CC BY
64
УДК 621.926.54-621.927.9 В.А. Титов, Н.В. Мерзликина
ДЕЗИНТЕГРАТОР ДЛЯ НУЖД СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
Предложены математические модели процесса измельчения хрупких и упруго-пластичных материалов в дезинтеграторе на основе торцевой зубчатой передачи при первом режиме работы - непрерывном отводе измельченного материала.
Ключевые слова: материалы, дезинтегратор, зубчатая передача, работа, режим.
V.A. Titov, N.V. Merzlikina DISINTEGRATOR FOR THE AGRICULTURAL NEEDS. CRUSHING PROCESSES RESEARCH
Mathematical models of the crushing process of the fragile and elastic-plastic materials in the disintegrator on the basis of end gearing at the first operating mode (that is continuous withdrawal of the crushed material) are offered.
Keywords: materials, disintegrator, gearing, work, mode.
Для измельчения фуражного зерна и минеральных добавок широкого применяются молотковые дробилки. В качестве таких добавок для кормления птицы применяют известняк, размеры частиц которого должны составлять для цыплят от 1 до 2,5 мм, для взрослой птицы от 2,5 до 5 мм. Анализ работы комбикормового цеха Бархатовской птицефабрики показал, что при измельчении известняка молотковыми дробилками до 75% сырья переизмельчается.
В качестве альтернативы молотковым дробилкам был предложен дезинтегратор на основе торцевой зубчатой передачи [1].
Дезинтегратор, в отличие от молотковых дробилок, является низкоскоростной машиной, и, следовательно, лишен недостатков, присущих высокоскоростным машинам.
В сельском хозяйстве необходимо измельчать как хрупкие материалы, например, минеральные добавки, так и упруго-пластичные материалы - зерно, особенно повышенной влажности.
Для изучения процессов измельчения дезинтеграторами на основе торцевой зубчатой передачи (ТЗП) был создан экспериментальный стенд (рис. 1), состоящий из дезинтегратора и электродвигателя, соединенных клиноременной передачи, рамы и системы управления и регистрации.
Рис.1. Экспериментальный стенд 166
В дезинтеграторе реализуется процесс экструзионного измельчения материалов [2]. На рисунке 2 показаны фазы работы дезинтегратора.
б
Рис. 2. Фазы измельчения материала: а - фаза заполнения; б - фаза закрытия; в - фаза отвода
Измельчаемый материал попадает в полости, образованные впадинами между зубьями колеса и корпусом (рис. 2,а). При вращении шестерни ее зубья «закрывают» полости (рис. 2,б), в которых материал, подвергаясь всестороннему сжатию со сдвигом, измельчается. При дальнейшем вращении измельченный материал «отводится» через отверстия в решетке (рис. 2,в).
Дезинтегратор может работать в двух режимах. При п е р в о м режиме измельченный материал непрерывно «отводится» через отверстия в решетке (рис. 2). При в т о р о м режиме вместо решетки устанавливается съемная крышка. Измельченный материал отводится периодически через фиксированные промежутки времени.
Ввиду того, что дезинтегратор измельчает широкую гамму различных материалов, исследования выполнялись на хрупких и упруго-пластичных материалах. В качестве хрупкого материала был выбран известняк, а упруго-пластичного - вулканизированная резина.
а
в
Исследование измельчения при первом режиме работы дезинтегратора
Предварительные исследования выявили, что на процесс измельчения влияют несколько факторов. В результате анализа в качестве факторов приняты следующие факторы:
зазор между колесом и решеткой - Н1, мм;
зазор в зацеплении - Н2, мм;
число оборотов двигателя - пс1, об/мин;
диаметр отверстий в решетке - Ос, мм.
В качестве выходных параметров выбраны такие, которые позволяют оценить как качество измельченного материала, так и работу самого дезинтегратора.
Приняты следующие выходные параметры:
- средняя степень измельчения 1=Оср/Сср, где Оср и Сср - средневзвешенные размеры исходного (измельчаемого) и конечного (измельченного) материала;
- работа при измельчении материала;
- гистограмма фракционного состава измельченного материала.
Образцы измельченного материала подверглись рассеву на механическом встряхивателе со стандартным набором сит с размерами сторон ячеек от 2,5 до 0,05 мм.
Для исследования процесса измельчения при четырех входных факторах принят план второго порядка, предусматривающий проведение 27 опытов [3]. В таблице приведены интервалы и уровни варьирования факторов.
Интервалы и уровни варьирования факторов
Фактор Кодовое обозначение Интервал варьирования Уровень факторов
-1 0 +1
Ис * 600 1200 1800 2400
Ос X2 2 2 4 6
Н1 Xз 1,0 0,1 1,1 2,1
Н2 X4 0,4 0,3 0,7 1,1
Результаты исследований для средней степени измельчения были первоначально аппроксимированы полиномом второй степени
у - Bo+ B|XXi+ B2xX2+BзxXз+B4xX4+B5xX1xX2+B6xX|XXз+B 7x^4+ B8xX2xXз+B9xX2xX4+BюxXзxX4+B11xX1xX1+B12xX2xX2+B1зxXзxXз+B|4xX4xX4.
