автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров шестеренного пресса для гранулирования комбикормов

На правах рукописи

Родина Людмила Николаевна

ОБОСНОВАНИЕ ПАРЛМЕТРОВ ШЕСТЕРЕННОГО ПРЕССА ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ КОМБИКОРМОВ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства (по техническим наукам)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Зерноград, 2005

Работа выношена в Федеральном государственном обраюьагс илтом учрежлении высшею профессионального образования «Лзово-Черноморская государственная агроинженерная ака 1емия».

Научный руково-и-печь

кандидат технических на\к5 доценг Щербина Сергей Вита тьенчч

Официальные оппоненты

доктор технических иауь, профессор Забродин Виктор Петрович (ФГОУ ВПО ЛЧ! АЛ) кандидат технических наук, вдцеш Ладыгин Евгений А тександрович (ФГОУ ВПО ДонГАУ)

Ведущая организация:

федеральное юс) даре г венное образователь-ное учреждение высшею профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ДГ1У)

'íairjHга состоится "£_>i tL^OКл^ОО'иода в 43 на искании диссертационного совета Д 220 001.01 в федеральном i осударс г венном образовательном учреждении высшего профессионально!о образования в «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (Ф1 ОУ ВПО АЧГАА) но адресу 347740, Ростовская область, г. Зерно-трад, у г. Ленина, 21, в зале заседаний диссертационно!о совета

С диссертацией можно о знакоми г ься в библиотеке АЧГ А А

Автореферат разослан «_[ »J^^Jí

2005 г ода

Ученый секретарь

диссертационного совета ,

доктор технических наук, /

профессор //--' ^ ' "Жбанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Проблема несбалансированности рационов по белково-витаминному в животноводстве компоненту приводит к значительному недобору животноводческой продукции, возрастанию ее себестоимости, перерасходу кормов. Следовательно, задача создания полноценной кормовой базы животноводства является актуальной и носит общегосударственный характер.

Одним из выходов из создавшегося положения является изыскание эффективных технологий заготовки и хранения кормов, обеспечивающих максимальную сохранность их питательной ценности.

Использование гранулированных кормов обеспечивает полную механизацию и автоматизацию процесса кормления животных и птиц. Гранулированные корма лучше сохраняются, удобны в хранении, транспортировке, дозированной выдаче. Все эти факторы обусловили создание широкого спектра средств механизации для прессования, брикетирования, гранулирования и эскструдирования сырья. Уплотняют отдельные виды кормов и кормовые смеси для сельскохозяйственных животных и рыб, гранулируются кормоле-карственные смеси, брикетируются витаминные корма, добавки и т.д.

Однако экономическая эффективность применения уплотнения ограничивается достаточно высоким уровнем энергоемкости основного этапа уплотнения - сжатия и формирования прочной прессовки. Поэтому исследования, направленные на снижение затрат энергии при уплотнении, имеют важное народнохозяйственное значение.

Использование технологии заготовки кормов в прессованном виде прямо зависит от технического совершенства используемого для основных операций оборудования и, в первую очередь, от оптимизации параметров и рабочего режима прессующего устройства - гранулятора. Анализ информации в области технологии гранулирования кормов выявит перспективность использования грануляторов шестеренного типа плунжерного действия.

Цель исследования. Снизить энергоемкость процесса гранулирования комбикормов шестеренным гранулятором плунжерного действия и увеличить его удельную производительность.

Предмет исследования. Взаимосвязи технологических параметров процесса гранулирования комбикормов с конструктивными и кинематическими параметрами шестеренного пресса с плунжерным воздействием на комбикорм.

Объект исследования. I ехнологический процесс гранулирования комбикормов и шестеренный гранулятор плунжерного действия.

Научная новизна. Установлены математические зависимости:

- производительности шестеренного гранулятора от параметров зубчатых колёс с учётом реологических свойств кормов, т.е. предела релаксации напряжений и периодов релаксации напряжений во взаимосвязи с параметрами каналов прессования;

- взаимосвязь угла наклона канала прессования с углом образования замкнутого пространства под зубом;

- момента сопротивления вращению прессующих колёс, мощности привода шестеренного гранулятора и энергоёмкости процесса гранулирования кормов от конструктивных и кинематических параметров пресса:

- получена математическая модель шестеренного пресса, позволяющая определить угол образования замкнутого пространства под зубом в функции диаметра делительной окружности, модуля зуба и угла зацепления с эволь-вентным профилем зубьев прессующего колеса;

