Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор исследований технологического процесса гранулирования кормов и прессового оборудования. цель и задачи исследования 12
1.1 Анализ технологического процесса гранулирования кормов 12
1.2 Обзор оборудования для производства гранул 14
1.3 Анализ научных исследований процесса производства твердых гранул из сыпучего сырья растительного происхождения 20
1.4 Релаксация напряжений в грануле и криволинейность матричного канала 25
1.5 Анализ исследований режима работы прессующих устройств 28
Цель и задачи исследования 41
2 Теоретический анализ работы шестеренного пресса с горизонтальной активной матрицей и внутренними прессующими вальцами 43
2.1 Сравнительный анализ рабочих органов шестеренных прессов и выбор базовой конструктивно-технологической схемы пресса 43
2.2 Технологический процесс гранулирования комбикорма шестеренным прессом с активной матрицей и внутренними прессующими вальцами 49
2.3 Деформация сырья в рабочем пространстве
2.4 Давление и работа сжатия материала в шестеренном прессе.. 58
2.5 Определение угла отклонения каналов прессования в матрице от радиального направления 59
2.6 Анализ сил в рабочем органе и определение мощности привода шестеренного пресса 62
2.7 Упрочнение гранул в канале прессования 64
Выводы 68
3 Программа и методика экспериментального исследования процесса гранулирования корма шестеренным прессом с внутренними прессующими вальцами 69
3.1 Программа экспериментального исследования 69
3.2 Общая методика экспериментального исследования 70
3.3 Методика определения физико-механических свойств кормовых смесей 75
3.4 Методика экспериментального исследования процесса релаксации напряжений в сжатом комбикорме 79
3.5 Методика определения долевого участия зубчатого венца в подаче и деформации сырья в рабочем органе шестеренного типа 81
3.6 Методика экспериментального определения рационального режима работы гранулятора с зафиксированной частотой сжимающих воздействий на корм 84
3.7 Методика измерения производительности гранулятора 85
3.8 Методика измерения мощности привода и определения энергоемкости процесса гранулирования 86
3.9 Методика обработки результатов измерений и определения погрешности полученных результатов 86
4 Анализ результатов экспериментального исследования процесса гранулирования кормов шестеренным прессом 88
4.1 Результаты сравнительного анализа конструктивных схем шестеренных прессов 88
4.2 Анализ результатов исследования упруго-вязких свойств комбикорма 94
4.3 Влияние зубчатого венца матрицы и вальца на деформацию материала в зазоре между ними 97
4.4 Зависимость угла. ориентации оси канала прессования от геометрических соотношений матрицы и прессующего вальца 101
4.5 Анализ исследования частоты воздействий и долевой подачи сырья на процесс уплотнения гранул и производительность пресса 103
4.6 Производственные показатели работы исследуемого
шестеренного пресса 113
Выводы 116
5 Методика инженерного расчета пресса и экономическая эффективность результатов исследований 118
5.1 Дополнения к методике инженерного расчета шестеренного пресса 118
5.2 Экономическое обоснование эффективности использования шестеренного гранулятора кормов 121
Общие выводы 131
Литература
- Анализ научных исследований процесса производства твердых гранул из сыпучего сырья растительного происхождения
- Технологический процесс гранулирования комбикорма шестеренным прессом с активной матрицей и внутренними прессующими вальцами
- Методика экспериментального исследования процесса релаксации напряжений в сжатом комбикорме
- Анализ результатов исследования упруго-вязких свойств комбикорма
Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время благодаря принятым в России национальным проектам большое внимание отводится сельскохозяйственному производству. Увеличение продуктов растениеводства и животноводства тесно связано с совершенствованием заготовки и хранения кормов. Начата модернизация не только специализированных предприятий промышленного типа, но и общественных, и частных аграрных хозяйств, поэтому актуальным является разработка современного передового оборудования для массового применения в индивидуальных фермерских и кооперативных предприятиях. Значительная роль принадлежит оборудованию переработки зерновых отходов и заготовки из них кормов. Среди них актуальны исследования процесса прессования сельскохозяйственных материалов, в частности, гранулирования кормов.
Известны сотни возможных конструкций и теоретических схем различного вида прессов, грануляторов и брикетировщиков. Запатентовано большое количество технических решений устройств для обработки различных материалов давлением. Однако до сих пор нет однозначного решения о наиболее эффективной конструктивно-технологической схеме пресса. Отсутствуют рекомендации по наиболее предпочтительному использованию того или иного типа прессового оборудования в конкретных производственных условиях.
