§ 6. Определение производительности и эффективности работы оборудования технологических линий

Сформированные партии зерна из силосов периодически через определенный промежуток времени направляют на обработку, т. е. очистку, сушку, хранение и отгрузку. Распределение потоков зерна осуществляется через нории, число которых N_H ограничено (обычно N_H = 3...5). Следовательно, для измерения режима обработки (перехода на обработку следующей партии зерна) необходимо учитывать загру­женность нории, что ведет к прекращению перемещения в данную норию всех остальных партий зерна.

Из многочисленных вариантов загрузки оборудования при обра­ботке зерна (после накопительного силоса) рассмотрим основные, которые встречаются в практической деятельности хлебоприемных предприятий и могут служить основой для оценки производительности и эффективности работы как отдельных производственных участков, так и всей технологической линии.

Пусть одна из норий подает зерно к-й партии на очистку, а осталь­ные заняты другими партиями зерна. Так как при 3toivj подсепаратор- ные бункера Е_сп не могут освобождаться,, нория будет работать непре­рывно столько времени Г_сн, сколько понадобиться для заполнения надсепараторных бункеров (в большинстве случаев Е_сн =Е_СП) . При этом необходимо иметь в виду, что сепараторы могут работать, их число N_ck и суммарная производительность при обработке к-й партии меньше производительности Q_H нории или для заполнения подсепараторных и надсепараторных бункеров имеем соотношение

XckQ_cK_ck>Q_H, (XII-35)

где К_ск - коэффициент загрузки сепаратора, зависящийот партии зерна.

В этом случае половину времени Г_сн сепараторы должны простаи­вать, чтобы не переполнить Е_сп. Сепараторы снова станут работать, как только начнется освобождение подсепараторных бункеров.

В первом варианте, когда

^NckQ_cK_ck < Q_H, (XII-36)

должно вьшолняться неравенство ^Nck

Qu Т_сп + Б Е_{ы 1к} ф_к - Т_сн Q_c К_ск N_ck < (XII-37)

г=1

где E_q} остаточный объем надсепараторных бункеров, занятый зерном к мо­менту включения нории.

Отсюда, пренебрегая E₀j, т. е. завьпиая время работы нории, при заданной величине надсепараторных бункеров получим

(т \ < ^{Nck Е}°^{п 7к} (XII-38)

од/шах _п м n г ' Qн - ^Nck Qc^Kck

При загруженной нории, когда не могут освобождаться подсепара- торные бункера, должно быть выполнено еще одно условие с учетом удаления части сорных примесей:

С_к

^Тся Qc ^Кск (1 - < ^Есп 7к h>

откуда

(Т) < ^Е°^{п П Фк} (XII-39)

V^J сн/ шах Си ^v

Q,K_ck (1

^{с СК} 100

Из двух значений (XII-38) и (XII-39) нужно выбрать меньшее, чтобы не противоречить второму неравенству. Равенство этих двух величин, обеспечивающее непротиворечивую загрузку над- и подсепа- раторных бункеров с учетом Е_сн =Е_СП возможно при выполнении усло­вия

— ^{= N}ck ^Kck (2- —),

Q_c ^{CK CK V} 100⁷

т. е. практически легко достижимо, поскольку значение C^j 100 неве­лико и слабо влияет, а остальные величины могут быть оценены за­ранее.

Возможность повторной очистки зерна в данном случае не учиты­валось. Равенство (XII-40) можно использовать и для выбора числа N_ck сепараторов, обрабатывающих к-ю партию зерна.

Во втором варианте при выполнении условия (XII-35) время Г_сн работы нории определится из неравенства

Т_сн < 2 ^N°^{k Em %} *^к . (XII-41)

^бн 145Полученные соотношения верны только для больших партий зерна, когда его общее количество не меньше Q_H Г_сн. В противном случае время работы нории будет определяться объемом такой партии.

Следовательно, загрузка сепараторов определяется технологичес­кой целесообразностью и зависит от различных участков линии. А это значит, что в принципе нельзя найти универсальный коэффициент ис­пользования оборудования, который должен определяться в каждом случае в зависимости от работы линии и ее структурной схемы в целом.

