Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования
1.1. Анализ исследований процесса прессования, гранулирования и брикетирование комбикормов 11
1.2. Классификация устройств для уплотнения комбикормов 18
1.3. Классификация шестеренных грануляторов и их особенности. 24
1.4. Обзор исследований шестеренных грануляторов 26
Цель и задачи исследования 36
2. Теоретический анализ работы шестеренного пресса выдавливающего типа с плунжерным воздействием на корм .' 37
2.1. Технологический процесс гранулирования кормов шестеренным прессом с плунжерным воздействием на корм ... 37
2.2. Анализ факторов, влияющих на производительность шестеренного пресса выдавливающего типа с плунжерным воздействием на корм 39
2,3.Обоснование наклона каналов прессования шестеренного
пресса с плунжерным воздействием на корм 42
2.4. Момент сопротивления вращению зубчатых колёс шестеренного пресса с плунжерным воздействием на корм 46
2.5. Энергоёмкость процесса гранулирования кормов шестеренным прессом с плунжерным воздействием на корм 50
Выводы 52
3. Программа и методика экспериментального исследования работы шестеренного пресса 53
3.1. Программа исследования. 53
3.2. Общая методика 53
3.3. Методика оптимизации параметров зубчатых колес шестеренного пресса плунжерного действия 58
3.4. Методика исследования процесса сжатия кормов при изменении коэффициента высоты головки зуба 61
3.5. Методика исследования влияния наклона площадки головки зуба на показатели процесса прессования корма 62
3.6. Методика измерения мощности привода и определения энергоемкости процесса гранулирования кормов 63
4. Результаты исследования и их анализ 64
4.1. Оптимизация параметров зубчатых колёс, прессующих комбикорм и одновременно передающих крутящий момент 64
4.2. Влияние коэффициента высоты головки зуба на показатели процесса сжатия корма 69
4.3. Оптимизация значения коэффициента высоты головки зуба 87
4.4. Влияние наклона площадки головки зуба на показатели процесса сжатия корма 94
4.5. Анализ влияния коэффициента высоты головки зуба на мощность привода и энергоёмкость гранулирования комбикорма шестеренным прессом плунжерного действия 98
Выводы 103
5. Методика инженерного расчёта шестеренных грануляторов плунжерного действия и экономическая эффективность использования результатов исследования 105
5.1 Обоснование методики инженерного расчёта шестеренного пресса плунжерного действия 105
5.2 Экономическое обоснование эффективности практического использования результатов исследования 108
Общие выводы 118
Литература 120
Приложения
- Анализ исследований процесса прессования, гранулирования и брикетирование комбикормов
- Технологический процесс гранулирования кормов шестеренным прессом с плунжерным воздействием на корм
- Методика оптимизации параметров зубчатых колес шестеренного пресса плунжерного действия
- Оптимизация параметров зубчатых колёс, прессующих комбикорм и одновременно передающих крутящий момент
Введение к работе
Продовольственная проблема несбалансированности рационов по белко-во-витаминному компоненту приводит к значительному недобору животноводческой продукции, возрастанию ее себестоимости, перерасходу кормов. Следовательно, задача создания полноценной кормовой базы является актуальной и носит общегосударственный характер.
Выходом из создавшегося положения является изыскание эффективных технологий заготовки и хранения кормов, обеспечивающих максимальную сохранность их питательной ценности.
Технология заготовки и приготовления кормов в уплотненном виде нашла самое широкое применение, как за рубежом, так и в нашей стране /48, 54, 81, 84, 85, 96, 98/. Гранулированные корма имеют следующие преимущества перед рассыпными: под влиянием температуры и давления крахмал частично преобразуется в сахара, что повышает перевариваемость и питательность корма, снижается его бактериальная загрязненность (по данным лабораторных исследований, проведённых на Линдовской птицефабрике Нижегородской области П.И.Хлюпиным и И.Л.Леонтьевым), бакобсеменённость уменьшается с 800 тыс, мкл/г в рассыпном комбикорме до 300 тыс. мкл/г в гранулах. Патогенная микрофлора в гранулах отсутствовала /1/. Гранулы приобретают приятный запах, повышаются их вкусовые качества, они лучше поедаются животными, дольше хранятся. Входящие в состав гранулированных кормов витамины, биологически активные добавки и жиры меньше соприкасаются с кислородом воздуха, что уменьшает вероятность их окисления. Использование гранулированных кормов обеспечивает полную механизацию и автоматизацию процесса кормления животных и птиц.
