Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования 9
1.1. Требования к комбикормам по крупности частиц 9
1.2. Анализ теоретических исследований по разрушению твердых материалов 12
1.2.1. Затраты энергии на измельчение материала 13
1.2.2. Критическая скорость разрушения тела 17
1.3. Существующие виды измельчителей фуражного зерна 21
1.3.1. Молотковые дробилки 23
1.3.2. Измельчители зерна ударно-центробежного действия 31
1.4. Пути повышения эффективности ударно-центробежных измельчителей зерна 41
1.4.1. Ударно-центробежные измельчители с промежуточной сепарацией в гравитационном поле 42
1.4.2. Ударно-центробежные измельчители с промежуточной сепарацией за счет воздушного потока 43
1.4.3. Ударно-центробежные измельчители с промежуточной сепарацией в центробежном поле 46
1.5 Основные выводы. Цель и задачи исследования 50
2. Математическое моделирование рабочего процесса ударно-центробежного измельчителя 52
2.1. Основные теоретические предпосылки 52
2.1.1. Удар без разрушения тела 54
2.1.2. Удар с разрушением ударяющегося тела 56
2.2. Число ударов, необходимых для разрушения зерновки 60
2.3. Расчет параметров предлагаемой модели ударно-центробежного измельчителя фуражного зерна 66
2.3.1. Описание предлагаемой схемы измельчения 66
2.3.2. Движение зерна в разгонном роторе 69
2.3.2. Кинематический анализ соударения зерна с измельчающим элементом 72
2.3.4. Кинематический анализ движения частиц после первого удара 75
2.3.5. Анализ расчетных данных 78
2.3.6. Расчет длины зоны восстановления 81
2.3.7. Определение количества ударных элементов на отбойном роторе 83
2.4. Выводы по главе 85
3. Программа и методика экспериментальных исследований 88
3.1. Программа экспериментальных исследований. Характеристика исходного сырья 88
3.2. Экспериментальные исследования по определению коэффициента восстановления 90
3.2.1. Описание экспериментальной установки и обоснование ее параметров 91
3.2.2. Методика планирования эксперимента. Выбор факторов 98
3.2.3. Порядок проведения опытов 103
3.3. Методика проведения исследований по определению числа ударов, необходимых для разрушения зерновки 104
3.4. Эксперимент по исследованию рабочего процесса ударно-центробежного измельчителя 106
3.4.1. Описание экспериментальной установки и обоснование ее параметров 106
3.4.2. Порядок проведения опытов 115
3.4.3. Выбор факторов 118
3.4.4. Методика планирования эксперимента 121
4. Анализ экспериментальных исследований 125
4.1. Исследование коэффициента восстановления зерна при ударе 125
4.1.1. Поведение коэффициента восстановления при ударе без разрушения ...127
4.1.2. Поведение коэффициента восстановления при ударе с разрушением ....130
4.1.3. Определение переходных точек 134
4.1.4. Определение коэффициентов пропорциональности, входящих в уравнение П.А. Ребиндера 135
4.2. Анализ результатов эксперимента по определению числа ударов, необходимых для разрушения зерновки 139
4.3. Удельная энергоемкость процесса измельчения зерна с учетом достигнутой степени измельчения 143
4.4. Содержание пылевидной фракции в готовом продукте 151
4.4.1. Влияние подачи исходного материала 152
4.4.2. Влияние конструктивных параметров измельчителя 153
4.4.3. Влияние кинематических параметров измельчителя 161
4.5. Содержание целых зерен в готовом продукте 162
4.5.1. Влияние подачи материала на выход целых зерен 165
4.5.2. Влияние конструктивных параметров измельчителя 166
4.5.3. Влияние кинематических параметров измельчителя 171
4.6. Определение рациональных значений факторов 173
4.7. Выводы по главе 178
5. Экономическая эффективность использования результатов исследования 181
5.1. Расчет годовой экономии эксплуатационных затрат 182
5.2. Расчет удельного экономического эффекта от снижения расхода корма 187
Общие выводы 192
Литература 194
Приложения 209
- Пути повышения эффективности ударно-центробежных измельчителей зерна
- Описание предлагаемой схемы измельчения
- Методика проведения исследований по определению числа ударов, необходимых для разрушения зерновки
- Поведение коэффициента восстановления при ударе с разрушением
Введение к работе
В настоящее время в нашей стране наметился некоторый рост производства в отрасли животноводства. Основой его стабилизации и дальнейшего развития является создание прочной кормовой базы. Этого можно добиться лишь в том случае, когда все направляемое на корм животным зерно будет использоваться в переработанном виде, а именно в виде полнорационных комбикормов. ...
