Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований 10
1.1. Классификация измельчающих машин 10
1.2. Молотковые дробилки, перспективы их совершенствования. 16
1.2.1. Классификация молотковых дробилок. 16
1.2.2. Факторы, влияющие на эффективность работы кормодробилок. 22
1.2.2.1. Технологические факторы 22
1.2.2.2. Механические факторы 29
1.2.2.3.Конструктивные факторы 32
1.2.3. Рабочие органы дробилки. 36
1.2.4. Процесс дробления и износа молотков в исследованиях других авторов.
1.3. Цель и задачи исследования. 60
2. Математическая модель взаимодействия молотка дробилки с зерном 61
2.1. Теоретические предпосылки процесса взаимодействия молотка дробилки с зерном .
2.2. Алгоритм расчета изменения геометрических параметров молотка в процессе его износа.
69
2.3.Определение оптимальных конструктивных параметров молотка дробилки.
2.4. Определение конструктивных параметров экспериментального молотка.
Выводы по главе 84
3. Общая программа и методика экспериментальных исследований . 85
3.1. Программа исследований . 85
3,2.Методика экспериментальных исследований. 87
3.3. Точность измерений. 106
Выводы по главе 108
4. Анализ результатов исследований . 109
4.1. Характеристика и анализ данных, полученных при изучении динамики износа молотка .
Выводы по главе 115
5. Экономическая оценка результатов работы . 116
5.1. Факторы определяющие экономическую эффективность работы молотков дробилки.
Выводы по главе 122
6. Общие выводы и предложения. 123
Литература. 125
Приложения. 144
- Классификация измельчающих машин
- Теоретические предпосылки процесса взаимодействия молотка дробилки с зерном
- Программа исследований
- Характеристика и анализ данных, полученных при изучении динамики износа молотка
Введение к работе
Научно обоснованная система ведения перерабатывающей отрасли
* представляет собой комплекс взаимоувязанных организационно-эконо-
мических, агрономических и инженерно-технологических мероприятий, осуществление которых обеспечивает стабилизацию и дальнейшее развитие производства конкурентоспособной продукции.
С переходом к рыночной экономике реформируются специализация предприятий, финансово-кредитный и экономический механизм хозяйствования. Принят целый пакет новых законов и постановлений, регламентирующих производственную и экономическую деятельность. Однако все эти наметившиеся тенденции в пользу товаропроизводителей и населения пока не обеспечивают стабилизацию развития перерабатывающего производства.
В последние годы практически все перерабатывающие предприятия
^ приватизированы в акционерные общества открытого и закрытого типов, а
также организованы новые средние и малые предприятия - общества с огра
ниченной ответственностью.
I Однако оборудование большинства предприятий морально и физи-
! чески устарело и не соответствует современным техническим и санитарным
требованиям. Около 25% техники эксплуатируется свыше 10 лет. Это приводит к тому, что на многих предприятиях доля ручного труда составляет 40-60%. Неудовлетворительное состояние технической оснащенности кормопроизводства в сочетании с невысоким его организационным уровнем явля-
| ются основными причинами снижения питательной ценности кормов на 35-
:- 45%.
. г В связи с этим проблема производства кормов должна решаться на ос-
і нове применения прогрессивных машинных технологий, многофунк-
| циональной техники и современного оборудования для производства высо-
кокачественных экологически безопасных кормов, повышения их протеино-
х вой и энергетической питательности.
В настоящее время эффективность технологического оборудования не
*» удовлетворяет требованиям производства. Технологи и конструкторы, про-
ектировщики и работники предприятий изыскивают возможности повышения эффективности использования оборудования. В этом поиске каждый из специалистов идет своим путём, в результате чего всякий раз решается важная, но частная задача.
В ближайшие годы в условиях экономического кризиса перерабатывающая промышленность по-прежнему будет испытывать дефицит в сельскохозяйственном сырье. Для успешной работы перерабатывающей промышленности необходима планомерная подготовка и переподготовка кадров,
т восстановление и модернизация предприятий с внедрением передовых отече-
ственных и зарубежных технологий. Повышение уровня комплексной механизации, применение прогрессивных технологий и новой техники должны
'* обеспечить значительное сокращение затрат труда и средств на производство
к, продукции.
