Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследований 9
1.1. Краткие сведения по технологии содержания и кормления овец в Казахской ССР 9
1.2. Технология переработки грубых кормов и требования к оборудованию поточных линий 13
1.3. Анализ технических средств и поточных линий для переработки грубых кормов 18
1.4. Обзор исследований 26
1.5. Цель и задачи исследований 60
2. Системный анализ поточных линий для переработки грубых кормов 62
2.1. Постановка задачи 62
2.2. Определение оптимальной вместимости бункеров питателя грубых кормов и кормосмеси в поточных линиях 70
2.3. Анализ связей между элементами поточных линий 88
2.4. Выводы 104
3. Теоретические и экспериментальные основы формирова ния потока грубого корма в питателях-дозаторах 106
3.1. Основные теоретические положения 106
3.2. Экспериментальные исследования 128
3.2.1. Коэффициент сопротивления сдвигу грубых кормов 128
3.2.2. Влияние основных параметров и факторов на равномерность подачи грубых кормов 131
3.3. Выводы 148
4. Основные закономерности процесса выделения металло-магнитных примесей из потока грубого корма 150
4.1. Теоретические предпосылки 150
4.2. Экспериментальные исследования 162
4.2.1. Определение удельной силы сопротивления I и коэффициента КА 162
4.2.2. Определение напряженности и магнитной силы притяжения 166
4.2.3. Зависимость показателя качества очистки грубых кормов от параметров и режимов работы сепаратора 173
4.3. Выводы 178
5. Исследование процесса измельчения грубых кормов в аппаратах закрытого и открытого типов 180
5.1. Влияние влажности грубых кормов на процесс измельчения 180
5.2. Теоретические предпосылки к разработке измельчающего аппарата открытого типа 199
5.3. Экспериментальные исследования аппарата открытого типа 208
5.4. Определение динамических характеристик измельчающих аппаратов 225
5.5. Выводы 227
6. Исследование поточного процесса смешивания грубых кормов с обогатительными добавками 229
6.1. Разработка флуориметрического метода оценки качества смешивания кормов 229
6.2. Влияние увлажнителей на сегрегацию компонентов кормосмеси 243
6.3. Обоснование параметров смесителя непрерывного действия 245
6.4. Выводы 256
7. Разработка оптимальных структур поточных линий для переработки грубых кормов и внедрение результатов исследований 258
7.1. Оптимальные структуры поточных линий 258
7.2. Результаты испытаний поточных линий и технических средств для переработки грубых кормов 265
7.3. Экономическая эффективность выполненных исследований и разработок 279
7.4. Выводы 280
Заключение и общие выводы 282
- Технология переработки грубых кормов и требования к оборудованию поточных линий
- Определение оптимальной вместимости бункеров питателя грубых кормов и кормосмеси в поточных линиях
- Влияние основных параметров и факторов на равномерность подачи грубых кормов
- Экспериментальные исследования аппарата открытого типа
Введение к работе
Казахская ССР является крупнейшей животноводческой базой на востоке страны,где ведущее место занимает овцеводство. В настоя-щее время республика по численности овец и производству шерсти занимает второе место в стране. На её долю приходится 21% овец от всего поголовья, государственные закупки шерсти составляют 25,7%, производство баранины - 24,5% и каракульских смушек -более 34%.
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I...I985 годы и на период до 1990 года, принятыми ХХУІ съездом КПСС, а также Продовольственной программой СССР на период до 1990 года, одобренной майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС, ставится задача по всемерному увеличению производства баранины, шерсти, каракуля и другой продукции овцеводства [1,2]. В решении этой задачи значительное место отводится Казахской ССР.К 1990 году поголовье овец в республике планируется довести до 50 млн. С этой целью на развитие отрасли в одиннадцатой пятилетке Казахстану выделяется 4,1 млрд. руб. капитальных вложений.
Для интенсификации овцеводства в республике производится постепенный перевод его на промышленную основу. Создаются крупные механизированные маточные и откормочные комплексы, на которых значительно возрастает нагрузка на одного оператора.
При содержании овец на промышленных комплексах Казахстана основную долю их рациона по объему составляют грубые корма (сено, солома, тростник, карагайник и др.) и силос. От качества заготовки и переработки этих кормов существенно зависит продуктивность животных.