При переключении нории на подачу очищенного зерна на сушку (хранение или отгрузку) начинаются опорожнение подсепараторных бункеров и очистка зерна, накопленного в надсепараторных бункерах. Очевидно, нория на этой операции будет занята столько же времени, устанавливаемого зависимостью (XII-41), а сепараторы — его половину:

_т^ ₌ ^Nck ^Еся 7к *к (XII-42)

Он

Таким образом, при выполнении условия (XII-35) сепараторы простаивают половину времени, т. е. такой режим невыгоден для линии очистки. Но при этом режиме быстрее всего опорожняются накопи­тельные силосы при приемке зерна с автомобильного транспорта. От­сюда следует также, что для лучшего использования сепараторов обя­зательно условие, определяемое формулой (XII-36).

Пусть, например, выполнено условие

^Nck Qc ^Кск < ■ (ХН-43)

Тогда значение формулы (XII-38) будет меньше по сравнению с (XII-39) и, следовательно, заполнение надсепараторных бункеров закон­чится раньше, чем подсепараторных, т. е. после отключения нории от этого участка сепараторы могут еще работать в течение времени, равного разности (XII-39) и (XII-38).

Если время, определяемое формулой (XII-38), принять за период переключения нории, то в этом случае отношение времени работы сепа­раторов ко времени цикла (т Т_сн) будет равно

К_э = ^NckQc^Kck (XII44)

™"ckQc*ck (1-

Число m > 2 (m> 2 при соблюдении неравенства XII-43) учитывает возможность перехода нории на обслуживание другого сепаратора (или другой технологической операции) и должно иметь такое значение, чтобы полное время цикла, т. е. m значений, определяемое формулой (XII-38), превосходило время, определяемое формулой (XII-39), плюс время опорожнения подсепараторных бункеров. 146

С учетом выше приведенных формул для определения величины т сначала решается уравнение (XII-38), затем (XII-39). После этого берется отношение (XII-39) / (XII-38), округляется до целого числа b и к этому числу Ъ прибавляется единица, т. е. т =b + 1. Таким обра­зом, устанавливается полное время цикла, т. е. т значений, учитываю­щего возможность перехода нории на обслуживание другой техноло­гической операции.

Обозначая для удобства отношение

>

^Nck Qc^Kck

которое согласно формуле (XII-43) удовлетворяет неравенству Q > 2, из (XII-44) получим К₃ — коэффициент, учитывающий загрузку части линии очистки в зависимости от партии зерна и работы других участков.

К₃ = <LL± . (XII-45)

^Ск

т (1 ^ — 100

Как видно из содержания уравнения (XII-45), коэффициент загруз­ки поточной линии во многом определяется значением Q_H, а точнее

QJQc

Для повышения коэффициента загрузки К₃, а следовательно, и коэффициента использования К_и поточной линии целесообразно увели­чить QJQ_C.

Если из-за большой засоренности зерна требуется его повторная очистка, целесообразно переключение нории через время, определяемое формулой (XII-41), которое соответствует времени очистки этой пор­ции зерна, т. е. в этом случае сепараторы будут работать непрерывно в течение времени п_ск Т_ск (п_ск — число повторных циклов очистки), а вынужденный простой будет на последнем этапе, когда нория будет занята опорожнением подсепараторных бункеров. Конечно, при точном учете потерь времени нужно вносить поправки на время включения и выключения машин, время разгона и останова и т. д.

