автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка вибрационной дробилки для измельчения зерновых материалов с обоснованием параметров и режимов работы

«V на правах рукописи

Л

МАРКИН ОЛЕГ ЯРЬЕВНЧ

РАЗРАБОТКА ВИБРАЦИОННОЙ ДРОБИЛКИ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОБОСНОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ

05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических кар,

КАЗАНЬ - 1997

Работа выполнена в Казанской государственной сельскохозяйственно! академии на кафедрах; «Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства» и «Сопротивление натерна-лой и технология метаяюв>>

Научгае руководители: кандидат технических наук.

профессор МАРТЬЯНОВ А.П.. кандидат технических наук, доцент РУДАКОВ А.И.

Официальные оппонент: Заслуженный деятель науки и техники РФ. доктор технических наук, профессор НЕКРА1ЕВИЧ В.Ф. Заслуженный механизатор Республики Татарстан, кандидат технических наук, доцент ВОЛКОВ К.Е.

Бе&щее rtpeönpusme.' Акционерное общество Холдинговая компания

< <Татсельхозтехинка>>

Защита состоится 21 октября 1997 г. в 12 час. на заседании диссертационного совета К 120. 24. 02 при Казанской государстве ¡той сельскохозяйственной академии (КГСХА) по адресу: 420011, г. Казань, учебаый городок КГСХА, УЛК <ШСХ, ауд. 213.

Отзшк на'-ддессертациа направлять по адресу: 420011, г. Казань. учебный горошх КГСХА. а/я 13.

С диссертацией иохкс ознакомиться в библиотеке Казанской ГШ ШШ ФМСл, чнт&пьшй зав).

Автореферат разослан 2t сентября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета.

¡жтшт технических наук, профессор Гайна,!0а

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Увеличение производства продукции животноводства зависит от эффективного использования концентрированных кормов, получаемых путем измельчения зерновых материалов. Измельчение зерновых материалов является одним из энергоемких процессов в сельском хозяйстве. Существующие молотковые дробилки, плющилки, дисмембраторы и другие измельчители имеют малую производительность, затрачивают большое количество энергии на процесс разрушения материала при малом к.п.д. и осуществляют перензмельчение зерна.

Путь повышения эффективности дробления, снижения энергозатрат и увеличения однородности измельченных материалов это - применение вибрации. В то же время в сельскохозяйственном производстве вибрационные режимы измельчения зерновых материалов практически не используются и современные, высокоэффективные машины для осуществления такого способа разрушения промышленностью не выпускаются.

В связи с этим актуальной является задача создания вибрационных дробилок, обладающих высокой эффективностью дробления, малой энергоемкостью, возможность» получать однородный продукт, а такие высокой производительностью.

Народяо-хозяйственое значение данной работа заключается в том, что в результате разработки конусной вибрационной дробилки и её использования для измельчения зерновых материалоо снижаются металлоемкость, энергопотребление и улучшается качество получаемых кормов, а это, в конечном счете, ведет к. повьшешго продуктивности животноводства.

Настоящая работа посвящена разработке, исследованию, обоснованию параметров и-режимов работы вибрационной дробилки. Ока является составной частью научно - исследовательских работ Казанской ГСХА по общероссийской программе 10:"Разработать и-.внедрить-элементы системы машин для индустриальной технологии производства продуктов животноводства в условиях Среднего Поволжья".

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение .' эффективности процесса измельчения зерновых материалов путем разработки конуспой вибрационной- дробилки с упругим валом, обоснование параметров и режимов работы.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектом исследования- является вибрационная дробилка с упругим валом, на котором закрепляла атулгса с подшипниковым узлом и дебалансамн» размещенными внутри измельчающего конуса. Рабочий процесс измельчения сыпучих зерновых катерна-

ЛОВ.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Предусматривала изучение фнзико-меха икческик свойств зерновых материалов в слое, теоретическое обосно ванне параметров упругого звена дробилки, анализ динамики и режи нов работы дробилки. Экспериментальное подтверждение на опытны установках выдвинутых гипотез. Теоретические исследования проводи янсь на основе известных положений сопротивления материалов, тео рии колебаний и математики. Экспериментальные исследования прово дались с применением теории подобия, планирования однофаяторного многоф&ктормого экспериментов. Обработка результатов эксперимент« осуществлялась методами математической статистики с использование ПЭВМ

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработана новая конусная вибрационная дро билка с упругом валом для измельчения зерновых материалов. Получе ни аналитические зависимости. которые позволили обосновать основ ные конструктивные параметры дробилки и режимы её работы. Изучен Физико-механические свойства слоя зернового материала, находящего ск между рабочими шверхностяш конусов. Выявлен характер процесс изыельчешя зерновых материалов в зависимости от частоты врацени. вала с дсбалансами. изменения зазора «ежду конусами и угла развод дебалаисов. Обоснованы оптимальные резшш дробления зерна. Предло жена шаенериая методика расчета » проектирования вибрационно! дробилки. Техническая новизна разработанной конструкции защищен; патектш РФ К £031707 и реасниек о выдаче патента ко заявке I 94003779/33 (0033Э4К

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦШЮСТЪ. На основе проведениях нееледовати создана кшусная вибрационная дробилка с упругим валок, возводя»-цая осу^сетвиять процесс измельчении зерновых материалов вмеоко чаекгшш З11шмшереиеш1ши нагрузками, обеспечивании итуч звергоемкоеть процесса дробленна при высокой качестве получаемой продукта.. Резуяьш» работы помогут дальнейшему совершенствован»« ¿шнетррарё шбрацтшых дробилок. Аналитические завискиосте и те-оретвчгсше вдаода жгут быть использованы о.татао-кдастррсшрсккм; ц кау'шо^ссдгжюательскшш оргаввзацвяш. заводами при созданш швш; ешсЕрукдай дробшкж и агрегатов. вибрацк» I

ра&ушк в|кщеесак.

№ШЩН РА50Ш. Дробилка внедрена в крестьянское хозяйств» "Чайка" Волжского района Республики Марий Зя. д. Волевая. Заключен

договор с Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Татарстан на испытания и внедрение в производство малогабаритной конусной вибрационной дробилки на 1997 - 1998 гг.

НЛ ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

- конструктивно-технологическая схема конусной вибрационной дробилки;

- теоретические предпосылки по обоснованию рабочего процесса и определению основных конструктивных параметров вибрационной дробилки;

- физико-механические свойства слоя зернового-материала, находящегося в рабочей зоне дробилки;

- основные параметры и режимы работы дробилки и их влияние иа качественные, количественные и энергетические показатели при измельчении зерновых материалов;

- методика расчета и проектирования конусной знбрациошгой дробилки с упругим валом;

- результаты испытаний дробилки в производственных условиях и её технико-экономические показатели,'

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ, Основные результаты исследования доложены, обсуждены и одобрены на научно - технических конференциях профес-сорско - преподавательского состава Казанской ГСХА в 1992 .., 1597г., Рязанской гсхл в 1396 г. Результаты дайной работа экспонировались на выставке "Наука Татарстана,':' Конверсия - S5", прободавшей в выставочном центре ВИКО Казшш с U яо:14 апреля I9S5 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертация опубликовано 9 печатных работ. включая патент и решение о выдач® патента,

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. сеегокт из введешь,

шести глав, выводов, спиаса ■ исподимтикея литературы я приложения. Работа изложена на 146 страницах" шшио'яивного'.'теш®, содержит S таблиц, 41 рисунок. Список исяояьзсзгниоа лнторатуры паяш-чает 98 наименований, из них 2 на иностранных языках. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована аятулькость теш. дана краткая харак-

теристика работы, отражены выносимые на защиту положения.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дан краткий анализ существующих способов мельчения и обоснованы преимущества вибрационного разрушения ма риалов, рассмотрены физико - механические свойства зерновых ма риалов и прочностные характеристики единичных зерен. Дан ана существующих конструкций молотковых, конусных гирационных и виС ционкых дробилок. Определены цель и задачи исследований.