(1)
Однородность дисперсии проверена по критерию Кохрена. После оценки значимости коэффициентов по ^критерию Стъюдента, однородности и адекватности по критерию Фишера [3] было получено окончательные уравнения регрессии для средней степени измельчения: при измельчении известняка
Y=14,547-5,235X2-2,228X1X2;
при измельчении резины
Y=16,965+1,179X1-8,456X2+1,146Xз-1,968X1X2-3X2Xз-0,95X2X4-2,351X12+0,611 X22+1,036 Xз2.
По указанной выше методике получены уравнения регрессии для работы: при измельчении известняка
А=71,166+38^.
при измельчении резины
А=71,166+29,3*.
(2)
(3)
(4)
(5)
Ввиду погрешностей выходных параметров произошло вырождение коэффициентов уравнения полинома, аппроксимирующего производительность. Для получения модели производительности опыты необходимо повторить при непрерывной подаче измельчаемого материала.
На основе уравнений (2)-(5) построены графические зависимости при различных сочетаниях входных факторов. На рисунках 3-6 приведены наиболее характерные виды зависимостей для средней степени измельчения известняка !из и резины !р.
1и
/ад = *800 об/мин Н1 -1,1 мм Н2 -0,7 мм
3,2 3.4 3,6 3,8
4,2 4,4 4,6 4.8 ОС, ММ
Рис. 3. Средняя степень измельчения известняка от Dc
Рис. 4. Средняя степень измельчения резины от Dc
Рис. 5. Средняя степень измельчения резины от ^
Рис. 6. Средняя степень измельчения резины от Н
На рисунках 7-10 приведены наиболее характерные зависимости для работы измельчения резины.
Ар,
кДж
140
130
120
110
100
Nd = 1800 об/мин Н1 -1,1 мм Н2 - 0,7 мм
Ар,
кДж
140 i-
120 h
110 h
90 L 1500
j
Ос = 4 мм Н1 = 1,1 мм Н2 = 0,7 мм
1560
1620
1680
1740 1800 1860 1920 1980 2040 Nd, об/МИН
3 3,2 3.4 3.6 3.8
4.2 4,4 4.6 4 8 £)C, MM
Рис. 7. Работа измельчения резины от Dc
Рис. 8. Работа измельчения резины от ^
Ар,
кДж
140
130
120
110
100
90
Nd = 1800 об/мин Dc = 4 мм Н2 - 0,7 мм
кДж
140 [
130 ь
110 \
90 L_
I
I
Nd = 1800 об/мин Dc = 4,0 мм Н1-1.1 мм
0.6 0.7 0.8 0,9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Н1, ММ
0.50 0 54 0.58
Рис. 9. Работа измельчения резины от Н
Рис. 10. Работа измельчения резины от Нг
Большой интерес представляет фракционный состав измельченного материала. С помощью специальной программы обработаны результаты рассева материала по всем проведенным опытам. Получены графические зависимости фракционного состава для известняка (рис. 11, 12).
I
Р
Л // (■: >1 ч Ос-2 17 - 26 2 4 25
,Л Лч.\
ч' XV. \ ч
А !\ А' * 'ЛХ^Л ч- Схч'. \
/ч Р/
0 °-5 1 15 2 б. мм
Рис. 11. Фракционный состав измельченного известняка при йс=2 мм
Рис. 12. Фракционный состав измельченного известняка при йс=4 мм
Выводы
Анализ зависимостей выходных параметров процесса измельчения от входных факторов и оценка их влияния выявили следующие:
1. Наибольшее влияние на среднюю степень измельчения материалов оказывает диаметр Ос в решетке, влияние числа оборотов двигателя, зазоров в дезинтеграторе не превышает 10-12%.
2. Работа измельчения материала обратно пропорциональна диаметру отверстий Ос решетки и прямо пропорциональна числу оборотов двигателя, изменение зазора Н1 между колесом и решеткой от 0,6 до 1,0 мм не оказывает влияния, но дальнейшее увеличение зазора, например, из-за износа, приводит к ощутимому увеличению работы измельчения, зазор в зацеплении Н2 влияет в пределах 5-7%.
3. Фракционный состав измельченного материала зависит от диаметра отверстий Ос в решетке. Закон распределения фракционного состава близок к нормальному. Центр группирования находится в пределах (0,4-0,5)0с.
4. Полученные зависимости и оценка влияния входных факторов позволяют подобрать настроечные параметры процесса измельчения и прогнозировать влияние износа дезинтегратора на протекание процесса измельчения.
Литература
1. Василенко, Н.В. Дезинтегратор для измельчения зерна и минерального сырья / Н.В. Василенко, В.А. Титов // Комбикорма. - 2007. - №5. - С.40.
2. Титов, В.А. Реализация способа экструзионного измельчения в дезинтеграторе на основе торцевой зубчатой передачи / Н.В. Василенко, В.А. Титов // Проблемы машиностроения и автоматизации. -2007. - №1. - С.115-117.
3. Спиридонов, А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А.А. Спиридонов. - М.: Машиностроение, 1981.
♦
