автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности работы ударно-центробежного измельчителя фуражного зерна

На правах рукописи

Абалихин Антон Михайлович

0Ы460352

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УДАРНО-ЦЕНТРОБЕЖНОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА

Специальность: 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

1 О мюн 2010

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань-2010

004603522

Работа выполнена на кафедре «Технический сервис» ФГОУ ВПО «Ивановская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.К. Беляева»

Научные руководители: доктор технических наук

профессор Баусов Алексей Михайлович; кандидат технических наук, доцент Колобов Михаил Юрьевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Рычков Виктор Анатольевич; кандидат технических наук, доцент Слугин Михаил Митрофанович

Ведущая организация: ГНУ Ивановский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемиии

Защита состоится iLlÖt-uO 2010 года в «$ на заседании

диссертационного совета Д 220.057.02 при ФГОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени профессора П.А. Костычева» по адресу: 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева».

Автореферат разослан < са » _2010 года.

Объявление о защите и автореферат размещены на сайте ФГОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени профессора П.А. Костычева» www.rgatu.ru в разделе «Новости».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1, Ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь j

диссертационного совета JY

кандидат технических наук, доцент А.В.Шемякин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Состояние здоровья животного и его воспроизводительная функция в значительной степени определяется полноценностью кормления, а полное раскрытие генетического потенциала по продуктивности возможно исключительно при условии полного и сбалансированного удовлетворения физиологических потребностей в питательных и биологически активных компонентах. Следовательно, одной из основных составляющих интенсификации производства в животноводстве являются качественные корма.

Измельчение является одним из наиболее энергоемких процессов при производстве комбикормов и кормосмесей и потребляет до 70 % электроэнергии, затрачиваемой на весь технологический процесс. Основным оборудованием для измельчения зерна в комбикормовой промышленности и хозяйствах являются дробилки молоткового типа. К достоинствам дробилок данного типа можно отнести их компактность, удобство отвода готового продукта, легкую замену изнашивающихся деталей (молотки, деки, решета), механизированную загрузку и выгрузку материала. Недостаток их заключается в том, что при тонком измельчении эти дробилки дают до 30 % пылевидной фракции, а при грубом - до 20 % недоизмельченной фракции. Переизмельчение приводит к дополнительным потерям электроэнергии, поэтому дробилки потребляют до 15 кВт-ч/т измельченного продукта. Особенностью процесса измельчения дисперсных материалов является интенсивный износ рабочих органов измельчителей, что снижает эффективность работы машин и приводит к дополнительным материальным затратам.

Совершенно иной, чем у молотковых дробилок принцип работы заложен в основу ударно-центробежных измельчителей, в которых частице измельчаемого материала придается движение в центробежном поле с последующим ударом о движущуюся или неподвижную преграду. Указанные измельчители получили широкое распространение в ряде отраслей промышленности, таких как химическая, строительная и др. Однако из-за малой изученности процесса измельчения зерновых материалов они практически не используются в сельском хозяйстве.

Поэтому исследования, направленные на изучение процесса измельчения и износа рабочих органов и создание измельчителя ударно-центробежного типа для зернофуража являются весьма актуальными.

Цель исследований. Повышение эффективности процесса измельчения фуражного зерна за счет использования усовершенствованного ударно-центробежного измельчителя с выявлением режимов его работы, обеспечивающего снижение энергоемкости процесса и износа рабочих органов.

Объект исследований. Технологические процессы измельчения фуражного зерна и износа рабочих органов в ударно-центробежном измельчителе.

Предмет исследований. Закономерности, характеризующие процессы измельчения фуражного зерна и износа рабочих органов ударно-центробежного измельчителя.

Методика исследований. Достижения поставленной цели работы осуществлялось теоретическими и экспериментальными методами исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием методов классической механики, математического анализа, теории удара и разрушения упругих тел.

Экспериментальные исследования осуществлены с использованием стандартных и частных методик, теории планирования многофакторных экспериментов. Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием методов математической статистики и компьютерных программ.

Научную новизну составляют:

- полученные математические зависимости, позволяющие расчетным путем определить рациональное число ударных и отбойных элементов измельчителя;

- разработанные математические модели процессов измельчения фуражного зерна и износа рабочих органов измельчителя ударно-центробежного типа;

- выявленные характерные зоны изнашивания ударных элементов измельчителя и выработаны меры по увеличению срока их службы и, соответственно, снижению энергоемкости процесса измельчения;

конструктивно-технологическая схема измельчителя ударно-центробежного типа, подтвержденная патентами РФ на полезную модель №66229, №74581.

Практическая ценность и реализация работы. Разработанный измельчитель ударно-центробежного действия позволяет интенсифицировать процесс измельчения фуражного зерна, снизить затраты энергии и износ рабочих органов измельчителя. Опытные образцы измельчителей внедрены в технологии получения комбикормов ЗАО ПО «Русь», СПК «Михеевский», ГУП ОПХ «Васильевское» Ивановской области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Ивановской ГСХА имени академика Д.К. Беляева (2007-2009 г.г.); Международной научной конференции «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием» Ивановского ГХТУ, 2007 г.; 10-й Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в животноводстве - машинно-технологическая модернизация отрасли» Москва-Подольск, 2007 г.; измельчитель фуражного зерна был отмечен Грамотой и Золотой медалью на IV Ивановском инновационном салоне «ИННОВАЦИИ-2007», Дипломом на VIII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (2008 г.).

Положения выносимые на защиту:

• Конструктивно-технологическая схема измельчителя ударно-центробежного типа.

• Теоретическое обоснование конструктивных параметров и технологических режимов ударно-центробежного измельчителя.

• Математическая модель процесса измельчения фуражного зерна.

• Математическая модель процесса износа рабочих органов измельчителей ударно-центробежного типа.

• Результаты проверки предложенного измельчителя в лабораторных и производственных условиях.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК, и получено 2 патента на полезную модель РФ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 127 наименований и 19 приложений. Основной текст работы изложен на 165 страницах, содержит 59 рисунков, 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, показана научная новизна и практическая значимость работы и изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» представлен обзор технологий приготовления комбикормов, анализ машин и для измельчения сыпучих материалов и их классификация. Проведен анализ научных исследований по износу рабочих органов измельчителей.

Вопросы процесса разрушения материалов нашли отражение в трудах Р. Риттингера, Ф. Бонда, В.А. Кирпичева, Ф. Кика, Л.Б. Левенсона, Г. Румпфа, В.П. Горячкина, П.А. Ребиндера, Я.Н. Куприца, А.К. Рунквиста. Большой вклад в развитие теории измельчения материалов внесли отечественные и зарубежные ученые: И.А. Хинт, Г.П. Оскаленко, В.В. Товаров, В.Н. Блиничев, П.П. Гуюмджян, Б.И. Осокин, Н.М. Смирнов, М.Л. Моргулис, C.B. Мельников, В.И. Сыроватка, Ф.Г. Плохое, В.А. Бауман, П.И. Леонтьев, C.B. Золотарев, И. Роукс, Г. Шпауг, Р. Планиоль, Д. Бегренс, В. Эбергард и другие.

