ФЕДОРІВ ВІКТОР МИХАЙЛОВИЧ

УДК 621.664.741

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ПРОСІЮВАННЯ СИПКИХ

МАТЕРІАЛІВ З МЕТОЮ УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ ПРОСІЮВАЧІВ І ЗБІЛЬШЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЇХ РОБОТИ

Спеціальність 05.18.12 Процеси й обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Ковальов Олександр Володимирович

Національний університет харчових технологій,

доцент кафедри машин і апаратів харчових виробництв

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Пушанко Микола Миколайович

Національний університет харчових технологій,

професор кафедри технологічного обладнання

харчових виробництв

кандидат технічних наук,

Островський Віктор Олександрович

Міністерство промислової політики України,

начальник відділу

Провідна установа: Інститут харчової хімії і технології НАН України

(м. Київ)

Захист дисертації відбудеться 30.03.2005 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.02 в Національному університеті харчових технологій за адресою: 01033 м. Київ, вул. Володимирська, 68, аудиторія А - 311.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий 28.02.2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Зав’ялов В.Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одне із важливих місць у виробництві життєво потрібних харчових продуктів займає хлібопекарська галузь агропромислового комплексу. Поліпшення якості хлібобулочних виробів можна досягти за рахунок підвищення якості окремих стадій хлібопекарського виробництва, зокрема основної з цих стадій - процесу підготовки сировини.

Для поділу сипких продуктів на фракції за величиною часток використовуються машини, робочим органом яких є система рухомих сит, або повітряний потік. Ці машини використовуються для видалення сторонніх домішок з борошна на хлібозаводах, кондитерських та макаронних фабриках, з різних видів сировини зернопереробної промисловості.

Борошно, що надходить на виробництво, повинно бути обов’язково просіяне, тобто потрібно механічно відділити сторонні домішки. Крім того, в процесі просіювання борошно розрихлюється та аерується, що деякою мірою сприяє кращому бродінню тіста, виходу та якості хлібобулочних виробів.

Класифікація сипких продуктів за допомогою повітряного потоку застосовується як в комбінації з ситовими установками (повітряні і ситові сепаратори), так і окремо при провіюванні і пересипанні (аспіраційні колонки та ін.). До найбільш розповсюджених сипких харчових продуктів належать пшеничне борошно, цукрова пудра, картопляний крохмаль. У технології виробництва і переробки цих харчових сипких мас передбачений процес їх просіювання. У кількісному відношенні обсяг високодисперсних сипких харчових продуктів, що підлягають просіюванню, безупинно зростає як у галузях харчової промисловості, так і на підприємствах масового харчування при виробництві хлібобулочних, кондитерських, макаронних виробів та харчоконцентратів. Якість і обсяг виробництва готової продукції, безсумнівно, залежать від ефективності роботи просіювальних машин. Розмір отворів сит, а також фракційні характеристики просіювальних харчових сипких мас є визначальними факторами, від яких залежать технологічна ефективність і питома продуктивність просіювальних машин. Зменшення прохідного перетину отворів сита сприяє їхньому забиванню високодисперсним сипучим продуктом. І як наслідок, таке явище призводить до зниження ефективності і питомої продуктивності процесу просіювання.

Зниження негативних наслідків адгезії і раціональне використання сил адгезійної взаємодії шару сипких часток з контактуючою робочою поверхнею дозволяє інтенсифікувати процес просіювання. Тому розробка нового прогресивного способу просіювання на коливаючих поверхнях по адгезійних властивостях часток сипких харчових мас є своєчасною і практично важливою. Впровадження цього процесу в апарати по виробництву і переробці сипких харчових продуктів буде сприяти зниженню їхньої енергоємності, збільшенню обсягу виробництва і підвищенню якості готових хлібобулочних, кондитерських, макаронних виробів та харчоконцентратів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались відповідно до тематики науково-дослідних робіт Національного університету харчових технологій, за планом держбюджетної науково-дослідної роботи кафедри “Машини і апарати харчових виробництв” на 2000 – 2004 рр: “Дослідження робочих процесів технологічного обладнання підприємств хлібопродуктів з метою їх інтенсифікації”.

Автор особисто брав участь у постановці мети і задач досліджень, аналізі процесів вібраційного просіювання сипких матеріалів, проведенні лабораторних і промислових досліджень, виготовленні експериментальних установок, обробці та аналізі отриманих результатів, впровадженні наукових розробок у виробництво.

Мета і завдання досліджень. Метою дисертаційної роботи є дослідження та наукове обґрунтування процесу просіювання сипких матеріалів і удосконалення конструкцій просіювачів борошна.

