автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Интенсификация процесса измельчения ... в производстве ком..кормов

.) < п я Ей

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РСФСР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОШПШЕННОСТИ

На правах рукописи

ГЛЕБОВ Леонид Александрович

УДК 664.734.2:636.085.55

ИНТЕНСШКАЦИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИ. В ПРОИЗВОДСТВЕ ког тов

Специальность 05.18.12 - Процессы, машины и агрегаты

пищевой промышленности

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1990

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте пищевой промышленности.

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель

науки и техники РСЙСР, доктор технических наук, профессор ШНЕТ М.М.

Академик Российской академии сельскохозяйственных наук, доктор технических наук

СЫРОВАТКА В.И.

доктор технических наук

МАЧИХИНА Л.И.

Ведущая организация - Всесоюзный научно-исследовательский институт комбикормовой __ промышленности ВНПО "Комбикорм"

Защита состоится " " Л 1990 г. в час.

на заседании специализированного совета Д 063.51.05 при Московском ордена Трудового Красного Замени технологическом институте пищевой промышленности по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, дом II.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТШП.

Автореферат разослан " ^" 6^ -^1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 063.51.05

к.т.н., доцент И.Г.Благовещенский

; ' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей технологической операцией на комбикормовых предприятиях, в значительной мере определяющей качество комбикормов и оказывапцей влияние ка энергозатраты при его производстве, является измельчение зернового, гранулированного и других видов сырья. Для получения сирья требуемой крупности широко иснользуьт молотковые дробилки, процесс измельчения на которых весьма энергоемок; расход энергии на измельчение сырья достигает 40-70£ в зависимости от вида выпускаемых комбикормов и технической оснащенности предприятия. Недостаточная вн-ровненность гранулометрического состава измельченного на молотковых дробилках зернового сырья отражается на качестве готового комбикорма, его усвояемости животными и птицами. Наличие ситовой поверхности в зоне интенсивного истирания и высоких ударных нагрузок не позволяет обеспечить достаточную надеяность молотковых дробилок и необходимую стабильность технологического процесса производства рассыпных комбикормов. Поэтому, с целью получения комбикорма высокого качества, после молотковых дробилок устанавливай' просеиващяе машины, осуществлялцие контроль крупности измельченных продуктов. Существующие конструкции просеивавдпх машин имеют ряд недостатков, основным лз которых является сложность изменения контролируемого размера.

В связи с этим работы по интенсификации процесса измельчения, совершенствования технологии и конструирования пзмелъчаших и просеивающих машин являются весьма актуальными.

Исследования, результаты которых вклпчекы в диссертацию, проводились в лабораториях МГИШ и на комбикормовых предприятиях в соответствии с Координационным планом каучно-исследоаатель-ских и опытных работ, а также планом создания новой техники Ый-

кистерства хлебопродуктов (заготовок) СССР. Основные разработки включены в общесоюзную научно-техническую программу 0.42.01 "Зернопродукты" Министерства хлебопродуктов СССР и региональную межведомственную научно-техническую программу "Агрокомплекс".

Целью работы является решение крупной научной проблемы интенсификация процессов измельчения сырья на основе совершенствования существующих и создания новых измельчающих и сепарирупцих машин для производства комбикормов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следупцие задачи:

- проведение теоретических исследований процесса разрушения сырья комбикормов ударом;

- выявление основных физико-механических характеристик комбикормового сырья для обоснования теоретических зависимостей его разрушения ударом;

- выявление основных показателей и их величин для расчета эффективности дробилок ударного действия;

- разработка более совершенных измельчающих машин ударного действия для дробления сырья комбикормов;

- разработка более совершенных машин для контроля крупности продуктов измельчения сырья комбикормов;

- совершенствование совместной работы дробилки ударного действия и просеивающей маишш при измельчении зернового и гранулированного сырья комбикормов и их смесей.

Научная новизна работы. Разработаны теоретические основы процесса разрушения сырья комбикормов ударом с учетом образования и развития трещин.

I Определены впервые или уточнены значения динамических ха-

рактеристик комбикормового сырья: условных коэффициентов восстановят;^ нормальной скорости удара, модуля упругости, времени

контакта частиц сырья со стальной поверхностью при ударе, удельных энергий на единицу поверхности разрушения, скоростей удара зерна, приводящих к образованию трещин, начальному и полному его разрушению. Это позволяло обосновать теоретические зависимости разрушения сырья комбикормов ударом и интенсифицировать этот процесс.

Найдены математические зависимости, позволяющие определять основные показатели эффективности работы бесситовых дробилок ударного действия (производительность, удельный расход энергии, КЦД и др.).

Разработан я принят проныпшенностью к внедрению энергосбе-регащнй способ измельчения комбикормового сырья многократным ударом с промежуточным отбором продуктов размола.

Теоретически и экспериментально обоснованы новые рабочие процессы измельчения и сепарирования сырья комбикормов. На базе чего:

- разработаны и приняты к серийному производству новые типы сепарирующих машин - классификаторы для зернового сырья и поваренной соля;

- разработана и внедрена бесситовая дробилка для измельчения неупругих видов сырья;

- разработан и внедрен более совершенный способ двухстадий-ного измельчения гранулированных видов сырья;

- разработан и принят к внедрению новый тип дробильной машины - пальцевый измельчитель с встроенным классификатором для зернового и гранулированного сырья комбикормов.

Практическая значимость работы. На базе теоретических и экспериментальных исследований в области разрушения сырья комбикормов ударом и сепарирования измельченных продуктов, а такле выявленных значений физико-механических характеристик сырья ре-

шена важная народнохозяйственная проблема - интенсификация процесса измельчения сырья комбикормов.

Приняты к серийному производству в 1989 г. классификатор У1-ДКЗ для зернового сырья, з 1990 г. - классификатор У1-ДКД дня поваренной соли. Классификаторы защищены авторскими свидетельствами /34,35/. В 1989 г. изготовлены и переданы в производство 20 шт. классификаторов У1-ДКЗ. В 1990 г. планируется изготовление их в количестве 200 шт., а всего до 1994 г. - 1,02 тыс.штук. Годовой экономический эффект (по расчетам Харьковской МИС) от применения в комбикормовой промышленности одного классификатора У1-ДКЗ составит 3991, а одного У1-ДКД - 1006 рублей. Опыт работы классификатора У1-ДКД в линии соли Кондопожского комбикормового завода, из которого исключена молотковая дробилка, дал фактический экономический эффект 28 тыс.руб. в год.

Принят к внедрению пальцевый измельчитель с встроенным классификатором для зернового и гранулированного сырья. Измельчитель защищен авторским свидетельством /32/. Ожидаемый экономический эффект от внедрения одной машины в комбикормовую промышленность составит 5,0 тыс.руб. в год.

Модернизация молотковых дробалок линии зернового и гранулированного сырья Болшевского комбикормового завода дала фактический экономический эффект 5,3 тыс.руб. в год.

Эксплуатация дробилки с упругой декой для минерального сырья на Кинель-Черкасском межхозяйственном комбикормовом заводе дала фактический экономический эффект 18 тыс.руб. в год. Использование двухстадийного измельчения (измельчитель ДГ-Ш, молотковая дробилка) гранулированных видов сырья на Болшевском комбикормовом заводе позволило получить фактический экономический эффект 18,5 тыс.руб. в год.

Принят промышленностью к внедрению опытно-промышленный

регламент на процессы подготовки зерновых культур, гранулированного сырья и смесей с применением бесситовнх дробилок и промежуточного просеивания продуктов размола.

Рекомендована промышленности методика прогнозирования производительности и удельного расхода энергии бесситовых дробилок ударного действия.

Предложена методика выявления и оценки эффективности процесса измельчения и КПД дробилок ударного действия.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались, начиная с 1971 г., ка Координационном Совете по научно-исследовательским и опытным работам для комбикормовой промышленности Министерства хлебопродуктов (заготовок) СССР (при ВШГЖП); с 1972 г. - на технических советах и совещаниях министерств хлебопродуктов (заготовок) РСФСР и СССР; на приемочной комиссии новой техники ¡Министерства хлебопродуктов СССР (1988, 1989 гг.); на секции комбикормовой промышленности центрального правления ВНТО работников хлебопродуктов з 1988 г.; неоднократно на научных конференциях ЖИЛ с 1972 г.; на юбилейной тучной конференции ВНИИКП (Воронеж, 1979 г.); на 1У международном симпозиуме по научно-техническим проблемам комбикормовой промышленности (Воронеж, 1983 г.); на Всесоюзной научной конференции "Путл совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортирования продуктов питания" (МТИПП, 1984 г.); на Всесоюзной научной конференции "Разработка и совершенствование технологических процессов, машин и оборудования для производства, хханения и транспортировки продуктов питания" (МТШП, 1987 г.); на 28-й научной конференции ВосточноСибирского технологического института (Улан-Удэ, 1989 г.).

Отдельные разделы диссертации отражены в 5-ти отчетах по хоздоговорны;/, а 2-х - по госбюджетным НИР, выполненных под рухо-

водством и непосредственном участии автора; результаты их одобрены и приняты заказчиком (Министерством хлебопродуктов (заготовок) РСФСР) к внедрению.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе. Некоторые результаты диссертации включены в книгу для работников комбикормовой промышленности /2/, в учебное пособие/3/ и лабораторный практикум для вузов /13/.