Исследованиям процесса износа рабочих органов измельчителей посвящены труды Б.И. Костецкого, М.М. Хрущева, М.А. Бабичева, М.М. Тененбаума, И.В. Крагельского, И.Р. Клейса, Х.Х. Ууэмыйса, Г.М. Сорокина, В.И. Рублева, М.И.Филатова, Л.М. Фатеева, В.Б. Лапшина, К. Веллингера, X. Етса, И.Г. Биттера и многих других ученых.

На основании проведенного анализа научных работ указанных авторов установлено, что для измельчения фуражного зерна перспективными являются ударно-центробежные измельчители с центральной загрузкой

материала; дальнейшее совершенствование конструкций измельчителей данного типа должно быть направлено на повышение пропускной способности, снижение энергоемкости процесса измельчения и увеличение срока службы рабочих органов. Исходя из выше изложенного, сформулирована цель диссертационной работы и поставлены следующие задачи исследования:

• разработать и обосновать усовершенствованную конструктивно-технологическую схему и основные параметры ударно-центробежного измельчителя;

• разработать математическую модель процесса измельчения фуражного зерна в измельчителе ударно-центробежного типа;

• разработать математическую модель процесса износа рабочих органов ударно-центробежного измельчителя;

• исследовать характерные зоны износа ударных элементов измельчителя;

• провести экспериментальные исследования и опытно-производственную проверку измельчителя и дать оценку экономической эффективности его использования.

Во втором разделе «Теоретические основы повышения и эффективности работы ударно-центробежных измельчителей фуражного зерна» представлена схема предлагаемого усовершенствованного измельчителя ударно-центробежного действия и дано описание принципа его работы. Проведены теоретические исследования по обоснованию кинематических и конструктивных параметров, определяющих эффективность процесса измельчения, дана методика расчета его основных конструктивных параметров. Изложены теоретические исследования взаимодействия измельчаемой частицы с поверхностью ударного элемента и предложена математическая модель процесса износа ударных элементов измельчителя.

Разработана конструктивно-технологическая схема измельчителя ударно-центробежного действия, которая представлена на рисунке 1.

К фланцу электродвигателя 1 прикреплен корпус 2 с размещенным в нем ротором 3. На роторе 3 установлены плоские ударные элементы 4. Внутри корпуса 2 закреплены фиксаторы 5 для установки плит 6 с отбойными элементами 7 и сит 8. Корпус 2 закрыт крышкой 9 с прикрепленным к ней загрузочным бункером 10. В нижней части корпуса 2 имеется выгрузной патрубок 11. В нижней части бункера 10 имеется загрузочный патрубок 12, перекрываемый подвижным шибером 13. Патрубок 12 примыкает к загрузочному окну 15 в крышке 9.

Измельчитель работает следующим образом. Подлежащие измельчению материалы поступают в бункер 10, откуда под действием сил тяжести через щель, перекрываемую подвижным шибером 13, который регулирует расход зерна, высыпаются в загрузочный патрубок 12. По этому патрубку 12 зерна соскальзывают к загрузочному окну 14 в крышке 9 и,

1 - электродвигатель;

2 - корпус;

3 - ротор;

4 - ударные элементы;

5 - фиксаторы;

6 - плита;

7 - отбойный элемент;

8 - сито;

9 - крышка;

10 - бункер;

11 - патрубок выгрузной;

12 - патрубок загрузочный;

13 - шибер;

14 - окно загрузочное.

Рисунок 1. Схема измельчителя фуражного зерна увлекаемые потоком воздуха, поступают внутрь корпуса 2, попадают на плоские ударные элементы 4 и за счет центробежной силы приобретают ускорение. Затем материал ударяется о плиту 6 с отбойными элементами 7, где измельчается и отбрасывается на сита 8.

Материал, прошедший через сито, за счет воздушного потока удаляется из дробилки через выгрузной патрубок 11. Крупные частицы материала движутся по круговой траектории, попадая под следующую плиту 6 с отбойными элементами 7, и измельчаются до размеров меньших размеров отверстий сит. В зависимости от прочности и фракционного состава исходного материала подбирается рациональное количество и расположение плит 6 с отбойными элементами 7 и сит 8, которые установлены в фиксаторах 5 и могут легко сменяться. Измельчитель может использоваться в работе и без сит.

Для обоснования рациональных конструктивных параметров, определяющих эффективность процесса измельчения необходимо рассчитать скорости и углы вылета измельчаемых частиц с поверхности ударных элементов. Рассмотрим частицу материала, которая движется по поверхности плоского ударного элемента, и находится на расстоянии г (м) от оси вращения ротора (рис. 2, а). В этом случае частица будет участвовать в двух движениях: относительном - вдоль ударного элемента и переносном - вместе с диском. Линейная скорость в переносном движении Уе (м/с), при сходе частицы с поверхности ударного элемента определяется из известного выражения:

К=а>-Як. (1)

А

где со - угловая скорость ротора, с" ;

Я„ - радиус вращения наружных кромок ударных элементов, м.

Для нахождения относительной скорости движения частицы запишем уравнение относительного движения материальной точки в векторной форме, без учета силы тяжести:

тчаг = N + Фс + Ф„ +

где тч- масса частицы, кг;

аг- ускорение в относительном движении, м/с2;

N - сила нормальной реакции, Н;

Фе- переносная сила инерции, Н;

Фк- кориолисова сила инерции, Н;

Ртр - сила трения, Н.

а

(2)

^Ар

ЙЬ

Рисунок 2. Схема для определения скоростей и углов вылета, и сил, действующих на частицу

Схема сил, действующих на частицу при движении по поверхности ударного элемента показана на рисунке 2, б.

Спроецируем уравнение (2) на оси координат:

тх" =Ф.-Рт,

тчу тУ

= 0,

(3)

где х", у", г - проекции ускорения частицы в относительном движении, соответственно на оси х, у, г.

Проведем преобразование системы (3) и получим:

х" +2/-со-х -со -х = 0. где/- коэффициент трения частицы по стали. Решение уравнения (4) примет вид:

х-с- ек'' + с ■ ек>',

(4)

где к, =-«(/-V/2 + •). К =-со(/ + у!/2 +1) - корни характеристического уравнения;

г - к, г - к,

с, =- ■ ,с2 --— - постоянные интегрирования, наиденные исходя из

к| — кг к) - кг

начальных условий.