Для досягнення цієї мети необхідно вирішити ряд взаємозалежних наукових завдань, а саме:

- оцінити сучасний стан процесу просіювання сипких матеріалів та вибрати найбільш ефективні конструкції просіювачів;

- розробити математичну модель досліджуваного процесу і дослідити режими вібропросіювання;

- дослідити та встановити механіку процесу вібраційного просіювання;

- встановити межі інтервалу інтенсивності коливань просіювальної поверхні;

- отримати теоретичні залежності параметрів вібропереміщення шару часток борошна від параметрів коливань деки;

- порівняти отримані теоретичні залежності середньої швидкості вібропереміщення шару часток сипких матеріалів різних харчових продуктів з результатами експериментальних досліджень;

- запропонувати нові конструктивні схеми,

- розробити і впровадити новий вібраційний просіювач борошна і оцінити його економічну ефективність.

Об’єкт досліджень – механічні процеси та робочі органи для просіювання сипких матеріалів – вібраційне просіювання сипких харчових продуктів.

Предмет дослідження – пшеничне борошно хлібопекарське першого та вищого ґатунку, цукрова пудра, картопляний крохмаль.

Методи досліджень – для розв’язання поставлених задач використовували загальноприйняті і спеціальні методики. Обчислення результатів проводили методом математичної статистики. Характер зв’язку між окремими параметрами і кількісний вираз цього зв’язку знаходили кореляційною залежністю. В роботі застосовувався також метод математичного планування експерименту при знаходженні оптимальних параметрів вібраційного просіювання.

Наукова новизна одержаних результатів:

- досліджено механіку процесу вібраційного просіювання;

- розроблено методику досліджень та визначення коефіцієнта зовнішнього тертя для шару сипких матеріалів;

- встановлено методику визначення меж інтенсивності коливань робочої поверхні у процесі вібраційного просіювання;

- розроблено математичну модель вібраційного переміщення, в якій враховані адгезійні властивості шару сипких матеріалів і вплив частоти коливань робочої поверхні;

- показано процес переміщення шару часток продукту при вібраційному просіюванні;

- розроблено і впроваджено у виробництво новий вібраційний просіювач борошна підвищеної ефективності.

Практичне значення одержаних результатів. Вирішене важливе народногосподарське завдання створення нового високоефективного обладнання для просіювання сипких матеріалів.

Виконана робота щодо дослідження вібраційного просіювання сипких матеріалів сприяє вирішенню практичних завдань у галузі створення вітчизняного обладнання для хлібопекарської, кондитерської, макаронної промисловості та виробництва харчоконцентратів.

Конструкторська документація на дослідний зразок вібраційного просіювача борошна розроблена у Національному університеті харчових технологій за безпосередньою участю автора.

Дослідно-промислові дослідження та впровадження вібраційного просіювача проведено на Кам’янець-Подільському хлібозаводі.

Новизна технічних рішень підтверджена деклараційним патентом на винахід № 34107 А.

Результати досліджень використовуються в навчальному процесі.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно.

Автору належить експериментальне дослідження процесу вібропросіювання сипких матеріалів, визначення границь інтервалу інтенсивності коливань просіювальної поверхні; отримані теоретичні залежності параметрів вібропереміщення шару часток борошна від параметрів коливань деки; запропоновані конструктивні схеми, розроблена конструкторська документація та впроваджено у виробництво новий вібраційний просіювач борошна.

Апробація результатів досліджень. Основні положення роботи і результати досліджень доповідалися й обговорювалися на Міжнародних науково-практичних конференціях: “Проблеми якості у громадському харчуванні, готельному господарстві і туризмі” (м. Київ, КДТЄУ, 1998 р.), "Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості" (м. Київ, УДУХТ, 2000 р.), "67 Наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених" (м. Київ, УДУХТ, 2001 р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 9 друкованих праць, у тому числі 5 статей у наукових фахових виданнях, 1 деклараційний патент на винахід та 3 тези доповідей на наукових конференціях.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаної літератури, що містить 146 джерел, 5 додатків. Робота викладена на 120 сторінках основного тексту і містить 32 рисунки, 14 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, визначені мета та основні завдання досліджень, наведені наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі проаналізовано інформаційні та технічні джерела з питань застосування конструкцій робочих органів просіювачів сипких матеріалів та методи визначення раціональних способів ситового просіювання, пневмопросіювання, електрогравітаційного та вібропросіювання.

Питанням просіювання і переміщення сипких матеріалів на харчових підприємствах і громадському харчуванні присвячені наукові праці

П.А. Вечерського, В.Д.Анахіна, Й.Й.Блехмана, С.Ф.Абдуліна та інших вітчизняних і зарубіжних вчених, у яких наводяться традиційні способи просіювання, що не гарантують високої продуктивності, належної ефективності просіювання, мають високі енергозатрати.

Основний недолік ситового просівання полягає в тому, що його роздільна здатність і питома продуктивність знижуються із зменшенням граничної крупності частинок внаслідок забивання вічок сита високодисперсійним сипучим продуктом.

