CC BY
9
- Технические науки -УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕЛЬНИЦЫ ДЛЯ ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ
А.В. Майоров, канд. техн. наук, доцент А.А. Горинов, магистрант Марийский государственный университет (Россия, г. Йошкар-Ола)
DOI:10.24412/2500-1000-2021-2-1-38-43
Аннотация. В статье проанализированы способы и технические средства измельчения. Выявлены их недостатки. Недостатком центробежных пальцевых мельниц состоит в том, что при взаимодействии молотков с массой происходит не достаточно эффективно, поскольку импульс, которым обладают молотки, передается зерновой массе лишь частично. Кроме того, дисперсность продукта измельчения определяется размерами отверстий деки, как правило, имеющими диаметры 0,8; 1,0 и 1,2 мм и более. Тем более в конструкции отсутствует возможность плавного регулирования дисперсности выходного продукта. При использовании вальцовых станков для измельчения зерна имеются недостатки, такие как высокая стоимость и возможность их изготовления только на специализированных предприятиях машиностроения, на которых возможна реализация достаточно точных технологических процессов, оснащенных специализированными металлообрабатывающими станками и специальным оборудованием. Основной задачей модернизации является решение эффективности работы и возможность изготовления машины на собственном предприятии. Внедрение в производство усовершенствованного механизма измельчения мельницы позволяет плавно регулировать дисперсность выходного продукта без использования решета, увеличить объём производства и улучшить качество продукта.
Ключевые слова: измельчение, мельница, решето, ротор, дисперсность.
Мельницы, применяемые в настоящее время, представляют собой машины для относительно тонкого помола. Существует несколько классов мельниц. Они классифицируются в зависимости от того, как в них происходит процесс измельчения сырья:
- удары - струйные, корзиночные, молотковые мельницы;
- удары и истирание - толчеи, стержневые, шаровые;
- истирание и раздавливание - колокольные, маятниковые, вальцовые, кольцевые, бегуны, жернова;
- действие центробежных сил.
На рисунке 1 отражена общепринятая классификация используемых в настоящее время способов и технических средств измельчения пшеницы, ржи и других зерновых культур [1-3].
Рис. 1. Классификация способов и технических средств измельчения
При разработке конструктивно простых механизмов и устройств очень часто склоняются к использованию молоткового способа измельчения. Но тут следует обратить внимание, что в таком способе присутствуют и элементы истирания. В настоящее время известно немало отечественных, и иностранных разработок. Разработками конструктивно простых механизмов занимаются специалисты из многих стран, в том числе, из Великобритании, Канады, Франции, Соединенных Штатов Америки, ФРГ и Японии. Существует множество выданных Европейских и Международных патентов. В них в различной степени предусмотрен ударно-истирающий способ измельчения, в т.ч. зерна.
В современной научной технической литературе, а также выданных отечественными уполномоченными органами патентах рассматриваются устройства и механизмы с простой конструкцией, в которых измельчение зерна (ржи, пшеницы или других культур) осуществляется вследствие ударов молотков. Молотки при этом закреплены на роторе, а фрагменты зерновой массы, находясь в агрегате, истираются за счет взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса и декой (именно через ее отверстия происходит выброс из-
мельченного продукта из рабочего объема).
Следует обратить внимание, что взаимодействие молотков (бил) с зерновой массой, подвергаемой измельчению, происходит недостаточно эффективно. Это можно объяснить тем, что импульс, которым обладают установленные в аппарате молотки, передается зерновой массе только частично. Еще один важный момент заключается в том, что дисперсность продукта измельчения (зерна) определяется, прежде всего, размером отверстий деки. Обычно, эти отверстия имеют стандартный диаметр - или 0,8; 1,0 или 1,2 миллиметров. В каждой подобной конструкции отсутствует возможность плавно отрегулировать дисперсности выходной массы.
Технологические операции ударно-истирающего измельчения способны не только обеспечить комплексное интенсивное воздействие на обрабатываемое в агрегате зерно. Они еще в разной степени сочетают применение разных эффектов -сортирующего, истирающего, ударного. Представляется, что это достигается при различных параметрах вращения ротора бичевого, который закреплен в обечайке (перфорированной или сплошной). В завершение отметим, что параметры и кон-
структивные особенности рабочих органов агрегата-измельчителя определяют выполняемые ими операции технологического процесса [4-5].
Основным аппаратом измельчающего типа, используемым в процессе производства муки из пшеницы, ржи и других зерновых культур, определяющим режим работы, уровень продуктивности, эффективности и производительности каждого следующего технологического процесса выступает вальцовый станок. Такой аппарат используется для производства дополнительных измельчительных операций. Принцип его работы основан на измельчении за счет ударного воздействия в вы-мольной машине (например, в деташере или энтолейторе).