- получены экспериментальные зависимости степени сжатия корма, плотности корма под зубом в функции угла поворота колёс для различных значений коэффициента высоты головки зуба 1; 0,75; 0,50; и 0,25;

Практическая ценность. Разработан технологический процесс прессования комбикормов шестеренным гранулятором плунжерного действия, обоснован профиль зубьев и направление каналов прессования прессующих колес, разработан режим работы пресса, при котором обеспечиваются минимальные энергозатраты и наибольшая удельная производительность шестеренного гранулятора плунжерного действия.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования и пресс для гранулирования комбикормов шестеренным гранулятором проверены в производственных условиях в ОАО «Кагальницкий элеватор», и ОАО «Весёловский элеватор» Ростовской области.

Апробация работы. Основные научные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА в 2002-2005гг.

Публикации. По результатам работы опубликовано 6 статей, общим объёмом 21 печатный лист.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержание основной работы изложено на 127 листах машинописного текста, включает 30 рисунков, 21 таблицу, библиографию из 110 наименований и 2 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана краткая характеристика работы, изложены основные положения, выносимые на защиту:

1. конструктивно-технологическая схема шестеренного гранулятора плунжерного действия;

2. установленные зависимости производительности пресса от конструктивных и кинематических параметров режима его работы;

3. обоснование параметров шестеренного пресса с математическим моделированием;

В первой главе "Состояние вопроса. Цель и задачи исследования" приведен анализ результатов научно-исследовательских работ отечественных и зарубежных ученых по вопросам прессования кормов, и по исследованиям работы шестеренных прессов при этом выявлено:

Исследованием процесса уплотнения материалов посвящены работы В.П. Горячкина, С.А. Алфёрова, И. Буссе, X. Скальвейта, В.М. Гутьяра,

МА Пустыгина, И.В. Сахарова и других.

Процесс брикетирования и гранулирования кормов исследовали И.Л. Долгов, В.И. Особое, В.Ф. Некрашевич, С.В. Мельников, Г Я. Фарбман, М.А. Пережогин, Д.И. Николаев, Ю. В. Подкользин, А.В. Голяновский и другие.

Работу шестеренных устройств для приготовления фану тированных и брикетированных кормов исследовали Симмонис И.О., Симакин Ю.А., Ладыгин Е.А., Щербина В.И., Белоконов С.А., Зорин А.Ф., Магвейкина Ж.В. При исследовании шестеренных прессов установлено:

• Распределение напряжений и плотности в цилиндрической и прямоугольной прессовке корма неравномерное, уменьшить которое можно с помощью прессования корма по типу плунжера небольшими порциями при значительном превышении поперечного размера над высотой сжимаемой порции.

• Возможность повышения производительности гранулятора обусловлена увеличением суммарного объёма межзубовых впадин, увеличением плотности корма во впадине. Установлено, что увеличить подачу фанулятора за счет объема межзубовых впадин можно, применяя максимальное значение модуля при положительном наибольшем смещении исходного профиля и не ограничивая высоту зуба.

• Значительные резервы увеличения производительное ги связаны с уменьшением перетекания корма с одной стороны зуба на другую, что свидетельствует о перспективности плунжерного воздействия на корм.

• Защемление корма в боковых пространствах между зубом и впадиной увеличивает суммарные затраты энергии на приготовление гранул в шестеренном прессе. Максимальное исключение явления защемления корма может способствовать уменьшению энергоёмкости процесса фанулиро-вания корма шестеренным прессом.

Анализ предшествующих исследований даёг основание сформулировать рабочую гипотезу, что если обосновать коэффициент высоты головки зуба шестеренного гранулятора плунжерного действия, а так же, обосновать взаимное расположение канала прессования и прессующей площадки зуба, то можно уменьшить энергоёмкость процесса прессования и повысить производительность фанулятора.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследования:

1. Установить закономерности между параметрами зубьев шестеренного пресса с плунжерным воздействием на корм и его производительностью.

2. Обосновать рациональные парамефы шестеренного пресса с плунжерным воздействием на корм по условию максимальной удельной производительности.

3. Оценить энергоёмкость процесса фанулирования комбикормов шесте-рённым прессом с плунжерным действием.

4. Определить экономическую целесообразность практического использования шестеренных прессов плунжерного действия на комбикормовых предприятиях.