Зоотехнической наукой и практикой передовых хозяйств установлена эффективность скармливания овцам кормосмесей, включающих грубые корма, в рассыпном и гранулированном видах. При этом зна-
чительно увеличивается мясная и шерстная продуктивность овец по сравнению с раздельной раздачей кормов.
Приготовление полнорационных кормосмесей с минимальными затратами труда и средств можно осуществить в поточных технологических линиях кормоцехов.
Опыт эксплуатации существующих кормоцехов на овцеводческих фермах и комплексах показал, что фактическая производительность линий переработки грубых кормов значительно ниже проектной, качество обработки этих кормов из-за несовершенства рабочих органов машин во многих случаях не соответствует зоотехническим требованиям, технологическая надежность процессов измельчения и смешивания низка. В результате этого не выдерживается заданный режим кормления, что отрицательно влияет на продуктивность животных .
Из обзора исследований, посвященных изучению механизированных процессов в кормоприготовлении, установлено, что вопросам комплексного исследования процессов подготовки к скармливанию сена,соломы не уделялось должного внимания. Это не позволяет решить проблему повышения эффективности функционирования поточных технологических линий для переработки грубых кормов.
В этой связи целью данного исследования является обоснование оптимальных структур поточных линий и параметров рабочих органов технических средств для переработки грубых кормов на овцеводческих фермах промышленного типа, обеспечивающих требуемое качество, при снижении приведенных затрат.
В выполненной работе функционирование поточных линий переработки грубых кормов рассмотрено с позиций системного подхода, с учетом комплекса основных действующих факторов, что позволило
обосновать оптимальные структуры линий и параметры их звеньев по технологическому и экономическому критериям. Поточная линия пред-
ставлена в виде совокупности взаимосвязанных технологическими потоками аппаратов, которые рассмотрены как технологические операторы, преобразующие физические параметры входных потоков в физические параметры выходных потоков. Проанализирован процесс качественного и количественного преобразования потока грубого корма в основных звеньях поточной линии: дозаторах, сепараторах,измельчителях и смесителях. В результате этого разработана методика расчета параметров дозирующих устройств слоеобразующего типа. Установлены основные закономерности процесса выделения металло-магнитных примесей из потока грубого корма, необходимые для разработки сепарирующих устройств. Обоснованы параметры измельчающих аппаратов для грубых кормов открытого и закрытого типов. Получены модели для описания процесса смешивания грубых кормов с обогатительными добавками в смесителе непрерывного действия и обоснованы его параметры.
Результаты исследования использованы при разработке комплектов оборудования кормоцехов для ферм крупного рогатого скота серии КЦК и для овцеводческих ферм серии КЦО, смесителя непрерывного действия С-30, модификации дробилки-измельчителя ИРТ-І65--03 для грубых кормов повышенной влажности, принятых к серийному производству, а также типовых и экспериментальных проектов кормоцехов для условий Казахской ССР.
На защиту выносятся следующие основные положения работы: методика технологического проектирования поточных линий переработки грубых кормов, включающая определение оптимальных вмести-мостей накопительно-регулирующих ёмкостей, взаимодействия смежных технологических операторов в линии, условия соответствия структур линий зоотехническим требованиям к качеству переработки; теоретические и экспериментальные основы формирования потока грубого корма в питателях-дозаторах и методика проектирования
8 и расчета параметров дозирующих устройств слоеобразующего типа;
основные закономерности процесса очистки грубых кормов от метал-ломагнитных примесей, использованные для получения зависимости напряженности магнитной системы от физико-механических свойств кормов, масс примесей, параметров и режимов работы сепаратора; аналитические и экспериментальные зависимости для определения параметров измельчающих аппаратов для грубых кормов закрытого и открытого типов, вероятностная модель, устанавливающая взаимосвязь между параметрами аппарата и качеством измельчения; математические модели для описания статики, кинетики и динамики процесса смешивания грубых кормов с обогатительными добавками в смесителе непрерывного действия.
