CC BY
4Вестник АПК
Ставрополья
№ 2(18), 2015
Агроинженерия
49
УДК 631.333
Ладыгин Е. А., Симакин Ю. А., Пимонов К. И.
Ladygin Ye. A., Simakin Yu. A., Pimonov Ko. I.
К ВОПРОСУ УПРУГОГО РАСШИРЕНИЯ ГРАНУЛ
ON A QUESTION OF THE ELASTIC EXTENSION OF FODDER GRANULES
Приведены методики определения влажности, значений коэффициентов упругого расширения и прочности гранул в зависимости от влажности прессуемого материала, а также определены их значения. Установлены рациональные значения коэффициентов упругого расширения и прочности гранул, влажности навоза и органо-минеральной смеси.
Ключевые слова: навоз, органно-минеральная смесь, прессование, давление сжатия, влажность, коэффициент упругого расширения, прочность.
Are presented methods of the investigation of moisture, levels of elastic extension coefficients and of granules stability depending to moisture of compressed material including quantitative evaluation of these results. There are gained optimal levels of elastic extension and of granules mechanic stability, prepared with manure and organo-mineral mix.
Key words: manure,organo-mineral mix, technological compression, level of compression, moisture, elastic extension coefficient, granules mechanic stability.
Ладыгин Евгений Александрович -
доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, механизации и автоматизации технологических процессов и производств
Донской государственный аграрный университет п. Персиановский Ростовской области Тел.: 8(86360) 3-62-40 E-mail: ladygin.59@mail.ru
Симакин Юрий Александрович -
доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, механизации и автоматизации технологических процессов и производств
Донской государственный аграрный университет п. Персиановский Ростовской области Тел.: 8(86360) 3-62-40 E-mail: ladygin.59@mail.ru
Пимонов Константин Игоревич -
доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры агрохимии и садоводства Донской государственный аграрный университет пос. Персиановский, Октябрьского(с) района Ростовской области, Россия Тел.: 8(86360)3-62-98; 8-928-183-18-06 Е-mail:Konst.pimonov@yandex.ru
Ladygin Yevgeniy Aleksandrovich -
PhD in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Life Security, Tecnologies Mechanization and Automation Department,
Don State Agrarian University, Persianovskiy, Rostov's region, Russian Federation Tel.: 8(86360)3-62-40 E-mail: ladygin.59@mail.ru
Simakin Yury Aleksandrovich -
PhD in Technical Sciences, Associate Professor of
the Life Security, Tecnologies Mechanization and
Automation Department, Don State Agrarian University,
Persianovskiy, Rostov's region
Russian Federation
Tel.: 8(86360)3-62-40
E-mail: ladygin.59@mail.ru
Pimonov Konstantin Igorevich -
Doctor in Agricultural Sciences, Professor of the Departmetn of Agricultural Chemistry and Gardening Donskoy State Agrarian University, village Persianovskij
Tel.: 8(86360)3-62-98; 8-928-183-18-06 Е-mail: Konst.pimonov@yandex.ru
Навоз крупного рогатого скота (КРС) и органо-минеральные смеси (ОМС) представляют собой сложную трёхфазную дисперсную среду, состоящую из твердой фазы, газообразной и жидкой (различные формы влаги), которые обуславливают анизотропные свойства.
Ранее проведённые исследования [1, 2] при прессовании различных растительных материалов позволяют сделать вывод о том, что наиболее полное рассасывание напряжений происходит у порога насыщения частиц адсорбционной влагой, что способствует возникновению более устойчивых связей между частицами и более интенсивному процессу трансформации упругих деформаций в пластические. При этом отмечено значительное влияние влажности прессуемого материала на давление сжатия, усилие проталкивания и др. показатели [2].
Навоз КРС и ОМС на его основе характеризуются упругими, пластическими и вязкими деформациями. Под действием упругих деформаций из-за неполного рассасывания напряжений прессуемого материала после снятия нагрузки происходит расширение гранул в направлении приложения сил и, следовательно, снижение их плотности, что оказывает существенное влияние на прочность получаемых гранул.
В связи с этим целью данной работы является изучение процесса упругого расширения гранул из навоза КРС и оМс.
В экспериментах использовали навоз и органо-минеральную смесь, состоящую из 98 % навоза и 2 % суперфосфата. При этом влажность навоза варьировалась в пределах от 9,1 до 27,2 %, органо-минеральной смеси -от 7,8 до 23,6 %. Влажность определяли по известной методике в соответствии с требованиями ГОСТ-26713-85 [3].
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
Степень расширения гранул оценивали величиной коэффициента упругого расширения, который зависит от плотности материала в процессе прессования и конечной плотности гранул и может быть найден из известного соотношения:
Ку = Ушах / Ун (1)
где Ку - коэффициент упругого расширения;
Утах - максимальная плотность гранул под давлением, кг/м3; уг - плотность гранул после расширения, кг/м3.