Изучением разрушения с/х материалов и зерна занимались Е Горячки». В.Л. йелиговский, Ф.П. Белянкин. C.B. Мельник В.Ф. Нскращсвич. В.Р. Алешкин, И.Е. Волков и др.

Л,К. Рундхвист, И.И. Блехман, H.A. Иванов, М.М, Афанась Л.П. Зарогацкии, Р.Ф. Ногаев. П.М. Сиденко. В.В. Илюхин. С.Д. Р нев н др. посвятили свои труды разработке и исследованию конус вибрационных (инерционных) дробилок в основном для горной, хи ческой, металлургической, фармакологической и пищевой отрас промышленности.

Анализ работ позволил установить, что вибрация при измель нии материалов дает улучшение качества измельчения, увеличе производительности и снижение затрат энергии.

Отмечено, что наиболее эффективными являются конусные виб циошшс дробилки с высокой частотой вращения вала с небаланса Однако, применение в них червячного мультипликатора является п чиной низкой долговечности этих машин, Работа таких дробилок с ровождается высокими уровнями шума.

Конусные вибрационные дробилки в сельском хозяйстве для мельчения зерновых материалов не применялись и не исследовались

Исходя из анализа, и в соответствии с поставленной целью обходимо решить следующие основные задачи:

- разработать конструкцию конусной вибрационной дробилк упругим валом:

- теоретически обосновать параметры дробилки и динамику ri цесса её работы;

- экспериментально определить физико-механические свойс слоя зернового материала;

- исследовать вибрационный процесс и режимы работы дробилк лабораторных и производственных условиях;

- разработать инженерную методику расчета и проектирования нусных вибрационных дробилок:

- дать технико-экономическое обоснование использованию пибра-ционной дробилки.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ "Теоретические исследования" составлена классификационная схема способов измельчения и выполнен морфологический анализ структуры дробилок, на основе этого обоснована разработка и описана конструктивно-технологическая схема конусной вибрационной дробилки, обоснован угол захвата конусов, частота вращения упругого вала. Получены зависимости для определения параметроя упругого звена дробилки, обоснована её динамическая модель с учетом упругости звеньев и осуществлен анализ. Получены выражения для определения работы и мощности вибрационного измельчения.

На основе морфологического анализа структуры дробилок выбрано направление-прогноз разработки конструкции. Получена структура технического решения РвТбПхУвХдСвОо: ось рабочего органа должна быть установлена вертикально (Рв); иметь безножевой тип рабочего органа (Тб); измельчать упруго-хрупкий материал Шх); рабочий орган должен бмть диншшчески неуравновешенным (Хд); режим работы дробилки вибрационный (Св); наличие в конструкции упругого вала (Ув); отвод измельченного материала из машины должен осуществляться воздушным потоком (Сю).

На рис.1 представлена конструктивно-технологическая схема конусной вибрационной дробилки, которая состоит из бункера 1 с заслонками 2, наружного 3 и внутреннего 4 конуссз. Наружный конус 3 связан с корпусом 5. имеющим выгрузной патрубок 6. ¡Внутренний конус 4 подвижно закреплен на валу 7, на этом же валу жестко закреплены два дебаланса 8, крыльчатка .9, шкив клиноременной передачи 10, связанной с валом электродвигателя 11. Процесс работы вибрационной дробилки с упругим валом протекает следущим образом: зерновые компоненты из бункера 1 поступают в зону дробления, находящуюся между наружным 3 и внутренним 4 конусами, где они подвергаются воздействию комплекса динамических сил. Зерно раскалывается, при этом разрушающая трещина начинается от места контакта, зерен с дробными поверхностями. Измельченные частицы материала под действием веса и потока воздуха направляются в камеру корпуса 5 и удаляются из неё через выгрузной патрубок 6. Внутренний конус 3 совершает вибрационное движение, так как упругий вал 7 с небалансам«. 8 получает движение через юшиоренениу» передачу 10 от электродвигателя И. Регулировка зазора между конусами .производится ВБМнчкзаяиеа

конусной вибрационной дробилк«.

Ркс.2. Схеиа к определению угла еахавта дробилки»

онуса 4 в корпус 5 с помощью резьбового соединения, которое на хеме (рис.1) условно не показано. Вибрационное движение внутреннего конуса обеспечивает ударно-сдвиговые деформации зерна в зазо-ie между конусами. Степень измельчения материалов зависит от их [сходной крупности, силы взаимодействия конусов и ширины калибро-ючной зоны конусов - зоны параллельности образующих поверхностей ;онусов в их нижней части, определяющей число ударов на частицу.

Узел возбуждения колебаний внутреннего конуса должен состоять 1з упругого вала 7 и двух дебалансов 8. которые могут раздвигаться ipyr относительно друга, изменяя возмущающую силу.

Для эффективного измельчения зерновых материалов важное зна-!ение имеет угол захвата между образующими внутреннего и наружного сонусов дробилки (рис.2).

На материал, зажатый между двумя конусами дробилки, действует сталкивающая сила R

R = 2 PyCos wt-Sln (а/2), (1)

"де р0- Cos cot - равнодействующая сжимающих сил; а - угол захвата. Материал удерживается между конусами силами Н, которые являются 1роекциями сил трения на ось. параллельную направлению силы R

U ' f Р0- Cos iot-Cos (а/2), (Z)

?де f - коэффициент трения материала о поверхность конусов. Зерновой материал остается в дробилке, если

2N > R. (3>

I результате получаем, что угол захвата дробилки а должен быть меньше удвоенного угла трения

2ф > а. ' (4)

В результате теоретических исследований получено выражение для определения минимальной частоты вращения упругого вала, при это?.« соблюдается условие, чтобы ни одна частица зернового материала не выходила из межконусного пространства неразрушенной (время одного оборота вала tK < t времени прохождения частицей мехконусного пространства).

Важным элементом в конструкции дробилки является упругий зал, на котором совершает колебания внутренний конус. Прочностные пара» метры этого вала влияют на работоспособность и долгове«гиость змб-роизмельчителя. Следовательно, необходимо обосновать параметра вала.

На рис.3 представлена пространственная расчетная схема кон™

сольного упругого вала с приложенными к нему силами и моментами

Рис.5. Расчезная схеиа вала дробилки.

Упругий вал разделен на два участка. Дифференциальные уравнен» для первого участка

EJ, V - ~ Т ' -EJ, и/' s Т (5)

где: EJ, - изгибная жесткость первого участка; Е ~ модуль упруго* ти первого рода (Юнга); Js - осевой момент инерции вала, h ха*/64: vi - прогиб в плоскости УХ: vt '- угол поворота сечения в; ла s плоскости УХ; щ - прогиб в плоскости ZX; и,угол поворо' сечения вала в плоскости ZX; Т - крутящий момент, приложенный валу; Р - возмущающая (центробежная) сила.

Дифференциальные уравнения для второго участка

EJa V2" <= - Ти2' - Fvz - Р(х2 + 13) + Р,Хг;

EJ8 и2" « Tva' - Риг, <6)

- и -

где EJj - изгибная жесткость второго участка: J2 - осевой момент инерции вала; va ~ прогкб з плоскости УХ; vs' ~ угол поворота сечения вала в плоскости УХ; иг - прогиб в плоскости 2Х; Щ' - угол поворота сечения вала в плоскости ZX; ?, - реакция вала в горизонтальной плоскости; F - реакция вала в осевом направлении; 13 -длина первого участка.

В силу малой длины вала и незначительной составля^доч изгиба от крутящего момента Т. расчет свели в плоскость УХ.

Дифференциальное уравнение для первого участка

EJj Vj" --Pxj. (?)

После интегрирования получены уравнения

EJjVj f ш - Р xta/2 + Ct. (8)

EJt vt = - Р xtV6 + C,Xt + C2. (9)

Граничные условия при выборе начала отсчета на свободном концевом сечении

при х, = 13 vx - - (е - dj = С, v/ в v2\ do) где С - амплитуда колебания внутреннего конуса; е - зазор между конуса!«; üR - конечная крупность материала.

