Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса измельчения стебельных кормов и задачи научных исследований 14
1.1 Физико-механические свойства стебельных кормов и зоотехнические требования к качеству их измельчения 14
1.1.1 Физико-механические свойства стебельных кормов 14
1.1.2 Зоотехнические требования к качеству измельчения стебельных кормов 20
1.2 Структурно-технологические схемы и конструкции измельчителей стебельных кормов 23
1.2.1 Структурно-технологические схемы измельчителей стебельных кормов 23
1.2.2 Подающие органы измельчителей стебельных кормов 27
1.2.3 Анализ измельчающих аппаратов 34
1.2.4 Обзор сепараторов измельчителей стебельных кормов 43
1.2.5 Устройства отвода измельченного материала 44
1.2.6 Обзор конструкций бункерных измельчителей стебельных кормов 46
1.3 Анализ научных исследований процесса измельчения стебельных кормов 54
1.4 Задачи научных исследований 63
2 Теоретические исследования процессов подачи и измельчения стебельных кормов в молотковых дробилках 65
2.1 Влияние направления подачи стебельных материалов к молотковому ротору на энергоемкость процесса измельчения 65
2.2 Обоснование величины угла установки рабочей грани молотка по отношению к радиус-вектору ротора 75
3 Программа и методика экспериментальных исследований 92
3.1 Программа экспериментальных исследований 92
3.2 Методика экспериментальных исследований 93
3.2.1 Приборы и аппаратура 93
3.2.2 Экспериментальные установки 97
3.2.3 Оценка эффективности процесса измельчения стебельных кормов 101
3.2.4 Оценка фракционного состава измельченных частиц 107
3.2.5 Методика исследования аэродинамических характеристик молотковой дробилки 108
3.2.6 Краткая методика планирования и проведения экспериментов и статистической обработки полученных данных 109
4 Результаты экспериментальных исследований 113
4.1 Исследование влияния угла установки рабочей грани молотка на энергоемкость измельчения стебельных кормов 113
4.2 Изучение кинетики измельчения стебельных кормов 119
4.3 Влияние конструктивных параметров молоткового ротора и его
корпуса на аэродинамические показатели дробилки 122
4.3.1 Влияние междискового пространства ротора на аэродинамические показатели дробилки 122
4.3.2 Влияние соотношения элементов корпуса ротора на аэродинамических показатели 126
4.3.3 Изучение влияния угла разворота спирали корпуса на аэродинамические характеристики дробилки 138
4.3.4 Влияние количества молотков и их расположения на аэродинамические показатели дробилки 143
5 Проверка результатов исследований в производственных условиях 146
5.1 Использование результатов исследований в опытном образце мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов 146
5.2 Совершенствование конструкции опытного образца мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов 150
5.3 Расширение функциональных возможностей косилки-измельчителя КИР-1,5 154
5.4 Энергетическая эффективность исследований 162
Общие выводы 168
Список использованной литературы 169
Приложения 181
- Зоотехнические требования к качеству измельчения стебельных кормов
- Влияние направления подачи стебельных материалов к молотковому ротору на энергоемкость процесса измельчения
- Оценка эффективности процесса измельчения стебельных кормов
- Исследование влияния угла установки рабочей грани молотка на энергоемкость измельчения стебельных кормов
Введение к работе
Важнейшими условиями для успешного развития животноводства являются наличие кормовой базы и рациональное её использование, в связи с чем большое значение отводится кормопроизводству.
Основу кормовой базы животноводства составляют грубые стебельные корма, такие как сено и солома [10,55,73,78,85]. Они являются необходимым компонентом рационов для крупного рогатого скота, овец, лошадей, а в небольших количествах задаются также свиньям и птице [11,54,72,76,95]. Для жвачных животных стебельные корма служат наполнителем рациона, создают определенный объем и структуру кормовым смесям, оказывают положительное влияние на работу пищеварительного тракта и интенсивность бактериального синтеза [78,103].
В стебельных кормах содержится значительное количество энергии [40,60,75,163], но из-за наличия труднопереваримой клетчатки (до 40%) являются весьма жесткими и без предварительной подготовки плохо поедаются животными, и как следствие - используется лишь 30...35% содержащейся в них энергии [58,76,87,116]. В связи с этим, рациональным использованием стебельных кормов необходимо считать скармливание их только в подготовленном виде и при высоком качестве.
