CC BY
13
техническое обеспечение АПК Сибири», СибИМЭ СФНЦА РАН (р.п. Краснообск, 7-8 июня 2017 г.).
5. Machine-Tractor Aggregates Operation Assurance by Mobile Maintenance Teams / G.V. Red-reev [i dr.] // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering, Volume 221, conference 1, S. - 012016. URL http://iopscience.iop.org/arti-cle/10.1088/1755-1315/221/1/012016.
6. Соломкин А.П. Формирование и обеспечение готовности тракторов (на примере тракторов «Кировец») : дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.03 / Соломкин Александр Прокопьевич. - Алексеевка, 1984. - 460 с.
7. Пометун Ю.П. Обоснование дифференцированного технического обслуживания тракторов в зависимости от предстоящего вида полевых работ : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03 / Пометун Юрий Петрович. - Челябинск, 1990 г. -20 с.
8. Хабатов Р.Ш. Техническое обслуживание и ремонт машинно-тракторного парка / Р.Ш. Хабатов, Г.Е. Топилин, В.М. Забродский ; под ред. Р.Ш. Хабатова. - Киев : Урожай, 1987. - 244 с.
9. Киртбая Ю.К. Резервы в использовании машинно-тракторного парка / Ю.К. Киртбая. - М. : Колос, 1982. - 319 с.
10. Топилин Г.Е. Работоспособность тракторов / Г.Е. Топилин, В.М. Забродский. - М. : Колос, 1984. - 303 с.
Редреев Григорий Васильевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой технического сервиса, механики и электротехники, Омский ГАУ, [email protected]; Козлихина Елена Евгеньевна, инженер по организации и нормированию труда филиала «Омского моторостроительного объединения им. П.И. Баранова» АО «НПЦ газотурбостроения «Салют», [email protected].
tekhnicheskoe obespechenie APK Sibiri", SibIME SFNCA RAN (r.p. Krasnoobsk, 7-8 iyunya 2017 g.).
5. Machine-Tractor Aggregates Operation Assurance by Mobile Maintenance Teams / G.V. Redreev [i dr.] // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering, Volume 221, conference 1, S. - 012016. URL http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/221/1/012016.
6. Solomkin A.P. Formirovanie i obespechenie gotovnosti traktorov (na primere traktorov «Kirovec») : dis. ... d-ra tekhn. nauk: 05.20.03 / Solomkin Alek-sandr Prokop'evich. - Alekseevka, 1984. - 460 s.
7. Pometun Yu.P. Obosnovanie differenciro-vannogo tekhnicheskogo obsluzhivaniya traktorov v zavisimosti ot predstoyashchego vida polevyh rabot : avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.20.03 / Pometun Yurij Petrovich. - Chelyabinsk, 1990 g. - 20 s.
8. Habatov R.Sh. Tekhnicheskoe obsluzhivanie i remont mashinno-traktornogo parka / R.Sh. Habatov, G.E. Topilin, V.M. Zabrodskij ; pod red. R. Sh. Haba-tova. - Kiev : Urozhaj, 1987. - 244 s.
9. Kirtbaya Yu.K. Rezervy v ispol'zovanii ma-shinno-traktornogo parka / Yu.K. Kirtbaya. - M. : Ko-los, 1982. - 319 s.
10. Topilin G.E. Rabotosposobnost' traktorov / G.E. Topilin, V.M. Zabrodskij. - M. : Kolos, 1984. -303 s.
Redreev Grigory Vasilyevich, Cand. Techn. Sci, Ass. Prof., head of the Department of technical service, mechanics and electrical engineering, Omsk SAU, [email protected]; Kozlihina Elena Ev-genievna, engineer on organization and work rationing branch "Omsk engine-building Association named after P.I. Baranov" JSC "RPC in gas turbine construction "Salut", [email protected].
УДК 631.363.21
УК. САБИЕВ, АС. ПУШКАРЁВ
Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, Омск
НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ЗЕРНА
Один из основных способов обработки кормов - измельчение. Для повышения его эффективности необходимо выбрать рациональные углы резания материала. При исследовании работы измельчителя авторами рассчитаны и подобраны рациональные углы резания, определена кривизна стенок сквозных пазов режущих элементов рабочих органов измельчителя. Представлена ЗД-модель рабочих органов из© Сабиев У.К., Пушкарёв А.С., 2018
мельчителя зерна с режущими элементами криволинейной формы. Приведены некоторые результаты работы такого измельчителя зерна в виде экспериментально полученных графиков.
Ключевые слова: измельчение, режущие элементы, криволинейная форма, радиус окружности, эффективность процесса.
