Содержание к диссертации
Введение
1 Практические и теоретические предпосылки необходимости совершенствования процесса измельчения прессованных грубых кормов 11
1.1 Особенности обработки грубых стебельчатых кормов и подстилки, требования к их подготовке 11
1.2 Анализ основных конструктивно-технологических схем и принцип работы измельчителей грубых кормов и подстилки 14
1.3 Обзор исследований технологического процесса отбора кормовых материалов ножевыми и шнековыми рабочими органами 34
1.4 Анализ научных исследований процесса резания при измельчении грубых кормов 40
1.5 Обоснование научной гипотезы, цель и задачи исследований 44
2 Аналитические исследования технологического процесса шнекового измельчителя-транспортера прессованных грубых кормов 46
2.1 Обоснование характеристик взаимодействия ножей измельчителя с материалом 46
2.2 Кинематика шнекового измельчителя-транспортера 49
2.3 Энергетика процесса измельчения и подачи грубых кормов 62
2.4 Выводы 67
3 Программа и методика экспериментальных исследований шнекового измельчителя-транспортера 69
3.1 Программа исследований 69
3.2 Оборудование для проведения экспериментальных исследований 69
3.3 Общая методика экспериментальных исследований 75
4 Результаты экспериментальных исследований 85
4.1 Некоторые физико - механические свойства грубых кормов 85
4.2 Результаты исследования влияния параметров конструкции
на процесс измельчении прессованной соломы 92
4.3 Результаты исследования взаимосвязей параметров измельчителя и энерготехнологических показателей процесса измельчения прессованного сена 104
4.4 Методика инженерного расчета шнекового измельчителя-транспортера 113
4.5 Выводы 115
5 Экономическая эффективность применения результатов исследования 117
Общие выводы 126
Литература 128
Приложение 141
- Особенности обработки грубых стебельчатых кормов и подстилки, требования к их подготовке
- Анализ основных конструктивно-технологических схем и принцип работы измельчителей грубых кормов и подстилки
- Обоснование характеристик взаимодействия ножей измельчителя с материалом
- Оборудование для проведения экспериментальных исследований
Введение к работе
В настоящее время животноводство России находится в сложной ситуации. Производство мяса говядины за период с 1990 по 1998 г. уменьшилось на 38 %, производство молока сократилось на 39% /42/ . Сброс поголовья крупного рогатого скота за последние 15 лет составил 25,5 млн. голов, при этом многие сельскохозяйственные районы остались практически без скотоводства. Подобное негативное положение, охватившее практически все отрасли сельского хозяйства страны, возросший в несколько раз импорт продуктов питания, заставляет думать об обеспечении продовольственной безопасности страны /19/.
Экономическая ситуация после финансового кризиса второй половины 1998г. создала предпосылки для развития животноводства. Однако возрождение отечественного животноводства, способного конкурировать с зарубежным, невозможно без применения современных технологий производства и средств механизации. Износ имеющейся техники и оборудования на животноводческих фермах превышает 90%, большинство средств механизации значительно уступают зарубежным аналогам. Традиционные технологии кормления животных практически себя исчерпали и не могут служить базисом для существенного скачка в наращивании объемов и повышении качества продукции. Отчетливо прослеживающаяся тенденция к развитию многоукладное в сельском хозяйстве ведет к пересмотру подходов к разработке животноводческой техники, которая должна иметь конкретную направленность на определенную группу потребителя, быть универсальной и на основе базовых образцов обеспечивать необходимый типоразмерный ряд для ее наиболее эффективного применения /8/.
Восстановление положительных тенденций в животноводстве может иметь место только при условии совершенствования в сфере производства и приготовления кормов. Известно, что основными в формировании себестоимости при производстве продукции скотоводства являются затраты на корма
(50-70% стоимости молока и говядины) /19/. Решающим для увеличения производства животноводческой продукции в настоящее время является фактор кормления, который на 70-80% определяет уровень продуктивности /33/.
Одним из направлений современного подхода к разработке кормопри-готовительной техники является создание многофункциональных агрегатов, обеспечивающих применение новых технологий кормления крупного рогатого скота с соблюдением детализированных норм для различных половозрастных групп животных, снижение материальных, трудовых и энергетических затрат /22,40,75/.