Так как масса гранул при расширении не изменяется, то уравнение (1) можно представить в виде:
Ку = уг / ут,„, (2)
где уг - объём гранул после расширения, м3, ущт - минимальный объём гранул под давлением, м3.
Объём гранул можно определить (соответственно) по формулам:
уг = 0, 25 п ёг2 иг, (3)
ут1П = 0, 25 п ф2 и, (4)
где ёг, -конечный и минимальный (соответственно) диаметр гранул, м. иг, и1 - конечная и минимальная (соответственно) высота гранул, м.
После подстановки соответствующих значений (формулы 3 и 4) получим выражение:
:ку = (иг аг2) / (и1 а12) (5)
Для определения геометрических размеров гранул использовали лабораторную установку (рис. 1), состоящую из гидравлического пресса, комплекта тензометрической аппаратуры, прибора для исследования процесса прессования в закрытой камере [4]
Минимальные размеры гранул под давлением определяли по осцилограммам, а после их извлечения из прессовального цилиндра - штангенциркулем. Размеры гранул определяли через 1, 2, 3, 4, 5, 10, 30 и 60 минут после их выхода из прессовального цилиндра в трёхкратной повторности.
Рисунок 1 - Установка для исследования процесса прессования рассыпных материалов в закрытом контуре
На рис. 2 представлены графики, отражающие изменение коэффициентов упругого расширения в зависимости от влажности навоза и органо-минеральной смеси. Из анализа представленных данных следует, что увеличение влажности навоза от 9,1 до 23.1 % привело к возрастанию величины коэффициента упругого расширения от 1,21 до 1,43, или в 1,18 раза. При увеличении влажности органо-минеральной смеси от 7,8 до 23,6 % коэффициент упругого расширения увеличился от 1,23 до 1,51, или в 1,23 раза. Необходимо отметить, что возрастание коэффициента упругого расширения происходило почти пропорционально увеличению влажности навоза.
Наибольшее расширение гранул происходило в течение первых 1-2 минут после снятия нагрузки и заканчивалось практически к концу десятой минуты. Полное прекращение расширения гранул наблюдалось по истечению одного часа.
%-----
7 11 « го гГЩ.
Рисунок 2 - График зависимости коэффициентов упругого расширения
навоза -1 и органо-минеральной смеси-2 от влажности
Так, в течении первой минуты плотность навоза при влажности 19,1 % уменьшилась в 1,2 раза, а после этого к концу десятой минуты всего в 1,02 раза, далее расширение гранул прекратилось.
При влажности навоза 23,1 % плотность гранул за одну минуту уменьшилась в 1,3 раза, а затем в течение часа плотность уменьшилась всего в 1,08 раза.
Подобная закономерность наблюдалась и для органо-минеральной смеси. Так, при влажности смеси 14,6; 17,6 и 21,1 % плотность гранул уменьшилась соответственно в 1,35; 1,37; 1,47 раза, а в течение первой минуты плотность гранул снизилась соответственно в 1,26; 1,30; и 1,40 раза.
Добавление в навоз 2 % суперфосфата от общей массы вызвало более интенсивное расширение гранул, в результате чего значение
в
естник ЛПК
Ставрополья
№ 2(18), 2015
Агроинженерия
51
коэффициентов упругого расширения гранул было выше.
Увеличение влажности прессуемого материала оказало влияние не только на упругое расширение, но и на прочность получаемых гранул. Прочность отдельных гранул, характеризующая их способность оказывать сопротивление раздавливающему усилию, определяли на динамометре-работомере [4] конструкции ВИСХОМ (рис. 3). Для этого гранулу 2 зажимали между упором 1 и подвижным штоком 3.
Рисунок 3 - Общий вид прибора для определения прочности гранул
При вращении рукоятки 7 происходило перемещение штока и подвижной каретки 5 с записывающим устройством, вызывая сжатие пружины 6. Усилие, прикладываемое к грануле, записывали на миллиметровую бумагу барабана 4. Затем по тарировочному графику устанавливали величину раздавливающего усилия. Данные измерений приведены в таблицах 1 и 2. Из анализа полученных данных следует, что с увеличением влажности навоза от 9,1 % до 14,5 %, а органо-минеральной смеси от 7,8 % до 14,6 % прочность гранул повышалась и достигла максимальных значений. Дальнейшее повышение влажности как навоза, так и органо-минеральных смесей привело к снижению прочности гранул и повышению их упругого расширения.
