|
2. Структура машин та призначення їх елементів
Для вивчення різних машин необхідно знати їх структуру та функціональне призначення окремих елементів. Сучасна машина складається головним образом з живильних пристроїв, виконуючих механізмів з робочими органами, привідного механізму, а також пристроїв для управління, регулювання та блокування.
Живильний пристрій призначено для безперервної або періодичної подачі вихідного продукту або сировини в машину. Одночасно цей пристрій може забезпечувати кількісне дозування по масі (вазі) або об’єму вихідного продукту або сировини, які подаються в залежності від вимог технологічного процесу.
Виконуючий механізм призначено для передачі руху робочім органам машини. Він включає відома ланка, з яким з’єднані робочі органи, та ведуча ланка, яке зв’язано з привідним механізмом.
Робочі органи машини безпосередньо діють на продукт, який обробляється (вихідний, проміжний або кінцевий) згідно заданому технологічному процесу. В багатьох випадках цей процес в машині виконується декількома робочими органами, кожний з яких виконує визначену операцію. Такі машини називаються складними. Машини з одним робочім органом називаються простими.
Виконуючі механізми характеризуються умовами роботи робочих органів. існують механізми безперервної роботи; їх органи знаходяться у безпосередньому контакті з продуктами, які обробляються в продовж всього циклу руху механізму. Відомі також механізми безперервної роботи, робочі органи яких знаходяться в контакті з продуктом який обробляється лише на протязі частини циклу руху механізму (робоче переміщення); інший час робочі органи такого механізму знаходяться в неробочому положенні (холосте переміщення).
Сучасні машини харчових виробництв приводяться в рух головним образом індивідуальними електродвигунами.
Крім перерахованих механізмів, сучасні машини мають ряд додаткових пристроїв для регулювання та наладки роботи машини, управління, пуску, зупинки, контролю, захисту та блокування.
Пристрої захисту та блокування повинні попереджувати невірні або несвоєчасні вмикання або вимикання окремих частин машини та захищати їх від поломки при аварії спряжених механізмів або машин.
Структурний аналіз кожної машини дозволяє побудувати її технологічну та кінематичну схеми, а також визначити динамічні умови роботи всіх механізмів, вузлів та деталей, що необхідно для розрахунку та конструювання машин.
3. Класифікація машин
Технологічне обладнання призначено для виконання окремих операцій при переробці зерна в готову продукцію. При сучасній різноманітності харчових виробництв обладнання, яке використовується також дуже різноманітне. Це обладнання можна класифікувати за загальними ознаками:
1) характером (способом) дії на продукт, який обробляється;
2) структурою робочого циклу;
3) ступенем механізації та автоматизації;
4) принципом взаємозв’язку у виробничому потоці;
5) функціональною ознакою.
В залежності від способу дії на продукт, який обробляється технологічне обладнання поділяють на апарати та машини.
Апаратами називають обладнання, яке використовується для зміни фізичних, хімічних властивостей продукту, який обробляється або його агрегатного стану. Іншими словами, в апаратах змінюється якість продукту, який обробляється шляхом теплового, фізико-хімічного, біохімічного, електричного або якої-небудь іншої дії. Для апаратів характерна обмеженість робочого об’єму (робочої камери), зазвичай ізольованого від навколишнього середовища. Прикладом апаратів можуть слугувати кондиціонери, які використовуються для термічної обробки зерна, і т.д.
В апаратах, як правило, відсутні спеціальні рухливі робочі органи, які безпосередньо діють на масу продукту та змінюють його фізичні властивості. В окремих апаратах можуть бути рухливі механічні робочі органи, але вони виконують допоміжні функції, які зв’язані з інтенсифікацією процесу обробки продукту (наприклад, змішування, переміщення продукту вздовж апарату і т.д.) та не впливають на зміну його якості.
В машинах продукт обробляється спеціальними пристроями, які отримали назву робочих органів, які безпосередньо діють на продукт, змінюючи його форму, розміри, положення у просторі або механічні характеристики. Більшість операцій технологічного процесу на зернопереробних підприємствах здійснюють машини (здрібнення, розділення продукту на фракції та ін.).
В деяких випадках технологічне обладнання – це комбінація машини та апарата, в котрій присутні механічне, фізико-хімічне, теплове та інші види дій.
По структурі робочого циклу розрізняють машини періодичної та безперервної дії.
В машинах періодичної дії продукт, який обробляється піддається дії на протязі визначеного періоду часу, потім готовий продукт виводиться з машини. Після цього процес поновлюється, повторюючись циклічно. Режим роботи робочих органів таких машин за час циклу безперервно змінюється.