Подставив значения начальных условий в уравнение (5) и продифференцировав его, получим уравнение радиального компонента скорости движения частицы Vг:

(6)

Значение тангенса утла вылета частицы а с поверхности плоского ударного элемента:

=-г«*(7)

Абсолютная скорость вылета частицы V:

fr.k .и V

iAJh.fe^'-e^) . (8)

к, к2

Расчет рационального числа отбойных элементов, проводим исходя из условия отсутствия проскока частиц измельчаемого материала. Рассмотрим схему (рис. 3): частица материала разгоняется по поверхности ударного элемента и вылетает под углом а. Введем следующие обозначения: О- центр ротора, RiwRi- расстояние от центра ротора до середины соответственно ударного и отбойного элементов, Ь/ и Ь2 - длина соответственно ударного и отбойного элементов, DE - L - минимальное расстояние между двумя отбойными элементами (м).

Для определения величины расстояния между отбойными элементами DE, рассмотрим Д ODE (рис. 3). Из рисунка видно, что Д ODE равнобедренный, тогда отрезок ОК является его высотой, биссектрисой и медианой. Из треугольника Д ODK, определим величину его катета DK:

DK = Л2 - sin—, (9)

где Д, - угол между боковыми гранями отбойных элементов, град.

Искомый угол ftj можно определить, рассмотрев Д В ОС и Д А ОВ\

0, =180°-/?,-П80п-/?г; = Дг-/?,. (10)

где /?/ - угол при основании треугольника Д В ОС (угол атаки), град; р2 - угол при основании треугольника Д ЛОВ, град.

Угол [i2 определим, рассмотрев Д ЛОВ и записав для него теорему синусов:

я, Л

—L-2--—2- (11)

sinf 90° + a J sin/3.

Выразим /?,:

( Л, + у,)сс«а

Рисунок 3. Схема к расчету рационального числа отбойных элементов

Рассмотрим треугольник &.АОС и запишем теорему синусов для него:

2 2

Выразим

зт(90°+а) .ни/7,

(+ —)соза

^ 6, Л, + — 2 2

Подставив значения ¡32 и /3/ в уравнение (10), получим:

Д, = агсл'я -

СЛ, + —,)с<ма ! 2

(Л, + —^сола

Л,

(13)

(14)

(15)

Минимальное расстояние Ь (м) между двумя отбойными элементами определяем по уравнению, рассмотрев прямоугольный треугольник Д ООК\

I = ОЕ = гок = 2Я, = 3 2

Г^+^сота (16) агат-=—--агс$т-—--

= 2 Я. ял-2 ----- — ^

2

Расчет рационального числа ударных элементов проводим исходя из условия проникновения частицы на глубину, равную ее среднему диаметру, в пространство между соседними ударными элементами, что обеспечит гарантированный захват частицы движущимся ударным элементом.

Пусть частица материала начинает падать из центра ротора с нулевой начальной скоростью, тогда время I, (с) за которое частица приблизится к внутренней кромке ударного элемента (точка Аа), находящейся на расстоянии от центра ротора, равном = Яян (отрезок ОА0) (рис. 4), может быть найдено из уравнения:

(17)

где Я„„ - радиус вращения внутренних кромок ударных элементов, м; ускорение свободно падающего тела, м/с2.

Из условия проникновения частицы в зону между ударными элементами на величину ее диаметра, определим время 12, за которое частица под действием силы гравитации переместится на расстояние (отрезок 05), равное сумме расстояний от центра ротора до верхних кромок ударных элементов Я„„ и среднего диаметра исходной частицы с1исх (м):

21 я ■ 0«>

Разность величин и // есть величина времени /Л (с) проникновения частицы в пространство между движущимися ударными элементами одновременно время перемещения частицы из точки Аа в точку А,\

V

2' Кдн

(19)

ё

Зная длину окружности £ (м) радиусом Ля„ (м), можем определить расстояние АЬ (длину дуги) (м), на которое переместится ударный элемент за промежуток времени А1 (рис. 4):

„, 2-Л--Д, ,

Д£ = ——--=-(20)

где г - число ударных элементов; к - толщина ударного элемента, м.

Время перемещения ударного элемента на расстояние А1, при заданной величине угловой скорости со и известной величине радиуса вращения внутренних кромок ударных элементов /?„,„ найдем по формуле:

М-

АЬ а-Я

(21)

Рисунок 4. Схема для расчета рационального числа ударных элементов измельчителя Подставив уравнение (20) в уравнение (21), получим:

со- Я.,

Д/ :

(22)

На основании равенства величин времени проникновения частицы в пространство между движущимися ударными элементами и времени перемещения ударного элемента на величину АЬ, приравняем правые части уравнений (19) и (22):

(2-л--'Л„„/2-А)_ 12 •(/?.„ +0 |2-Д.„

(23)

получим формулу для расчета элементов ударно-центробежных

(24)

Преобразовав уравнение (28), рационального числа ударных измельчителей:

В качестве модели изнашивания поверхностей ударных элементов измельчителей воспользуемся гипотезой Престона:

¿у = с-р-Уг-*, (25)

где с - коэффициент пропорциональности; р - давление, возникающее на поверхности контакта, Па; V, - относительная скорость движения частиц измельчаемого материала по поверхности ударного элемента, м/с;

/ - время, с.

При движении частицы по плоскому ударному элементу давление можно рассчитать по формуле:

(26)

где N - сила нормальной реакции опоры, Н;

5- площадь поперечного сечения частицы измельчаемого материала, м2.

, (27)

где ё„сх - средний диаметр частицы исходного материала, м.

Анализируя изображение (рис. 2, б), делаем вывод, что сила реакции опоры N равна по модулю силе инерции кориолиса Фк, тогда запишем:

N = Ф,= 2т^й)-х'= 2тч-со-Уг. (28)

Подставим в уравнение (28) вместо К, ее значение из уравнения (6),

тогда:

N = 2тч (ек-' -е*). (29)

А-, - к2

Подставим значения величин 5 и N уравнений (27) и (29) в уравнение (26), тогда:

8 т. ■ со-1—- е1'' )

= \ (30)

п ■ с!.т

Подставим (6), (30) в уравнение (25):

8с-т-со(г-к, -к. , ... ,., V ,

Т'- <31>

Интегрируя уравнение (31), получим уравнение для определения величины износа поверхности ударного элемента^ (м):

8с-тч-ы г2-к]-к*

: '{к,-кгу

4с- т -о) ■ г ■ к1 ■ к

(32)

2 к2 А, +к2 к, + к2 В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа и методики проведения лабораторных экспериментов, дано описание используемого оборудования. Экспериментальные исследования процессов измельчения фуражного зерна и износа рабочих органов измельчителя проводились в лабораторной установке, представленной на схеме (рис. 5)

Для решения поставленных задач и в соответствии с результатами теоретического исследования процессов измельчения и износа рабочих органов ударно-центробежных измельчителей, программа предусматривает: разработку и изготовление экспериментальной установки для исследования процесса измельчения зерновых культур; получение математической модели процесса измельчения фуражного зерна в ударно-центробежном

измельчителе; получение математической модели процесса износа ударных и отбойных элементов; определение степени соответствия расчетных экспериментальным.

