CC BY
40
УДК 631.5:664.73
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА ДИСКОВОЙ ПАРОЙ © 2012 г. А.М. Семенихин, Л.А. Гуриненко, В.В. Иванов
Приведено описание геометрии поверхностей дисковой пары (подвижного и неподвижного), обеспечивающей циклическое нагружение зерновок, наращивание дефектов снижения прочности и разрушения до заданных размеров с учётом упруговязких свойств. Предложены зависимости для определения энергии разрушения и соотношения между рабочими поясами дисков с учётом степени измельчения продукта.
Ключевые слова: модуль, пояс, классификатор, бороздка, зерновка, эпюра, напряжение.
Description of disk pair (mobile and motionless disks) surfaces geometry is provided. The disk pair provides many possibilities: cyclic loading of weevil, accumulation of durability decrease defects and destruction to given sizes taking into account elastic and viscous properties. Dependences for destruction energy determination and ratio between working zones of disks taking into account extent of product crushing are offered.
Key words: module, zone, qualifier, groove, weevil, epure, tension.
Концентрированные корма в кормовом балансе птицеводства составляют 93%, в свиноводстве - до 90%, в скотоводстве - 30% и имеют тенденцию к увеличению в рационах
высокопродуктивных животных. Стратегия машинно-технологической интенсификации этих отраслей
предпологает организацию на современной технической и технологической основе приготовления высококачественных
комбикормов точного применения [1].
Основной и наиболее трудоёмкой операцией технологии производства комбикормов является измельчение, в соответствии с зоотребованиями, исходных ком-
где R - суммарная реакция в опорах, Н;
Р - радиус цапф, м; f - коэффициент трения; п - удельная сила трения, Па; i - число пакетов молотков на барабане; S - боковая поверхность диска, м2; у - плотность воздуха кг/м3; е - коэффициент пропорциональности;
понентов и, прежде всего, кормового зерна.
В настоящее время, на основе фундаметальных положений
земледельческой механики академика В.П. Горячкина, его учениками и последователями разработаны
теоретические положения построения, технологической и энергетической оценки широкого спектра измельчителей [2], направленные на снижения энергоёмкости процессов с учётом физико-механических свойств зерновок.
Применительно к работе молотковых дробилок А.П. Макаровым предложена зависимость для оценки вредных сопротивлений
(1)
r - расстояния центра любой поверхности пакетов от оси вращения, м.
В рабочей формуле профессора С.В. Мельникова для удельной энергии измельчения, полученной на основе обобщенного закона измельчения академика П.А. Ребиндера
Nc = (RfP + rsir+ yFs2r2ш3 / 2g вт,
= С [Cs (Д-1)+ Cv lg Д5 ] Дж/кг, (2)
где Cs и Cv - коэффициенты, учитывающие, соответственно, работу на образование новых поверхностей и деформацию измельчаемых объектов;
X - степень измельчения.
Cv=2,4-10,7; Cs=2,0-7,5 для зерна основных кормовых культур, степень совершенства и эффективность процесса оцениваются его организацией с помощью коэффициента Спр, учитывающего влияния случайных факторов, способов
измельчения и особенности конструкции рабочих органов. Для молотковых дробилок его величина составляет от 1,5 до 6,5.
Из приведённых зависимостей (1) и (2) очевидно, что совершенствование процесса измельчения зерна, снижение энергоёмкости находится в области учёта свойств продукта (Cs и Cv), конструкции рабочих органов (1) и его организации (Спр).
Г hfc
Приложение этих положений и теории измельчения к конкретной геометрии и кинематике рабочих органов измельчителей с учётом механикотехнологических особенностей и характеристик продукта, проявляющихся в технологическом тракте от входа в него до выхода с заданными фракционными характеристиками, требует отдельного рассмотрения.
Рабочие органы рассматриваемого ступенчатого измельчителя представляют собой пару дисков (рис. 1), один из которых (верхний) неподвижный, а нижний вращается на вертикальном валу [6].
На рабочей поверхности нижнего диска (рис. 1) имеются подающие бороздки А, площадки релаксации В и модульный пояс С, обеспечивающие циклическое воздействие на зерновку от вхождения в рабочее пространство до полного измельчения и выход из него.
Рис. 1. Элементы рабочей поверхности дисковой пары нижнего подвижного и верхнего неподвижного дисков:
R, RM, Ro - радиусы диска, соответственно, модульного пояса и приёмного окна;
А - подающая бороздка; В - площадка релаксации классификатора (подающий пояс); С - модульный пояс, heK - высота конуса верхнего диска; hHK - высота нижнего конуса
Апприори, согласно теории измельчения, размеры горизонтальных проекций участков диска регламентируются степенью измельчения
и для равных переходов продуктов находятся в соотношении
1: X: X и так далее, если таких переходов более двух.
Тогда площади бороздок и классификаторов подающего пояса,
рб _ k(rm ~ Ro ).
л = (х+1) ’
Площадь Fc поверхности
измельчающего пояса - модульного кольца составит соответственно:
Fc = (F'л + Fb )X • (4)
Тогда наружный диаметр диска, соответствующий размерам подающего пояса, определится из равенства (4) в развернутом виде с учётом (3):
R = VRM (X + 1)-^R0 (5)
для произвольного значения X- перехода между участками и ступенями измельчения.