До найважливіших переваг вібропросіювання належать висока питома продуктивність і низька енергомісткість при достатньо високій ефективності просіювання.

На основі аналізу літературних даних сформульовано конкретні завдання досліджень та наводяться можливі шляхи їх вирішення.

У другому розділі проаналізовано фракційні й адгезійні характеристики сипких матеріалів. Підтверджено залежність коефіцієнта тертя від гранулометричного складу сипучої маси: зі зменшенням розміру часток збільшується значення коефіцієнта тертя. Однак цей факт пояснюється проявом адгезійного зв'язку високодисперсних часток із контактуючою поверхнею, а не підвищеними фракційними властивостями часток.

Фракційні властивості сипких матеріалів характеризує коефіцієнт зовнішнього тертя ?, який визначали на лабораторній установці (рис.1).

Силу тертя F, що є основною характеристикою процесу тертя двох поверхонь, визначали їх взаємодією по площі істинного або фактичного контакту Sф . У загальному випадку сила тертя є функцією тиску P, швидкості ковзання U, температури T, тривалості контакту та ряду інших параметрів. В роботі використовували питому номінальну силу тертя G, що називається напруженням тертя і визначається відношенням сили тертя до площі номінального геометричного контакту: G = F / S (1)

Разом з питомою силою тертя G використовували поняття питомого нормального навантаження: P = N / S (2)

Встановлено, що найважливішими характеристиками процесу тертя є, безумовно , питома фактична (істинна) сила тертя: Gф = F / Sф (3) та фактичний тиск: Pф = N / Sф (4)

З метою виявлення впливу швидкості ковзання U та питомого навантаження S на коефіцієнт тертя у русі сипких матеріалів по сталі розробили нову лабораторну установку (рис.1).

Лабораторна установка складається з порожнього циліндра 2 діаметром 0,05 м, із засипаним у нього дослідним матеріалом 1, притискного поршня 3, важелів 4,7, набору металевих пластин різної ваги 5, диска 6, електродвигуна 13 з пасовою передачею 11, реостата 14, динамометра 8, тахометра 12, вольтметра 10, станини 9. Циліндр 2 закріплений на важелі 4 таким чином, що між циліндром і диском зазор становить 0,2….0,5 мм. Рух диска 6 передається через пасову передачу 11 від електродвигуна 13. Швидкість обертання електродвигуна змінюється за допомогою реостата 14 і визначається тахометром 12.

Рис.1. Лабораторна установка для визначення

коефіцієнта тертя

За експериментальними даними коефіцієнт зовнішнього тертя борошна по металевому диску становить 0,318 - 0,362.

Для знаходження величини зусилля зрушення, при визначенні параметрів адгезії шару високодисперсних сипучих харчових продуктів, використовували метод, що полягає в створенні зовнішнього тангенціального зусилля наростаючої маси води у вертикально підвішеній ємності, зв’язаної з кільцем, заповненим випробуваним продуктом за допомогою гнучкої нитки.

За експериментальними даними встановлено, що для пшеничного борошна вищого сорту вологістю 14,5% значення зусиль зрушення варіюють у межах 0,036-0,042 Н.

Наявність адгезійного зв'язку часток з контактуючою поверхнею, що просіює, істотно впливає на процес вібропереміщення сипких матеріалів. І цей вплив настільки сильний, що може змінити напрямок переміщення високодисперсних часток у протилежну сторону стосовно часток, що скочуються чи сковзають униз по похилій поверхні. Таке явище пояснюється реалізацією різних режимів вібропереміщення часток при постійній інтенсивності коливань поверхні.

Припустивши ідентичність залежності сили адгезії від попереднього нормального навантаження, що ущільнює, у режимах безвідривного вібропереміщення і стаціонарного зрушення, одержано результати експерименту, для встановлення інтервалу інтенсивності вертикально спрямованих коливань деки: (5)

Аналіз отриманих граничних значень інтервалу інтенсивності коливань вібруючої поверхні показує, що в процесі вібропросіювання реалізується два режими вібропереміщення часток по похилій вертикально коливній площині. Для шару часток сипких матеріалів реалізується одноперіодний безвідривний режим вібропереміщення, а для часток сипких матеріалів - одно- чи багатоперіодний відривний. Здійснення таких режимів вібропереміщення досягається шляхом підбору відповідного кута нахилу ? чи спрямованості коливань ? і інтенсивності коливань W вібруючої поверхні. Аналіз залежності параметрів адгезії від параметрів ущільнення для режиму вібраційного зрушення, встановлює, що для ведення процесу вібраційного просіювання потрібна обмежена інтенсивність коливань деки, обґрунтована відсутністю відриву шару часток від вібруючої поверхні при рівності ущільнюючої, відривної й адгезійної сил. З метою безупинного відтворення й інтенсифікації процесу вібропросіювання проведені досліди визначення залежності швидкості вібропереміщення шару борошна вищого сорту від амплітуди коливань при змінному нахилу лотка ?.

