21 августа 2019г.
Конкуренция на рынке экструзионного оборудования заставляет его производителей ежегодно предлагать усовершенствованные и новые технологии, рассчитанные на широкий круг выпускаемой продукции. Поэтому производство должно обладать гибкостью, перенастраиваясь на различные конфигурации изделий, типы сырья и производительность в зависимости от текущих потребностей рынка [4]. Получение источников энергии из сырья растительного происхождения в настоящее время является актуальным. Возможности современного шнекового экструзионного оборудования позволяют перерабатывать сырье растительного происхождения, как без оттока, так и с оттоком жидкой фазы, например, при отжиме масла. Одношнековый экструдер нашел широкое применение в отраслях АПК.
Для одношнекового механизма, система уравнений неразрывности объемной производительности может быть представлена следующим образом [3]:
где Qш - объемная производительность шнековых каналов, образуемых лопастями шнека;
Qy - объемная производительность прессуемого материала в зазорах между вершинами лопастей и цилиндрической поверхностью шнекового цилиндра;
Qк - объемная производительность компрессионного затвора;
Qм - объемная производительность в предматричном пространстве, образуемой корпусом шнека и насадкой;
Qф - объемная производительность одной фильеры матрицы;
kф - число фильер в матрице.
Назовем секцией прессующего механизма его участок, на котором могут быть приняты постоянными геометрические и реологические параметры процесса прессования. Секция может заканчиваться матрицей или компрессионным затвором. Давление s i прессуемого материала в канале шнека в конце секции, расположенном в направлении матрицы, имеет нечетный индекс, а в начале секции, в направлении загрузочного отверстия, имеет четный индекс.
Объемная производительность в i -ой секции шнекового механизма определяется с помощью следующего уравнения
Qшi- Qуi= Qкi , i = 2,3,...,I ,
где I -число всех секций прессующего шнекового механизма.
Подставляя в уравнение объемной производительности шнекового механизма значения, связывающие ее члены с давлением в потоке прессуемого материала, можно из (1) получить систему уравнений, решения которой определяют давление в каждой секции шнекового механизма.
С учетом равенства нормальных напряжений на сопряженных границах участков система уравнений приобретет вид [3]:
Решение системы
(3) с применением
численных методов позволяет
проводить математическое моделирование процесса экструдирования.
Учитывая, что искомый вектор s м ,s1 ,s 2 ,...,s 2I присутствует в уравнении (10), требующем своего решения, предлагается для решения системы уравнений (3) следующий алгоритм, в основе которого лежит численный метод решения нелинейных уравнений – метод дихотомии. Для упрощения описания алгоритма примем I=3, система (3) примет вид:
Программа позволяет проводить математическое моделирование процесса экструдирования с учетом изменения геометрических параметров шнека –
шага,
глубины и
ширины канала шнека, осевой протяженности и радиального зазора компрессионных затворов, а также реологических параметров экструдируемого материала, происходящих при его нагреве во время движения по шнеку. Позволяет уточнить напряженное состояние прессуемого материала, которое является внутренней характеристикой системы данного технологического объекта, что дает возможность определить комплекс параметров эффекта процесса экструдирования (рис.2) и повысить достоверность его векторной оптимизации.
Список литературы
1.
Бостанджиян С.А., Столин А.М. Течение неньютоновской жидкости между двумя параллельными плоскостями. Известия АН СССР, Механика, 1965, № 1. - С. 185-188.
2.
Зубкова Т.М., Абдрафиков Р.Н., Мусиенко Д.А. Определение скорости проскальзывания экструдируемого материала по дну шнекового канала.
/Вестник ОГУ № 5 2002 г. - С. 195-197.
3.
Карташов Л.П., Полищук В.Ю., Зубкова Т.М. Моделирование процесса экструдирования в одношнековых прессующих механизмах. /Техника в сельском хозяйстве №6, 1998г.
4.
Зубкова Т.М., Токарева М.А. Моделирование геометрических параметров шнека при экструдировании масличного сырья/ Передовые пищевые технологии: состояние, тренды, точки роста [Электронный ресурс] : Сборник научных трудов I международной научно-практической конференции / Отв. редактор Бабаин Ю. В. Часть 2. М.: ФГБОУ ВО "МГУПП", 2018.- 216 с. - С. 76- 83
