Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса измельчения зерновых материалов, цель и задачи исследования 9
1.1 Измельчение фуражного зерна в сельскохозяйственном производстве 9
1.2 Обзор и анализ исследований процесса измельчения зерновых материалов 17
1.3 Эффективность процесса измельчения зерновых материалов 21
1.4 Способы воздействия на материал при измельчении 23
1.5 Краткий обзор существующих видов измельчителей 27
1.6 Усовершенствованная горизонтальная роторная дробилка, цель и задачи исследования 39
2 Теоретические предпосылки повышения эффективности процесса измельчения зерновых материалов 44
2.1 Совершенствование технологического процесса измельчения зерновых материалов в горизонтальной роторной дробилке 44
2.2 Кинетика процесса измельчения зерновых материалов в горизонтальной роторной дробилке 48
2.3 Теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров горизонтальной роторной дробилки 62
2.4 Производительность и энергопотребление в горизонтальной роторной дробилке 65
2.5 Теоретическая модель оценки эффективности процесса измельчения 70
2.6 Выводы 78
3 Программа и методика экспериментальных исследований процесса измельчения зерновых материалов 80
3.1 Цель экспериментальных исследований 80
3.2 Программа экспериментальных исследований 80
3.3 Методика исследования физико-механических свойств зернового материала 82
3.4 Методика экспериментальных исследований параметров роторной дробилки 91
3.5 Методика сравнительного анализа параметров усовершенствованного измельчителя зерна 97
3.6 Методика проведения многофакторного эксперимента 98
3.7 Методика обработки экспериментальных данных 102
4 Экспериментальные исследования усовершенствованной роторной дробилки и их анализ 107
4.1 Исследования физико-механических свойств зерновых материалов 107
4.2 Обоснование конструктивно-режимных параметров дробилки 111
4.3 Результаты многофакторного эксперимента 118
4.4 Оценка эффективности измельчения зерновых материалов в горизонтальной роторной дробилке
4.5 Оценка адекватности теоретических и экспериментальных данных производительности и мощности роторной дробилки 127
4.6 Результаты сравнения экспериментальной роторной дробилки с современными конструкциями измельчителей 131
4.7 Выводы 134
5 Технико-экономическая оценка результатов исследования 137
Заключение 141
Список литературы
- Способы воздействия на материал при измельчении
- Кинетика процесса измельчения зерновых материалов в горизонтальной роторной дробилке
- Методика исследования физико-механических свойств зернового материала
- Результаты многофакторного эксперимента
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Стратегическим направлением
развития агропромышленного комплекса страны является стабильное
производство продукции животноводства, в структуре себестоимости которой на долю кормов приходится более 60% общих затрат. Одной из основных операций подготовки кормов к скармливанию является измельчение зерновых материалов. На его осуществление приходится до 75% энергетических и 45% трудовых затрат. Отсутствие целых и недоизмельченных частиц, низкое содержание пылевидных фракций и выровненный гранулометрический состав измельченного зернового материала не только обеспечивают повышение продуктивности животных, но и являются критериями оценки эффективности работы измельчающих устройств.
В настоящее время в линиях приготовления кормов широко используются молотковые и ударно-центробежные дробилки, которые обеспечивают заданный модуль помола зернофуража в зависимости от возрастной категории животных и птиц. При их работе содержание пылевидной фракции увеличивается до 30% при тонком помоле, а недоизмельченной до 20% при грубом, что снижает качество готового продукта и повышает удельную энергоемкость процесса измельчения.
Таким образом, повышение эффективности процесса измельчения зерновых материалов за счет совершенствования технических средств его реализации и методов оценки качества измельчения готового продукта, представляет практический интерес, а тема научного исследования является актуальной.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ», раздел 1.4.42 «Разработать методики и программы проектирования и оптимизации производственных процессов в АПК с целью повышения ресурсосбережения и эффективности производства сельскохозяйственной продукции».
Степень разработанности темы. Исследованиями характеристик
измельчаемого продукта занимались П.Р. Риттингер, Г. Румпф, П.А. Ребиндер и другие. Вопросам измельчения зерновых материалов и приготовления комбикормов посвятили свои труды В.П. Горячкин, В.А. Елисеев, В.И. Сыроватка, С.В. Мельников, Н.С. Сергеев, И.Н. Краснов, А.М. Семенихин, А.И. Завражнов, В.И. Пахомов, В.Ю. Фролов, А.Т. Лебедев, И.В. Коношин и другие ученые.
