CC BY
31
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНОФУРАЖА В ВЕРТИКАЛЬНОМ ПОТОКЕ
А.В. Китун
Аннотация. В статье приведена формула для определения длины фронтальной поверхности рифа дек с учетом динамического характера протекания рабочего процесса при измельчении зернофуража в измельчителе с вертикально расположенной рабочей камерой. Показано, что результаты исследований использованы при создании модуля для измельчения зерна влажностью более 14% к измельчителю вертикального типа.
Ключевые слова: измельчение, фураж, влажность, кормовой слой, дробилка, рабочая поверхность.
В качестве пассивных рабочих органов для измельчения зернофуража используются рифлёные деки. Они отличаются от плоской поверхности выступами, образующими рифлёную поверхность, обращённую в сторону активных рабочих органов измельчителя.
При перемещении кормового слоя по рифлёной поверхности дек происходит снижение его переносной скорости. В этом случае, в результате разности скоростей между вращающимися вокруг оси ротора рабочими органами и частицами корма, происходит разрушение массы.
Рифы могут быть различной формы - прямоугольной, полукруглой, треугольной и иметь различное положение по дуге охвата рабочей камеры измельчителя. Различен шаг, ширина рифлёных планок, угол установки их по отношению к направлению движения материала. Подобные конструкции пассивных рабочих органов достаточно изучены и широко используются для измельчения кормов в кормоубороч-ных комбайнах и дробилках с горизонтально расположенной рабочей камерой [1, 2] и менее изучены при использовании их в измельчителях вертикального типа.
В измельчителях с вертикально расположенной рабочей камерой рабочие процессы с использованием рифлёных дек рассматривались в работе [3]. Автором изучены процессы измельчения зерна кукурузы в вертикальном потоке. Установлено, что измельчение частиц происходит в результате:
- непосредственного разрушения частиц при ударе о поверхность рифа - неупругий удар;
- воздействия на частицы зернофуража активных рабочих органов - упругий удар;
- образования режущих пар между кромками активных рабочих органов и рифами.
Таким образом, параметры риф должны обеспечивать эффективные условия для осуществления перечисленных видов разрушений.
Из схемы на рисунке 1 а) видно, что для обеспечения прямого центрального удара фронтальная грань должна располагаться под углом ар к радиусу рабочей камеры. Наиболее эффективней располагать фронтальную грань под указанным углом исходя из условия [3]:
arc cos (1 - 4 /RH) < ар < п - 2(фь + ф2),
где 1в - расстояние от точки вылета частицы до деки, м;
RH - радиус, описываемый активными рабочими органами, м;
фь ф2 - углы трения корма, соответственно, по поверхности деки и активного рабочего органа, град.
а)
- сила трения частицы о поверхность
Рисунок 1 - Схемы к определению геометрических параметров риф:
а) фрагмент рабочей камеры измельчителя: 1 - риф; 2 - нож; 3 - ротор измельчителя
б) дека: 1 - рифы
Важным параметром, обеспечивающим чистоту впадин, образованную смежными рифами, является угол заострения рифа. Минимальное значение угла заострения, обращенного в сторону активных рабочих органов, должно быть больше двойного угла трения:
Ymin > 2ф.
(1)
Для рационального числа рифов на деке значение угла у должно находиться в диапазоне 80-100 градусов.
Забивание впадин между смежными рифами происходит из-за постоянного смещения частиц корма вдоль радиуса активного рабочего органа к внутренней поверхности рабочей камеры. Грань выступа рифа, расположенная за его фронтальной гранью, ограничивает перемещение частиц между рифами и приводит к их залипанию. Устранение данного недостатка возможно при замене трения покоя на трение движения. Для этого рифы на деке должны располагаться под углом т к горизонтальной плоскости (рисунок 1 б), значение которого должно быть в пределах:
650-750 > т > 400 - 580. (2)
При известных углах наклона риф, неизвестной величиной является длина фронтальной грани по которой перемещается измельчаемый материал. Для определения данного параметра рассмотрим силы, действующие на частицу корма при перемещении её по фронтальной плоскости рифа.
При измельчении зернофуража частицы корма, поступающие в рабочую камеру, подвергаются воздействию активных рабочих органов. В этом случае кормовой поток меняет свое направление движения. Частицы корма начинают двигаться с относительной скоростью к внутренней поверхности рабочей камеры. Одновременно они приобретают переносную скорость, действием которой увлекаются в круговое движение. При этом на частицу корма, перемещающуюся по фронтальной плоскости рифа, действуют следующие силы:
Рт = !кткё (3)
где /к - коэффициент трения по металлу, тк - масса частицы, кг;
- центробежная сила:
Р = т ю 2и , (4)
ц к с ф.р
где ас - частота вращения слоя корма внутри рабочей камеры, с-1;
1ф.р - длина фронтальной плоскости рифа, м;
- Кориолиссова сила:
(5)
фр
Р = 2 т ю
кор к с Жг
где Ж1фр / Жг - скорость движения частицы зернофуража, м/с.