Одним из наиболее важных процессов подготовки стебельных кормов является их измельчение, представляющее собой сложный технологический процесс, требующий значительных затрат материально-технических средств и труда - на приготовление грубых стебельных кормов приходится 15...25% всех затрат труда и средств, расходуемых на получение животноводческой продукции [10,11,51,70,83,86].
Для измельчения стебельных кормов в основном используют измельчители с молотковыми рабочими органами [1,5,31,39,54,86,93,105,110, 140,155]. Последние обладают рядом преимуществ: универсальны по отношению к переработке кормов с различными влажностью и физико-
механическими свойствами, просты по устройству, надежны в работе. В то же время, для них характерны высокая энергоемкость процесса и значительная неравномерность гранулометрического состава продукта измельчения.
Поэтому, повышение эффективности работы молоткового ротора в измельчителях стебельных кормов является актуальной задачей, особенно в сегодняшних условиях.
Цель исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы молоткового ротора измельчителя стебельных кормов за счет совершенствования его рабочих органов, обоснования их параметров и режимов работы, оптимизации процессов подачи материала и отвода измельченного продукта.
Работа выполнена на кафедре технологического и энергетического
оборудования Вятской государственной сельскохозяйственной академии в
соответствии с целевой научно-технической программой
«Совершенствование технологических процессов и машин на фермах и комплексах крупного рогатого скота» (номер государственной регистрации темы во ВНИИ Центре - 01.200.206474).
Объекты исследования. В качестве объектов исследования выбраны процессы подачи, измельчения стебельных кормов и отвода готового продукта, молотковые рабочие органы дробилки.
Методика исследования. Общая методика предусматривала разработку теоретических предпосылок снижения затрат энергии на измельчение стебельных кормов, проведение поисковых экспериментов, экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях, энергетическую оценку результатов исследований. При проведении экспериментальных исследований использованы стандартные и частная методики с применением физического и математического моделирования.
Научная новизна:
определены пути повышения эффективности измельчения стебельных кормов молотковыми рабочими органами, предложены новые технические решения для их осуществления - молотки с отклоненной рабочей гранью и спиральный корпус дробилки с жалюзийной декой;
выявлены характер взаимодействия молотка с измельчаемым материалом в зависимости от величины угла отклонения его рабочей грани, влияние конструктивных факторов молоткового ротора на аэродинамические характеристики дробилки;
получены математические зависимости, позволяющие обосновать рациональные значения основных конструктивных параметров молоткового ротора и корпуса дробилки.
Достоверность основных положений и выводов подтверждена данными экспериментальных исследований, положительными результатами производственных испытаний модернизированного измельчителя рулонов ИРГК «Вятка» и опытного образца мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Содержащиеся в диссертации научные положения и выводы позволяют на стадии разработки обосновать основные конструктивные параметры и режимы работы молотковых дробилок стебельных кормов с подающими устройствами бункерного типа, а также устройств отвода готового продукта из дробильной камеры, которые могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями и научно-исследовательскими учреждениями.
Результаты исследований одобрены техническим советом Комитета сельского хозяйства и продовольствия администрации Кировской области и использованы при модернизации измельчителя рулонированных стебельных кормов ИРГК «Вятка» в СХПК «Красная талица», Кировская область, при
изготовлении опытного образца мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов в ЗАО Агрокомбинат племзавод «Красногорский», Кировская область, а также переданы в ОАО «Куменское РТП», Кировская область.
Совместно с автором при выполнении отдельных разделов работы участвовали сотрудники кафедры технологического и энергетического оборудования Вятской государственной сельскохозяйственной академии профессор Н.Ф. Баранов, доцент В.Н. Шулятьев, аспирант О.П. Матушкин. Всем им приношу искреннюю благодарность.