На данный момент хозяйства практически полностью отказались от покупных комбикормов и стараются наладить их производство непосредственно на местах. Такая организация позволяет существенно снизить издержки на транспортировку сырья и готового продукта, а также рациональнее использовать местные ресурсы. Однако недостаток и несовершенство оборудования привели к тому, что более 60% потребляемого в хозяйствах кормового зерна дается животным в виде монокорма, что значительно снижает эффективность его использования [65].
Решение данной проблемы находится в плоскости развития в хозяйствах собственного комбикормового производства на основе высокоэффективных цехов и агрегатов производительностью 3...5 т/ч [65, 92].
Центральное место в производстве комбикормов занимает процесс измельчения исходного сырья, на который расходуется до 70...80 % от всей энергии затрачиваемой на технологический процесс [58, 96, 134]. Благодаря измельчению значительно улучшается взаимодействие корма с пищеварительными органами животных, поэтому его усвояемость находится в прямой зависимости от крупности частиц.
Однако при любой крупности помола качество корма считается тем выше, чем меньше в нем мучнистого пылевидного продукта (проход через сита с отверстиями 0,25x0,25 мм) [45, 65, 82, 124]. Тонко измельченный продукт теряется при загрузке, разгрузке, транспортировке и раздаче корма, он трудно смачивается водой и слюной животных и хуже усваивается их организмом. По данным Л.А. Глебова, при скармливании телятам и поросятам разных половоз- растных групп корма содержащего более 20 % пылевидной фракции, его расход на единицу прироста живой массы возрастает в среднем на 10... 15 % [45].
В настоящее время основным оборудованием для измельчения фуражного зерна являются молотковые дробилки, однако при тонком помоле они дают до 30 % пылевидной фракции, а при грубом - до 20 % недоизмельченных частиц и целых зерен. Кроме этого, переизмельчение обусловливает повышенную энергоемкость рабочего процесса (до 8... 15 кВт-ч/т) [45, 57, 63, 65, 89].
Проблемная ситуация в области измельчения фуражного зерна таким образом состоит в том, что, с одной стороны, постоянно растут требования к качеству измельчения зернового фуража, снижению расхода энергии, металла, а с другой стороны, традиционные измельчающие устройства и научные знания в этой области не могут обеспечить дальнейшее коренное совершенствование данного процесса.
Совершенно иной, чем у молотковых дробилок, принцип работы положен в основу ударно-центробежных измельчителей, в которых зерну придается движение в центробежном поле и оно разрушается в результате удара о неподвижную или движущуюся преграду. В ряде отраслей промышленности, таких как, строительная, керамическая, химическая и др. данные измельчители уже нашли широкое применение и позволяют вести процесс измельчения при низких энергозатратах [83, 110, 117]. Однако при измельчении фуражного зерна они практически не используются вследствие высокой неоднородности получаемого продукта (от целых зерен до пыли) и малой изученности процесса.
В связи со сказанным, особую актуальность приобретают вопросы разработки измельчителей ударно-центробежного действия, позволяющих получать более однородный состав готового продукта, при минимизации энергоемкости процесса. Один из путей решения данной проблемы видится в организации процесса измельчения с учетом траекторий движения целых и измельченных в результате удара частиц. Организация данного процесса в измельчителях ударно-центробежного действия наиболее эффективна вследствие наличия регулируемого силового поля.