Анализ показал, что дефицит силосно-сенажного рационов кормления достигает по перевариваемому протеину 15-28%, недостаточно также фосфора, кальция, меди, цинка, марганца, кобальта, йода. Компенсировать дефицит
I рационов можно за счет использования комбикормов в виде комплексных
і добавок. Установлено, что использование комбикормов, балансирующих ра-
I ционы по дефицитным питательным веществам, способствует повышению
продуктивности животных на 7-18%, увеличению поедаемости кормов, сни-
\ жению затрат кормов на единицу продукции на 6-15% и эксплуатационных -
на 40-50%.
\ Измельчение самая распространенная и важная операция в технологи-
; ' ческом процессе подготовки кормов к скармливанию сельскохозяйственным
животным, обусловленная требованиями физиологии их кормления. Так как
питательные вещества усваиваются организмом животного только в раство-
% ренном виде, то скорость обработки частиц корма желудочным соком прямо
пропорционально их поверхности. В результате измельчения кормов образу-
*> ется множество частиц с большой общей площадью поверхности, что спо-
собствует ускорению пищеварения и повышению усвояемости питательных веществ.
Процессы дробления и измельчения широко используются во многих отраслях народного хозяйства. Они оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели производства и качество готовых изделий и сырья. Однако, несмотря на все возрастающее значение этих процессов их теория разработана в недостаточной мере, а многочисленные результаты экспериментальных исследований почти не обобщены и неизвестны широкому
- кругу специалистов, занятых конструированием и эксплуатацией измель-
чающего оборудования.
Состояние теории устройств, используемых для измельчения, таково,
* что она не дает возможности определить, насколько реальны полученные ре-
н зультаты. Кроме того, описываемые результаты, за редким исключением,
были получены на установках, по своим техническим характеристикам сильно отличающимся от подобных измельчителей промышленного типа.
Процесс измельчения исследуется очень давно, однако, до сих пор нет
общей теории взаимодействия молотка с зерном. Отсутствие такой теории
затрудняет обобщение экспериментальных данных направленных на выявле-
ниє сложных зависимостей между факторами, определяющими результат
измельчения. Отсутствует системный подход к изучению процесса дробле-
і ния, включающего, с одной стороны, измельчающее устройство - с другой -
зерно. В результате чего исследователи часто приходят к противоречивым
* мнениям относительно влияния тех или иных факторов на эффективность
измельчения и предлагают различные пути усовершенствования машин.
Молотковые дробилки используются в 90% всех технологических линий по приготовлению концентрированных и комбинированных кормов. Они наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к измельчающим машинам, и составляют самостоятельную группу высокоскоростных машин ударного действия. Исходя из этого, в качестве объекта исследований принимаем молотковую дробилку.
Из опыта работы предприятий известно, что минимальный ресурс имеют молотки. По разным данным [198] срок службы молотков, в зависимости от перерабатываемого продукта, составляет от 72 до 300 часов. Ресурс других органов на 1 -2 порядка выше. Таким образом, самым слабым звеном в дробилке является молоток. Не эффективность использования молотков выражается в выбраковке молотков, пригодных к работе, или использованию изношенных молотков. Это приводит к необоснованно большому количеству техобслуживаний по замене молотков (около 50 обслуживании в год), повышенному расходу оборотных средств на закупку молотков и на оплату электроэнергии. Повышение надежности работы молотков в сочетании с простотой и надежностью дробилки в целом сделало бы этот тип измельчителей одним из совершенных. Указанные обстоятельства и послужили основанием для выбора молотков кормодробилок в качестве предмета исследования.
Эффективность использования молотков заключается в наработке до предельного состояния и снижения количеств технических обслуживании связанных с переустановкой рабочих поверхностей молотков.
Цель исследования. Повышение эффективности работы кормодро-билки за счет совершенствования конструктивных параметров молотков.
Задачи исследования:
1 1. Провести анализ факторов, влияющих на эффективность работы
кормодробилок.