Дифференциальное уравнение для второго участка

EJzvs" - - Fv2 - (Р - Р, >хг - PL,. (Ш

Общий интеграл уравнения (11) запишется в виде

Vjs - Dj'Sin axg + 0г Cos ахг + . (12) Где a = ( F/SJa )й-5,

v2 - С— CP - Pj)/ агЕХ>]-хл - Plj/ a3EJ¿ - частное решение.

Граничные условия при выборе начала отсчета на свободном кон-цевок сечении при хг = 1г Чц ' О, ' = 0. (13)

После преобразований и решения уравнений (8,9,12) получены выражения для определения прогибов и углов поворота на первом и втором участках вала. Уравнения прогибов имеют вид v2=Г(Р-Р, /а?EJ2) (l2a-sinal2*Cosa}j.) + (Pl3/a2EJ¡> )-Sinca¿] • sinaxt -~UP-?i /Ü3EJz) {Síria\z-lza'Со$а1&)-(?13/аЧзг}Соза1&)- Casing -- (P-POXe/cfEJí - Pl,/aeBJt. (14)

Y, - <M(P-P,KXt-lí)/ "¿fVt.) (lttL-StínaJ£ + Cos alt -4) + *Pl3(x5-ls)/E Г (Sin ai*/ aj2) + VSJ^^/SEJ, (13г-х!3).

(15)

Реакция вала, определялась из условия « с при хг ® 0:

- 12 -

pj'P-íPcib-Cos а1г-Ра13-са3Е^)/(зт а1г~]2а-Соз al2). (16)

Согласно дифференциальным зависимостям между кинематическим и физическими величинами на втором участке вала изгибающий момен

р!Шен в,».- -я.. ,„,

где Н„ - изгибающий момент. Вторая и третья производные от уравне ния прогиба на втором участке вала (14) определят изгибающий мо мент

Мм-С(Р-Р4/а)С Sin й1г+1га-Соз al2)-Pl3-Cos а1гЗ-Соз üx2 --"[(p-p, /a) (l2a-Sin а^+Соз а\г)+?ly Sin al2J-Sin ox*. (18)

Максимальный изгибающий момент (18) получается при *г=0 ил

при

Из условия прочности для опасного сечения определили необходи мый диаметр вала

б = ¡UiS / tf < б йЛл, (19)

где W- л г1/4 - момент сопротивления сечения; г - радиус вала.

Для динамического анализа дробилки с учетом упругости звенье б диссертации принято, что внутренний конус совершает колебатель иое движение в одной плоскости. Подвижный конус представлен в вид ползушки массой п^ . упругий вал заменен на пружину с коэффициенте жесткости , а зерновой материал, находящийся в зазоре между ко нусами, является упругой средой с коэффициентом жесткости К*.

Ползушка, изображенная на рис.4, связана со станиной пружинам 1 и 2, может скользить без трения вдоль паза. т.е. совершать пос тупательное колебательное движение. К ползушке приложена постояи ная по величине возмущающая сила Р0, вектор которой вращается угловой скоростью (J. Известна масса ползушки 1Щ.

Дифференциальное уравнение движения ползушки массой щ имее

вид

т,х" » - к, - кг t Cos (dt. (20)

Уравнение (20) в компактной форме

х" -i- (а + « q- Cos (ut, (21)

где х ■ í (t) - перемещение массы, является искомой функцией вре мени. После преобразования уравнения (21), получено выражение амг литуды колебаний

С - ?0 / Kj t y,t - m, w*. (22)

Получено уравнение частоты собственных колебаний

в £ + кг / ш, Io-s. (23)

lfvW4;

i h. 7П

h

Щ Ьг г'

_х__ПЦ

РисА. Схема одиомосной системы дробился. С, им

0.6

0.4

0.4

0.8

О, с"

400 600 600

Рис .5. Ашлитудю-частотнэя характеристика вибрационной дробилки.

Резонанс системы наступает при равенстве возмущающей частоты колебаний собственной частоте системы q,, а амплитуда колебаний возрастает.

Амплитудно-частотная характеристика дробилки С » f (w0> представлена на рис.5. Собственная частота колебаний системы равна 544.5 с:'

Коэффициент жесткости Ц при изгибе упругого вала Ц / Vj, (24)

где Р - изгибающая нагрузка. Vj - величина прогиба (деформация).

Коэффициент жесткости кз слоя зернового материала, определен с помощью экспериментальных данных, полученных в 3 главе. Составлена таблица коэффициентов жесткости различных зерновых культур влажностью 8, 10. 12 и 14 %.

Полная работа А определена как работа силы упругости вала и работа упругого слоя материала

А - 0.5 [ (P/Yj) v82 + К2 Is J. (25)

Мощность, затрачиваемая на вибрационное дробление сыпучих зерновых материалов

N - МШд«3 р С-COS $/23 / Я. (26)

На основе проведенных исследований установлено, что выбранная конструктивно-технологическая схама дробилки отражает новое направление в создании вибрационных измельчителей сельскохозяйственных материалов. Обоснован угол захвата конусов, который должен быть меньше удвоенного угла трения {2<р > а). Обоснована минимальная частота вращения упругого вала (время одного оборота вала 1к < t времени прохождения частицей кекконуснсго пространства). Теоретически обоснованные параметры и динамическая модель могут быть использованы для создания вибрационных дробилок с упругими элементами.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ "Методика и результаты исследований разрушения зерновых материалов" изложена программа и методика исследования разрушения слоя зернового материала, описана экспериментальная установка, приведены результаты исследований и осуществлена обработка экспериментальных данных.

Были реализованы однсфакторные эксперименты по разработанной программе. Лабораторные исследования проводились на экспериментальной установке (рис.6), позволяющей определять усилие разрушения слоя зернового материала в зависимости от влажности и фиксиро-

- 15 -

9 Ю 6 7

Рис.?. Зависимость разрушающего Рис«8» разрушение слоя усилия Рр от влажности слоя зернового ыатериала при

эерновых материалов снатии (В- 10%)

(1 - ячмень, 2 - овес, 3 - пшеница, 4 - рожь, 5 - горох).

вать величину деформации с помощь» индикатора часового типа. Процесс исследования осуществлялся следующим образом: зерновые материалы засыпались в межконусное пространство, а внутренний конус 4 устанавливался в нейтральное положение. Для создания разрушающего усилия слоя зернового материала на платформу 8 устанавливались грузы. С помощью троса 6 усилие передавалось на ось 3 внутреннего конуса 4. Нагружение осуществлялось до тех пор. пока наступит разрушение зерна. За процессом деформирования зернового материала велось наблюдение по шкале индикатора 10.

Постепенное нагружение слоя материала уплотняет его. возрастает напряжение и стрелка индикатора 10 останавливается. Напряжение в слое достигает критического значения, при переходе через которое резко наступает разрушение. Стрелка перемещается скачком, фиксируя разрушение. Опыты проводились с материалом разной влажности.

На рис.7 представлена графическая зависимость разрушающего усилия от влажности слоя зернового материала (ячмень, овес, пшеница, рожь, горох). С увеличением влажности зерна усилие разрушения снижается. На рис.8 изображена зависимость разрушающего усилия от величины деформации. Из графика видно, что разрушение у влажных материалов наступает при большей деформации, чем у сухих. По данным экспериментов определялись коэффициенты жесткости слоя зерновых материалов, используемые в анализе динашки дробилки {глава 2).

Обработка экспериментальных данных проводилась экспресс - методом. т.е. методом обведения контура плавных границ полосы рассеяния экспериментальных точек, который позволяет быстро указать желаемое положение и форму искомой кривой, сообразуясь с положением на графике всех экспериментальных точек в целом.

Для оценки разброса экспериментальных данных использовался коэффициент множественной корреляции, расчетная оценка которого правомерна для любых сложных нелинейных однофакторных зависимостей. Определялось энтропийное значение относительной приведенной погрешности.