1 - электродвигатель;

2 - корпус;

3 - рама;

4 - крышка;

5 - смотровое окно;

6 - бункер;

7 - выгрузочный патрубок;

8 - загрузочный патрубок;

9 - заслонка;

10 - клиноременная передача;

11 - пусковое устройство.

Рисунок 5. Схема лабораторной установки.

В четвертом разделе «Экспериментальные исследования ударно-центробежного измельчителя фуражного зерна в лабораторных условиях» представлены результаты исследований работы измельчителя фуражного зерна в лабораторных условиях. Исследовано влияние конструктивных и технологических параметров измельчителя на эффективность процесса измельчения и на интенсивность износа рабочих органов измельчителя. Получены математические модели процессов измельчения фуражного зерна и износа рабочих органов.

Проводились однофакторные исследования по определению влияния частоты вращения ротора п, утла атаки /?/ и производительности измельчителя 2 на степень измельчения /, по результатам которых были определены интервалы и уровни варьирования факторов и реализована матрица плана эксперимента З3. Опыты проводились для трех зернофуражных культур: пшеница, рожь, овес. В качестве независимых переменных использовались: X/ - угол атаки, град.; Х2 - частота вращения ротора, мин"1; Х3 - производительность измельчителя, кг/ч. В качестве критериев оптимизации выбраны: У/ - степень измельчения; У2 - мощность, затраченная на процесс измельчения (Лг/,.х-Лг1.,.), Вт; У3 - количество пылевидной фракции (< 0,2 мм), %; - количество неизмельченной фракции, %; У5~ средний диаметр измельченных частиц, мм.

В результате статистической обработки экспериментальных данных были получены математические модели (уравнения регрессии) процесса измельчения для исследуемых зернофуражных культур в измельчителе ударно-центробежного действия. Ниже представлены уравнения для пшеницы:

У, = 1,724671 - 0,036028Х,- 0,071432Х1- + 0.188842Х

- 0,015477X2- 0,05999Х3- 0,015Х,Х2; (33)

У? = 662,7605 + 348,6605X2 - 91,1263Х{ + 309,4754Х3 + 229,875Х:Х3] (34) У3 = 1,894043 - 0.235325Х, - 0.305737Х'/ + 0,747429Х, +

+ 0,46035X2--0,183186Х3; (35)

У, = 4,09758 + 0.18629Х, + 0,513IX,2 - 2.59322Х, + + 0,6075X2 + 0,79256Х3-0.36078Х} - 0,5325Х2Х3; (36)

У5 = 1,73737 + 0.04007Х, + 0,081163Х,1-0.213469Х, +

+ 0,040476Х2+ 0,068826Х3- 0,025Х3Х3; (37)

Графическое изображение некоторых поверхностей отклика показано на рисунках 6-7.

У,

Х2, мин

1600

910

680 Х-,, кг/ч

Рисунок 6. Зависимость степени измельчения пшеницы (У,) от частоты вращения ротора (Х2) и производительности измельчителя {Х3) (при угле атаки X/ = 90°) Результаты исследований позволяют рекомендовать с учетом энергоемкости процесса и гранулометрического состава готового продукта следующие параметры измельчения зерновых культур: X/ = 90°, Х2 - 5405 мин"1, Х3 = 1500 кг/ч (полный удельный расход энергии на размол - Э' ~ 2,0 кВт-ч/т; содержание пылевидной фракции не превышает 3,15%, неизмельченной фракции не превышает - 3,43%)

Рисунок 7. Влияние частоты вращения ротора (Х2) и производительности измельчителя (Х3) на содержание пылевидной фракции (Уз) при измельчении пшеницы (при угле атаки X/ = 60°) Экспериментальные исследования по износу ударных и отбойных элементов проводили в измельчителе при измельчении кварцевого песка, который многие исследователи используют как модельный материал.

При исследовании износа ударных элементов, для разработки математической модели, в качестве независимых переменных использовались: X/ - диаметр исходных частиц, мм; Х2 - частота вращения ротора, мин"'; Х3 - производительность измельчителя, кг/ч. В качестве критерия оптимизации выбран: У: - интенсивность изнашивания по массе, г/кг. Были получены математические модели износа ударных элементов, изготовленных из Ст 3, Сталь40Х, Стагть45, Сталь 65Г. Например:

- для стали Ст 3:

У, = 0,589781 + 0,10778X1 + 0,541635Х2 + 0,311009Х2-- 0,101688Хз + 0,048474Х32 + 0,0375Х,Х2-0,045Х2Х3 (38)

- для стали 65Г:

У, = 0,156841 + 0.044097Х, + 0,165344Х2 + 0,081794Х/ -

- 0,044087Х3 + 0.015408Х/ - 0.02125Х,Х2 (39)

Графическое изображение некоторых поверхностей отклика показано на рисунках 8-9.

Анализ зависимостей (38, 39) и поверхностей отклика показал, что наибольшее влияние на интенсивность изнашивания ударных элементов оказывает частота вращения ротора (Х2), меньшее - средний диаметр исходных частиц (X/) и производительность измельчителя (Х3).

Рисунок 8. Зависимость интенсивности изнашивания ударных элементов (У,) от диаметра исходных частиц (X,) и частоты вращения ротора (Х2) (при производительности измельчителя Х3 = 200 кг/ч, Ст 3)

Рисунок 9. Зависимость интенсивности изнашивания ударных элементов (У;) от диаметра исходных частиц (X,) и производительности измельчителя (Х3) (при частоте вращения ротора = 5405 мин', Сталь 65Г) При исследовании износа отбойных элементов в качестве независимых переменных использовались: X,- средний диаметр исходных частиц, мм; Х3— частота вращения ротора, мин"1; Х3 - производительность измельчителя, кг/час, угол атаки, град. В качестве критерия оптимизации выбран: Уу -интенсивность изнашивания по массе, (г/кг). Была получена математическая модель износа отбойных элементов измельчителя ударно-центробежного действия, изготовленных из стали Ст 3:

V, = 0,303486 + 0,095393X1 + 0,233642Х2 + 0,100401X2 -- 0,128062Х3 + 0.34768Х+ 0.174686Х/ + 0,055Х,Х2 +

+ 0,045X1X4 - 0,05X2X1 + 0,135Х2Х4 (40)

Графическое изображение некоторых поверхностей отклика показано на рисунках 10 - 11.