Во второй главе «Теоретический анализ работы шестеренного пресса выдавливающего типа с плунжерным воздействием на корм» рассмотрен технологический процесс шестеренного пресса выдавливающего типа с плунжерным воздействием на корм, рабочий орган которого составлен из двух равновеликих колес-матриц внешнего зацепления с обособленной функцией прессования кормов. В этом случае передача крутящею момента и синхронизация вращения прессующих колес осуществляется рядом расположенной парой колес силовой зубчатой передачи. Это позволило выявить основные теоретические положения, общие для большинства шестеренных прессов с плунжерным воздействием на корм.

Проанализированы факторы, влияющие на производительность шестеренного пресса выдавливающего типа с плунжерным воздействием на корм:

я | =(А— 2гаСО5ф)Вр0 га Ю СОБф, (1)

Яг

= А[2т(о,5г + Ь*а)-л]в

р0-ю-

(2)

где га - угловая скорость вращения колес., с" ; А - межцентровое расстояние, м: - радиус головки зубьев колес, м; В - ширина колес, - вертикальная составляющая линейной скорости точки на поверхности головки зуба, м/с; ро — плотность (насыпная масса) кормовой смеси, кг/м ;

- угол трения кормовой смеси о цилиндрическую поверхность головок зуба колес.

Введена взаимосвязь частоты вращения и длиной канала прессования.

Длина канала прессования

Б

Ы-

где

П-Г5 (3)

длина канала прессования, м; П - периметр камеры прессования, м; S - площадь канала, м2; Г - коэффициент трения; 5 - коэффициент бокового давления, учитывающий влияние остаточного бокового давления. Второе назначение канала прессования - обеспечить достаточное по времени пребывание корма в напряженном состоянии, чтобы сжатый материал успел упрочниться.

Уравнение релаксации напряжений известно в виде:

т

(4)

коэффициент уравнения, МПа;

о = стпр + т • е

где с>Г1р- предельное напряжение, МПа; m

- коэффициент уравнения, Отсюда

время релаксации, с.

Изменение напряжения от о, до о2 требует промежутка времени

I Ш

А1 = -Мп(-п а.

"«2

(5)

(6)

Время пребывания корма в канале прессования определяется технологическими и кинематическими параметрами рабочего органа конкретного исполнения

(

Ах со

где Ах - толщина разовой впрессованной порции корма, м. Приравняем выражения (6) и (7):

1п

Откуда

о,

е-п

(

Дхо)

Ах • 1п-

гп

или

в-п

П • Г ■ б • Дх ■ 1п

(7)

(8)

(9)

(10)

Ах =

ш

- а.

Толщина разовой порции впрессованного за одно воздействие зуба корма равна:

V

•раз

"V' (П)

где Ура, - объем разовой порции, м3; площадь канала, м2.

Подставив (10) в уравнения удельной производительности шестеренного пресса (1) и (2), получим более подробную функцию производительности от большего числа факторов.

(А-2г9 совср^-п

41-

П-Г5-Ах-1п(—)

а1~°2

А

2т 0,5/ + Ь

Г5.Ах.1п(0Д )(8В +83)

И

(12)

(13)

Уравнения (12) и (13) учитывают влияние на производительность пресса конструктивных, кинематических факторов, а также физико-механических и реологических свойств обрабатываемого материала. Оно указывает, что при ограничении толщины слоя впрессованного корма из-за особенностей физико-механических свойств материала путём уменьшения головки зуба восстановить удельную производительность пресса на высоком уровне возможно путем увеличения частоты вращения прессующих колес с соблюдением выявленных взаимосвязей.

Во всех предыдущих исследованиях каналы прессования располагались на окружности впадин и направлялись радиально к центру колеса. Анализ сжатия кормбикормов под зубом позволил выделить следующие обстоятельства. Комбикорм в момент образования замкнутого пространства под зубом еще имеет недостаточную плотность. Проталкивание в канал прессова-

ния начинается незадолго до прохождения межцентровой линии. При этом на рисунке 1 представлено взаимное расположение зуба и канала прессования.