Разработанная экспериментальная установка по определению физико-механических свойств, отражает реальную картину разрушения слоя зерновых материалов в межконусном пространстве дробилки, поскольку использовались рабочие конусы исследуемой машины.

При диаметре внутреннего конуса, равного 230 мм, получены

следующие значения: для ячменя 2.784...3.862 кН, для овса 2.356...3.394 кН, для пшеницы 1.973...3.076 кН, для ржи 1.538...2.391 кН и для гороха 1.245...1.872 кН. Получены коэффициенты жесткости для слоя зерна, которые лежат в диапазоне от 1.6...12.746 Н/м и зависят от влажности и вида зернового материала.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ "Исследование рабочего процесса вибрационной дробилки в лабораторных условиях" изложена программа и методика исследований, описано устройство экспериментальной установки с измерительной аппаратурой, приведены результаты исследований и осуществлена обработка экспериментальных данных.

Эксперименты по исследованию рабочего процесса дробилки проводились по разработанной программе исследований, которая представляет собой план активного (управляемого) многофакторного эксперимента. В качестве функции отклика была взята производительность дробилки и потребляемая мощность. При проведении исследований необходимо было установить влияние параметров и режимов внбродробил-ки на качественные показатели, производительность и удельную энергоемкость при измельчении зерна различной влажности.

Для решения поставленных задач была изготовлена экспериментальная установка конусной вибрационной дробилки, позволяющая проводить измельчение зерновых материалов в широком диапазоне различных режимов и с изменением необходимых параметров.

На рис.9 представлена схема экспериментальной установки, состоящей из рамы 1. на которой закрепляется конусная вибрационная дробилка 2 с приводным механизмом 3. К приводному механизму 3 присоединяется переходник 4 и электродвигатель постоянного тока 5. На дробилку г устанавливается бункер б. Устройство электропитания и регулировки 7 включает в себя: регулятор напряжения 8: трансфорт-тор 9: выпрямитель Ю: блок контрольных пркбороз 11, состоящий да вольтметра и амперметра, гсоторкП соединяется с электродвигателем 5. Преобразователь первичный 12 эяектрюпюго тахометра 13, устанавливается в переходник 4. 11 корпусу дробилка 2 закрепляются два индуктивных вибродатчика 14. котор!» соедшиээтся с осциллографом 15 типа С1 - 76.

в результате эксперт!е5гкигыпос исеяздозшгпй содучеиц зашей-мостн степени измельчения материалов от бзя:гйй!Ы зазора кезду ко-

15 7 9

нусами дробилки при определенных значениях частоты вращения упругого вала. Одна из зависимостей представлена на рис.10. которая показмвает. что с уменьшением зазора степень измельчения увеличивается, А с уменьшением частоты вращения ~ уменьшается.

На рис.И представлена зависимость степени однородности измельченных зерновых материалов от частоты вращения приводного вала дробилки при разной величине зазора между конусами. Степень однородности, характеризуемая кривыми 1,2 и 3. определялась по частицам размером 0.25 мм, а 1',2' и 3' по частицам - 0.5 мм. Зависимость показывает, что с увеличением частоты вращения вала однородность увеличивается, а с уменьшением зазора - уменьшается.

Вторая группа экспериментов посвящена изучению количественных показателей, т.е. изменению производительности дробилки от режимов её работы. На рис.12 показаны зависимости производительности от частоты вращения упругого вала с дебалакеада, на которых видно, что е увеличением частоты вращения вала производительность дробилки растет. Ври частоте врадення 5000 кшИ производительность достегает максимального значения. У ячменя влажностью 8 % наибольшая

с

12

8

4

% -к—п -501 -зос 10мин\ Юмин

л

Л

О.Ь 1 1.5 е,

?;:с.10. Зависимость стекши ивие.чь ценил от зол:; чип.; зазора мсц^у конусе;.;:: дроо'илки.

1500 ¿010 4оС0

Pitc.li. ои^::е;п.:ость степени однородности изкеяьчеш;« материалов от частота Ерщцшия,

нгл,

Вт1(/к1

г. Щк

Ч У // ф

Л* ^

8%

-1

1500 3000 4500 /ули

&-СС 4 С0С 6000 Цмин

Ркс.12. оамсниость произво- Втс.13. Удельная енергоои-дительност:: от частоты ера - кость процесса от частоты щен'ля вала дробилки вращения вала

(1-ячыень, 2-рожь, З-горох),

-1

производительность равна 105 кг/ч при постоянном статическом моменте дебаланса {1.285 кгм) и степени измельчения 5. Аналогичные зависимости наблюдаются у ржи и гороха.

Исследованиями также установлено, что с увеличением влажности до 12 % производительность дробилки уменьшается. После 5000 мин-1 производительность измельчителя снижается. Снижение производительности вызвано наступлением явления виброкипения зернового материала в зеве дробилки. Зерновой материал выбрасывается внутренним конусом, совершающим высокочастотные колебания.

Третья группа экспериментов посвящена изучению энергоемкости процесса дробления. На рис.13 представлены зависимости удельной энергоемкости процесса измельчения зерновых материалов (ячмень, рожь и горох) от частоты вращения упругого вала. Кривые 1,2,3 получены при влажности 8 %. а кривые 1', 2', 3'- при влажности 12 %.

С увеличением частоты вращения вала дробилки удельная энергоемкость возрастает (кривые 1.2,3 и Г,2',3'). Удельная энергоемкость возрастает и при увеличении сопротивляемости зерна разрушению:

Нуд гороха < Нуд ржи < Нуд ячменя. С увеличением влажности удельная энергоемкость процесса увеличивается (кривые Г.2',3' по сравнению с кривыми 1,2,3). В результате анализа и обработки опытных данных получены адекватные уравнения регрессии:

CN53+4U+22. le-19. l|l+r¡e-4.5nJM4.8eJ5-

-40.' 6n2+0. бе2 +б. Хрг. (27)

Р»1.32*1,07п-0. ОЗе-0.38J&+0.OSne-0,

~ 0.0025е]>*0.05пгН5.04ег+0Л9рг. (28)

Лабораторные исследования и результата оптимизации показали, что максимальная производительность дробилки в 140. ..145 кг/ч достигается при частоте 'врадеиия 5000 мин-'*, зазоре между конусами 1.5 км, при наибольшем значении величины дебаланса (угод развода дебалансов ß * Оа) н влажности зерна 10 %. При этом степень измельчения (i « 5..6 ), а степень однородности готового продукта 07...90 X по частицам размером 0,S мм). Удельная энергоемкость процесса дробления 8.5...9.2 Вт-ч/кг.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ "йсследоаашв процесса измельчения зерновых материалов в производственных условиях" представлена технологическая линия измельчения зерна, приведены результаты испытаний технологи-

ческого процесса дробления зерновых материалов, инженерная методика расчета и проектирования.

Производственные испытания конусной вибрационной дробилки для измельчения зерновых материалов проведены в кормоцехе крестьянского хозяйства "Чайка". При разработке конструкции использован патент Н 2031707 и решение о выдаче патента по заявке !! 94003773/33 (003394).

Новая конусная вибрационная дробилка, установленная в поточную линию производства кормовых смесей для свиней, обеспечивала достаточную производительность и получение требуемого помола кормов.

Технологическая линия измельчения сыпучих зерновых материалов состоит из бункера исходных материалов, закрепленного на дробилке. Дробилка•соединена кориопроводом'с циклоном, который установлен на бункере готовой продукции. Воэдугш&гй патрубок циклона присоединяется к бункеру исходных материалов, что обеспечивает циркуляции воздуха в дробилке по замкнутому контуру. Бункеры исходных матери» ;июв и готового продукта снабжены заслонками.

Расчеты, проведенные? по инженерной методике, дали размерь! упругого вала конусной, «шбращкжвой дробилки: при длине вала 200 мм получен необходимый диаметр. который равен 20 т. матерная вала ~ сталь 85Г. Термообработка - закалка со средним отпуском, затеи влифование. Проверена прочность узла по усталосткш напряжениям.

