Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 7
1.1. Зоотехнические требования к качеству измельчения концентрированных кормов 7
1.2. Анализ конструкций дробилок зерна 11
1.3. Обзор научных работ по исследованию процесса измельчения зерна 22
1.4. Задачи исследований 32
2. Теоретические исследования течения воздушного потока в пневмосепарирующем канале дробилки 33
2.1. Конечно-элементная модель воздушного потока в пневмо-сепарирующем канале дробилки зерна открытого типа 33
2.2. Алгоритм расчета усредненного поля скоростей воздушного потока с учетом турбулентного трения 44
2.3. Экспериментальные исследования движения воздушного потока в пневмосепарирующем канале 55
3. Программа и методика экспериментальных исследований 61
3.1. Программа экспериментальных исследований 61
3.2. Экспериментальные установки 61
3.2.1. Лабораторная установка для испытания зерен на сжатие 61
3.2.2. Лабораторная установка для определения критической скорости соударения зерновки и молотка 65
3.2.3. Лабораторная установка для исследования процесса измельчения зерна 66
3.3. Приборы и аппаратура 68
3.4. Методика экспериментальных исследований 69
3.4.1. Определение основных показателей процесса измельчения в дробилке кормов 69
3.4.2. Методика проведения многофакторного эксперимента 72
3.5. Методика исследования воздушного потока в пневмосепарирующем канале дробилки 75
4. Результаты экспериментальных исследований рабочего процесса молотковой дробилки зерна 81
4.1. Экспериментальное исследование прочностных свойств зерновки ячменя 81
4.2. Исследования молотковой дробилки открытого типа с пневмосепаратором методом однофакторного эксперимента... 86
4.3. Оптимизация рабочего процесса молотковой дробилки 116
4.4. Оптимизация рабочего процесса молотковой дробилки при изменении схемы установки отражателей 125
5. Расчет энергетической эффективности..; 131
Общие выводы 136
Список использованной литературы 138
Приложения 151
- Зоотехнические требования к качеству измельчения концентрированных кормов
- Конечно-элементная модель воздушного потока в пневмо-сепарирующем канале дробилки зерна открытого типа
- Программа экспериментальных исследований
- Экспериментальное исследование прочностных свойств зерновки ячменя
Введение к работе
Обеспечение населения продукцией животноводства является главной задачей агропромышленного комплекса и, в основном, зависит от эффективности работы животноводческих ферм.
Наибольшую часть в структуре себестоимости производства мяса, молока и других продуктов животноводства составляют корма. От качества подготовки их к скармливанию во многом зависят показатели работы животноводческих ферм и комплексов. В настоящее время доказано, что эффективность кормления повышается, если использовать в рационе кормосмеси, позволяющие повышать продуктивность животных, сокращать расходы корма на единицу продукции и сроки откорма.
В технологии приготовления кормов самым распространенным и важным процессом является измельчение, обусловленное требованиями физиологии животных. В результате измельчения образуется множество частиц с высокоразвитой поверхностью, что способствует ускорению процессов пищеварения и повышению усвояемости питательных веществ. За счет измельчения зерна продуктивность животных повышается на 10.. .15 %. В инженерном отношении измельчение кормов является наиболее энергоемкой и дорогой операцией.
Основным оборудованием для измельчения в сельскохозяйственном производстве являются молотковые дробилки. На сегодняшний день известно большое количество молотковых дробилок различных конструкций, используемых не только в сельском хозяйстве, но и в различных отраслях промышленности.
В настоящее время все большее применение находят дробилки открытого типа, как менее энергоемкие и более надежные в эксплуатации. Дробилки этого типа представляют наибольший интерес, так как в них имеется возможность наиболее полно использовать энергию воздушно - продуктового слоя для сепарирования и транспортировки материала.
Несмотря на их широкое использование, рабочий процесс дробилок недостаточно изучен и требует совершенствования, направленного на улучшение качества готового продукта и снижение энергоемкости процесса измельчения.
Целью работы является повышение эффективности процесса дробления зерна в молотковой дробилке за счет разделения дерти воздушным потоком в пневмосепарирующем канале дробилки.