Работа выполнена в Казахском научно-производственном объединении механизации и электрификации сельского хозяйства (НПО "Казсельхозмеханизация") в период с 1964...1982 гг. Автор выражает глубокую благодарность члену-корреспонденту ВАСХНИЛ Алшин-баеву М.Р., руководству НПО, сотрудникам лаборатории электромеханизации кормоприготовления, конструкторам, оказавшим содействие при выполнении данной работы.
Технология переработки грубых кормов и требования к оборудованию поточных линий
К настоящему времени разработано много способов обработки грубых кормов. Все известные технологические способы и приёмы подготовки соломы к скармливанию можно разделить на две основные группы: первая - измельчение соломы, сдабривание и смешивание её с другими кормами, запаривание, гранулирование и брикетирование в составе полнорационных кормосмесей; вторая - химическая и термохимическая обработка, ферментативный гидролиз, гидробаротерми-ческая обработка [8,9,10,11,12,13,14].
Первая группа способов влияет на улучшение вкусовых качеств и привлекательность корма, что стимулирует аппетит у животных. При такой обработке обеспечивается более высокая поедаемость соломы, хотя переваримость и питательная ценность её почти не изменяются. Вторая группа не только улучшает вкусовые качества, но и повышает питательную ценность соломы [10,11,12,13].
Первой необходимой операцией технологического процесса подготовки к скармливанию грубых кормов является измельчение. Одна только эта операция позволяет сократить потери соломы, тростника и других видов грубых кормов на 20...30 [7, 15]. Вместе с тем, после измельчения грубые корма становятся более технологичными материалами для дальнейшей обработки. В балансе грубых кормов, используемых в овцеводстве, значительную часть составляет сено естественное и сеяных трав, которое обладает высокой питательной ценностью. Измельчение сена из бобовых трав, содержащих большое количество протеина, повышает его усвояемость [15]. Это объясняется тем, что измельченное сено быстрее проходит через желудок животных в кишечник. В кишечнике под влиянием пищеварительных соков белок расщепляется и усваивается лучше, чем под действием микрофлоры рубца.
В работах Кондырева В.Е., Синещекова А.Д., Дмитроченко А.П. [l6,I7,I8j показана эффективность измельчения грубостебельного, малопитательного сена, после чего оно полнее поедается животными. Требуемая длина измельчения грубых кормов определяется технологическими и физиологическими требованиями. Так, грубые корма для крупного рогатого скота должны измельчаться на частицы с длиной до 50 мм, количество которых должно составлять не менее 80% от общей массы, с расщеплением вдоль волокон не менее 85% [l9J.
Под расщеплением частиц грубых кормов понимается их продольное разделение на волокна. Расщепленные частицы соломы имеют большую поверхность и поэтому более технологичны для дальнейшей переработки. Кроме того, расщепленная солома по сравнению с резаной значительно доступнее для микроорганизмов в пищеварительном тракте животных, легче пережевывается, предохраняет зубы животных от быстрого истирания [8,20].
Исследования, проведенные Чавренко В.И. [21] позволили установить, что при кормлении овец длина измельченных частиц соломы не должна превышать 30 мм. При увеличении длины частиц до 50 мм поедаемость соломы ухудшается примерно на 15%, а рассыпной полнорационной кормосмеси на 9%. Поэтому сено, солома,тростник перед скармливанием овцам должны иметь длину частиц 30 мм.
Измельчающие машины для грубых кормов должны обеспечивать требуемое качество измельчения при влажности материалов до 30%. Такое требование обусловлено тем, что в настоящее время сено, солома в основном хранятся под открытым небом. При повышенной влажности воздуха и при выпадении осадков влажность стеблей в скирде, особенно в наружных слоях, достигает 30% и более. При включении грубых кормов в состав гранул они измельчаются при влажности не более 1% до мучнистообразного состояния [22].
После измельчения грубые корма могут подвергаться дальнейшей обработке: запариваться; сдабриваться и смешиваться с другими кормами; гранулироваться или брикетироваться в составе полнорационных кормосмесей. Зоотехническая эффективность и стоимость каждой из этих обработок различная. Например, при запаривании солома размягчается, обеззараживается от плесени и лучше поедается скотом, однако длительное её скармливание приводит к ослаблению пищеварительных органов животных, поэтому такую солому используют в основном на откормочных фермах [23J. Запаривание существенно увеличивает стоимость приготовления кормов (3...4 руб . на I т соломы) при весьма низкой зоотехнической эффективности. В этой связи рекомендуется запаривать главным образом подпорченную, плесневелую солому.