Гранулированные корма удобны в хранении, транспортировке, дозированной выдаче. Все эти факторы обусловили создание широкого спектра средств .механизации для прессования, брикетирования, гранулирования, эскст-рудирования сырья. Уплотняют отдельные виды кормов и кормовые смеси для с/х животных и рыб, гранулируются кор мол екарстве иные смеси, брикетируются витаминные корма, добавки и т.д.
Первые прессы для уплотнения сена известны с XIX века. Они были громоздки, ненадежны и малопроизводительны. К концу XIX века применялись поршневые, зубчатые, рычажные, реечные, гидравлические и другие прессы.
Наибольшее распространение получили матричные прессы. Широко применяются штемпельные (поршневые) прессы. Однако, из прессов, имеющих непрерывный технологический процесс, низкую материалоемкость и достаточно большую производительность, следует выделить шестеренчатый (по классификации СВ. Мельникова 121) гранулятор. Работу шестеренного пресса исследовали Ю.А. Симакин /3/, Л.М. Ланда - Далев /4/, Н.О. Симмонис/5/, Е.А. Ладыгин /б/ и др. Все исследователи отмечали перспективность применения пресса шестеренного типа
Описанные прессы предназначены для переработки довольно широкого набора сырья. В тоже время у большинства конструкции отсутствует возможность регулирования сопротивления матричного канала. Поэтому уровень энергоемкости завышен, т.к. в конструкции учитываются условия гранулирования самого неудобного, с точки зрения затрат энергии, сырья.
Режим работы пресса можно охарактеризовать как тихоходный, так как, чтобы обеспечить достаточную по времени выдержку гранулы, частота вращения не превышает 40 оборотов в минуту. Упрочнение гранул в описанных прессах происходит в пассивных условиях только за счет длины матричного канала. Поэтому при активном подходе к ускорению процессов уплотнения и образования прочных гранул возможно использование более динамичного режима работы гранулятора.
Однако экономическая эффективность применения прессованных кормов ограничивается достаточно высоким уровнем энергоемкости основного этапа уплотнения - сжатия и формирования прочной прессовки. Поэтому исследова-
9 ния, направленные на снижение затрат энергии при уплотнении, имеют важное народнохозяйственное значение.
Использование брикетированных и гранулированных кормов позволяет увеличить прирост живой массы у откармливаемых животных на 15-25%, повысить удои молока на 5-10%, снизить затраты корма на производство единицы животноводческой продукции на 5—10%, сократить потери кормов. Во ВНИИ кормов установлено, что при производстве брикетов и гранул выход кормовых единиц по сравнению с приготовлением сена в полевых условиях возрастает в среднем на 70%, переваримого протеина — почти в 1,5 раза, а каротина — более чем в 6 раз /7/. Анализ информации в области технологии гранулирования кормов выявил перспективность использования грануляторов шестеренного типа вследствие реальной возможности снижения энергоемкости процесса /8/.
Основными критериями оценки технологической эффективности процессов являются показатели качества получаемого продукта и удельные затраты энергии. Правила организации и ведения технологического процесса производства комбикормов предусматривают ряд обязательных типовых процессов обработки сырья, а также гранулирование подготовленной кормовой смеси, которые и определяют технологическую эффективность всего процесса производства гранулированных комбикормов /43, 45, 49/.
Использование технологии заготовки кормов в прессованном виде прямо зависит от технического совершенства используемого для основных операций оборудования и, в первую очередь, от оптимизации параметров и рабочего режима прессующего устройства - гранулятора. Анализ информации в области технологии гранулирования кормов выявил перспективность использования грануляторов шестеренного типа плунжерного действия /94, 39/, однако для повышения эффективности использования этих грануляторов необходимо провести ряд дополнительных исследований.
Цель исследования. Снизить энергоемкость процесса гранулирования комбикормов шестеренным гранулятором плунжерного действия и увеличить его удельную производительность.
Объект исследования. Технологический процесс гранулирования комбикормов и шестеренный гранулятор плунжерного действия.