Основное содержание диссертации изложено в X научных работах, в том числе в 5-ти отдельных изданиях и 5-ти авторских свидетельствах на изобретения. В 1980 г. автору был присвоен нагрудный знак "Изобретатель СССР".

Объем диссертации. Диссертация изложена на 504 машинонисных листах, состоит из введения, восьми глав, общих выводов, списка литературы, приложений и включает 52 таблицы и НО рисунков. Основной текст диссертации изложен на 265 листах. Список литературы содержит 278 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение. Обоснована актуальность теш исследования, сформулированы цель и задачи, научная новизна и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена анализу теоретических исследований в области разрушения твердых материалов и продуктов, выбору рациональных конструкций и режимов работы машин ударного действия. Показан вклад ученых в развитие теоретических исследований процесса разрушения материалов и продуктов. Решением этой задачи занимались Риттингер П.Р., Герсам Е.А., Кирпичев В.А., Кик Ф., Девенсон Д.Б., Гутьяр Е.Ы., Нисневич М.А., Гийо Р., Бонд Ф., Рундквист А.К., Холмс, Хоррис, Ребивдер П.А., Брах, РумГ., Гриффите, Горячкин В.П., Романдин В.П., Куприц Я.Н., Хусид С.Д.,

Демидов А.Р., Мельников C.B., Елисеев В.А., Ахунов В.И. и другие.

Предложенные гипотезы ученых для частных случаев (например, для процессов измельчения сырья в пищевой, мукомольной и комбикормовой промыпленности) не позволяет достаточно точно определять расчетный путем необходимые показатели процесса разрушения частиц продуктов. Кроме этого, па разрушение материалов и продуктов больпое влияние оказывает возникновение и развитие трещин в результате приложенных нагрузок. Концентрация энергии по фронту трегда способствует разрупанию материалов и частиц продуктов при более низких напряжениях, чем это необходимо для нарушения одно-родноЗ структуры. Гриффите впервые установил энергетические условия развития таких треют. Дальнейшее развитие теория Гриффпт-са получала в работах многих исследователей - таких как Макклин-ток Аргон А., Бнбли Б., Дуккер Д., 1^дьер Д., Либовиц Г.,Эр-доган Ü., Ирвин Д., Парис П., Махутов H.A., Партон В.З., Борпс-ковекпй В.Г. и другие. Однако эти исследования в основном относятся к разрушению однородных по составу материалов и направлены на предотвращение этого процесса.

Из известных способов механического нагружения материалов и продуктов о целы) их разрушения, таких как удар, сжатие, истирание, сдвиг, резание, наиболее широкое применение нашли удар и сжатие. Исследуя процессы разрушения зерновых продуктов в комби-корковой, мукомольной, спиртовой и других отраслях промышленности, ударному измельчению отдают предпочтение многие ученые (Демидов А.Р., Мельников C.B., Айзикович Л.Е., Елисеев В.А., Неме-нущий А.Ф., Шуб Г.И., Грушевой С.Б., Дживджихадзе С.П., Сыроват-ха В.И., Казанцев H.H., Клименко Н.В., Малаховцев В.П., Устинни-жов Б.А. и другие).

В настоящее время из большого многообразия машин ударного действия наибольшее применение в комбикормовой промышленности

получали молотковые дробилки. Изучением рабочие процессов и совершенствованием конструкций молотковых дробилок, предназначенных для измельчения зерновых культур, занимались многие ученые: Демидов А.Р., Гернет U.U., Щуб R.H., Хусад С.Д., Казанцев H.H., Мельников C.B., Елисеев В.А., Дорофеев Н.С., Сыро ватка В.И. ,Пло-хов Ф.Г., Грушевой С.Б., Энсина U.A., Спорыхин В.В., Тарасен-ко A.U. и другие. Молотковые дробилки, наряду с достоинствами, имею ряд недостатков, которые вызваны их конструктивными особенностями и, в частности, наличием сита в рабочей камере дробилки . Поэтому для устранения основных недостатков необходим переход к беоситовой конструкции дробилок ударного действия. Показано также, что возможно при этом совершенствование процесса измельчения за счет применения прогрессивной технологии, включающей измельчение сырья комбикормов с промежуточным отбором продуктов размола. Рассмотрены современные конструкции сепарирующих машин, с целью их использования для контроля крупности измельченных видов сырья комбикормов.

Во второй главе дайн описания экспериментальных установок для изучения физико-механических свойств комбикормового сырья и методы исследований. Экспериментальная установка для определения прочностных характеристик сырья позволяет производить сжатие частиц сырья до их разрушения, фиксировать значения усилий и деформации, получать результаты в виде их графической зависимости.

Экспериментальная установка для исследования процесса ударного разрушения частиц сырья комбикормов позволяет разгонять поток частиц продуктов до скорости от 5 до 75 м/с, производить скоростную киносъемку процесса разрушения частиц при их ударе о преграду (деку, поверхность молотка и т.д.), исследовать влияние скорости удара, угла встречи потока частиц с преградой, количество ударов на эффективность измельчения сырья комбикормов.

Лабораторная молотковая дробилка дает возможность модеягро-вать процессы, происходящие в молотковых дробндхах марки А1-ДУР--6, А1-ДМР-12, А1-ДМР-20, AI-ДДП, AI-ДДР, т.к. в ней установлен ротор аналогичного диаметра, но имехдий ыеньоух) пирнну. Лабораторная дробилка позволяет плавно менять частоту вращения ротора и okpyihyd скорость молотков от 30 до 150 м/с, производят(шг-ность от 0 до 1,2 т/ч; производить замену сита, изменять зазор между полотками и ситом, устанавливать ыэлотки любой конфигурации по определенной схеме и деву с разным рельефом поверхноста, проводить скоростную киносъемку процесса в четырех зовах камера измельчения. Экспериментальная установка для определения динамических характеристик сырья позволяет определять динамические жесткость и модуль упругости сырья комбикормов. В установка попользованы виброметр 3-4, звуковой генератор ГЗ-ЗЗ и измерительная аппаратура. Для получения коэффициента формы зерновки била изготовлены из стекла (ЗС-5) цилиндрики и стеклянные зерна, повторяющие конфигурацию зерна пшеницы, ячменя и рои.

Разработана программа для ЗВЫ расчета гранулометрического состава исходного и измельченного верна, см ееel и готовой продукции согласно методике, разработанной в МТИПП под руководством проф. А.Р.Демидова.

В третьей главе даны теоретическое обоснование процесса разрушения сырья комбикормов ударом и его экспериментальная проверка. В комбикормовой промышленности основиш видом сырья, которое измельчают в дробилках ударного действия, являются зерновые культуры (ячмень, пшеница, кукуруза и т.д.). Рассматривая зерновку как объект разрушения, отмечаем, что для зерна можно воспользоваться современной концепцией разрушения тела в резульг-тате силового динамического воздействия на него при развитии имещихся или вновь появляющихся трещин. Так как динамическим

воздействием является удар, то решение задач механики разрушения связаны с преодолением серьезных аналитических и вычислительных трудностей. Поэтому при моделировании процесса разрушения тел в' результате развития трещин исходят из допущений о том, что траектория движения трещины является прямолинейной, а скорость развития трещины постоянной или произвольной функцией времени. Важнейшей характеристикой механики разрушения служат коэффициенты интенсивности напряжений. Поэтому при анализе процесса разрушения тел ударом выделяет такие задачи как определение зависимости коэффициентов интенсивности напряжений от времени для стационарной трещины (т.е. когда скорость ее распространения равна нуле), от времени и скорости распространения трещины, определение закона роста ее при нестационарном режиме, если известна зависимость поверхностной энергии от скорости развития дефекта. В настоящее время при анализе процесса распространения трещин в разрушаемом теле обычно используют формулу Триффитса. Эта формула выражает условие баланса энергии, подводимой к нему извне, и энергии,затрачиваемой на образование в результате развития трещин новых поверхностей в теле. Так, например, в частном случае для сфера-ческой трещины имеем ___

6" = 2/-^- или 2г=£Гу (1) где & - напряжение, 5 - модуль упругости тела, ^ - удельная поверхностная энергия разрушения, X5 - радиус трещины.

Наряду с формулой Триффитса в виде (I) в динамической теории используют уравнения движения (в декартовой сиотеме коорди-

н&т)

г# *fЩ • (1 * ')- ®

где р - плотность материала тела, 2/1 - компоненты вектора пе-

ремещения V , (У^ - компоненты тензора напряжений, - декартовы координаты. Если исходить из обобщенного закона Гука, то связь между компонентами тензора напряжений и вектора перемещений имеет вид

где 4/= I, если i-j , Sjj - 0, если сфj (символ Кронекке-ра), ^ иу* - константы Ламэ. Тогда подставляя (3) в (2), приходим к уравнению движения (в векторной форме)

Р = {À + SjhJ^aaicit ¿Г г/ -JH го/ г/. (4) Г.сли ограшпшться рассмотрением двух наиболее простых случаев -длоскон деформации ила плоского напряженного состояния, то вво-дК так называемые волновые потенциалы У и V , связанные с перемещением 7JX и ^у соответствующими зависимостями, и подставляя их в формулы (3), (4), получим уравнения движения в проекциям, по осям X и У.