Аналіз показує тенденцію росту середньої швидкості вібропереміщення борошна: при зростанні амплітуди коливань деки (лотка) швидкість переміщення U зростає за параболічним законом.

Зі збільшенням інтенсивності коливань деки зростає ущільнююче інерційне навантаження і відповідно адгезійна міцність, що сприяє утриманню шару борошна на похилій вібруючій поверхні.

У третьому розділі встановили вплив швидкості на просіювання та визначили граничне прискорення. Встановлено, що основною умовою можливості просіювання продукту через плоске сито є ковзання його по ситу. Розглянуто умову абсолютного і відносного переміщення матеріальної частинки по нерухомому ситі.

Наведено умову граничної рівноваги частинки на ситі, нахиленому під кутом ? до горизонталі. На частинку діють три сили (рис. 2): сила тяжіння (вага) частинки G, нормальна реакція поверхні сита R, максимальне значення сили тертя F. Трикутник зазначених сил відповідно до умови рівноваги замкнутий. Звідси,

F = R tg ? = R tg ?, чи ? = ?, де ? кут тертя. (6) Для руху частинки необхідно, щоб виконувалась нерівність ? > ?.

Для визначення швидкості переміщення матеріальної частинки, розроблено диференціальне рівняння прямолінійного руху її вздовж сита:

(7)

2. Розрахункова схемаумова руху частинки по ситі:

а – рівновага частинки на ситі, нахиленому під кутом ?

до горизонталі; б – нерівномірний рух частинки по ситі.

У зв’язку з цим частинки переміщуються під дією сил, зумовлених нерівномірним рухом самого сита. Під час нерівномірного руху сита (рис.2.б) з прискоренням а, спрямованим праворуч, сила інерції Рі = mа спрямована ліворуч. Очевидно, при Рi > f G зчеплення частинки з ситом порушено, а при Рі < fG частинки не будуть переміщуватись по ситі.

Замінивши в останній нерівності Рі на рівне йому за абсолютним значенням mа, отримаємо mа = fG чи а = fg..

Граничне прискорення, за яким сила інерції дорівнює силі тертя, називається критичним прискоренням і позначається через акр = fg. (8)

Для кулеподібних часток акр = z k g /r, (9)

де k коефіцієнт тертя коливання, м; r радіус частинки, м; z – коефіцієнт, який залежить від інтенсивності коливань.

Визначили шлях, швидкість та прискорення сита, приймаючи кут повороту кривошипа ? = ?t , де ? – кутова швидкість (рис. 3). Під час повороту кривошипа радіусом r на кут ? = ?t сито переміщується з положення а а в положення а1 – а1.

Рис. 3. Схема кривошипно-шатунного механізму для передачі руху сита

Найбільший кут відхилення шатуна від горизонталі буде при ? = ?/2 , тобто, коли кривошип займе вертикальне положення (точки 2,4), перпендикулярне лінії о а.

Визначили швидкість руху сита, яка є циклометричною функцією часу.

Vа = = ? r sin ?t = Vв sin?t (10) Встановили, що при числі обертів кривошипа за хвилину n відстань, яку сито пройде за хвилину, буде дорівнювати 2Sn. Враховуючи, що Vв= середня швидкість сита

Vа = = Vв ? 0,64 Vв (11)

Прискорення сита буде aa = = ?2 r cоs ?t = ab cоs ?t (12)

Наведені дані стосуються руху однієї частинки по похилій чи горизонтальній площині з коливаннями вздовж горизонтальної чи похилої прямої. Дослідження процесів просіювання показали, що під час вирахування кінематичних параметрів сит для зернових сумішей можна орієнтуватись на умови однієї частинки.

У четвертому розділі досліджено вплив технологічних факторів на процес вібропросіювання. При розгляді процесу вібропросіювання, що грунтується на вібропереміщенні в найпростішому випадку двох фракцій у протилежних напрямках, переміщення часток вниз по похилій поверхні, здійснюється в тонкому дозволеному шарі продукту. Такий шар можна представити як сукупність окремих, не зв'язаних одна з одною часток, взаємодії яких з вібруючою площиною апроксимуюються законом сухого тертя Амонтона.

Вібропереміщення ж високодисперсних часток, з'єднаних між собою аутогезійними зв'язками, нагору по похилій поверхні здійснюється в полішарі.

Графічні залежності початкового базового кута ковзання 3 від кута нахилу ; вертикально коливної плоскої поверхні деки для пшеничного борошна вищого сорту, картопляного крохмалю першого сорту і цукрової пудри описуються параболічними функціями.