Таблица 1 - Влияние влажности навоза на упругое расширение и прочность гранул
Влажность, % Значение коэффициента упругого расширения Прочность гранул, Н
9,1 1,21 175
14,5 1,24 190
16,0 1,32 165
19,4 1,34 140
23,1 1,43 115
27, 2 1,46 92
Влияние влажности прессуемого материала на процесс его сжатия можно объяснить следующим образом.
Влага, находящаяся в частицах прессуемого материала влажностью до 8 % представляет собой воду, прочно связанную с твёрдым веществом.
Увлажнение материала до 16-18 % приводит к появлению адсорбционной воды. Количество адсорбционной воды в растительных материалах, к которым можно отнести и навоз КРС и органо-минеральные смеси на его основе по данным академика П. А. Ребиндера [5] может достигать 18 %.
Таблица 2 - Влияние влажности органо-минеральной смеси на упругое расширение и прочность гранул
Влажность, % Значение коэффициента упругого расширения Прочность гранул, Н
7,8 1,23 86
10,9 1,28 110
14,6 1,35 196
17,6 1,37 165
21,1 1,47 82
23,6 1,51 66
Основным свойством адсорбционной воды В. М. Наумович [6] и др. считают способность такой воды вызывать сжатие составляющих частиц прессуемого материала под действием адсорбционных сил. При этом наблюдается как бы подпрессовка материала. Поэтому, чем сильнее будут сжаты составляющие частицы адсорбционными силами, тем меньшее усилие требуется прикладывать при их прессовании для получения прочных гранул.
Увеличение влажности прессуемого материала свыше 16-18 % вызывает появление капиллярной воды, которая, по мнению Н.Г. Булынко и В.Н. Иванова [7], приводит к образованию очагов слабых мест за счёт расклинивающего её действия. Это вызывает снижение прочности гранул и повышение необходимого усилия сжатия.
Выводы
1 .Влажность навоза и органо-минеральной смеси оказывает значительное влияние на коэффициент упругого расширения и прочность гранул.
2.Увеличение влажности навоза и органо-минеральной смеси способствует росту коэффициента упругого расширения гранул.
3. Увеличение влажности навоза и органо-минеральной смеси приводит сначала к росту прочности гранул, а после достижения определённого порога - к их снижению.
4.Добавление в навоз 2 % суперфосфата от общей массы вызывает более интенсивное расширение гранул в результате чего значение коэффициентов упругого расширения гранул увеличивается.
5. При прессовании навоза КРС и органо-минеральной смеси на его основе оптимальной влажностью, обеспечивающей получение прочных гранул, следует считать 9-18 %, при этом значения коэффициентов упругого расширения составят 1,28 для навоза и 1,33 для органо-минеральных смесей.
52
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Литература
1. Симакин Ю. А. Исследование процесса брикетирования кормов зубчатым рабочим органом : дис. ... канд. техн. наук. Зерноград, 1977. 201 с.
2. Ладыгин Е. А. Технология и пресс для гранулирования кормолекарственных смесей : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Рязань, 1992. 15 с.
3. Гост 26713-85. Удобрения органические. Метод определения влаги и сухого остатка. Введ. 01.01.87. М. : Госстандарт Союза ССР, 1986. 6 с.
4. Симакин Ю. А. Прибор для исследования процесса прессования кормов : информ. листок №309-76 / Северо-Кавказский межотраслевой территориальный ЦНТИ. 1976.
5. Ребиндер П. А. О форме связи влаги с материалами в процессе сушки М. : ВЦСПС, 1958. 14 с.
6. Наумович В. М. Теоретические основы процесса брикетирования торфа. Минск : Изд. АН БССР, 1960.196 с.
7. Булынко М. Г, Иванов В. Н. Брикетирование торфа. М. : Госэнергоиздат, 1962. 304 с.
References
1. Simakin Yu.A. The Investigation of Fodder Compression Process by Cogwheel Equipment: Dissertation ... Ph.D. Mechanization.- Zernograd,1977.- 201 p.
2. Ladygin Ye.A. Technology and Compressing Equipment for Producing of Granules with Foodstuffs+Drugs Mixes: Autoreferate of Dissertation . Ph.D. Mechanization.-Ryazan, 1992.- 15 p.
3. State Standard Nb 26713-85 (SU). Organic Fertilizers. The Method of Moisture and Dry Components Data.
4. Simakin Yu.A. The Equipment for Fodder Compression Evaluation.- The Informing Site of North-Caucasian Scientific and Technical Information Centre Nb 309-76.-Rostov-on-Don, [год].- р.
5. Rebinder P.A. On Formation of Connects by Water with Other Compounds During Drainage.- Moscow, 1958.6. Naumovich V.M. Theoretic Base of Peat
Briquettes Production.- Minsk, 1960.7. Bulynko M.G., Ivanov V.N. The Peat Briquettes Production.- Moscow, 1962.-