В соответствии с общепринятой в настоящее время классификацией способов измельчения (классификация представлена на рис. 1), кроме уже упомянутых ударно-истирающего и вальцового способа, широко используются шаровые (цилиндрические) толчеи. В современных стержневых и шаровых мельницах используются металлические или фарфоровые тела свободно расположенные в горизонтальных цилиндрических или конических корпусах, при вращении которых шары или стержни прижимаются центробежной силой к стенке, затем происходит их подъем на некоторую высоту. После этого они резко падают, измельчая материал. В толчеях песты поднимаются благодаря кулачковому механизму. Достигнув самого высокого положения, пест отсоединяется от кулачка. Затем он свободно падает на материал, который уже измельчен.
Таким образом, следует отметить, что использование рассмотренных способов измельчения для переработки пшеницы, ржи и других зерновых культур является нецелесообразным, так как они относятся к дискретным. Это означает, что в процессе происходит загрузка определенное объема материала (зерновых культур) и измельчение до нужной дисперсности. Как правило, на современных аграрных предприятиях они применяются для «мокрого» измельчения. Также довольно широко эти способы применяются для смешения мате-
риалов в фармацевтике. Это же можно сказать о роликовых и бегунковых способах измельчения.
При использовании в процессе измельчения жерновов и колокольных мельниц, измельчаемый материал (пшеница, рожь или другая культура) втягивается в зазор, который имеется между рабочими частями, которые могут представлять:
1. Два цилиндра, тесно прикасающиеся друг к другу торцами жернов. При этом один цилиндр остается в неподвижном состоянии.
2. Коническая колокольная чаша с ротором. Чаша остается неподвижной.
3. Цилиндры (кольцевые), которые в процессе работы катятся по внутренней поверхности другого цилиндра.
Жернова на минимельницах используются для проведения разового размола зерновых (пшеницы, ржи и другого зерна) с целью преобразования их в муку и корм для сельскохозяйственных животных. Также жернова используются при производстве круп. С их помощью зерно шелушится и шлифуется.
На первый взгляд, этот способ кажется простым, поскольку к материалу, из которого изготавливаются все рабочие органы агрегата, предъявляются специфические требования. Материал должен быть однородным, вязким, пористым, твердым и прочным. Также нужны определенные механизмы для регулирования давление между рабочими частями, которые движутся, и которые остаются в неподвижном состоянии. В современной практике аграрных предприятий измельчающие устройства такого типа не используются.
Использование кольцевого и бегунково-го способа сопряжено с некоторыми сложностями. При их использовании для измельчения зерна (пшеницы, ржи и других культур) сырье не прокатывается при большом давлении, а как бы протаскивается по направляющей цилиндра.
Следовательно, вышеуказанные два способа также недостаточно эффективны для создания минимельниц. Они не позволяют добиваться измельчения зерна в широком диапазоне дисперсности - от мелких частиц, применяемых для производст-
ва хлебопекарной продукции, до крупных, используемых в производстве кормов для сельскохозяйственных животных.
На предприятиях для измельчения зерна в муку часто используются центробежные пальцевые мельницы, включающие станину с размещенной на ней подающий механизм, дробильную камеру с приводом ротора и выводной бункер. На роторе шарнирно крепятся пальцы.
Недостатком этих центробежных пальцевых мельниц состоит в том, что при взаимодействии молотков с массой происходит не достаточно эффективно, поскольку импульс, которым обладают молотки, передается зерновой массе лишь частично. Кроме того, дисперсность продукта измельчения определяется размерами отверстий деки, как правило, имеющими диаметры 0,8; 1,0 и 1,2 мм и более. Тем более в конструкции отсутствует возможность плавного регулирования дисперсности выходного продукта.
При использовании вальцовых станков для измельчения зерна имеются недостатки, такие как высокая стоимость и возможность их изготовления только на специализированных предприятиях машиностроения, на которых возможна реализация достаточно точных технологических процессов, осна-
щенных специализированными металлообрабатывающими станками и специальным оборудованием.
Основной задачей модернизации является решение эффективности работы и возможность изготовления машины на собственном предприятии.