Аналіз цих залежностей (рис.4.) показує, що початковий фазовий кут ковзання ?3, зі збільшенням кута нахилу площини просіювання деки щодо горизонту зменшується винятково для всіх досліджуваних високодисперсних сипучих харчових продуктів. Причому для пшеничного борошна вищого сорту збільшення параметра вібрації W від б до 7 знижує величину фазового кута ?3 в діапазоні 25-45°. Коефіцієнт адгезії f ад безпосередньо впливає на величину початкового фазового кута ковзання. Графічні залежності коефіцієнта fад високодисперсних харчових продуктів від кута нахилу площини, що просіює, зображені на рис.5 - 7, задовільно описуються параболічними функціями.

Рис. 4. Початковий фазовий кут ковзання високодисперсних часток сипучих харчових продуктів у залежності від кута нахилу площини просіювання: 1-картопляний крохмаль; 2-цукрова пудра, 3 пшеничне борошно

Аналіз цих залежностей показує, що значення коефіцієнта адгезії багато в чому залежить не тільки від природи досліджуваного високодисперсного продукту, але також від кута нахилу й інтенсивності вертикально спрямованих коливань поверхні просіювання.

При інтенсивності коливань плоскої поверхні просіювання W = 4-5 коефіцієнт адгезії fад для пшеничного борошна вищого сорту, цукрової пудри і картопляного крохмалю першого сорту зростає із збільшенням кута нахилу ? в інтервалі від 25° до 40°.

Рис. 5. Коефіцієнт адгезії високодисперсних продуктів в залежності від кута нахилу поверхні просіювання деки при інтенсивності її коливань W = 4. 1-картопляний крохмаль; 2-цукрова пудра, 3 пшеничне борошно

Рис.6. Коефіцієнт адгезії високодисперсних продуктів у залежності від кута нахилу поверхні деки: 1-картопляний крохмаль; 2-цукрова пудра, 3 пшеничне борошно

При інтенсивності вібрацій W=6-7 для картопляного крохмалю першого сорту тенденція зростання коефіцієнта адгезії fад при збільшенні кута нахилу поверхні просіювання ? від° 25 до°45 зберігається.

Графічні залежності коефіцієнта адгезії пшеничного борошна вищого сорту, цукрової пудри, картопляного крохмалю I сорту від інтенсивності коливань поверхні деки, зображені на рис. 7, описуються параболічними функціями.

Рис.7. Коефіцієнт адгезії пшеничного борошна вищого сорту в залежності від кута нахилу поверхні просіювання при різних рівнях інтенсивності її коливань: 1 – W=7; 2 – W=6; 3 – W=5; 4 – W=4.

Аналізуючи результати графічних залежностей коефіцієнта f від кута нахилу і інтенсивності коливань текстолітової плоскої поверхні W на цих ділянках, були прийняті для всіх досліджуваних високодисперсних продуктів конкретні постійні значення коефіцієнта адгезії, відмінні від розрахункових при = 35° і W = 6. Похибки на виділених інтервалах і W склали менше 10 %, що є цілком прийнятним для розрахунку середньої швидкості вібропереміщення.

Значення коефіцієнта адгезії при параметрах коливань площини = 30° 40° і W = 5 7: для пшеничного борошна вищого сорту вологістю 14,5% становить = 1,02 з похибкою = 9 %.

У п’ятому розділі наведено шляхи удосконалення обладнання для просіювання сипких матеріалів. Ефективність процесу просіювання сипких матеріалів оцінюється відношенням продуктивності до енергозатрат у відповідних засобах. І продуктивність, і енергозатрати значною мірою залежать від опору, який чинить потокові матеріалу конструкція робочої камери або транспортувальні системи. Велика кількість просіювачів борошна має ряд суттєвих конструктивних недоліків.

У відомих відцентрових просіювачах з обертовим барабаном (М-516, ПМ–60, А2-ХПВ та ін.) центр обертання шнекового підіймача і завантажувального барабана розташовані на одній прямій. Під час швидкого обертання ситового барабана, який має суцільне днище, борошно відцентровими силами притискається до ситової обечайки, просіюється і транспортується в напрямку руху стрілки годинника до шнекового підіймача. При цьому значна частина борошна потрапляє у щілину між обечайкою барабана і корпусом (відбувається додатковий холостий пробіг), а також затримується виступом, що призводить до збільшення витрат енергії та обмеження продуктивності машини. Зменшити опір рухові борошна та відповідно знизити витрати енергії і збільшити продуктивність просіювача можна завдяки розміщенню циліндра сита по дотичній до циліндра шнека та застосуванню равликоподібної форми корпуса.

Наведені рекомендації впроваджено у конструкції просіювача марки Р5-ВПБ-1 (рис.8).