Рисунок 10. Зависимость интенсивности изнашивания отбойных элементов

(У,) от диаметра исходных частиц (X,) и частоты вращения ротора {Х2) (при производительности измельчителя Х3 = 200 кг/ч, угле атаки Х4 = 90°)

Рисунок 11. Зависимость интенсивности изнашивания отбойных элементов (У,) от производительности измельчителя (Х3) и угла атаки (Х4) (при диаметре исходных частицX, = 0,45 мм, частоте вращения ротора^ = 5405 мин"') Анализ полученной математической модели (40) и поверхностей откликов позволяет сделать вывод о значительном влиянии всех исследуемых факторов на износ отбойных элементов, особенно частоты вращения ротора (X¿) и угла атаки частиц исходных материалов (Х4) к поверхности отбойных элементов.

По результатам проведенных исследований была построена схема износа ударных элементов (рис. 12, а).

а б

Рисунок 12. Схема износа поверхности ударноых элементов На рисунке отчетливо видим три зоны контакта измельчаемых частиц с поверхностью ударного элемента: удара, восстановления и разгона. Наличие зоны восстановления на поверхности ударного элемента приводит к появлению дополнительной зоны изнашивания, увеличению расхода энергии на процесс измельчения.

Для обеспечения скорости ударного нагружения, необходимой для схода измельчаемой частицы с поверхности ударного элемента с последующим разрушением ее об отбойный элемент, радиус вращения наружных кромок ударных элементов К„ был уменьшен в 1,41 раза. При проведении исследований в лабораторной установке радиус вращения наружных кромок ударных элементов был уменьшен со 135 мм до 95 мм. Для этого длину ударных элементов уменьшили с 60 до 40 мм. Чтобы сохранить зазор между отбойными и ударными элементами, последние были выдвинуты в радиальном направлении от центра вращения ротора.

Это позволило устранить появления на поверхности ударных элементов дополнительную зону ударного нагружения - зону восстановления. На рисунке 12, б представлена схема износа ударного элемента длиной 40 мм, изготовленного из стали Ст 3, полученная при измельчении кварцевого песка (фракция 0,45 мм). На поверхности ударного элемента отсутствует зона восстановления. Энергоемкость процесса измельчения кварцевого песка (при Q = 350 кг/ч, п = 5405 мин"', = 120°) снизилась в 2,1 8 раз, пшеницы (при £> = 1000 кг/ч, п = 5405 мин"', = 120°)-в 1,31 раз, по сравнению с аналогичными опытами, проведенными с ударными элементами длиной 60 мм; степень измельчения материалов практически не изменилась.

В пятом разделе «Результаты опытно-производственной проверки и оценка экономической эффективности измельчителя фуражного зерна» проведено исследование процесса измельчения фуражного зерна в

производственных условиях. Показаны результаты внедрения и определена экономическая эффективность предлагаемого измельчителя.

Производственная проверка разработанных измельчителей была проведена в ЗАО ПО «Русь» Ивановского района, СПК «Михеевский» Комсомольского района, ГУП ОПХ «Васильевское» Шуйского района Ивановской области.

Разработанный измельчитель позволил эффективно осуществлять процесс измельчения, снизить металлоемкость конструкции и энергоемкость технологического процесса измельчения зерновых компонентов комбикормов в 2,9 раз. Инженерами хозяйств отмечалось, что машина проста по конструкции, компактна, надежна в работе, легко обслуживается и может быть изготовлена в механических мастерских ремонтно-технических и сельскохозяйственных предприятий.

Рассчитанный годовой экономический эффект от применения измельчителей фуражного зерна составил в ЗАО ПО «Русь» - 48035 рублей, СПК «Михеевский» - 43095 рублей, ГУП ОПХ «Васильевское» - 77470 рублей.

Общие выводы и предложения

1. Конструктивно-технологическая схема ударно-центробежного измельчителя фуражного зерна с центральной загрузкой должна содержать корпус с размещенным в нем ротором, на котором установлены плоские ударные элементы; на внутренней торцевой поверхности корпуса закреплены фиксаторы для установки плит с отбойными элементами и ситовых обечаек; к центральной части крышки корпуса бункер; в нижней части корпуса находится выгрузочный патрубок.

2. Теоретически установлено, что выполнение условия отсутствия проскока и разрушение измельчаемой частицы при столкновении ее с отбойным элементом будет происходить при минимальном расстоянии между боковыми гранями отбойников 22 мм и угле атаки частиц 90°, который достигается наклоном рабочей поверхности отбойного элемента под углом 30°.

Гарантированный захват измельчаемой частицы будет обеспечиваться 8 ударными элементами, установленными на диске ротора, при условии проникновения ее в пространство между движущимися ударными элементами на глубину равную ее диаметру 3 мм.

3. Математическая модель процесса измельчения зерновых культур в измельчителе ударно-центробежного действия позволяет оценить влияние исследуемых факторов на изменение значений критериев оптимизации. Установлено, что увеличение частоты вращения ротора при постоянных значения производительности и угла атаки частиц приводит к увеличению степени измельчения зерновых материалов, уменьшению среднего диаметра измельченных частиц и содержания неизмельченной фракции. При производительности измельчителя 1500 кг/ч и угле атаки частиц 90° увеличение частоты вращения с 3775 мин"' до 5405 мин'1 повышает степень измельчения с 1,42 до 1,85 (пшеница), с 1,45 до1,94 (рожь), с 1,3 до 1,54

(овес); средний диаметр измельченных частиц уменьшился с 2,11 мм до 1,62 мм (пшеница), с 2,07 мм до 1,6 мм (рожь), с 2,31 мм до 1,95 мм (овес); содержание неизмельченной фракции снизилось с7,95% до 2,22% (пшеница), с 3,31% до 0,42% (рожь), с 9,92% до 3,43% (овес). Повышение производительности измельчителя при постоянных значениях частоты вращения ротора и угла атаки приводит к снижению содержания пылевидной фракции и полных удельных энергозатрат на процесс измельчения. При частоте вращения ротора 5405 мин"1 и угле атаки 90° повышение производительности с 500 кг/ч до 1500 кг/ч ведет к снижению содержания пылевидной фракции в измельченном материале с 3,25% до 3,15% (пшеница), с 2,98% до 2,59% (рожь), с 2,34% до 1,42% (овес); величина полных удельных энергозатрат снижается с 4,6 кВт-ч/т до 1,98 кВгч/т (пшеница), с 4,43 кВт-ч/т до 1,85 кВтч/т (рожь), с 4,7 кВт-ч/т до 2,05 кВт-ч/т (овес).