Зоотехнической наукой и практикой передовых хозяйств установлена эффективность скармливания овцам кормосмесей,включающих грубые корма, в рассыпном и гранулированном видах. Так,Всесоюзный научно-исследовательский институт овцеводства и козоводства (ВНИИОК) на основании проведенных исследований [5 ] рекомендует следующий состав рассыпных кормосмесей для различных половозрастных групп животных: силоса - 40...60%, соломы - 10...20%, сена - 20...30%, концентратов - 10...16%. Кроме того, в состав кормосмесей входят микродобавки (обесфторенный фосфат,хлористый кобальт и др.). Гранулированные корма по данным того же института могут состоять из соломы - 40...50%, концентратов - 15...20%, сена или травяной муки - 20...40%, микродобавок - 2...3. При дефиците концентрированных кормов и отсутствии сочных Казахский научно-исследовательский и технологический институт овцеводства (КАЗНИТИО)рекомендует готовить гранулы по примерно такому же рецепту, т.е. соломы или тростникового сена - 45...60%, концентратов - 15...20%, травяной муки - 10...20$ белково-минеральных добавок - 10%, мелассы - 3...5% [4, 7]. Скармливание кормосме-сей, приготовленных по приведенным рецептам по данным ВНИИ0К и КазНИТИО увеличивает мясную и шерстную продуктивность овец на 34,6$ [4,5,7] по сравнению с раздельной раздачей кормов в неподготовленном виде.
Определение оптимальной вместимости бункеров питателя грубых кормов и кормосмеси в поточных линиях
В настоящее время грубые корма хранятся, как правило, в скирдах на кормовых дворах или непосредственно на полях. Первый способ хранения является более перспективным и на него в основном следует ориентироваться при разработке поточных линий для переработки грубых кормов.
Приведенные затраты на переработку грубых кормов существенно зависят от расстояния между хранилищем и кормоцехом. С увеличением этого расстояния возрастают транспортные расходы, и соот-ветственно, увеличиваются приведенные затраты на переработку.Минимальное расстояние от хранилища грубых кормов до кормоцеха определяется величиной противопожарного разрыва. На животноводческих фермах Казахской ССР, например, хранилища грубых кормов от кормоцехов размещают на расстоянии не менее 300...500м.
Поточная технологическая линия (ПТЛ) переработки грубых кормов состоит из двух участков. Первый - участок погрузки и доставки кормов в кормоцех, второй - участок переработки их в кормоцехе. При использовании стационарных измельчителей второй участок линии включает питатель для загрузки измельчителя, измельчитель и другие машины.
Величина простоев установленного в данной линии измельчите-ля из-за несвоевременной подвозки кормов будет зависеть от вместимости питателя. При большей вместимости питателя простои измельчителя уменьшатся или вообще ликвидируются, но при этом уве 71 личатся капитальные вложения. Для учета простоев измельчителя необходимо установить зависимость между их вероятностью и вместимостью бункера питателя.
Интервалы Т0 и 1П являются случайными величинами, так как они зависят от производительности погрузочных и кормоприготови-тельных машин, скорости движения транспортных агрегатов и т.д., которые в свою очередь также являются случайными величинами, поэтому при выполнении условия (2.6) для математических ожиданий данных величин в текущие моменты времени возможны простои измельчителя. Они будут иметь место при совпадении наименьшего текущего времени переработки порции корма с максимальной задержкой транспортного агрегата.
Если левая часть выражения (2.7) больше правой, то измельчитель будет работать бесперебойно при вместимости питателя,равной вместимости транспортной ёмкости. Задаваясь различной вероятностью бесперебойной работы измельчителя, а следовательно и значением t , получим необходимую вместимость питателя. Следовательно, при нормальном распределении промежутков времени /л и 70 для бесперебойной работы линии с загрузкой грубых кормов в питатель непосредственно из саморазгружающихся тележек, вместимость последнего должна быть или равна вместимости одной тележки, или быть больше на величину VTtoC(l)rj4 Vo) .