Перемещение корма должно осуществляется по нормали к площади головки прессующего зуба. В этом же направлении действует вектор силы сжатия. Радиальное направление 0|АР не совпадает с действующей силой. Поэтому работа сил сжатия равна:

ДА = Р • Лх • соэ- (Р • л х ) . (14)

Если определен угол начала проталкивания корма в канал прессования, всегда можно создать условия для совпадения вектора силы с направлением пере-1 мещения корма (рисунок 2). ( Следовательно, угол должен быть « равен:

Рисунок 1 - К обоснованию наклона каналов прессования для шестеренного пресса плунжерного действия

ZP = Z(P-AO;). (15)

В треугольнике О1АО2 известны две стороны 0|А и О1О2 и угол образования замкнутого пространства под зубом Известна закономерность

изменения степени сжатия корма от угла поворота колёс с началом отсчёта в момент образования

Рисунок 2 - Схема к определению

угла наклона прессования

канала

иод

замкнутого пространства зубом. Она имеет вид:

I , а

Ф = -- ■ 1п • — ' (17)

где а и Ь - постоянные величины, характерные для каждого отдельного вида корма.

Угол начала проталкивания корма в канал прессования определяется значением угла по достижении необходимой степени сжатия корма. Угол радиус— вектора 02 4 ---------------~ равен:

а = агод

втф

(18)

2 - совф

Угол отклонения оси канала прессования от радиального направления равен сумме углов:

Р = ф + Я.. (19)

Следовательно:

„ 1 Л. вШф

Р = - • 1п- + ап^----.

Ь а 2-соБф

(20)

Зубчатый венец шестеренного пресса рассмотренного профиля с уменьшенной высотой головки зуба имеет меньшие участки перекатывания с затратами энергии на преодоление трения и развитую продуктивную площадь каналов прессования Это соответствует рациональному способу гранулирования кормов по ресурсосберегающей технологии уменьшается доля корма передавливаемого с одной стороны зуба на другую

Одним из способов увеличить площадку головки зуба является формирование зубчатого венца нарезанием зубьев через один шаг (рисунок 3).

Для такого пресса размер канала прессования определяется стандартными размерами поперечного сечения гранул для различных групп сельскохозяйственных животных. Модуль зуба выбирается по соотношению: полтора шага зацепления равно размеру сечения -Зубчатый венец прессующего гранулы по ГОСТу, т.е колеса шестеренного пресса с плунжерным воздействием на корм

Зп

Рисунок 3

с1 гр или

ш = ёт

2 ф

Оттуда

(21)

Нагружение зубчатых колес осуществляется в зоне угла захвата комбикорма зубчатой поверхностью Давление на поверхности прессующих колес пропорционально росту плотности корма.

Суммирование давлений по площадям прессующих зубьев (интегрирование функции давления от плотности) дает возможность определить нормальную составляющую результирующей силы (рис 4) Так как направление и точка приложения результирующей силы неизвестны, то использовать ее для определения момента сопротивления вращению прессующего колеса затруднительно.

Момент сопротивления вращению прессующего колеса можно определить через силы трения, для которых плечом действия является радиус наружной поверхности зубьев

М, = Р г„ (22)

где Мс момент сопротивления вращению одного колеса,

РИСУНОК 4 - Схема нагружения прес-

сующего колеса

сила т е н г.

Н, Я

поверхности го ювки зуба, м

Н м;

а д и у с

Сила трения комбикорма о поверхность колес будет

Р = ^т.„ (23)

где - коэффициент трения корма по стали.

Площадь поверхности зубчатого колеса, находящаяся под давлением комбикорма

= к, В-гуа, (24)

где - площадь поверхности зубчатого колеса, м2; к1 - коэффициент пропорциональности, учитывающий долю поверхности зубьев. Коэффициент пропорциональности определяется отношением площади поверхности всех головок зубьев на колесе к общей плоской поверхности обода колеса:

к,=*,/№+£), (25)

где - площадь головки зубьев, - площадь, относящаяся к впадинам, м2.

Момент сопротивления одного прессующего колеса

2г0

М,

^Вгаар0

а—а 1-соза! , Ах

-1

2г.

а Дх

тс

(26)

Момент сопротивления вращению одного колеса определяется физико-механическими свойствами материала (Р0 и а), степенью его сжатия и радиусом внешней окружности по головкам зубьев.

Суммарная мощность привода складывается из мощности на сжатие корма, перемещение рабочих элементов (холостой ход) и проталкивание гранул вдоль камер прессования.

Ип

= НЖ + НИ + К,

(27)

где М„р - суммарная мощность привода, Вт; Ысж - мощность на сжатие кормовой смеси, Вт; Мхх - мощность холостого хода пресса, Вт; Ы„ - мощность на проталкивание гранул вдоль камер, Вт.