ÉÎÏ illf = ■ ^^ iîïL-A

àХг * д?л л/ dt* } дХ* * à</■* ' af àt* ' (5) где ^, Дг - соответственно скорость продольных и поперечных волн. Причем, входящий в (5) потенциал f характеризует распространение продольных волн, потенциал У - поперечных.

При развитии трещины отмечают три основных вида деформации поверхности трещины: нормальный отрыв, поперечный и продольный сдает. Если ввести локальные декартову (Х,У) и полярную (<? ,2f) подвижные системы координат с центром в вершине распространяющейся трещины, то для компонентов тензора напряжений в случаях нормального отрыва и поперечного и продольного сдвига получают уравнения, в которые входят коэффициенты интенсивности напряжений (): нормального отрыва (^ ), поперечного сдвига (Л}) и

продольного сдвига {К,-,). Если рассмотреть задачу о распространении прямолинейной полубесконечной трещины 0< Х< > у ^ с переменной скоростью £/ под действием произвольных нагрузок, то получают следующее уравнение для определения коэффициента

где Л/ ^/отличная от нуля аналитическая в комплексной плоскости функция, зависящая от коэффициента Пуассона, ** постоянный коэффициент, - удельные ударные нагрузки, реализующие деформацию отрыва или сдвига, йд - скорость волны Рэлея.

Как вытекает из анализа формулы (6), выражение в фигурных скобках зависит лишь от скорости распространения трещин к оно обращается в единицу при 0 . Поэтому величины

зависящие лишь от текущей длины трещины и не зависящие от скорости ее распространения, представляют собой коэффициенты интенсивности напряжений для стационарной трещины с вершиной в точке €.

Так как в нашем случае интерес представляет процесс, в котором развитие трещины считается законченным, то целесообразно определить предельные значения коэффициентов ^¡С^/ при условии

2Г-~0 • Если совместить начало координат с. точкой приложения ударного импульса, т.е. полагать Х0~ О , то получим

Если развитие трещины происходит под действием динамических, ударных нагрузок, по аналогии с (I) получают энергетическое

соотношение

га» С■

Применительно к анализу закона движения трещины от ударных нагрузок в частице сырья комбикормов в зависимости от ее формы и направления ударного импульса могут быть реализованы все три вида деформаций.

Рассмотрим простейший случай, когда частица имеет кубическую форму (например, частицы минерального сырья), а поверхность иолотка и деки принята как плоскость. В этом случав может произойти прямой удар или с отклонением от прямого на угол оС . При ударе молоток сообщает частице ударный импульс Р-тТ^/'/*^ , где /п - масса частицы, - окрудная скорость молотка в точке соударения, / - коэффициент восстановления.

Если удар происходит с отклонением от прямого, т.е. оС^о , то в комент удара возникают нормальное Рп и касальноо напряжения:

Ра =■ РСа£+ ; Рг = Р&п оС. (Ю)

При этом наиболее вероятно, что при таком ударе от нормального напряжения возникает деформация нормального отрыва или поперечного сдвига, а от касательного- продольного сдвига. Одновременно деформация тала возможна за счет нормального отрава и продольного сдвига или поперечного и продольного сдвига.

Учитывая, что расчет длины трещины и критической скорости разрушения производится в условиях, когда скорость развития трещины равна нулю, определим значения коэффициентов /Се- по уравнению (9) при условии, что 2Г-~0

Если рассматривать один из трех видов деформаций, то при ^ = 0 энергетическое соотношение (II) имеет следующую структурную форму с учетом Л, или Л,-

'(«.>)• «

Если длина трещины Х'С, то на основе (12)

Если Т - время действия ударного импульса частицы продукта при ее контакте с поверхностью молотка, то удельное значение ударной нагрузки в соответствии с (10) может быть определено согласно формуле

9* = Л. . , (14)

X *г ¿г

где £ - размер частицы, имещей форму куба; /п =■ ¿ус - масса частицы.

В этом случае из (13) и (14) получим

/• (15)

Если исходить из того, что частица разрушается при условии, когда длина трещины достигнет ее размеров, т.е. , то со-

гласно (15) будем иметь формулу для расчета критической скорости Ук соударения молотка с частицей, при развитии в ней в результате удара напряжения нормального отрыва или поперечного сдвига, в следующем виде

Ч-^г/Ш-

При jh ->)))] формула (16) примет ввд

7Г - 7- / *** '

4 У ¿3 (17)

В случае пряного удара, т.е. при оС = 0 из (17) швеи

у = JL /1SZT7 (18)

Если в частице в результате удара развивается деформация продольного сдвига (.Я^. = 0), то после аналогичных преобра-

зований Судей иметь'

rae Jj MjCoS'd. f Sin -w.

т / '

При разрушении частицы, т.е. при ¿ получим -,/• Т / ¿Tf-e 7

Если o¿ = 0, то приходим к уравнении (18).

При ударе молотка по частице продукта в дробилках ударного действия частица за время ударного импульса ( ^ ) приобретает скорость точки молотка ( ), в которой произошел удар и за счет упругих свойств отойдет от молотка. В этом случае скорость соударения частицы с декой будет . Если удар произой-

дет с отклонением от норкахл на угол^ , то

. Поскольку большинство дробилок ударного действия работает по рассмотренной схеме, то рациональным является разрушение частиц продукта за счет удара по нему молотка ротора и удара частиц о дезу. В этом случае при первом ударе в частице образуется трещина длиной , пра втором - £ , а общая длина составит ¿j* • Тохда при разрушения частицы в резуль-

тате двух ударов о учетом, что будем иметь

. г л ^ , , х

/ г 1? (22)

где £ =*

/> Vгр+мы+гр+му ' (23)

Приникая во внимание, что для частиц сырья комбикормов У = 0,25, то, пренебрегая величинами коэффициента Пуассона, из (23) будем иметь _

у'. ,/ ^

Если . то, исходя из (24),приближенно получим

/ 7" / ■З' ¡Г' 7

Ъ'^Т* (25)

Уравнения (24) и (25) имеет смысл в том случае, когда < Уг и т^^ <, где - коэффициент трения частиц продукта по поверхности молотка ротора или деки.

Переходя к конкретному виду сырья комбикормов, в целях упрощения анализа предполагаем, что частицы сырья изотропны по механическим свойствам и им вит правильную форму. Анализируя форму частиц сырья, можно условно принять частицы соли за куб, зерновки пшеницы, ячменя, ржи и т.д. за эдипсоиды с осями , Ся, частицы иаш и зерновки кукурузы, проса и т.д. - за шар с диаметром </ . Приравнивая объем элипсоида или шара объему куба со стороной "¿* , получим приведенный размер, который можно использовать в расчетных формулах, с учетом, что Сл

€

Так например, для зерен пшеницы, ячменя и т.д. уравнение (25)

(26)

примат вид

----(27)

Полученные зависимости (15)-(25),(27), в отличие от используемых формул расчета критической скорости В.П.Горячкина.В.П.Ро-мандана н других, наряду с такими параметрами, как модуль упругости, плотность, размер частиц материала, зависят от коэффициента у , выразащего величину удельной поверхностной энергии разрушения, а также время ударного импульса Т , коэффициента восстановления £ , коэффициента Пуассона У, т.е. от всех основных параметров процесса ударной обработки сырья. Это указывает на большую методическую обоснованность расчетных формул критических скоростей, вытекашщх из теоретических результатов по образованию и развитию трещин, по сравнению о известными в теории дробления до настоящего времени.

Для выбора наиболее правильной из рассмотренных моделей и возможности пользования расчетными формулами необходимо знать параметры, характеризующие физико-механические свойства сырья комбикормов.

Определение коэффициентов восстановления различных зерновых культур и частиц минерального сырья при различных скоростях удара от 5 до 70 м/с проводилось с помощью экспериментальной установки для исследования процесса ударного разрушения частиц. Для этого выбирались на киноленте те частицы, которые после удара получали направление скорости, близкое к нормальному по отношению к рабочей плоскости ударного элемента - деки.

Для различных зерновых культур зависимости коэффициентов восстановления от скорости удара зерновок о стальную деку приведены на рис.1. Полученную закономерность изменения £ от 2^) можно объяснить следующим образом. Вначале увеличение ори-

к

0,550 0,500 0,450 0,400 0,350 ,300 0,2-0 0,200 0, Г50

Рис. I. Зависимость условных коз№шиентов восстановления нормальной•скорости зерновых культур от их скорости до удара о стальную деку.

I- Kv-ууруза ; 2 - тпенкца ; 3 - овес ; <1-- я'чуонь ; Ь - рожь.

I «А*

4 к

"И^чЗч

3 > * 0 N

х* % \i о X 4 Ч4 V 1

1 Л N ч

\ л л ^

\ \ * ч \ N; \ N к \

\ * \ * \ \ \ > Г\

О ТО 20 30 40 50 60 "^а, м/с

м/с

I

8

Рйс. 2. Удельные затраты энергии на измельчение зерна до крупности частиц менее Зкяв зависимости от скорости удара зерна о деку при влажности исходного продукта Ш, угле атаки зернового потока с поверхностью деки 90°.