Цель исследования состоит в снижении энергоемкости процесса гранулирования корма оптимизацией конструктивно-технологической схемы шестеренного пресса, его параметров и режима работы.
Объект исследования. Процесс гранулирования кормов шестеренным прессом с внутренними вальцами.
Предмет исследования. Закономерности гранулирования кормов шестеренным прессом с внутренними вальцами и его режим работы.
Научная новизна состоит в обосновании цикличности сжимающих воздействий на гранулируемый корм, что ускорит релаксацию напряжений в гранулах, в конструктивно-технологической схеме, параметрах и режиме работы шестеренного пресса с горизонтальной матрицей и внутренними вальцами, новизна совершенствования которого подтверждена четырьмя патентами на изобретение и патентом на полезную модель, реализация которой позволила:
оценить физико-механические свойства комбинированных кормов и исследовать их влияние на процесс упрочнения гранул;
установить зависимости деформирования сырья между матрицей и внутренними зубчатыми вальцами от соотношения их размеров, удельных затрат энергии и качества получаемых гранул;
получить уточненную математическую модель процесса вовлечения корма в зону сжатия;
обосновать подачу сырья и частоту сжимающих воздействий в шестеренном прессе для изготовления качественных гранул.
Практическая значимость работы заключается в разработке конструктивно-технологической схемы шестеренного пресса, обосновании параметров и режима его работы, использование которых позволяет:
снизить энергоемкость гранулирования кормов шестеренным прессом с вну
тренними вальцами;
гранулировать корма с минимальными затратами энергии и должным каче
ством на шестеренном прессе с новыми техническими решениями по компоновке мат
рицы и внутренних вальцов;
увеличить производительность пресса для изготовления кормовых гранул.
На защиту вынесены следующие положения:
Методика сравнительной оценки конструкций шестеренных прессов.
Закономерности деформирования корма в шестеренном прессе с горизонтальной активной матрицей и внутренними вальцами.
Модель подачи корма в пресс с учетом влияния зубчатого венца матрицы и вальцов.
Рациональные параметры и режим работы шестеренного гранулятора с двумя вальцами.
Уточненная методика расчета шестеренного пресса.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» и ФГОУ ВПО «Ставропольский ГАУ». Результаты исследований демонстрировались в экспонатах выствки «Интерагромаш -2008» (серебряная медаль) и агропромышленной выставки «Ростов гостеприимный -2010» (золотая медаль). Разработанная конструкция пресса и рекомендации по результатам исследований приняты к производству ООО «Агропродмаш» и внедрены в ООО «ЮгАгроХолдинг», ООО « ДонМаслоПродукт» Ростовской области.
Публикация результатов исследования. Результаты исследований опубликованы в 16 печатных работах, из которых 1 статья в издании из перечня ВАК, 4 патента на изобретение и патент на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, пять глав, общие выводы, библиографический список из 150 наименований, в том числе 6 на иностранных языках, и приложений. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 15 таблиц.
Анализ научных исследований процесса производства твердых гранул из сыпучего сырья растительного происхождения
Установки (прессы) для гранулирования можно подразделить на пять основных типов, отличающихся конструктивными особенностями.
К первому типу относят прессы, формирующие гранулы в ячейках двух вращающихся навстречу друг другу валков, имеющих углубления на поверхности /10, 11/. В этих ячейках исходный продукт обжимается, а затем выпадает. Такой пресс не обеспечивает высокой прочности и плотности гранул, имеет небольшую выдержку материала под давлением.
Ко второму типу относят шестеренные грануляторы. Продукт, поступающий на шестерни, выдавливается через отверстия у основания зубьев. Неподвижный нож срезает гранулы. На прессах этой конструкции вырабатывают в основном гранулы диаметром 10-14 мм. Они к настоящему времени все еще мало изучены.
К третьему типу относят прессы, имеющие неподвижные матрицы с различными диаметрами отверстий, через которые шнек продавливает продукт /44, 58/. Полученные гранулы срезаются ножом. Такие прессы используют в основном для выработки комбикормов при влажном прессовании. Они имеют низкую производительность и требуют применения специальных сушилок.