Предположим теперь, что промежутки времени Тп ъТ0 распределены по экспоненциальному закону, а подвозка грубых кормов к кормоцеху осуществляется несколькими транспортными агрегатами. Такой случай возможен при достаточно высокой производительности кормоцеха на крупных фермах и комплексах.
В этих условиях для определения вероятности простоя линии в зависимости от вместимости питателя может быть использован математический аппарат теории массового обслуживания [166,167,168, 169]. При этом транспортные агрегатыfприбывающие к кормоцеху с кормом.следует рассматривать как поток заявок (требований), а питатель с измельчителем - как устройство для их обслуживания. В совокупности они представляют собой систему массового обслужи 74 вания с ограничением по длине очереди,где очередью является количество транспортных ёмкостей, вмещающихся в бункер питателя. Для системы массового обслуживания, имеющей /2 каналов с ожиданием, в которой количество заявок, стоящих в очереди,ограничено числом П2Т , дифференциальные уравнения Колмогорова для вероятностей состояний системы имеют вид [l66,I67J:
По формуле (2.15) определяется вероятность простоя измельчителя из-за отсутствия в питателе корма, а по формуле (2.16) -вероятность простоя транспортных средств с кормом в ожидании опорожнения питателя.
Формулы (2.15) и (2.16) применимы только щжо6п 1 [166, 167J. В нашем случае для бесперебойной работы измельчителя процесс подвозки должен несколько опережать процесс переработки корма, т.е. о6п / . Поэтому данные формулы могут быть использованы только для предельного случая, когда оСп = /.
Таким образом, в тех ПТЛ, где подвозка грубых кормов к кормоцеху осуществляется от хранилищ, расположенных на территории ферм, и выгрузка их производится саморазгружающимися транспортными средствами непосредственно;: в бункер питателя, вместимость его должна составлять 1...1,6 вместимости транспортной ёмкости. Определим оптимальную вместимость транспортной ёмкости для подвозки грубых кормов к кормоцеху из следующих соображений. .
Влияние основных параметров и факторов на равномерность подачи грубых кормов
Опыты проводились на экспериментальных установках в период 1964...1974 гг. в совхозах Илийский, опытном хозяйстве им. Мын-баева Казахского научно-исследовательского и технологического института овцеводства, Бурундайский Алма-Атинской и Жоломанский Талды-Курганской областей.
Установки позволяли изменять скорости движения транспортеров, зазор между подающим и отделительным транспортерами, шаг граблин на этих транспортерах и др. Работа установок проводилась на соломе, сене, в рассыпном и прессованном видах, зеленом корме и силосе.
Слой корма, выходя из рабочего зазора установки,поступал на 15-ти метровый ленточный транспортер, установленный перпендикулярно направлению движения подающего транспортера. Скорость движения ленты транспортера составляла I м/с. После заполнения ленты установка останавливалась, корм с каждого погонного метра собирался и взвешивался.
Эксперименты проводились в два этапа. Задача первого этапа состояла в выявлении доминирующих параметров и факторов, влияющих на процесс дозирования грубых кормов. В этом случае количество отобранных проб составляло 20...40 штук. На втором этапе производилась уточненная проверка влияния показателей, установ 132 ленных на первом этапе. Здесь количество повторностей было не менее 60, а при большом разбросе данных достигало 200.
Диапазон изменения параметров и показателей, влияющих на качество дозирования был следующим. Зазор между подающим и отделительным транспортерами изменялся от 0,05 до 0,3 м. Согласно теоретическим расчетам,при скорости подающего транспортера, равной 0,1 м/с, при данном диапазоне варьирования зазора, массовая подача изменялась до 3-х тонн в час, т.е. соответствовала производительности измельчителей ИГК-ЗОБ, ИСК-3 и др.
Длительность нахождения корма в питателе - от начального момента, т.е. при полном заполнении камеры, до полного ее опорожнения. Скорость подающего транспортера - от 0,1 до 0,8 м/с. Максимальное значение скорости ограничивалось скоростью отделительного транспортера. Так как для нормального обеспечения технологического процесса устройств слоеобразующего типа необходимо, как было отмечено ранее, чтобы отношение скоростей подающего и отделительного транспортеров -V0/Vn было больше I, то Vnm % была меньше t)omLn ,
Скорость отделительного транспортера изменялась от 0,8 до 1,5 м/с. Дальнейшее увеличение скорости ограничивалось тем, что при значениях 0о более 1,5...2 м/с в звеньях тяговых цепей резко возрастают динамические нагрузки и надежность работы транспортера уменьшается.