Мощность холостого хода пресса зависит от конструктивных особенностей примененных передач в трансмиссии и определяется экспериментально.

Мощность на проталкивание гранул вдоль камер обусловливается преодолением сил трения при перемещении до выхода из камер. При этом силы трения определяются не только приложенным давлением, но и остаточным боковым давлением сил упругих деформаций.

Необходимая мощность для сжатия кормовой смеси зубчатыми колесами будет:

Энергоёмкость пресса определяется частным от деления мощности на часовую производительность

При этом важное значение имеет определение энергоемкости сжатия комбикорма:

'еж

к|ГгааР0 1,8тгк5р0Л.

Л

Дх

(1-соза)

1

2г.

—— (1 - СОБСх) Дх

(30)

Эта зависимость показывает, что энергоемкость процесса сжатия не зависит от частоты вращения прессующих колес. Однако частота вращения обуславливает инерционные силы, условия заполнения впадин комбикормом, время воздействия давления на порцию кормовой смеси, время выдержки гранулы в камере и, несомненно, оказывает определенное влияние на полную энергоемкость рабочего органа.

В третьей главе приведены программа и методика экспериментального исследования работы шестеренного пресса.

Исследования проводились в соответствии с требованиями на испытания сельскохозяйственной техники РД 10.19.5-90 «Машины и оборудование для брикетирования и гранулирования кормов. Методы испытаний».

Обработка опытных данных и проверка надежности полученных результатов проводилась по общепринятой методике дисперсионного анализа.

Для определения энергетических показателей прессования усовершенствованным шестеренным прессом плунжерного действия использовалась лабораторно-производственная технологическая линия, которая включала пресс шестеренный плунжерного действия и комплект измерительной аппаратуры (рисунок 5).

Привод пресса позволял менять частоту вращения зубчатых колес от 20 до 50 мин' за счет установки шкивов разного диаметра.

приняты: Методика оптимизации параметров зуба для прессующих колес, которые обособленно прессуют корм и не передают крутящий момент, осно-1- шестеренный пресс плунжерного дейст- вана на многофакторном плани-вия, 2- измерительная аппаратура ровании активного эксперимен-

Рисунок 5 - Лабораторно-производствен- та Изменяемыми факторами в ная установка эксперименте

• диаметр делительной окружности колес (зубчатые колеса одинаковые равновеликие);

• модуль зуба;

• угол зацепления (угол исходного профиля производящей рейки).

Для осуществления многофакторного активного эксперимента принят

трехуровневый план Бокса-Бенкина для трех факторов.

В результате реализации плана эксперимента с трехкратной повторно-стью каждого опыта и последующей обработки данных по методике многофакторного планирования функция отклика на критерий оптимизации получается в виде полинома второго порядка.

Критерием оптимизации избран угол образования замкнутой камеры под зубом в пространстве между зубьями прессующих колес.

Измерения осуществлены по методике геометрического моделирования. Геометрическое моделирование процесса сжатия корма под зубом прессующего колеса заключалось в профилировании зубчатых колес с заданными параметрами на плотной бумаге (ватман) и измерением фигур под зубом по мере вращения колёс.

Адекватность математической модели оценивалось по критерию Фишера.

Анализ математической модели осуществлялся аналитически и завершался наглядным пространственным изображением поверхности отклика и выбором значений факторов в оптимальной зоне.

Для оценки влияния высоты головки зуба на показатели процесса сжатия корма под зубом использовались зубчатые колеса с параметрами, рекомендованными по результатам предыдущего исследования: диаметр 176 мм, модуль зуба 16 мм. Изменяемыми параметрами являлись угол зацепления профилирующей рейки 15, 20 и 25° и коэффициент высоты головки зуба Ь/ = 1; 0,75; 0,5; 0,25. Дальнейшее снижение коэффициента не имеет смысла ввиду прекращения активного воздействия на корм. Для этих значений исследовано влияние коэффициента высоты головки зуба на объём межзубового пространства, заполняемого кормом, на степень сжатия, на плотность прессуемого корма в функции угла поворота колёс.

Мощность, развиваемую электродвигателем привода, измеряли с помощью самописца-ваттметра.

Учитывались затраты энергии на чистый технологический процесс, без затрат на вращение деталей пресса и трансмиссии (без холостого хода). Измерения производились на установившемся режиме работы гранулятора.