і» 2. Теоретически и экспериментально обосновать процесс износа рабо-
чих органов (молотков) кормодробилки,
Обосновать оптимальные рабочие параметры предлагаемого молотка дробилки.
Теоретически и экспериментально определить граничные условия процесса движения материала в рабочем пространстве дробилки с учетом характера и степени износа рабочих органов.
Разработать методику оценки износа рабочих органов дробилки.
6. Дать технико-экономическую оценку и практические рекомендации..
* по полученным результатам.
Объект исследования: Технологический процесс измельчения зерна
і кормодробилкой молоткового типа.
^ Научная новизна: В результате теоретических и практических иссле-
„ дований определены зависимости износа рабочих поверхностей молотков из ч
различных сталей от времени работы и твердости материала. Предложена и обоснована новая конструкция молотка кормодробилки.
Практическая ценность: На основании проведенных исследований
предложено техническое решение по изменению конструкции молотка, кото
рое обеспечивает повышение ресурса работы кормодробилки и эффектив-
1 ность ее эксплуатации. Предлагаемая конструкция молотка предназначена
для установки в серийные кормодробилки с соответствующими доработками.
Работы по переоборудованию минимальны. Опытные образцы молотков
"* проходили проверку и внедрены в АПК «Ильинка» и КФХ «Красный Урал»
^ Кваркенского района.
Апробация: Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-
преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Оренбург-
1 ского государственного аграрного университета в 2000-2003 гг.; на регио-
нальных научно-практических конференциях молодых ученых и специали-
ъ стов сельского хозяйства, на международной научно-практической конфе-
ренции, посвященной 10 - летию независимости Республики Казахстан «Интеграция науки и образования — гуманитарный приоритет XXI». Материалы диссертации представлялись на областной выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ-2001, 2002, 2003 гг.
Публикации: По материалам диссертационной работы опубликовано 10 работ, и получено два патента на изобретение.
Внедрение: Опытные образцы молотков проходили проверку и были
внедрены в АПК «Ильинка» Октябрьского района и КФХ «Красный Урал» .
Кваркенского района Оренбургской области с целью определения пригодно
сти к эксплуатации опытных образцов, а также получения исходных данных
для расчета экономической эффективности и внедрения в производство.
^ Объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, пяти
ч, глав, общих выводов, списка литературы (199 наименований) и приложений, і
Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 31 рисунок и 11 приложения.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы Оренбургского государственного аграрного университета.
Классификация измельчающих машин
В измельчающих машинах частицы разрушаются в результате воздействия разного рода [НО, 129, 167], отличающихся локализацией приложения внешней силы, а именно разломом, раскалыванием, раздавливанием, резанием, а также скоростью нарастания напряжений от медленного сжатия до высокоскоростного удара. Причем удар может быть приложен к свободным частицам, движение которых не ограничено препятствием, и к частицам, перед ударом, покоящимся на каком - либо препятствии, полностью или частично ограниченные возможностью перемещения после удара. В каждом из перечисленных типов воздействия для разрушения частиц затрачивается определенное количество энергии.
Из перечисленных способов раскалывание применяют для получения кусковых материалов. Разламывание применяют для получения кусков материала определенного размера и заданной формы, этот процесс сопутствует другим способам измельчения. Истирание применяют для тонкого измельчения мягких и вязких материалов. При этом его всегда комбинируют с раздавливанием или ударом. Истирание улучшает процесс тонкого измельчения и перемешивания материалов, при этом происходит увеличение расхода энергии и износ рабочих органов измельчителя. Причем может происходить попадание продуктов износа рабочих органов измельчителя в измельченный материал, что нежелательно с точки зрения ведения процесса [139,177].
Из известных способов механического нагружения материалов с целью их разрушения, таких как удар, сжатие, истирание, сдвиг, резание, нашли наиболее широкое применение удар и сжатие. Выбор и применение того или иного способа механического воздействия с целью измельчения материала зависит от его физико-механических свойств [75, 97, 177]. Все перечисленные способы характеризуются полезной работой, пошедшей на ведение процесса. Ее количество определяет эффективность ведения процесса. На основании перечисленных способов измельчения, возможно, классифицировать рабочие органы измельчающих машин и сделать вывод о применение наиболее эффективной машины, на которой возможно наиболее рационально измельчать зерновые культуры.