водит к более явному проявлению упругих свойств зерна; снижение $ при дальнейшем повышении Ъ^з вызывается образованием внутренних и внешних трещин в зерно и их разрушением. Эта гипотеза под-тверздается результатами исследований прочностных свойств зерен после их удара о стальную деку.

Опыты показали, что £ зависит от влажности зерна \Л/ , повышение влажности приводит к уменьшению значения коэффициента восстановления. Были проведены исследования и получена эмпирическая формула для ячменя.

4 =0,65609 - 0,00427ЦЭ ~ а, Од833 [V. (28) При исследовании процесса разрушения минерального сырья опыты показали, что частицы соли после удара о деку медленно отходили от ее поверхности на незначительное расстояние и под действием веса падали вниз, т.е. коэффициент восстановления но]>-мальной скорости был близок к нулю как при разрушении, так и при сохранении целости частиц при ударе. Частицы кела обладали лучшими упругими свойствами и тлели максимальный коэффициент восстановления / = 0,219.

Время ударного импульса частиц зернового и минерального сырья со стальной поверхностью также определят! с помощью скоростной киносъемки процесса. Анализ материалов показал, что время ударного импульса неразрушенных зерен с декой зависело от размеров и положения зерен при ударе; скорость удара не оказывала существенного влияния на его продолжительность. Неразрушенные

с

зерна находились в контакте с плоскостью деки в течение 10 -10~4 с> затем отходили от ее поверхности со скоростью меньше скорости до удара. Время ударного импульса при разрушении зерна возрастало в 10 раз по сравнению с ударом зерна без разрушения. Время ударного импульса частиц минерального сырья также изменялось в зависимости от исходного размера и характера разрушения.

При ударе частиц о стальную деку без их разрушения время ударного импульса составило для соли б'КГ^-НМО"* с, для мела -5'1СН-13»1СГ* с; при начале разрушения для соли и мела - 1СГ4-16-Ю-* с; при полном разрушении для соли 8»10"*-23»10~^ с, для мела 13-Ю"4-^-Ю-4 с.

Анализ результатов скоростной киносъемки процесса удара зерна о стальную деку позволил определить скорость удара,при которой начиналось разрушение зерна. Кроме этого, было отмечено, что если при ударе зерна о деку происходило ее разрушение на большое количество мелких частиц (более десяти), то эти частицы отходили от плоскости деки на незначительное расстояние и начинала падать под действием своего веса. Иначе говоря, процесс ударного разрушения зерна в этом случае близок к оптимальному, так как основная часть энергии удара затрачивалась на образование новых поверхностей измельченного продукта. Такому разрушению был присвоен условный термин - полное разрушение зерна . Принимая во внимание, что при полном разрушении зерна коэффициент восстановления имеет значение близкое к нулю, было выдвинуто следующее предположение: при экстраполяции прямолинейной зависимости /-/{Ууе?) (рис.1) для зерна пшеницы, ячменя и т.д. до пересечения ее с осью абсцисс получим значение скорости удара, необходимое для полного разрушения данного зернового продукта.

Для подтверждения правильности сделанного предположения значение скорости разрушения било получено экспериментальным путем для зерна кукурузы. Величина скорости удара оказалась разной 59,9 м/с, что незначительно отличается от значения 58,0 м/с,которое было определено графическим путем. Исходя из этого, используя графические зависимости, нашли скорости удара, необходимые для полного разрушения исследуемых видов зернового сырья. Основные динамические характеристики зернового сырья представлены в табл.1.

Таблица I

Динамические характеристики зернового сырья

Показатель Вид зерновоз со сыр1 >я

Ячмень Овес Пшеница j Рожь Шшгерка ЗГ)

Максимальная величина коэффициента восстановления скорости, кА 0,525 0,432 0,495 0,468 0,575

Скорость удара начала образования трещин, 2ГЛ . м/с 12 13 10 II 6

Скорость удара начала разрушения зерна, м/с 70 56 43 45 20

Скорость удара полного разрушения зерна, гГ„ , ц/с 130 105 115 92 60

Анализ материалов скоростной киносъемки процесса разрушения частиц минерального сырья показал, что при малых скоростях удара разрушению подвергаются скомковашше частицы минерального продукта. Дальнейшее увеличение скорости приводило к разрушению как крупных, так и мелких частиц.

Для определения модуля упругости зерновых культур при динамическом воздействии использовали установку для определения динамических характеристик сырья комбикормов и изменяли нагрузку Р от 3,25 до 65,0 Н и влажность от 6 до 15%. Результаты исследования показали, что величина модуля упругости для зерновых культур зависит от нагрузки и их влажности. С помощью ЭВМ получили следупцие эмпирические зависимости для: пшеницы

=Ю%27+0,13Р + О, 095 XV), (29)

ячменя £я = Ю'(3,4в +0,17Р+0,/2 \Х/), (30)

ржа Рр = 10 (г, М + 0,/ЗР + 0,12 V). (31)

Используя установку для определения прочностных свойств,были найдены предел прочности зерен т разрыв, удельная поверх-

ностиая энергия, пластическая относительная деформация и толщина пластически деформируемого слоя. Анализ результатов исследований показал, что величина удельной энергии пластической деформации зерен пшеницы (1^= 17%) почти в 15 раз меньше значения удельной энергии упругой деформации, поэтому в дальнейших расчетах энергию на пластическую деформацию зерна не учитывали.

Исследования по измельчению зернового сырья за счет его многократного удара о стальную плиту показали, что разьтоспособ-ность зерна при увеличении количества ударов повышается. Была проведена серия опытов по определению эффективности промежуточного отбора мелкой фракции (проход через сито с диаметром отверстий 2,8 мм) продукта при его ударном измельчении; в первом случае после каждого удара отбирали с помощью сита мелкую фракцию, во втором - измельчали зерно без такого отбора. Так например,затраты энергии на измельчение зерна кукурузы во втором случае были больше более чем в три с половиной раза, и при увеличении скорости удара они возрастали более интенсивно, чем при измельчении кукурузы с промежуточным отбором. В измельченной без промежуточного отбора кукурузе находилось большое количество мелких (переизмельченных) частиц продукта. Измельчение с промежуточным отбором позволяло получить более выровненный продукт в виде крупки. Средний размер частиц измельченной кукурузы при разной скорости удара уменьшался незначительно: в первом случае - с увеличением скорости удара; во втором - практически оставался постоянным. Такие же закономерности наблвдались при измельчении ячменя и пшеницы.

Изучая энергоемкость процесса ударного измельчения, было определено, что при измельчении ячменя, овса, пшеницы и кукурузы до крупности частиц менее 3 мм с разной скоростью удара (удар прямой) был получен ярко выраженный минимум затрат энергии

(ряс.2) при скорости удара для пшеницы - 33, овоа - 40, ячменя -50 м/с. Для кукурузы минимум сдвинут влево за пределы исследуемого интервала скоростей^ находится при скорости удара 15-20 м/с. Такое разрушение зерен различных культур при напряжениях, в несколько раз меньшее их теоретической прочности, происходит в результате создания и развития трнщнн при приложении к зерну ударной нагрузки. Поэтому процесс разрушения зерна согласуется с теорией Гриффитса.

Таким образом, исследования показали, что энергетически выгоднее разрушать зерно многократным ударным воздействия! с промежуточным просеиванием продуктов размола при незначительных скоростях удара, чем за один раз при соответственно большей скорости.

Знание физико-механических свойств сырья комбикормов позволяет рассчитать критическую скорость удара, при этом, если значение коэффициента восстановления с достаточной точностью можно определить из полученных данных, то модуль упругости необходимо находить с учетом эмпирических зависимостей, общий вид которых можно представить в следующем виде

£ =/¿7% -алР * а3 И^, С»)

где с^ , а3 - постоянные коэффициенты.

Если в формуле (18) пренебречь малой величиной У* , то о учетом формы зерновки (ячменя, пшеницы, ржи) а согласно (32),где Р можно определить как мгновенное усилие при ударе, получим после неслояшх преобразований

где £к - модуль упругости зерна при его пределе прочности на разрыв <эк.

Аналогично из формулы (25) будем иметь

Вводя в формулу (33) условные значения для конкретных зерновых культур пшенлцы, ячменя, ржи, определили критические скорости удара.

Для проверки правильности выведенных зависимостей в формулу (33) ввали исходные данные конкретных зерновых культур (пшеница, ячмень, рожь) и рассчитали критическую скорость удара. С помощью экспериментальной установки разгоняли поток зерна до этой скорости и наносили им удар по деке. Результаты исследований показали, что полученные формулы позволяют с достаточной точностью определять критическую скорость удара.

В четвертой главе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов в дробилках ударного действия нового типа. При создании вертикального пальцевого измельчителя был использован выявленный эффект изменения коэффициента восстановления частиц комбикормового сырья при их разрушении.