4. Чтобы оценить влияние исследуемых факторов на интенсивность изнашивания ударных элементов, разработана математическая модель процесса их износа, анализ которой показал, что в большей степени интенсивность изнашивания ударных элементов зависит от марки стали и частоты вращения ротора, а в меньшей - от среднего диаметра исходных частиц и производительности измельчителя. Установлено, что с увеличением частоты вращения ротора и среднего диаметра исходных частиц происходит повышение интенсивности изнашивания ударных элементов. При производительности измельчителя 200 кг/ч и среднем диаметре исходных частиц кварцевого песка 1,15 мм увеличение частоты вращения ротора с 3775 мин"1 до 5405 мин"1 приводит к повышению интенсивности изнашивания с 0,53 г/кг до 1,79 г/кг (Ст 3), с 0,43 г/кг до 1,2 г/кг (сталь 40Х), с 0,21 г/кг до 0,91 г/кг (сталь 45), с 0,19 г/кг до 0,53 г/кг (сталь 65Г). При увеличении среднего диаметра исходных частиц кварцевого песка с 0,45 мм до 1,15 мм при производительности 500 кг/ч и частоте вращения ротора 5405 мин'1 интенсивность изнашивания повышается с 1,2 г/кг до 1,44 г/кг (Ст 3), с 0,72 г/кг до 0,91 г/кг (сталь 40Х), с 0,53 г/кг до 0,73 г/кг (сталь 45), с 0,32 г/кг до 0,4 г/кг (сталь 65Г). С повышением производительности измельчителя при постоянных значениях частоты вращения ротора и среднего диаметра измельченных частиц происходит снижение интенсивности изнашивания ударных элементов. При частоте вращения ротора 5405 мин'1 и среднем диаметре исходных частиц кварцевого песка 1,15 мм повышение производительности с 200 кг/ч до 500 кг/ч приводит к снижению интенсивности изнашивания с 1,79 г/кг до 1,44 г/кг (Ст 3), с 1,2 г/кг до 0,91 г/кг (сталь 40Х), с 0,91 г/кг до 0,72 г/кг (сталь 45), с 0,53 г/кг до 0,4 г/кг (сталь 65Г). Использование ударных элементов, изготовленных из стали 40Х, стали 45 и стали 65Г повышает срок их службы соответственно в 2, 3 и 7 раз, по сравнению со сталью Ст 3.

5. Разработанная математическая модель процесса износа отбойных элементов, изготовленных из стали Ст 3, позволяет оценить влияние исследуемых факторов на изменение интенсивности их изнашивания. Анализ

модели показал, что частота вращения ротора, производительность измельчителя, средний диаметр и угол атаки исходных частиц в равной степени оказывают влияние на интенсивность изнашивания. Установлено, что увеличение частоты вращения ротора, среднего диаметра и угла атаки исходных частиц кварцевого песка приводит к повышению интенсивности изнашивания отбойных элементов. В результате увеличения частоты вращения ротора с 3775 мин"' до 5405 мин"1 при производительности 200 кг/ч, угле атаки 120° и среднем диаметре исходных частиц кварцевого песка 1,15 мм интенсивность изнашивания повышается с 0,8 г/кг до 1,88 г/кг. С увеличением среднего диаметра исходных частиц с 0,45 мм до 1,15 мм при частоте вращения ротора 5405 мин"1, производительности 200 кг/ч и угле атаки частиц кварцевого песка 120° интенсивность изнашивания отбойных элементов увеличивается с 1,28 г/кг до 1,88 г/кг. При частоте вращения ротора 5405 мин"1, среднем диаметре исходных частиц 1,15 мм и производительности 200 кг/ч увеличение угла атаки с 60° до 120° ведет к повышению интенсивности изнашивания с 0,64 г/кг до 1,88 г/кг. Увеличение производительности измельчителя при постоянных значениях частоты вращения, угла атаки и среднего диаметра исходных частиц приводит к снижению интенсивности изнашивания отбойных элементов. При частоте вращения ротора 5405 мин"', угле атаки 120° и среднем диаметре исходных частиц кварцевого песка 1,15 мм повышение производительности с 200 кг/ч до 500 кг/ч приводит к снижению интенсивности изнашивания с 1,88 г/кг до 1,32 г/кг.

6. В результате исследования процесса износа ударных элементов выявлены три зоны контакта движущихся по их рабочим поверхностям частиц измельчаемого материала: удара, восстановления и разгона. Экспериментально установлено, что уменьшение длины ударных элементов с 60 мм до 40 мм с одновременным выдвижением их в радиальном направлении от центра вращения ротора привело к устранению зоны дополнительного изнашивания (восстановления) при одновременном снижении удельной энергоемкости процесса измельчения. При измельчении кварцевого песка с производительностью измельчителя 350 кг/ч, углом атаки частиц 120° и частотой вращения ротора 5405 мин'1, на котором были установлены ударные элементы длиной 40 мм, энергоемкость процесса измельчения снизилась с 0,664 кВт-ч/т до 0,305 кВт-ч/т, по сравнению с аналогичным опытом при длине ударных элементов 60 мм. Измельчение пшеницы при тех же значениях частоты вращения ротора и угла атаки частиц при производительности измельчителя 1500 кг/ч привело к снижению энергоемкости процесса измельчения с 0,515 кВт-ч/т до 0,394 кВт-ч/т.

7. Экспериментально установлено, что рациональными конструктивно-технологическими и режимными параметрами ударно-центробежного измельчителя при измельчении фуражного зерна следует считать: угол атаки частиц к поверхности отбойных элементов 90°, производительность 1500 кг/ч, угол охвата отбойных плит 135°,частота вращения 5405 мин"' и диаметр ротора 270 мм, с установленными на нем ударными элементами в количестве

8 штук. При этом полная удельная энергоемкость процесса измельчения не превысила 2,1 кВт-ч/т, а содержание пылевидной и неизмельченной фракций составило не более 3,15% и 3,43% соответственно.

8. Опытно-производственная проверка показала, что при увеличении производительности измельчителя от 1500 кг/ч до 2000 кг/ч средний диаметр измельченных частиц варьировался в пределах от 1,55 мм до 1,8 мм (для пшеницы, ржи, ячменя и овса), при этом полная удельная энергоемкость процесса измельчения не превысила значения 2,05 кВт-ч/т.

9. Расчет экономической эффективности показал, что при годовом объеме измельчения фуражного зерна в ЗАО ПО «Русь» - 600 т, в СПК «Михеевский» - 170 т, в ГУП ОПХ «Васильевское» - 820 т экономия по сравнению с использованием молотковой дробилки КД-2А в технологиях составила, соответственно, 48035 рублей, 43095 рублей и 77470 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, указанных в «Перечне ... ВАК».

1. Колобов М.Ю. Использование центробежно-ударной мельницы для измельчения зерна / М.Ю. Колобов, В.Б. Лапшин, A.M. Абалихин, A.M. Баусов // Техника в сельском хозяйстве. - Москва, 2008. - № 4. - с. 52 -53.