Особо автор выражает большую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору В.Г. Мохнаткину.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и
обсуждены на научно-практических конференциях Вятской государственной
сельскохозяйственной академии (1998...2002 гг.), 1-й городской
конференции аспирантов и соискателей (Киров, 2001 г.). По основным
положениям диссертации опубликовано 7 работ, в том числе решение ФИПС
о выдаче патента на изобретение по заявке №2001106584/13 (006757), РФ
МПК7 А 01 F 29/00, А 01 К 5/00, 5/02. Измельчитель-раздатчик кормов //
Мохнаткин В.Г., Шулятьев В.Н., Баранов Н.Ф., Рылов А.А.,
Матушкин О.П. (РФ).
На защиту выносятся следующие положения:
теоретические предпосылки снижения энергозатрат в молотковых измельчителях стебельных кормов за счет совершенствования рабочих органов ротора и конструкции дробильной камеры;
конструктивно-технологическая схема молотковой дробилки измельчителя стебельных кормов с отклоненными молотками, со спиральным корпусом дробилки с жалюзийной декой;
математические модели рабочего процесса молоткового измельчителя стебельных кормов, позволяющие определить оптимальные значения угла установки рабочей грани молотка;
результаты экспериментальных исследований аэродинамических показателей молотковой дробилки со спиральным корпусом и жалюзийной декой;
конструктивно-технологическая схема мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов;
практическое применение результатов исследований и их энергетическая оценка.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 201 страницу, 57 рисунков, 14 таблиц и 5 приложений. Список литературы включает 182 наименования.
Зоотехнические требования к качеству измельчения стебельных кормов
Изучению физико-механических свойств стебельных материалов посвящены работы Т.А. Абилжанова, В.П. Горячкина, М.Г. Ефимовой, А.И. Завражнова, A.M. Карпова, СВ. Мельникова, В.Ф. Некрашевича, Н.Е. Резника, В.Д. Рогового и ряда других ученых.
К грубым кормам относятся сено, солома, мякина, тростник, стебли и листья кукурузы, шелуха семян ряда культур, полова зерновых [10,40,41,58,75,87,121]. Под стебельными же кормами понимаются только те из них, которые состоят из волокнистых частей трав, зерновых культур и кукурузы, то есть сено, солома, тростник, стебли и листья кукурузы.
К числу наиболее важных физико-механических свойств стебельных кормов относятся их структура, влажность, объемная и структурная плотности, коэффициенты трения при различных условиях, удельное сопротивление разрушающим усилиям, скорость витания частиц в воздушном потоке. Знание перечисленных физико-механических свойств позволяет правильно определить вид рабочих органов кормоперерабатывающих машин, обосновать их конструктивные параметры и режимы работы.
Стебельные корма относятся к упруговязкопластическим материалам с выраженной анизотропией и значительными изменениями прочностных свойств в зависимости от физического состояния [95,135,140,155]. Это объясняется тем, что они состоят из двух структурных элементов - скелета (волокна), обладающего упругими свойствами, и вязкого заполнителя (жидкого или газообразного). Как правило, прочностные свойства скелета постоянны, а количество заполнителя пропорционально влажности материала.
При измельчении стебельных кормов под действием внешних сил со стороны рабочих органов элементы скелета деформируются, а заполнитель оказывает вязкое сопротивление перемещению частиц скелета, увеличивая тем самым прочность и жесткость тела [12,135]. Предел прочности скелета не зависит от времени действия нагрузки, а вязкое сопротивление заполнителя во времени меняется в широких пределах. Из этого следует, что при медленном воздействии рабочих органов заполнитель практически не оказывает сопротивления разрушению и прочность материала определяется в основном прочностью скелета. При мгновенном же действии силы, наоборот, преимущественное сопротивление оказывает заполнитель. Следовательно, сопротивление стебельных материалов разрушению определяется совместной прочностью скелета и заполнителя, а также их количественным соотношением.