Измельчитель состоит из вертикального ротора с жестко или шарнирно закрепленными цилиндрическими пальцами, расположенными по винтовой линии, и цилиндрической обечайки-дека (рис.4). В нижней части ротора установлен диск с лопастями для вывода измель- -ченного продукта. Зерновой продукт подается питающим устройством в верхнюю часть рабочей камеры измельчителя и попадает под ударное воздействие пальцев. Разрушенные частицы зерна под действием своего веса и нисходящего воздушного потока, создаваемого лопастями диска, перемещаются вниз и выводятся вз машины. Неразрушенные зерна, за счет упругих свойств и расположения пальцев по винтовой линии, удерживаются в зоне измельчения до полного раз-

Рис. 3. Схема классификатора для зернового сырья У1-ДКЗ.

встроенным классификатором для зернового сырья.

рувенхя*

Теоретические исследования условий встречи зерен с ротора позволили сделать вывод, что наибольшая вероятность удара соответствует варианту, в которой при вращении ротора винтовая линия пяжьцев имеет подъем вверх. При расположении пальцев по винтовой линии о обратнш движением часть зерен, поступивших в измельчитель, может вообще не войти в соприкосновение с пальцами. В дальнейшем рассматривается только первый, наиболее благоприятный вариант расположения пальцев на роторе. В зависимости от конструктивных особенностей и рабочих параметров машины могут иметь место следупцие режимы ее работы: за один оборот ротора весь поток зернового продукта, находящийся в зоне ударного воздействия, попадает под удар пальцев; за один оборот ротора только часть этого потока попадает под удар пальцев.

Аналитическим путем били получены зависимооти, позволящие производить технологически! расчет пальцевого измельчителя, исходя из режимов его работы, а расчет динамического уравновешивания вращащххся масс ротора. Экспериментальная проверка основных зависимостей подтвердила правильность выведенных формул. Полученная математическая модель позволила создать алгоритм и программу для авМ по технологическому расчету этого класса дробилок "Измельчитель''.

Основная проверка аналитических зависимостей и определение .рациональных режимов работы измельчителя были проведены на Чеховском комбикормовом эаводе. Экспериментальный образец пальцевого измельчителя был установлен в линии зернового сырья параллельно с двумя молотковыми дробилками ДДМ и ДПД. Эффективность процесса измельчения оценивали изменением гранулометрического состава исходного сырья и расходом энергии на процесс измельчения. Исходным сырьем являлись ячмень рядовой и швеница рядовая

влажностью П-13£.

Било изучено влияние направления и шага винтовой линии пальцев ротора, количество пальцев, окружной скорости и производительности пальцевого измельчителя на эффективность измельчения исходного сырья и выявлены его рациональные параметры работы. При измельчении зернового сырья в пальцевом измельчителе получили готовый продукт, удовлетворяющий требованиям стандартов в комбикормовой промышленности. Отсутствие в измельченном продукте целых зерен сверх допустимого количества подтверждает теоретическое положение, что неизмельченные зерна за счет упругих свойств и особенностей измельчителя удерживаются в рабочей зоне до полного разрушения. Режим работы пальцевого измельчителя являлся устойчивым, изменение загрузки машины в пределах от 5 до 7 т/ч не оказывает существенного влияния на эффективность измельчения.

Измельчение минерального сырья (соль, мел) в комбикормовой промышленности затруднено из-за забивания (замазывания) мелкими частицами сырья отверстий сита молотковых дробилок. Это приводит к значительному расходу электроэнергии на процесс измельчения. Для совершенствования процесса измельчения минерального сырья в молотковой дробилке ДМ-440У была установлена упругая дека, которая имела возможность колебательного движения в направлении оси ротора. Такая дека позволяет отбрасывать от ее рабочей поверхности частица сырья вновь под удар молотков, ликвидирует возможность налипания мелких частиц сырья и предохраняет деку от износа. Эксплуатация такой дробилки на Кинель-Черкасском межхозяйс. -венном комбикормовом заводе позволила увеличить ее производительность, снизить удельный расход электроэнергии при измельчении соли и мела, улучшить качество готовой продукции. Фактический экономический эффект от использования дробилки с упругой де-

кой составил по предприятию 16 тыс.рублей в год.

В пятой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке и анализу процессов сепарирования комбикормового сырья в бесситовых просеивавдих машинах нового типа - классификаторе центробежном дисковом. Основной принцип действия его защищен авторским свидетельством # 612717, а некоторые конструктивные решения - авторским свидетельством Л 1021484.

Классификатор (рис.3) состоит из станины, внутренней и внешней камер, ротора.с верхними и нижними лопатками, загрузочного устройства, привода. Внутренняя камера установлена над вращагщимся диском с калиброванным зазором для прохода мелкой фракции во внешнюю камеру. Отверстие для выхода крупной фракции выполнено в виде улитки с выпускным патрубком и расположено выше калиброванного зазора. Изменение величины калиброванного зазора производится за счет перемещения вместе с цилиндрической обечайкой корпуса при помощи трех вертикальных винтов и трех ползунов в экспериментальном образце или за счет перемещения ротора вдоль его оси поворотом ручки в опытном образце классификатора. Классификатор работает следующим образом. Продукт через загрузочное устройство поступает на вращающийся диск, разгоняется верхними лопатками и под действием центробежных сил тонким слоем направляется к периферии диска в сторону калиброванного зазора, образованного поверхностью диска ротора и нижней кромкой вертикальной обечайки внутренней камеры. Частицы продукта, размеры которых меньше высоты зазора, проходят

во внешнею камеру и нижними лопатками диска выводятся из машины, частицы, размеры которых больше высоты зазора, остаются во внутренней камере и выводятся через патрубок, расположенный выше зазора.

Теоретические исследования позволили рассмотреть возможные варианты траектории движения частиц продукта в загрузочном устройстве, по поверхности диска до начала верхних лопаток, по рабочей поверхности этих лопаток, по диску ротора после отрыва частицы от лопатки и вдоль калиброванного зазора.

На основании математической модели с помощью алгоритма численного пошагового интегрирования Кутта-Мерсона была составлена программа для ЭВМ по моделированию кинетики частиц продукта в рабочей зоне классификатора. Проверка модели движения частицы продукта в зоне ее отрыва от лопатки до обечайки показала ее хорошую сходимость с экспериментальными данными.

Исследование экспериментального образца классификатора с целью проверки теоретических исследований и совершенствования его конструкции проводились в лабораторных условиях и на Болшевском комбикормовом заводе. В опытах использовали зерновое и минеральное сырье комбикормов. Эффективность работы классификатора оценивали коэффициентом извлечения мелкой фракции, производительностью и удельными затратами энергии.

В лабораторных условиях было проверено влияние угла атаки лопасти верхних лопаток, ее ширины, частоты вращения ротора, вида зернового и минерального сырья, состава исходной смеси продуктов, угла наклона плоскости диска на эффективность

работы классификатора.

На Болшевском комбикормовом заводе классификатор, после соответственной модернизации, был установлен на 8-ом этаже цеха рассыпных комбикормов в линии зернового и гранулированного сырья параллельно с модернизированными рассевами ЗРМ. В производственных условиях были проверены рациональные режимы работы классификатора, полученные при лабораторных испытаниях,и доказано, что увеличение производительности классификатора до 8,6 т/ч приводит к интенсификации процесса. Таким образом, в результате лабораторных и производственных исследований были получены все необходимые данные для создания опытных образцов классификаторов для зернового и минерального сырья.

В шестой главе представлены результаты работы по выбору рациональной модели интенсификации процесса измельчения сырья комбикормов. Для подготовки зернового и гранулированного сырья требуемой крупности была принята линия, в которой измельчение сырья происходит в дробилках ударного действия с промежуточным просеиванием продуктов размола. При создании модели такой линии были выбраны: для измельчения зерна пальцевый измельчитель, для контроля крупности продуктов размола - классификатор. Для интенсификации процесса измельчения в этом случае было целесообразно оптимизировать режимы совместной работы всего оборудования линии зернового сырья. Анализ технологии подготовки зернового сырья для ввода в комбикорма показал, что в основном от процессов измельчения сырья, контроля крупности продуктов размола и его перемещения зависят качество готового продукта и расход энергии

всей линией. Поэтому при построении модели учитывали только эти процессы. В качество независимых переменных были приняты следухъ щио факторы: скорость уд.?.ра зерна Ц^э , требуемая крупность измельченного продукта , угол встречи зорна с декой или молотками ^ , влажность измельчаемого продукта IV . За исходное сырье были выбраны следухпще зерновые культуры: ячмень, пгаеница, кукуруза и овес. При выборе плана эксперимента за основу был принят сишетричный некомпозиционный план Бокса-Бенкона. После проведения экспериментов, обработки материалов ка ЭВМ и анализа подученных зависимостей с помощью вычислительной мапинн было выявлено, что угол встречи в принятом интервало от 60 до 90 градусов и парныо взаимодействия при получении зернового сырья требуемой крупности несущественно влияют на процесс и удельный расход энергии (л2£). После преобразования полученных уравнений они приняли следующий вид: для ячменя

*0,0045}£ +1МЯл+0МдМг-0,5^-6,498-2,55?;, (38)

для овса

Щ+0,002910-О,007№'-125$-Ю,33 И/, (39) для пшеницы

л% 4,44+ 0,223~/,36Я + 0,/3\Х/, (40)

для кукурузы

л а; =2,72 +0,00076О,0,039-0,752 *0,08 1К С41) Обработка уравнений с помощью ЭВМ позволила выявить рациональные скорости удара для измельчения зернового сырья с промежуточным просеиванием продуктов размола.