Рис. 8 Просіювач Р5-ВПБ-1

Просіювач складається з корпусу 1, бункера 2, решітки 3, регулювального кільця 4, привідного вала 5, перегрібача 6, ситового барабана 7, привідного шківа 8, труби шнекового підіймача 9, закріпленого у підшипники 10 зі шківом 11, забірника борошна 12, відвідного патрубка 13, шнека 14, двигуна 15, збірника-равлика 16, магнітного вловлювача 17.

Економічний ефект просіювача полягає у тому, що у ньому виключається багаторазове холосте обертання борошна біля ситового барабана. Це дало можливість збільшити продуктивність просіювача та використовувати двигун меншої потужності.

У просіювачів “Піонер”, “ Піонер М”, МПМ-300, П-5 та ін. борошно з приймального бункера нагнітається до забірника шнека спеціальним пристроєм у вигляді спіральної лопаті. Таке технічне рішення не дає змоги повністю звільнити приймальний бункер від борошна і потребує додаткової зубчастої передачі для обертання лопаті. Збільшення продуктивності і спрощення конструкції досягається встановленням шнекового підіймача усередині приймального бункера. Це технічне рішення впроваджено у конструкції просіювача Р5-ПШБ-1 (рис.9).

Рис. 9. Просіювач Р5-ПШБ-1

Просіювач складається з бункера 1, труби шнекового підіймача 2, електродвигуна 3, магнітного вловлювача 4, ситового барабана 5.

Економічний ефект просіювача полягає у тому, що будова конструкції значно простіша, оскільки не має перегрібача та пари привідних шестерень. Крім того, цей просіювач більш стійкий, тому що електродвигун закріплено на корпусі знизу під бункером. Достатня продуктивність забезпечується вільним проходом непросіяного борошна до широкозахватного збірника.

У просіювачів із зворотно-поступальним рухом сита типу “Тарар” є суттєві недоліки: необхідність видалення сходу вручну, значне розпилення борошна під час завантаження, великі витрати енергії привода.

Щоб усунути ці недоліки, розроблено нову спрощену конструкцію вібраційного просіювача із застосуванням кривошипно-шатунного механізму (рис.10) для зменшення витрат електроенергії. У цьому просіювачі, що складається з каркаса 1, завантажувального бункера 4, дерев’яної ситової рамки 8 із ситом 7, закритої зверху кришкою 5 з оргскла, до середини торцевого боку дерев’яної рамки прикріплюється кривошипно-шатунний механізм 3, що приводиться в рух від електродвигуна 2, встановленого на каркасі 1. Рамка підвішується з торцевих боків до кронштейна за допомогою чотирьох дерев’яних пружинних опор 6,9, що значно зменшує опір потоку матеріалу і дає можливість ефективніше використовувати енергію привода та поліпшувати процес просіювання.

До складу просіювача входять також збірник просіяного борошна з розвантажувальним патрубком 11, обладнаним магнітним уловлювачем 13,

збірника сходу з напрямним листом 10, патрубком 12 і відкидним лотком 14 для нього. Такі удосконалення дають можливість підвищити ефективність просіювання сипких матеріалів.

Рис.10. Вібраційний просіювач

При дослідженні дослідного зразка вібропросіювача борошна були визначені такі технічні характеристики:

Продуктивність сита характеризується трьома величинами:–

кількістю продукту, що надходить на сито П, кг/с; – кількістю сходу Пс, кг/с;

–

Кількість продукту, що проходить крізь кожну погонну одиницю довжини сита, не є сталою.

Невелика частина продукту висіюється крізь перші ділянки довжини сита. З метою експериментального визначення розподілу продуктивності проходу по довжині, тобто величини , вздовж сита було встановлено ряд ящиків і визначено кількість борошна, що потрапило до них за однаковий проміжок часу.

На рис.11 подані результати розподілу продуктивності просіювача по довжині сита.

Похідна цієї кривої, тобто різниці ваги двох сусідніх ящиків, приблизно пропорційна вазі продукту у даному ящику.

Отже, вага ящиків (а також розподіл продуктивності проходу по довжині) змінюється за законом складних процентів. Якщо початкову ординату кривої розподілення проходу позначали як В0, то будь-яка наступна ордината на відстані х від початку сита була визначена із рівняння:

(13) де В0= при х=0,

коефіцієнт характеризує оброблюваний матеріал і сито.

Для визначення кількості продукту, що проходить по усій довжині сита, проінтегрували криву , тобто

(14)

Наведена продуктивність сита, поділена на 10 частин, показує, що перша половина сита висіває 74,7 % від загальної кількості проходу, а друга – 25,3 %.

Технічну продуктивність просіювача визначали за формулою:

(15) де – доза борошна, яке просіяне за час Т, кг; – кількість замірів;

– час роботи просіювача, год.

Частоту коливань сита: ; де – оптимальне прискорення сита, м/с2; – амплітуда коливань, м; ; де – радіус, який описується кривошипом, = 0,02 м; – коефіцієнт, який враховує коливання сита.

