Снижение энергоёмкости измельчения зерна в малогабаритном центробежно-роторном измельчителе, методом дифференцирования углов резания на первой и последующих ступенях измельчения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

7. Зуга, И. М. Задача о размещении объектов при незакрепленных местах их расположения из условия минимизации коммуникационных затрат / И. М. Зуга, В. Г. Хомченко // ОмГТУ. — Омск,2009. - 12с. -Деп. В ВИНИТИ 09.06.2009 №307-В2009.

8. Бояринов, А. И. Методы оптимизации в химической техно-логии/А-И. Бояринов,В.В.Кафаров. — М.:Химия, 1975. — 576с.

9. Химмельблау, Д. М. Прикладное нелинейное программирование / Д. М. Химмельблау. — М.: Мир, 1975. — 534 с.

10. Грундинг, К.-Г. Проектирование промышленных предприятий: Принципы. Методы. Практика / Клаус-Герольд Грундинг ; пер. с нем. - М.: Альпина Бизнес Букс, 2007. - 340 с.

ЗУГА Игорь Михайлович, генеральный директор ОАО «Омскнефтехимпроект». Адрес для переписки: e-mail: onhp@omsknet.ru ХОМЧЕНКО Василий Герасимович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автоматизация и робототехника» ОмГТУ. Адрес для переписки: e-mail: v_khomchenko@mail.ru

Статья поступила в редакцию 03.02.2011 г. © И. М. Зуга, В. Г. Хомченко

УДК¿31.3632.001.57 у к САБИЕВ

В. В. ФОМИН

Омский государственный аграрный университет

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЁМКОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА В МАЛОГАБАРИТНОМ ЦЕНТРОБЕЖНО-РОТОРНОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ МЕТОДОМ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ УГЛОВ РЕЗАНИЯ НА ПЕРВОЙ И ПОСЛЕДУЮЩИХ СТУПЕНЯХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

В статье рассматривается метод снижения энергоёмкости измельчения зерна в малогабаритном центробежно-роторном измельчителе, основанный на том предположении, что за счет оптимизации угла резания материала в соответствии с изменением коэффициента трения о рабочие органы центробежно-роторного измельчителя, возможно снижение энергоёмкости процесса получения готового продукта.

Ключевые слова: снижение энергоёмкости, измельчение, малогабаритный центробежно-роторный измельчитель, угол резания.

Обеспечение населения продукцией животноводства является главной задачей агропромышленного комплекса России. В связи с этим приоритетный национальный проект «Развитие АПК» в Омской области реализуется по двум основным направлениям: ускоренное развитие животноводства и стимулирование развития малых форм хозяйствования в агропромышленном комплексе.

Для ускоренного развития животноводства в малых формах хозяйствования агропромышленного комплекса (личные подсобные и крестьянско-фер-мерские хозяйства) необходима качественная и энергоэффективная подготовка зерновых кормов к скармливанию.

Измельчение является наиболее энергоемкой и трудоемкой операцией, занимающей более 50% от общих трудозатрат в приготовлении комбикормов. При размоле зерна разрушается твердая оболочка, повышается площадь поверхности контактирующей с пищеварительными ферментами, а следовательно, ускоряется перевариваемость и происходит более полное усвоение энергии корма.

Изучением влияния конструктивных параметров машин на процесс измельчения занимались многие

исследователи. В работе [ 1 ] доказана целесообразность применения среза и скалывания при измельчении зерновых культур, предложен и обоснован центробежно-роторный измельчитель, как один из наиболее эффективных машин для измельчения зерна, реализующий данный принцип.

Процесс измельчения в малогабаритном центро-бежно-роторном измельчителе [2] происходит следующим образом (рис. 1), продукт подаётся через приемную камеру к центру дисков (роторов), и равномерно распределяется по рабочей зоне в радиальном направлении, где при вращении нижнего диска-ротора измельчается противорежущими элементами.