Знание динамических характеристик сырья комбикормов дало возможность улучшить условия измельчения сырья в молотковых дробилках за счет рационального расположения деки и сита. Анализ процесса в этих дробилках показывает, что наиболее эффективным

-Заявляется первичный удар молотков по продукту и вторичный - продукта по деке. При этом скорость частиц продукта при их ударе о деку будут больше окружной скорости молотков ротора. Исходи из этого, создание условий для вторичного удара частиц о деку приобретает важное значение для интенсификации процесса разрушения, тем более, что на разгон продукта в любом случае будет затрачена энергия. Известно также, что производительность молотковых дробилок зависит в значительной степени от площади ситовой поверхности, замыкающей рабочую зону. Чем больше площадь и живое сечение сита, тем более эффективно работает дробилка. Оправданное уменьшение угла охвата рабочей камеры декой позволяет увеличить ситовую поверхность дробилки и повысить ее эффективность.

Минимальный угол охвата декой рабочей камеры дроби-

лок находим по следующей формуле:

= ■с -£г *' (42)

где С^2ТГтзх - коэффициент рассеивания; максимальное

время ударного контакта частиц продукта с поверхностью деки шш молотка, с; /?л - радиус деки по ее внутренней поверхности,м; /7 - частота вращения ротора дробилки, об/ыин; - радиус ротора дробилки по концам молотков, м.

Значения коэффициента рассеивания были определены душ пшеницы, ржи, ячменя, овса и кукурузы.

По результатам этих исследований была проведена реконструкция молотковых дробилок на Болшевском комбикормовом заводе. Рациональное снижение угла охвата рабочей камеры декой и увеличение ее ситовой поверхности привело к увеличению производительности молотковых дробилок и позволило снизить удельный расход энергии на процесс измельчения в среднем на 0,53 кВт«ч/т и получить фактический экономический эффект в размере 5,3 тыс.руб./год.

Часть сырья для производства комбикормов поступает на ком-бикоржзвые предприятия б гранулированном виде (травяная мука, хлопяовнЗ срот, отруби и т.д.). Гранули некоторых видов сырья еэкэт значительную прочность и это может привести при измельчении их па молотковых дробилках к разрыву поверхности сита, поломке молотков и возникновению при этом повышенной вибрации.Исследования по совершенствованию процесса измельчения гранулированного сырья показали, что наиболее рациональным является двух-отадийное измельчение гранул. Установлено, что для предварительного разрушения гранул можно использовать измельчитель ДГ-3. Модернизированный измельчитель был установлен в линии зернового я гранулированного сырья в цехе рассыпных комбикормов Болшевского комбикормового завода. Опыт использования двухстаднйяого измельчения гранул травяной муки показал целесообразность такой технология и позволил получить экономический эффект по предприятию 18,5 тыс.рублей в год.

В седьмой главе представлены результаты исследований по-оценке эффективности процесса измельчения сырья комбикормов. Для приготовления комбикормов используется значительное количество разных видов зерновых культур. Зерна этих культур, обладая различными физико-механическими свойствами, имеют отличную друг от друга размолоспособкость. Кроме этого, на производительность дробилок ударного действия и удельный расход энергии на процесс измельчения оказывают существенное значение влажность зерна и требования к конечной крупности получаемого продукта. Все это затрудняет прогнозирование фактической производительности и удельного расхода энергии при измельчении зернового сырья. Принимаем за паспортную производительность ) дробилки и норматив ный удельный расход электроэнергии {л/У), значения которых получены при измельчении на этой дробилке ячменя влажностью 13? до

крупности измельченных частиц менее 3 ш. Тозда фактические производительность и удельный расход электроэнергии для других видов зерновых культур при их исходной влажнооти и требованиях к крупности измельченного продукта можно определить следующим образом

: * /Ц» - ^ ^ - (44)

где К^ - коэффициент размолоспособности, - коэффициент энергоемкости процесса измельчения, - коэффициент влажности.

При измельчении на дробилках зерносыесей фактические производительность и удельный расход энергии можно рассчитать как средневзвешенную величину:

фьъьх, „ . /оо. ы

«•--л—'^-¿одд ' Н5)

где , , Х31 - соответствуыцие поправочные коэффициенты ¿-го вида сырья в смеси; Х^ - процент ввода ¿-го вида сырья в измельчаемую смесь.

Материалы испытаний молотковых дробилок, которые проводились сотрудниками Харьковской КИС, подтверждают реальность полученных значений поправочных коэффициентов.

Одной из характеристик работы дробилок ударного действия может служить гранулометрический состав измельченного продукта и, в частности, количество в нем мелких частиц. Можно по этому показателю судить об эффективности работы дробилки, не зная ее других характеристик и самой конструкции. Для определения минимального количества мелких частиц, получаемых при измельчении зернового сырья ударом, был проведен четырехфакторный эксперимент. За зависимую переменную было принято количество измельченного продукта, прошедшего через контрольное сито с малым размером отверстий. Анализ подученных уравнений, проведенный с по-' мощыэ ЭВМ, показал, что изменение скорости удара зерна о деку,

влааность исходного зерна и угол атаки в интервале от 60 до 90 градусов не оказывают существенного влияния на образование мелют частиц при нзмзльченин всах видов зерновых культур. Упрощение шдели позволило ввести в уравнение размер отверстий контрольного сита Ы , после этого эмпирические завпсилостп для определения юппаально возыогного количества иелкой фракции (£ ,в %) прз измельчении сырья приняли следущнЭ вид для:

=Л7

ячнзня га л,*/ » (46)

пшеницы д =123 Я'-" ' (47)

овса л = 118 Я*'" ' СО

кукурузы ~Ц6 е/ (49)

При приближенных расчетах (по отношению к ячменю, пшенице и овсу) можно принять упрощенное уравнение

2 /^Р . дая кукурузы ^ =100 )[аГ. (50)

Для определения минимально необходимых затрат энергии при измельчении зернового сырья комбикормов ударом введем в уравнения (38)-(41) значения рациональных скоростей удара дня овса, пвевш» и кукурузы. Если в эти уравнения ввести значение паспортной влажности зерна (130, то получим формулы для определения минимально необходимых затрат энергии (в кВт«ч/т) в зависимости от требований к крупности измельченного продукта для ячменя * Ц =//, 52 +1,21$)*-6.49 Я, (51)

овса ^ Уе =6,09-1,25$, (52)

тшаиитда д % = 4,28 * 0,22$* (53)

^кгоузн ^=3,27+0,12*-0,75 Я. (54)

Аналитический анализ процесса измельчения зерновых культур ударом и полученные данные по их физико-механическим свойствам позволили найти зависимости душ определения наибольшего коэффи-

циента полезного действия ^ разрушения зерен при определенной скорости удара 2% . Если не учитывать затраты энергии на враг-щательное движение зерна и его частицы, то из этих зависимостей получим в упрощенном виде следующую формулу

О-С), <55>

где УА - скорость удара начала образования трещин в зерне,

- коэффициент восстановления нормальной скорости при .

Для реальной оценки эффективности работы дробилок ударного действия использовали форцулы, полученные эышрнчеокЕи путем по определению минимально необходимых затрат энергии при измельчении зернового сырья до требуемой крупности. Тогда КЦД процесса измельчения ) и самой дробилки (^ ) определяли по следущлы формулам

л о <2

' ' (56>

где Л/*,* - мощность электродвигателя дробилки при рабочей нагрузке; А^х- при холостом ходе.

В восьмой главе представлены результаты производственной проверки аналитических и экспериментальных исследований. Пакетный образец пальцевого измельчителя марки А1-ДПИ бил изготовлен ВШЗКШродиаш. Испытания измельчителя проводились на стенде Харьковской МИС и в производственном цехе Болшевского комбикормового завода в линии зернового сырья. Пальцевый измельчитель испытывался с жестко закрепленными н шарнирно подвешенными ва роторе пальшми (рис.4). Исследования подтвердили основные закономерности, полученные на экспериментальном образце,! позволили усовершенствовать конструкцию пальцевого измельчителя.

Опытные образцы классификатора марки У1-ДКЗ для зернового сырья (рис.3) были изготовлены Бакинским машиностроительным за-

воде« "Спецаяеватормелшадг" в количестве трех единиц по конструкторской документации, разработанной ЦКТБ "Зернопродукт" по исходным требованиям на классификатор (разработчик МТИПП).Приемочные испытания классификатора УТ-ДКЗ проводились по программе и методике, разработанным сотрудниками Харьковской МИС. По предложению Министерства хлебопродуктов СССР эффективность работы классификатора проверялась на Кузнецовском экспериментальном комбикормовом заводе Московской области и Хапровском комбикормовом заводе Ростовской области. Результаты технологических испытаний подтвердили теоретические и экспериментальные исследования и показали высокую эффективность работы классификатора. По расчетам специалистов Харьковской МИС годовой экономический эффект от производства и использования в промышленности одного классификатора У1-ДКЗ составит 3991 рубль. По результатам испытаний приемочная комиссия новой техники Министерства хлебопродуктов СССР рекомендовала классификатор У1-ДКЗ к постановке на серийное производство с 1989 г. На основании заявок с предприятий гЛиннс-терство хлебопродуктов Р05СР заключило договор с Новгородским заводом "Комета" производственного объединения "Комплекс" об изготовлении с 1989 по 1994 гг. 1020 шт. классификаторов. В 1989 г. завод изготовил 20 пгг. классификаторов У1-ДКЗ и отгрузил на пять комбикормовых заводов, а в 1990 г. приступил к изготовлению 200 шт. машин.