Несмотря на применение различных машин и большое количество исследований процесса измельчения они не в полной мере обеспечивают выполнение зоотехнических требований и недостаточно точно отражают выравненность гранулометрического состава измельченных зерновых материалов.
Объект исследования - процесс измельчения зерновых материалов в горизонтальной роторной дробилке.
Предмет исследования - закономерности процесса измельчения зерновых материалов в горизонтальной роторной дробилке.
Цель исследования - повышение эффективности процесса измельчения зерновых материалов в горизонтальной роторной дробилке с обоснованием е конструктивных параметров и режимов работы.
Задачи исследований:
- на основе исследований, выявить основные направления
совершенствования процесса измельчения кормового зерна, обосновать
конструктивно-технологическую схему горизонтальной роторной дробилки;
- теоретически исследовать процесс измельчения зерновых материалов в
горизонтальной роторной дробилке;
- разработать методику оценки эффективности процесса измельчения;
экспериментально исследовать влияние конструктивно-режимных параметров дробилки и физико-механических свойств материала на качественные и энергетические показатели, определить их рациональные значения;
провести производственные испытания горизонтальной роторной дробилки и оценить е технико-экономическую эффективность.
Научную новизну представляют:
- конструктивно-технологическая схема горизонтальной роторной
дробилки, позволяющая получать измельченный продукт, выровненный по
гранулометрическому составу. Новизна технических решений подтверждена
патентами РФ № 2545653, № 2546228, № 2552958 и № 155477.
- аналитические зависимости процесса измельчения, характеризующие
закономерности взаимодействия зерновых материалов с рабочими органами
горизонтальной роторной дробилки;
методика оценки выравненности гранулометрического состава измельченных зерновых материалов и затрат на получение соответствующего зоотехническим требованиям продукта показателем фактической результативности этого процесса;
рациональные конструктивные параметры и режимы работы горизонтальной роторной дробилки.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработаны конструктивно-технологическая схема горизонтальной роторной зернодробилки, аналитические зависимости процесса измельчения в ней, методика оценки качества готового продукта показателем фактической результативности и установлено влияние конструктивно-режимных параметров этой дробилки на выравненность гранулометрического состава измельченного в ней материала.
Разработанная дробилка выдает измельченную зерновую массу, которая до 98% однородна по гранулометрическому составу и практически исключает пылевидные фракции. Фактическая результативность измельчения в ней Фри = 24…49. Новые технические решения позволили в 1,5…3 раза снизить удельные энерго- и металлоемкость по сравнению с малогабаритными зернодробилками, представленными на рынке измельчающей техники.
Методология и методы исследований. Проведенные исследования основаны на анализе отечественной и зарубежной научно-технической литературы. Теоретические и экспериментальные исследования выполнялись с использованием законов математики, физики и теоретической механики в лабораторных и производственных условиях. Использовались общепринятые и частные методики, подходы планирования многофакторных экспериментов,
оборудование в соответствии с действующими ГОСТами и методы математической статистики, программ Microsoft Exсel 2007, ZetLab и JMicrovision.
На защиту выносятся следующие положения:
конструктивная схема горизонтальной роторной дробилки;
методика оценки эффективности процесса измельчения по показателю его фактической результативности;
- рациональные конструктивные параметры и режимы работы
горизонтальной роторной дробилки;
- математические зависимости производительности, энергоемкости и
качественной составляющей процесса разделения зерновых материалов на части;
- технико-экономические показатели использования горизонтальной
роторной дробилки для измельчения зернофуража в производственных условиях.
Степень достоверности и апробация результатов. Результаты работы докладывались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ» (2014 - 2016 гг.), на международных агропромышленных выставках «НТТМ-2015» (Москва, апрель, 2015 г.), «Машук-2015» (Пятигорск, август, 2015 г.), «Агроуниверсал» (Ставрополь, 2013 - 2016 гг.). Соискатель, представив результаты данной работы, стал победителем конкурсов «УМНИК-РФ» (Ставрополь, апрель, 2015 г.), Минсельхоза РФ на лучшую научную работу в номинации «технические науки» (Нальчик, Ставрополь, май, 2015 г.), Минсельхоза СК «Премия-2020» в области науки, инноваций и инициатив (Ставрополь, ноябрь, 2016 г.).