(18) де R – коефіцієнт відновлення нормальної швидкості частинки при ударі з краєм отвору.

Під час руху частинки з підкиданням вірогідність просіювання істотно зменшується внаслідок скорочення часу контакту з ситом. Це відбувається не лише через збільшення нормальної складової прискорення сита та порушення умов безвідривного руху, але й внаслідок відбиття частинки вверх під час удару з краєм отвору. Останнє спостерігається під час руху тонкого шару.

Для просіювання частинок, близьких за формою до сферичних, оптимальним коливанням сита є кругові поступальні рухи у горизонтальній площині, оскільки вони дозволяють забезпечити майже постійне значення відносної швидкості нижнього шару, близьке до оптимального.

При прямолінійних коливаннях відносна швидкість змінюється безперервно, її оптимальне значення становить (0,25 - 0,33) U.

Відносний рух з підкиданням виявився ефективнішим, ніж безвідривний рух. Ефективність просіювання істотно залежить від способу очистки сит від частинок, що застрягли в отворах. Для цього застосовували струшуючі або щіткові очистки.

ВИСНОВКИ

Відповідно до основних завдань роботи, пов’язаних із розробкою і дослідженням будов вібраційних просіювачів, а також визначенням параметрів пристроїв, сформульовані наступні висновки:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Результати досліджень впроваджені в конструкції вібропросіювача борошна, який встановлено на Кам’янець-Подільському хлібозаводі. Економічний ефект від впровадження склав 55,0 тис. гривень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

Особистий внесок: участь в експериментальних дослідженнях, участь в аналізі й узагальненні результатів, підготовка матеріалів до публікації.

2. Ковалёв А.В., Фёдоров В.М., Анистратенко В.А. Высокоинтенсивные просеиватели муки // Хлебопечение России. – 2001. – № 5. - С. 30.

Особистий внесок: обґрунтував будову вібраційного просіювача. Визначив раціональний кут нахилу поверхні просіювання, підготовив матеріали до публікації.

3. Ковалёв А.В., Фёдоров В.М., Анистратенко В.А., Лисовенко А.Т. Эффективность просеивания муки // Хлебопечение России. –2001.– № 6. - С. З1.

Особистий внесок: визначив критерій інтенсивності просіювання. Визначив величину амплітуди коливання деки, підготовив матеріали до публікації.

4. Федорів В.М., Ковальов О.В. Просіювання сипких матеріалів // Харчова і переробна промисловість. – 2004. – №5. – С. 24-25.

Особистий внесок: визначив раціональний режим вібропросіювання борошна, встановив величину критичного прискорення ситової поверхні. Підготовив матеріали до публікації.

5. Федорів В.М., Ковальов О.В., Осауленко Ю.В., Бабко Є.М. Високоінтенсивні просіювачі борошна економічні й продуктивні // Зерно і хліб. – 2004. – № 3.– С.47

Особистий внесок: розробив установку для визначення коефіцієнта тертя. Підготовив матеріали до публікації.

6. Патент № 99063046 Україна, МПК 6 А21В7/00, В07В1/00. Просіювач/ В.М. Федорів, О.В. Ковальов, О.Т. Лісовенко (Україна); Заявлено 02.06.1999; Опубл. 15.02.2001. Бюл. № 1.

Особистий внесок: виконав патентний пошук, приймав участь у розробці заявки на патент. Розробив технічну документацію на просіювач.

7. Федорів В.М., Ковальов О.В., Лісовенко О.А. Удосконалення процесу просіювання на сучасних машинах // Тези доповідей міжнародної науково-практичної конференції “Проблеми якості у громадському харчуванні, готельному господарстві і туризмі”. – Київ: КДТЕУ. – 1998 – С. 252-254.

Особистий внесок: виконував експериментальні дослідження, брав участь у конференції.

8. Федорів В.М., Ковальов О.В., Лісовенко О.Т. Вібраційний просіювач борошна // Матеріали Шостої міжнародної науково-технічної конференції "Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадливих технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості". -К.: УДУХТ. – 2000. – С. 61-62.

Особистий внесок: розробив лабораторну установку для вібраційного просіювання сипких матеріалів, брав участь у конференції.

9. Федорів В.М. Експериментальне дослідження роботи вібраційного просіювання борошна. // Матеріали 67 наукової конференції студентів, аспірантів і молодих вчених. – Київ.: УДУХТ. – 2001. – С. 54.

Особистий внесок: проводив експериментальні дослідження, узагальнював результати досліджень, брав участь у конференції.

АНОТАЦІЯ

Федорів В.М. Дослідження процесу просіювання сипких матеріалів з метою удосконалення конструкцій просіювачів і збільшення ефективності їх роботи. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.18.12. Процеси й обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. – Національний університет харчових технологій, Київ, 2005.