'¿ля проверки рациональных режимов, полученных в результате моделирования работа линин, была создана на Болшевском комбикормовом заводе экспериментальная линия зернового и гранулированного сырья. Исходное сырье из бункера направлялось на магнитную колонку и далее на пальцевый измельчитель А1-ДПИ. Измельченной продукт с помощью нории подавался в классификатор, сход с него направлялся з А1-ДПИ для повторного измьльченкн, а проход посту-

пал в бункер. Исходным сырьем являлись ячмень, пшеница, овес, кукуруза, зерносмесь, отруби в гранулах и травяная мука в гранулах. Исследования подтвердили основные ¡закономерности полученные ранее, позволили уточнить рациональные режимы работы технологического оборудования. Ка основании проделанной работы был разработан и передан для применения в промышленности опытно-промышленный регламент на процессы подготовки при производстве комбикормов зерновых культур, гранулированных видов сырья и смесей с применением бесситовых дробилок и промежуточного просеивания продуктов размола и вносоны изменения в Правила организации и ведения технологического процесса производства комбикормов, ЕЕЩ, премиксов и карбамидного концентрата.

Конструкции классификатора и пальцевого измельчителя позволили разместить классификатор в нижней части рабочей камеры из-маяьчителя (рис.4). Модернизированный пальцевый измельчитель бш: установлен в производственном цехе Болшевского комбикормового завода. Результаты испытаний позеслили определить параметры совместной работы измельчителя и классификатора в одном агрегате и показали высокую эффективность такой компоновки. Ожидаемый экономический эффект от внедрения одного такого пальцевого измельчителя состазит 5,0 тыс.руб. в год. Министерство хлебопродуктов СССР одобрило материалы исследований и поручило разработку опытного образца измельчителя ВНИИКП.

Опытные образцы классификатора У1-ДКД для поваренной соли были изготовлены Бакинским машиностроительным заводом "Спецэле-ватормельмаш" в количестве трех единиц по конструкторской документации, разработанной ЦКТБ "Зернопродукт" по исходным требованиям на классификатор (разработчик МТИПП). Приемочные испытания классификатора П-ДКД проводились по программе и методике, разработанными специалистами Харьковской МИС. Эффективность работы

классификатора проверялась на Ленинградском комбинате хлебопродуктов ни.С.Ц.Кирова, Лузскоы и Кондопохском комбикормовых заводах. Результаты технологических испытаний подтвердили теоретические я аксперкментальные исследования и высокую эффективность работы классификатора; по расчетам специалистов Харьковской ШС годовой экономический аффект от производства и использования одного классификатора У1-ДВД составил 1006 руб.в год. По результатам испытаний приемочная комиссия новой техники Министерства хлебопродуктов СССР рекомендовала классификатор 71-ДКД к постановке на серийное производство о 1390 г.

Исследования экспериментального и ошггннх образцов показали, что при обработка солд на классификаторе, наряду с разделением ее на крупную и мелкую фракции, происходит частичное дробление крупных частиц соли. При установке опытного образда У1-ДКД та Кондопсзсхоы киаЗикориовом заводе была проведет рехопструх-цзя линии солп цеха предварительных сносей. С целью упрощения технологии измельчение соли и контроль ее крупности производили на классификаторе. Опыт применения прогрессивной технологии показал хороша результаты и позволил получить фактический эконо-ютескиЗ эффект по предприятию в размере 28 тнс.рублей в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны теоретические основы процесса разрушения частиц сырья комбикормов ударом о учетом образования и развития трегдн; получены формулы для определения критической скорости удара.

2. Установлено, что значение коэффициента восстановления скорости зерновоз культуры не является постоянной величиной, а зависит от скорости удара, причт зависимость имеет экстремаль-вый характер. Величина коэффициента восстановления характеризу-

от структурные изменения, происходящие в зерне в момент удара. Так, неразрушенные охи частично разрушенные зерновки зерновых культур после удара о стальную поверхность отходят от нее со значительно! скоростью, в то время как полностью разрушенные частицы. имея значения коэффициента восстановления близкое к нулю, падают вниз. Это явление было использовано при создании новой дробилки ударного действия - вертикального пальцевого измельчителя.

3. Определены впервые иди уточнены динамические характеристики комбикормового сырья: модуль упругости, время контакта частиц сырья со стальной поверхностью при ударе, удельная анергия на единицу поверхности разрушения, скорости удара зерна, приводящие к образованию трещин, начальному и полному его разрушению. Это позволило обосновать теоретические зависимости разрушения сырья комбикормов ударом и интенсифицировать процесс измельчения.

4. Получены эмпирические уравнения для зерновых культур,по-вволосщае определять в зависимости от требований к крупности готового продукта минимально необходимые удельные затраты энергии и количество тонкоизмельченных частиц при измельчении зерна уда-рои. Эти данные позволяют оценивать эффективность процесса измельчения в дробилках ударного действия.

5. Разработана методика прогнозирования фактических производительности и удельного расхода энергии бесситовнх дробилок ударного действия в зависимости от вида измельчаемой зерновой культуры или состава смеси, влажности исходного и требований к крупности измельченного продукта, определены исходные данные для расчетов.

6. Разработана методика и получены зависимости для определения энергетического баланса и КПД процесса измельчения зернового сырья комбикормов ударом.

7. Получена формула и данные для расчета необходимого угла охвата декой рабочей камеры дробилок ударного действия для зерна. Модернизация молотковых дробилок на Болшевском комбикормовом заводе, проведенная по результатам исследований, позволила снизить в среднем на 0,53 кВт«ч/т удельный расход энергии на процесс измельчения и получать фактический экономический эффект в размере 5,3 тыс.руб. в год.

8. Экспериментально обоснована целесообразность двухстадий-ного измельчения (измельчитель, молотковая дробилка) гранулированных видов сырья комбикормов. Опыт использования этой технологии на Болшевском комбикормовом заводе дал экономический эффект 18,5 тыс.рублей в год.

9. Разработан эноргосберегавдиЯ способ измельчения комбикормового сырья многократным ударом с промежуточным отбором продуктов размола. Создана модель работы такой линии для зернового сырья и смесей. С помощью ЭВМ определены рациональные режимы совместной работы бесситовой дробилки и просеивающей машины.Режимы проверены и уточнены в производственных условиях.

10. Разработан и передан для использования в промышленности опытно-промышленный регламент на процессы подготовки зерновых культур, гранулированных видов сырья и смесей с применением бесситовых дробилок и промежуточного отбора продуктов размола прз производстве комбикормов. Внесены изменения в правила ведения технологического процесса производства комбикормов...

11. Теоретически и экспериментально обоснован новый рабочий процесс сепарирования измельченного сырья комбикормов в бесситовой просеивающей машине (классификаторе), разработаны методика

и программа, позволяющая с помощью ЭВМ определять характер движения частиц продукта в рабочей зоне машины. Созданы »ксперимен-талыше и опытные образцы классификатора дискового центробежно-

го для зерновых видов сырья и поваренной соли. Основные конструктивные особенности классификатора защищены авторскими свидетельствами на изобретение.

12. Теоретически и экспериментально обоснован новый рабочий процесс измельчения сырья комбикормов ударом. Созданы экспериментальные и макетные образцы пальцевого измельчителя, а также измельчителя с встроенным классификатором, конструкция которого принята к внедрению в промышленность. Основные конструктивные особенности измельчителя защищены авторским свидетельством на изобретение. Разработаны методика и программа для ЭВМ технологического расчета такого класса дробилок. Ориентировочный экономический эффект от внедрения одной машины в комбикормовую промышленность составит 5,0 тыс.рублей в год. Создана бесситовая дробилка с упругой декой для минерального сырья комбикормов. Эксплуатация такой дробилки на Кинель-Черкасском межхозяйственном комбикормовом заводе подтвердила ее эффективность, при этом был получен фактический экономический эффект по предприятию в сумме 18 тыс.рублей в год.

13. Проведенными под руководством Харьковской МИС приемочными испытаниями опытных образцов классификатора для зернистого сырья УТ-ДКЗ (производительностью 6 т/ч) на Кузнецовском и Хап-ровском комбикормовых заводах и для соли У1-ЖД (производительностью 2,5 т/ч) на Ленинградском комбинате хлебопродуктов имени С.М.Кирова и Дужском комбик9рмовом заводе выявлено, что данный классификатор обладает лучшими технико-экономическими показателями по сравнению с применяемыми в комбикормовой промышленности сепарирующими машинами. Годовой экономический эффект (по расчетам МИС) от использования в комбикормовой промышленности классификаторов У1-ДКЗ составит 3991, а У1-ДКД - 1006 рублей по одной машине. Приемочной комиссией Министерства хлебопродуктов СССР

рекомендованы к серийному производству классификатор У1-ДКЗ с 1989 г., а У1-ДКД - с 1990 года. В 1989 г. были изготовлены Новгородским заводом "Комета" и переданы в производство 20 штук У1-ДКЗ, в 1990 году планируется изготовление 200 штук, а всего до 1994 года - 1,02 тыс.штук классификаторов.