определяются по зависимостям:
77 к _ К(Rm R0 X
F = (x+1) • (3)
С учётом скорости а относительной деформации зерновок и их частей в подающих бороздках (рис. 2) от R0 до RM и от «а» до «в», равной
0 =
», R <g« А + £
п м
(6)
где - угловая скорость диска, радс-1;
Ri - расстояние от оси вращения диска до произвольной точки на плоскости подающей бороздки;
Ап - суммарная высота приёмных конусов дисков; а - угол подъёма дна бороздки в оксиальном сечении; дм - модульный зазор между дисками.
А - бороздка подающая; В - классификатор; а - угол подъёма дна бороздки в оксиальном сечении; в - то же в радиальном сечении; оп - эпюры напряжений на границах подающих
элементов поверхности
Напряжения сжатия в частицах потока, с учётом упруго-вязких свойств зерновок, составит [4]:
а
а0 R tga
h + 8
п м
где H, E - мгровенный и длительный
модули упругости соответственно, Па;
t - время нахождения частицы в бороздке, с;
сэпR tga
0 м О м
Et + n(H - E)(1 - e п)
(7)
п - время релаксации напряжений, с.
В модульном междисковом пространстве С (рис. 1) напряжения сжатия, по анологии с (7), определятся по формуле
а
2h + 8
мм
где £о - начальная относительная деформация, полученная частицами в подающем поясе, равная
Et + n(H - E)(1 - e n)
+ £0 He
для классификаторов
n(RM -R])a,
(8)
Р = а
c
s0 = 1 - —
h„
WK
(9)
где h0 - начальная высота зерновок, мм.
С учётом характера напряжений на границах бороздок и классификаторов (рис. 2), их размеров и коэффициентов заполнения, усилия Р деформации сжатия потока частиц определятся зависимостями:
(11)
(Л +1) ,к' ( )
где уs и ук - соответственно коэффициенты заполнения элементов подающего пространства дисков.
По аналогии с (11), с учётом (6) и коэффициентом заполнения ум для
модульного пространства усилие сжатия потока определится по зависимости
Р =аияЛ(№ -R2V
м м V д м/Т .
(12)
для бороздок
n _ *(Rм - Ro2) Р8 = а0 --------
2(Л +1)
(10)
Мощность на процесс деформации и классификации продуктов измельчения в рабочем пространстве дисковой пары, без учёта транспортной и вентиляционной составляющих, определится по зависимости
N = (Р8 + Рп ) ®0 f + Рм ®0 f
2
2
(13)
где f - коэффициент трения продуктов
измельчения о рабочие поверхности дисков.
Вращающийся нижний диск обеспечивает циклические нагружения зерновок в бороздках, удержание деформации классификаторами, свободное, под действием центробежной силы, перемещение мелких частиц к периферии подающего пояса, не препятствует движению в оксиальном направлении защемлённых частиц больших размеров. Эти частицы, достигая края подающей бороздки, попадают в свободное пространство, защемляются, разрушаются, а продукт разрушения снова выносится в классификатор и так далее.
Литература
1. Сыроватка, В.И. Машинные
технологии приготовления комбикормов в хозяйствах / В.И. Сыроватка. - Москва: ГНУ ВНИИМЖ, 2010. - 248 с.
2. Ребиндер, П.А. Физико-химические исследования процессов деформации твёрдых тел / П.А. Ребиндер // Сборник АН СССР. 4.1. Москва; Ленинград, 1947.
3. Мельников, С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм / С.В. Мельников. - Ленинград: Колос, Ленинград отделение, 1978. - 560 с.
4. Ржаницын, А.Р. Некоторые
вопросы механики систем,
деформирующихся во времени / А.Р.
Ржаницын. - Москва; Ленинград: Гостехиздат, 1949. - 252 с.
5. Долгов, И.А. Математические методы в земледельческой механике / И.А. Дол-гов, Г.К. Васильев. - Москва: Машиностроение, 1967. - 204 с.
6. Семенихин, А.М. Физико-механические предпосылки снижения
энергоемкости процесса измельчения зерна / А.М. Семенихин, В.В. Иванов, Л.А. Гуриненко. - Ставрополь: СтавГАУ, 2010.
Сведения об авторах
Семенихин Александр Михайлович - д-р техн. наук, профессор кафедры механизации и технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).
Тел. 8(86359)43-1-71.
Гуриненко Людмила Александровна - канд. техн. наук, доцент кафедры физики Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).
Тел. 8(86359)43-7-94.
Иванов Вячеслав Владимирович - аспирант кафедры механизации и технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)43-1-71.
Information about the authors
Semenikhin Alexander Mikhailovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the mechanization and production technology and processing of agricultural production department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-1-71.
Gurinenko Lyudmila Alexandrovna - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the physics department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-7-94.
Ivanov Vyacheslav Vladimirovich - post-graduate of the mechanization and production technology and processing of agricultural production department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-1-71.