К четвертому типу относят прессы, имеющие горизонтальные плоские матрицы и неподвижные ножи /74/. Гранулы выдавливаются под действием роликов, вращающихся от соприкосновения с матрицей. На таких прессах наблюдается неравномерный износ матриц и роликов вследствие разных окружных скоростей. Центробежные силы относят продукт к периметру матрицы, что нарушает равномерность нагрузки на ее рабочую поверхность.
Прессы пятого типа наиболее распространены. Они имеют вращающуюся горизонтальную или вертикальную кольцевую матрицу с радиальными отверстиями /27, 36, 38, 77, 82, 90, 101, 106 и др./. Продукт поступает в камеру прессования, где подается скребком в пространство между матрицей и прессующими роликами. Последние постепенно выпрессовывают продукт через отверстия матрицы, затем он срезается неподвижным ножом, образуя гранулы. Такие прессы имеют высокую производительность. Расход электроэнергии обусловлен не только сжатием корма, но и непродуктивным прокатыванием его на поверхности перемычек между отверстиями.
Процесс гранулирования в них осуществляется следующим образом. Подготовленный к гранулированию в смесителе рассыпной корм направляется в зону прессования, увлекается вращающейся кольцевой матрицей и прессующими роликами подается в клиновый зазор между матрицей и роликом. Здесь продукт предварительно уплотняется, затем постепенно сжимается. Давление прессования повышается по мере поступления продукта в клиновый зазор. Из продукта удаляется воздух, находящийся между частицами, и некоторое количество поверхностной влаги. По мере роста давления повышается плотность прессуемого продукта в результате уменьшения расстояния между частицами. По мере достижения максимального давления он проходит через отверстия матрицы (фильеры), приобретая определенную форму, прочность и размеры.
При прохождении через отверстия продукт дополнительно нагревается, так как часть механической энергии переходит в тепло /103/. Прессующий ролик про 16 талкивает в фильеры новую порцию продукта, что обеспечивает перемещение спрессованного корма к выходу из отверстия. При непрерывном процессе прокатывания прессующих роликов на поверхности матрицы движение корма в отверстиях матрицы происходит периодически в тот момент, когда прессующий ролик проходит над отверстием соответствующего фильера. Наружная поверхность цилиндра прессующего ролика имеет рифление, нанесенное параллельно оси их вращения, что способствует лучшему сцеплению прессующих роликов с кормом. При выходе из матрицы гранулы обламываются ножами, с помощью которых можно регулировать их длину. Высокая энергоемкость технологического процесса гранулирования комбикормов и недостаточная их производительность являются сдерживающим фактором их широкого внедрения /26 /.
Штемпельные гранулятори. Рабочий процесс в прессах данного типа осуществляется за счёт возвратно-поступательного движения штемпеля в прессовальном канале открытого или закрытого типов /107, 109, 131, 136/. Наибольшее распространение в промышленных конструкциях брикетных прессов получили штемпельные рабочие органы с открытым каналом прессования. Прессовое оборудование со штемпельными рабочими органами меньше дробит материал, обеспечивает более длительную выдержку брикетов под давлением, т.е. готовит более качественные брикеты, имеет невысокую энергоёмкость технологического процесса - до 22,5кДж /кг. /114/. Штемпельные прессы также имеют ряд недостатков. Основные из них — ограниченная производительность (зависящая от числа ходов штемпеля, числа каналов прессования и площади их поперечного сечения) и высокая материалоёмкость процесса. Кроме того, основная область применения штемпельных рабочих органов - прессование сено-соломистых материалов /110/.
В настоящее время наибольшее распространение получили вальцовые прессы с кольцевой матрицей. Разрабатываются новые модели таких прессов, рассчитанных на производительность 5 и 10 т/ч. Все они имеют одинаковую конструктивную схему и отличаются лишь размерами /119, 131, 135/.
В.И. Щербина исследовал работу конвейерно-вальцевого пресса при брикетировании травяной резки в смеси с комбикормом (до 60% по массе) /139/. Конст 17 рукция такого пресса отличается от рассмотренных выше прессов. Рабочими органами его являются два прессующих зубчатых вальца эвольвентного профиля со срезанными по делительной окружности зубьями, между ними перемещаются цепным конвейером камеры прессования, при этом осуществляется двухстороннее сжатие материала. В исследованиях были рассмотрены характер изменения давления при сжатии и разгрузке брикета, работа сжатия и разгрузки, распределение напряжений и плотности по объёму брикета, степень сжатия материала и другие вопросы технологии прессования. При этом энергоёмкость брикетирования для смеси люцерны с 20% комбикорма составила 4,6-6,2 кВт.ч/т.