В машинах безперервної дії існує установлений у часі робочий процес: завантаження вихідного продукту та вивантаження готової продукції проводяться одночасно. Робочі органи таких машин роблять у стабільних умовах.
Таким чином, однорідні за призначенням органи та елементи машин періодичної дії потребують різного підходу до їх розрахунку та конструюванню.
За ступенем механізації та автоматизації операцій розрізняють машини: неавтоматичної дії, полу автоматичні та автоматичні.
В машинах неавтоматичної дії допоміжні операції (завантаження, вивантаження, переміщення, контроль) та деякі технологічні операції виконуються при безпосередній дії людини на предмет праці. В таких машинах механізми лише полегшують працю людини, але не виключають її.
В напівавтоматичних машинах всі основні технологічні операції та процеси виконуються машиною, ручними залишаються лише деякі транспортні, контрольні та інші допоміжні операції.
В автоматичних машинах технологічні процеси, а також всі допоміжні операції, включаючи транспортні та контрольні, виконуються машиною.
Особливість машин напівавтоматів та автоматів – наявність, крім звичайних механізмів та пристроїв, спеціальних механізмів та пристроїв, які забезпечують автоматичну дію машин.
В процесі постійного розвитку харчової промисловості всі машини послідовно замінюються на напівавтоматичні або повністю автоматичні.
По принципу сумісності у виробничому потоці розрізняють наступні машини: окремі, агрегатні або комплексні, комбіновані, а також автоматичну систему машин.
Якщо робочі органи машини виконують різні процеси та операції, зв’язані певною послідовністю, то така машина є агрегатною або комплексною. Подібні машини забезпечують прискорення процесів, економію праці та виробничих площ, зменшення втрат, зниження використання енергії та зменшення експлуатаційних витрат.
Більш досконалі у порівнянні з агрегатними (комплексними) комбіновані машини, які виконують певний закінчений цикл операцій та процесів.
Послідовний розвиток виробництва приводить до переходу від машин, які виконують окремі операції, від агрегатних та комбінованих машин до автоматичної системи машин та безперервному виробничому потоку.
За функціональною ознакою все технологічне обладнання, яке використовується у харчових виробництвах, можна розділити на групи, які об’єднують принципово однакові машини (апарати) та автомати за їх дією на продукт та конструктивним рішенням. Зокрема, технологічне обладнання для переробки зерна у продовольчі та кормові продукти об’єднує наступні групи машин та апаратів:
1) машини для видалення домішок, які відрізняються від зерен основної культури шириною та товщиною;
2) машини для видалення домішок, які відрізняються від зерен основної культури за аеродинамічними властивостями;
3) машини для видалення домішок, які відрізняються від зерен основної культури шириною, товщиною та аеродинамічними властивостями;
4) машини для видалення домішок, які відрізняються від зерен основної культури довжиною;
5) машини для видалення домішок, які відрізняються від зерен основної культури сукупністю різних фізичних властивостей;
6) машини для сухої обробки поверхні зерна;
7) машини для обробки зерна водою;
8) апарати для обробки зерна теплом;
9) машини і агрегати для дозування та змішування зернових і рідких продуктів;
10) магнітні сепаратори для виділення металомагнітних домішок;
11) машини для здрібнення зерна;
12) машини для сортування продуктів здрібнення зерна;
13) машини для сортування (збагачення) проміжних продуктів здрібнення зерна;
14) машини для відділення часток ендосперму, які залишилися від оболонок;
15) машини для лущення зерна круп’яних культур, шліфування та полірування ядра;
16) машини і апарати для сортування продуктів лущення зерна круп’яних культур;
17) машини для пресування та гранулювання комбікормів;
18) ваговимірювальні установки.
4. Основні вимоги до машин та апаратів
зернопереробних підприємств
Будь яке технологічне обладнання, в тому числі і обладнання зернопереробних підприємств, повинно забезпечувати якісне виконання операцій технологічного процесу з найменшими витратами енергії на одиницю продукції, що випускається при максимальній продуктивності. Машини та апарати повинні мати високу техніко-економічну ефективність, обумовлену наступними параметрами, які відносяться до потужності машини: площею, яка займається, витратами електроенергії, води, пару, вартістю виготовлення, монтажем, ремонтом та експлуатацією обладнання. Під площею, яка займається розуміють не тільки площу зайняту самою машиною, але й площу, яку необхідно тримати вільною для технічної експлуатації машини.
Технологічне обладнання повинно відповідати сучасним вимогам по надійності машин та апаратів. Крім загальних вимог, які ставлять до машин для виробництва харчових продуктів при проектуванні, виготовленні та експлуатації, вони повинні відповідати ще й наступним вимогам.