На соотношение скелета и заполнителя в стебельных кормах влияет влажность материала и, что немаловажно, вегетационная фаза растений, так как при несоблюдении сроков уборки может наблюдаться усыхание и одревеснение стеблей. В зависимости от соотношения противодействий со стороны скелета и заполнителя каждый из кормов обладает минимальным сопротивлением определенному виду деформации. Стебельные корма имеют волокнистую структуру и по своим физико-механическим свойствам ближе всего подходят к древесине. На основании вышесказанного и ряда исследований [47,50,96,117,135], с целью снижения энергозатрат, такие корма целесообразно измельчать лезвийными рабочими органами путем их резания. Тем не менее, при выборе способа измельчения учитываются не только свойства измельчаемого материала (прочность скелета, наличие и количество заполнителя), но и технико-эксплуатационные и качественные показатели, сопутствующие процессу измельчения - надежность и эффективность измельчающих рабочих органов, простота конструкции измельчителя, качество готового продукта. Поэтому, по мнению ученых [2,5,34,41,95,103,105,107,110,132,134,140,148,155,165], наиболее выгодно в плане снижения удельной энергоемкости измельчения стебельных кормов и повышения качества готового продукта использовать молотковые рабочие органы ударного действия.
Затраты энергии на измельчение зависят от многих конструкционных и технологических факторов измельчающего устройства: типа рабочих органов, их линейной скорости и массы, наличия решет или противорежущих элементов, конструкций подающего и сепарирующего устройств, скорости подачи материала и т.д. [31,45,96,106,114]. В то же время, на расход энергии, в значительной степени влияют и физико-механические свойства самого измельчаемого материала, обуславливающие сопротивление разрушению стеблей.
При измельчении стебельных кормов молотковыми рабочими органами основным видом разрушающих деформаций материала принято считать изгиб, для которого наиболее полной механической характеристикой является предел прочности [54,95]. В соответствии с [135] предел прочности для стеблей пшеницы составляет 9... 11 МПа , ржи - 10,5... 13 МПа, кукурузы - 14... 18 МПа и сена луговых трав - 19,6...26 МПа.
При статическом разрыве на механические показатели стеблей существенное влияние оказывает влажность материала [12]. В качестве примера укажем, что при незначительном изменении относительной влажности стеблей зерновых культур с 12 до 14% разрывное усилие, приводящее к разрушению их стебля, возрастает с 60 до 90 Н [93], т.е. в полтора раза. Поэтому общепризнано, что влажность стебельных кормов является весьма существенным показателем, определяющим энергоемкость их измельчения. Влажность стебельных материалов зависит от целого ряда факторов, в том числе, в силу их гигроскопичности, и от влажности воздуха [93,140]. Наиболее оптимальным значением относительной влажности стебельных кормов принято считать 14... 18% - в этом случае удельные энергозатраты на измельчение, качество получаемого продукта и уровень пылеобразования наиболее оптимальны [76,87,104]. В реальных же условиях влажность кормов часто достигает 25...30% и более [73].
Плотность стебельных кормов показывает, какое количество их массы помещается в единице объема. Объемная плотность стебельных кормов зависит от их влажности, ботанического состава травосмеси, кормовой культуры и крупности частиц. Для травяных культур объемная плотность обычно колеблется в пределах З0...48кг/м для свежеуложенного не измельченного корма с влажностью 14% и в 1,5...2,0 раза больше для лежавшего в стогу [54,75]. Средняя объемная плотность измельченной соломы при влажности 16% равна 92 кг/м , в то время как структурная плотность материала стебля соломы пшеницы составляет 631 кг/м [71]. При технологиях заготовки кормов в виде тюков или рулонов их допустимая плотность прессования также зависит от влажности и находится в диапазоне 125...200 кг/м3 [72,79,119,127].
Значения коэффициентов трения стебельных материалов по различным поверхностям необходимы для обоснованного выбора технологических параметров оборудования (углов наклона стенок приемных бункеров-накопителей, лотков), расчета мощности на привод рабочих органов и транспортеров. Коэффициенты трения частиц корма одна о другую (внутреннее трение) и о различные поверхности машин и оборудования (внешнее трение) в момент начала движения корма (статический fc) и при установившемся движении (динамический f$) определяются по формулам [54]:
Влияние направления подачи стебельных материалов к молотковому ротору на энергоемкость процесса измельчения
К недостаткам ножевых измельчителей относится и низкая расщепленность частиц готового продукта. Наличие острых кромок среза, особенно у сенной резки, вызывает травматизм ротовой полости и желудочно-кишечного тракта животных. Кормление животных такими кормами приводит к снижению их поедаемости, сокращению продуктивности животных и их заболеваниям. В качестве положительного свойства аппаратов ножевого типа можно назвать относительно малую чувствительность к неравномерной подаче исходного материала в камеру измельчения [91].