Несмотря на общность законов уплотнения кормов и единую конструктивную схему, брикетировочные прессы составляют самостоятельную группу машин, отличающуюся от грануляторов. Эти отличия обусловлены разнообразием свойств уплотняемых кормов, широкой их номенклатурой и различиями в требованиях, предъявляемых к кормовым брикетам и гранулам. В частности, необходимость иметь брикеты разной плотности привела к созданию регулируемых каналов прессования, у которых может изменяться площадь поперечного сечения или длина канала. Брикеты, предназначенные для крупного рогатого скота (в состав входят грубые корма), имеют размеры, во много раз превосходящие размеры гранул. Матрицы брикетных прессов также имеют большие размеры и делаются неподвижными (вертикальные или горизонтальные), а активным рабочим органом в них является блок прессующих вальцов с ведущим водилом.
Технологический процесс гранулирования комбикорма шестеренным прессом с активной матрицей и внутренними прессующими вальцами
Графическое изображение этой зависимости представим для трех наиболее характерных случаев компоновки матрицы и внутренних вальцов.
Для одновальцового рабочего органа отношение радиуса вальца к радиусу матрицы может изменяться в диапазоне от 0 до 1. Принимая отношение r/R последовательно 0,15; 0,3; 0,45; 0,6; 0,75 и 0,9, угол трения материала по поверхности вальца 45, получим графики зависимости относительной деформации (рис. 2.6 и рис. 2.7).
Для двухвальцового рабочего органа отношение радиуса вальца к радиусу матрицы изменяется в диапазоне от 0 до 0,5. Разбивая весь интервал на три диапазона аналогично предыдущему, построим графики для r/R, соответственно, 0,15, 0,30 и 0,45 (рис. 2.6).
Для вероятной схемы рабочего органа с тремя внутренними прессующими вальцами диапазон соотношения радиусов теоретически возможен от 0 до 0,45. Для интервалов 0,15, 0,3 и 0,45 также графически изобразим анализируемую зависимость (рис. 2.6).
На рисунке 2.6 представлены графики для соотношений радиусов 0,15, 0,3 и 0,45, которые приемлемы для всех трех вариантов компоновки матрицы с одним, двумя или тремя вальцами.
На рисунке 2.7 приведены графики изменения относительной деформации материала в одновальцовом прессе, так как соотношения радиусов вальца и матрицы свыше 0,5 приемлемы только для такой конструктивной схемы.
Данные этих графиков свидетельствуют о том, что деформация кормов нарастает быстрее при уменьшении соотношения радиуса вальца к радиусу матрицы. Следовательно, момент достижения заданной плотности гранулы зависит не только от начальной насыпной массы прессуемого материала, но и от параметров матрицы и вальца. Тогда и ориентацию каналов прессования необходимо согласовать с параметрами матрицы и вальца. 2.4 Давление и работа сжатия материала в шестеренном прессе
Процесс уплотнения заключается в уменьшении объема материала под воздействием внешней нагрузки. В результате плотность сырья увеличивается. Сжатие материала происходит без его бокового расширения. Следовательно, можно считать, что материал и напряжение в нем распределены равномерно по всему объему, который приходится на один канал прессования. Такое допущение справедливо, потому что разовое количество сырья, которое вдавливается в каждый канал прессования за одно воздействие прессующего вальца, достаточно небольшое /142, 144/.
Выявлению вида зависимости между действующим давлением и получаемой плотностью прессовки посвящены многие исследования.
Наиболее применяемая зависимость между давлением прессования и плотностью сырья экспоненциального вида /142/:
В момент достижения заданной плотности материала результирующая сила от давления площадкой на головке зуба у прессующего вальца не совпадает с радиальным направлением матрицы (рис. 2.8). Для внешнего зацепления ориентация каналов прессования рассмотрена в предыдущей работе /143/ и оформлен патент на такое техническое решение.