Энергоемкость процесса определялась расчетом, путем деления мощности электродвигателя (без затрат на холостой ход) на производительность в том же опыте.

В четвёртой главе: «Результаты исследований и их анализ» изложены результаты экспериментальных исследований и сформулированы выводы.

Совместное влияние диаметра колес, модуля зуба и угла зацепления на производительность шестеренного гранулятора исследовано методом планирования эксперимента. В результате реализации активного эксперимента была получена математическая модель в виде функции отклика на изменение угла зацепления от 15° до 25°, диаметра колес от 240 мм до 480 мм и модуля эвольвентного зуба от 8 мм до 16 мм. Критерием оценки производительности избран угол образования замкнутой камеры в межзубовом пространстве.

Функция отклика параметра оптимизации на изменения факторов представляет собой полином второй степени:

У- 12,57-1,98х, + 1,40X2-0,86X3 + 0,13X1X2 + 0,61X1X3- 1,13х2хз +

+ 0,1х,? + 0,56х22 + 1,23х32 (31)

где У - критерий оптимизации; х, - делительный диаметр зубчатою колеса, изменяющийся в интервале -1 <х, < +1 (от 240 до 480 мм); х2 - модуль зуба, изменяющийся в интервале -1 < х2 <+1 (от 8 до 16 мм); х3 - угол эвольвентного зацепления, изменяющийся -1 < х3 < +1 (от 15° до 25°).

Уравнение получено по экспериментальным данным со статистической проверкой по критерию Кохрена (оценка воспроизводимости), Стьюдента (оценка значимости коэффициентов уравнения регрессии по доверительному интервалу). Адекватность проверена по критерию Фишера. Р1а,,-0,98

Наиболее сильное влияние оказывает делительный диаметр зубчатого колеса. Этот фактор имеет наибольший коэффициент в уравнении рефессии Также значительным является влияние модуля зуба.

Характер влияния третьего фактора (угла эвольвентного зацепления) такой же, как и делительного диаметра, но проявляется он слабее.

Уравнением в раскодированном виде:

<р = 38,30 - 0,04505-0 + 0,5425 т - 1,828-а + 0,2708-10 4>т -г

(32)

Для наглядного представления влияния факторов на критерий оптимизации необходимо воспользоваться графиком поверхности отклика при фик-

Влияние коэффициента высоты головки зуба на показатели процесса сжат ия корма под зубом отражено на графиках изменения площади под зубом, заполняемой кормом (рисунок 7) и степени сжатия корма (рисунок 8)

Рисунок 6 - Поверхность отклика при делительном диаметре зубчатого колеса - 240 мм

Рисунок 7 - Зависимость площади иод зубом, занимаемой кормом, о г угла поворота прессующих колес при различных значениях угла профилирующей рейки (коэффициент высоты головки зуба = 1, диаметр делительной окружности 176мм, модуль зуба 16 мм)

угол поворота град

— угол зацепления 15°;— угол зацепления 20°;-угол зацепления 25°

Рисунок 8 — Зависимость степени сжатия корма под зубом от угла поворота прессующих колес с различными значениями угла зацепления (коэффициент высоты головки зуба диаметр делительной окружности 176 мм, модуль зуба 16мм)

Для расчётных целей данные аппроксимированы зависимостями. — угол зацепления 15°; — угол зацепления 20°; - угол зацепления 25°

Установление конкретного значения коэффициента высоты головки зуба, при котором производительность шестеренного гранулятора с плунжерным воздействием на корм будет максимальной, проведено по выявленным математическим зависимостям подачи корма зубчатыми колёсами Основное условие - сохранение постоянным времени пребывания корма под давлением в канале прессования. Для выполнения этого условия соответственно уменьшению разовой впрессовываемой порции корма пропорционально увеличивалась частота вращения колеса Постоянными оставались диаметр делительной окружности и ширина зубчатого колеса во всех сравниваемых вариантах для модуля зуба 6, 8, и 12мм. Начальная плотность комбикорма (насыпная масса) во всех вариантах 400 кг/м.