Машины со штифтовыми рабочими органами позволяют получать корма высокого качества с высокой расщепленностью частиц, но они не способны измельчать высоковлажные корма, поэтому в настоящее время не находят широкого применения.
Сегментные рабочие органы имеют относительно невысокую прочность и небольшой ресурс наработки, отсюда - требуют частой замены, в противном случае работа измельчителя с затупившимися рабочими органами сопровождается повышенными энергозатратами. Машины с сегментными рабочими органами практически не способны перерабатывать прессованные корма в виде тюков или рулонов. Высокие энергозатраты при измельчении прессованных кормов объясняется тем, что режущие сегментные элементы, работающие по принципу безопорного резания, из-за их недостаточной окружной скорости не способны обеспечить отрыв измельченных частиц корма от монолита, так как даже при предельно допустимых частотах вращения сегментных барабанов (из условия ударной прочности сегментных рабочих органов) окружная скорость по концам сегментов в 3,5...4 раза ниже, чем оптимальная окружная скорость по концам молотков у молотковых измельчителей, также работающих по принципу безопорного резания.
Применение измельчающих аппаратов с жесткозакрепленными сегментами или ножами из-за наличия в кормах различных посторонних предметов приводит к их частым поломкам. В связи с этим, надежность работы измельчителей в некоторых случаях повышена за счет шарнирного крепления рабочих органов, позволяющего отклоняться им от исходного радиального положения и, тем самым, избегать поломки. Шарнирное крепление рабочих органов дополнительно создает условия для повышения общей устойчивости движения ротора, так как при этом тормозящее действие внешних рабочих сопротивлений частично передается на вал ротора и частично компенсируется уменьшением его момента инерции, обусловленным отклонением молотков от радиального положения [5,140].
В настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом [178,180] при разработке измельчителей стебельных кормов прослеживается устойчивая тенденция использования эффекта ударного разрушения материалов, основанная на создании измельчителей с молотковыми рабочими органами.
Измельчители с шарнирно закрепленными молотками, так называемые дробилки, позволяют получать готовый продукт с высокой расщепленностью частиц, просты в устройстве, надежны, долговечны в эксплуатации, универсальны по отношению к переработке кормов с различными физико-механическими свойствами [31].
Наряду с неоспоримыми преимуществами молотковым дробилкам свойственны и недостатки, главный из которых - высокая энергоёмкость измельчения, хотя, как показали исследования [5,110,155], если отнести затраты энергии на единицу вновь образованной поверхности, то молотковые измельчители имеют удельные энергозатраты меньше других типов рабочих органов (ножевых, штифтовых и др.). В качестве недостатков молотковых дробилок измельчителей стебельных кормов отметим: неравномерность гранулометрического состава получаемого продукта; повышенное содержание переизмельченных частиц, приводящее к возникновению циркулирующей нагрузки и увеличению энергозатрат; значительный износ рабочих органов вследствие высоких окружных скоростей молотков. Главным элементом молотковой дробилки является ротор с установленными на нем шарнирными или жестко закрепленными молотками. Дробилкам с шарнирным креплением молотков отдают предпочтение ввиду малочувствительное к наличию в кормах инородных тел (куски льда, снега, обвязочный материал), возможности предотвращения аварии, и легкости замены молотков. Молотковый ротор с дробильной камерой составляют молотковую дробилку и являются основой измельчителя, определяющей его пропускную способность, энергетические показатели процесса измельчения и качество продукта измельчения, поэтому совершенство измельчителя во многом определяется совершенством дробилки. Не следует забывать, что именно на привод дробилки приходится 80...95 % потребляемой измельчителем мощности.
Постоянное развитие и совершенствование молотковых дробилок указывает на их положительные качества. Но проявление положительных свойств дробилок определяется совместным использованием вспомогательных механизмов и их сочетанием.