Эксперименты проводились как без пальцев, так и с пальцами в подающем транспортере, которые были выполнены различной формы - прямыми, Г-образными и изогнутыми по направлению движения подающего транспортера.
Полученные после экспериментов ряды распределения обрабатывались на ЭВМ. Рассчитывались средние значения, дисперсии,средние квадратические отклонения, коэффициенты вариации, значения корреляционных функций и спектральных плотностей.
Сравнительная оценка равномерности подачи в различных экспериментах производилась по значению коэффициента вариации.Этот показатель более удобен в данном случае, так как он характеризует разброс значений относительно среднего значения в абсолютных единицах. Однако коэффициент вариации зависит от среднего значения, поэтому сравнение производилось с указанием среднего значения массовой подачи в каждом опыте.
Зависимости между коэффициентом, характеризующим неравномерность подачи, и скоростью отделительного транспортера для рассыпной и прессованной соломы представлены на рис. 3.8. Кривые V = /() Для этих материалов имеют идентичный характер, но значения коэффициента вариации для прессованной соломы несколько выше, чем рассыпной, что объясняется в основном наличием в выходящем из зазора потоке уплотненных включений. Характер данных зависимостей показывает, что с увеличением скорости отделительного транспортера неравномерность подачи кормов уменьшается до значения V0 , равного примерно I м/с. Из этого рисунка также следует, что с увеличением скорости отделительного транспортера массовая подача растет линейно.
Таким образом, теоретические предположения, заключающиеся в том, что при большей скорости отделительного транспортера его граблины в зоне рабочего зазора захватывают меньшее количество корма, находящегося ниже следа граблин, и поэтому выходящий слой становится более выровненным, подтверждены экспериментально. Однако при высокой связности стеблей, как следует из формулы (3.7), отделительному транспортеру потребуется сообщить более высокую скорость. Вместе с тем, ограничивающим условием увеличения скорости отделительного транспортера свыше 2-х м/с является уменьшение надежности и долговечности тяговых цепей из-за повышенных динамических нагрузок. Поэтому частичный эффект может быть достигнут за счет увеличения коэффициента трения корма о подающий транспортер. В этой связи целесообразной является установка .пальцев в планках подающего транспортера, препятствующих проскальзыванию корма в зоне зазора.
Экспериментальные исследования аппарата открытого типа
Цель проводимых экспериментов заключалась в установлении влияния количества рядов контрмолотков и шагов их в ряду и между рядами на качество измельчения и энергоёмкость процесса.
Для экспериментов был изготовлен набор пластин с контрмолотками, имеющими шаг 46, 92, 138, 184 мм. Минимальный шаг выбирался из конструктивных соображений, остальные значения были кратны ему.
Качество измельчения кормов оценивалось путем разбора проб, а потребляемая измельчителем мощность записывалась самопишущим ваттметром Н-348. Эксперименты проводились на пшеничной сухой соломе (средняя длина стеблей ост= 0,17 м) с влажностью 8...10% и влажной - 42...45%. При выборе такого высокого уровня влажности исходили из необходимости разработки рабочего органа, позволяющего измельчать грубые корма практически любой влажности. Опыты на сухой соломе проводились с целью получения общих закономерностей процесса измельчения и сравнения с характером разрушения влажной соломы.
В предварительно проведенных экспериментах было установлено, что оптимальная производительность измельчающей установки, соответствующая минимальному расходу мощности, составляет на сухой соломе ( W - 8f0) 9 т/ч, а на влажной ( W = 45%) - 4,5 т/ч. Поэтому дальнейшие опыты проводились при этих значениях подачи.