Научная новизна. Установлены математические зависимости: производительности шестеренного гранулятора от параметров зубчатых колёс с учётом реологических свойств кормов, во взаимосвязи с параметрами каналов прессования; взаимосвязи угла наклона канала прессования для грануляторов плунжерного действия с углом образования замкнутого пространства под зубом; момента сопротивления вращению прессующих колёс, мощности привода шестеренного гранулятора плунжерного действия и энергоёмкости процесса гранулирования от конструктивных и кинематических параметров пресса; получена математическая модель шестеренного пресса, позволяющая определить угол образования замкнутого пространства под зубом в функции диаметра делительной окружности, модуля зуба и угла зацепления с эвольвент-ным профилем зубьев прессующего колеса; получены экспериментальные зависимости степени сжатия корма, плотности корма под зубом в функции поворота колёс для различных значений коэффициента высоты головки зуба 1; 0,75; 0,5; 0,25.
Основные положения, выносимые на защиту
1.Конструктивно-технологическая схема шестеренного гранулятора плунжерного действия.
2.Установленные зависимости производительности пресса от конструктивных и кинематических параметров режима его работы.
3.Обоснование параметров шестеренного пресса с математическим моделированием.
Анализ исследований процесса прессования, гранулирования и брикетирование комбикормов
Теоретические и экспериментальные исследования процесса сжатия сено - соломистых материалов при различных условиях были проведены многими авторами. Прессование сена с целью сокращения транспортных расходов применялось ещё в XVIII веке. Первые прессы состояли из деревянного ящика, в который сено загружалось вручную, и нажимной доски для уплотнения. Давление на нажимную доску производилось рабочим с помощью простейших механизмов. По этому признаку прессы в конце XIX века можно разделить на следующие группы: рычажные, винтовые, коленчатые, вороточные и гидравлические.
Еще в 1899 году Ю.А. Лашкарев /82/ опубликовал данные о давлении, необходимом при сжатии сена в прессах до определенной плотности. С 1928 года многими исследователями предложены эмпирические зависимости процесса сжатия сено - соломистых материалов; И.И. Вольф и А.А. Чапкевич /9/, М.А. Пустыгин /10/, С.А. Альферов /11/ и др./59/.
Вопросам прессования сено - соломистых материалов посвящены так же работы В.П. Горячкина/12/, В.М. Гутьяра/13/, И.А. Долгова/14/, В.И. Особова /15, 44, 48/, И.В. Сахарова /16/ и многих других /25, 50, 54, 55, 62/.
Большинство ранних работ устанавливало зависимость осевого давления от перемещения поршня: И.И. Вольф и А.А. Чапкевич /9/ дают параболическую, а И.В. Сахаров /16/ — гиперболическую зависимость,
В дальнейшем исследователи перешли к определению взаимосвязи приложенного давления и плотности материалов. И.Буссе /17/ описал её экспоненциальной, а X. Скальвеит /18/ параболической зависимостью. Формулу Скаль-вейта подтвердили в своих исследования С.А. Алферов /19/, Г.Я. Фарбман /20/ и В.Ф. Некрашевич /23/. Этому же посвящена и работа В.И, Особова/15/. Применяемая им зависимость, полученная в лаборатории ВИСХОМа. подтверждена многочисленными экспериментальными данными на различных травах: Р = С(е -1), (1.1) где С, а - коэффициенты, зависящие от физико-механических свойств материала; р - текущая плотность, кг/м3; /х, - первоначальная плотность, кг/м .
В данной формуле постоянная «С» имеет размерность давления и характеризует сопротивление материалов сжатию; величина «а» должна иметь размерность и ассоциируется с удельным объемом материала.
Специфика каждого отдельного материала находит отражение в изменении значений постоянных величин, входящих в формулу. Некоторые исследователи вводили в формулы физико-механические свойства кормов (влажность, модуль упругости и т.д.). Многообразие указанных зависимостей объясняется сложностью процесса уплотнения материалов, отсутствием достаточно полной информации о физике происходящих изменений в материале, широким набором кормов, значительной разницей их физико-механических свойств. Одним из недостатков этих зависимостей является то, что они не учитывают упруго-вязкие и пластичные свойства кормовых культур. Хотя известно, например, что величина упругого расширения корма имеет один порядок с высотой корма, спрессованного за одно воздействие в матричном канале гранулятора. Эти же причины приводят к неравноплотности различных зон брикетов. Релаксация напряжений в общем, виде описывается законом изменения напряжений во времени при неизменных деформациях: 5 = f(t), є = const, (1.2) где: S - напряжение, (Па); t-время, (с); є - относительная деформация. Течение материала характеризуется изменением деформации во времени при постоянных напряжениях; e = f(t), 8 = const. (1-3)
Некоторыми авторами эти факторы частично учитываются. Так, например, И.И. Долговым /22/ предложена зависимость от времени формирования брикета конечной плотностью материала: где: Ln,Bf4 L. - эмпирические коэффициенты; t - время формирования брикета, с; -І ртах - критическая плотность гранулы, кг/м ;
Детальное аналитическое рассмотрение этих закономерностей затруднено из-за многообразия действующих факторов. В конечном счете, изменение интенсивности этих явлений приводит к изменению упругого расширения. Действительно, чем интенсивнее релаксация напряжений в брикете, тем большая часть затраченной энергии преобразуется в необратимые деформации и тем в меньшей степени брикет будет упруго расширяться после извлечения его из камеры пресса. В.И. Особов оценил это явление коэффициентом упругого расширения: К = - , (1.5) 2 где . V, Vj - объемы брикета до и после его извлечения из камеры прессования.