Таким образом, с определенным приближением можно считать, что в режиме повторной очистки только один промежуток времени Т_ск является необходимым, а остальные п_ск — 1 повторов и последний отрезок времени простоя следует отнести к производственным поте­рям, т. е. в этом случае отношение времени полезного использования сепаратора к общему времени равно

К; = . (XII-46)

Так как работа нории связана и с другими участками технологи­ческой линии, она в течение некоторого времени не обслуживает рас­сматриваемую операцию. Для оценки этой величины можно использо­вать формулы типа (XII-38)... (XII-42), полученные для других опера­ций. Но так как этих операций много, режимы работы каждого участка зависят от партий зерна, т. е. определяются неоднозначно. Кроме того, сами значения Т_ож для разных операций заметно различаются, время Т_ож нужно рассматривать как дискретную случайную величину. С уче­том этого времени для уменьшения неоправданных простоев сепара­тора его накопительные надсепараторные бункера должны иметь объем

*СН > —£?с Г_ож (XII-47)

ik h

При возможных случайных задержках, обусловленных нарушением режима разгрузки бункеров, транспортирования, время Т_ож соответст­венно увеличивается. Поэтому в формуле (XII47) значение Г_ож берется по статистическим данным.

Из-за сложных взаимосвязей между отдельными участками техно­логической линии, а также с учетом особенностей каждой партии зерна, которые оказывают определяющее значение на весь процесс обработки, неизбежны вынужденные перерывы в работе сепараторов. Следователь­но, даже в случае полной работоспособности каждого сепаратора линия очистки полностью не используется, т. е. ее производительность всегда ниже паспортной.

Для оценки эффективности действия технологической линии обычно принимается коэффициент К_и использования оборудования, который в зависимости от подхода определяется различными формулами, но во всех случаях имеет один смысл: это отношение полезной работы к той, которую оборудование могло бы проделать.

Как было показано выше, в зависимости от режима работы поточ­ной линии очистки, даже без учета случайных остановок, относительное время (определяемое выражением К₃) продуктивной работы сепарато­ров изменяется от величины, определяемой формулой (XII-45) до зна­чения 0,5:

. 0,5 < К. < ¹ (ХП48)

^ск

m (1 —)

100

В случае проведения повторной очистки (и_ск >1) согласно формуле (XII-46) это время полезного использования сепараторов еще умень­шится в п_с£ + 1 раз. Для удобства будем использовать обозначение

*Ц = —Ц-г- (п_ск > 1), (XII49)

^пск ^{+ 1}

подразумевая под этим коэффициент циклов, равный (XII49) при п_ск > 1 и равный 1 при отсутствии повторной очистки.

Вводя коэффициенты (XII48) и (XII49) и проводя суммирование по всем сепараторам, для коэффициента использования линии очистки можно написать

^Nuc N_ck

К_ис = ^k-¹ , (XII-50)

£ Qd /=1

где Л^г_пс - число партий зерна, поступивших на очистку.

В формуле (XII-50) производительность сепараторов Q_ci введена под знак суммы, чтобы учесть возможность использования сепараторов с различными производительностями при обработке отдельных партий зерна.

При этом очевидно, что

S X_ck=N_c,

k=1

если используются все сепараторы.

Общее число N_c сепараторов делится по партиям, которых N_nc на каждую партию отводится N_ck сепараторов, т. е. сумма должна сов­падать. То же самое рассуждение относится к сушке.

В том случае, когда производительность всех сепараторов одина­кова, формула (XII-50) упрощается:

N

*ис = К_зк К_цк К_ск. (ХН-51)

N_c к=1

С зачетом всех возможных задержек, а также влияния характеристик партий зерна суммарную производительность линии очистки на выходе можно записать в виде

N_uc N_ck q

2 2 K_3i К _k K_ck Q_d (1 - _£_). (XII-52)

k=1 i=l 100

Определяемое формулой (XII-52) количество зерна в единицу времени после очистки поступает на другие операции технологического процесса — на сушку, хранение или отгрузку. Поэтому основные пока­затели последующих операций, в том числе оценочный коэффициент К_я, будут определяться аналогично операции очистки зерна.

В соответствии с рассмотренным вариантом — приемка — очистка — сушка проследим дальнейшее продвижение зерна и определение оценоч­ного коэффициента К_и технологической операции сушки зерна.

