Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Механизация приготовления кормов. Часть 2. Учебное пособие.pdf
5. Назначение, устройство и работа агрегатов для запаривания
кормов ЗПК-4, АЗК-3 и их основные регулировки.
6. Поясните работу распределительного устройства агрегата
ЗПК-4.
7. Как определить необходимое количество пара и момент окон-
чания запаривания кормов?
8. Как происходит мятие картофеля после его запаривания?
9. Как определить основные конструктивные и технологические
параметры запарников кормов периодического и непрерывного действия?
1.4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДОЗИРОВАНИЯ
Дозирование – это процесс отмеривания заданного количества
материала с требуемой точностью. Степень точности определяется
зоотехническими и технологическими требованиями, а также обосновывается экономическими соображениями. Дорогостоящие и дефицитные комбикорма дозируются с более высокой точностью, чем стебельные и корнеплоды. Наиболее строгую точность дозирования требуется обеспечить при производстве белково-витаминных минеральных добавок, так как малейшее отклонение от норм, предусмотренных
в рецепте для отдельных компонентов, может привести не только
к нарушению пищеварения и заболеванию животных, но даже к их
гибели.
Известны два способа дозирования материалов – объёмное и массовое. В отдельных случаях применяется смешанный способ – объёмно-массовое, когда предварительно отмеривается порция по объёму,
а затем её масса доводится до заданного значения на весовом устройстве. Устройства, предназначенные для отмеривания и выдачи заданной дозы, называются дозаторами.
По характеру протекания процесса дозирование может быть порционным или непрерывным. В технологии приготовления кормов наиболее широкое применение получили объёмный порционный и объёмный непрерывный способы.
Объёмные дозаторы просты по конструкции и в эксплуатации, но
обеспечивают невысокую точность дозирования. Погрешность объёмных дозаторов достигает 10…12%.
Для массового дозирования применяются массовые дозаторы
порционного или непрерывного действия; они могут быть оборудованы средствами автоматического контроля и управления с регистрацией
массы и числа выданных порций. Такие дозаторы позволяют получить
высокую точность дозирования (погрешность составляет – 1…3%),
но они сложны по устройству и дороги.
21
Выбор способа дозирования и типа дозатора зависит от свойств
дозируемых материалов, из которых наиболее существенными являются: объёмная масса, гранулометрический состав сыпучих материалов, углы естественного откоса и обрушения, влажность, склонность к
сводообразованию, слёживаемость, комкуемость и др.
В процессе работы дозаторы должны выполнять следующие
функции.
1. Производить выдачу заданного количества материала (дозы) с
требуемой точностью, т.е. обеспечивать подачу материала в пределах
установленного допуска Qз ± Δ, где Qз – заданная доза; Δ – величина
допуска. Эта задача может иметь следующие варианты решения:
а) без регламентации времени выдачи;
б) с выдачей за минимальное время t
min
;
в) с выдачей за строго определенное время Δt.
2. Обеспечивать расход непрерывным потоком с целью поддер-
жания заданной подачи материала Q(t) ± Δ, выдаваемого за промежуток времени Δt.
3. Обеспечивать заданный расход одного из исходных компонентов смеси.
При объёмном способе дозирования расчётная порция сыпучего
материала определяется по формуле
Q = ρV, (26)
где ρ – объёмная масса материала, кг/м3; V – объём порции, м3.
При постоянном объёме V отмериваемой порции влияние свойств
материала на возможные отклонения действительных значений величины от расчётных оцениваются статистическими характеристиками –
математическим ожиданием M(q) и дисперсией D(q). С изменением
заданного объёма V порции эти характеристики также будут изменяться, что можно выразить зависимостями среднего квадратического отклонения σ(q) или коэффициента вариации ν(q) от заданного объёма
порции, т.е. зависимостями σ = f1(V) и ν = f2(V).
В свою очередь, значение для любого заданного уровня также
может статистически изменяться. Эти изменения обусловлены выбранным способом формирования поверхности площади SV отделяемой дозатором порции заданного объёма.
Различные части общей поверхности формируемого тела могут
быть образованы: площадью жёсткой стенки дозатора S
ственного откоса S
S
, поверхностью, образованной активным рабочим органом дозатора
обр
дозируемого материала, углом его обрушения
е.о
, углом есте-
ж.с
при принудительном отделении порции от основной части материала
Sд, т.е. SV = S
22
ж.с
+ S
+ S
обр
+ Sд .
е.о
Площади поверхностей S
(
)
е.о
и S
, зависящие от свойств дозируе-
обр
мого материала, формируются случайным образом и являются одной
из причин колебания действительного объёма V.