Введение
Измельчение зерна - в единой системе взаимодействия рабочих органов с кормовыми материалами, подвергающимися обработке. Для совершенствования процесса измельчения необходима достаточная информация о физико-механических свойствах измельчаемого материала.
Зерно представляет резко выраженное анизотропное тело: зерновка состоит из разных частей (оболочка, зародыш, эндосперм); каждая обладает различными физико-механическими свойствами и структурой.
Многие ученые исследовали механические свойства зерна. В восьмидесятых годах XVIII в. П.А. Афанасьев доказал, что относительное сжатие зерна пропорционально силе раздавливания. Он эмпирически получил выражение, показывающее зависимость напряжений от относительного сжатия и напряжения зерна [1]
Р = 4,5^, 8
где Р - давление на единицу площади, занимаемой зерном; ех - относительное сжатие
зерна; ё - толщина зерна.
На рис. 1 представлен график, отображающий разность разрушающих усилий для сортов твердой и мягкой пшеницы, полученный В.Я. Гиршсоном [2].
у
чЭ р«> А
Рис. 1. Разрушающее усилие для сортов мягкой и твердой пшеницы: ___- мягкая пшеница;_- твердая пшеница
Из графика видно, что при влажности пшеницы до 19% разрывающее усилие достигает 31,6 м Н/м , приближаясь, таким образом, к аналогичным величинам для некоторых пород дерева. Для различных сортов зерна при разной влажности разрывающие
2
усилия колеблются от 9,4-31,6 м Н/м . Установлено, что усилие, направленное вдоль зерна, в 2,0-2,5 раза больше, чем в направлении поперек зерна.
Т " Т " " ■ - ■ - < \ 1
шигтшлг* ■ л' /А^ла^гг*
Рис. 2. Поведение зародыша пшеницы;___- мягкая пшеница;
_- твердая пшеница
На рис. 2 приведены графики, показывающие поведение зародыша пшеницы, состоящего на 12-19% из жира. Большое содержание жира в материале приводит к повышению пластичности, которая затрудняет его разрушаемость [2].
Анализируя вышеприведенные данные, полученные в разное время разными исследователями, можно сделать вывод: величина разрушающего усилия колеблется в широких пределах и зависит от разных факторов.
Объекты и методы
В качестве исходного материала для проведения опытов были зерновые культуры: пшеница (сорт Росинка тарасовская), ячмень (сорт Омский 90), овес (сорт Иртыш 21), часто используемые в Омской области.
Для подтверждения и проверки теоретических зависимостей для изучения процесса измельчения кормовых материалов рабочими органами с режущими элементами криволинейной формы разработан и изготовлен измельчитель зерновых материалов (рис. 3) [3-7]. Установка измельчает зерновой материал способом «скалывание - срез» с последующим незамедлительным выводом готового продукта помола.
Предлагаемое устройство для измельчения зерновых материалов состоит из корпуса 1, крышки 2, загрузочного 3 и выходного 4 патрубков. Внутри корпуса соосно установлены два диска 5 и 6. На дисках 5 и 6 закреплены кольцевые выступы 7 и 8. Нижний диск 5 установлен на фланце 9 полого вала 10, верхний диск 6 закреплен на фланце 11 вала 12. Расположен вал 12 в полости вала 10, соосно валу 10. Верхняя часть вала 12 выполнена полой, а его полость сообщается радиальными окнами 13 с пространством между дисками 5 и 6. Кольцевые выступы 7 и 8 закреплены на дисках 5 и 6 при помощи болтов 14. Выступы 7 верхнего диска 6 расположены между выступами 9 нижнего диска 5. В кольцевых выступах 7 и 8 сквозные пазы 15 выполнены по одинаковым циклоидам. Направление сквозных пазов верхнего диска выполнено противоположно направлению сквозных пазов нижнего диска и образует между собой иксобраз-
ный угол защемления. Сквозные пазы имеют переменный угол наклона стенок пазов к рабочей поверхности дисков - от 45 до 90°.
3
Рис. 3. Устройство для измельчения зерновых материалов
Работает устройство для измельчения зерновых материалов следующим образом.
Обрабатываемый зерновой материал из загрузочного патрубка 3 через радиальные окна 13 в полом валу 12 подается в пространство между дисками 5 и 6, которые приводятся во вращение в противоположных направлениях. Проходя под действием центробежных сил по радиальным сквозным пазам 15, выполненным по циклоиде в кольцевых выступах 7 и 8, зерно, имеющее меньшую твердость и плотность, приобретает меньшую скорость, чем зерно с большей твердостью и плотностью, следовательно, преимущественно измельчается с помощью среза на режущих парах, образованных соседними кольцевыми выступами, расположенными ближе к центру противоположных дисков 5 и 6, где установлен оптимальный угол резания для более мягкого материала. Измельчаемый материал движется к периферии под действием центробежных сил по пазам 16, выполненным по циклоиде, ее радиус увеличивается от центра к периферии, где оптимальный угол резания для более плотного и твердого материала.