Научную новизну работы составляют:
молотковая дробилка открытого типа с пневмосепаратором (положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2002109459/03(010049), РФ МГЖ 7 В02С13/02);
смеситель (патент №2217226 РФ, МКИ7 В 01 F 7/24,15/02);
теоретическое обоснование движения воздушного потока в пневмосепарирующем канале;
зависимость критической скорости соударения молотка и зерновки от ее предела прочности для ячменя сорта "Абава" и "Биос - 1";
- математические модели рабочего процесса, позволившие определить
оптимальные конструктивно-технологические параметры дробилки зер
на с пневмосепарирующим каналом.
Практическая ценность работы заключается в возможности использования разработанной конструкции дробилки в сельскохозяйственном производстве, позволяющая повысить качество измельчения концентрированных кормов.
Работа выполнена в соответствии с планом научно- исследовательских работ НИИСХ Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого (тема 02.04.01 с Россель-хозакадемией, номер государственной регистрации 01.200.2 03090). На защиту выносятся следующие основные положения:
конструктивно-технологическая схема молотковой дробилки зерна открытого типа с пневмосепарирующим каналом и смесителем;
математическая модель движения воздушного потока с учетом турбулентного трения;
зависимость критической скорости соударения молотка и зерновки, необходимой для гарантированного разрушения зерновки за один удар от ее предела прочности;
математические модели рабочего процесса дробилки зерна открытого типа и ее оптимальные конструктивно-технологические параметры;
энергетическая эффективность дробилки зерна.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях: Вятской ГСХА (2001 и 2004 г.г.); ВНИИМЖ (Москва-Подольск, 2003 и 2004 г.г,).
Основное содержание диссертации изложено в 9 научных статьях, в том числе патенте и положительном решении о выдаче патента.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 131 наименования и 6 приложений. Работа содержит 183 страницы, 62 рисунка, 13 таблиц.
Зоотехнические требования к качеству измельчения концентрированных кормов
Подготовленный для скармливания сельскохозяйственным животным корм должен отвечать зоотехническим требованиям соответствующих стандартов или технических условий на корма. В зависимости от свойств и химического состава корма делятся на грубые, сочные и концентрированные.
Технологическим оборудованием животноводческих ферм обеспечиваются механические, тепловые, химические, биологические способы приготовления кормов [62, 102, 110].
По зоотехническим нормам в кормовых рационах в среднем на 1 корм.ед. должно приходиться переваримого протеина 105... 110 г. При его недостатке примерно в 19 % от потребности недобор продукции составляет 30...35 %, себестоимость ее и расход кормов возрастают в 1,5 раза [49].
Основным источником кормового белка являются зерновые и зернобобовые культуры, которые дают около 50 % протеина. Поэтому особо важное значение имеет подготовка их к скармливанию с целью максимального использования животными протеина. Из многочисленных способов наибольшее применение в практике нашли измельчение, увлажнение, поджаривание, варка и запаривание, осолаживание и дрожжевание.
Концентрированные корма, содержащие большое количество питательных веществ (зернофуражных злаков, бобовых культур, жмыха и др.), перед скармливанием животным подвергают механической обработке - измельчению. Это самый распространенный и совершенно обязательный способ подготовки зерновых кормов для скармливания животным.
При измельчении разрушается твердая структура зерен. Питательные вещества становятся более доступными пищеварительным сокам и быстрее усваиваются организмом животного. Зерно измельчают до дерти или муки. Степень измельчения зависит от качества зерна, а также вида и возраста животных, которым оно предназначено для скармливания [49].
В соответствии со стандартом на комбикорма различают три степени помола, которые характеризуются средними размерами частиц (модулем): от 0,2 до 1,0 мм - мелкий; от 1,0 до 1,8 мм - средний; от 1,8 до 2,6 мм - крупный помол. Зоотехнические требования к подготовленному зерновому корму предусматривают для крупного рогатого скота размеры частиц не выше 3 мм, для поросят-сосунов - 0,7...0,8 мм, поросят-отъемышей - 0,9...1,1 мм, свиней беконного откорма - 1,2,..1,6 мм„ для птицы - до 1 мм, если кормление производят влажными мешанками, и 2 - 3 мм - при сухом кормлении [49, 50].