Результаты исследований одобрены и внедрены Минсельхозом
Ставропольского края в рамках государственного контракта № 242/16 «Разработка технической документации на оборудование для измельчения и смешивания зернофуражных ингредиентов в процессе приготовления кормовых смесей крестьянскими (фермерскими) хозяйствами». Предлагаемые технические решения внедрены в линию по приготовлению кормов КФХ «Алена» с. Благодатное, Петровского района, Ставропольского края по патенту № 2545653 и используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ».
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе 5 в рецензируемых изданиях из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ, 4 патента РФ. Общий объем публикаций 5,43 печ. л., из которых 2,36 печ. л. принадлежат лично автору.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и 13 приложений. Она изложена на 155 страницах основного машинописного текста и содержит 46 рисунков, 15 таблиц, библиографический список из 123 наименований.
Способы воздействия на материал при измельчении
Согласно Э. В. Жалнину [28], насчитывается 40 основных технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. Анализ такого их многообразия показывает, что большинство из них включают в себя ряд условно более простых и частично повторяющихся одних и тех же технологических процессов. Исходя из этого А. Т. Лебедев [53, 55], предложил существующие в настоящее время технологические процессы объединить в 5 групп и представить ключевыми процессами. Выделение технологических процессов в соответствующую группу осуществляется по функциональному признаку. Функциональный признак (или назначение) является главным критерием и определяющим параметром, который необходимо достичь или получить в конце этого процесса. С другой стороны, ряд технологических процессов в животноводстве имеет большое сходство между собой, но на практике они реализованы по-разному. Это накладывает субъективные предпосылки в решении вопроса реализации технологической операции [34, 51, 54].
Исходя из рассмотренных классификаций и описанного выше понятно, что процесс измельчения зерновы х материалов, является самым востребованным и незаменимым в животноводстве, наиболее трудоёмким, энергозатратным и относится к ключевому процессу разделения материалов на части [53, 54, 55]. На рисунке 1.1 представлено занимаемое им место в существующем многообразии технологических процессов сельского хозяйства.
Измельчение в схеме технологических процессов сельского хозяйства Так как процесс измельчения представляет собой уменьшение размеров исходного продукта до требуемых размеров путем механического воздействия дроблением, плющением, помолом и другими способами, он сопровождается увеличением количества частиц исходного материала, что необходимо для изменения качества белка, разрушения крахмала до более усваиваемых веществ, повышения общей питательности зерна. В результате измельчения зерновых материалов образуется множество частиц с высокоразвитой поверхностью, что способствует ускорению процессов пище варения и повышает усвояемость питательных веществ, и обусловлено требованиями физиологии кормления животных. В птицеводстве питательные корма составляют 80 - 95% от всех применяемых, а значит требования к корму еще более высокие. При этом концентрированные корма в рационах крупного рогатого скота по питательности составляют 25 - 60%, свиней и птицы - до 80 - 95% [22, 45, 46, 69, 79, 96, 118, 123].
Наукой и практикой кормления животных и птицы установлено, что эффективность комбикормов зависит не только от сбалансированности его по питательному составу, вида и возраста животных, но и от крупности частиц комбикормов. В настоящее время существуют как различные исследования, так и международные нормы, рекомендующие и регулирующие соответственно качество, крупность, питательность и другие свойства приготавливаемых кормов [5, 69, 87, 106, 109, 118, 123].
В начале нового века Канзасским государственным университетом в США было проведено много исследований для изучения вопроса влияния размера кормовых частиц на изменение продуктивности свиней. Было обнаружено, что молодые свиньи, в отличие от свиней на доращивании и откорме, лучше пережевывают корм. Наиболее предпочтительной группой животных для получения корма более тонкого помола являются, таким образом, свиньи на откорме. Эффективность корма улучшается в результате улучшения усвояемости питательных ве -ществ. При этом среднесуточный привес животных от сокращения размера частиц корма не страдает. Как правило, уменьшение размера частиц сокращает потребление корма. Тем не менее, оптимальным представляется размер частиц 500 - 700 микрон. У свиней, получавших зерновую часть корма, измельченную до частиц размером 500 микрон, эффективность корма повысилась на 6% в отличие от свиней, потреблявших зерна с размером частиц 900 микрон. С другой стороны, при сокращении размера частиц измельченного зерна (например, с 700 до 500 микрон) снижается производительность произво дства корма. При принятии решения об оптимальном размере частиц корма нужно найти компромисс между улучшением усвояемости корма и снижением производительности завода. По мнению исследователей Канзасского государственного универси тета, оптимальным размером зерновой частицы корма является размер 700 микрон (0,7 мм), при котором достигается баланс продуктивности свиней и эффективности работы комбикормового завода [69, 118, 123].