В настоящее время существует большое разнообразие машин работающих за счет удара и истирания [11, 38-40, 75, 78, 80, 91, 119,].
Изучению процесса происходящего в рабочей камере дробилок, основных машин для измельчения посвящены многие исследования [23-25, 34, 39-47, 51,65, 68-75, 80, 85, 86, 90, 94, 102, 114-115].
Однако не создана до сих пор единая классификация машин ударно-истирающего принципа действия учитывающая все их конструктивные особенности [2,38,45].
Свои классификации машин ударно-истирающего принципа действия предложили Кулаковский И.В., Клушанцев Б.В., Косарев А.И., Демидов А.Р., Барабашкин В.П., Мельников СВ., Акунов В.И., Гийо Р., Берне Д., Риелей и другие.
Эти классификации основаны на конструктивных принципах машин, их технологической эффективности, возможной степени измельчения материала и необходимой тонкости готового продукта.
Так Клушанцев Б.В. и Косарев А.И. [65] классифицируют машины по конструкции и типу рабочих органов, предлагают шесть основных групп: крестовые, стержневые (дезинтеграторы, дисмембраторы), барабанные (ги-рационные), тарельчатые (центробежные), роторные и молотковые (табл.
Крестовые дробилки (п. 3. табл. 1.1.) имеют жестко закрепленные на роторе била, окружная скорость которых достигает 100 м/с. Эти дробилки широко используются для измельчения мягких материалов, для зерновых продуктов они не применяются [45].
В стержневых дробилках основным рабочим органом являются два цилиндра (корзина), образующие, которых представляют собой стержни, жестко закрепленные в основании. Эти стержни дробилки (дезинтеграторы) работают следующим образом: измельчение продукта происходит за счет вращения корзин с пальцами, осуществляемого навстречу друг другу. Создаваемая относительная скорость движения пальцев может достигнуть 150 м/с и выше.
Измельченный продукт имеет крупность около 5 мм и менее. Эти дробилки нашли применение для измельчения материалов малой и средней прочности типа: асбест, уголь, известняк, графит, гипс и так далее [45, 129].
Дезинтеграторы применяются в самых различных отраслях производства (п, 7. табл. 1.1.). В настоящее время дезинтеграторы применяют для измельчения зернового сырья в мукомольной промышленности вместо вальцевых станков [44, 97], а также в спиртовой промышленности [55]. Эти дробилки не нашли широкое применение при производстве кормов, так как они имеют большой расход энергии на тонну готовой продукции, по данным Харьковского МИС [45] он достигает 30 кВт ч/т и выше, а также значительный расход на холостом ходу, поэтому применение их в комбикормовом производстве нецелесообразно.
Барабанные дробилки состоят из пустотелого барабана, имеющего торцевые крышки с полыми цапфами, которые установлены в подшипниках. Помольная камера заполнена на 25-40% мелющими телами (стальные шары, стержни, цильпебс, кремневая галька) и измельчающим материалом. При вращении мелющие тела увлекаются силой трения и центробежного эффекта стенками барабана, поднимаются на некоторую высоту и падают, вниз измельчая частицы в зоне соприкосновения шаров. Эти дробилки применяются в основном для дробления мало прочных продуктов, при первичном дроблении. Это связано с малой энергонапряженностью барабанных дробилок.
Теоретические предпосылки процесса взаимодействия молотка дробилки с зерном
При рассмотрении явлений удара используются различные теории. Самое важное при измельчении зерна ударом - оценка эффективности удара, возможность разрушения зерна.
Для решения этой задачи нужно иметь динамическую теорию прочности и располагать численными значениями физико-механических свойств зерна, которые пока мало изучены. Поэтому при разработке теории разрушения материалов ударом, необходимо всестороннее изучение связей между физико-механическими характеристиками измельченного материала и динамической характеристикой нагрузки.