На рисунке 2 представлен общий вид предлагаемой мельницы. Мельница состоит из цилиндрического корпуса 1, на котором закреплены статические билы 2, и ротора в виде усеченного конуса 3 с расположенными на нем симметрично динамическими билами 4, выполненными в виде колец с рифленой внешней поверхностью, радиальное и вертикальное перемещение которых ограничено эксцентричными штоками 5, диаметр которых меньше внутреннего диаметра динамических бил. Между динамическими билами 4 на роторе 3 симметрично закреплены центробежные пластины 6. На цилиндрической образующей корпуса 1 расположено окно 7, закрытое сеткой 8, и патрубок 9, а на торцевой поверхности корпуса 1 -загрузочное отверстие 10. Зазор между внутренней поверхностью корпуса 1 и конической образующей ротора 3 может изменяться с помощью болта 11 и пружины 12.
Рис. 2. Общий вид модернизированной мельницы
Роторная мельница работает следующим образом. Через загрузочное отверстие 10 зерновая масса поступает в рабочий объем и попадает в зазор между динамическими билами 4 и статическими билами 2 с ударным воздействием, разрушающим оболочку зерновок. При последующем воздействии бил 4 и 2 происходит размельчение внутренней и наружной частей зерновок. Прочность внутренней части зерновки эндосперма значительно меньше прочности оболочки и поэтому под действием центробежных пластин они через окно 7, закрытое сеткой 8 с патрубком 9 эвакуируются из рабочего объема. Более крупные частицы оболочки под действием гравитационных сил выводятся из рабочего объема через зазор между корпусом 1 и роторной пластиной 3, который регулируется с помощью винта 11 и пружины 12, а расстояние между динамическими билами и статическими билами устанавливается эксцентричными штоками 5.
Из-за ограничения энергопотребления привода мельницы должно быть уделено внимание подаче зерна в измельчающее пространство. Для этого на входе бункера необходима заслонка, перекрывающая пло-
щадь входного отверстия мельницы, посредством которой регулируется подача зерна. Эта заслонка должна быть снабжена магнитной ловушкой, фильтрующей измельчающую массу от ферромагнитных примесей.
В самом измельчающем устройстве, в результате взаимодействия динамических и статических бил с измельчаемым продуктом, возможно появление ферромагнитной пыли в составе эвакуированного измельченного продукта. Поэтому, на выходе мельницы также целесообразно применение магнитной ловушки. В результате, конструктивная схема измельчения зерна представляется в виде бункера с дозатором подачи измельчаемого продукта, снабженным входной магнитной ловушкой и выходной магнитной ловушкой, расположенной в выходном патрубке эвакуации измельченного продукта из объема мельницы.
Внедрение в производство усовершенствованного механизма измельчения мельницы позволяет плавно регулировать дисперсность выходного продукта без использования решета, увеличить объём производства и улучшить качество продукта.
Библиографический список
1. Демский А.Б. Оборудование для производства муки, крупы и комбикормов: Справочник / А.Б. Демский, В.Ф. Веденьев. - М.: ДеЛи принт, 2005. - 760 с.
2. Ковалевский В.И. Проектирование технологического оборудования и линий: Учебник для вузов. - СПб. : Гиорд, 2007. - 320 с.
3. Оборудование для хранения продукции растениеводства: учебник для вузов / Т.М. Слиткова [и др.]. - Нижний Новгород: Нижегород. ГСХА, 2010. - 107 с.
4. Плаксин Ю.М. Процессы и аппараты пищевых производств: Учебник для вузов / Ю.М. Плаксин, Н.Н. Малахов, В.А. Ларин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: КолосС, 2006. -760 с.
5. Технологическое оборудование для переработки продукции растениеводства/ Под ред. А. А. Курочкина. - М.: КолосС, 2013. - 445 с.
IMPROVEMENT OF THE MILL FOR FARMING
A.V. Mayorov, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor A.A. Gorinov, Student Mari State University (Russia, Yoshkar-Ola)
Abstract. The article analyzes the methods and technical means of grinding. Identified their shortcomings. The disadvantage of centrifugal finger mills is that when the hammers interact with the mass, it is not efficient enough, since the impulse that the hammers p ossess is transferred to the grain mass only partially. In addition, the fineness of the grinding product is determined by the size of the deck holes, as a rule, having diameters of 0.8; 1.0 and 1.2 mm or more. Moreover, the design lacks the ability to smoothly control the dispersion of the output product. When using roller machines for grinding grain, there are disadvantages, such as high cost and the possibility of their manufacture only at specialized mechanical engineering enterprises, where it is possible to implement sufficiently accurate technological processes equipped with specialized metal-working machines and special equipment. The main task of the modernization is to solve the efficiency of work and the possibility of manufacturing the machine at our own enterprise. The introduction into production of an improved grinding mechanism of the mill allows you to smoothly adjust the dispersion of the output product without using a sieve, increase the production volume and improve the quality of the product.
Keywords: grinding, mill, sieve, rotor, dispersion.