Сумму флюктирующих площадей S
их изменения выразим через отношение
е.о
+ S
обозначим через Sф и
обр
.
SSS
−=η
VV
ф
Из формулы видно, что изменение суммарной площади SV поверхности объёма порции зависит только от площади Sф флюктирующей поверхности, обусловленной свойствами дозируемого материала.
Показатель ηV дозируемости будет иметь максимальное значение
(η
= 1) в случае, если формируемый объём порции ограничен со
V max
всех сторон жёсткой стенкой. Такой случай имеет место при использовании для выдачи порций мерных ёмкостей, которые после заполнения
перекрываются задвижками. При этом погрешности в дозировании
минимальны.
Площади S
е.о
и S
определяются по средним значениям углов ес-
обр
тественного откоса и обрушения для того или иного материала и геометрическими размерами тел (пустот), образуемых при отделении
порции.
Показатель дозируемости ηV отражает способность дозатора к
точности дозирования материала и может служить оценкой совершенства дозирующего устройства. Дозаторы с меньшими значениями показателя ηV дают более высокую погрешность дозирования.
Если по результатам опытов определить зависимость коэффициента вариации (как показателя погрешности) ν = f(ηV) от численного
значения показателя ηV, а затем аналогичную зависимость от показателей точности, то можно оценить приемлемость дозатора определённого типа для заданных условий работы. Эти условия задаются зоотехническими требованиями на точность дозирования, представляющую
собой технологический допуск Δ. Так, по данным А. П. Дмитроченко,
допуск на дозирование стебельных кормов может быть принят
−
QQ
minmax
1,0
≤
, (27)
cp
где Q
max
=Δ
Q
, Q
, Qcp – подача дозатора соответственно максимальная,
min
минимальная и средняя, кг/с.
При нормальном распределении значений погрешности дозатора
величина допуска Δ может быть выражена в долях квадратического
отклонения:
δ
= tβ·σ ≤ Δ, (28)
max
23
где δ
()()(
(
(
(
– наибольшая погрешность; tβ – показатель достоверности при
max
доверительной вероятности β (обычно β = 0,95, при этом tβ = 1,96).
В процессе непрерывного дозирования среднее значение абсолютной погрешности дозатора равно
m
()
−
QQ
p
i
∑
=
1
i
=δ
, (29)
m
где Qi – действительная подача в i-м измерении, кг/с; Qp – расчётное
значение подачи, кг/с; m – число измерений.
Относительная погрешность дозирующего устройства оценивается коэффициентом вариации, который показывает отклонение, отнесённое к среднему значению случайной величины:
±
S100
=ν
, (30)
Q
где S – среднеквадратическая погрешность; Q – среднее значение по-
дачи дозатора в m пробах, кг/с.
Как отмечает В. Р. Алешкин, показатели погрешности, выраженные в виде числовых характеристик случайной величины, не дают
объективных показателей оценки точности дозирования в общем случае, потому что значения их зависят от числа проб, абсолютной величины среднего значения, изменяются во времени и не отражают внутренней структуры процесса. Наиболее современной является система
оценки технологических допусков. Суть её заключается в следующем.
Поток корма, выдаваемый дозатором, представляют как случайный
процесс в виде реализации подачи во времени. Реализацию выходного
процесса, определяющего эффективность функционирования дозатора
по выбранному показателю, в общем виде можно представить как
&&
)
, (31)
++=
()
где
ty
– любая реализация случайного процесса; y – среднее зна-
i
чение процесса (общее);
&
)
tm
y
yi
– центрированная составляющая низ-
кочастотной части процесса (отклонение от среднего значения);
tytmyty
&
)
ty
–
отклонения случайного процесса от центрированной составляющей
(центрированный процесс).
Например, в реализации процесса дозирования соломенной резки
(рис. 5) в качестве показателя эффективности
24
)
ty
принята вероят-
i
ность его пребывания в поле допуска PΔ. Физический смысл вероятно-
=
сти PΔ заключается в том, что она показывает долю времени реализации, в течение которого процесс находится в поле допуска. В результате исследования процессов дозирования установлено, что отклонение от среднего значения конкретной дозы корма распределяется по
нормальному закону и допуск относительно среднего значения симметричен. График плотности вероятностей f(y) нормального закона
распределения случайной величины (отклонение подачи от среднего
значения) показан в правой части (см. рис. 5). Вероятность PΔ в графическом виде представляется заштрихованной площадью под кривой
плотности, а аналитически – выражением
⎞
⎛
Δ
Ф2P , (32)
=
Δ
⎟
⎜
⎠
⎝
ν
где Ф – функция Лапласса, принимаемая по таблицам в зависимости от
Δ/ν; 2 – цифра, которая обозначает симметричность допуска относительно среднего значения подачи; ν – среднеквадратическое отклонение случайного процесса за время реализации, отнесённое к среднему
значению, т.е. yS
ν .