7 Учитывая актуальность данного вопроса, была поставлена цель: снижение энергоемкости ударно-центробежных измельчителей фуражного зерна и повышение однородности гранулометрического состава готового продукта.
Научная гипотеза - организация рабочего процесса в ударно - центробежном измельчителе, с учетом разности траекторий движения разрушившихся и не разрушившихся в результате удара зерен.
Научная новизна. Установлены закономерности кинематического взаимодействия зерновки с рабочей поверхностью. Введены понятия коэффициентов восстановления скорости тела при ударе без его разрушения R* и при разрушающем ударе R**. На их основе предложен и обоснован способ организации процесса измельчения с учетом траекторий движения измельченных и неиз-мельченных зерен. Теоретически получена зависимость энергии, затрачиваемой на разрушение зерновки от величины нагрузок и количества циклов их приложения. Определены пути снижения энергоемкости процесса измельчения.
Методы исследований. Решение поставленных научных задач реализо-вывалось на основе теоретических методов: основных законов механики, законов разрушения материалов, дифференциального и интегрального исчисления, методов математической статистики и планирования эксперимента.
Практическая ценность. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика определения затрат энергии на разрушение тела посредством использования экспериментальных значений коэффициентов восстановления скорости целого зерна R* и образовавшихся в результате удара частиц R**. Результаты исследований позволили определить конструктивно-кинематические параметры измельчителя, обеспечивающие снижение энергоемкости конструкции и получение готового продукта, соответствующего требованиям ГОСТов и зоотехническим рекомендациям.
Реализация результатов исследований. 1. Техническая документация и результаты исследований ударно - центробежного измельчителя переданы Государственному унитарному предприятию ОПКБ АНИИЗиС.
2. Проведены испытания измельчителя в ОАО «Кипринское» Шелаболихин- ского района Алтайского края.
3. Результаты проведенных исследований используются в учебном процессе Алтайского государственного аграрного университета при чтении лекций по курсу «Механизация и технология животноводства» и «Технологиче ское оборудование для переработки продукции растениеводства», а также при проведении практических и лабораторных занятий по этим курсам.
Апробация. Основные положения диссертационной работы представлялись и обсуждались на следующих конференциях:
Международная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию Московского государственного агроинженерного университета (МГАУ), секция «Технологии и средства механизации сельскохозяйственного производства» (Москва, МГАУ, 2000); XII Байкальская международная конференция «Методы оптимизации и их приложения», секция «Математическое моделирование в сельскохозяйственном производстве» (Иркутск, Байкал, 2001); научно-технические конференции в Алтайском государственном аграрном университете (2000, 2001).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять глав, общие выводы. Работа изложена на 208 страницах машинописного текста, содержащих 49 рисунков, 20 таблиц и 8 приложений. Список использованной литературы включает 152 наименования, из них 13 на иностранных языках.
Работа выполнена на кафедре «Механизация животноводства» Алтайского государственного аграрного университета в соответствие с координационным планом Министерства сельского хозяйства по проблеме О.СХ.102 и тематическим планом научно-исследовательских работ АГАУ по теме «Разработка малогабаритного оборудования для приготовления комбикормов, премиксов, и белково-витаминных добавок в условиях хозяйства».
Пути повышения эффективности ударно-центробежных измельчителей зерна
Как было отмечено выше, основными недостатками ударно - центробежных измельчителей зерна является высокая неоднородность гранулометрического состава измельченного продукта, а также необходимость регулировки частоты вращения роторов, в зависимости от вида перерабатываемого материала. Исходя из сложившихся предпосылок повышение качества готового продукта, получаемого в измельчителях данного типа, а также снижение энергоемкости рабочего процесса можно вести по следующим направлениям.
1. Использование промежуточной сепарации, основной целью которой является удаление (вывод) частиц, не требующих дальнейшего измельчения, из рабочей зоны (зоны ударного нагружения).
2. Организация рабочего процесса измельчителя таким образом, когда разрушенные при первом ударе частицы подвергаются следующим ударным нагружениям с очень низким к.п.д., в результате чего не переизмельчаются далее. Целые же зерна наоборот - подвергаются удару с разрушением.