Дисертаційна робота присвячена вивченню процесу вібропросіювання.

Метою дисертаційної роботи є створення і дослідження процесу вібропросіювання і розробка нових конструкцій просіювачів борошна.

Для досягнення мети розв’язано ряд взаємозалежних наукових завдань, а саме:

- досліджено та встановлено механіку процесу вібраційного просіювання;

- встановлено межі інтервалу інтенсивності коливань просіювальної поверхні;

- наведено математичний опис досліджуваного процесу і досліджено режими вібропросіювання;

- отримано теоретичні залежності параметрів вібропереміщення шару часток борошна продуктів від параметрів коливань деки;

- запропоновано конструктивні схеми, розроблено і впроваджено дослідний зразок вібраційного просіювача борошна і оцінено його економічну ефективність.

Ключові слова: борошно, вібропросіювання, інтенсивність коливань, дека.

АННОТАЦИЯ

Федоров В.М. Исследование процесса просеивания сыпучих материалов с целью усовершенствования конструкций просеивателей и увеличения эффективности их работы . – Рукопись.

Диссертации на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12. Процессы и аппараты пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. – Национальный университет пищевых технологий, Киев, 2005.

Диссертационная работа посвящена изучению процесса вибропросеивання.

Основной целью диссертационной работы есть создание и исследование процесса вибропросеивання и разработка новых конструкций просеивателей муки.

Для достижения основной цели разрешен ряд взаимозависимых научных задач, а именно:

- исследована и установлена механика процесса вибрационного просеивания;

- установлены границы интервала интенсивности колебаний поверхности просеивания;

- приведено математическое описание исследуемого процесса и исследованы режимы вибропросеивания;

- получены теоретические зависимости параметров виброперемещения шара частиц муки продуктов от параметров колебаний деки;

- предложены конструктивные схемы, разработан и введен опытный образец вибрационного просеивателя муки и оценена его экономическая эффективность.

Автором разработано методику определения коэффициента внешнего трения для слоя сыпучих материалов; разработано методику определения границ интенсивности колебания рабочей поверхности в процессе вибропросеивания.

Выполненная работа по исследованию вибропросеивания сыпучих материалов позволит решить практические задачи в области отечественного оборудования для хлебопекарной, кондитерской, макаронной промышленности и производства пищеконцентратов.

Конструкторская документация на опытный образец вибрационного просеивателя разработана в Национальном университете пищевых технологий и внедрена в производство на Каменец-Подольском хлебозаводе.

Экспериментальным и расчетным путем установлены рациональные режимы вибропросеивания муки. Определена величина критичного ускорения просеивающей поверхности.

Исследовано влияние технологических факторов на процесс вибропросеивания. Определена рациональная величина параметра вибрации и величина фазового угла уклона просеивающей поверхности.

Эффективность процесса просеивания сыпучих материалов оценивается отношением производительности к энергозатратам в соответствующих установках. Производительность и энергозатраты значительно зависят от сопротивления, которое создает поток материала конструкции рабочей камеры просеивателя.

Автором разработано ряд высокоэффективных просеивателей муки, в которых ликвидированы недостатки в существующих просеивателях.

Расчет экономической эффективности внедрения вибрационного просеивателя муки показал преимущества данного просеивателя над базовым. В результате внедрения вибрационного просеивателя муки уменьшаются расход электроэнергии, габаритные размеры и масса оборудования.

Годовой экономический эффект от внедрения одного вибрационного просеивателя муки в технологической линии производства хлеба белого пшеничного составляет 55 тысяч гривень.

Конструкция просеивателя защищена патентом Украины.

Ключевые слова: мука, вибропросеивание, интенсивность колебаний, дека.

Annotation

Fedoriv V. M. research of Process of Dry Substances Screening with the purpose of both advancing Designs of the Screening Machinery and Increasing of the Activity Efficiency. – Manuscript.

Theses for a scientific degree of the engineering sciences candidate on a speciality 05.18.12. – Processes and machinery of the food, microbiologic and pharmaceutical industries. – National University of Food Technologies. – Kyiv, 2005.

The thesis is dedicated to the study of the vibrating screening process.

The basic purpose of the thesis is both creation and research of the vibrating screening process and the elaboration of new designs for flour screening machinery.

For the achievement of the basic purpose the interdependent scientific problems had been solved:

- it has been investigated and established the mechanics of the vibrating screening;

- it has been established the space boundaries of the vibration intensity of the screening surface;

- it has been adduced the mathematical description of the studied process and investigated the vibrating screening conditions;

- it has been obtained the theoretical relations of parameters of vibrating displacement of a sphere of flour fragments of the products from the parameters of the oscillation of a deck;

- it has been suggested the design concepts, designed and commissioned the experimental model of the vibrating flour screening machine and also it has been estimated its economic efficiency.

Key words: flour, vibrating screening process, oscillation