В работах ряда авторов разработаны классификации дробилок, используемых для измельчения стебельных кормов. Наиболее широкое распространение получила классификация, в которой молотковые дробилки делятся по способу организации рабочего процесса в дробильной камере, когда различают дробилки открытого и закрытого типов [54,95].
Оценка эффективности процесса измельчения стебельных кормов
Для оценки общего характера влияния угла установки рабочей грани рассмотрим обобщенную зависимость Е = Е\ + -Ё2 , представляющую собой сумму эффектов на уровнях разрушения материала (рис. 2.9) и действия внешних сил (рис. 2.10). Анализируя графическую зависимость Е — f( Pj) можно утверждать, что для эффективной работы молотка при измельчении стебельных материалов целесообразно устанавливать его рабочую грань под углом к радиус-вектору ротора, при этом молоток должен быть смещен вперед по направлению вращения последнего. Несмотря на очевидное снижение энергоемкости измельчения при увеличении угла установки рабочей грани молотка, необходимо принять во внимание то, что при его значениях свыше 50...60 возможен отрицательный эффект, объясняющийся нарушением условий сброса измельченного материала с молотка. Таким образом по данному разделу, можно сделать следующие выводы: 1. Для высокоэффективной работы молотка при измельчении стебельных материалов целесообразно устанавливать его рабочую грань под некоторым углом по отношению к радиус-вектору ротора, при этом молоток должен быть смещен вперед по направлению вращения последнего, что может быть осуществлено асимметричным расположением установочного отверстия или смещением центра тяжести молотка от его продольной оси симметрии, изготовлением рабочих органов с криволинейными рабочими гранями; 2. Оптимальное значение угла между рабочей гранью молотка и радиус-вектором ротора должно быть не менее 10... 15, но и не более 50...60. Задачами экспериментальных исследований является изучение влияния различных факторов на показатели энергозатрат измельчителей стебельных кормов и качество продуктов измельчения, определение оптимальных конструктивных параметров рабочих органов и режимов их работы, а также получение первичной информации о процессах при работе измельчителей в лабораторных и полевых условиях с целью установления статистических характеристик и получения описания рабочих процессов. Решение указанных задач экспериментальных исследований проводилось с использованием активных и пассивных методов планирования эксперимента [3,8,169].
Программами активного эксперимента предусматривалось определение конструктивных и технологических факторов работы измельчителей, обуславливающих выполнение технологического процесса с минимальными удельными энергозатратами при заданных показателях качества, а также получение соответствующих математических моделей рабочего процесса.
Экспериментальные исследования измельчителей кормов проводились, в основном, в соответствии с действующими ГОСТами, ТУ и общепринятыми методиками испытаний кормоприготовительных машин [94], обеспечивающих получение первичной информации в виде реализации случайных процессов [43,97]. В соответствии с поставленными задачами была разработана программа экспериментальных исследований: 1. Разработка и изготовление экспериментальной установки и щита для централизованного управления процессом измельчения, снятия и регистрации энергетических характеристик; 2. Изучение влияния конструктивных факторов рабочих органов на показатели работы измельчителя и оптимизация рабочего процесса; 3. Изучение кинетики измельчения грубых стебельных кормов с целью обоснования характера протекания рабочего процесса; 4. Разработка и создание экспериментальной установки со спиральным корпусом молоткового ротора; 5. Исследование влияния конструктивных факторов спирального корпуса на аэродинамические показатели воздушного потока; 6. Создание мобильного измельчителя-раздатчика и испытание его в производственных условиях с целью оценки его технологических и конструктивных параметров, обеспечивающих выполнение технологического процесса в соответствии с зоотребованиями и минимальными удельными энергозатратами.