2. Колобов М.Ю. Повышение долговечности рабочих органов центробежно-ударных мельниц / М.Ю. Колобов, A.M. Абалихин,

A.M. Баусов // Ремонт, восстановление, модернизация. - Москва, 2008. - № 7. -с. 27-28.

3. Лапшин В.Б. Пути повышения долговечности рабочих органов ударно-центробежных измельчителей / В.Б. Лапшин, A.M. Абалихин, Н.В. Боброва, A.B. Богородский, М.Ю. Колобов // Ремонт, восстановление, модернизация. - Москва, 2008. - № 8. - с. 41 - 44.

4. Абалихин A.M. Центробежный измельчитель / A.M. Абалихин,

B.Б. Лапшин, М.Ю. Колобов, Н.Б. Богофанио // Сельский механизатор. -- Москва, 2009. - № 11. - с. 30.

Патенты.

5. Патент на полезную модель RU № 66229 U1. Измельчитель фуражного зерна / М.Ю. Колобов, В.Б. Лапшин, A.M. Абалихин, A.M. Баусов (РФ). №2007113334/22; Заявлено 09.04.2007; Опубл. Ю.09.2007 Бюл. № 25.

6. Патент на полезную модель RU № 74581 U1. Измельчитель фуражного зерна / В.Б. Лапшин, A.M. Абалихин, М.Ю. Колобов, Н.В. Боброва, К.В. Субботин (РФ). № 2008104110/22; Заявлено 04.02.2008; Опубл. 10.07.2008 Бюл. № 19.

Публикации в других изданиях.

7. Абалихин A.M. Пути повышения долговечности рабочих органов ударно-центробежных измельчителей / A.M. Абалихин // «Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса: материалы Международной научно-методической конференции». Т. II. -Иваново, ИГСХА, 2007.-е. 120-121.

8. Колобов М.Ю. Измельчение зерна в мельнице центробежно-ударного действия / М.Ю. Колобов, В.Б. Лапшин, A.M. Абалихин, A.M. Баусов / / Международная научно-методическая конференция «Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса». Сборник статей. -Иваново, ИГСХА, 2007. - с. 139 - 140.

9. Колобов М.Ю. Оборудование для обработки дисперсных материалов / М.Ю. Колобов, В.Б. Лапшин, С.Е. Сахаров, A.M. Абалихин / / Международная научная конференция «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием». Сборник трудов. Т. II. - Иваново, ИГХТУ, 2007. - с. 13 -15.

10. Колобов М.Ю. Разработка оборудования для приготовления комбикормов / М.Ю. Колобов, В.Б. Лапшин, С.Е. Сахаров, A.M. Абалихин, А.П. Сизов, A.M. Баусов // 10-я Международная научно-практическая конференция «Научно-технический прогресс в животноводстве - машинно-технологическая модернизация отрасли». Сборник научных трудов, том 17, часть 3. - Подольск, 2007. - с. 99 - 106.

11. Колобов М.Ю. Измельчитель фуражного зерна / М.Ю. Колобов, В.Б. Лапшин, A.M. Абалихин, A.M. Баусов // Ивановский инновационный салон «ИННОВАЦИИ-2007». Каталог экспонатов. - Иваново, 2007. - с. 58.

12. Абалихин A.M. Пути повышения долговечности рабочих органов ударно-центробежных измельчителей / A.M. Абалихин, Н.В. Боброва, К.В. Субботин // «Современные проблемы развития АПК в работах молодых ученых и студентов ФГОУ ВПО Ивановская ГСХА имени академика Д.К. Беляева: материалы Международной научно-методической конференции». Т. II. - Иваново, ИГСХА, 2008. - с. 64.

13. Колобов М.Ю. Зернодробилка / М.Ю. Колобов, A.M. Абалихин / / «Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса: материалы Международной научно-методической конференции». Т. II. - Иваново, ИГСХА, 2009. - с. 88.

14. Колобов М.Ю. Износ элементов измельчителей ударного действия / М.Ю. Колобов, A.M. Абалихин, В.В. Колобова // «Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса: материалы Международной научно-методической конференции». Т. И. - Иваново, ИГСХА, 2009. - с. 89 - 90.

Подписано в печать 13.05.2010 Формат издания 60x84 1/16

Печ.л. 1.5 Усл.п.л. 1.39 Тираж 110 экз. Заказ 722

Отпечатано в полиграфический отдел ФГОУ ВПО «Ивановская ГСХА имени академика Д.К. Беляева» 153012, г. Иваново, ул. Советская, 45

РЕФЕРАТ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Обзор технологий приготовления комбикормов.

1.2 Анализ конструкций ударно-центробежных измельчителей.

1.3 Анализ исследований процесса измельчения в ударно-центробежных измельчителях.

1.3.1 Исследование движения частиц измельчаемого материала в ударно-центробежных измельчителях.

1.3.2 Определение рационального числа ударных элементов в ударно-центробежных измельчителях.

1.4 Анализ исследований процесса износа рабочих органов измельчителей ударно-центробежного типа.

1.4.1 Основы теории износа.

1.4.2 Износ рабочих органов ударно-центробежных измельчителей.

1.5 Постановка цели работы и задач исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УДАРНО-ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА.

2.1 Конструктивно-технологическая схема измельчителя ударно-центробежного действия.

2.2 Расчет скоростей и углов вылета измельчаемого материала с поверхности ударного элемента измельчителя.

2.3 Расчет рационального числа отбойных элементов ударно-центробежных измельчителей.

2.4 Расчет рационального числа ударных элементов ударно-центробежных измельчителей.

2.5 Теоретическое исследование взаимодействия измельчаемой ■ частицы с поверхностью ударного элемента.

2.6 Определение износа ударных элементов ударно-центробежных измельчителей.

Выводы.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа исследований.

3.2 Методика экспериментальных исследований.

3.2.1 Описание экспериментальной установки.

3.2.2 Методика оценки качества измельчения.

3.3 Методика определения износа ударных и отбойных элементов.

3.3.1 Методика определения линейного износа ударных элементов. ?■

3.3.2 Методика замера износа ударных и отбойных элементов весовым способом.

3.4 Методика энергетической оценки процесса измельчения.

Выводы.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УДАРНО-ЦЕНТРОБЕЖНОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ.

4.1 Исследование процесса измельчения зерновых культур в измельчителе ударно-центробежного действия.

4.2 Исследование износа рабочих органов ударно-центробежного измельчителя.

4.2.1 Исследование износа ударных элементов.

4.2.2 Исследование износа отбойных элементов.

4.2.3 Характерные зоны износа плоских ударных элементов.

4.3 Пути повышения износостойкости и долговечности рабочих органов ударно-центробежных измельчителей.

Выводы.

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОВЕРКИ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА.

5.1 Программа и методика производственной проверки.

5.2 Результаты опытно производственной проверки ударно-центробежных измельчителей фуражного зерна.