Из анализа этих данных следует, что при увеличении количества рядов контрмолотков возрастает массовая доля фракций с длиной частиц до 50 мм. Причем, чем меньше шаг контрмолотков в ряду, тем содержание этой фракции больше. Наиболее мелкое измельчение соломы получено при работе измельчителя с 8-мью рядами контрмолотков и с шагом их в рядах, равным 46 мм. Поэтому на данном режиме проводился полный анализ качества измельчения.Результаты этого анализа показаны на рис. 5.13, из которого видно, что массовые доли фракций с длиной частиц до 30 мм составляют 87,8$, до 40 мм - 94,8%, до 50 мм - 98,5%.
Удельный расход мощности на измельчение с увеличением количества рядов контрмолотков и уменьшением шага их в ряду также возрастает. Причем интенсивность роста /V увеличивается с уменьшением шага установки контрмолотков в рядах. Это обусловлено тем, что при уменьшении шага увеличивается количество корма, подвергающегося торможению контрмолотками и соответственно возрастает сопротивление вращению ротора.
Результаты эксперимента, проведенного на влажном корме с различным количеством рядов контрмолотков (с шагом расстановки в рядах 46 мм) показали (рис. 5.14), что при увеличении их количества с 0 до 8 штук удельный расход мощности возрастает с 6,5 до 12,2 кВт на I т/ч. Из сравнительного анализа данных зависимостей для сухой и влажной соломы видно, что во втором случае значение энергоёмкости и интенсивность её роста значительно выше, что объясняется следующим образом.
При низкой влажности стебли от удара разрушаются при незначительной деформации материала, т.е. происходит хрупкое разрушение. С увеличением влажности стебли теряют упругость,становятся гибкими и разрушение происходит со значительной пластической деформацией. Анализ качества измельчения влажной соломы показал, что в этом случае содержание мелких фракций меньше, чем при измельчении сухой соломы. Таким образом, экспериментально полученные данные об уменьшении длины частиц при увеличении количества рядов контрмолотков подтверждают теоретические рассуждения. В проведенных экспериментах расстояние между смежными гранями молотков в измельчителе было равно 30 мм. При этом массовых долей фракции с длиной частиц до 30 мм получено на сухой соломе - 87,8$, на влажной -80,2/ОІ что также согласуется с теоретическими расчетами, выполненными по формуле (5.28). Расщепленность стеблей вдоль волокон составила более 85%.
Следовательно, установка достаточного количества рядов контрмолотков обеспечивает требуемое качество измельчения стеблей как сухой, так и влажной соломы.
Однако опытами определено,что при наличии всех рядов контрмолотков с одинаковым малым шагом (46 мм) первые ряды по направлению вращения ротора испытывают весьма высокую ударную нагрузку, что значительно увеличивает энергоёмкость процесса. Причем длительность импульсов весьма кратковременная, а потребляемая мощность в этот момент достигает 1,5...1,6 мощности установленного электродвигателя.
Было сделано предположение,что постепенное уменьшение шага в рядах контрмолотков по направлению вращения ротора должно способствовать снижению ударных нагрузок и соответственно энергоёмкости процесса в целом. Это предположение проверялось в экспериментах, в которых в измельчитель устанавливались в различных комбинациях ряды контрмолотков, имеющие разные шаги.
Из сравнения качественных показателей процесса измельчения следует, что с 1-ой по 4-тую комбинацию качество измельчения практически одинаково. Разница в массовых долях фракций с длиной частиц до 30, 40, 50 мм составляет всего лишь 3...4%. Поэтому выбор какой-то из этих комбинаций представлялся затруднительным. С этой целью был проведен детальный анализ качества работы измельчителя на влажной соломе. При этом для оценки процесса измельчения сразу по двум критериям, определяющим качество и энергоёмкость, использовался обобщенный параметр пер (кВт на I т/ч), равный где N - мощность потребляемая измельчителем, кВт; Ц - подача массы, т/ч;
Таким образом, фактор уменьшения энергоёмкости процесса измельчения превалирует над фактором ухудшения качества измельчения. Совместное изменение этих двух параметров оптимизации учитывается расходом мощности, отнесенным к производительности по требуемым фракциям ( Nip ) При второй схеме установки контрмолотков значение обобщенного параметра оптимизации Л/ф оказалось несколько меньшим,чем в других комбинациях, хотя общий удельный расход мощности здесь был выше, чем с 3-ей по 6-тую комбинацию. Однако последний показатель не полностью характеризует процесс, так как не учитывает качество измельчения.