Коэффициент запаса сопротивления усталости получается П& • 1,61 ггря частоте вращения вала дробилки 6000 шш-*, его величина больше нормативного значения ттяш&т допустимого коэффициента запаса прочности нзйга « 1.5,..2 . Тзкнм образен, ярочиость вала обеспечивается.

в результате производственны* ття&мй вшшяено, что производительность дробилки при изкедьчешвд скеся зеряоамх материалов (кдаеница к ячмень) составила 126 кг/ч, удамакая тергоежоегь- 8.8 Вт 'Ч/кг при ¡'.ояуме помола 1.9., Л.2.

Производственные иегмгаюя |щтвер;®аш йзетшеркойть лабораторных желет&мт я воказая» вряттоегь ьмщстШ вибрационной дробилки для иснол&зс&щгз? ъпцохшщяж. ттях приготовления корггов для сельскохозяагтвейк«» шкшшк.

в штой ГЯД8Е прдаодлггез тежииг - ШтвттШ эффект от внедрения кояусвоз вябрэищояйза дро&ш» & . сельскохозяйственное

пронзводстоо, приведено сравнение по удельным показателям с конусной вибрационной дробилкой КВИН - 230 и молотковой - "КАМА - 50М". По удельной металлоемкости разработанная внбродробилка эффективнее приведенных аналогов. По удельной энергоемкости она также превосходит существующие аналоги. Годовой экономический эффект от использования конусной вибрационной дробилки в сельском хозяйстве составляет 1,28 млн.руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ современного состояния вопроса по измельчению зерновых материалов и анализ конструкций машин указывает на то, что до настоящего времени в сельскохозяйственном производстве практически не используются способы разрушения и конструкции конусных вибрационных дробилок, хотя в других отраслях народного хозяйства они применяются достаточно широко. Отсутствуют экспериментальные и теоретические материалы, описывающие применение вибрационных дроби лок для измельчения зерна.

2. Конструктивно-технологическая схема вибрационной дробилки должна содержать приёмное устройство, наружный я внутренний конусы, упругий вал, являющийся одновременно элементом для передачи движения возбудителю колебаний (дебалансам), вентилятор, привод и т.д.

Такая конструктивно-технологическая схема дробилки обеспечивает ударно-вибрационное разрушение материала. Рабочий процесс должен быть организован следующим образом: зерно поступает из бункера в межконусное пространство, где оно подвергается действии ударно-сдвиговых нагрузок, разрушается и направляется в накопительную камеру корпуса дробилки, из которой воздушным потоком через патрубок удаляется наружу.

3. Теоретическими исследованиями установлено:

а) для эффективного процесса работы вибрационной дробили угол захвата конусов домен быть меньше удвоенного угла тренш (2? > еГ>;

б) минимальная частота вращения упругого вала должна быть такой. чтобы ни одна частица зернового материала не выходила из межконусного пространства неразрушенной (время одного оборота вала 1к < I времени прохождения частицей иежконусного пространства);

в) получены зависимости, которые позволили обосновать опт малыше значения конструктивных параметров упругого вала, определена частота собственных колебаний системы Ыз я 544 с-Í (резонанс) и мощность, затрачиваемая на вибрационное дробление зерновых материалов.

4. Исследованиями физико-механических свойств зерновых материалов установлено, что:

а) с увеличением влажности снижается величина разрушающей нагрузки в рабочей зоне дробилки. Так, для ячменя влажностью 8 % необходимо усилие 3.382 кН. а для 14 % влажности - Р.. 784 кН; для ржи соответственно 2,391 кН и 1.538' кН; для гороха: i.872 и 1.245 кН;

6} при этом коэффициенты жесткости изменяются з следующих пределах: ячмень 12.46...5.16 Н/м: рожь 5.42...2.14 Н/м: горох 3.73...1.6 Н/М.

5. Лаборатории® исследованиями процесса измельчения зерновых материалов получены следуюзде результаты:

а) регрессионная модель, дающая оптимальный параметры работы дробилки:

б) максимальная производительность дробилки в 140...14,5 кг/ч достигается при частоте вращения вала 5000 мин-*, зазоре между конусами 1.5 мм, при наибольшем значении величины дебалакса (угол развода дебалансов равен (Л и влажности зерна 10 %:

в) при степени измельчения (i * 5...6} получена степень однородности готового продукта 87,.,90% {по частицам размером О,5 нм). Удельная энергоемкость процесса дробления 3.5...9.2 Вт*ч/кг.

6. Для испытания в производственных условиях разработана конусная вибрационная дробилка с упруга« валом (I « 200 им, d * 20 мм). масса дебалансов 0.42 кг, диакетр конусов 230 им, частота вращения вала 5000 мин-*. Производственные испытания дали следующие результаты: производительность дробилки при измельчении смеси зерновых материалов (пшеница и ячкекь) 126 кг/ч. удельная энергоемкость 8.5 Вт.ч/кг модуль помола 1,0. ..1.2.

7. Конусная вибрационная дробима пригодна для использования з технологических линиях приготоаяешя кормов для животных. Годовой экономический эффект от использования вибра{щониой дробилки 8 сельском хозяйстве составляет 2.28 mi.руб. Но удельным показателям металлоемкости и энергоемкости разработанная вибродробилка

превосходит существующие молотковые и вибрационные дробилки.

По теме диссертаций опубликованы следующие работы;

1. Патент РФ К 2031707. Конусная инерционная дробилка О.Ю.Маркин, Ю.С.Маркин. - Заявя. 25.02.91, Н 4914297/33; Опубл. Б.И., 1995. Н 9,МКН В 02 С 2/02.

2. Маркин О.Ю. Динамика вибрационной дробилки / Сб. труде Казанской ГСХА, Казань. 1997.- 115...Ш с.

3. Маркин О.Ю. Конусная дробилка / Сб. научн. трудов Риза* кой ГСХА, Рязань. 1996, с. 216,217.

4. Маркин О.Ю. Классификация способов измельчения и дроблен материалов.- Казань.1995.-20 с,- Рукопись представлена Казанср ГСХА. Деп. в НЙИТЭИагропром 1995, К 35 8С-95.

5. Маркин - О.Ю. Экспериментальная установка для исследоваь нестационарного процесса измельчения сыпучих зерновых материале Сб. научн. тр. молодых ученых и асп. Казань. 1994, с. 57...67.

6. Маркин О.Ю., Мартьянов А.П. К расчету упругого вала кощ ной инерционной дробилки. Сб. науч. тр. молодых уч. и асп. Каза* 1994, с. 51...56.

7. Маркин О.Ю., Мартьянов А.П. К расчету частоты вращения j ругого вала конусной инерционной дробилки. Сб. тр: молодых уч. t зань. 1996, с. 38...42.

8. Маркин О.Ю.. Рудаков А.Н. Морфологический анализ струну измельчающих машин.- Казань.1994.-11 с. Рук. предст. Казани ГСХА. Деп. В шштэиагропром 1994, Н 19 ВС - 94.

9. Маркин О.Ю., Рудаков А.И. Агрегат для приготовления еьи чих смесей. Решение о выдаче патента по заявке РФ 94003779/33(003394). Заяв. 01.02.94.

Офоетеая лаборатория КГСКА К.Маркое,65 Казавокая государственная сельскоасозяйствеаяая

екадвкак.

Подписано к печам "П.0э.97"г Бумага шотад Усл.пач.л. 1.00.

' . Формат 60x90/л Печать офавтш! ТнрааЮО. Заказ 200,

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Обзор существующих способов измельчения.

1.2. Основные физико-механические свойства зерновых материалов.

1.3. Средства измельчения материалов.

1.4. Анализ выполненных исследований по измельчению материалов.

1.5. Цель и задачи исследований.

2. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ВИБРАЦИОННОЙ ДРОБИЛКИ.

2.1. Классификация способов измельчения и анализ структуры дробилок.