При обработке с подачей зерна в зерносушилку в потоке — прием­ка — очистка — сушка сокращение времени транспортирования (непроиз­водительные потери времени) по сравнению с обработкой зерна не в потоке составляет примерно 7 %, что эквивалентно увеличению произ­водительности сушки. Данное обстоятельство обусловливает преиму­щество сушки зерна в потоке на технологических операциях.

Обозначая это увеличение производительности 7_В, производитель­ность одной зерносушилки Q_B> их число iV_B и К_в (коэффициент пере­вода физических тонн в плановые) с учетом формулы (XII-52) можно написать

2 K_BiQ_Bi C_Bi (1+-^-) >22 K_ckK_3i х (XII-53)

1=1 100 к=1 1=1

Смысл и значение коэффициента С_в/- будут рассмотрены ниже.

Знак неравенства означает, что для полного использования линии очистки суммарная производительность линии сушки должна удовлет­ворять условию (XII-53).

Если зерно из приемного накопительного силоса поступает на сушку, минуя очистку, то получим соотношения, аналогичные (XII-23)... (XII-24).

В частности, для объема надсушильных бункеров справедливо ог­раничение

> е_в Г_ож , (XII-54)

Ук V к

указывающее минимально возможный объем этих бункеров для обес­печения непрерывной работы сушилки. Время Г_ож отключения нории от рассматриваемой операции зависит от многих причин, в том числе и случайных, и поэтому должно определяться с учетом перемещения норией предполагаемого объема зерна и вероятных потерь времени, устанавливаемых статистическими методами.

В процессе сушки удаляемое количество влаги может заметно сказаться на массе просушенного зерна, что учитывается введением множителя 1 w/100. Однако при сушке в потоке объемы сырого и сухого зерна различаются незначительно. Поэтому нет никаких осно­ваний отдавать предпочтение надсушильным и подсушильным бункерам и целесообразно выбирать их равнозначными, т. е. считать Е_вп = Е_вн.

При бесперебойной работе зерносушилок суммарная производи­тельность линии сушки равна^NUB Х_вк

2 Б Q_Bi К_вк, к=1 i=i ^{ы ЪК}

где N_Bk — число сушилок, обрабатывающих к-ю партию зерна; 7У_ПВ - число пар­тий зерна, поступивших на линию сушки.

Так как и в этом случае возможны задержки, связанные с другими участками поточной линии (например, если нория занята на линии очист­ки или подачи зерна на хранение), следует ввести коэффициент задерж­ки, аналогичный К_э. Но сушилки обладают большой инерционностью и после включения в течение некоторого времени At выходят на рабочий режим. Поэтому, если в сутки сушилка простаивает время Т_в и произ­водится п_в ее включений, вместо К_ъ целесообразно ввести коэффициент

С = ²⁴ ~ ^Гв - "в" (XII-55)

^в 24

который по средним значениям п_в> Т_в (ч) и At (ч) определяет относи­тельную долю рабочего времени в сутки.

При этом производительность линии сушки определяется выраже­нием

С. П. ПУЧКОВ, А. И. СТАРОДУБЦЕВА 1

Относительная длажность Воздуха, °/о 8

| Bp^s^-Я. ^{Р а} 70

> 0. 7

Xt 2 E„ 8

К, = ¹⁰⁰ - ^{1 100} "■⁷ = 0,22. 18

L 23

ЛПП гптп гтттп 23

R_r ~ SIL, 34

ш 51

n_q = 1 IK_q, 101

w_c = W/M_c. 126

Е = -ДГ1п<£, 126

QBi

1=1

где N_B - общее число сушилок.