Проведенный анализ научно-технической и патентной литературы позволил выделить наиболее характерные способы промежуточной сепарации измельченного материала, используемые в ударно-центробежных измельчителях. По преобладающему способу сепарации все измельчители данного типа, условно, можно разделить на 3 вида (см. рис 1.6): измельчители с сепарацией за счет воздушного потока, в гравитационном поле и в силовом центробежном поле [9-26, 75, 99].
Одной из первых конструкций центробежных дробилок с промежуточной сепарацией является трехступенчатая дробилка В.А. Денисова с разделением измельченного материала на наклонной ситовой поверхности под действием гравитационных сил (см. рис. 1.8 б) [57]. Одним из ее достоинств, по сравнению с молотковыми дробилками, является вынос сепарирующих органов из зоны измельчения, что значительно увеличивает надежность дробилки. Основными недостатками данной конструкции являются невозможность интенсификации процесса сепарации и отсутствие рецикла.
В качестве современного представителя данной группы измельчителей с промежуточной сепарацией можно представить конструкцию ударно - центробежной дробилки спроектированную в научно-производственном объединении «Винт» под руководством В.А. Денисова и представленную авторскими свидетельствами №2108159 и №2129466 (рис. 1.10) [25, 26].
Рабочий процесс в данной дробилке осуществляется следующим образом. Исходный продукт поступает на разгонный ротор 4, лопатками 3 разгоняется и ударяется о круговую отбойную деку 2. Далее частично измельченный материал поступает на коническое решето 8, где и осуществляется сепарация материала. Частицы непроходового размера, под действием воздушного потока создаваемого нижними лопатками 6, через всасывающий патрубок 7 поступают на эти же разгонные лопатки 6, разгоняются и подвергаются вторичному ударному нагружению о круговые деки 1. Готовый продукт выводится через решето 8 .
Одним из недостатков данной и аналогичных конструкций ударно - центробежных измельчителей с промежуточной сепарацией в гравитационном поле, является отсутствие принципиальной возможности управлять данным полем, а следовательно, интенсифицировать процесс сепарации. Вследствие этого в данной конструкции (рис. 1.10) наблюдается снижение качества измельченного продукта при увеличении подачи в камеру дробления. В дополнение к вышеперечисленному, воздушный поток может оказывать и отрицательное влияние на процесс сепарации, двигаясь в ситовых отверстиях навстречу частицам.
Исходный продукт
Рисунок 1.10 - Центробежная дробилка с внутренним рециклом [25]: 1,2- круговые отбойные деки; 3 - верхняя разгонная лопатка; 4 - разгонный ротор; 5 - корпус дробилки; 6 - нижняя разгонная лопатка; 7 - всасывающий патрубок; 8 - коническое решето
Достаточно большое внимание исследователей, работающих в данном направлении, обращено к процессу промежуточной сепарации за счет воздушного потока, который используется для переноса частиц, их разделения на фракции и удаления готового продукта из камеры измельчения. Данный способ сепарации основывается на том, что масса и аэродинамический коэффициент сопротивления воздушному потоку у целого и разрушенного зерна значительно отличаются друг от друга. Непосредственное использование воздушного потока хорошо представлено в авторских свидетельствах №938236 и №1058130 (рис. 1.11) [10, 16]. Данный дезинтегратор-сепаратор работает следующим образом. Исходный материал поступает на измельчение через течку 8 и питатель 12. В зоне измельчения он получает серию ударов от измельчающих элементов 1-3, в результате чего дробится и вылетает в зону сепарации 4. Вентиляционные лопатки нагнетанием создают поток воздуха, который поступает на неподвижные лопатки 10. Дугообразная конфигурация лопаток 10 направляет поток воздуха в зону сепарации 4 с направлением, пересекающим поток материала, вылетающего с последнего ряда измельчающих элементов 3. Поток сепарирующего воздуха, созданный лопатками 5,6,10,11 выводит мелкую фракцию из дезинтегратора, а крупные частицы через кольцевой канал 13, по направляющему барьеру 7 через входную течку 9 направляются на повторное измельчение.