Для оценки качества измельчения концентрированных кормов, в действующей нормативно-технической документации (ГОСТ 28098-89. Дробилки кормов молотковые. Общие технические условия) [40], применяют следующие основные показатели: массовая доля остатка на сите с отверстиями диаметром 3 мм; массовая доля целых зёрен. Количественные значения вышеуказанных показателей для разных групп сельскохозяйственных животных установлены ГОСТ 9268-90 (для крупного рогатого скота) [42], ГОСТ 9267-68 (для свиней) [34], ГОСТ 21055-96 (для беконного откорма свиней) [39], ГОСТ 13299-71 (для поросят-сосунов) [37], ГОСТ 10199-81 (для овец) [43], ГОСТ 18221-72 (для сельскохозяйственной птицы) [38]. Требования, предъявляемые этими стандартами к качеству измельчения, приведены в приложении 1. Однако следует заметить, что чрезмерное измельчение концентрированных кормов до состояния пыли также снижает эффективность их использования, так как они плохо смачиваются желудочным соком и образуют труднопереваримые комочки [34, 65]. Содержание пылевидной фракции (менее 0,25 мм) в измельченном корме должно быть как можно меньше. Так, скармливание животным переизмельченного продукта приводит к снижению приростов до 15 % и отрицательно влияет на процесс пищеварения, вследствие проглатывания животными корма без пе 9 режевывания. Таким образом, одно из основных требований к измельчителям концентрированных кормов -равномерность помола [34].
Влажность концентрированных кормов, подлежащих длительному хранению, не должна превышать 15... 17 % [63,76, 80, 112].
Кроме того, корм не должен содержать в себе вредных примесей. С этой целью его очищают от металлических примесей на магнитных сепараторах, а от минеральных, органических примесей, семян сорных растений и земли - на зерноочистительных машинах. Наличие этих примесей в количествах, превышающих установленные нормы, не только ухудшает качество комбикормов, но и может быть причиной заболевания животных. Плохо очищенное сырье нарушает работу машин и оборудования цехов, пыль, кусочки почвы или солома задерживают выход продуктов из бункеров, а металлические предметы, попавшие в машины, выводят молотки и решета дробилок, лопасти вентиляторов, ковши норий и витки шнеков из рабочего состояния, при этом возникающие искры могут стать источником пожара или взрыва [47, 112].
Содержание минеральных примесей (песок) в комбикормах допускается не более: 0,3 % - для поросят-огьемышей; 0,5 % - для молодняка, маток, свиней беконного и мясного откормов; 0,7 % - для откорма свиней до жирных кондиций и маток, подготовленных к случке (ГОСТ 9267-68) [41].
Содержание золы, нерастворимой в соляной кислоте в комбикормах допускается не более: 0,3 % - для цыплят; 0,5 % - для молодняка кур и бройлеров (ГОСТ 18221-72) [38], для выращивания и откорма крупного рогатого скота в животноводческих комплексах (ГОСТ 9268-90) [42]; 0,7 % - для свиней (ГОСТ 9267-68) [41]; 1,0 % - для кур-несушек.
Конечно-элементная модель воздушного потока в пневмо-сепарирующем канале дробилки зерна открытого типа
В большинстве прикладных задач аналитическое решение затрудняется учетом разнообразных граничных условий, накладываемых на движение потока, и наличием дисперсных частиц, которые создают сопротивление движению воздуха. Поэтому выбор метода решения инженерных задач о движении воздушной среды в технических устройствах является актуальным и необходимым для получения расчетных соотношений.
Из всего многообразия турбулентных течений, изучаемых в устройствах вентиляции, наиболее важное практическое значение имеет движение в каналах сепарации. Это обусловлено тем, что от распределения полей скоростей воздуха зависит сила воздействия на материал, качество его сепарации и характер перемещения частиц зернового материала в канале [119].