Подача комбикорма за счёт сил трения увеличивается с увеличением коэффициента высоты головки зуба для всех значений модуля зуба. Большему значению модуля зуба соответствует большая подача комбикорма (рисунок 9)

Подача комбикорма межзубовыми пространствами сначала увеличивается, а затем и твно снижается q. Большая подача соответс гвует более мелким зубьям (модуль зуба меньше) (рисунок 10)

Рисунок 9 - Зависимость подачи комбикорма за счет сил трения от коэффициента высот ы головки зуба

Рисунок 10 - Зависимость подачи комбикорма межзубовыми впадинами от коэффициента высоты головки зуба

Согласно анализу графика суммарной производительности прессования, производитетьность экспериментального прес са т = 6 находится в диапазоне

h= 0,5—0,6мм; а дпя больших модулей - 0,6-0,7мм

0 0? 0018 г 0 016

« 0 014

0 0 012 " 0 01

1 0 008 | 0 006 с 0 004

0 002 О

0-Рисунок

4- -+-

03 04 05 06 07 08 0° коэффициент высоты головки зуба 1)а*

Рекомендуемые параметры экспериментального пресса

Д=240мм, В-0,Зм, ш=6мм, Ь=0,5, 0= 5,4 6,0 т/ч ,

с энергоемкостью О 7,03 кВт ч/т при производстве гранул поперечным размером 10мм

При малых значениях диаметра канаты прессования пересекаются на выходе Поэтому предложено найти техническое решение в виде исполнения площадки голов-

модуль 6 мм, и модуль 8 мм, А - модуль 12 мм

11 Зависимость производительно

сти пресса от коэффициента ки зуба под наклоном высоты головки зуба при времени упрочнения гранул 10с

Для исключения пересечения каналов прессования при диаметре делительной окружности прессующего колеса 176мм достаточно площадку головки зуба наклонить под углом 8° Входная часть головки зуба раньше входит в контакт со впадиной сопряжённого колеса

Поэтому увеличивается масса обособляемой порции корма и необходимая плотность сжатого корма достигается раньше В таблице 1 приведено изменение показателей процесса сжатия для наклонного исполнения площадки на головке зуба.

Таблица 1 - Показатели процесса сжатия комбикорма зубом с высотой головки 8 мм

Применение наклонной площадки головки зуба перспективно для увеличения производительности шестеренного пресса и одновременного уменьшения удельной энергоёмкости процесса гранулирования комбикорма.

Изменение площади, занимаемой кормом, в функции поворота колес может быть аппроксимировано зависимостью: для угла зацепления 15" и 26,3010° > </> > 0

= -0,0012ф2 + 0,0991 ч> + 0,0403

Эффективность процесса зависит от момента образования замкнутого пространства и интенсивности сжатия корма.

Удельный объём порции изменяется в функции коэффициента высоты юловки зуба по зависимости:

Ууд = -29, МЪ * )2 +186,7. (33)

Энергоёмкость процесса гранулирования комбикорма имеет минимальные значения при коэффициенте высоты головки зуба 0,5 для модуля 6мм и при коэффициенте высоты головки зуба 0,6 для модулей 8 и 12 мм (рисунок 12)

В главе 5 «Методика инженерного расчёта шестеренного гранулятора плунжерного действия и экономическая эффективность использования результатов исследования» изложены особенности инженерного расчёта шестеренного пресса плунжерного действия и технико-экономического обоснования практического использования результатов исследования.

При расчете экономической эффективности в качестве базы сравнения была принята серийно выпускаемая установка для гранулирования комбикормов ДГ-1.

Чистый дисконтированный доход за 5 лет использования пресса составляет 476735 рублей для 1 пресса при сроке окупаемости 2,88 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Шестеренный гранулятор плунжерного действия предпочтителен по следующим признакам:

• плечо действия сжимающей силы меньше, чем у лопастного; так для прессующего колеса с диаметром делительной окружности 176 мм и модулем зуба 16мм плечо действующей силы лопастного пресса равно радиусу основной окружности 72 мм, а для плунжерного пресса с такими же параметрами прессующего колеса и с коэффициентом головки зуба 0,5 плечо действующей силы сжатия равно 12,25 мм (таблица 4.7, угол начала проталкивания корма 8,4°);

• частота вращения колёс выше, следовательно, передаточный механизм проще и экономичнее; так для шестеренного пресса плунжерного действия рекомендуемая частота вращения (таблица 4.13), а для шестеренного пресса лопастного действия рекомендована частота вращения

• удельная производительность пресса не ниже лопастною;

• увеличение удельной производительности зависит не столько от геометрического увеличения габаритов прессующего колеса, сколько от режима работы пресса с минимально допустимым диаметром делительной окружности.