Исследование влияния угла установки рабочей грани молотка на энергоемкость измельчения стебельных кормов
Для получения общей картины изменения энергоемкости измельчения в зависимости от угла J5 были проведены однофакторные эксперименты с отклонением молотка не только вперед по направлению вращения ротора, но и назад, при этом наклон молотка вперед по направлению вращения ротора считался положительным и значения угла /5 указывались со знаком «плюс» (+50, +25 и т.д.), а наклон против вращения ротора считался отрицательным и указывался со знаком «минус» (-50, -25 и т.д.). Исследования проводились при углах /? наклона осевой линии молотка в диапазоне от -50 до а - 50 назад по ходу вращения ротора (/? = -50 ); б - радиальное положение молотков (/? = 0 ); в - вперед по ходу вращения ротора {/3 = +50 ) качестве измельчаемого материала использовалось сено, как наиболее трудиоизмельчаемый стебельный корм, с относительной влажностью 16...18% и плотностью 75 и 150кг/м. Скорость подачи материала к молотковому ротору во всех опытах была одинаковой и равнялась 0,2 м/с. 115 При проведении эксперимента кроме угла J3 был выделен еще один фактор, оказывающий существенное влияние на энергоемкость измельчения - скорость рабочих органов, поэтому опыты проводились для трех скоростей молотков, равных 40 м/с, 55 м/с и 70 м/с и охватывающих весь диапазон скоростей, рекомендованных для измельчения стебельных кормов. В качестве критерия оценки эффективности процесса принята удельная работа измельчения. Результаты экспериментов представлены на рисунке 4.3. Как видно из рисунка 4.3 минимальные затраты энергии на измельчение для всех режимов работы дробилки наблюдаются при значениях угла /? равных +10...+25, что по (4.1) с учетом параметрических характеристик ротора экспериментальной установки (Rn =75 мм, к = 25 мм, Rp =150 мм) соответствует углу (р- 0...7,5 соответственно. При отклонении молотков вперед или назад от указанного диапазона происходит возрастание затрат энергии на измельчение. С целью подтверждения, и уточнения полученных результатов проведены двухфакторные эксперименты, где в качестве варьируемых факторов выступали угол наклона молотка и скорость рабочих органов, а в качестве постоянных приняты плотность (75 кг/м ) и скорость подачи материала (0,2 м/с). План эксперимента на шестиугольнике, уровни варьирования факторов и значения критерия оптимизации представлены в таблице 4.1.
Анализ двумерных сечений (рис. 4.4) позволяет прийти к выводу, что для любых скоростей рабочих органов (фактор X;) наименьшие значения критерия оптимизации находятся в области значений фактора Х2 равных +0,1...+0,5, что соответствует отклонению молотка вперед по направлению вращения ротора на 5...25. Таким образом, результаты двухфакторного эксперимента полностью подтверждают результаты однофакторных экспериментов (рис. 4.3) и поэтому видится рациональным более подробное изучение влияния на энергоемкость процесса измельчения наклона молотка вперед по направлению вращения ротора.
Дальнейшие исследования по изучению влияния угла установки рабочей грани проводились по однофакторным экспериментам преимущественно при наклоне молотка вперед по направлению вращения ротора. При этом основным варьируемым фактором, характеризующим положение молотка являлся угол (р установки рабочей грани молотка по отношению к радиус вектору ротора.
Опыты в пятикратной повторности для каждого значения угла р проводились на сене влажностью 16,5... 19% и при тех же условиях, что и предыдущие однофакторные эксперименты, отличием являлось расширение диапазона исследования в большую сторону значений угла (р установки рабочей грани молотка до 60, при этом шаг варьирования угла (р составлял 15 . Так как значения угла установки рабочей грани молотка по отношению к радиус-вектору ротора большие 25 для данного ротора с Д„=75 мм, к =25 мм и j?p=150 мм не достижимы (4.1) при прямолинейной рабочей грани, то рабочую грань необходимо выполнять криволинейной. С целью сохранения постоянства угла (р по всей длине рабочей грани, её целесообразно выполнять криволинейной, описываемой уравнением логарифмической спирали. Молотки с рабочей гранью, выполненной в виде отрезка логарифмической спирали, используемые в экспериментах для моделирования установки рабочей грани молотков под углами 30, 45 и 60, представлены на рисунке 4.5.
Анализ результатов исследований (рис. 4.6) показывает, что снижения энергоемкости процесса измельчения стебельных кормов необходимо добиваться путем установки рабочей грани молотка на угол 27.. .30 «вперед» по направлению вращения ротора. При этом имеет место снижение энергозатрат на 12...26%) по отношению к прямому удару при $?=0 в зависимости от окружной скорости молотков (50 м/с...70 м/с).