Необходимость проведения исследований воздушного потока в пневмо-сепарирующем канале обусловлена близостью расположения генератора воздушного потока - ротора молотковой дробилки, который создает вихревое поле скоростей, ухудшающее обеспечение равных условий сепарации во всех зонах пневмосепарирующего канала. Выравнивание поля скоростей воздушного потока на входе в канал возможно за счет установки направляющих, однако многовариантность их компоновки в канале сглаживает экспериментальную оптимизацию. Поэтому на первом этапе проводилось математическое моделирование потока в канале и переходном отводе без направляющих с целью отработки методики расчета [107].
При движении воздуха в каналах и камерах, в соответствии с теорией Прандтля, поток можно разбить на две области: сравнительно тонкий слой, располагающийся вблизи твердых стенок - пограничный слой, где влиянием вязкости воздуха пренебречь нельзя, и прочую часть потока, в которой можно пренебречь вязкостью и течение в ней описывается законами идеальной жидкости. Характер течения вязкой жидкости, которой является воздух при давлениях близких к атмосферному, определяется числом Рейнольдса Re: Re = —, V где и - скорость потока; / - характерный размер (глубина канала); v - кинематическая вязкость. В канале поток является турбулентным во всех точках за исключением очень тонкого ламинарного слоя, который не рассматривался, так как его толщина составляет 1...2 мм. Турбулентные потоки описываются путем представления мгновенных значений переменных и скоростей как суммы среднего значения и и случайного отклонения от него и : бт = и + о . Усредненное турбулентное течение удовлетворяет условию неразрывности, которое при плоском течении запишется:
Эх ду То есть усредненные значения скоростей потока описываются уравнением для невязкой несжимаемой жидкости. Напряжения, возникающие в потоке воздуха, можно определить в соответствии с уравнениями Рейнольдса, однако использование их усложняется нахождением тензора турбулентных напряжений. Поэтому целесообразно рассматривать усредненные значения параметров турбулентного потока как характеристики потенциального течения, для которого возможно записать уравнение Лапласа: V2M = 0, где V - оператор Гамильтона, и - потенциал скорости. При плоском течении это уравнение имеет вид: i?V=0 (21) Функция и имеет физический смысл величины, пропорциональной избыточному статическому давлению в потоке, взятому с противоположным знаком. Граничные условия для уравнения (2.1) бывают двух типов: а) главные граничные условия на S} (рис. 2.1) вида и = й; б) естественные граничные условия на $2 с заданием нормальной состав _ ди ляющеи скорости qn — —, где п - нормаль к границе. дп Решение уравнения (2.1) может быть проведено численно, например, методом конечных разностей, либо приближенными аналитическими методами. Наиболее эффективным из последних является метод Галеркина [52, 58]. Рис. 2.1. Граничные условия в объеме воздуха: S\ - поверхность с главными граничными условиями; S2 поверхность с естественными граничными условиями
Основная трудоемкость при непосредственном применении данного метода связана с выбором глобальных базисных функций. С развитием вычислительных машин получила толчок идея локализации аппроксимирующих функций в малых областях. При этом можно использовать функции более простого вида.
В методе конечных элементов матрица для всей области формируется из матриц отдельных элементов, которые выражаются как функции узловых неизвестных. Последующий учет главных граничных условий приводит к изменениям общей матрицы. Аналогично величины, заданные в узлах элемента, образуют вектор обобщенной узловой нагрузки, разрешая полученную систему уравнений, определяют значения искомой функции в узлах.
Таким образом, основными этапами применения метода являются следующие [98, 108]; 1) дискретизация задачи, то есть представление области в виде совокупности конечных элементов, взаимосвязанных в узловых точках; 2) получение матриц элементов; 3) построение общей матрицы для всей области и вектора нагрузки; 4) наложение граничных условий; 5) решение системы уравнений; 6) расчет любой другой функции, зависящей от узловых неизвестных. Первый этап конечноэлементной процедуры состоит в разбиении области потока на ряд элементов. Затем каждый элемент рассматривается отдельно, и его свойства выводятся путем применения формулы метода Галеркина после выбора аппроксимирующих функций. Эти аппроксимирующие функции должны удовлетворять условиям допустимости и полноты для рассматриваемой задачи. Допустимость предполагает непрерывность искомой функции и ее производных между элементами, обеспечивающую корректность определения неизвестных в рамках вариационной формулировки. Условия полноты аппроксимирующих функций должны обеспечить стремление к постоянным производных при уменьшении размеров элемента.