Главная идея данного изобретения - создание воздушного потока, перпендикулярного потоку движения смеси измельченного материала. За счет рецикла эта конструкция позволяет значительно выровнять состав готового продукта. Однако и этому изобретению присущи свои недостатки:
- большая удельная энергоемкость процесса измельчения за счет создания дополнительного воздушного потока, высокого аэродинамического сопротив ления вентиляционных лопаток;
- большая металлоемкость конструкции вследствие наличия дополнительной аспирационной системы;
- сложность конструкции.
Описание предлагаемой схемы измельчения
Решая в п. 2.2 вопрос об оптимальном числе ударов необходимых для полного разрушения зерна мы пришли к выводу, что минимальная энерго- и металлоемкость рабочего процесса достигается в конструкциях измельчителей обеспечивающих разрушение исходного материала за 1, 2 удара.
К таким конструкциям относятся ударно-центробежные измельчители с двумя ступенями измельчения. В исследуемом измельчителе (рис. 2.6) такие ступени образуются при помощи разгонного (первого) 4, промежуточного (второго) 5 и отбойного (третьего) 6 роторов.
Рабочий процесс предлагаемой модели измельчителя осуществляется следующим образом. Материал, поступивший в центр ротора 4, захватывается разгонными элементами 3, разгоняется и выбрасывается на поверхность измельчающих элементов 2 встречно вращающегося промежуточного ротора 5. В результате первого удара одна часть зерен разрушается, а другая - нет.
Рисунок 2.6 - Принципиальная схема работы измельчителя:
1, 2, 3 - рабочие элементы отбойного, промежуточного и разгонного роторов; 4, 5, 6 - разгонный, промежуточный и отбойный роторы; 82 - межроторный зазор; у/2, щ - угол установки измельчающих элементов, соответственно, промежуточного и отбойного роторов; со - частота вращения роторов; ил - окружная скорость лопатки; иабС , va6C - скорость отлета целых зерен и образовавшихся в результате первого удара частиц; иотн , иотн - относительная скорость второго удара целых зерен и частиц; о", и"„ - скорость прямого удара целых зерен и частиц; q 2 , д?2 - угол между относительной скоростью удара и нормалью к плоскости лопатки, соответственно целого зерна и частиц; - образовавшиеся при ударе частицы; О - целые зерна
Вследствие того, что коэффициент восстановления скорости у целых зерен R в 3...4 раза больше, чем у образовавшихся в результате первого удара частиц R , то целые зерна имеют соответственно более высокую скорость оабС и меньший угол отлета. В результате этого не разрушившиеся при первом ударе зерна отражаются сразу на встречно движущиеся элементы 1 отбойного ротора 6, где подвергаются окончательному разрушению. Частицы же зерновок, которые разрушились уже при первом ударе соударяются со встречно движущимися элементами 1 отбойного ротора 6 со значительно меньшей скоростью удара иотн , чем целые зерна и под большим углом к нормали рабочей поверхности ср2 . Это обуславливает удар с проскальзыванием, который приводит к существенному снижению эффективности ударного нагружения уже разрушенных частиц. В результате чего они меньше подвергаются переизмельчению и гранулометрический состав продукта становится более выровненным.