Наиболее полно описывает явление удара волновая теория. Разработкой этой теории занимались Сен-Венан, Релей, Нейман [135].
Классическая теория соударения твердых тел Ньютона не позволяет определить величину сил при ударе, так как она охватывает только область скоростей соударяющихся тел. Внутренние закономерности процесса удара -напряжения, контактные силы, продолжительность удара, величины деформаций - оставались при этом неизученными. Лишь после появления теории контактных деформаций тел Герца (1881 г.) удалось расчетным путем установить зависимость величины контактной силы и длительности соударений от массы соударяющихся тел, их формы, физико-механических свойств и скоростей.
Экспериментальная проверка теории Герца, выполненная Данником А.Н. показала, что экспериментальные и расчетные данные совпадают [161]. На основании теории Герца учеными Кальчевским Н.А. [75], Штаерманом И.Я. [186], Давиденковым Н.Н. [55], Лявом А. [105] и другими разработана математическая теория соударения твердых тел, обладающих упруго-пластическими свойствами. Горячкин В.П. рассматривая удар, дает графическое изображение процесса удара для неупругих тел. Зная отклонение масс ударяемой частицы и ударной части молотка можно определить конечную скорость удара и составляющие полной энергии: энергии молотка, куска и деформации [161]. Но зерно представляет собой упругопластическое тело, и величина ударного импульса, появляющегося при соударении двух тел, зависит не только от их масс и скоростей удара, но и от упругих свойств этих тел, которые характеризуются коэффициентом восстановления. Современная теория измельчения материалов ударом создана проф. Андреевой С.Е., Левенсоном Л.Б., акад. Колмагоровым А.Н. и др. Из зарубежных исследований следует отметить труды Румпфа Г., Бонда Ф. и Гийо Р. [61]. Особая роль принадлежит академику Ребиндеру П.А. и представителям его школы. Они раскрыли физико-химическую природу явлений, протекающих в твердом теле при его разрушении. Рибиндер П.А. описывая энергетический баланс в процессе измельчения, предложил для расхода энергии на разрушение твердого тела следующую зависимость: A=Xv K„ V + anmAS, (2.1) где А - расход энергии на разрушение; К„ - коэффициент, характеризующий физико-механические свойства разрушаемого материала; Ку - коэффициент, учитывающий, какая часть объема частицы деформируется; V- объем разрушаемого тела; W" удельная поверхностная энергия разрушаемого тела; AS - образованная при разрушении новая поверхность. Следует также отметить работы Вейбула В., Конторовой Т.А. и Френкеля В.И. по статистической теории прочности с учётом влияния размеров разрушаемых тел на энергоемкость процесса. Наиболее простой вид имеет формула Вейбула, по которой напряжения при хрупком разрушении подчиняются следующему соотношению: V= С2-2) где брх - разрушающее напряжение; V - объем разрушаемого тела;
Лит- постоянные величины. Формула (2.2) описывает процесс однократного деформирования тела и дает в этом случае как количественное, так и качественное соотношение между результатом процесса и затраченной энергией. Для процесса разрушения с многократной деформацией материала с учетом выражения (2.2) зависимость (2.1) преобразуется к виду: к г. =Yt г А2 (2.3) где Vy - объем j-той частицы, разрушаемой при і-той деформации; Y, - число частиц при і-той деформации; ASy - приращение поверхности от разрушения j-той частицы при i той деформации; л: - число деформаций. Минимальный расход энергии будет иметь место в таком процессе измельчения, в котором достигается максимальная концентрация напряжений по плоскостям раздела, размер образующихся частиц одинаковый и равен за 64 данному, а число деформаций стремится к единице [63]. Математические модели молотковых дробилок также получены Холбиным В.А.. Плеве А.Г., Годуновым Г.М. [63]. Модели статики, динамики и возмущений случайного характера получены ими для молотковых дробилок типа А1-ДДП.
Однако в этих работах рассмотрены лишь изменения кинетической энергии и количества работы, необходимой для разрушения зерна. Предложенные формулы являются полу эмпирическими, включают в себя большое количество поправочных коэффициентов и потому не могут служить основой для анализа рабочего процесса молотковой дробилки закрытого типа.