Однако при создании таких агрегатов пришлось столкнуться с рядом трудностей в выборе их параметров и режимов работы, так как в нашей стране исследования рабочих процессов многофункциональных агрегатов проводились в недостаточном объеме, а зарубежные фирмы, производящие аналогичные машины, не раскрывают их параметры.
На молочных фермах наибольшее количество рабочего времени затрачивается на доение - 37%, кормление - 28% и уборку навоза - 16% /95/. В этих процессах расход энергии, приходящийся на погрузку, транспортирование, подготовку и раздачу кормов превышает 32%) от общего расхода. На фермах с высоким уровнем продуктивности, в год на одно животное необходимо обработать 7-8 т силоса, сенажа, сена /113/.
Многофункциональные агрегаты для измельчения и транспортирования грубых кормов следует рассматривать как часть единой кормопригото-вительной системы, эффективность применения которой определяется рациональным соотношением технологических и конструктивных параметров устройств.
В настоящее время все большее распространение получает применение прессованных грубых кормов в тюках и рулонах наряду с рассыпными. Для технологичности их применения на корм, а также в качестве подстилки, необходимо их предварительное распаковывание или измельчение.
Применяемые в нынешней ситуации измельчители грубых кормов предназначены либо для измельчения рассыпного материала, такие как дробилка-измельчитель ДИС-1М, измельчитель грубых кормов ИГК-Ф-4, ИГК-ЗОБ, измельчители растительных материалов ИРМ-15М и ИРМ-50, либо для измельчения прессованных грубых кормов, к которым относятся дробилки-измельчители ИРТ-Ф-80, ИРТ-Ф-165 /17, 18, 51/. Практически все они обладают высокой энергоёмкостью, большими габаритными размерами, а их универсализация ограничивается конструктивными особенностями рабочих органов и транспортирующих устройств.
Для снижения энергоемкости, улучшения качественных показателей и универсальности измельчителей необходимы дальнейшие исследования существующих и создание новых типов рабочих органов на основе уточнения физико — механических свойств и технологических особенностей прессованных грубых кормов в связи с их популяризацией, изучение вопросов взаимодействия рабочих элементов с монолитом стебельных материалов и др.
Таким образом возникает необходимость создания измельчителя — транспортера прессованных грубых кормов, обеспечивающего их измельчение в широком диапазоне степени измельчения как для использования в качестве корма, так и на подстилку для животных. Так же рабочий орган такого измельчителя должен обеспечивать подачу измельченного материала в заданном направлении, согласно технологической схемы его последующего использования.
Целью работы является обоснование параметров и режимов работы шнекового измельчителя-транспортера прессованных грубых кормов, обеспечивающего снижение энергетических затрат на процесс подготовки корма и подстилки в животноводческих хозяйствах.
Объект исследования: технологический процесс измельчения прессованных грубых кормов на корм и подстилку измельчителем-транспортером со шнековым рабочим органом.
Предмет исследования: закономерности процесса измельчения прессованных грубых кормов на корм и подстилку измельчителем-транспортером со шнековым рабочим органом.
Методика исследования включала теоретический анализ процесса взаимодействия шнекового измельчителя-транспортера с грубыми кормами в тюках и рулонах; взаимосвязь параметров рабочего органа с энерготехнологическими показателями процесса измельчения; лабораторные и производственные исследования по обоснованию конструкции измельчителя; статистическую оценку; оценку достоверности, адекватности и эффективности.
Реализация результатов исследования. Шнековый измельчитель-транспортер прессованных грубых кормов в течении 2007 года прошел производственную проверку по измельчению прессованного сена на корм и подстилку в ОАО «Сорго» Зерноградского района Ростовской области при содержании 100 голов КРС.
Методика определения параметров процесса измельчения прессованных грубых кормов и параметров шнекового измельчителя-транспортера используется в учебном процессе кафедры «Механизация и технология в животноводстве» Федерального государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» при обучении студентов инженерных факультетов.
Научная новизна исследований:
обоснована конструктивно-технологическая схема шнекового измельчителя-транспортера прессованных грубых кормов;
установлены зависимости показателей процесса измельчения прессованных грубых кормов от основных параметров и режимов работы измельчителя-транспортера;
определены рациональные значения, параметров и режимов работы исследуемого шнекового измельчителя-транспортера.