Программа экспериментальных исследований
Изучение процесса разрушения зерна в дробильной камере невозможно без исследования прочностных свойств зерновки. Исследования физико-механических свойств кормовых материалов и соответствующие методики приведены в работах [4, 76, 77 , 128].
Нами совместно с кандидатом технических наук Мнкрюковым К.Ю. [90, 129] для исследования прочностных свойств зерна были подвергнуты испытанию на сжатие зерновки ячменя, поскольку при исследованиях дробилки зерна также используется ячмень как основная кормовая культура. Для этого из зерновки вырезался образец в форме прямоугольного параллелепипеда и при помощи микрометра МК 0-25 мм определялись его размеры. Испытания проводились на специально разработанной установке (рис. 3,1,а), которая состоит из кронштейна 9, закрепленного на основании 4, штока 10, удерживаемого во втулке кронштейна за счет винтового механизма, ручки 11 привода винтового механизма, сменного стержня 8 с закрепленным на нем индикатором 1 (ИЧ 0-10 мм), предметного столика 2, представляющего собой толстый металлический диск с тремя ножками 7, опирающимися на упругий тонкий металлический диск 6 с наклеенными на него четырьмя тензорезисторами 3. Диск 6 свободно установлен на основании 4 через втулку 5, что позволяет ему изгибаться.
Электрическая схема включения прибора приведена на рисунке 3.1,6. Тензорезисторы Rl - R4 включены по мостовой схеме. В одну диагональ моста включен источник постоянного напряжения ИП. Другая диагональ подключена к усилителю У, с выхода которого усиленный сигнал поступает на осцилло-граф-мультиметр V, включенный в режиме цифрового вольтметра (далее просто - вольтметр). Показания вольтметра отображались на экране в виде четырехразрядного числа. Верхний предел измерений был установлен равным 25 В. На рисунке 3.3 приведен общий вид установки.
Испытания проводились следующим образом. Испытуемый образец помещался на предметный столик 2 под стержень 8 с плоским торцом. Стержень 8 при помощи ручки 11 подводился вплотную к образцу. В этом положении перемещением кронштейна крепления индикатора 1 по стержню 8 и регулировкой шкалы устанавливали стрелку индикатора на нулевую отметку. Также фиксировались показания вольтметра (смещение нуля).
При вращении ручки 11 стержень 8 опускался, сжимая тем самым образец. Усилие через ножки 7 столика 2 передавалось диску 6, изгибая его. Величина деформации регистрировалась тензорезисторами, и на индикаторе вольтметра отображалось число, пропорциональное усилию сжатия. Показания вольтметра записывались через каждые 0,05 мм деформации образца, отображаемой индикатором 1. Сжатие производилось до момента разрушения образца, когда усилие сжатия уменьшалось скачкообразно почти до нуля.
Полученные значения усилий принимались с учетом смещения нуля. Для пересчета показаний вольтметра в прилагаемые усилия предварительно была проведена тарировка прибора. Для этого центр предметного столика последовательно нагружался грузами, и фиксировались показания вольтметра Nx для каждой массы га, после чего был построен тарировочный график (рис. 3.2), при помощи которого рассчитывались значения усилий сжатия.
Нами совместно с кандидатом технических наук Микрюковым К.Ю. [103, 129] для определения критической скорости соударения зерновки и молотка, необходимой для разрушения зерновки за один удар, изготовлена установка, представленная на рисунке ЗА,а, состоящая из рамы 3, с установленным на ней диском 1 диаметром 500 мм. На диске закреплена металлическая полоска 2 толщиной 8 мм, имитирующая молоток ротора дробилки. Диск приводится во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу.