1. Можливість виконання процесів прогресивної технології. Інакше кажучи, машини та апарати при повній їх потужності повинні технологічно оптимально діяти на продукт, який обробляється, а втрати повинні бути мінімальними. В силу цього при конструюванні нових або модернізації діючих машин необхідно при оптимальному режимі технологічного процесу забезпечити відповідні швидкості та траєкторії руху робочих органів фізико-механічним, хімічним та біологічним властивостям вихідних, проміжних та кінцевих продуктів.
2. Висока техніко-економічна ефективність. Її підвищення відображається на рості потужності загального труду, тобто в зниженні витрат на одиницю продукту, виробленого на вказаних машинах та автоматах.
3. Особливі вимоги ставлять до зносостійкості матеріалів робочих органів, яка повинна бути дуже високою. Так як попадання часток матеріалів, з яких виготовлена машина, в продукти може зробити їх непридатними для продовольчих та кормових цілей. Робочі органи, які взаємодіють з продуктом, виготовляють з матеріалів, які дозволяють видаляти частки їх зносу з продукту, який обробляється.
4. Можливість передачі руху машині безпосередньо від індивідуального або групового електродвигуна, що у багатьох випадках поліпшує конструкцію машин та підвищує їх експлуатаційні показники.
5. У певних концентраціях в повітрі та при наявності джерел тепла достатньої інтенсивності зерновий, крохмальний, цукровий та мучнистий пил стає вибухонебезпечним. Тому у зернопереробних машинах забезпечують надійну герметизацію та аспірацію в місцях виділення пилу.
6. Відповідність машин та апаратів вимогам, які викладені в правилах охорони праці та забезпечення виробничої санітарії. Зокрема, з зовнішньої сторони машини повинні мати не шорстку, обтічна форму, що полегшує виконання вимог виробничої санітарії та охорони праці.
7. Автоматизація контролю та регулювання робочих процесів. В поточних, жорстко зблокованих лініях необхідно передбачати антиблокувальні пристрої:
які не дозволяють включати лінію, якщо хоча б одна з машин, які входять в неї, не готова до пуску;
які зупиняють всі машини при відключенні однієї з наступних машин лінії;
які зупиняють всю лінію при відсутності подачі продукту або тари.
8. Статичне або динамічне врівноваження частин, які обертаються та мас машин, які рухаються поступально.
Внаслідок неточності або інших дефектів заготовок, механічної обробки деталей та зборки вузлів машин виникає неврівноваженість головним чином із-за нерівномірності розподілення матеріалу в об’ємі деталі або вузла.
Розрізняють статичну та динамічну неврівноваженість. Статична неврівноваженість виникає при зміщенні центру ваги тіла, яке обертається відносно осі його обертання.
При обертанні неврівноважених деталей виникають відцентрові сили, які іноді досягають значної величини. При неврівноваженості систем, які обертаються можливі пружні деформації деталей машини, які викликають шум та вібрацію опор машини, а також підлоги (перекриттів) будови, надмірне зношування підшипників та інших частин машини, збільшення витрати енергії, зниження потужності машини, збільшення експлуатаційних витрат, які пов’язані з частим ремонтом та заміною зношених деталей, збудження примусових коливань та вібрацій, які приводять до зниження довговічності машини, зниженню якості її роботи, саморозгвинчування різьбових з’єднань. Тому частини машини, які обертаються повинні бути статично або динамічно врівноваженими. При експлуатації машин шум та вібрації повинні бути в межах допустимих норм як по загальному рівню, так і за характеристикою спектру (частоті коливань звуку).
Терміни та визначення, які зв’язані з надійністю машин, є загальними для різних галузей промисловості.
Надійність – властивість машини (прибору, апарату, системи та їх частин) виконувати задані функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники в заданих межах протягом потрібного часу або потрібної наробітки. Надійність машини обумовлюється її безвідмовністю, довговічністю, ремонтопридатність та збереженістю. Кількісно надійність можна оцінювати множенням вірогідності безвідмовної роботи на протязі заданого часу на коефіцієнт оптимального технічного використання машини.
Працездатність – стан машини, при якому вона здатна виконувати задані функції з параметрами, які встановлені вимогами технічної документації. Відмова – подія, яка полягає в порушенні працездатності. До причин відмов відносять:
конструктивні дефекти, які однаково відбиваються на всіх виробах;
технологічні дефекти, які знижують надійність частини виробів;
експлуатаційні дефекти, які сприяють передчасному виходу зі строю окремих виробів;
зношення та старіння, які викликають незворотні зміни у вигляді порушення координації та взаємодії спряжених елементів, зниження їх міцності та виникнення руйнувань втомлення.