Основным недостатком известных формул является то, что при их выводе рассматривается удар молотка по отдельной частице, а не по совокупности частиц, не учитывались и свойства материала, из которого изготовлен молоток.
Описанию процесса изнашивания посвящена обширная литература [6, 83, 182, 176], но несмотря на это единой теории этого процесса не создано ввиду его сложности и многоплановости физических аспектов.
Процесс дробления связан с ударами отдельных зерен (частиц) о поверхность молотка и деки, и относительным движением (скольжением) частиц по ударной поверхности молотка. В связи с тем, что твердость, износостойкость, упругие характеристики, напряжения, при которых происходят разрушения и т.п. характеристики частиц значительно ниже аналогичных характеристик молотка, то предполагаем, что изнашивание молотка связано с усталостным разрушением поверхностного слоя от ударного воздействия частиц с последующим его истиранием за счет относительно движения частиц.
Согласно гипотезе Престона [182], хорошо зарекомендовавшей себя при описании механического истирания, линейный износ ау по нормали в фиксированной точке данной поверхности, может быть найден по следующей зависимости: dy = cPu dt, (2.4) где с - коэффициент пропорциональности; Р - давление в данной точке; и - относительная скорость; dt - интервал времени. Таким образом, в соответствии с (2.4) для успешного ответа на вопрос об износе поверхности молотка необходимо знать напряжение при контактном взаимодействии и скорость относительного движения частицы. Усталость поверхностного слоя может быть учтена путем введения зависимости коэффициента пропорциональности "с" от времени / и координаты х по длине молотка.
Программа исследований
Целью исследований являлось выявить оптимальный ресурс молотков, получить данные о динамике износа при взаимодействии молотка с зерном.
Для проверки правильности математической модели использовался метод анализа динамики износа молотков по данным их экспериментальных испытаний на дробилках типа ДМ-2Р и лабораторной дробилки.
Все явления природы представляют собой результаты взаимодействия материальных тел. Главной задачей научного исследования является установление закономерностей этого взаимодействия. Основными факторами, определяющими вид изнашивания, является среда, в которой происходит взаимодействие, динамика и кинематика относительного перемещения взаимодействующих тел, характер контакта и свойства материала изнашиваемой детали.
Интенсивность износа молотков зависит от ряда факторов, которые могут быть разделены на три основные группы: 1. Конструктивные параметры (толщина, геометрия молотка, материал молотка); 2. Режимы дробления (угловая скорость барабана, степень размола). 3. Физико-механические свойства перерабатываемого материала. Для достижения поставленной цели необходимо выявить динамику взаимодействия молотков с зерном, установить зависимость продолжительности работы от вида перерабатываемого материала. Предметом исследования явились молотки используемые в дробилках типа ДМ-2Р применяемые в комбикормовом производстве, а также экспериментальные молотки из различных сталей, с различной термообработкой. Молотки перед установкой на дробилку подвергались обмерам: геометрические параметры и твердость. Для оценки изменения геометрических параметров, происходящих в результате изнашивания молотков, использовался измеритель профиля рабочей поверхности молотка. Для оценки первоначальной твердости рабочей поверхности использовался твердомер ТРК-12.
Основными показателями, характеризующими количественную сторону работы дробилок, являлись: а) однородность фракционного состава дробленой массы; б) равномерность гранулометрического состава; в) эффективность работы дробилки. Решение поставленной задачи сводилось к установлению следующих зависимостей; 1. Влияние материала молотка на: а) динамику износа молотка; б) ресурс молотка. 2. Влияние перерабатываемого материала на: а) продолжительность работы молотков изготовленных из различных материалов; б) динамику износа молотка. 3. Влияние конструктивных параметров на ресурс молотка. Производственные опыты, по сравнению с лабораторными, являются более трудоемкими, однако, взаимодействие молотка с зерном в естественных условиях позволяет получить результаты при наличии всех действующих факторов.
Лабораторная установка предназначена для снятия энергетических показателей процесса дробления, замера аэродинамических воздушных потоков и визуального, фото-видео наблюдения за процессом в дробилке молоткового типа, с целью определения оптимальных конструктивно-режимных параметров молотковой дробилки.