Научная гипотеза. Снижение энергетических и эксплуатационных затрат на процесс измельчения прессованных грубых кормов шнековым измельчителем-транспортером может быть достигнуто за счет изменения усилия подачи измельчаемого материала к шнековому рабочему органу и предварительного уплотнения слоя материала перед прорезанием его радиальным ножом рабочего органа.
Рабочая гипотеза. Снижение энергетических и эксплуатационных затрат на процесс измельчения прессованных грубых кормов шнековым измельчителем-транспортером достигается за счет закрепления по периферии витков шнека под углом 90 к плоскости витков полосы, в результате чего получен их Г-образный профиль. Прилегающие к полосе слои измельчаемого материала уплотняются в поперечном и продольном направлении относительно оси шнека, а затем несколько раз прорезаются следующими друг за другом ножами.
Результаты исследований изложены в диссертационной работе, состоящей из пяти глав основного текста.
В первой главе «Практические и теоретические предпосылки необходимости совершенствования процесса измельчения прессованных грубых кормов» в результате аналитического обзора исследований, опытно-конструкторских разработок и передового опыта установлена актуальность темы, определены цель, объект и предмет исследования для получения новых научных результатов, необходимых для решения поставленных задач.
Во второй главе «Аналитические исследования технологического процесса шнекового измельчителя-трнаспортера прессованных грубых кормов» изложены результаты теоретических исследований режимов работы и основных параметров шнекового измельчителя-транспортера, обеспечивающих получение заданных качественных показателей измельченного корма при минимальных затратах энергии на данный процесс. В выводах по главе сформулированы задачи экспериментальных исследований, необходимых для проверки теоретических предпосылок и характеристик объекта.
Третья глава «Программа и методика экспериментальных исследований шнекового измельчителя-транспортера» содержит результаты исследований разработанные методики исследований, описание приборов, приспособлений и средств измерения, регистрации и обработки результатов, требования к экспериментальной установке, описание методики статистической обработки, формализации, оценки достоверности и адекватности результатов исследований.
Четвертая глава «Результаты экспериментальных исследований» содержит результаты выполнения программы исследований, представленные в виде таблиц, графиков зависимостей и взаимосвязей параметров и режимов работы шнекового измельчителя-транспортера и решения задач, сформулированных в первой главе. Завершается глава методикой инженерного расчета основных параметров шнекового измельчителя-транспортера и выводами.
В пятой главе «Экономическая эффективность применения результатов исследования» в соответствии с методическими рекомендациями определены показатели эффективности применения предлагаемой конструкции шнекового измельчителя-транспортера в расчете на 500 тонн измельчаемого сырья.
На защиту выносятся следующие основные положения:
теоретические и экспериментальные зависимости процесса измельчения прессованных грубых кормов шнековым рабочим органом измельчителя-транспортера;
техническое средство для реализации процесса измельчения прессованных грубых кормов;
методика инженерного расчета основных параметров рабочих органов шнекового измельчителя-транспортера.
Практическая значимость исследований состоит в том, что полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при создании шнекового измельителя-транспортера прессованных
грубых кормов и могут быть рекомендованы для проектирования аналогичных машин.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА в 2001 - 2008 годах и на международной конференции в ФГОУ ВПО ДонГАУ в 2004 году.
Публикация результатов исследования. По результатам исследования опубликованы 8 статей в сборниках научных трудов ФГОУ ВПО АЧГАА, ФГОУ ВПО ЧГАУ, а также в ежемесячном теоретическом и научно-практическом журнале «Механизация и электрификация сельского хозяйства». Получен один патент на изобретение.
Содержание работы. Диссертационная работа содержит введение, пять глав, общие выводы, библиографический список из 124 наименований, в том числе 11 на иностранных языках, и приложения на 12 страницах, которые включают патент на изобретение, поверхности отклика и графики экспериментальной зависимости, акты внедрения. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 49 рисунков, 10 таблиц.
Работа выполнена на кафедре «Механизация технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции» Федерального государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (г. Зерноград, Ростовской обл.), в соответствии с планом НИР академии.