Предлагаемый способ организации процесса измельчения будет наиболее эффективен только в том случае, когда частицы, образовавшиеся на первой ступени измельчения из целых зерен в результате удара с разрушением, будут иметь такую величину и направление скорости дальнейшего движения Уабс ПРИ которых эффективность ударного нагружения на второй ступени будет достаточно низкой, для того чтобы они разрушились. Математически данное условие запишется следующим образом: и" и Р , (2.30) Pl Ртр где и кр- скорость, соответствующая разрушению частиц, м/с; Ртр - Угл ударного трения (для зерна ртр »15.. .25). Однако после первого ударного нагружения остаются и целые зерна, имеющие интенсивные деформации во внутреннем объеме, но сохранившие первоначальную форму, которые необходимо обязательно разрушить на второй ступени измельчения. Данное требование достигается при выполнении следующего условия: Р , (2.31) JP2 Ртр где окр - скорость, соответствующая разрушению целого зерна, м/с. Согласно данным ряда авторов [45, 65, 75] скорость разрушения частицы больше, нежели скорость разрушения целого зерна, тем более имеющего значительные трещины на поверхности, т.е.: 4p V (2.32) При обосновании конструктивно-кинематических параметров предлагаемой модели ударно-центробежного измельчителя необходимо знать характер движения зерна в камере данного измельчителя, которое характеризуется такими факторами как скорость ударного нагружения, абсолютная скорость вылета зерна с разгонного (первого) ротора, относительная скорость движения зерна вдоль измельчающих и разгонных элементов, скорость отражения целого зерна и его частиц, угол вылета материала с разгонного ротора, угол отражения материала после удара и некоторые другие [61, 65, 83, 121]. В целях упрощения теоретических схем расчета влияние воздушного потока на движение частиц не учитывается. По данным Н.Е. Авдеева и Ю.А. Саликова, исследовавших процесс сепарирования в центробежных лопастных сепараторах, влияние воздушного потока на изменение относительной скорости частиц составляет всего 0,9... 1,7 % [4].
Методика проведения исследований по определению числа ударов, необходимых для разрушения зерновки
В главе 2 было выдвинуто предположение, что механизм разрушения зерновок сельскохозяйственных культур подобен малоцикловой усталости. Это означает, что приложение к зерну высоких напряжений приводит к ее разрушению за относительно малое число циклов, а достаточно низкие напряжения вообще не вызывают разрушения при любом числе циклов (в нашем случае ударов). Там же был представлен график, отражающий данный характер поведения, который подобен известной из курса сопротивления материалов кривой усталости или кривой Велера (см. рис. 2.3).
Для подтверждения выдвинутой гипотезы было решено провести эксперимент, целью которого ставилось определение числа ударов необходимых для полного разрушения зерновки при приложении различной нагрузки.
Опыты проводились на динамическом нагружателе зерна для пшеницы и ячменя влажностью 12... 14 %. Высота падения груза-ударника Н для обоих культур варьировалась в пределах от 0,1 до 1,0 м. Масса груза-ударника изменялась дискретно и имела значения:
- для пшеницы: 4 гр, 6,1 гр, 13,1 гр;
- для ячменя: 8 гр, 16 гр, 21 гр.
Используя выражение (3.10) на основании поисковых опытов для каждой точки эксперимента были определены напряжения, возникающие в зерновке (табл. 3.5). В результате того, что при напряжениях близких к динамическому пределу прочности в объеме зерновки наряду с упругими деформациями значительную долю занимают пластические деформации, то в уравнении (ЗЛО) вместо модуля упругости Е, было решено использовать модуль пластичности Е\ « 9,5... 10 МПа [89]. В результате такого шага формула (3.10) принимает следующий вид: T fi-MgHEjV3. (3.27)
Порядок проведения опытов был следующим. В зону удара, на опорной плите плашмя помещалась зерновка какой-либо из культур. Затем груз определенной массы М выставлялся на соответствующую высоту Н и отпускался. Зерновка подвергалась ударному нагружению до тех пор, пока не происходило полное разделение ее на части. При массе груза и высоте падения, соответствующих минимальным значениям напряжений зерновка подвергалась нагружению 100 раз, если разрушения не происходило, то повторения прекращались и приступали к испытанию другой зерновки. Зерновки отбирались вручную в количестве 15 шт. для каждого опыта, при этом использовались только крупные и целые зерна без видимых повреждений наружной оболочки.
Результаты опытов представлены в приложении 3. Акроксимацию полученных графиков производили с помощью прикладной программы Statistica v5.773 в среде Windows [38].
Полученные графики и акросимирующие их уравнения, а также анализ полученных результатов проведен в главе 4.