Установка (рис. 3.1.) состоит из корпуса 1, электродвигателя 2, дробильной камеры 3, питателя 4, выгрузной горловины 5, индикаторной головки 6 и измерительных устройств 7. Рис. 3.1. Лабораторная установка: 1 - основание; 2 - электродвигатель; 3 - дробильная камера; 4 - решето; 5 - ротор; 6 - молотки; 7 - загрузочная горловина; 8 - выгрузная горловина; 9 - индикаторная головка; 10 - приборная панель.
Дробильная камера (рис. 3.2.) состоит из обечайки с двумя боковинами, решета, регулируемой камеры дробления, и включает в себя горизонтально установленный на подшипниках вал-ротор на котором крепятся молотки, электродвигатель и ременную передачу с набором сменных шкивов. Дро 88
бильная установка подпружинена и может поворачиваться вокруг своей оси, что позволяет фиксировать величину возникающей нагрузки в камере дробления.
Измерительные устройства включают в себя индикаторную головку, ваттметр, амперметр, вольтметр для снятия энергетических характеристик процесса дробления во время эксперимента, микроманометр для замера давления воздушных потоков внутри камеры. Установка укомплектована набором сменных решет и позволяет изменять количество молотков и размеры дробильной камеры. 1 - молотковый ротор в сборе; 2 - решето; 3 - прозрачная боковина; 4 - обечайка. Гранулометрический состав исходного измельченного зерна определяли по ГОСТ 13496.8 - 72 «Методы определения крупности размола и содержания не размолотых семян культурных и дикорастущих растений» [53]. Для проведения экспериментальных исследований использовали классификатор Макарова (рис. 3.3). Рис. 3.3. Классификатор Макарова
По стандартной методике отбирали средний образец от анализируемого продукта, выделяли методом деления три навески по 100 г. каждая. Рассортировывали навески в течение 5 мин. на рассеве-анализаторе РА-5М с набором штампованных сит с круглыми отверстиями 5,0; 3,0; 2,0 и 1,0 мм. Остаток на каждом сите взвешивали на весах ВЛКТ-160г-М и пересчитывали в процентах к общей массе навески. Не размолотые зерна взвешивали и выражали к общей массе навески [53].
Зерновое сырье идущее на производство комбикормов делиться на две группы: сырье, подлежащее измельчению и сырье, подлежащее дроблению [78,92].
Степень измельчения характеризует крупность размола. В комбикормовой промышленности установлены три крупности размола.
Числовой показатель каждой степени называется модулем крупности размола и выражается следующими значениями по ОСТ-452: крупный 2,60-1,80; средний 1,80-1,00; мелкий 1,00-0,20 [53,82].
Характеристика и анализ данных, полученных при изучении динамики износа молотка
При малых значениях твердости образцов (400-800 НВ) зависимость скорости износа от твердости носит линейный характер. При возрастании твердости более 1000 НВ наблюдается рост скорости износа. Зависимость скорости износа молотков от твердости рабочей поверхности показывает, что оптимальная твердость молотка лежит в зоне 600-1000 НВ. Определение динамики износа молотков из различных сталей в зависимости от наработки Опыты проводились на комбикормовом заводе птицефабрики «Рос сия». Необходимо отметить, каждый комплект молотков устанавливался на ротор кормодробилки ДМ-2Р равномерно по схеме приведенной на рис.3.6.
Таким образом, все молотки испытывались одновременно и при одинаковых условиях. Поэтому чистота эксперимента соблюдалась.
На основании полученных экспериментальных данных (рис. 4.3.) можно сделать вывод, что наибольшим ресурсом обладает молоток из стали У8А (хромированной), сталь 40Х (коленная с отпуском, хромированная). Использование стали У8А позволяет повысить наработку молотка до 1474 тонн, а стали 40Х— 666 тонн по сравнению с базовым молотком из стали 3 (наработка 580 тонн). Сравнительные данные молотков показаны в таблице 2.