Рисунок 2.8 - Схема силы сжатия в момент проталкивания материала в канал прессования (к определению направления канала прессования)
Для внутреннего расположения вальца необходимо уточнить конкретное расположение каналов прессования. Чтобы работа сил при перемещении сжатого материала была минимальна, необходимо сориентировать положение канала прессования вдоль радиального направления вальца, а не матрицы.
Относительная деформация материала при его сжатии определяется формулой є = (р-ро)/р, (2.26) где р0 - начальная насыпная масса корма, кг/м3; р - плотность корма в конце сжатия, кг/м . Угол начала проталкивания материала в канал прессования находится подстановкой требуемой относительной деформации в формулу 2.19 или 2.20.
Угол между радиальным направлением вальца и радиальным направлением матрицы найдем по теореме синусов для треугольника 0]02В по рисунку 2.8:
Значение этого угла изменяется, во-первых, от величины относительной деформации (от степени сжатия), а, во-вторых, от соотношения радиусов матрицы и вальца. На рисунке 2.9 приведены графики изменения угла у в зависимости от относительной деформации корма для соотношений радиусов 0,15 и 0,45. r/R = 0,45 Ш5 Графики зависимости угла наклона оси каналов прессования к радиальному направлению матрицы от относительной деформации корма в конце его сжатия
Из этих данных следует, что для прессующих вальцов с малыми радиусами угол ориентации оси каналов прессования по отношению к радиальному направлению матрицы больше, чем для более крупных вальцов. В прессах с малыми прессующими вальцами деформация нарастает быстрее. С другой стороны, для видов сырья с небольшой исходной насыпной массой требуется прессование до большей относительной деформации, что приводит к уменьшению угла отклонения оси каналов прессования от радиального направления матрицы.
Методика экспериментального исследования процесса релаксации напряжений в сжатом комбикорме
Лучшим вариантом по данным таблицы 4.2 является схема с внешней матрицей и приводными внутренними вальцами. Весьма близок вариант с одним внутренним приводным вальцом. По организации передачи крутящего момента к рабочим элементам явное преимущество у конструктивно-технологических схем с пассивной матрицей (неподвижной) и активными внутренними вальцами. Но такие схемы потребуют дополнительного устройства для разделения монолита на части и вывода гранул за пределы пресса. Потребуется и дополнительный привод. Следовательно, лучшим вариантом для пресса малой и средней производительности следует признать схему с активной (вращающейся) матрицей и несколькими внутренними прессующими вальцами.
Анализ результатов исследования упруго-вязких свойств комбикорма
Исследование согласно методике проведено на винтовом прессе. Задачей исследования предусмотрено изучение упруго-вязких свойств комбикорма с последующим использованием полученных знаний для ускорения процесса упрочнения гранул при продвижении их вдоль каналов прессования в матрице. Упрочнение гранул в канале прессования обусловлено двумя процессами: релаксацией напряжений в сжатом комбикорме и течением материала под давлением.
Исследование проведено на комбикорме для свиней на откорме в заключительный период (Приложение А). Основные физико-механические свойства его: исходная насыпная масса 500±15 кг/м , влажность 14-15%, угол трения по стальной поверхности 23.
В начальный период опытные данные не совпадают с аппроксимирующей кривой. В средней и заключительной части опыта совпадение становится лучше.
Анализ данных графика показывает, что полученная зависимость не в полной мере соответствует физической сущности процесса. В самом деле, первую часть экспериментальных данных зависимость описывает с большой погрешностью. Вероятно, материал в течении опыта изменяет свои свойства. Сжатый корм при длительном воздействии должен полностью выделить газовую составляющую. Структурированные частицы деформируются и теряют упругие качства. Мгновенный модуль упругости уже не влияет на процесс. Длительный модуль упругости меньше мгновенного. Выделим первые четыре точки по рис. 4.1 и для первого периода процесса определим интенсивность релаксации напряжений (рис. 4.2).