Но у тонкого измельчения есть и отрицательные стороны: оно приводит к распылению кормовых компонентов, что снижает эффективность его использования вследствие быстрого прохода через пищеварительный тракт, вызывает заболевания у животных и птицы, и ведет к потерям корма [32, 88, 95, 111].
Крупность частиц кормов различна для всех видов и возрастных категорий животных. Например, в таблице 1.1 представлены требования национальных стандартов Российской Федерации, который распространяется на комбикормовую крупку, получаемую путем измельчения гранул комбикорма до частиц заданного размера и предназначенную для скармливания сельскохозяйственным животным. [17, 18, 19, 20].
Кинетика процесса измельчения зерновых материалов в горизонтальной роторной дробилке
Мельницы осуществляют помол и предназначены для измельчения, уменьшения размеров частиц сыпучих, а также пастообразных материалов. Отдельным применением мельниц является деагло мерация - уменьшение размеров комков (агрегатов) материалов. Уменьшение размеров частиц производят ударом, раздавливанием, резанием, истиранием, либо смешанным принципом, включающим несколько типов воздействий на продукт, поэтому существует много типов конструкций мельниц: со свободными и закрепленными мелющими телами, например, жерновами, шнеками, шарами и др. [23, 46, 60].
Для контроля параметров процесса (влажность, крупность, измельчаемость, другие свойства исходных материалов), а также производительности процесса измельчения все машины оснащают системами авторегулирования, как на входе, так и на выходе из дробильной камеры. Наиболее распространённым видом контроля является решетный механизм, служащий для регулировки крупности поступающего в измельчитель и получаемого на выходе материала.
Для измельчения растительных материалов в сельском хозяйстве существуют измельчители различных типоразмеров и конструкций, что обусловлено многообразием способов доведения исходного продукта до требуемой крупности или консистенции [79, 82, 83, 89, 105, 121].
Зоотехнические требования обусловливают операции по приготовлению концентрированных кормов: очистка от различных примесей (земля, камни, металл, песок и др.); измельчение до заданной крупности различными способами на дробилках, мельницах или плющилках (для КРС не выше 3 мм, для свиней до 1 мм, для птицы до 2 - 3 мм при сухом методе кормления); дозирование и смешивание компонентов; гранулирование зерновых смесей или травяной муки [17, 18, 19, 37, 46, 60, 117].
Мельницы редко эксплуатируют для измельчения зерновых материалов в корм, так как, получаемый в них, мучнистый продукт не удовлетворяет зоотехническим требованиям и используется лишь во влажной среде или для последующего гранулирования. Принцип плющения зерна применяется редко ввиду ограниченности использования получаемого корма. Плющеное зерно является наиболее оптимальным кормом для жвачных животных (для лошадей, волов (на откорме) и редко для коров), так как для наиболее полного усвоения им необходимы крупные частицы корма. Однако опыт зарубежных и отечественных животноводов позволяет сделать вывод о том, что даже в рационе КРС плющеное зерно должно сочетаться с концентратами. При этом существует проблема смешивания плющеных частиц и остальных компонентов комбикормов с равномерностью выше 90% [84, 85].
Поэтому на кормоприготовительных предприятиях и животноводческих фермах для измельчения концентрированных кормов в основном используются молотковые дробилки. Они хорошо изучены, к их достоинствам можно также отнести простоту в эксплуатации и обслуживании. Одновременно с этим они имеют существенный недостаток - вероятностный характер разрушения, устранить который без изменения конструктивной схемы практически невозможно. При работе во влажной и жирной среде происходит забивание отверстий решета, регулирующего размер измельченных частиц. Кроме того, для движения кольцевого слоя в рабочей камере затрачивается дополнительная энергия, что приводит к увеличению энергоемкости процесса дробления, а готовый продукт в составе имеет до 30% пылевидной фракции. Вопросам разработки теорий молотковых дробил ок посвятили свои труды В.А. Елисеев, В.И. Сыроватка, С.В. Мельников, И.В. Ко-ношин и другие [39, 60, 97].