Особенности обработки грубых стебельчатых кормов и подстилки, требования к их подготовке
В качестве грубых кормов на фермах используется сено из сеяных и луговых трав, а также солома злаковых культур (пшеничная, ячменная, просяная и т.д.).
Эффективность использования кормов обусловлена, прежде всего, функциональными техническими приёмами их обработки. Наиболее широко распространенным способом обработки грубых кормов является механическое измельчение, при котором образуется множество частиц с большой общей площадью поверхности, что способствует ускорению пищеварения и повышению усвояемости питательных веществ /16/. Ведомственные нормы технологического проектирования кормоцехов устанавливают степень измельчения грубых кормов для коров в пределах 10...50 мм, а для молодняка КРС -10...20, силоса - 20...50 мм /14/. Выбор степени измельчения определялся необходимостью подготовки кормов перед скармливанием (запаривание, смешивание, обработка химическим раствором и т.д.).
Однако специальные исследования по обоснованию зоотехнических норм к кормам для крупного рогатого скота позволили получить данные, значительно отличающиеся от вышеназванных. Ряд ученых проводили исследования по обоснованию оптимальной степени измельчения грубых кормов/3,8,25,27,42/.
По данным научных исследований /3/, не измельченные грубые корма в настоящее время раздаются вручную и не поддаются механической раздаче, поэтому этот способ признан неперспективным.
Установлено снижение технологической эффективности кормов при их переизмельчении /25/. Показано, что допустимое наименьшее измельчение грубых кормов для жвачных животных составляет 20...30 мм.
По данным А.П. Дмитроченко и П.Д. Пшеничного, корм, имеющий слишком мелкое измельчение, не может задерживаться в преджелудках и переваривается в тонком и толстом отделах кишечника, что снижает эффективность его использования /27/.
Удой, содержание жира и его физиологические константы при поедании коровами грубых кормов в крупноизмельченном и неизмельченном виде остаются прежними, однако, при кормлении мелкоизмельченными кормами наблюдалось снижение жира в молоке /42/.
Выявлено, что коровы при жевании измельчают сено до длины 30...40 мм и только после этого проглатывают /82/. Поэтому длина частиц измельченного сена при подготовке его к скармливанию должна быть не менее 70...100 мм. Такое измельчение не снижает слюноотделения, не нарушает ферментативных процессов в рубце, обмен веществ, продуктивность и качество продукции при длительном скармливании.
Новосибирскими зоотехниками /8/ сделан вывод, что корове сравнительно легко манипулировать во рту стеблями длиной до 275 мм. Более длинные стебли требуют больших усилий и времени.
Таким образом, зоотехнические нормы к степени измельчения грубых кормов (до 50 мм) определяются только необходимостью дальнейшей подготовки кормов перед скармливанием (смешивание, запаривание и т.д.) и физическими возможностями машин, выполняющих данные операции. Так, наилучшее качество смешивания и высокая надежность раздатчиков-смесителей РСП-10 и АРС-10 обеспечиваются при измельчении грубых кормов до частиц длиной не более 50 мм.
Если же грубые корма не требуют дальнейшей подготовки, а выдаются непосредственно в кормушки, то они могут быть большей длины и достигать величины 70... 100 мм.
Для обеспечения необходимых условий содержания животных требуется подстилка. Она вносится как при привязном содержании коров, так и беспривязном содержании коров и молодняка КРС. В качестве подстилки для скота применяются солома, торф и опилки. В зоне Северного Кавказа в основном используется солома озимых культур в неизмельченном виде. Выемка её из хранилищ, транспортировка и разбрасывание неизмельченной соломы плохо поддаются механизации, поэтому с целью снижения трудовых затрат целесообразнее применять соломенную сечку. По данным /119/, измельченная солома в качестве подстилочного материала для ферм КРС имеет ряд преимуществ в сравнении с неизмельченной: повышается влагопоглоще-ние, обеспечивается экономия подстилки примерно на 40%, использование соломенной сечки облегчает последующую работу с навозом.
Установлено /6/, что на поглощение влаги подстилкой изменение дли ны частиц соломы от 10 до 100 мм оказывает значительное влияние. Солома со средневзвешенной длиной частиц порядка 100 мм поглощает за сутки на 30% влаги больше, чем солома с длиной частиц, равной 10 мм. Полностью солома насыщается влагой через 48 часов, а максимальное влагопоглощение её при этом равно 300...330%.