Гипотеза снижения энергоёмкости и повышения однородности измельчения зерна в центробежно-роторном измельчителе основана на том предположении, что за счет оптимизации угла резания (измельчения) материала в соответствии с изменением коэффициента трения материала о рабочие органы центробежно-роторного нарезается первой режущей парой на сегменты, которые разворачиваются под действием момента силы Кориолиса поверхностью среза к поверхности режущего элемента, а взаимодействие сегментов с режущими элементами рабочих

Рис. 1. Малогабаритный центробржно-роторный измельчитель 1-корпус, 2-нижний диск-ротор, 3,4-кольца первой и второй ступеней измельчения, 5—крышка, 6—приёмная камера

Одинаковые углы резания

Дифференцированные углы резания

Рис. 3. Рабочие органы малогабаритного центробежно-роторного измельчителя

органов центробежно-роторного измельчителя второй и последующих ступеней измельчения происходит преимущественно по поверхности предварительного среза рабочими органами предыдущей ступени [3].

В связи с вышеизложенным, возникает необходимость определения угла резания оболочки и поверхности среза зерна фуражных культур, при различной влажности.

Анализ проведённых экспериментальных исследований, представленных на рис. 2 показывает, что, в связи с тем что углы резания целого зерна и поверхности

19,0-10,0-10,0-17,0-

£ 17,0-&

1в,Е-

10,0- ^ 10,0- ' 10,0- ^ и,-Л

а)

28,•• 27,8« 27,0-

28,0- ^ 26,6-

б)

Рис. 2. Угол защемления х-а) для целого зерна, б) для сегмента зерна

О, жа/ч - производительность

Пшеница ИЯ%)*13,8 90,2

Пшениц» ИГХ)И«,2 85,4

Ячмень W{%)^13 78,7

ячшнь w^%)*2o 72,1

Оевс П{%М3.2 64,4

ОвОс 1¥М)*22 81,1

Горох М(%)=14.2 81,7

Горох 1ЯН%)*18,7 60,0

а)

О, >г«Л< - произ а сх? ит влъност ь

103,1

Пшянииш МГХ>*18.2 72.0

Ячмень Игт»ш13 в7,8

Ячмень МЫ-20 ао,1

Овес ИТ« »43.2 72.2

Овёс И79(1-22 99,0

ГОРОХ ЮГ* >-14.2 99.4

Горох И7 99,6

б)

Рнс. 4. Производительность при измельчении зерна:

а) на серийных рабочих органах (х,=18°, х2=18°), б) на предлагаемых рабочих органах (х,=18°, х2=28°)

Рис. 5. Графики изменения мощности во время измельчения зёрен пшеницы, ячменя, овса и гороха: а) на серийных рабочих органах, б) иа предлагаемых рабочих органах

среза зерна различны, необходим дифференцированный подход при выборе численных значений углов резания на первой и последующих ступенях измельчения при различной влажности зерновых культур. Это подтверждают результаты проведенных нами экспериментов, показывающие, что оптимальные утлы резания для первой ступени составляют 18°, а для последующих ступеней 28°. На основании проведённых исследований спроектированы и изготовлены рабочие органы с дифференцированными углами резания на первой и последующих ступенях измельчения (рис. 3).

Анализ результатов экспериментов по определению затрат энергии на измельчение показал, что в результате учета изменения оптимального утла резания обрабатываемых материалов (для различных зерновых культур) при движении их в канале рабочего органа малогабаритного центробежно-роторного измельчителя, удельная энергоёмкость снижается в среднем на 10 — 15% за счёт повышения производительности (рис. 4) при практически неизменном энергопотреблении (рис. 5).

Это подтверждает правильность теоретических предпосылок, основанных на обосновании закономерностей движения зерна в канале рабочего органа и принципах теории резания В.П. Горячкина [4], направленных на оптимизацию технологического процесса взаимодействия измельчающих элементов рабочих органов с обрабатываемым материалом в малогабаритном центробежно-роторном измельчителе.