2.2. Конструктивно - технологическая схема дробилки.

2.3. Обоснование угла захвата конусов и размеров рабочих органов дробилки.

2.4. Обоснование параметров упругого звена дробилки.

2.5. Динамика вибрационной дробилки.

2.6. Работа и мощность измельчения.

3. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАЗРУШЕНИЯ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Программа и методика исследования раздавливания слоя материала.

3.2. Лабораторная установка разрушения зернового материала.

3.3. Результаты экспериментов и их обработка.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВИБРАЦИОННОЙ ДРОБИЛКИ

В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ.

4.1. Программа и методика исследований.

4.2. Экспериментальная установка вибрационного измельчения.

4.3. Результаты экспериментов и их обработка.

4.4. Оценка погрешностей измерений.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ.

5.1. Технологическая линия измельчения зерна.

5.2. Методика и результаты испытаний.

5.3. Методика расчета и проектирования вибрационной дробилки

6. ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИБРАЦИОННОЙ ДРОБИЛКИ.

Увеличение производства продукции животноводства зависит от эффективного использования концентрированных кормов, получаемых путем измельчения зерновых материалов. Для кормления крупного рогатого окота используется 30.35 % концентрированных кормов от общего рациона, а для свиней - 60.75 %. При этом, большое значение имеет степень измельчения и качество кормов /13,47,74/.

Питательные вещества усваиваются организмом животного только в растворенном виде. Скорость обработки частиц корма желудочным соком прямо пропорциональна площади их поверхности. Чем однородней и меньше по размерам корм, тем больше образуется частиц с высокоразвитой поверхностью, что способствует ускорению процессов пищеварения и повышению усвояемости питательных веществ /16,68/. Продуктивность животных и птицы возрастает при увеличении в рационе концентрированных кормов /72/. С другой стороны, чем меньше размеры частиц корма после измельчения, тем больше нужно затратить энергии на их разрушение. Таким образом, измельчение зерновых материалов является одним из энергоемких процессов в сельском хозяйстве. Существующие молотковые дробилки, плющилки, дисмембраторы и другие измельчители имеют малую производительность, затрачивают большое количество энергии на процесс разрушения материала при малом КПД и осуществляют переизмельчение зерна . Так, в молотковой дробилке только 17.20 % энергии рабочих органов затрачивается на разрушение свободным ударом /1,12/, а большая часть энергии теряется.

Путь повышения эффективности дробления, снижения энергозатрат и реличения однородности измельченных' материалов это - применение вибрации. Вибрация служит основой рабочего процесса для широкого класса машин, используемых в промышленности. Эти машины так и называются - машины вибрационного действия. Они выполняют самые разнообразные технологические операции и оцениваются сейчас как основа технологии будущего. Колебания и вибрация обладают способностью создавать мощные, периодически повторяющиеся силовые воздействия, эта их способность используется в технике. Вибрацию применяют для разрушения - дробления и перемалывания сыпучих материалов /30/. В то же время в сельскохозяйственном производстве вибрационные режимы измельчения зерновых материалов практически не используются и современные, высокоэффективные машины для осуществления такого способа разрушения промышленностью не выпускаются.

В связи с этим актуальной является задача создания вибрационных дробилок, обладающих высокой эффективностью дробления, малой энергоемкостью, возможностью получать однородный продукт, а также высокой производительностью.

Настоящая работа посвящена разработке, исследованию, обоснованию параметров и режимов работы вибрационной дробилки. Она является составной частью научно - исследовательских работ Казанской ГСХА по общероссийской программе 10:"Разработать и внедрить элементы системы машин для индустриальной технологии производства продуктов животноводства в условиях Среднего Поволжья".

Объектом исследования является вибрационная дробилка с упругим валом, на котором закреплена втулка с подшипниковым узлом и дебалан-сами, размещенными внутри измельчающего конуса. Рабочий процесс измельчения сыпучих зерновых материалов.

Теоретические исследования проводились на основе известных положений сопротивления материалов, теории колебаний и математики. Экспериментальные исследования проводились с применением теории подобия, планирования однофакторного и многофакторного экспериментов. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с использованием ПЭВМ.

Народно-хозяйственное значение данной работы заключается в том, что в результате разработки конусной вибрационной дробилки и её использования для измельчения зерновых материалов снижаются металлоемкость, энергопотребление и улучшается качество получаемых кормов, а это, в итоге, ведет к повышению продуктивности животноводства.

В результате исследований получены следующие результаты: разработана новая конусная вибрационная дробилка с упругим валом для измельчения зерновых материалов. Получены аналитические зависимости, которые позволили обосновать основные конструктивные параметры дробилки и режимы её работы. Изучены физико-механические свойства слоя зернового материала, находящегося между рабочими поверхностями конусов. Выявлен характер процесса измельчения зерновых материалов в зависимости от частоты вращения вала с дебалансами, изменения зазора между конусами и угла развода дебалансов. Обоснованы оптимальные режимы дробления зерна. Предложена инженерная методика расчета и проектирования вибрационной дробилки. Техническая новизна разработанной конструкции защищена патентом РФ N 2031707 и решением о выдаче патента по заявке N 94003779/33 (003394).

На основе проведенных исследований создана конусная вибрационная дробилка с упругим валом, позволяющая осуществлять процесс измельчения зерновых материалов высокочастотными знакопеременными нагрузками, обеспечивающими малую энергоемкость процесса дробления при высоком качестве получаемого продукта.

Разработанная дробилка опробована в производственных условиях и показала себя работоспособной и пригодной для измельчения зерна.

Дробилка внедрена в крестьянское хозяйство "Чайка" Волжского района Республики Марий Эл, д. Полевая. Заключен договор с Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Татарстан на испытания и внедрение в производство малогабаритной конусной вибрационной дробилки на 1997 - 1998 гг.

Основные положения диссертации, вынесенные на защиту:

- конструктивно-технологическая схема конусной вибрационной дробилки;

- теоретические предпосылки к обоснованию рабочего процесса и определению основных конструктивных параметров вибрационной дробилки;

- физико-механические свойства слоя зернового материала, находящегося в рабочей зоне дробилки;

- основные параметры и режимы работы дробилки и их влияние на качественные, количественные и энергетические показатели при измельчении зерновых материалов;

- методика расчета и проектирования конусной вибрационной дробилки с упругим валом;

- результаты испытаний дробилки в производственных условиях и её технико-экономические показатели.

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, включая патент и решение о выдаче патента.

Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно - технических конференциях профессорско - преподавательского состава Казанской ГСХА в 1992 .1997г., Рязанской ГСХА в 1996 г. Результаты данной работы экспонировались на выставке "Наука Татарстана. Конверсия - 95", проходившей в выставочном центре ВИКО Казани с И по 14 апреля 1995 г.

1. Анализ современного состояния вопроса по измельчению зер новых материалов и анализ конструкций машин указывает на то, что до настоящего времени в сельскохозяйственном производстве практи чески не используются способы разрушения и конструкции конусных вибрационных дробилок, хотя в других отраслях народного хозяйства они применяются достаточно широко. Отсутствуют экспериментальные и теоретические материалы, описывающие применение вибрационных дроби лок для измельчения зерна.2. Конструктивно-технологическая схема вибрационной дробилки должна содержать приёмное устройство, наружный и внутренний кону сы, упругий вал, являющийся одновременно элементом для передачи движения возбудителю колебаний (дебалансам), вентилятор, привод и Такая конструктивно-технологическая схема дробилки обеспечи вает ударно-вибрационное разрушение материала. Рабочий процесс должен быть организован следующим образом: зерно поступает из бун кера в межконусное пространство, где оно подвергается действию ударно-сдвиговых нагрузок, разрушается и направляется в накопи тельную камеру корпуса дробилки, из которой воздушным потоком че рез патрубок удаляется наружу.3. Теоретическими исследованиями установлено:

а) для эффективного процесса работы вибрационной дробилки угол захвата конусов должен быть меньше удвоенного угла трения (2f > a);