Грубые корма заготавливают в рассыпном или прессованном виде с сушкой до кондиционной влажности в полевых условиях или с провяливанием и последующей досушкой массы активным вентилированием.
Наиболее прогрессивной, позволяющей осуществить комплексную механизацию заготовки кормов, является уборка их рулонными пресс-подборщиками, которые занимают доминирующее положение на мировом рынке (до 80% продаж машин для подбора валков) /90/. Современные пресс-подборщики позволяют получать рулоны сена массой до 500 кг, крупногабаритные тюки — до 400 кг. Во многих странах внедряются технологии заготовки измельченного сена в рулонах /107/. Для этого могут использоваться как зерноуборочные комбайны, измельчающие зеленую массу и складывающие ее на стерню, так и пресс- подборщики, оборудованные измельчающими устройствами перед прессовальными камерами. В этих случаях рулоны или тюки упаковываются специальной сеткой. Применение технологий с прессованием потребовало создания специального комплекса машин для измельчения и размотки рулонов и тюков, осуществляющих функции раздатчиков или устройств для внесения подстилки - выдувателей.
Поскольку требования к длине резки растительной массы при измельчении на корм и подстилку практически одинаковы и составляют 30... 100 мм, то измельчение грубых кормов и внесение подстилки целесообразно проводить одной машиной.
Отсюда следует, что измельчитель грубых кормов и подстилки должен обеспечивать: - измельчение грубых кормов до длины 70...100 мм и иметь возможность регулировки степени измельчения до 30.. .50 мм; - измельчение и загрузку измельченных грубых кормов в транспортные и кормораздающие средства; - измельчение и внесение соломенной подстилки при беспривязном содержании КРС с длиной частиц до 100 мм при использовании измельчителя в мобильном варианте, причем внесение подстилки необходимо проводить с кормового прохода в логова животных выше стойлового ограждения; - измельчение грубых кормов в рулонах, тюках и рассыпном виде.
Анализ основных конструктивно-технологических схем и принцип работы измельчителей грубых кормов и подстилки
В настоящее время известны различные конструкции измельчителей грубых кормов, классификационная схема которых приведена на рисунке 1.1.
Процесс обработки грубых кормов, как правило, осуществляют с помощью следующих технологических операций: загрузка - подача корма — воздействие на корм (измельчение) — выгрузка корма.
Из анализа конструктивных особенностей измельчителей грубых кормов видно, что при измельчении рассыпных кормов питающие устройства в основном выполнены в виде различных транспортеров, а при измельчении рулонов - в виде вращающегося вертикального бункера.
Измельчители могут быть с одной или с двумя ступенями измельчения (первичного — предварительного и вторичного - окончательного). Измельчающие аппараты могут быть дисковые, барабанные, ножевые и молотковые.
Во всех конструкциях молотковых аппаратов рабочим органом является ротор с шарнирно подвешенными молотками.
Молотковые аппараты универсальны, при измельчении продукт не нагревается, что позволяет осуществить привод непосредственно от электродвигателя. Они долговечны и надежны в работе. Шарнирное крепление молотков предотвращает возможные аварии при контакте с крупными твердыми предметами, попавшими в измельчитель. Однако эти аппараты имеют сравнительно высокий удельный расход энергии на привод.
Наиболее простым является дисковый измельчающий аппарат. Широкое применение дискового измельчающего аппарата обусловлено тем, что он обеспечивает большую производительность, чем барабанный. Дисковые аппараты надежны в работе, просты в эксплуатации. К недостаткам следует отнести большие габаритные размеры.
Барабанные измельчающие аппараты получили распространение, в основном, только на жатвенных машинах.
Наибольшее распространение получили ножевые измельчающие аппараты, к недостаткам которых следует отнести низкую эксплуатационную надежность.
Известно, что резание требует меньших затрат энергии, чем дробление, вследствие чего при разработке новых машин все же целесообразно использовать ножевые измельчающие аппараты, работающие по принципу резания /75/.