В последнее время молотковые дробилки постепенно заменяются другими типами измельчителей. К одним из наиболее эффективных можно отнести конструкции дезинтеграционных, ударно-центробежных, центробежно-роторных, дисковых типов. Они имеют большую производительность при меньших энерго- и металлоемкости и хотя эффективность таких измельчителей доказана и подтверждена при измельчении фуражного зерна, в том числе с применением среза и скалывания, - они имеют один существенный недостаток - неравномерность гранулометрического состава готового продукта. При этом эффективность этих конструкций зависит от исполнения рабочих поверхностей, воздействующих на продукт и чувствительна к их износу. Они имеют вертикальный или горизонтальный приводной вал и в зависимости от многоступенчатости конструкции осуществляют разрушение материала одним или несколькими сколами его частиц. Разрабатывали такие дробилки и теоретически описывали процесс измельчения в них Н.С. Сергеев, В.В. Фомин, И.Б. Шагдыров, В.В. Иванов и другие ученые, [29, 31, 58, 70, 86, 88, 101].
На рисунке 1.8 представлена принципиальная схема рабочих органов цен-тробежно-роторного измельчителя зерновых материалов, работающего по принципу «скалывание-срез» [88].
К конструктивным параметрам режущей пары рабочих органов центробеж-но-роторного измельчителя относятся углы заточки (остроты) режущих элементов , угол их установки, острота ребра режущего элемента, угол резания р, зазор между режущим и противорежущим элементами . Допустимую величину углов определяют опытным путем при различных условиях (тип режущего инструмента, его острота, физико-механические свойства измельчаемого материала и т.п.) [83, 88]. Также для достижения наилучшего качества дробления скалыванием и срезом используют вальцовые дробилки, которые отличаются рифленой поверхностью вальцов, нарезаемых в нескольких конфигурациях. В результате обеспечивают резание, скалывание, или растирание, которые в силу конструктивного исполнения дробилки всегда сопровождаются сжимающим воздействием. Такая рабочая схема обеспечивает однородный помол с низким содержанием крупных частиц и мелких пылевидных фракций до 10%, что улучшает сыпучесть и смешиваемость продукта. Особенно это важно при производстве рассыпных комбикормов, так как при их обработке или отгрузке происходит самосортирование частиц смеси. Также к преимуществам вальцовой дробилки можно отнести то, что при ее работе производится меньше шума из-за низкой окружной скорости вращения вальцов при производительности большей, чем в других дробилках на 15 - 40%. Однако у вальцовой дробилки есть и недостатки - высокие требования к изготовлению рабочих органов и балансировке конструкции, высокая цена, длительное время замены вальцов, залипаемость рифлей при дроблении влажных (от 18%) и маслянистых кормов, нагрев продукта размола, высокая металлоемкость и необходимость постоянного наличия запасных вальцов на складе. Теоретическими вопросами вальцовых дробилок занимались П.А. Афанасьев, К.А. Зворыкин, П.А. Козьмин и другие [40, 60, 84, 85].
Методика исследования физико-механических свойств зернового материала
При этом максимальное и минимальное количество модельных зерновок, одновременно находящихся в одном пазу длиной l, определится отношениями: iVM3. max — Wa (2-3) NM3 min = l/c, (2.4) где Nм.з. max, Nм.з, min - максимальное и минимальное количество модельных зерновок в одном пазу, шт. Площадь срезаемого в пазу зернового материала будет равна: Лср тах = I с; (2.5) Лср тіп = I а, (2.6) где Aср max, Aср. min - максимальная и минимальная площадь поверхности сре 2 заемого в одном пазу зерна, м .
Как известно срез сопровождается нарастанием касательных напряжений в материале, в результате которых и происходит сдвиг одной части материала относительно другой. Вращаясь в пазу ротора, модельная зерновка проходит через противорез статора, где посредством сдвига делится на две части, одна из которых 1 выводится из дробильной камеры сразу, а вторая 2 может быть срезана повторно либо выведена на следующем обороте ротора (рисунок 2.7).