5.3 Определение экономической эффективности внедрения измельчителя фуражного зерна в технологию приготовления комбикормов.

Выводы.

Актуальность темы. Получение прибыли является основной целью при ведении товарного животноводства. Состояние здоровья животного и его воспроизводительная функция в значительной степени определяется полноценностью кормления, а полное раскрытие генетического потенциала по продуктивности возможно исключительно при условии полного и сбалансированного удовлетворения физиологических потребностей в питательных и биологически активных компонентах. Следовательно, одной из основных составляющих интенсификации производства в животноводстве являются качественные корма [1,2].

Но в настоящее время на территории России, в связи с изменением направления экономики сложилась такая ситуация что произошел процесс разукрупнения больших животноводческих предприятий (колхозов, совхозов и.т.д.), а на остатках этих предприятий возникли и начали развиваться небольшие хозяйства различных форм собственности. Исчезла и налаженная система централизованного обеспечения сельхозпроизводителей концентрированными кормами. Решение этой проблемы возможно двумя путями. В нашей стране из общего количества расходуемого на кормовые цели фуражного зерна около половины проходит переработку в полноценные комбикорма и кормовые смеси. Итак - первый путь это закупка готового комбикорма на предприятиях по их изготовлению, либо у дистрибьюторов, но это не всегда экономически выгодно для хозяйства, в связи с дороговизной продукта. Второй путь - более дешевый, заключается в приготовлении концентратов в самих хозяйствах из собственного и частично приобретенного сырья. Даже такие примитивные концентрированные корма обладают высоким содержанием энергии и переваримого протеина и охотно поедаются животными. Измельчение зернового сырья, как правило, производят до кондиции соответствующей зоотехническим требованиям в зависимости от вида назначения и половозрастной группы животных [3 — 6].

Механизация приготовления кормов предусматривает поточную организацию производства, когда корма, поступающие на обработку, проходят ряд взаимосвязанных операций. Главная задача производства комбикормов — получение продукции высокого качества, что в свою очередь требует точного соблюдения всех этапов технологии, внедрения автоматизации управления работой машин и контроля качества готового продукта. Организация производства должна обеспечивать минимальную продолжительность технологического цикла, полную механизацию и поточность процесса, своевременный контроль качества на основных участках линии, бесперебойность работы, эффективное использование технологического и энергетического оборудования и др.

Измельчение является одним из наиболее энергоемких процессов и потребляет до 70% электроэнергии, затрачиваемой на весь технологический процесс. Для измельчения фуражного зерна в основном применяют молотковые дробилки. К достоинствам дробилок данного типа можно отнести быстрое извлечение готового продукта из дробильной камеры, легкую замену изнашивающихся деталей (молотки, решета, деки), механизированную загрузку и выгрузку материала. Недостатками является то, что при тонком измельчении эти дробилки дают до 30% пылевидной фракции, а при грубом - до 20% недоизмельченной фракции. Наличие мелких частиц в корме приводит к тому, что, попадая, например, в рубец крупного рогатого скота он проходит транзитом не перевариваясь равно как не перевариваются и излишне крупные частицы. Кроме того, переизмельчение приводит к повышению энергоемкости рабочего процесса до 15 кВт-ч/т. Поэтому поиск наиболее эффективных способов измельчения, а так же совершенствование конструкций измельчающих машин и разработка новых, является весьма актуальной задачей.

Совершенно иной, чем у молотковых дробилок принцип работы заложен в основу ударно-центробежных измельчителей, в которых частице измельчаемого материала придается движение в центробежном поле с последующим ударом о движущуюся или неподвижную преграду.

По сравнению с молотковыми дробилками ударно-центробежные измельчители обладают относительно низкими показателями энергоемкости измельчения и металлоемкости конструкции, меньшими уровнями вибрации и шума. Указанные измельчители получили широкое распространение в ряде отраслей промышленности, таких как химиическая, строительная и др. Однако, из-за малой изученности процесса измельчения зерновых материалов в ударно-центробежных измельчителях, они практически не используются в сельском хозяйстве.

Особенностью процесса измельчения дисперсных материалов является интенсивный износ рабочих органов измельчителей, что снижает эффективность работы машин и приводит к дополнительным затратам на изготовление и замену рабочих органов. Следовательно, увеличение ресурса рабочих органов при измельчении фуражного зерна так же является одной из актуальных задач.

Диссертационная работа выполнена в рамках межведомственной координационной программы на 2006 - 2010 годы «Научные основы формирования и функционирования эффективного агропромышленного производства» (распоряжение РАСХН № 22-16 от 17.06.02 г.), и в соответствии с приказом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации № 342 от 25.06.07 г. «Концепция развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года».

Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса измельчения фуражного зерна за счет использования усовершенствованного ударно-центробежного измельчителя с выявлением режимов его работы, обеспечивающего снижение энергоемкости процесса и износа рабочих органов.

Объект исследований: технологические процессы измельчения фуражного зерна и износа рабочих органов в ударно-центробежном измельчителе.

Предмет исследований: закономерности, характеризующие процессы измельчения фуражного зерна и износа рабочих органов ударно-центробежного измельчителя.

Научную новизну составляют:

- полученные математические зависимости, позволяющие расчетным путем определить рациональное число ударных и отбойных элементов измельчителя;

- разработанные математические модели процессов измельчения фуражного зерна и износа рабочих элементов измельчителя ударно-центробежного типа;

- выявленные характерные зоны изнашивания ударных элементов измельчителя и выработанные меры по увеличению срока их службы и, соответственно, по снижению энергоемкости процесса измельчения;

- конструктивно-технологическая схема измельчителя ударно-центробежного типа, подтвержденная патентами РФ на полезную модель №66229, №74581.

Практическая ценность и реализация работы:

Разработанный измельчитель ударно-центробежного действия позволяет эффективнее проводить процесс измельчения фуражного зерна, снизить затраты энергии и увеличить ресурс рабочих органов.

Производственные образцы измельчителей внедрены в технологии получения комбикормов ЗАО ПО «Русь», СПК «Михеевский», ГУП ОПХ «Васильевское» Ивановской области.

Защищаемые положения:

1. Конструктивно-технологическая схема измельчителя ударно-центробежного типа.

2. Теоретическое обоснование конструктивных параметров и технологических режимов ударно-центробежного измельчителя.

3. Математическая модель процесса измельчения фуражного зерна.

4. Математическая модель процесса износа рабочих органов измельчителей ударно-центробежного типа.

5. Результаты проверки предложенного измельчителя в лабораторных и производственных условиях.

Автор выражает благодарность и глубокую признательность руководителю доктору технических наук, профессору Баусову A.M. и всем сотрудникам факультета механизации Ивановской ГСХА им. ак. Д.К. Беляева за содействие в выполнении данной работы.