Для определения значения S необходимо иметь не менее 60 измерений ординат случайного процесса
m
()
∑
1
=
i
S
=
2
yy
−
i
, (33)
1
−
m
где yi – текущее значение подачи в i-м измерении, i = 1, 2, …, n;
m – число ординат, принятое для расчёта.
Рис. 5. Реализация случайного процесса подачи соломы
(по В. Р. Алешкину и П. М. Рощину)
25
1.5. ГРАВИТАЦИОННЫЕ ДОЗАТОРЫ
Гравитационные дозаторы представляют собой бункерные устройства с регулируемой щелью выгрузки. Используются в основном в
качестве дозаторов для легкосыпучих кормовых материалов, в том
числе для зерна, являются регуляторами загрузки зерновых дробилок.
Отличаясь простотой конструкции, гравитационные дозаторы, тем не
менее, ограниченно применимы при дозировании кусковых и связных
материалов.
Процессы истечения кормов из отверстий бункеров делятся на
три основных вида (рис. 6): нормальный, при котором материал движется в виде столба, расположенного над отверстием истечения; гидравлический, при котором весь сыпучий материал в бункере движется
вниз подобно жидкости; при боковой разгрузке.
Наиболее часто используют первый вид истечения, который происходит во всех бункерах периодического действия, имеющих угол
наклона стенок в рекомендуемых пределах.
Второй вид истечения характерен в случаях: когда угол наклона
стенок бункера к горизонту превышает критический угол, величина
которого колеблется от 45° + ϕ/2 до 75…80° (ϕ – угол внутреннего
трения насыпного груза, который для легкосыпучих материалов может
быть приравнен к углу естественного откоса, град); когда бункер подвергается вибрации для выгрузки из него связного или залегающего
материала; когда насыпной материал содержит столько влаги, что по
свойствам приближается к жидкости.
а) б) в)
Рис. 6. Виды истечения насыпных кормов из отверстий бункера:
а – нормальный; б – гидравлический; в – при боковой разгрузке
26
В случае гидравлического истечения (рис. 6, б) и при обычно
()(
′−′−=
(
+′=
встречающихся на практике размерах отверстий бункеров среднюю
скорость истечения v (м/с) определяют по формуле
gh2v λ= , (34)
где g – ускорение свободного падения, м/с2; h – высота слоя материала
в бункере, м; λ – коэффициент истечения.
Из формулы (32) видно, что скорость v не зависит от размеров отверстия.
При нормальном истечении скорость тем больше, чем шире отверстие истечения. Поэтому при нормальном истечении сначала определяют площадь отверстия истечения и гидравлический радиус отверстия, а затем скорость истечения.
Площадь отверстия истечения S (м2) определяют с учётом размера
′
а
типичных частиц насыпного материала по следующим формулам:
для круглого отверстия
S
для квадратного отверстия
()
=
()
2
′
−π
aD
; (35)
4
2
′
−=
aAS
, (36)
где А – размер стороны квадратного отверстия, м;
для прямоугольного отверстия
)
aBaAS
, (37)
где D – диаметр отверстия бункера, м; a′ – средний размер частиц
материала, м; А и В – соответственно ширина и длина отверстия бункера, м.
Наиболее часто применяют выпускные отверстия бункеров квадратной или прямоугольной формы, так как они обеспечивают беспрепятственное истечение материала.
При определении размера стороны наименьшего допустимого
квадратного отверстия для легкосыпучих материалов К. В. Алферовым
предложена следующая формула
)
ϕ
tg80aKA ,
где K – опытный коэффициент (K = 2,4…2,6).
27
Для расчёта ширины А (мм) прямоугольных отверстий эта фор-
()(
)
′
()(
′
мула с учётом гидравлического радиуса приводится к следующему
виду
=
A
1
2
n
1
, (38)
ϕ++
tg801
anK
где n1 = B/A – отношение большей стороны отверстия к меньшей.
При нормальном истечении легкосыпучих материалов скорость
истечения v (м/с) рассчитывают по формуле
Rg2,3v λ= , (39)
где R – гидравлический радиус отверстия, м, R = S/L; L – периметр выпускного отверстия, м.
