CC BY
1в
естник АПК
Агроинженерия -! № 2(14), 2014 " "
61
УДК 631.361.24
Лебедев А. Т., Валуев Н. В., Искендеров Р. Р.
Lebedev A. T., Valuev N. V., Iskenderov R. R.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
EXPERIMENTAL THEORETICAL APPROACHES TO ESTIMATION OF EFFICIENCY OF GRAIN MATERIALS GRINDING PROCESS
Основой укрепления и развития отрасли животноводства является создание прочной кормовой базы. По мнению отечественных и зарубежных экспертов, кормление занимает 60-70 % себестоимости продукции. Добиться снижения затрат можно улучшая эффективность использования кормов в переработанном виде. Измельчение является одним из наиболее энергоемких процессов при производстве комбикормов и кормосмесей и потребляет до 70 % электроэнергии, затрачиваемой на весь технологический процесс. При тонком измельчении используемые дробилки дают до 30 % пылевидной фракции, а при грубом - до 20 % недоизмель-ченной фракции. К тому же переизмельчение ведет к дополнительным потерям энергии. Проблемная ситуация в области измельчения зерна состоит в том, что, с одной стороны, постоянно растут требования к качеству измельчения зернофуража, снижению расхода энергии, металла, а с другой стороны, традиционные измельчающие устройства не могут обеспечить дальнейшее коренное совершенствование этого процесса.
Таким образом, предлагаемые экспериментально теоретические подходы с позиции надежности процесса измельчения дают возможность не только детально исследовать получаемые результаты, но и производить оценку эффективности этого процесса. Сведение к минимуму недоизмельченной и переизмельченной фракций, как тормозящих процесс и неудовлетворяющих зоотехническим требованиям, за счет внесения изменений в конструкции измельчителей, использования новых форм рабочих органов, способов измельчения и подходов к организации и управлению процессом позволит снизить затраты энергии и повысить эффективность измельчения.
Ключевые слова: измельчение, перемолот, недомолот, требуемая крупность, фактическая результативность, молотковая дробилка, конусная дробилка.
Basis for strengthening and development of the livestock industry is the creation of a stable fodder base. According to domestic and foreign experts, feeding takes 60-70 % of production costs. Improving the efficiency of using processed feed can help to decrease costs. Grinding is one of the most energy-intensive processes in the production of animal feed and feed mixes and consumes up to 70 % of the electricity for the entire process. When fine grinding the mills produce up 30% of dust fraction, while the rough grinding - up to 20% of underground fraction. Besides overgrinding leads to additional energy losses. The problem of grain refinement is constantly increasing requirements for quality of grain forage grinding and reducing energy and metal consumption, on the one hand, and the fact that conventional grinding devices cannot provide further improvement of the process, on the other hand.
Thus, the proposed experimental theoretical approaches from the perspective of reliability of grinding process not only provide an opportunity to investigate the results obtained in detail, but also to assess the effectiveness of this process. Minimizing underground and overgrinding fractions as hindering the process and unsatisfying zootechnical requirements due to changes in the design of grinders, using new forms of working bodies, grinding methods and approaches to the organization and management of the process will reduce energy costs and improve grinding efficiency.
Key words: grinding, overgrinding, underground fraction, required fineness, actual performance, hammer grinder, cone grinder.
Лебедев Анатолий Тимофеевич -
доктор технических наук,
профессор, заведующий кафедрой
технического сервиса, стандартизации и метрологии
Ставропольский государственный
аграрный университет
г. Ставрополь
Тел.: 8-961-498-64-23
E-mail: lebedev.1962@mail.ru
Валуев Николай Васильевич -
доктор технических наук,
профессор кафедры технического сервиса в АПК Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета г. Зерноград
Искендеров Рамиль Рашидович -
инженер, аспирант кафедры
технического сервиса, стандартизации и метрологии
Ставропольский государственный
аграрный университет
г. Ставрополь
Тел.: 8-918-762-34-67
E-mail: iskenderov_ramil@inbox.ru
Lebedev Anatoly Timofeevich -
Doctor in Technical Sciences,
professor, head of department
technical service, standardization and metrology
Stavropol State
Agrarian University,
Stavropol
Tel.: 8-961-498-64-23 E-mail: lebedev.1962@mail.ru
Valuev Nikolay Vasil'evich -
Doctor in Technical Sciences, Professor of Department of Technical support in the agricultural sector Azov-Black Sea Engineering Institute Don State Agrarian University Zernograd
Iskenderov Ramil Rashidovich -
engineer, graduate student
technical service standardization and metrology
Stavropol State
Agrarian University
Stavropol
Tel.: 8-918-762-34-67
E-mail: iskenderov_ramil@inbox.ru
62
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
естник АПК
Ставрополья
Основой укрепления и развития отрасли животноводства является создание прочной кормовой базы. По мнению отечественных и зарубежных экспертов, кормление занимает 60-70 % себестоимости продукции. Добиться снижения затрат можно улучшая эффективность использования кормов в переработанном виде. Измельчение является одним из наиболее энергоемких процессов при производстве комбикормов и кормосмесей и потребляет до 70 % электроэнергии, затрачиваемой на весь технологический процесс. При тонком измельчении используемые дробилки дают до 30 % пылевидной фракции, а при грубом - до 20 % недоизмельчен-ной фракции. К тому же переизмельчение ведет к дополнительным потерям энергии. Проблемная ситуация в области измельчения зерна состоит в том, что, с одной стороны, постоянно растут требования к качеству измельчения зернофуража, снижению расхода энергии, металла, а с другой стороны, традиционные измельчающие устройства не могут обеспечить дальнейшее коренное совершенствование этого процесса [1].