Обеспечиваются возможность беспрепятственного прохождения по сквозным пазам, повышение однородности гранулометрического состава конечного продукта и снижение энергоемкости процесса измельчения [8; 9].
Результаты исследований
Теоретически предполагалось, что исполнение режущих элементов рабочих органов криволинейной формы позволит повысить эффективность процесса измельчения. Предпосылками для данной теории послужили исследования В.П. Горячкина, выполненные для различных видов лезвий [10]. По данным автора, наиболее выгодно лезвие, представляющее эксцентрично поставленную окружность (рис. 4).
Рис. 4. Схема резания лезвием, имеющим форму эксцентрично поставленной окружности: т - угол скольжения; q - давление; Я - радиус окружности; е - эксцентриситет
По результатам наших расчетов получены численные значения для окружности радиусом R = 60 мм, по которой выполнена режущая кромка рабочего органа измельчителя. В результате сопоставления данного радиуса окружности и высоты сквозного паза режущих элементов рабочего органа измельчителя получена геометрическая фигура, представленная в ЗД-модели рабочего органа измельчителя зерна с режущими элементами криволинейной формы (рис. 5).
Рис. 5. ЗД-модель рабочих органов измельчителя зерна с режущими элементами криволинейной формы
Для практического определения оптимальных соотношений углов резания и кривизны режущего элемента проведены контрольные разрезания зерновок, а также их
сегментов. Опыты осуществлены в пятикратной повторности согласно общеизвестным методикам [11].
На основании результатов проведенных исследований построены наглядные графические зависимости (рис. 6, 7).
г
9ifl* /с меаоога та*»
Рис. 6. Величина R циклоиды для целой зерновки
t-6 I I ■ I I-<
4В М ЬЗ ЬВ 73
Р.1,Ц у; UM'IMOID ItOHtJ
Рис. 7. Величина R циклоиды для сегмента зерновки
На представленных графических зависимостях видно, что наиболее выгоден (рационален) радиус кривой окружности, равный 60 мм, это подтверждают расчетные данные.
Выводы
Расчетным путем получена ЗД-модель рабочих органов измельчителя зерна с режущими элементами криволинейной формы.
По результатам экспериментальных исследований определена форма режущей части измельчающего элемента в виде эксцентрично поставленной окружности радиусом, равным 60 мм.
U.K. Sabiev, A.S. Pushkarev
Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk
Some results of the grain grinder
One of the main methods of processing feed - grinding. There is a necessarily to choose rational cutting angles of the material to increase the efficiency of the grinding process of the resulting grinding product. In the study of the work of the shredder, the authors carried out calculations and selected rational cutting angles, as
well as determined the curvature of the walls of the through grooves of the cutting elements of the working organs of the shredder. A 3D-model of the working bodies of the grain chopper with curved cutting elements is presented. Some results of the work such a grain chopper are given, which are clearly reflected in the presented experimental graphical dependencies.
Keywords: grinding, cutting elements, curvilinear form, radius of a circle, process efficiency.
Список литературы
1. Афанасьев В.А. Исследование термодинамических и оптических характеристик зерна ячменя / В.А. Афанасьев, С.Г. Ильясов, И.С. Агеенко // Тр. ВНИИКП. - М., 1984. - № 24.
2. Гиршсон В.Я. Экспериментальные исследования процессов технологии измельчения зерна /
B.Я. Гиршсон. - М. : Заготиздат, 1949. - 152 с.
3. Пат. модель № 162055 РФ, МПК В 02 С 7/00, В 02 С 7/08 Устройство для измельчения зерновых материалов / У.К. Сабиев, А.С. Пушкарёв, И.У. Сабиев, В.В. Фомин ; патентообладатель «ФГБОУ ВО Омский ГАУ им. П.А. Столыпина» ; заявл. 15.01.2016 ; опубл. 20.05.2016, Бюл. № 14.
4. Сабиев У.К. Модернизированный измельчитель зерновых материалов / У.К. Сабиев, А.С. Пуш-карёв // Электрон. науч. -метод. журн. Омского ГАУ. - 2017. - № 1 (8) январь - март.
5. Сабиев У.К. Эффективные измельчители зерна / У.К. Сабиев, А.С. Пушкарёв, И.У. Сабиев // Сб. материалов Нац. науч.-практ. конф. - 2017. -
C. 118-121.
6. Сабиев У.К. Измельчитель зерновых материалов / У.К. Сабиев, А.С. Пушкарёв // Сельский механизатор. - 2018. - № 3. - С. 22-23.