При этом важным условием среза (сдвига) является отсутствие или наличие минимально возможного зазора между режущими кромками рифлей статора и ротора, который необходим для надежной работы дробилки [39, 42, 55, 83].
Окончательная геометрия пространства приемной камеры, противорезов и пазов горизонтальной роторной дробилки будет зависеть не только от физико-механических свойств зернового материала, но и от требующейся крупности помола. Чтобы понять, как меняется положение зерновок исходного продукта в полости горизонтального роторного измельчителя, необходимо выяснить какие силы действуют на них во время транспортирования, разделения на части и вывода из дробильной камеры [10, 22, 39, 67, 81, 97, 104, 108, 114].
Исходя из этого, представим основные этапы взаимодействия зерновки с рабочими органами в полости горизонтальной роторной дробилки до момента ее захвата (заклинивания) для среза. Для этого по аналогии с исследованиями профессора В.И. Сыроватки [95, 97] принимаем следующие допущения: частицы считаются правильной овальной формы, рассматривается плоское движение зерновки в поперечном сечении дробилки без учета движения вдоль ее оси.
Когда зерновка находится в общей массе сыпучего продукта, которая заполняет загрузочный бункер и приемную камеру дробилки, на нее действуют сила тяжести Fт и сила давления столба (слоя зерна) Fд.с (рисунок 2.8 а). Для определения величины оказываемого давления помимо насыпной плотности исходного продукта, объема и поперечного сечения камеры необходимо знать угол давления. По исследованиям В.А. Богомягких [8] при хаотической укладке зернистых материалов наиболее вероятным является угол давления равный 2940.
После соприкосновения с ротором или попадания в его паз (рисунок 2.8 б), на зерновку начинает действовать центробежная сила Fц, а по касательной к ротору возникает сила трения Fтр.д.с о слой зернового материала.
Вращаясь вместе с ротором (рисунок 2.8 в), частица зернового материала под действием центробежной силы Fц отбрасывается в слой зернового продукта приемной камеры, который находится и под постоянным воздействием воздушного потока, создаваемого вращающимся ротором. Скорость вылета зерновки под действием центробежной силы и влияние на ее положение воздушного потока будут расти пропорционально увеличению частоты вращения ротора.
Контакт зерновки со стенкой паза (рисунок 2.8 г) происходит из-за разницы между скоростью движения частицы и линейной скоростью на поверхности ротора. Постоянное действие центробежной силы Fц не дает зерновке устойчиво держаться в пазу, поэтому она может вылетать из него, заменяться другой частицей, остаться в пазу, упираясь в слой зернового материала и т. д. Реализация варианта, когда зерновка удерживается в пазу, связана с выполнением условий динамического равновесия, действующей на нее системы сил.
В момент, когда зерновка заклинивается между противорезом и стенкой паза (рисунок 2.8 д), она остается мгновенно неподвижной. После чего начинается работа равнодействующей (результирующей), направленной на преодоление внутренних сил материала, которые зависят от физико-механических свойств частицы, целостности ее структуры и характера приложения разрушающих усилий. Таким образом, на зерновку начинает действовать сила среза Fср.
Рассматривая этапы изменения положения зерновки до ее заклинивания подробнее можно представить условную схему изменения положения зерновок в рабочей полости дробилки. В приемной камере происходит сложное хаотичное движение и циркуляция как целых неразрушенных зерновок (преимущественно в верхней части), так и частично разрушенных, а также мелких частиц зерна (преимущественно в нижней части перед зоной заклинивания и среза).
Результаты многофакторного эксперимента
Для проведения экспериментальных испытаний на базе учебных мастерских факультета механизации сельского хозяйства ФБГОУ ВО Ставропольского государственного аграрного университета был создан опытный (экспериментальный) образец малогабаритной горизонтальной роторной дробилки. Учитывая данные теоретического анализа (глава 2), для устранения излишнего перетирания материала в рабочей полости и для наискорейшего протекания процесса в конструкции дробилки, предусмотрена ограниченная рабочая зона по углу в.р, прямая подача продукта в зону разделения на части и вывод сразу после скалывания.
