Дальневосточный государственный аграрный университет
Обоснование технологических подходов к созданию инновационных изделий строительного назначения для сельскохозяйственной отрасли
Доценко С.М., Школьников П.Н., Школьникова М.А., Широков В.А.
Аннотация
На основе анализа проблемной ситуации обоснованы технологические подходы к созданию системы производства изделий строительного назначения для нужд сельскохозяйственной отрасли с использованием утилизированно-переработанных отходов в виде стекла, опилок, стружки, резины и т.д.
Ключевые слова: технология, схема, структурные элементы, параметры, утилизация, отходы, сельскохозяйственная отрасль
Введение
Создание строительных изделий сельскохозяйственного назначения на основе новых подходов на сегодняшний день остаётся приоритетной задачей для решения соответствующих вопросов в сельскохозяйственной строительной отрасли с учетом проблем экологии [1-3].
Известно, что в настоящее время практически повсеместно не решены проблемы утилизации опилок, стружки, резиновых отходов, стеклотары и т.д.
Одним из направлений решения данной проблемы является рациональное использование указанных видов отходов соответствующей их переработкой в строительные изделия сельскохозяйственного назначения.
Целью исследований является обоснование технологических подходов к созданию инновационных изделий строительного назначения с использованием опилок, стружки, резины и стеклотары.
Задачи исследований
- разработать технологическую схему производства строительных изделий для нужд сельскохозяйственной отрасли на основе утилизированно-переработанного сырья (УПС);
- обосновать параметры структурных элементов технологии с разработкой схемы транспортирующе-дозирующей машины (ТДМ);
- разработать аппаратурную схему линии по производству изделий для сельскохозяйственного строительства с использованием стеклотары, резины, опилок, стружки и т.д.
При разработке подсистемы производства строительных изделий необходимо обеспечить выполнение определенных требований, предъявляемых к данной подсистеме.
В качестве основных требований для данной подсистемы определены следующие:
- производимые строительные изделия должны быть доступными сельскохозяйственному потребителю по стоимости;
- изделия должны быть требуемой прочности;
- изделия должны соответствовать экологическим нормативам, применяемым в строительстве.
На рис. 1 представлена технологическая схема производства изделий строительного назначения с использованием утилизируемо-пригодного сырья (опилки, стружка, стеклотара, стекловолокно, резина и т.д.)
Рис. 1. Технологическая схема производства изделий строительного назначения с использованием утилизированно-переработанных отходов
Первое требование можно выполнить, применив в подсистеме так называемую транспортно-дозирующую машину (ТДМ), совмещающую ряд технологических операций, машину для приготовления цементного связующего раствора, специальный пресс универсального назначения с компрессионной камерой, позволяющий получать влажные гранулы требуемой структуры, а также специальную сушилку с регулируемыми режимами сушки (при необходимости).
На рис. 2 представлена структурная схема подсистемы производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения.
Рис. 2. Структурно-функциональная схема подсистемы производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения: L(t) - средневзвешенный размер исходного продукта; (t); (t); (t) - степень измельчения, однородность смеси и неравномерность ее дозирования; (t) - плотность изделия; Пр - прочность готовых гранул; Си - цена изделия.
Анализ существующих схем технологических линий производства строительных изделий с точки зрения наличия в них функционально необходимых структурных элементов, а также конструктивных особенностей применяемых технических средств, показал, что они металлоемки и энергоемки. При этом наиболее эффективным с точки зрения снижения значений данных показателей, особенно для условий среднего и малого бизнеса, является использование многофункциональных агрегатов, совмещающих в себе две и более операции технологического процесса.
Данные машины, совмещая как минимум четыре операции (загрузку с измельчением, доставку к месту смешивания и их дозированную подачу) позволяют уменьшить затраты труда и средств и тем самым снизить себестоимость готовых изделий.
Вполне очевидно, что с точки зрения снижения затрат, в частности, приведенных - ПЗ, данные технические решения являются наиболее эффективными
, (1)
где: n - число операций;
Ci - эксплуатационные затраты;
Е - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;
Кi - капитальные затраты по операциям.
Для данного типа технических средств приняты следующие показатели оценки их работы:
во-первых - неравномерность или погрешность дозирования компонентов g, % при их подаче в формующие машины (прессы и т.д.), по сути, являющаяся коэффициентом вариации
, (2)
где: ТФ - совокупность технологических факторов;
КРФ - совокупность конструктивных факторов.
во-вторых - энергоемкость измельчения УС, которая также зависит от совокупности технологических (ТФ) и конструктивно-режимных (КРФ) факторов
, (3)
в-третьих - степень измельчения - утилизируемо-перерабатываемого сырья (УПС).