3.4. Эксперимент по исследованию рабочего процесса ударно-центробежного измельчителя
3.4.1. Описание экспериментальной установки и обоснование ее параметров
С целью экспериментальной проверки теоретических предпосылок, выдвинутых в главе 2 и дальнейшего изучения процесса измельчения в исследуемой модели ударно-центробежного измельчителя была разработана и изготовлена лабораторная установка. Ее схема приведена на рис. 3.3, а общий вид показан нарис. 3.4.
Согласно программе экспериментальных исследований, при разработке лабораторной установки к ней предъявлялись следующие требования.
1. Простота устройства, возможность быстрой разборки и сборки основных узлов, свободный доступ в камеру дробления.
2. Возможность регулирования параметров в широких пределах.
3. Возможность замеров и контроля входных и выходных параметров при помощи простых и надежных устройств.
4. Устойчивость режимов работы, возможность стабилизации основных параметров, влияющих на процесс измельчения.
Поведение коэффициента восстановления при ударе с разрушением
В ходе анализа закона сохранения кинетической энергии при ударе, проведенного в главе 2, было выдвинуто предположение, что в случае удара с разрушением зерна в результате возникновения новой составляющей - затрат энергии на образование новых поверхностей As , значение коэффициента восстановления скорости удара R , входящего в уравнение (2.14), должно значительно отличаться от значений коэффициента R . Другими словами должно наблюдаться резкое и значительное уменьшение данного коэффициента на очень маленьком интервале значений, которое в графической интерпретации можно представить в виде ступеньки (см. рис. 2.2).
Результаты проведенного эксперимента доказали правомерность выдвинутого предположения. При осуществлении опытов в точках, соответствующих переходным скоростям ударного нагружения наблюдалось существенное рассеивание значений коэффициента восстановления. Однако после их группирования (произошло разрушение или нет) четко обозначились две области значений соответствующих R и R (рис. 4.1 а, б). Из полученных графиков видно, что при нормальной влажности, с увеличением высоты падения груза-ударника Н и соответственно скорости ударного нагружения иуд, наблюдается резкий скачок значений коэффициента R, который как раз и отражает затраты энергии на образование новых поверхностей As.
В результате анализа зависимостей R =f (H,W) можно сделать следующие выводы.
1. График, аппроксимирующий зависимость R =f(H), наиболее ярко выражен только в тех точках, которые соответствуют испытанию зерновок имеющих относительную влажность W=\ 1.. .14%. В опытах проведенных на зернах с влажностью выше стандартной разрушение наблюдается только при максимальной высоте падения груза-ударника.
2. С увеличением высоты падения груза-ударника Н, и следовательно скорости ударного нагружения зерновок иуд обоих культур, наблюдается постепенное, плавное уменьшение значений R . Так для зерен ячменя коэффициент восстановления снижается с /? Т =0,112 при #=0,6 м до RZm-0,101 при #=1,0 м, а для зерен пшеницы с Я Т =0,112 при #=0,4 м до RH?" =0,076 при #=0,8 м. Груз-ударник массой Мгр=0,021кг в результате падения с высоты #=0,6 м вызывает в зерновке ячменя массой m3 45-10"6 кг нормальные напряжения равные напряжениям, возникающим при свободном прямом ударе данной зерновки о неподвижную преграду со скоростью і)уд.3 75 м/с. При высоте падения #=1,0 м имеем иу 3 «95 м/с. В случае с пшеницей груз-ударник вызывает нормальные напряжения эквивалентные скорости прямого свободного удара иуд.з « 40 м/с при падении с #=0,4 м и vy 3 « 60 м/с при #=0,8м.