Скорость соударения задавалась как изменением точки подачи зерновки к диску относительно оси вращения, так и изменением частоты вращения диска за счет изменения диаметров шкивов. Исследования проводились для пяти значений скоростей соударения: 25, 50, 63, 75 и 100 м/с, при этом для каждого значения скорости удару подвергались 100 зерен в десятикратной повторности. 3.2.3. Лабораторная установка для исследования процесса измельчения зерна
Для изучения процесса измельчения зерна нами разработана лабораторная установка (рис. 3.5), представляющая собой молотковую дробилку открытого типа с пневмосепаратором, которая включает в себя (рис. 3.6): камеру измельчения 2 с размещенным в ней ротором 5 и выполненными в ее верхней части стенки окна выгрузки и возврата недоизмельченного зерна 6 и окна загрузки 14, находящегося в боковой стенке камеры измельчения, питающий бункер 13, сообщенный с окном загрузки, пневмосепарирующий канал 8. Канал устанавливается сверху дробильной камеры и соединен с ней отводом, наружная стенка которого выполнена по логарифмической спирали. Камера измельчения по периферии охватывается декой 1. Для изменения скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале параллельно к окну загрузки материала предусмотрен подвод воздуха. Количество воздуха, поступающего в камеру, регулируется заслонкой 12. Для интенсификации процесса измельчения в окно выгрузки и возврата недоизмельченного зерна установлены решето 4 и направляющие в виде коробов 7. В верхнюю часть пневмосепарирующего канала для обеспечения соответствующего ГОСТ качества готового продукта установлены отражатели 9. Пневмосепарирующий канал через выгрузную горловину 10 соединен со смесителем 11, служащим в качестве циклона-осадителя и позволяющим отделять готовый продукт от воздуха [94].
Работает установка следующим образом. Исходный материал из бункера 13, самотеком через окно загрузки 14 поступает в камеру измельчения 2, где, подвергаясь воздействию ротора 5, измельчается и через окно выгрузки и возврата недоизмельченного зерна 6 направляется в пневмосепарирующий канал 8, установленный для обеспечения эффективного отвода готового продукта из дробильной камеры. Решето, установленное в окне 6, позволяет снизить скорость воздушно-продуктового потока, направляемого в пневмосепарирующий канал, и равномерно распределить его по ширине канала. Направляющие 67
Конструктивно-технологическая схема дробилки открытого типа с пнев-мосепарирующим каналом: 1 - дека; 2 - камера измельчения; 3 - пакет молотков; 4 - решето; 5 - ротор; 6 - окно выгрузки и возврата недоизмельченного зерна; 7 - направляющие; 8 - пневмосепарирующий канал; 9 - отражатели; 10 - выгрузная горловина, 11 - смеситель; 12 - воздушная заслонка; 13 - питающий бункер; 14 - окно загрузки формируют камеру измельчения и выравнивают нагрузку на роторе дробилки, стабилизируя протекание процесса сепарации. В пневмо сепарирующем канале происходит разделение дерти по парусности и возвращение тяжелой фракции на повторное измельчение. Частицы измельчаемого материала и целые зерна, имеющие скорость движения больше скорости воздушного потока в пневмосе-парирующем канале, достигнув отражателей, возвращаются на повторное измельчение. Готовый продукт воздушным потоком через выгрузную горловину 10 направляется в смеситель 11.
Экспериментальное исследование прочностных свойств зерновки ячменя
Выбирая рабочие режимы измельчителей зерна, при которых разрушение частиц зернового материала будет происходить с наименьшими затратами энергии, необходимо знать характеристики свойств и условия нагружения зерновок, при которых должно произойти обязательное их разрушение. Твердое тело характеризуется наличием пространственной системы микро- и макродефектов, статистически распределенных в толще и частично выходящих на наружную поверхность. При достижении определенной плотности дефектов, в материале возникает трещина с размерами, превышающими критический, после чего наступает разрушение. Общие представления о механизме разрушения кормов сводятся к тому, что в основе динамического процесса измельчения лежит механизм разрушения сжатием, и процесс протекает по схеме хрупкого разрушения, т.е. без заметного развития пластических деформаций. Корм, как материал растительного происхождения, состоит из двух структурных элементов - скелета (каркас), обладающего упругими и пластическими свойствами, и заполнителя, обладающего вязкими свойствами. В таком материале предел прочности самого скелета не зависит от времени действия статистической нагрузки, величина же сопротивления вязкого заполнителя меняется во времени [55].