Если их производительность и другие параметры одинаковы, из (XII-57) получим более простое выражение

(XII-58)

N_B k=1

При этом число А^Т_1Ш одновременно обрабатываемых партий огра­ничивается условием

Если обработка зерна осуществляется по схеме приемка — очист­ка — сушка в потоке, то, как было отмечено выше, производительность зерносушилок увеличивается, т. е. формулу (XII-57) нужно представить в следующем виде:

^пв ^ьк Тв i

2 &вк ^Е Qju ^Свi (1 ⁺ )

_К = ^{k=l i=l 100} (XII-59)

N_B

бы

При постоянных значениях Q_Bi, 7_В/ и C_Bi выражение формулы (XII-59) приобретает следующий вид:

*ИВ = — 2 K_BkN_Bk С_в (1 + ). (XII-60)

N_B k=l ^{К ВЛ} ЮО

Применительно к линии очистки (вводя обозначение 7_С — увеличе­ние производительности линии очистки за счет обработки зерна в пото­ке) формула (XII-60) примет вид

м

1 ИС У

*ис = _kl_x N_ck К_зк К_цк К_ск (1 + . (ХИ-61)

Таким образом, формулы К_т и К_ж учитывают основные особен­ности технологических линий, которые определяют эксплуатационную производительность оборудования.

После удаления избыточной влаги на следующую операцию с линии сушки в единицу времени поступает зерна

^ив vv/, ^в к

s К_вк (1- -JL_) 2) Q _t C_Bi. (XII-62)

к=1 ^ЪК 100 /=1 ^{BI BI}

В режиме работы поточной линии сушка — очистка это количество зерна должно полностью без задержек обрабатываться на линии очистки. С учетом 7_С (увеличение производительности сепараторов) и уравнения (XII-62) можно написать

■^пс N_ck у .

2 2 K_ckK_3iK_ukQ_ci (1+—Hi-) >

_k=l i ^{ск 31 V} ЮО ' (XII.63)

N

пв _w ^NB к

> 2 К_вк( 1 *-) 2 Q_Bi C_Bi.

к=1 ^В 100 /=1 ^{в/ вг}

Если принять для w, К_ък> С_В1- и 7_BZ- постоянные значения (максималь­ные для w и 7_вг- и средние для двух других коэффициентов), то из (XII-53) и (XII-63) найдем неравенство

Си

-^пс к ъ. К • К и * 100 ^В

2 2 ^{ск 31} Л. < 2 <2_В/ <

Л=1 /=1 с_{в 1+} ]т_ t=1 (XII-64)

1001 +

100 100

2 2 к=1 /=1

<

<3*

*в ^св

Это неравенство дает оценку потребной производительности суши­лок при заданной технологической мощности линии очистки для различ­ных партий зерна.

Аналогично при постоянных значениях 7_С, С, К_ск и К₃ получи

м

^wk 100

1 -

JV,

пв 2

Oct

2 i=l

Q*

<

(XII-65)

1 +

^Кък ^св/

2 -

к=1 i=l К а К_зк К_ц

_к

100

Ув i 100

1 +

^Кък ^свг

а,

1 -

пв ^ък 2 2 -

Л=1 /=1 K_3i К_п

_к

100

Неравенства (XII-64) и (XII-65) указывают также значение произ- водительностей технологических линий, рассчитанные на экстремаль­ные условия, т. е. способных работать при повышенных значениях влаж­ности и засоренности. В обычных условиях такие линии будут работать с запасом.

Полученные математические уравнения (XII-35) ...(XII-65) характе­ризуют зависимость основных параметров участков "Очистка зерна" и "Сушка зерна" поточной линии от различных факторов после нако­пительной вместимости.

Коэффициенты использования (или коэффициенты загрузки), определяемые уравнениями (XII-44), (XII-55), (XII-60) и (XII-61), данных участков в конечном итоге являются основой оценки эффектив­ности использования оборудования при очистке и сушке зерна.

Таким образом, математическое описание процесса послеубороч

­

ной обработки зерна позволило найти переходные зависимости, увязы­вающие параметры управления с входными и выходными параметрами. Полученные формулы дают возможность более полно использовать существующие методы расчета отдельных технологических операций поточных линий, устанавливая связь между различными этапами обра­ботки зерна. Кроме того, позволяют осуществить системный научно обоснованный расчет и анализ как существующих, так и вновь проекти­руемых технологических линий приемки и обработки зерна. Универсаль­ность полученных аналитических зависимостей дает возможность ис­пользовать их в многочисленных вариантах расчета и анализа техноло­гических линий.