1980.-90 с.

19. Волчков И. И. Обобщающий доклад о выполненных работах по созданию оригинальных конструкций машин и изобретениях, внедренных в молочной промышленности, представленных на соискание ученой степени к. т. н. М.: Пищепромиздат, 1963. - 125 с.

20. Волочков И.И. Сепараторы для молока и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1975. - 140 с.

21. Вагин Б. И., Побединский В. М. Практикум по механизации животноводческих ферм. Л.: Колос, 1983. - 196 с.

22. Валге А. М., Обработка экспериментальных данных и моделирование динамических систем при проведении иследований по механизации сельскохозяйственного производства. Санкт-Петербург: ГНУ СЗНИИМЭСХ, 2002.-173 с.

23. Веденяпин Г. В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973. -195 с.

24. Васильев JI. Г. Гигиеническое и противоэпидемическое обеспечение производства молока и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1990.-117 с.

25. Власов Н. С. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1968. 128 с.

26. Гайтов Б. X. Управляемые двигатели-машины. М.: Машиностроение, 1981.- 183 с.

27. Гайтов Б. X. исследование о обоснование рационального электропривода молочных центрифуг. Автореф.дисс. . канд. техн. наук. М., 1965. - 20 с.

28. Гидроприводы сельскохозяйственных машин./ Под ред. И. А. Немировского. Киев.: Техника, 1979. - 140 с.

29. Гузенков П. Г. Детали машин. М.: Высшая школа, 1986. - 359 с.

30. Грановский В. А., Сирая Т. Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. Л.: Энергоатом издат, 1990. - С. 18-72.

31. Гальперин Д. Н. Оборудование молочных предприятий: монтаж, наладка и ремонт. Справочник. Ь.: Агропромиздат, 1990. - 352 с.

32. Григорьев М. А. Очистка масла в двигателях внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1983. - 148 с.

33. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. / Под ред. Т. М. Башта.

34. Горбатов А. В. Гидравлика и гидравлические машины для пластично-вязких мясных и молочных продуктов.

35. Гусейнов Р.Г., Шилин В. А., Дружинина Е. С. Совершенствование методов сепарирования молока. //Сб. науч. тр./ По материалымеждународной научно-практической конференции посвященной 25-летию Смоленского сельхозинститута, 1999. С. 63-65.

36. Гусейнов Р. Г., Шилин В. А., Сукиасян С. М., Дружинина Е. С. Экспериментальная установка гидроприводного молочного сепаратора. //Сб. науч. Тр./ Великие Луки, 2001. С. 291-294.

37. Гусейнов Р. Г., Шилин В. А., Сукиасян С. М., Дружинина Е. С. К вопросу исследования сепаратора-сливкоотделителя с гидроприводом. //Сб. науч. тр./ Тезисы XXXIV межвузовской научно-практической конференции. Великие Луки, 2001.-С. 266-269.

38. Гусейнов Р. Г., Шилин В. А., Дружинина Е. С. Сепараторы. Сельский механизатор, №11, 2001. С. 33.

39. Гусейнов Р. Г., Сукиасян С. М., Дружинина Е. С. Контроль технического состояния сепаратора. //Сб. науч. тр./ по материалам научно-практической конференции.- Великие Луки, 2003.

40. Гусейнов Р. Г., Шилин В. А., Дружинина Е. С., Зайцев В. А. Центробежный сепаратор для фермерских хозяйств//Сб. науч. тр. / По материалам научно-практической конференции. Великие Луки, 2006. - Ч. 2. -С. 134-136.

41. Детина А.Ф., Куранов А.Г. Гидропривод машин для животноводства и кормопроизводства, М.: Колос, 1984. 223 е.: ил.

42. Доспехов Б. А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных. М.: Колос, 1972. - 207 с.

43. Дружинина Е. С. Теоретическое обоснование процесса разделения молока в сепараторе с гидроприводом. //Сб. науч. тр./ Наука и передовой опыт -аграрному производству. Великие Луки, 2002. - Ч. 2. - С. 62-72.

44. Жарский М. А. Принципиальные схемы и расчет объемных гидроприводов мобильных машин.

45. Исаев А.П. и др. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов: По спец. «Механизация сельского хозяйства»/А.П. Исаев, Б.И. Сергеев, В.А. Дипур. -М.: Агропромиздат, 1990. 400 е.: ил.

46. Искандарян М. И. Механизация животноводческих ферм./ Методические указания. М.: ВСХИЗО, 1978. - с. 67-73.