б) минимальная частота вращения упругого вала должна быть та кой, чтобы ни одна частица зернового материала не выходила из меж конусного пространства неразрушенной (время одного оборота вала tK < t времени прохождения частицей межконусного пространства) ;

в) получены зависимости, которые позволили обосновать опти мальные значения конструктивных параметров упругого вала, опреде лена частота собственных колебаний системы w0 = 544 с-1 (резонанс) и мощность, затрачиваемая на вибрационное дробление зерновых мате риалов.4. Исследованиями физико-механических свойств зерновых мате риалов установлено, что:

а) с увеличением влажности снижается величина разрушающей нагрузки в рабочей зоне дробилки. Так, для ячменя влажностью 8 % необходимо усилие 3.862 кН, а для 14 % влажности - 2.784 кН; для ржи соответственно 2.391 кН и 1.538 кН; для гороха: 1.872 и 1.245

б) при этом коэффициенты жесткости изменяются в следующих пределах: ячмень 12.46. ..5.16 Н/м; рожь 5.42... 2.14 Н/м; горох

3.73. . . 1.6 Н/м.5. Лабораторными исследованиями процесса измельчения зерновых материалов получены следующие результаты:

а) регрессионная модель, дающая оптимальные параметры работы дробилки;

б) максимальная производительность дробилки в 140...145 кг/ч достигается при частоте вращения вала 5000 мин-1, зазоре между ко нусами 1.5 мм, при наибольшем значении величины дебаланса (угол развода дебалансов равен 0е) и влажности зерна 10 %;

в) при степени измельчения (1 = 5...6) получена степень одно- 137 -

родности готового продукта 87...90 % (по частицам размером 0.5

мм). Удельная энергоемкость процесса дробления 8.5...9.2 Вт ч/кг.6. Для испытания в производственных условиях разработана ко нусная вибрационная дробилка с упругим валом (1 = 200 мм, d = 20

мм), масса дебалансов 0.42 кг, диаметр конусов 230 мм, частота вращения вала 5000 мин-^. Производственные испытания дали следую ще результаты: производительность дробилки при измельчении смеси зерновых материалов (пшеница и ячмень) 126 кг/ч, удельная энерго емкость 8.5 Вт ч/кг модуль помола 1.0... 1.2.7. Конусная вибрационная дробилка пригодна для использования в технологических линиях приготовления кормов для животных. Годо вой экономический эффект от использования вибрационной дробилки в сельском хозяйстве составляет 1.28 млн.руб. По удельным показате лям металлоемкости и энергоемкости разработанная вибродробилка превосходит существующие молотковые и вибрационные дробилки.

1. Абиджанов Т.Р. Исследование и обоснование параметров рабочих органов измельчителей грубых кормов молоткового типа: Автореф. дис. канд. техн. наук/АСХИ, Алма-Ата, 1979.-21 с.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 273 с.

3. Адра Ф. Исследование технологических и структурно-механических свойств твердой и мягкой пшеницы Сирийской Арабской Республики,- дис. .канд. техн. наук, М.: 1979. - 219 с.

4. Архипов С.М., Волков И.Е., Зиганшин Б.Г. Некоторые особенности моделирования рабочего процесса безрешетной молотковой дробилки / Сб. тр. мол. уч. Казанской ГСХА, Казань. 1996, с. 8. 10.

5. А. С. N 880464 (СССР). Способ регулирования величины дробящей силы инерционной конусной дробилки / Б.Г. Иванов, Н.А. Иванов, Е.С. Митрофанов и др. Заявл. 05.07.77, N 2503123/29 - 33; Опубл. в Б.И., 1981, N 42 МКИ В 02 С 2/00.

6. А.С. N 1065007 (СССР). Конусная вибрационная дробилка /Л.П. Зарогацкий, Б.Г. Иванов, Н.А. Иванов и др. Заявл. 08.09.82, N 3487741/29 - 33; Опубл. В Б.И., 1984, N 1 МКИ В 02 С 2/02.

7. А. С. N 1102624 (СССР). Конусная гирационная дробилка / А.Д. Егоров, С.Г. Ушаков и В.Е. Мизонов. Заявл. 07.04.84, N 3575057/29 -33; Опубл. В Б. И., 1984, N 26 МКИ В 02 С 2/06.

8. А.С.N1404106(СССР). Конусная инерционная дробилка /В.В.Илюхин. Заявл. 18. 09. 86, N 4120586/33; Опубл. в Б. И. ,1988, N23 МКИ В 02 С 2/02.

9. А. С. N 1477462 (СССР). Конусная дробилка / А.Д. Егоров, В.Е. Мизонов и С.Г. Ушаков. Заявл. 11.05.87, N 4240230/31 - 33; Опубл. в Б. И., 1989, N 17 МКИ В 02 С 2/10.

10. Афанасьев М.М., Зарогацкий Л.П., Нагаев Р.Ф. Динамика рабочего органа конусной дробилки. Машиноведение, 1976, N 6, с. 8. 14.И. Бабаков И.М. Теория колебаний, М.: Наука, 1968,- 560 с.

11. Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилки.- М.:Наука, 1973. 143 с.

12. Баротфи И., Рафаи П. Энергосберегающие технологии и агрегаты на животноводческих фермах/ Пер. с венг.Э.Шандора, А.И.Залепукина.-М.: Агропромиздат, 1988. 228 с.

13. Бауман В.А.,Быховский И.И. Вибрационные машины и процессы в строительстве, М.: Высш. школа, 1977. - 255 с.

14. Беляев Н.М. Сопротивление материалов.- М.:Наука, 1965.-856 с.

15. Белянчиков Н.Н., Смирнов А.И. Механизация животноводства.-I.: Колос, 1983,- 360 с.

16. Бидерман В.Л. Прикладная теория механических колебаний. М.: Высш. школа, 1972. - 416 с.

17. Блехман И.И. Что может вибрация? / 0 "вибрационной механике" и вибрационной технике, М.: Наука, 1988.- 208 с.

18. Блехман И.И., Иванов Н.А. О пропускной способности и профилировании камеры дробления конусных дробилок. Обогащение руд, 1979, N1, с. 20. 27.

19. Боуманс Г. Эффективная обработка и хранение зерна / Пер. с англ. В. И. Дашевского. М.: Агропроиздат, 1991,- 608 с.

20. Бутко В.П. Исследование плотности зерна пшеницы как перспективного показателя оценки его технологических свойств.- Дис. . канд. техн. наук, М, 1973. 189 с.

21. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники.- М.: Машиностроение, 1968,- 362 с.

22. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования I обработки опытных данных. М.: Колос, 1967. - 159 с.

23. Вибрация в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред.совет: В.Н. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, 1981.- Т. 4. Вибрационные процессы и машины / Под ред. Э.Э. Левендела.- 1981,- 509 с.

24. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. : Химия, 1981.- 812 с.

25. Гончаревич И.Ф., ЗемсковВ.Д., Корешков В.И. Вибрационные грохоты и конвейеры, М.: Госгортехиздат, I960. - 212 с.

26. Гончарова З.Д. Влияние гидротермической обработки зерна на его структурно-механические свойства,- Дис. .канд. техн. наук.- М, 1962. 219 с.

27. Горелова Е.И., Сандлер Ж.Я. Качество зерна второй урожай. -П.: Колос, 1984.- 221 с.

28. Джонс Дж.К. Методы проектирования. Пер. с англ.- М.: Мир, 1986,- 326 с.

29. Диментберг Ф.М., Фролов К.В. Вибрация в технике и человек.-П.: Знание, 1987.-160 с.

30. Диксон Д. Проектирование систем: изобретательство, анализ, принятие решений / Пер. с англ. М.: Мир, 1969,- 440 с.

31. Егоров Г.А. Технологические свойства зерна.- М.: Агропромиз-дат, 1985,- 334 с.

32. Житомирский В.К. Механические колебания и практика их устранения.- М.: Машиностроение,1966.- 175 с.