Процесс образования прочных гранул состоит из ряда последовательно выполняемых операций. Поэтому многие исследователи работу прессования представляли как алгебраическую сумму нескольких составляющих. Ю.В. Подкользин /23/ и В.Ф. Ыекрашевич /24/ рассматривают работу как сумму следующих составляющих: A = Aj +А2+А3 +А4+А5, (1.6) где: А- работа сжатия, затрачиваемая на упругие и пластические деформации прессуемого материала о стенки камер и вытеснение воздуха; А2- работа сталкивания материала с перемычек между отверстиями прессовальных камер матриц; Аз - работа выталкивания спрессованного материала из камер прессования; А4- работа размалывания спрессованных монолитов и материала на отдельные гранулы (брикеты); А5- работа упругого расширения, возвращаемая рабочим органам пресса, спрессованным материалом при освобождении его от нагрузки. Оценивая работу отдельных операций формирования прочных гранул, исследователи основное внимание уделяют процессу сжатия материала. Конечно этот этап можно назвать основным, преобладающим по затратам энергии над остальными составляющими. Однако работа сжатия в свою очередь обуславливается условиями проталкивания сжатого материала вдоль канала прессования. Отдельные составляющие полной работы сжатия тесно связаны и долевое их соотношение различно для различных вариантов исполнения прес-сов-грануляторов. Работа сжатия затрачивается на создание такого напряженного состояния корма, которое преодолевает сопротивление спрессованного в матричном канале сырья и способно продвинуть этот слой к выходу. Если в грануляторе разделение материала осуществляется отгибом (активный нож-обламыватель отсутствует), то работа сжатия увеличивается на соответственную долю затрат энергии. Представляет интерес анализ работы гранулирования, относящийся к процессу релаксации напряжений в спрессованной среде. Очевидно, что при вяло протекающем процессе релаксации напряжений в корме, затраты энергии на его упрочнение возрастают. В силу сложности выделения явления релаксации напряжений в отдельный этап, исследователи практически не фокусируют внимание на этом, оговаривая, что влияние релаксации напряжений в среде учитываются изменением, например, работы выталкивания спрессованного материала из камер прессования при работе упругого расширения гранулы. Известно математическое описание распределения плотности по зонам и отдельным точкам брикета или гранулы /23/.
Технологический процесс гранулирования кормов шестеренным прессом с плунжерным воздействием на корм
По классификации /28/ шестеренные прессы с плунжерным воздействием на корм относятся к классу выдавливающих устройств. Они могут быть различного конструктивного исполнения. Во-первых, подразделение осуществляется на устройства с зубчатыми колесами, вдавливающими корм в каналы прессования и одновременно передающий крутящий момент сопряженному колесу. Второй подкласс объединяет устройства с разделенными функциями. Одна пара колес гранулирует корм, а вторая, параллельно расположенная пара колес, синхронизирует вращение прессующих колес и передает им крутящий момент.
Другой признак отражает внешнее и внутреннее зацепление прессующих колес по аналогии с зубчатыми передачами. Третий существенный отличительный признак характеризует особенности исполнения зубчатого венца на прессующих колесах: стандартное, нестандартное кинематическое или нестандартное не кинематическое. Четвертый признак отражает разновидности прессующих колес во внешнем зацеплении (четыре варианта) и при схемах внутреннего зацепления (шесть вариантов). Кроме того, плунжерное воздействие на корм возможно в 12-ти вариантах шестеренных прессов с формующими зубчатыми колесами.