Измельчение зернового материала идет в несколько приемов, при этом на каждом этапе получают частицы различной крупности. В их составе наряду с частицами требуемого размера имеются и такие, которые не следует подвергать разрушению в последующих приемах. Они остаются в общей массе материала, воспринимают на себя часть действующих усилий, гасят их, переизмельчаются и резко тормозят течение процесса в необходимом направлении.
Как правило, весь измельченный материал можно разделить на три укрупненных части: недомолот, перемолот и частицы, соответствующие заданному диапазону измельчения, то есть требуемой крупности.
Особенно важным является не измельчать лишнего и не допускать перемолота материала и соответственно перерасхода дополнительно затрачиваемой энергии для этого. При этом следует отметить, что хотя недомолот и можно устранить повторным измельчением, но это также сопровождается дополнительным объемом работ и дополнительными затратами энергии. Повторное измельчение может сократить количество недомолота, но в то же время
и увеличить количество перемолота в зависимости от способа измельчения [2] и совершенства конструкции.
По некоторым данным [3], при измельчении материалов средней прочности, когда степень измельчения составляет 3-4, расход энергии колеблется от 0,4 до 1 кВтч/т; при тонком помоле расход энергии достигает 30 кВтч/т, а иногда и больше. Чем мельче частицы, тем меньше в материале внутренних дефектов, тем они прочнее и, следовательно, на их измельчение требуются большие затраты энергии.
Процесс измельчения зернового материала можно представить как разрушение исходного продукта, в процессе чего получается измельченный материал определенной крупности. Однако измерение крупности всего измельченного материала одним показателем не информативно, и поэтому часто проводят ситовый анализ, выявляя некоторое количество фракций различной крупности. При этом любой процесс измельчения зерновых материалов сопровождается образованием частиц сильно перемолотых и таких, которые не подверглись разрушению до необходимой крупности, то есть недомоло-тых. Исходя из этого, оценку процесса измельчения и его надежность можно осуществить по одному из известных законов распределения случайных величин.
На рисунке 1 представлена схема случайного распределения измельченной массы по фракциям, включающим частицы требуемой крупности, недомолот и перемолот. В каждом случае распределение по этим трем показателям индивидуально. Как правило, зона частиц заданного размера определяется зоотехническими требованиями, предъявляемыми к корму, и видами животных или птицы, для которых он готовится [4].
Рисунок 1 - Ситовый анализ измельчения
в
естник АПК
Ставрополья
:№ 2(14), 2014
Агроинженерия
63
Накопленная вероятность [5] складывается из опытных показателей процентного содержания измельченной массы в каждой из представленных фракций и как случайная величина характеризуется графиком интегральной функции F(x).
Таким образом, результат процесса измельчения можно представить в виде
~ Franix) +
F„ix)+FHix),
где FmKix), F„ix), FHix) - показатели фракции с требуемой крупностью частиц, перемолота и недомолота соответственно. Если объединить F„ix) и FHix) в одну группу FHyix) как фракции не удовлетворяющие заданным требованиям, получим
Fix) = FmKix) + FHyix),
при этом FHyix) в идеале должно стремиться по значению к 0.
Так как на измельчение образующихся в процессе более мелких частиц расходуется больше энергии, чем на разрушение исходных, спрогнозируем затраты энергии, опираясь на рису-
нок 1. Примем средний размер частиц исходного материала й = 5, тогда, сопоставив этот показатель со средним размером полученных частиц d недомолота, требуемой крупности и частиц перемолота, получим степень из-_5/ — л ло у _5,
мельчения
и Л
_ 5
'/0,25
Л = 13,5 = !'43' Л = 71,4 = 3'6
= 20 соответственно.
Если расход энергии на недомолот мал и связан в основном с транспортировкой таких частиц в зону выгрузки, то при степени измельчения 3,6 он составляет 0,4...1 кВтч/т, а при степени измельчения 20 равен 6.8 кВтч/т.
На основе изложенных теоретических подходов нами были разработаны новые конструкции малогабаритных дробилок роторного и конусного типа [6].