Зубчатая поверхность матрицы и прессующих вальцов усиливают подачу сырья в зону сжатия. Во второй главе для упрощения математического описания было принято допущение: возможности рабочего органа вовлекать сырье в зазор между матрицей и вальцом рассматриваются для гладких их наружных поверхностей. Причем радиусы учитывались по делительной окружности зубчатых колес, где принято разделять ножку и головку зуба. Площади ножки и головки зуба не равноценны. Поэтому в формуле необходимо учитывать поправочный коэффициент на долю влияния зубчатого венца как матрицы, так и вальца. Экспериментальное определение поправочного коэффициента осуществлено геометрическим моделированием условий в графической среде «КОМПАС - ЗД». Поправочный коэффициент для толщины слоя корма, поступающего в зону сжатия, также учитывается при дальнейшем определении абсолютной и относительной деформации, относительного изменения плотности и степени сжатия корма. Его необходимо применять и при оценке интенсивности процесса сжатия сырья, так как он влияет на скорость нарастания напряжений в среде. Момент начала проталкивания материала в канал прессования зависит от степени сжатия, поэтому, определяя .угол отклонения канала прессования от радиального направления, вновь надо учитывать этот поправочный коэффициент.
Для моделирования вариантов соотношения размера камер прессования и шага зубчатого зацепления разработаны способы фрезерования каналов в матрице. Модуль зацепления принят постоянным. Ширина канала прессования изменялась по следующему принципу. Стандартное зацепление, принятое за нижний уровень, соответствует способу фрезерования «зуб-впадина». Средний уровень фактора обеспечивает способ фрезерования «зуб-впадина-впадина». Верхний уровень обеспечен способом нарезки каналов «зуб-впадина-впадина-впадина». Пояснения приведены на рисунке 4.3.
Уравнение представляет собой затухающую возрастающую функцию. Превалирующее влияние оказывает соотношение радиусов вальца и матрицы. Наглядное изображение этой зависимости приведено на рисунке 4.5.
Анализ уравнения регрессии и его наглядного изображения приводит к выводу, что поправочный коэффициент изменяется от 0,586 до 1,020. Диапазон составляет чуть ли не 50%-ную поправку. Следовательно, аналитическая зависимость точно описывает процесс только в области размеров, в которой поправка равна 1 (единице). Эта область соответствует верхнему уровню
Полученное уравнение позволяет определить поправочный коэффициент во всем диапазоне исследованных факторов.
Зависимость угла ориентации оси канала прессования от геометрических соотношений матрицы и прессующего вальца
В результате профилирования зубчатого зацепления матрицы и вальца с различными размерами установлена зависимость угла ориентации оси канала прессования от относительной деформации корма в прессе для разного соотношения радиусов матрицы и вальца (табл. 4.4).
Так как сжатие корма и начало его проталкивания в канал прессования происходит еще до пересечения межцентровой линии, ось канала должна отклоняться навстречу вращению матрицы. Величина этого угла зависит от момента начала проталкивания материала в канал. Следовательно, угол определяется видом и свойствами корма, а также степенью его сжатия (относительной деформацией). Гранулируемые корма отличаются большим разнообразием и значительным разбросом физико-механических свойств. Поэтому единой рекомендации по углу ориентации каналов прессования не может быть.
Анализ результатов исследования упруго-вязких свойств комбикорма
Графики изменения этих показателей приведены на рисунке 4.6, анализ которых показал следующее.
Производительность пресса возрастает постоянно с увеличением подачи. Геометрические возможности зубчатых поверхностей матрицы и вальца значительно превышают назначенную подачу материала. Однако качественные гранулы получаются только до определенной подачи. В дальнейшем крошимость гранул превышает допустимую величину. Это объясняется недостаточной продолжительностью периода упрочнения гранул по мере их продвижения вдоль канала прессования. Гранулы на выходе разупрочняются, коэффициент упругого расширения высок. Часть энергии затрачена впустую.
Для предельной подачи комбикорма производительность пресса будет равна 3,38 ц/ч. Уравнение энергоемкости процесса гранулирования комбикорма с частотой сжимающих воздействий 3,27 Гц: .ч/т. Рациональным режимом работы данного пресса следует считать подачу корма 101 г/с, которая соответствует качеству гранул с предельно допустимым уровнем крошимости 10% (см. рисунок 4.6). При этом производительность пресса составит 338 кг/ч при энергоемкости процесса 5,9 кВт.ч/т. Эти показатели для данной частоты воздействий переносятся в сравнительный анализ с показателями других схем сборки пресса (в таблицу 4.7).
Аналогично изложенному порядку определены показатели рационального режима работы прессов с другими схемами. Результаты приведены в таблицах приложения Д и представлены на рисунках 4.7.. .4.9.