Использование модернизированных рабочих органов в малогабаритном центробежно-роторном измельчителе приводит к снижению эксплуатационных затрат, расхода электроэнергии и удельной металлоёмкости.

За первый год эксплуатации расчётная экономия всех затрат от применения малогабаритного измельчителя новой конструкции, при измельчении фуражной пшеницы, по сравнению с прототипом составила 28375 руб. (в ценах 2010 г.).

Библиографический список

1. Сергеев, Н. С. Центробежно-роторные измельчители фуражного зерна : дис. ... докт. техн. наук / Н. С. Сергеев. — Челябинск, 2008. - 258 с.

2. Пат. 65401 Российская Федерация, В02С 7/08. Устройство для измельчения зерновых материалов / Сабиев У. К., Фомин В. В.; заявитель и патентообладатель Омский гос. аграрный ун-т. — №2007106255/22 ;заявл. 19.02.2007; опубл. 10.08.2007, Бюл. №22.

3. Сабиев, У. К. Математическаямодельдвижениясегмента зерновки в центробежно-роторном измельчителе фуражного зерна / У. К. Сабиев, В. В. Фомин // Достижения науки и техники АПК. - 2010. - №2. - С. 62-66

4. Горячкин, В. П. Собрание сочинений. В 3 т. Т. 3 / В. П. Горяч-кин. - М.: Колос, 1968. - 384 с.

САБИЕВ Уахит Калижанович, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства».

ФОМИН Владимир Викторович, аспирант кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства», инженер-конструктор отдела главного конструктора радиозавода им. А. С. Попова (РЕЛЕРО).

Адрес для переписки: e-mail: vfo-min@mail.ru

Статья поступила в редакцию 07.09.2010 г. © У. К. Сабиев, В. В. Фомин

Книжная полка

531/0-56

Ольховский, И. И. Курс теоретической механики для физиков: учеб. пособие для вузов по специальностям техники и технологий / И. И. Ольховский. - 4-е изд., стер. - СПб. [и др.]: Лань, 2009. - 574 с. - ISBN 978-5-8114-0857-3.

В учебном пособии содержится систематическое изложение теоретической механики и основ механики сплошных сред. Большое внимание уделено фундаментальным понятиям и законам механики Ньютона-Галилея, законам изменения и сохранения импульса, кинетического момента и энергии, уравнениям Лагранжа, Гамильтона и Гамильтона-Якоби для класса обобщенно-потенциальных сред, на единой основе которых рассматриваются идеальная и вязкая жидкость, упругое тело. В книге подробно излагаются: задача двух тел и классическая теория рассеяния, законы изменения импульса, кинетического момента и энергии относительно неинерциальных систем отсчета, теория линейных колебаний систем под действием потенциальных, гироскопических идиссипативных сил, метод Крылова-Боголюбова для слабо линейных систем, методы усреднения уравнений движения. Книга содержит большое количество примеров, интересных для физиков, в частности рассматриваются примеры на движение зарядов в заданных электромагнитных полях, задачи на рассеяние частиц, колебания молекул, нелинейные колебания, колебания систем с медленно меняющимися параметрами, примеры из магнитодинамики.

531/Б93

Бутенин, Н. В. Курс теоретической механики: учеб. пособие для вузов по техн. специальностям: в 2 т. / Н. В. Бутенин, Я. Л. Лунц, Д. Р. Меркин. - 11-е изд., стер. - СПб. [и др.]: Лань, 2009. - 729 с. - ISBN 978-5-8114-0052-2.

Весьма умеренный математический аппарат в сочетании со многими методическими примерами и задачами, взятыми из практики, делают этот курс доступным для широкого круга студентов и полезным пособием для преподавателей теоретической механики, содержание курса шире существующих программ и поэтому его можно использовать для самостоятельной работы в студенческих научных кружках и при подготовке магистров.