Снижение коэффициента R при увеличении скорости ударного нагру-жения обусловливается постепенным ростом общей площади вновь образованных в результате удара поверхностей. В ходе визуальных наблюдений установлено, что с увеличением высоты падения груза - ударника происходит и увеличение числа частиц, что влечет за собой и рост их общей площади поверхности. Данные визуального наблюдения подтверждаются и результатами ситового анализа, которые показывают, что при ударе с коэффициентом восстановления R =0,112 приращение массовой удельной площади поверхности зерен ячме ня составила ASyd. м = 0,12 м /кг, а при R "=0,\0\, соответственно, ASyd. м= 0,34 м2/кг. Для пшеницы при &Т =0,112 - ASyd.M= 0,46 м2/кг, а при RT =0,076 ASydM= 1,61м /кг. В обоих случаях удельная площадь поверхности увеличивается в более чем 2,5 раза (в 2,8 - ячмень, в 3,5 - пшеница).
3. Результаты проведенного эксперимента позволяют утверждать, что с увеличением влажности исследуемого зерна увеличивается и значение коэффициента восстановления скорости удара R (рис. 4.3 а, б).
Как было упомянуто выше, увеличение относительной влажности приводит к усилению упруго-пластичных свойств зерна, что и вызывает рост их ударной прочности. В подтверждение этого говорит тот факт, что при нормальной влажности разрушение зерен осуществлялось как в продольном, так и в поперечном направлениях, и с достаточно высокими скоростями разлета осколков. Однако с увеличением влажности разделение частиц происходило только в поперечном направлении и практически без их отлета.
Из рис. 4.3 а, б видно, что характер поведения кривых R=f(W) как для зерен ячменя, так и для пшеницы практически одинаков с учетом лишь той разницы, что у зерен ячменя коэффициент восстановления почти во всех точках данной части эксперимента несколько выше, чем у пшеницы. Непосредственно проследить зависимость R =f(W) для обеих культур не представляется возможным. Однако если экстраполировать графики изображенные на рис. 4.1 а, б на значительную величину, т.е. расширить интервалы варьирования фактора скорости ударного нагружения иуд, то все полученные дополнительные результаты экспериментов приводят к следующим предположениям:
- если влажность зерна подвергаемого удару выше 22...24%, то будет иметь место вязкое разрушение, которое отвергает уже саму возможность ударного измельчения;
- при влажности зерен менее 20% характер кривых, описывающих зависимость коэффициента восстановления от скорости ударного нагружения будет практически одинаков с той лишь разницей, что критическая скорость для каждой влажности будет иметь свое значение, возрастающее с повышением относительной влажности зерна.
4. Исследуя характер поведения зерен ячменя при разрушении ударом, была замечено, что для этой культуры важное значение имеет место удара. Если удар груза приходится перпендикулярно плоскости зерновки «длина - ширина», т.е. когда она располагается плашмя, то ее прочность значительно выше, нежели в том случае, когда она находится на боку (удар перпендикулярно плоскости «длина - толщина»). Если вести речь о коэффициенте восстановления в общем, то в обоих случаях удара их значения практически одинаковы. Однако в переходных точках они существенно отличаются. Вследствие меньшей прочности при ударе по боковой части зерна в переходных точках наблюдается более интенсивное образование трещин, нежели при ударе плашмя. Отсюда при W = 11,5% и Н = 0,6м R = 0,17 R%0K= 0,13, однако R = 0,112 «
R K=0,l 10. При дальнейшем движении в обе стороны от переходной точки отмечается тот факт, что R& R0K. Такое же несовпадение имеет место и при относительной влажности W=16,5% в точке с /7=0,8м (Я =0,19 R OK=0,16), и при
W=2l,5% в точке с Я=1,0м (Л =0,18 R?OK=0,12).
Несмотря на то, что при ударе плашмя и о боковую часть зерна R « R K следует заметить, что во втором случае разрушается значительно больший процент зерновок. Так, например, при влажности W=16,5% и /7=1,0м при ударе о боковую поверхность разрушилось около 80% всех зерен навески, а при ударе плашмя только 15%. Аналогично и при W=\\,5% и /7=0,8м, при ударе о боковую часть - 100%, плашмя - 70%. Отсюда напрашивается вывод, что энергетически выгоднее разрушать ячмень за счет удара перпендикулярного плоскости зерновки «длина - ширина», однако такую задачу решить технически - сложно