Наробіток – протяжність або об’єм роботи машини, який вимірюється в годинах (хвилинах, секундах), циклах, кубометрах або інших одиницях.
Безвідмовність – властивість машини зберігати працездатність на протязі деякої наробітки без примусових перерв.
Довговічність – властивість машини зберігати працездатність до межового стану з необхідними перервами для технічного обслуговування та ремонтів. Межовий стан машини визначається неможливістю її подальшої експлуатації, що пов’язано зі зниженням ефективності або вимогами безпеки та обумовлюється в технічній документації. Показниками довговічності можуть слугувати, наприклад, ресурс або строк служби.
Ресурс – наробіток машини до межового стану, обумовленого в технічній документації.
Строк служби – календарний час експлуатації машини до моменту виникнення межового стану, обумовленого в технічній документації, або до списання.
Ремонтопридатність – властивість машини, яка заключається в її пристосуванні до попередження, винайдення та усунення відмов та несправностей шляхом проведення технічного обслуговування та ремонтів.
Несправність – стан машини, при якому вона не відповідає хоча б одній з вимог технічної документації.
Збереженість – властивість машини зберігати обумовлені експлуатаційні показники після строку зберігання та транспортування, встановленого в технічній документації.
Коефіцієнт технічного використання – відношення наробітки машини в одиницях часу за певний період експлуатації до суми цієї наробітки та часу всіх простоїв, викликаних технічним обслуговуванням та ремонтами за той же період експлуатації.
Наука про надійність, яка базується на використанні математично-статистичного та імовірнісного методів для створення технічно досконалого обладнання, встановлює закономірності виникнення конструктивних, технологічних та експлуатаційних відмов та встановлення працездатності обладнання; вона в об’єктивній формі розглядає вплив зовнішніх та внутрішніх дій, створює та систематично уточнює основи розрахунку надійності обладнання при його конструюванні, виготовленні та експлуатації.
При виборі машини для виконання тієї чи іншої операції враховують її якісні показники, які складаються з властивостей машини, які обумовлюють її придатність до експлуатації.
За показники якості машини приймають якісні характеристики властивостей, які визначають її якість (наприклад, металомісткість, витрати енергії на одиницю продукції, яка виробляється, зносостійкість та ін.).
Показники якості можуть бути як розмірними, так і відносними величинами, а також виражатися бальною оцінкою. Кількісну характеристику однієї або декількох властивостей чи ознак (продуктивність, встановлена потужність, габаритні розміри, маса та ін.) називають параметрами машини.
При порівнянні показників якості однорідних машин одну з яких обирають в якості базової (еталонної), якою може слугувати, наприклад, машина, яка знаходиться в експлуатації або випускається серійно. Під рівнем якості машини розуміють відносну характеристику, засновану на порівнянні всіх показників розглядаємої та базової машин. Показник якості може бути одиничним, який відноситься до однієї з її властивостей, або комплексним, що включає декілька елементарних властивостей.
Відносним показником якості (Qі
) називають відношення одиничного або комплексного показника якості розглядаємої машини (kі
) до відповідного показника базової машини kі.э
. це відношення може бути як прямим, так і оберненим, тобто
; (1)
. (2)
При виборі формули необхідно мати на увазі, що збільшення Qі
повинно відповідати покращенню якості продукції. Наприклад, при визначенні ККД приймають пряме відношення (1), а при визначенні металомісткості, рівня шуму – обернене (2).
Для оцінки рівня якості обирають певний склад і чисельні значення kі
та kі.э
, обчислюють відносні показники Qі
, за якими і приймають рішення стосовно оцінки.
Оцінка може бути диференціальною або узагальненою.
Набір відносних показників Qі
, які дозволяють визначити, за якими властивостями оцінюють машину якісно вище або нижче базової, називають диференціальною оцінкою. Вона дозволяє конструктору та заводу-виробнику визначити шляхи вдосконалення машини. Але диференціальна оцінка не характеризує рівень якості машини в цілому.
Загальний рівень якості машини характеризується узагальненою, сукупною оцінкою QΣ
. При цьому диференціальні оцінки, які визначають окремі якісні властивості машин,
Так як не всі окремі властивості машин однозначні, тому кожному одиничному (комплексному) відносному показнику Qі
приписують коефіцієнт вісомості mі
, який виражає відносне значення даної властивості в загальному комплексі властивостей, які утворюють якість. Чисельне значення коефіцієнта mі
обирають на основі обробки думок експертів, згодою між виробником та споживачів продукції, а також іншими методами. Краще обирати значення mі
так, щоб сума їх дорівнювала одиниці.