Гидравлический радиус R определяют по следующим формулам:
для круглого отверстия
aD
−
R
=
для прямоугольного отверстия
−
R
=
()
для квадратного отверстия
R
=
; (40)
4
′
)
aBaA
−
; (41)
′
aBA
−+
22
′
aA
−
. (42)
4
При нормальном истечении связных насыпных материалов находят критический радиус отверстия истечения по формуле:
ϕ
⎛
2
45tg
⎜
0
R
=
кр
⎝
ρ
⎞
+°τ
⎟
⎠
2
, (43)
где τ – начальное сопротивление сдвигу.
Если для данного отверстия R ≥ Rкр, то средняя скорость истечения
⎞
τ
0
⎟
−λ=
⎟
ρ
⎠
28
⎛
⎜
6,12v Rg . (44)
⎜
⎝
Если же R < Rкр, то
⎛
⎜
1,22v Rg
−λ=
⎜
⎝
⎞
4,3
τ
0
⎟
. (45)
⎟
ρ
⎠
Коэффициент истечения зависит от свойств насыпного материала.
Наибольшее значение λ = 0,55…0,65 принимают для легкосыпучих
материалов. Крупнозернистые и кусковые материалы с кусками неправильной формы в сухом состоянии имеют λ = 0,3…0,5. Наименьшее
значение λ = 0,2…0,25 присуще пылевидным порошкообразным, а
также увлажнённым порошкообразным материалам.
Скорость истечения при боковой разгрузке насыпных материалов
определяется выражением
⎛
⎜
Rg
6,12sinv , (46)
⎜
⎝
⎞
τ
0
⎟
−⋅αλ=
y
⎟
ρ
f
⎠
где α – угол наклона к горизонту днища бункера в зоне расположения
выпускного отверстия, град; Ry – гидравлический радиус условного
отверстия истечения, являющегося проекцией действительного выпускного отверстия на плоскость d–d, перпендикулярную направлению
движения струи насыпного материала, м; f – коэффициент трения насыпного материала. Приведённая формула действительна для отверстия большого размера, если Ry ≥ Rкр.
Скорость бокового истечения при Ry < Rкр рассчитывают по
формуле
⎛
⎜
−⋅αλ=
1,22sinv Rg
y
⎜
⎝
⎞
τ
4,3
0
⎟
. (47)
⎟
ρ
⎠
На точность дозирования гравитационных устройств в немалой
степени влияет сводообразование над выпускным отверстием бункера,
что препятствует нормальной работе устройств.
Различают два вида сводообразования (рис. 7): крупнокусковых
материалов, когда случайная комбинация в процессе истечения создаёт
стойкий свод над отверстием; мелкофракционных материалов (зерновых и мучнистых продуктов), обладающих связностью частиц.
Основное средство предотвращения сводообразования – правильный выбор размеров выпускного отверстия.
29
ρ
а) б)
Рис. 7. Сводообразование кормовых материалов:
а – кусковых; б – связных
Для легкосыпучих кусковых материалов размер выпускного отверстия
()
aA′≥ 6...3 . Для связанных материалов гидравлический ради-
ус наибольшего сводообразующего отверстия определяют по формуле
()
0св
gR
ϕ+τ= sin1
.
Во избежание сводообразования внутренняя поверхность стенок
бункера в зоне выпускного отверстия выполняется гладкой, без выступающих кромок. Кроме того, для обеспечения гарантированного (без
заторов) истечения дозируемого материала бункера в зоне выгрузной
горловины оборудуют побудителями и активаторами.
Гравитационные дозаторы со свободным истечением материала
(см. рис. 6, а) широко применяются в дозированной подаче зерновых
материалов на измельчение.
Пропускная способность q (кг/с) гравитационного дозатора со
свободным истечением материала определяется выражением:
⎛
⎜
−⋅αρλ=
1,22sin Rgabq
⎜
⎝
⎞
τ
4,3
0
⎟
, (48)
⎟
ρ
⎠
где a – толщина слоя, определяемая положением регулировочной заслонки, м; b – длина щели выпускного отверстия, м; α – угол наклона
днища бункера к горизонту в зоне истечения, град.
Пропускная способность гравитационного дозатора с активатором определяется формулой Rgabq 2,3ρλ= (рис. 8).
Потребляемая мощность N привода активатора определяется выражением
v KKP
N , (49)
=
где Р – сила преодоления трения активатора о корм, Н; v
21окр
η
– окружная
окр
скорость лопаток активатора, м/с; K1 и K1 – коэффициенты соответст-
30