7. Сабиев У.К. Сравнительный анализ устройств для измельчения зерновых материалов / У.К. Сабиев, А.С. Пушкарёв // Вестн. Ом. гос. аг-рар. ун-та. - 2016. - № 1 (21). - С. 221-226.
8. Сабиев У.К. Результаты работы модернизированного измельчителя / У.К. Сабиев, А.С. Пуш-карёв // Вестн. Ом. гос. аграр. ун-та. - 2017. - № 4 (28). - С. 245-248.
9. Сабиев У.К. Перспективные способы измельчения зерновых материалов / У.К. Сабиев,
A.С. Пушкарёв // Эффективное животноводство -залог успешного развития АПК региона : сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Омск : Изд-во ФГБОУ ВО Омский ГАУ, 2018. - С. 276-279.
10. Горячкин В.П. Собрание сочинений /
B.П. Горячкин // Собр. соч. в 3 т. - М. : Колос, 1965. - Т. 2. - 455 с.
11. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Ро-щин. - М. : Наука, 1980. - 168 с.
Сабиев Уахит Калижанович, д-р техн. наук, проф., Омский ГАУ, [email protected]; Пушкарев Александр Сергеевич, инженер, Омский гАу, [email protected].
References
1. Afanasev V.A. Issledovanie termodinami-cheskih i opticheskih harakteristik zerna yachmenya / V.A. Afanasev, S.G. Ilyasov, I.S. Ageenko // Tr. VNIIKP. - M., 1984. - № 24.
2. Girshson V.Ya. Eksperimentalnyie issledova-niya protsessov tehnologii izmelcheniya zerna / V.Ya. Girshson. - M. : Zagotizdat, 1949. - 152 p.
3. Patent na poleznuyu model № 162055 RF, MPK V 02 S 7/00, V 02 S 7/08. Ustroystvo dlya iz-melcheniya zernovyih materialov / U.K. Sabiev, A.S. Pushkarev, I.U. Sabiev, V.V. Fomin ; patento-obladatel "FGBOU VO Omskiy GAU im. P.A. Stolyi-pina" ; zayavl. 15.01.2016 ; opubl. 20.05.2016, Byul. № 14.
4. Sabiev U.K. Modernizirovannyiy izmelchitel zernovyih materialov / U.K. Sabiev, A.S. Pushkarev // Elektron. nauch.-metod. zhurn. Om. GAU. - 2017. -№ 1 (8) yanvar - mart.
5. Sabiev U.K. Effektivnyie izmelchiteli zerna / U.K. Sabiev, A.S. Pushkarev, I.U. Sabiev // Sb. materialov Nac. nauch.-prakt. konf. - 2017. - Pp. 118-121.
6. Sabiev U.K. Izmelchitel zernovyih materialov / U.K. Sabiev, A.S. Pushkarev // Selskiy meha-nizator. - 2018. - №. 3. - Pp. 22-23.
7. Sabiev U.K. Sravnitelnyiy analiz ustroystv dlya izmelcheniya zernovyih materialov / U.K. Sabiev, A.S. Pushkarev // Vestn. Om. gos. agrar. un-ta. - 2016. -№ 1 (21). - Pp. 221-226.
8. Sabiev U.K. Rezultatyi rabotyi modernizi-rovannogo izmelchitelya / U.K. Sabiev, A.S. Pushkarev // Vestn. Om.gos. agrar. un-ta. - 2017. - № 4 (28). -Pp. 245-248.
9. Sabiev U.K. Perspektivnyie sposobyi izmelcheniya zernovyih materialov / U.K. Sabiev, A.S. Push-karev // Effektivnoe zhivotnovodstvo - zalog uspesh-nogo razvitiya APK regiona : sb. materialov Mezhdu-nar. nauch.-prakt. konf. [Elektronnyiy resurs]. - Elek-tronnyie dannyie. - Omsk : Izd-vo FGBOU VO Omskiy GAU, 2018. - Pp. 276-279.
10. Goryachkin V.P. Sobranie sochineniy / V.P. Go-iyachkin // Sobr. soch. v 3 t. - M. : Kolos, 1965. -T. 2. - 455 p.
11. Melnikov S.V. Planirovanie eksperimenta v issledovaniyah selskohozyaystvennyih protsessov / S.V. Melnikov, V.R. Aleshkin, P.M. Roschin. - M. : Nauka, 1980. - 168 p.
Sabiev Uakhit Kalizhanovich, Dr. Techn. Sci, Prof., Omsk SAU, uk [email protected]; Pushkarev Aleksandr Sergeevich, inzhener, Omsk SAU, [email protected].