При движении молотка кормодробилки возникает крутящий момент (момент сил сопротивления вращения ротора), как результат различия движения скорости молотка и скорости воздушно-продуктового слоя.
При подаче продукта в дробильную камеру происходит увеличение скорости движения продукта и резкое возрастание вращательного момента вала, а затем наблюдается постепенное его снижение. На рис. 4.4 представлена зависимость момента сил сопротивления вращения ротора от времени для молотков с различной степенью износа. Масса навески измельчаемого продукта составляла 1 кг. Скорость вращения ротора 344 рад/с и влажность исходного продукта (ячмень) 12 %. На рис 4.4. видно, что момент сил сопротивления на роторе дробилки не постоянен во времени. Резкое возрастание и плавное снижение момента сопротивления сил вращения при подаче продукта в камеру дробления, возможно, объяснить сообщением скорости измельчаемому продукту, а потом и воздушно-продуктовому слою. Другой причиной объясняющей снижение момента, является наличие отдельных частиц в слое, которые достигают определенных величин и происходит их эвакуация через отверстия решета, то есть наступает предел после которого разрушение частиц больше не происходит.
Снижение момента сил сопротивления вращения происходит до полной эвакуации всего измельчаемого материала.
Зависимость показывает, что гладкий стержень имеет больший момент сил сопротивления вращения ротора, чем спиралевидный, что влечет за собой перерасход энергии, который приводит к переизмельчению готового продукта и увеличению пылевидной фракции.
Первоначальное возрастание момента сил сопротивления при подаче продукта в камеру кормодробилки с спиралевидными молотками несколько выше, чем с пластинчатыми молотками. Это объясняется геометрическими размерами молотков: толщина пластинчатого молотка составляет 6 мм., а диаметр спиралевидного стержня предлагаемого молотка - 10 мм.
Сравнительный анализ энергоемкости процесса дробления (рис, 4.6.) стандартного пластинчатого и экспериментального молотков, показал, что наработка экспериментального молотка составит 1500 тонн при практически постоянной энергоемкости, в то время как пластинчатый молоток (сталь У8А) сменит четыре рабочих грани.
Использование экспериментального молотка кормодробилки позволяет в три раза снизить количество технических обслуживании связанных с переустановкой молотков, за счет вращения стержня молотка во время работы, что обеспечивает равномерный износ всей рабочей поверхности. Этапы дробления I этап - приработка рабочих органов; II этап оптимальный процесс дробления; III этап - повышение энергоемкости процесса дробления; і IV этап - не эффективное использование. ч; і __ Стандартный пластинчатый молоток с : 4 рабочими гранями ; ... Экспериментальный молоток со спиралевидным вращающимся стержнем 1) На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что наибольшим ресурсом обладает молоток из стали У8А (хромированной), сталь 40Х (коленная с отпуском, хромированная). Использование стали У8А позволяет повысить наработку молотка до 1474 тонн, а стали 40Х - 666 тонн по сравнению с базовым молотком из стали 3 (наработка 580 тонн). 2) Твердость поверхности молотков непостоянна и колеблется в широких пределах (до 70 %). Это говорит о неоднородности материала и термообработки, что приводит к неравномерному износу рабочих поверхностей и увеличению технических обслуживании, связанных с контролем за техническим состоянием рабочих органов. 3) При малых значениях твердости образцов (400-800 НВ) зависимость скорости износа от твердости носит линейный характер. При возрастании твердости более 1000 НВ наблюдается рост скорости износа. Зависимость скорости износа молотков от твердости рабочей поверхности показывает, что оптимальная твердость молотка лежит в зоне 600-1000 НВ. 4) Использование экспериментального молотка кормодробилки позволяет в три раза снизить количество технических обслуживании связанных с переустановкой молотков, за счет вращения стержня молотка во время работы, что обеспечивает равномерный износ всей рабочей поверхности. Сравнительный анализ энергоемкости процесса дробления стандартного пластинчатого и экспериментального молотков, показал, что наработка экспериментального молотка составит 1500 тонн при практически постоянной энергоемкости, в то время как пластинчатый молоток (сталь У8А) сменит четыре рабочих грани.