47. Иванов М. Н. Детали машин. М.: Высшая школа, 1991, - 383 с.

48. Кук Г. А. Процессы и аппараты молочной промышленности. Том 1. М.: Пищепромиздат, 1955.

49. Кук Г. А. Процессы и аппараты молочной промышленности. Том 2. М.: Пищепромиздат, 1960. - 286 с.

50. Краморов Ю. И. Высокоскоростные машины в сельском хозяйстве. Теория, расчет, конструкция. Краснодар, 1970. 260 с.

51. Кунижев С.М. Новые технологии в производстве молдочных продуктов/ С.М. Кунижев, В.А. Шувалев. М.: Дели принт, 2004. - 202 е.: ил.

52. Коптеев В. В., Богомягких В. А, Трифонова М. Ф. Основы научных исследований и патентоведения. М.: Колос, 1993. - 144 с.

53. Кавецкий Г. В., Васильев Б. В. Процессы и аппараты пищевой технологии. -М.: Колос, 2000. 551 с.

54. Кормановский JI. П., Морозов Н. М., Цой Л. М. Обоснование системы технологий и машин для животноводства. М.: ИК «Родник», ж-л «Аграрная наука», 1999. 228 с.

55. Крусь Г. Н. Технология молока и оборудование предприятий молочной промышленности. М.: Агропромиздат, 1986. - 350 с. ил.

56. Курочкин А. А., Ляшенко В.В. Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства. / Под ред. В. М. Баутина. М.: Колос, 2001.-400 с.

57. Космодемьянский А. А. Курс теоретической механики. М.: Просвещение, 1966. - 395 с.

58. Липатов Н. Н. Сепарирование молока. М.: Пищепромиздат, - 1960. - 255 с.

59. Липатов Н. Н. Сепарирование в молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1971. - 399с.

60. Липатов П. Н. Молокоочистители. М.: Машгтз, 1963. 69 с.

61. Лукьянов Н. А. Теория и расчет молочных сепараторов. М.: Пищепромиздат, 1950. - 131 с.

62. Ловкие 3. В. Гидроприводы сельскохозяйственной техники: конструкция и расчет.

63. Макаров В. А. Ветеринарно-санитарная экспертиза с основами технологии и стандартизации продуктов животноводства. М.: ВО Агропромиздат, 1991. - 464с.

64. Методы контроля заготовляемого молока.// Молочная промышленность. №2. -2005. с.21.

65. Марзаганов А. М. Исследование динамики центрифуг с приводом барабана от ЭД повышенной частоты через гидромуфту: Автореф.дисс. . канд. техн. наук. Орджоникидзе, 1971. - 34 с.

66. Мельников С. В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. -М.: Колос, 1978.-557 с.

67. Мельников С. В., Алешкин В. Р., Рощин П. М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос, 1980. - 168 с.

68. Мельников С. В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. -Л.: Колос, 1978.-560 с.74. . Машины и оборудование для цехов и предприятий малой мощности по переработке сельскохозяйственного сырья. Каталог. М.: Информагротех, 1992. Ч. I.e.

69. Машины и оборудование для цехов и предприятий малой мощности по переработке сельскохозяйственного сырья: Каталог. Ч. 1,- М.: Информагротех, 1992. 257 с.

70. Машины, оборудование, приборы и средства автоматизации для перерабатывающих отраслей АПК: Каталог. Т.1., Ч. 3 «Молочная промышленность». -М.: АгроНИИТЭИИТО, 1990. 258 с.

71. Машины, оборудование, приборы и средства автоматизации для перерабатывающих отраслей АПК: Каталог дополнение. 4.1. - М.: Информагротех, 1995. - 97 с.

72. Милюткин В. А. Машины и оборудование для цехов и предприятий малой мощности по переработке сельскохозяйственного сырья. Самара, 2002. -190 с.

73. Методические рекомендации по определению технико-экономического уровня машин для животноводства. УкрНИИМЭСХ. Киев, 1983. 81 с.

74. Морозов П. М. Программа и методика проведения исследований по разработке систем машин для комплексной механизации животноводства и птицеводства на период 2000 года. М.: ВИЭСХ, 1981.-81 с.

75. Показатели производства молочных продуктов. // Молочная промышленность. №12. 2005. - с.6.

76. Проблемы в энергетики в сельском хозяйстве// Техника и оборудование для села№2,-2001.-с. 16-17.