Значения этих показателей также зависят от совокупности технологических и конструктивно-режимных параметров:
, (4)
где: ЭN - энергоемкость процесса измельчения УПС;
Qu - производительность измельчающе-распределяющего устройства (ИРУ).
В то же время эффект от снижения затрат энергии (ЭN) по процессам измельчения и распределения компонентов в бункере ТДМ можно представить в виде условия
, (5)
где: Nб, Nпр - соответственно, затраты энергии по базовому и предлагаемому вариантам;
Qб, Qпр - производительность по базовому и предлагаемому вариантам;
б, пр - степень измельчения по базовому и предлагаемому вариантам.
При переходе к стоимостным показателям эффективности имеем, что
, (6)
где: ЦЭ - стоимость единицы энергии (кВт*ч);
tб, tпр - время работы по базовому и предлагаемому вариантам.
Это выражение можно представить, как
, (7)
где NЭ - разность по затратам энергии между базовым и предлагаемым вариантами.
Тогда в общем виде экономико-математическая модель оценки эффективности работы линии производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения может быть представлена как
, (8)
где С - экономия энергозатрат в денежном выражении, полученная за счет снижения энергоемкости процессов.
На основе проведенного анализа разработана структурная схема (рис. 3) транспортирующе-дозирующей машины (ТДМ), выполняющей следующие операции:
погрузку УПС в бункер ТДМ;
измельчение с одновременным распределением компонентов в бункере ТДМ;
транспортировку к месту назначения и обратно;
дозированную подачу компонента в формующую машину.
Рис. 3. Структурная схема транспортирующе-дозирующей машины для подготовки УПС: - входные и выходные параметры; ТФ - технологические факторы; КРФ - конструктивно-режимные параметры; q - неравномерность распределения массы по длине монолита.
Для принятой схемы ТДМ в общем виде функциональные зависимости приведенных показателей качества выполнения соответствующих процессов смешивания и подачи могут быть представлены как
, (9)
где: Нсл - высота утилизируемого продуктового слоя в бункере ТДМ;
- степень измельчения УПС;
- угол наклона решетки.
Таким образом, в результате проведенного теоретического анализа разработана структурная схема ТДМ и определена совокупность основных факторов, влияющих на эффективность функционирования системы подготовки УПС для последующего получения строительных изделий сельскохозяйственного назначения.
Для структурного элемента в виде ТДМ получена модель, характеризующая производительность ИРУ:
, (10)
где: Lp - длина ротора ИРУ;
Zpi - толщина пластин ограничительной решетки;
Rz - число молотков, идущих по одному следу;
- угловая скорость ротора;
- плотность продуктово-воздушной смеси, удаляемой из ИРУ;
S1 - площадь поперечного сечения УПС в плоскости рабочей зоны молотка-лопасти. строительный утилизированный сельскохозяйственный
Для структурного элемента в виде формующего пресса справедливо следующее равенство:
, (11)
где: QТДМ - подача транспортирующе-дозирующей машины;
QМ - подача миксера по цементному раствору.
На рис. 4 представлена аппаратурная схема производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения
Рис. 4. Аппаратурная схема производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения на основе УПС в виде опилок, стружки, стеклотары и т.д.: 1 - транспортирующе-дозирующая машина с ИРУ; 2 - миксер для приготовления цементного раствора (связующего); 3 - пресс-формовщик винтового типа.
Заключение
На основании принятых требований к инновационным строительным изделиям сельскохозяйственного назначения разработана технологическая схема их производства, включающая три структурных элемента в виде соответствующих подсистем.
Для данных подсистем, с учетом принятых требований и разработанной структурно-функциональной схемы, обоснованы ценовые параметры, а также факторные зависимости, характеризующие их влияние на качественные показатели получаемых инновационных строительных изделий сельскохозяйственного назначения.
Получена зависимость, характеризующая производительность базового элемента подсистемы, выполненного в виде ИРУ.
Для практического использования полученных результатов разработана аппаратурная схема производства инновационных строительных изделий сельскохозяйственного назначения с использованием отходов, подлежащих утилизированию с точки зрения экологии.
Список использованных источников
1. Соков В.Н. Энергоэффективная скоростная технология получения высокотемпературных теплоизоляционных материалов. - М.: МГСУ. - 2014. - 328 c.
2. Чернов М.М. Изделия и материалы для индивидуального строительства. Справочное пособие. - М.: Стройиздат. - 1990. - 448 c.
3. Хризотилцементные строительные материалы. Области применения. - М.: АМБ. - 2009. - 152 c.
Цитирование:
Доценко С.М., Школьников П.Н., Школьникова М.А., Широков В.А. Обоснование технологических подходов к созданию инновационных изделий строительного назначения для сельскохозяйственной отрасли // АгроЭкоИнфо. - 2019, №1. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2019/1/st_118.doc.