2. Обособление разовой порции корма начинается с момента образования замкнутого пространства, которое оценивается углом между точкой контакта зуба с впадиной и межцентровой линией. Наибольшему значению угла образования замкнутого пространства под зубом соответствуют диаметр делительной окружности 240мм, модуль зуба 16мм, угол зацепления 15° (формула 4.4).

3. Ускоренный процесс сжатия корма соответствует меньшему значению угла зацепления 15 . Проталкивание корма в канал прессования наступает раиыне. Угол ориентации канала прессования равен 16° для коэффициента

П

высоты головки зуба Угол измеряется против

направления вращения прессующего колеса.

4. Наклон площадки головки зуба позволяет избежать пересечение каналов прессования на выходе при больших значениях угла ориентации их по нормали к поверхности головки зуба. Наклон площадки на головке зуба рекомендуется до чтобы избежать чрезмерного бокового перемещения корма верхней кромкой площадки.

5. Уменьшение высоты головки зуба и соответствующее уменьшение массы обособленной порции корма компенсируется увеличением частоты вращения прессующих колёс при постоянном значении времени выдержки корма в канале прессования под давлением для упрочнения гранулы. Оптимизированным по максимуму производительности является коэффициент высоты головки зуба 0,5-0,6 при частоте вращения прессующих колёс о) = 1,18с1 с модулем зуба 6мм при диаметре делительной окружности 240мм. Производительность шестеренного гранулятора плунжерного воздействия на комбикорм с шириной колёс 0,3м составляет 5,4...6,0т/ч.

6. Минимальная энергоёмкость процесса гранулирования комбикорма составляет 6,74 кВт ' ч/т при коэффициенте высоты головки зуба Ь^=0,5, на прессующем колесе диаметром делительной окружности 240мм, с углом зацепления 15 для модуля зуба 6мм. Для модуля зуба 8мм при аналогичных параметрах энергоёмкость процесса гранулирования равна -Э = 6,80 кВт • ч / т без учёта затрат энергии на холостой ход. Энергоёмкость гранулирования комбикормов сухим способом на шестеренном прессе с плунжерным воздействием в 1,6 раза ниже, чем на шестеренном прессе с лопастным воздействием на комбикорм (39кДж/кг или 10,8кВт ' ч/т.

7. Годовая экономия затрат при использовании шестеренных грануляторов с плунжерным воздействием для гранулирования комбикорма составляет 123,4 тысячи рублей за один год. Чистый дисконтированный доход за 5 лет использования пресса составляет 476735 рублей для 1 пресса при сроке окупаемости 2,88 года.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. Родина Л,Н. Момент сопротивления прессующих колёс шестерённого гранулятора./ В.И. Щербина, А.И. Уловкин., АЛ, Глобин, Л Н. Родипа //Совершенствование процессов и технических средств в АПК.- Зерно-град, 2ОО2.-Выи.4.-С 147-149.

2. Родина Л,П. Влияние наклона каналов прессования шестерёнкою грану-лятора на мощность его привода./В.И. Щербина, А.И. Удовкин., А.П. Глобин, Л.Н. Родина //Совершенствование процессов и технических средств в АПК.- Зерноград, 2002.-Вып.4.-С150-1 53.

3. Родина Л.Н. Обоснование наклона канала прессования шестеренного гранулятора./ В.И. Щербина, А.И. Удовкин., Л.Н. Родина // Совершенствование процессов и технических средств в АПК.- Зерноград, 2003.-Вып.3.-С-165-169.

4. Родина Л.Н. Определение объёма впадин между зубьями шестерённого гранулятора./ Родина Л.Н. //Совершенствование процессов и технических средств в АПК.- Зерноград, 2ООЗ.-Вып.5.-С 80-83.

5. Родина Л.Н. Момент сопротивления вращению зубчатых колёс шестеренного пресса выдавливающего типа с плунжерным воздействием на корм. -/СВ. Щербина. Л.Н. Родина //Механизация и электрификация с/к Спецвыпуск посвященный 75-летию АЧГ АА - №3 - 2005 -С 29-30.

ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 3.05.2005 г. Формат 60x84/16 . Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз Заказ № 194

РИО ФГОУ BI10 АЧГАЛ

347740 Зерноград Ростовской области, ул. Советская, 15

Ob'. M - Of.PJ

416