Графики производительности пресса (ц/ч), крошимости гранул (%) и энергоемкости процесса гранулирования (кВт.ч/т) в зависимости от подачи (г/с) комбикорма для свиней при частоте сжимающих воздействий 9,74 Гц Обработка экспериментальных данных для пресса с частотой воздействий 9,74 Гц показала (рис.4.9), что крошимость гранул описывается уравнением
При крошимости гранул 10% на таком режиме достигнута производительность пресса 441 кг/ч с энергоемкостью гранулирования комбикорма 5,16 кВт.ч/т (рис. 4.9). Полученные результаты сведены в обобщающую таблицу Сводные показатели режимов работы шестеренного пресса с различной частотой сжимающих воздействий на корм п/п Частота воздействий, Гц Производительность пресса, кг/ч Энергоемкость процесса, кВт.ч/т
По данным таблицы 4.7 построен сводный график изменения производительности пресса и энергоемкости процесса гранулирования комбикорма шестеренным прессом в зависимости от частоты сжимающих воздействий (рис. 4.10).
По данным таблицы 4.7 и рисунка 4.10 зависимости производительности пресса и энергоемкости процесса гранулирования комбикорма от частоты сжимающих воздействий на корм имеют следующий вид:
Основной вывод из проведенного исследования: увеличение частоты сжимающих воздействий с разделением подачи на кратные доли ускоряет упрочнение гранул и способствует увеличению производительности исследуемого пресса.
Однако с увеличением частоты воздействий свыше 7,60 Гц энергоемкость процесса стала увеличиваться. Причиной увеличения энергоемкости является повышение динамических нагрузок при перемещении корма с увеличившимися скоростями во впадинах между зубьями. Установленная частота сжимающих воздействий соответствует схеме пресса с двумя прессую щими вальцами внутри матрицы. Соответственно частоте сжимающих воздействий число оборотов матрицы за 1 минуту будет равно: при трех прессующих вальцах - 152, при двух внутренних вальцах - 228 и при одноваль-цевой схеме — 456, что уже превышает рекомендации для зубчатых передач открытого типа. Поэтому число вальцов должно быть равно двум и более для шестеренных рабочих органов внутреннего зацепления.
Производственные показатели работы пресса с рациональными параметрами и режимом работы Шестеренный пресс для производственных экспериментов сочетает новые конструктивные решения на основании 4-х патентов на изобретения № 2261585 «Шестеренный пресс», № 32261586 «Шестеренный пресс», № 32262443 «Пресс для гранулирования кормов», № 2264076 «Шестеренный пресс» и патента на полезную модель № 90733 «Сборная матрица шестеренного гранулятора кормов». По результатам экспериментальных исследований рациональными параметрами пресса с горизонтальной активной матрицей и , двумя внутренними прессующими вальцами приняты: отношение радиуса вальца к радиусу матрицы (по делительной окружности) r/R = 0,45; отношение размера канала прессования к шагу зацепления С = l,5t, то есть схема фрезерования должна быть «зуб-впадина-впадина-впадина», которая обеспечивает 75% площади каналов прессования на поверхности матрицы; коэффициент смещения исходного профиля зубчатого венца матрицы = 0,2, то есть смещение профиля составляет 0,2т, что приводит к острой головке зуба (без площадки) и исключает сжатие корма на ней (на перемычках между каналами прессования); угол отклонения оси канала прессования от радиального направления 8 навстречу направлению вращения матрицы, что обеспечивает совпадение действия сжимающей силы и направления перемещения корма по каналу прессования; частота сжимающих воздействий 7,60 Гц, то есть при схеме с двумя вальцами матрица должна иметь 228 об/мин., что обеспечивает интенсивное релаксирование напряжений в грануле и ее более быстрое упрочнение.
Конкретные размеры матрицы и вальца для производства гранул сечением 8x8 мм были следующими.
Диаметр делительной окружности матрицы 180 мм, диаметр делительной окружности вальца 80 мм; Модуль зацепления 8/ 1,5 3,14 = 1,7 мм, принят 2 мм; размер канала прессования может назначаться до 9,42 мм. Оставляя пятно контакта, назначена ширина канала прессования 8 мм. Число зубьев матрицы - стандартное 90, число каналов прессования -45 размером 8 8 мм; число зубьев вальца - стандартное 40, утолщенных зубьев - 20 (толщина зуба по делительной окружности 9,42 мм, толщина впадины 3,14 мм). Результаты производственных экспериментов представлены на рисунке 4.11.