Рабочие диаграммы сжатия в координатах "усилие-деформация" и построенные на их основе диаграммы напряжения впервые были получены С.В.Мельниковым [76]. Рабочие диаграммы внешне напоминают кривые для мягких металлов, обладая тремя характерными этапами развития деформации в материале вплоть до разрушения.
Для определения скорости соударения, необходимой для гарантированного разрушения измельчаемого материала за один проход, проведены исследования прочностных свойств зерен ячменя сортов "Биос-Г и "Абава". Про грамма исследований предполагала определение предела прочности зерен при нагружении их статической силой вдоль центральной оси симметрии и экспериментальное определение критической скорости соударения. Полученные диаграммы сжатия характерны для пластических материалов. Начальный этап нагружения характеризуется крутым подъемом кривой, что говорит о преобладании упругих деформаций. На втором этапе следует отметить значительное снижение интенсивности возрастания внутренних напряжений, что свидетельствует о наличии внутренних сдвигов и быстрым развитием пластических деформаций в зерновке. Третий, конечный этап завершается разрушением структурной оболочки с образованием трещины.
Исследования, проведенные на зернах ячменя сортов "Абава" и "Биос-Г различных размерных групп позволили определить средние значения пределов прочности исследуемых культур при сжатии их вдоль центральной оси симметрии, которые составили тв= 19,07 МПа и сгй= 29,40 МПа соответственно.
Дополнительно проведенные исследования, при которых зерновка нагружалась по направлению нормали к центральной оси симметрии показали, что значения предела сгв прочности зерна при данном варианте нагружения незначительно отличаются от полученных ранее, то есть зерна ячменя в дальнейшем можно рассматривать как изотропный материал.
Для изучения зависимости разрушения зерна от скорости соударения разработана лабораторная установка (рис. 3.5), состоящая из диска 1 с закрепленными на нем пластинами 2. Методика проведения исследований для экспериментального определения критической скорости и соударения молотка и зерновки, необходимой для гарантированного разрушения зерна за один удар, приведена в главе 3.
При окружной скорости 100 м/с во всех случаях наблюдалось разрушение более 75 % зерновки. Процесс разрушения носит взрывной характер. В момент удара происходит разрушение зерна и его части разлетаются в разные стороны. В результате удара образуются частицы, размер которых не превышает части целого зерна и по количеству составляют не более 25 % (рис. 4.2Д). Форма поверхности разрушения в большинстве случаев представляет собой наличие различных впадин и выступов по плоскости скола. Величина остальных частиц имеет сильно развитую поверхность и не превышает часть от начального размера целого зерна.
При окружной скорости 75 м/с также во всех случаях происходит разрушение. После удара степень разрушения у 6 % зерен (табл. 4.1) составляет не более 30 % (рис. 4.2,е). Остальные зерна разрушаются на 50 % и более. Плоскости разрушения различны по форме от сильно развитых и деформированных до относительно плоских без видимых впадин и выступов (рис. 4.2,г). Частицы размером, не превышающим I часть целого зерна составляют 84 %.
При окружной скорости 63 м/с наблюдается разрушение у 95 % зерен. При попадании зерновки боком на пластину и в случае центрального удара происходит разрушение 100 % зерен. В случае попадания торцом на пластину, при нецентральном ударе ярко выражены остаточные деформации на поверхности (рис. 4.2,а), величина которых прямо пропорциональна размеру зерна, а, следовательно, и его массе и составляет j ...j часть от исходного размера. Форма деформации представляет углубление, ось которого совпадает с осевой линией зерновки. Количество таких соударений примерно составляет 5 %. Остальные зерна подвергаются разрушению. Раскол зерновки происходит по направлению удара и его плоскость чаще всего отклонена от нормали к поверхности на угол, не превышающий 45 градусов. Наблюдается большое количество половинок.