Рассмотрим технологический процесс шестеренного пресса выдавливающего типа с плунжерным воздействием на корм, рабочий орган которого составлен из двух равновеликих колес-матриц внешнего зацепления с обособленной функцией прессования кормов. Передача крутящего момента и синхронизация вращения прессующих колес осуществляется рядом располо женной парой колес силовой зубчатой передачи. Это позволяет выявить основные теоретические пояснения, общие для большинства шестеренных прессов с плунжерным воздействием на корм.
Корм из бункера поступает в межзубовое пространство, где происходит первый этап прессования - линеарное сжатие по типу вальцов, за счёт сил трения корма по поверхности верхних площадок зубьев и корма по корму, уже находящемуся в межзубовом пространстве. После того как зуб при вхождении в межзубовое пространство другого колеса образует замкнутую камеру, начинается следующий этап прессования. Прессующий зуб, заполняя объём камеры прессования, сжимает корм, причём наибольшая сила, воздействующая на корм, возникает на поверхности верхней площадки зуба. Сжатие продолжается до момента преодоления сил трения корма, находящегося в канале прессования. Таким образом, порция сжатого корма перемещается в канал прессования, где производится его выдержка для равномерного распределения напряжений по объёму (релаксация). Этот процесс происходит за несколько оборотов прессующих колёс, при каждом из которых, в канал подаётся новая порция, а предыдущие порции перемещаются вдоль канала к открытому выходу. После выхода из канала сжатый материал разделяется но-жом-обламывателем на отдельные гранулы. Длина гранул определяется расстоянием от открытого выхода канала прессования до ножа-обламывателя. После выхода из пресса гранулы направляются на хранение
В работе /28/ установлено, что подача корма в зону сжатия зубчатыми колесами осуществляется за счет сил трения q1-(A-2racos9J Bp0raco-cos9 и межзубовыми впадинами q9=A[2m(o,5z + ha)-A]-B-p0-6)- в (2.2) SB +S3 где со — угловая скорость вращения колес, с"1 А — межцентровое расстояние, м; га- радиус головки зубьев колес, м; В - ширина колес, м; by - вертикальная составляющая линейной скорости точки на поверхности головки зуба, м/с; Ро - плотность (насыпная масса) кормовой смеси, кг/м3; Ф — угол трения кормовой смеси о цилиндрическую поверхность головок зуба колес. Для эвольвентного профиля зубьев прессующих колес в работе /28/ дан анализ факторов производительности шестеренных прессов, включая угол зацепления, модуль зуба, коэффициенты высоты головки зуба и смещения исходного профиля. Так как целью исследования было увеличение удельной производительности пресса, то направление исследований выбрано в пользу лопастного воздействия на корм. Рекомендации отражают предельные значения факторов, соответствующих максимально возможной разовой порции корма, впрессованного в канал за одно воздействие зуба. Например, головка зуба рекомендуется с максимальным значением коэффициента высоты вплоть до его заострения.
Методика оптимизации параметров зубчатых колес шестеренного пресса плунжерного действия
Методика исследования процесса сжатия кормов при изменении коэффициента высоты головки зубьев основывалась на принципах геометрического моделирования описанного в пункте 3.3.
Диаметр делительной окружности по предыдущему этапу по оптимизации параметров рекомендован 240мм, как соответствующий максимальному значению угла образования замкнутого пространства под зубом. Уравнение регрессии показывает что угол образования замкнутого пространства будет увеличиваться при дальнейшем уменьшении диаметра. Но так как зубчатые колёса одновременно прессуют корм и передают крутящий момент, то уменьшать значение диаметра для такой схемы рабочего колеса нельзя, особенно при больших значениях модуля зуба.
Для второго этапа экспериментальных исследования характерны иные условия работы прессующих колёс. Зубчатые колёса только прессуют корм, а синхронизация их вращения осуществляется дополнительной зубчатой передачей. Поэтому для второй схемы шестеренного пресса плунжерного действия можно уменьшать коэффициент высоты головки зуба и диаметр делительной окружности до минимально допустимого значения по ранее установленной зависимости в исследованиях В.И. Щербины /27/. Диаметр 176мм принят по этим рекомендациям для второго этапа экспериментального исследования, чтобы можно бы ло постепенно срезать зуб, увеличивая его площадку. Постоянной кинематической связи между такими прессующими колёсами со срезанным зубом нет.