14. Опыт работы классификатора У1-ДКД в линии соли Кондопож-ского комбикормового завода, из которой исключена молотковая дробилка, показал, что фактический экономический эффект от внедрения выше расчетных и составил 28 тыс.рублей в год.

ОСНОВНЫЕ РАБОТУ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Отдельные издания

1. Глебов I.A. Повышение эффективности измельчения компонентов комбикормов // ЦНИИТЭИ Минхлебопродуктов СССР, Комбикормовая промышленность. Обзорная информация.- 1984,- 44 с.

2. Кошелев А.Н., Глебов Л.А. Производство комбикормов и кормовых смесей.- Ы.: Агропромиздат, 1986.- 175 с.

3. Глебов Л.А., Касьянов Б.В. Проектирование комбикормовых заводов с основами САПР,- М.: Агропромиздат, 1988,- 303 с.

4. Глебов I.A., Васина И.Г., Сучкова И.В. Определение гранулометрического состава сыпучих продуктов // ЦНИИТЭИ Минхлебопродуктов СССР, Комбикормовая промышленность. Экспресс информация.-1988.- Вып.1.- 10 с.

5. Глебов I.A., Зверев C.B., Глебов В.А. Совершенствование процесса измельчения компонентов комбикормов // ЦНИИТЭИ Минхлебопродуктов СССР, Комбикормовая промышленность. Обзорная информация.- 1988.- 56 с.

Статьи в журналах и сборниках. тезисы докладов и выступлений

6. Прокопенко А.Ф., Глебов Л.А. К вопросу прочностных ха-

рактеристик ячменя // Тр. ин-та / Всесоюз.науч.исслед.ин-т комб. цр-ти.- 1970.- Выц.2.- С.26-32,

7. Демидов A.F.s Чирков С.Е., Глебов Л.А. Определение прочностных характеристик зерна различных культур // Мукомольно-эле-ваторная проглышлымость.- 1971,- » 8,- С.44-46.

8. Ратобыльский В.Ф., Глебов Л.А. Динамическое уравновешивание вращающихся масс ротора с расположением рабочих органов по винтовой линии // ЦДИИТЭИ Легпищемаш, реферативная информация.-1978.- Выи.2,- С.13-19.

9. Глебов Л.А. К вопросу ударного разрушения зерновых компонентов комбикормов // Тр. ин-та / Всесоюзн.науч.исслед.пн-т комб.пр-ти.- 1979.- Вып.15.- С.64-65.

10. Глебов Л.А. Скорость удара полного измельчения зерна при производстве комбикормов // ¡иукомолшо-элевато! и комбикормовая пр-ть.- 1979.- Ä 8.- С.29-30.

11. Кошелев А.Н., Глебов Л.А. Оборудование дая обработки соли и мела в комбикормовой промышленности // ЦЯ/ИТЗИ Легпищемаш, экспресс-информация.- i960.- Бып.1.- С.18-31.

12. Глебов Л.А., Ко-слса А.Н. Об измельчении минерального с;грья для комбикормов // Мукомольно-элеваторная и комбикормовая пр-ть.- 1980.- Js II.- С.42-43.

13. Глебов Л.А. Определение основных характеристик процесса измельчения сырья // Лабораторный практикум по процессам и аппаратам пищевых производств / Под ред. С.М.Гребенша.- М.: Легкая к ш:левая промышленность, 1981.- С.7-13.

14. Глебов Л.А. Определение условных коэффициентов восстановления нормальней скорости зерна при ударе // Известия вузов СССГ, Пчщегал технология.- iöö2.- Д 4.- С.49-52.

15. Глебов Л.А. "сследование процесса измельчения соли и ;..>.:.; /;' Материала 1У Международного сишозиуиа по научно-техни-

ческим проблемам комбикормовой пр-ти.- М., 1983,- С.56-60.

16. Глебов Л.А., Глебов В.А., 2алнин В.Н. Двухстадийное измельчение гранул травяной муки // Мукомольно-злеваторная и комбикормовая пр-ть.- 1983.- Ä 8.- С.22-23.

17. Глебов Л.А., Сазонов В.В. Дисковый классификатор для контроля измельченного зернового сырья по крупности // Всесоюз. науч.конференция. Пути совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортирования продуктов питания: Тез.докл.- M., 1984.- С.206.

18. Глебов Л.А. Пальцевый измельчитель с встроенным дисковым классификатором для измельчения зернового сырья комбикормов // Всесоюзная научная конференция. Пути совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения

и транспортирования продуктов питания: Теадокл.- M.,1984.-С.205.

19. Глебов Л.А. К расчету показателей процесса дробления // Мукомольно-элеваторная и комбикормовая пр-ть.- 1985.- Jè 9.-С.29-30.

20. Глебов Л.А., Печко Л., Гертлер У. Образование трещин в зерне пшеницы при ударе о стальную деку // Известия вузов СССР, Пищевая технология.- 1989,- й 5,- C.II4-II6.

21. Зверев C.B., Глебов Л.А. Статистический подход к вопросу измельчения зернового сырья комбикормов ударом // Известия вузов СССР, Пищевая технология.- IS86.- А 6.- С.91-92.

22. Зверев C.B., Глебов Л.А. Статистическая модель разрушения зерна свободным ударом // 'Гр. ин-та / Всесоюз.науч.исслед. ин-т комб.пр—ти•— 1987,- Вып.30,- С.87-91.

23. Глебов Л.А., Зверев C.B., Хитов A.A. Определение оптимальных режимов измельчения зернового сырья комбикормов при прямом ударе // Всесоюзн.науч.конференция, посвященная 70-летию Вел.Окт.соц.рев.: Тез.докл.- M., 1987.- С.34.

24. Глебов Л.А., Зверев C.B., Хитов A.A. Оценка эффективности работы дробилок // Мукомольно-элеваторная и комбикормовая пр-*ь.~ 1987.- * 6.- С.34-35.

25. Глебов Л.А., Зверев C.B., Хитов A.A., Васина И.Г. Затраты анергии на измельчение зернового сырья комбикормов ударом

// Тр.ни-та / Всесоюзн.науч.исслед.ин-т комб.пр-ти.- 1987.-Вып.31,- С.72-76.

26. Глебов Л.А., Зверев C.B., Хитов A.A., Ваоина И.Г. Измельчение на бесситовой дробилке // Комбикормовая промышленность. - 1988.- » 4.- С.45-46.

27. Глебов ЛЛ., Рогов B.C., Зибров A.B. Определение коэффициента полезного действия дробилок ударного действия // Тезисы докладов 28 научной конференции / Восточно-Сибирский технологический институт.- Улан-Удэ, 1989.- С.30.

28. Семенов Е.В., Глебов Л.А. Анализ эффективности процесса измельчения зерна в молотковой дробилке // Тр.ин-та / Всесоюзн. науч.исслад.ин-т коыб.пром-сти.- 1989.- Вып.34.- C.I02-III.

29. Семенов Е.В., Глебов Л.А. Моделирование процесса измельчения компонентов комбикормов в ударной системе, замкнутой ситовой поверхностью // Тр.ин-та / Всесоюзн.науч.исслед.ин-т комб. пр—ти.— 1989.- Вып.34.- C.III-II9.

Депонированные научные статьи

30. Любушкш В.Т., Глебов Л.А., Ковалев А.Н., Васина И.Г. Машины для контроля крупности измельченного сырья комбикормов.-Ы., 1933.- * 8.- С.85.- Деп. в ВИНИТИ 18.04.83, * 33/32-Д83,

31. Глебов Л.А., Соколов А.Я., Хитов A.A. Основные направления в совершенствовании процесса измельчения компонентов комбикормов.- U., 1987.- » 7.- С.145.- Деп. в ВИНИТИ 20.04.87,

й 764-хб.

Авторские свидетельства

32. A.c. 340449 СССР, МКИ В 02 С 13/24. Устройство для измельчения мелкозернистого продукта / I.A.Глебов, А.Р.Демидов, С.Е.Чирков (СССР).- 4 е.; ил.

33. A.c. 413989 СССР, МКИ В 02 С 13/04. Молотковая дробилка / Л.А.Глебов, А.Р.Демидов, С.Е.Чирков (СССР).- 4 с.;ил.

34. A.c. 6I27I7 СССР, МКИ В 07 В 1/083. Устройство для разделения смесей / Л.А.Глебов, С.Е.Чирков (СССР).- 4 с.;ил.

35. A.c. 1021484 СССР, МКИ В 07 В 7/083. Устройство для разделения смесей / В.В.Гортинский, Л.А.Глебов, С.Е.Чирков,А.Н.Коше-лев (СССР).- 4 с.;ил.

36. A.c. I4I4452 СССР, МКИ В 02 С 13/16. Молотковая дробилка / Б.А.Лиценко, С.В.Зверев, О.В.Цигулев, Л.А.Глебов (СССР).-

4 с.;ил.