Конструкция экспериментальной машины позволяет: применять индивидуальные рабочие поверхности для каждой измельчаемой культуры; варьировать рабочий зазор и длину ротора; наблюдать за дроблением и движением зернового материала в рабочей камере через выполненную из оргстекла прозрачную стенку корпуса; регулировать частоту вращения ротора во время исследований по дроблению зернофуража.
Выяснение рациональных параметров и режимов работы осуществлялось путем варьирования рабочих зазоров и положения рабочих органов. Габариты дробилки приняты исходя из условий раздела 1.6 для малогабаритного измельчителя, удобства проведения опытов и возможности сочленения с используемым при этом оборудованием.
Данная горизонтальная роторная дробилка лабораторной установки выполнена с бункером для исходного продукта объемом 1,5 л (вмещает 1 кг зернового материала) и загрузочное окно в корпусе статора размерами 5535 мм. Корпус статора с наружным диаметром 173 мм и внутренним 142 мм шириной 63 мм. Роторы длиной (l) 30, 60 и 90 мм, имеют диаметр в сборе D = 100 мм, внутренний диаметр их съемной поверхности равен 70 мм. Дека статора с противорез(ом/ами) имеет ширину остаточного радиального расстоя 92 ния между рифлями ротора и корпусом статора 19 мм и устанавливается прокладками для регулировки рабочего зазора 6. Выгрузное окно фрезеровано в корпусе статора и имеет размеры 55x35 мм. Ограничительная «губа» имеет наружный диаметр, равный внутреннему диаметру статора (142 мм) и внутренний диаметр, равный диаметру ротора в сборе (100 мм). Боковые стенки корпуса, в том числе одна из оргстекла, диаметром 173 мм, изготовлены со сточенной по краям на 31 мм в радиальном направлении внутренней поверхностью (высота поверхности 1,5 мм) для плотной посадки на корпус статора, и шириной 5 мм (15 мм для оргстекла) имеют соосные гильзы диаметром 52 мм для усадки вала диаметром 25 мм с однорядными радиально-упорными шарикоподшипниками 46205 (ГОСТ 831-54).
Исходя из установленного диаметра пазы (рифли) ротора выполнялись в следующей геометрии под пшеницу 8x1,2 мм, ячмень 10x1,5 мм, овес 13х1;4 мм и кукурузу 15,5x2,4 мм, универсальный 11,5x1,6 мм (шаг t и высота h соответственно). Количество пазов на съемной поверхности ротора составило в варианте для пшеницы 38 шт., для ячменя 32 шт., для овса 34 шт., для кукурузы 20 шт., для универсальной поверхности 28 шт. Выполнены угол острия /І = 60 и угол наклона стенки паза /ii = 15.
Принцип работы усовершенствованного измельчителя можно описать как загрузку материала (зерновые культуры) в бункер 7, транспортирование этого продукта в зону разрушения дробильной камеры 14 и вывода измельченного исходного продукта из полости между статором и ротором через разгрузочное окно 11.
При этом в экспериментальной горизонтальной роторной дробилке лабораторной установки предусмотрены: - возможность регулировки скорости подачи исходного продукта при помощи вращающейся заслонки 2 и перемещения бункера 1 в трех положениях 3 на корпусе статора 4; - различное комплектование элементов среза (1, 2 и 3 зуба) 5, устанавливаемых с прокладкой 9, толщина которой позволяет рег улировать зазор между статором и ротором и имеет три варианта крепления 10 на статоре 4; - перенастройка ротора 6 путем замены его поверхности 7 с рифлями; - возможность смены места установки разгрузочного окна 11, имеющего два дополнительных варианта расположения 12 на корпусе 4; - возможность ограничения пространства в полости статора губой 13 для блокировки не используемых в процессе измельчения зон дробильной камеры 14; - съемные элементы, которые в сборе с заглушенными (неиспользуемыми в конкретном варианте) отверстиями крепятся на раме 15.
Предусмотрена возможность варьирования рабочих характеристик: - скоростью подачи материала от 0 до 100 %; - зазором между ротором (пазами) и статором (зубцом) от 0 до 3 мм; - скоростью вращения ротора при 100…2000 мин-1. Для определения скорости подачи бункер снимали с корпуса измельчителя и проверяли чистую скорость истечения 1 кг зерновок в различных положениях заслонки. Скорость варьировали заслонкой в 5 положениях, где 5 -максимальное открытие, а 1 - закрытое (рисунок 3.15 а).