Тогда можно записать дифференциальное уравнение движения частицы относительно ножа в следующем виде:
Ж21ф ЖК
™ -— т ю I. +2 / т ю
к с ф.р ^ к с
ф.р
I 0 — т ю I , ' 2 / т ю —Т т ? • (6)
к Жг2 к сф.р Т к с жг — к к а Полученное уравнение является линейно-неоднородным 2-го порядка, общее решение его складывается из общего решения однородного линейного уравнения:
Ж21л.„ _ _ Ж1,
С ф.р
Жг2
| = С к юс +тс^П2) к юс —юс^_ /к 8
ф.р 1
ю
Ж1Л
При начальных условиях 1=0, 1фр = 0, фр = о по
Жг
лучим:
1 = С +С + = о-
1ф.рО С1 _С2 _ 2 °> юс
(10)
ф.рО = С1 юс (Гк + ,]/ 2+1)+ С2 юс (Гк —4/21) = 0. Решим систему уравнений относительно С1 и С2:
С,
--1
юс2 I + 1 - J
(Гк + 477+1Х-Н-)
(11)
С„ =■
2О>с22 2+ 1
При известных значениях коэффициентов С1 и С2 решение уравнения (7) будет иметь вид:
-7
27
/к+Т21 2юс21+1
7 юс+юЛ/ 2+1)1
/ «с —ю^ У к 2+1)1 + 2
(12)
Чтобы исключить забивание измельчаемым зернофуражом впадин между смежными рифами, фронтальная грань рифа на деке располагается под углом т к горизонтальной плоскости (рисунок 1 б). Тогда уравнение для определения длины фронтальной грани рифа будет иметь вид:
ф.р
= г8 тЦ ю с 7
'7 +>/7 2 +1
+1
7к+4Тк
1
(7к юс+юс//к '+1)1
(/к юс/к 2+1)1
(13)
ф.р О)2 и +2/01-^ = 0 • (7)
с ф.р У с Жг
Решая уравнение (7) получим:
1 _ С е7кюс+юсу[77+1» _С е7 ю-юс4772)' (8)
Находим частное решение неоднородного уравне-
Ж21, Ж1,
ния (6). При 1р=с имеем —фр = 0 и —фр = 0. Тогда урав-Жг2 Жг
нение (6) будет иметь вид 0 + 0 - а2С =- / g, откуда
С=-(I g/юс2) •
Искомое общее решение уравнения будет иметь
вид:
Из формулы (13) видно, что при определении длины фронтальной поверхности рифа необходимо учитывать динамический характер процессов, происходящих при измельчении зернофуража в рабочей камере измельчителя.
Результаты исследований позволили определить оптимальную конструкцию модуля для измельчения зерна влажностью более 14% к измельчителю вертикального типа (рисунок 2).
В качестве пассивных рабочих органов используются установленные по внутреннему периметру рабочей камеры рифлёные деки, рифы которых имеют треугольную форму с углом заострения рифа должен находиться в пределах 800-1000 и углом наклона грани выступа в пределах 650-750 > т > 400-580.
(9)
Рисунок 2 - Измельчитель зерна влажностью более 14%: 1 - рабочая камера измельчителя; 2 - ножи; 3 -ротор; 4 - решето с диаметром отверстий 15 мм
Для сепарации измельчённого влажного зерна под нижним ярусом ножей установлено решето, диаметр цилиндрических отверстий в котором равен 15 мм. В двух верхних ярусах установлено по 4 ножа в каждом, в двух нижних, соответственно, по 8 ножей, при этом зазор между решетом и ножами нижнего решета равен 5 мм. Новизна предложенного технического решения защищена патентом на полезную модель [4].
Наиболее эффективней располагать рабочую грань под указанным углом, исходя из условия: аrccos (1 - 1р / Rн) < ар < п - 2(ф1 - ф2).
Минимальное значение угла заострения, обращенного в сторону активных рабочих органов, должно быть больше двойного угла трения: >2 ф. Для рационального числа рифов на деке значение угла у должно находиться в диапазоне 800 - 100°
Для предотвращения забивания впадин между рифами они на деке должны располагаться под углом т ,
ю
3
2
4
1
с
реальное значение которого должно быть в пределах: 650 -750 > т > 400 - 580.
При определении длины фронтальной поверхности рифа необходимо учитывать динамический характер процессов, происходящих при измельчении зернофуража в рабочей камере измельчителя.
Список использованных источников
1 Резник Н. Е. Кормоуборочные комбайны. - М. : Машиностроение, 1980. - 375 с.
2 Ефимова М. Г. Измельчение материала на кормо-уборочных машинах // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1977.- № 10 - С. 58-59.
3 Павленко С. И. Повышение качества подготовки консервируемой кукурузы доизмельчающими устройствами: канд. дисс. канд. техн. наук. - Минск - Днепропетровск, 1986. -С. 67-135.
4 Измельчитель зерна : пат. 5099 Респ. Беларусь, МПК6 А 01 F 29/00 / А.В. Китун, В.И. Передня; заявитель Белорус. гос. аграрный ун-т. № и 20080608; заявл. 29.07.08; опубл. 28.02.09 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2009. - № 2. - С. 142.
Информация об авторе
Китун Антон Владимирович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологий и механизации животноводства, Учреждение образования «Белорусский государственный аграрный технический университет», Минск (Республика Беларусь), тел. (+37517)2857818.