Для измельчения рассыпных грубых кормов в нашей стране серийно выпускались или выпускаются дробилка-измельчитель ДИС-1М, измельчитель грубых кормов ИГК-Ф-4, ИГК-ЗОБ, измельчители растительных материалов ИРМ-15М и ИРМ-50.
Функциональные схемы и техническая характеристика измельчителей рассыпных грубых кормов представлены на рисунке 1.2 и в таблице 1.1.
В Мелитопольском институте механизации сельского хозяйства разработан измельчитель грубых кормов, измельчающий аппарат которого на измельчении рисовой соломы влажностью W = 10..18% показал энергоемкость 2,8...3,0 кВт ч/т, причем качество резки соответствовало зоотехническим требованиям.
Измельчающий аппарат его разработан на базе измельчителя "Волгарь-5" и состоит из горизонтального вращающегося ротора, на дисках которого по следу четырехзаходного винта шарнирно установлены комбинированные режущие элементы, включающие режущий нож и расщепляющий молоток. Противорежущий подпор создаётся гребенчатым противорезом 2. Подача осуществляется транспортерами, отвод измельченного продукта - потоком воздуха, образующимся во время вращения ротора.
Устройство работает следующим образом. Поданный транспортерами материал, падая на движущиеся режущие элементы, и частично перерезаясь, увлекается ими к противорежущей гребенке. Разрезаясь режущей частью комбинированного рабочего органа, измельчаемый материал перемещается по поверхности деки к выступам на расщепление. При повороте ротора режущая часть комбинированного рабочего органа продвигается в щель между элементами деки, давая тем самым возможность для работы расщепляющей части.
Во время движения разрезанного материала по деке большинство частиц мелкой фракции его проталкивается сквозь щели деки, а крупные частицы, расщепляясь, выбрасываются между выступами. Измельчитель работает при подачах 1,5...2,15 т/ч и скоростях резания V= 42... 51 м/с.
Обоснование характеристик взаимодействия ножей измельчителя с материалом
При разработке шнекового измельчителя пресованных грубых кормов необходимо определить оптимальную скорость вращения шнекового измельчителя, при которой обеспечивается устойчивое резание материала и его транспортировка. Безподпорное резание осуществляется обычно при больших скоростях, что недопустимо в данном случае, так как измельченная масса будет выбрасываться из шнекового транспортера еще до того, как дойдет до выгрузного устройства. Для решения данной задачи рассмотрим распределение сил и напряжений в рабочем процессе (рисунок 2.1). При рассмотрении принимаем, что ножи относительно шнека движутся по окружности, а относительно измельчаемого материала - по винтовой линии.
Прочность материала в зоне безподпорного резания обеспечивается сопротивлением разрыву Рр, сдвигу Рт и дополнительной силой трения, пропорциональной нормальной реакции RN, значения которых определяются по известным зависимостям /1/:
Из полученных зависимостей следует, что более устойчивое измельчение корма достигается с увеличением ар и тс в зоне резания. При одинаковой ар и хс в измельчаемой массе, их увеличение в зоне резания достигается увеличением стп, то-есть напряжением уплотнения в этой зоне, так как в данном случае материал сам является противорежущим элементом, способствуя тем самым возможности снижения скорости резания.
Величину ап в зоне резания можно регулировать посредством нагруже-ния тюка сверху распределенной нагрузкой, величина которой прямопропор-ционально зависит от требуемой частоты вращения шнека. Для предварительного уплотнения слоя стеблей в зоне резания необходимо ограничить свободное их поступление в межвитковое пространство шнека. Техническим решением такой задачи может быть устройство подвижной опорной зоны в виде стальной полосы, закрепленной на навивке шнека в плоскости образующих цилиндрической поверхности (ПРФ № 2004108646/12) III - навивка шнека; 2 - стальная полоса; 3 - нож; 4 - зона уплотнения. Рисунок 2.2 — Схема предлагаемого технического решения безподпорно го резания
Полагая, что слой стеблей обладает определенным сопротивлением сжатию, пропорциональным деформации, дополнительное усилие подпрессовки при установившемся режиме определяется по зависимости: Fd=R-(pp-S-s-H, где R - радиус цилиндрической поверхности, описываемой полосой, м; р - угол контакта ножа со слоем стеблей, рад; 8 - ширина полосы, м; Є - относительная деформация слоя в зоне резания; Н - мгновенный модуль упругости, Па.