Процесс сжатия осуществлялся по изменению площади фигуры под зубом. Первоначальное значение разбивалось на четыре части. Для каждого из пяти положений прессующих колёс очерчивалась фигура под зубом на подложенной плотной бумаге. Затем фигуры вырезались и взвешивались на аналитических весах. Масса фигур переводилась в площадь под зубом. Для этого взвешивался эталонный квадрат из той же бумаги.
Повтори ость опыта трехкратная.
График изменения площади под зубом от угла поворота прессующих колёс строился по средним значениям из трёх измерений. Математическая зависимость определялась аппроксимацией данных с помощью ПЭВМ.
Степень сжатия рассчитывалась как отношение значения первоначальной площади фигуры под зубом к текущему значению площади под зубом.
Плотность корма под зубом определялась произведением начальной плотности корма на степень сжатия.
Угол начала проталкивания корма в канал прессования определялся по графику изменения плотности корма под зубом. При заданном ГОСТ интервале плотности готовых гранул от 900 до 1300 кг/м3 принято, что проталкивание наступает при достижении плотности сжатого корма 1000 кг/м .
Экспериментальные значения степени сжатия рассчитывались делением первоначальной площади под зубом на текущее значение площади под зубом для каждого из пяти положений прессующих колёс. Потом строился график, и определялась аппроксимирующая зависимость.
Плотность корма оценивалась в аналогичной последовательности.
Начало проталкивания корма в каналы прессования определялась по точке кривой графика изменения площади под зубом, которая соответствовала достигнутой плотности 1000 кг/м3. Значение плотности 1000кг/м принята в соответствии с рекомендациями ГОСТа на прессованные корма (от 900 до 1300кг/м3).
Экспериментальное исследование проводилось при различных значениях коэффициента высоты головки зуба: 1; 0,75; 0,50, 0,25. Дальнейшее уменьшение коэффициента высоты головки зуба не имеет смысла ввиду прекращения активного воздействия на корм.
Оценивая результаты экспериментов, было принято, что более предпочтительным является исполнение зубчатых колес, когда угол образования замкнутого пространства имеет большее значение, площадь фигуры под зубом в момент образования замкнутого пространства имеет большее значение, и проталкивание сжатого корма в канал прессования начинается раньше.
Минимально допустимый по расчёту диаметр делительной окружности прессующего колеса 176мм может использоваться для изготовления гранул от 4мм до 24мм. Для гранул от 4 до 16мм каналы прессования хорошо вписываются в габаритные размеры прессующего колеса (модуль зуба от 3 до 11мм). А для значения модуля больше 11мм каналы прессования пересекаются на выходе, и длина канала становится недостаточной для упрочнения гранулы (время пребывания гранулы в канале недостаточное). Поэтому следующий этап экспериментальных исследований посвящен изучению возможности наклонного исполнения площадки на головке зуба. В качестве постоянных параметров приняты диаметр колеса 176мм, модуль зуба 16мм и коэффициент высоты головки зуба 0,50.
Для оценки влияния угла зацепления (угла профилирующей рейки) использовались два значения 15 и 20 как наиболее распространенные в практике. Угол наклона верхней площадки зуба выбран из условия необходимости совмещения усилия, создаваемого площадкой, и направления канала прессования в момент начала проталкивания корма (плотность 1000 кг/м). Для этого использовались теоретическая зависимость требуемого наклона канала прессования (2.24) и полученные результаты исследования влияния
Минимально допустимый по расчёту диаметр делительной окружности прессующего колеса 176мм может использоваться для изготовления гранул от 4мм до 24мм. Для гранул от 4 до 16мм каналы прессования хорошо вписываются в габаритные размеры прессующего колеса (модуль зуба от 3 до 11мм). А для значения модуля больше 11мм каналы прессования пересекаются на выходе, и длина канала становится недостаточной для упрочнения гранулы (время пребывания гранулы в канале недостаточное). Поэтому следующий этап экспериментальных исследований посвящен изучению возможности наклонного исполнения площадки на головке зуба. В качестве постоянных параметров приняты диаметр колеса 176мм, модуль зуба 16мм и коэффициент высоты головки зуба 0,50.
Для оценки влияния угла зацепления (угла профилирующей рейки) использовались два значения 15 и 20 как наиболее распространенные в практике. Угол наклона верхней площадки зуба выбран из условия необходимости совмещения усилия, создаваемого площадкой, и направления канала прессования в момент начала проталкивания корма (плотность 1000 кг/м).