Сравним эффективность работы конусной дробилки и молотковых дробилок типа ДМ-10, использующихся для приготовления кормов в СПК колхоз-племзавод «Казьминский» Ставропольского края [7]. Анализ измельченного зернового материала этих двух дробилок представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Распределение измельченных частиц (а) в молотковой и (б) в конусной дробилке
Анализ диаграмм говорит о значительном улучшении качества сырья на выходе в случае конусной дробилки. Количество измельченной массы требуемой крупности в ней равно 83,4 %, в то время как в молотковой дробилке 44,7 %.
Более наглядно эффект работы дробилок можно оценить показателем фактической результативности Ф,- [7], который показывает, сколько приходится надежных применений объекта Ф, на каждое ненадежное
Фн
Zi
шение массы измельченного материала, требуемой крупности, к общей массе отбираемых навесок (таблица).
Таблица - Сравнительные данные эффективности работы дробилок
Недо- Пере- Требуемая Общая
Дробилка Ф, молот, молот, крупность, масса,
т т т т
Конусная 0,83 4,9 80 86 834 1000
Молотковая 0,45 0,8 210 343 447 1000
Предложенная методика позволяет произвести оценку процесса измельчения в молотковой и конусной дробилках, где за показатель надежности Ф,- процесса дробления принимаем отно-
Видно, что эффективность работы конусной дробилки по показателю фактической результативности процесса в 3 раза больше. Недомолот и перемолот уменьшены в 2,6 и 4 раза соответственно, а фракция требуемой крупности увеличена в 1,9 раза, что совпадает с назначением целевой функции ^(х).
б
a
64
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Таким образом, предлагаемые экспериментально теоретические подходы дают возможность не только детально исследовать получаемые результаты измельчения зерновых материалов, но и производить оценку эффективности этого процесса. Сведение к минимуму недоизмельченной и переизмельченной фракций, как тормозящих процесс и неудовлетво-
Литература
1. Измельчение зерна и других сыпучих материалов http://b2b-zhivotnovodstvo.ru/ lib/spravochnik/52902 // Животноводство. Отраслевая торговая площадка. - Ши http://b2b-zhivotnovodstvo.ru/ (дата обращения: 28.04.2014).
2. Лебедев А. Т., Искендеров Р. Р. Анализ способов измельчения материалов. // Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК: сборник научных статей. Ставрополь : АГРУС. 2013. 221 - 224 с.
3. Сиденко П. М. Измельчение в химической промышленности. М. : «Химия». 1977. 368 с.
4. Кулаковский И. В., Кирпичников Ф. С., Резник Е. И. Машины и оборудование для приготовления кормов : справочник ч.1. М.: Росссельхозиздат. 1987. 285 с.
5. Кравченко И. Н., Зорин В. А. , Пучин Е. А., Бондарева Г. И. Основы надежности машин. / И.Н. Кравченко, : учебное пособие для вузов. часть II. М. 2007. 260 с.
6. Патент 2476269 Российская Федерация, Конусная инерционная дробилка. / А. Т. Лебедев, Р. В. Павлюк, Д. И. Макаренко и др. - № 2011143842; заявл. 28.10.11; опубл. 27.02.13. Бюл. № 6. 7 с.
7. Лебедев А. Т., Макаренко Д. И. ,Каа А. В., Шумский А. С. . Надежность процесса измельчения зерновых материалов, используемых для кормления животных. // Вестник АПК Ставрополья. №1(5). 2012. 29 - 31с.
ряющих зоотехническим требованиям, за счет внесения изменений в конструкции измельчителей, использования новых форм рабочих органов, способов измельчения и подходов к организации и управлению процессом, позволит снизить затраты энергии и повысить эффективность измельчения.
References
1. Grinding grain and other bulk materials http://
b2b-zhivotnovodstvo.ru/lib/spravoch-nik/52902 // Livestock. Sectoral trading platform. - URL: http://b2b-zhivotnovodstvo.ru/ (date accessed: 04/28/2014).
2. Lebedev A. T., Isgenderov R. R. Analysis of the methods of grinding materials. // Actual problems of scientific and technological progress in agribusiness: a collection of scientific articles. Stavropol : AGRUS. 2013. P. 221 - 224.
3. Sidenko P. M. Shredding in the chemical industry. Moscow : "Chemistry". 1977. 368 p.
4. Kulakovski I. V., Kirpichnikov F. S., Reznik E. I. Machinery and equipment for feed preparation : Handbook Part 1. Moscow : Rosssel-hozizdat. 1987. 285 p.
5. Kravchenko I. N., Zorin V. A., Puchin E. A., Bondarev G. I. Fundamentals of machine reliability : textbook for high schools. Part II. Moscow. 2007. 260 p.
6. Patent 2476269 Russian Federation, Cone Crusher inertial / A.T. Lebedev, R.V. Pavlyuk, D.I. Makarenko, etc. - № 2011143842; app. 28.10.11; pub. 27.02.13. - Bull. №6. - 7 p.
7. Lebedev A. T., Makarenko D. I., Kaa A.V., Shumsky A. S. . Reliability grain milling process materials used for animal feed // Agriculture Bulletin of Stavropol Region №1(5). 2012. P. 29 - 31.