На качественные и энергетические показатели шнекового рабочего органа большое влияние оказывают скорость отрезных ножей, глубина и угол фрезерования, толщина слоя, срезаемого каждым ножом. В связи с этим возникает необходимость в исследовании некоторых вопросов кинематики взаимодейст-* вия ножей с материалом.
В процессе работы ножи совершают сложное движение: переносное^по-ступательное относительно измельчаемого материала и относительное вращательное движение вместе со шнеком (рисунок 2.3).
Если направления скоростей совпадают (попутное фрезерование), то характерные для циклоидальных траекторий петли обращены к периферии зоны фрезерования и в точках траекторий, наиболее приближенных к измельчаемому материалу, кривизна траекторий наименьшая (рисунок 2.3 а). Наоборот, когда направление скоростей противоположно (встречное фрезерование), петли траекторий обращены от периферии зоны фрезерования и наибольшая кривизна имеет место в точках траекторий ножей шнека, наиболее приближенных к измельчаемому материалу (рисунок 2.3 б).
Оборудование для проведения экспериментальных исследований
Для подтверждения выводов, сделанных из аналитических исследований процесса измельчения прессованных грубых кормов и подстилки шнековым рабочим органом, получения математической модели, описывающей его работу, и определения рациональных режимов функционирования была составлена программа исследований, включающая: - изучение физико- механических свойств измельчаемых кормов; - экспериментальное исследование работы шнекового измельчителя и основных параметров процесса измельчения; - проверку работы макетного образца шнекового измельчителя на прессованных кормах; - обработку экспериментальных данных и получение регрессионных зависимостей, описывающих процесс работы шнекового измельчителя и их анализ; - определение, на основе полученных зависимостей, рациональных кинематических, энергетических и технологических параметров шнекового измельчителя.
Исследования рабочего процесса шнекового измельчителя - транспортера прессованных грубых кормов проводились на макетном образце, который был изготовлен для проверки работоспособности его на различных кормах. Он представляет собой раму 1, на которой установлен измельчающий рабочий орган 2 и питающий бункер 3 (рисунок 3.1). Измельчающий рабочий орган изготовлен по патенту РФ № 2004108646/12 и представляет собой шнек с навивкой 352 мм с горизонтальной осью вращения, по периметру витков которого установлены режущие элементы сегментного типа, а по наружному периметру витков шнека под углом 90 к плоскости витков закреплена полоса, в результате чего получен их Г-образный профиль (рисунок 3.2). На цапфах вала рабочего органа установлены опоры с подшипниками качения III. Посредством этих опор рабочий орган прикреплен к раме экспериментальной установки.
Питающий бункер изготовлен в виде металлического короба и установлен на раме шарнирно относительно рабочего органа. Фиксация, бункера на различных углах наклона осуществляется за счет дугообразной накладки, закрепленной на боковой поверхности бункера, в которой просверлены отверстия с заданным шагом. С помощью нее бункер жестко крепится к фиксирующему уголку болтовым соединением и удерживается под заданным углом. Привод измельчителя осуществляется от электродвигателя, установленного снизу на раме установки. Вращение от вала электродвигателя через клиноременную передачу передается на вал шнекового рабочего органа. Электродвигатель имеет возможность передвигаться относительно рамы для обеспечения натяжения ремней. Ступенчатое изменение частоты вращения рабочего органа достигалось путем использования ведущего шкива, изготовленного со ступенчатым изменением рабочего диаметра (рисунок 3.3).
Работа измельчителя осуществляется следующим образом. Включается привод электродвигателя, после чего тюкованные грубые корма загружаются в питающий бункер (рисунок 3.4), который направляет измельчаемый материал на рабочий орган установки. Измельчаемый материал под действием собственной массы скользит по поверхности бункера к шнековому рабочему органу (рисунок 3.5).
Металлическая полоса, закрепленная по наружному краю навивки шнека, обеспечивает дополнительное уплотнение измельчаемого материала перед вхождением в него ножа и препятствует его ненормированной подаче. Масса тюка и коэффициент скольжения его по бункеру, положение которого регулируется углом наклона дна бункера относительно горизонтали, обуславливают усилие подачи материала на измельчитель.