Для этого использовались теоретическая зависимость требуемого наклона канала прессования (2.24) и полученные результаты исследования влияния коэффициента высоты головки зуба на показатели процесса прессования шестеренным прессом плунжерного действия (рисунок 3.6).
Оптимизация параметров зубчатых колёс, прессующих комбикорм и одновременно передающих крутящий момент
Уменьшение высоты головки зуба способствует уменьшению боковых объёмов вокруг зуба во впадине, в которых комбикорм под большим давлением перемещается с одной стороны зуба на другую вместо проталкивания в канал прессования. Такое непродуктивное действие увеличивает энергоёмкость процесса- Однако с некоторого момента уменьшение высоты головки зуба нецелесообразно, так как резко снижает производительность пресса. Уменьшение обособляемой порции корма компенсируется увеличением частоты вращения прессующих колёс с поддержанием времени пребывания корма под давлением в канале прессования на постоянном уровне.
Установление конкретного, определенного численного значения коэффициента высоты головки зуба, при котором производительность шестеренного гранулятора с плунжерным воздействием на корм будет максимальной, проведено по выявленным математическим зависимостям подачи корма зубчатыми колёсами (2.12) и (2.13), при этом учитывалось условие сохранения постоянным времени пребывания корма под давлением в канале прессования. Для выполнения этого условия уменьшение разовой впрессовываемой порции корма компенсировалось увеличением частоты вращения зубчатых колёс пропорционально. Диаметр делительной окружности 240мм и ширина зубчатого колеса Юмм сохранялись постоянными во всех сравниваемых вариантах для модуля зуба 6, 8 и 12мм, Начальная плотность комбикорма (насыпная масса) во всех вариантах 400кг/м3. В таблице 4.15 представлены расчётные значения подачи за счёт сил трения и межзубовыми впадинами, а так же суммарная подача для модуля зуба 6мм. Поперечный размер гранулы соот 88 ветствует 10мм, так как диаметр гранул равен половине шага зацепления. В расчёте использовались экспериментально измеренные величины объёма корма под зубом, толщины впрессованных порций по достижению плотности 1000кг/м3 по степени сжатия корма под зубом. Время выдержки корма в канале прессования соблюдалось постоянным 10 секунд. При постоянной длине канала прессования пропорционально уменьшению толщины порции корма увеличивалась частота вращения колес. С уменьшением высоты головки зуба уменьшается радиус вершины зубьев на колесе. Одновременно увеличивается площадка зуба, а доля дуги окружности, приходящаяся на впадину, уменьшается. Изменяются условия проявления сил трения. Доля трения комбикорма по стали увеличивается, а доля трения комбикорма по комбикорму во впадине уменьшается. Поэтому приведённый угол трения уменьшается, так как коэффициент трения комбикорма по комбикорму больше коэффициента трения комбикорма по стали. Из-за уменьшения радиуса вершины зубьев на колесе и уменьшения приведённого угла подача комбикорма зубчатыми колёсами за счёт сил трения снижается по мере уменьшения коэффициента высоты головки. Однако на интервале коэффициента высоты головки зуба от 1 до 0,875 за счёт пропорционального увеличения угловой скорости с 1,0014 до 1,703345 с"1 подача за счёт сил трения несколько увеличилась. В дальнейшем увеличение угловой скорости не в состоянии поддерживать подачу комбикорма, и она постепенно уменьшается.
Подача за счёт объёма межзубовых впадин с увеличением частоты вращения увеличивается, несмотря на уменьшение коэффициента высоты головки зуба. Суммарная подача вначале увеличивается, а затем уменьшается в прогрессирующем темпе. 0 - модуль 6 мм; с - модуль 8 мм; Д - модуль 12 мм Рисунок 4.12 - Влияние коэффициента высоты головки зуба на подачу корма за счёт сил трения (диаметр делительной окружности 240мм, ширина колеса 10мм, начальная плотность проталкивания комбикорма 400кг/м")
Подача комбикорма межзубовыми пространствами сначала увеличивается, а затем плавно снижается. Большая подача соответствует более мелким зубьям (рисунок 4.13). Максимальное численное значение подачи комбикорма межзубовыми впадинами соответствует коэффициенту высоты головки зуба 0,4- 0,5. Подача комбикорма межзубовыми впадинами более чем в 2 раза превышает подачу за счёт сил трения.