Добуток mі
Qі
називають зваженою оцінкою відносних показників якості.
Узагальнену оцінку рівня якості машини визначають за формулою
.
Якщо
=1, то
.
В тому випадку, якщо рівень найбільш важливого показника Qі
низький, то для запобігання перевищення середньоарифметичної оцінки користуються формулою
.
При пред’явленні до машини обов’язкових вимог (безпечність та ін.) їх враховують як одиницю, якщо вони виконані, або нулем, якщо не виконані. У таких випадках формула для визначення QΣ
буде мати вигляд:
,
де Q0
– коефіцієнт, який враховує виконання обов’язкових вимог.
Іноді для визначення узагальненого рівня якості використовують зважений геометричний індекс, який визначається за формулою
.
Проте слід врахувати, що безрозмірні узагальнені характеристики мають відносний та абстрактний характер та на багатьох етапах розрахунку (вибір еталону, відбір властивостей, вибір формули) є елементи суб’єктивності та умовності. Слід мати на увазі, що збільшення якості продукції не є самоціллю і повинно знаходитися в економічно розумних межах. Оптимальну якість машин визначають з урахуванням максимальної ефективності їх виробництва та застосування.
Висновки
В будь якій державі пріоритетними завжди є питання якості та ефективності харчування населення. В Україні основними продуктами харчування залишаються зернопродукти. Виходячи з цього, можна зробити висновок, що питання ефективної та якісної обробки зерна є на сьогодні актуальними та важливими. Ефективність виробництва хлібопродуктів залежить від якості зерна, досконалості технологічних процесів та обладнання, кваліфікації обслуговуючих кадрів.
Проблеми подальшого розвитку науки та промисловості переробки зерна пов’язані як із зростанням населення, так і з необхідністю більш ефективного і раціонального використання зерна для забезпечення зростаючих потреб населення. Для вирішення вказаних проблем необхідно досягати високого рівня функціонування усіх ланок зернопереробного комплексу, одним з основних напрямків якого є:
1. Забезпечити підвищення якості зерна, як основного фактора, який впливає як на кількість, так і на якість зернових продуктів, шляхом очистки його від домішок.
2. Продовжити пошук нових технологічних процесів і обладнання для сепарування зерна, які б забезпечили підвищену ефективність очистки зерна від домішок та суттєве зниження витрат енергії .
Однією з основних стадій виробничого процесу на зернопереробних підприємствах є зберігання зерна в елеваторі, яке включає попередню очистку зерна від домішок. При направленні до зерноочисного відділення та на переробку зерно повинно мати такі показники якості, які регламентуються правилами організації і ведення технологічного процесу на зернопереробних підприємствах.
При переробці зерна в муку базисний вміст смітної домішки складає 1%, зернової домішки – 1%. При перевищенні базисного вмісту смітної домішки на кожен відсоток знижується вихід готової продукції на 1%, зернової – на 0,35%, при цьому продукція не завжди задовольняє вимогам стандартів.
Таким чином очистка зерна від домішок має дуже важливе значення для зернопереробної промисловості. Від цього процесу залежить як вихід, так і якість готової продукції.
При вирішенні питання якості сепарування зернової маси виникає основний напрямок роботи – вдосконалення та оптимізація параметрів обладнання для виділення зернових домішок. Зерноочисні відділення переробних підприємств України знаходяться в різному стані. На деяких підприємствах застосовується морально та фізично застаріле обладнання, а на інших – сучасне обладнання іноземних виробників, яке потребує кваліфікованого обслуговуючого персоналу та значних витрат. Тому на сьогодні виникає необхідність створення та оптимізації робочих параметрів зерноочисного обладнання вітчизняних виробників, яке б мало низьку ціну та забезпечувало б належну якість обробітку, не гіршу за іноземні аналоги.
Використана література
1. Галицкий Р.Р. Оборудование зерноперерабатывающих предприятий. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1990. – 271 с.
2. Георги Н.В., Кравченко Г.К., Солдатенко Л.С. Новые виды технологического оборудования для переработки зерна. – К.: УМК ВО, 1991. – 115 с.
3. Обладнання підприємств переробної та харчової промисловості. Під редакцією І.С. Гулого. – Нова книга, 2001;
4. Птушкина А.Т. Высокопроизводительное оборудование мукомольных
заводов. - М.: Агропромиздат, 1987. – 288 с.
5. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна: Учебник./Под ред. А.Я.Соколова. – М.: Колос, 1984.
– 445 с.
|