33. Завражнов А.И., Николаев Д.И. Механизация приготовления и хранения кормов. М.: Агропромиздат, 1990,- 336 с.

34. Зарогацкий Л.П., Нечаев Ю.Р. Конусные инерционные дробилки. -(Огнеупоры, 1976, N3, с. 26. 30.

35. Земсков В.И., Федоренко И.Я., Лобанов В.И. Вибрация и внешнее грение сыпучих кормовых материалов. Механизация и электрификациясельского хозяйства, 1987, N 2, с. 33.35.

36. Иванов Н.А., Круппа П.И. К вопросу оценки удельных показателей при сопоставлении различных типов дробилок. Обогащение руд, 1989, N1, с. 6. 7.

37. Ионов В.Н. Селиванов В.В. Динамика разрушения деформируемого тела, М.: Машиностроение, 1987.-272 с.

38. Иоффе А.Ф. Избранные труды.- Л.: Наука, 1974,- 429 с.

39. Илюхин В. В., Руднев С. Д. Новое оборудование для дробления сырья в мясной промышленности. Методические указания к изучению темы слушателями ФПК. -М. : МТИММП, 1989. -23 с.

40. Каменев А.Ф. Технические системы: закономерности развития.-1.: Машиностроение, 1985.- 216 с.

41. Кацман Я.М. Определение механических параметров установившегося режима работы конусных инерционных дробилок. Обогащение руд, 1986, N 6, с. 34. . .38.

42. Киттель Ч., Найт В., Рудерман М. Механика: Берклевский курс физики: Пер. с англ. / Под ред. А. И. Шальникова и А. С. Ахматова.-М.: Наука, 1983,- 448 с.

43. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей «ашин,- М.: Высш. шк., 1991.- 319 с.

44. Конструирование сельскохозяйственных машин / Пер. с нем. В.И. Пальянова; Под ред. и с предисл. Н.Н. Колчина. М.: Агропромиз-дат, 1986.- 255 с.

45. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам.- М.: Машиностроение, 1987.- 560 с.

46. Кулаковский И.В., Кирпичников Ф.С., Резник Е.И. Машины и оборудование для приготовления кормов. 4.1. Справочник,- М.:Россельхозиз-цат, 1987.- 285 с.

47. Лесин А.Д. Основные направления в развитии вибрационных измельчителей и некоторые вопросы их расчета.- В кн.: Вибрационная техника. Материалы научно-техн. конф. М., 1966, с. 453.460.

48. Лесин А.Д. Вибрационные машины в химической технологии. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. 1968,- 80 с.

49. Липатов Н.Н. Процессы и аппараты пищевых производств.- М.: Экономика, 1987,- 272 с.

50. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики: В 2-х томах. Т. 2. Динамика, М.: Наука, 1983.- 640 с.

51. Маркин О.Ю. Динамика вибрационной дробилки / Сб. тр., Казань. 1997, с. 123 . 128.

52. Маркин О.Ю. Комбикормовый цех // Информ.листок N 342-89, Татарский ЦНТИ, Казань, 1989.-4 с.

53. Маркин О.Ю. Конусная дробилка. Сб. научн. трудов. Рязань, 1996, с. 216,217.

54. Маркин О.Ю. Классификация способов измельчения и дробления материалов.- Казань,1995.-20 е.- Рукопись представлена Казанской ГСХА. Деп. в НИИТЭИАгропром 1995, N 35 ВС-95.

55. Маркин О.Ю. Склад компонентов комбикормов с малогабаритным комбикормовым цехом // Информ. листок N 342-89, Татарский ЦНТИ,-Казань, 1989.-4 с.

56. Маркин О.Ю. Экспериментальная установка для исследований нестационарного процесса измельчения сыпучих зерновых материалов. Сб. научн. тр. молодых ученых и асп. Казань, 1994, с. 57.67.

57. Маркин О.Ю., Мартьянов А.П. К расчету упругого вала конусной инерционной дробилки. Сб. науч. тр. молодых уч. и асп. Казань, 1994, с. 51. .56.

58. Маркин О.Ю., Мартьянов А.П. К расчету частоты вращения упругого вала конусной инерционной дробилки. Сб. тр. молодых уч. Казань, 1996, с. 38. 42.

59. Маркин О.Ю., Рудаков А.И. Морфологический анализ структуры измельчающих машин. Казань, 1994.-И с. Рук. предст. Казанской ГСХА. Деп. в НИИТЭИагропром 1994, N 19 ВС - 94.

60. Маркин О.Ю., Хамитов Р.А. Кормосмесительный цех // Информ. листок N 221 88, Татарский ЦНТИ,- Казань, 1988.- 3 с.

61. Маркин О.Ю., Хамитов Р.А. Кормоцех производительностью 80 т в сутки для свинокомплекса // Информ. листок N 13 89, Татарский ЦНТИ,-- Казань, 1989.- 4 с.

62. Маркин Ю.С. Исследование механизмов с учетом упругости звеньев / Лабораторный практикум. Казань: Татарское книжное изд-во, 1981.-141 с.

63. Маркин Ю.С. Лабораторный практикум по сельскохозяйственным машинам вибрационного действия / Учебное пособие. М.: Издат во МСХА. 1991. - 130 с.

64. Марочник сталей и сплавов / Сорокин В.Г., Волосникова А.В., Вяткин С. А. и др. Под общ. ред. Сорокина В. Г. М.: Машиностроение, 1989,- 640 с.

65. Мартьянов А.П. Неконсервативные задачи и методы расчета стержней, стержневых систем и оболочек.- Казань: Татарское книжное изд-во, 1976.- 331 с.

66. Мелещенко Ю.С. Техника и закономерности её развития.-Л.:Ле-низдат,-1970. 246 с.

67. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов.- Л.: Колос, 1980,- 168 с.

68. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческихферм, Л.: Колос. Ленинградское отделение. 1978,- 560 с.

69. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М. : ВНИИПИ, 1986.-51 с.

70. Методы поиска новых технических решений / Под ред. А.И.Поло-винкина. Йошкар-Ола: Маркнигоиздат, 1976.-192 с.

71. Механизация приготовления кормов: Справочник / В.И.Сыроватка, А.В.Демин, А.Х.Джалилов и др. Под общ. ред. В. И. Сыроватка.-М.: Агроп-ромиздат, 1985.-368 с.

72. Наумов И.А. Совершенствование кондиционирования и измельчения пшеницы и ржи. М.: Колос, 1975.- 382 с.

73. Некрашевич В.Ф., Челышев С.В., Ковалев А.И. Обработка грубого корма на вальцовой установке / Сб. тр. Рязанской ГСХА, Рязань. 1996, с. 6 . 8.

74. Новицкий П.В., ЗографИ.А. Оценка погрешностей результатов измерений.-Л.:Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991.-304 с.

75. Одрин В.М., Кратавов С.С. Морфологический анализ систем. Киев: Наукова думка, 1977.- 183 с.

76. Орлов П.И. Основы конструирования / Под ред. П.Н.Учаева,- М.: Машиностроение, 1988.- 560 с.

77. Основные закономерности изменения слоя сыпучего материала при сжатии / Ревнивцев В. И., Барзуков О.П., Иванов Н.А., Кацман Я.М., Ла-убган В. Р., Яхкинд Л. В. Обогащение руд, 1984, N 4, с. 3.6.

78. Патент РФ N 2031707. Конусная инерционная дробилка / О.Ю.Маркин, Ю.С.Маркин. Заявл. 25.02.91, N 4914297/33; Опубл. в Б.1., 1995, I 9 МКИ В 02 С 2/02.

79. Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение i грохочение полезных ископаемых.-М.:Недра, 1990.-301 с.

80. Потураев В.Н., Франчук В.П., Червоненко А.Г. Вибрационные транспортирующие машины. М.: Машиностроение, 1964,- 272 с.

81. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для втузов / С.А.Чернавский, Г.А.Снесарев, Б.С.Козинцев и др. М.: Машиностроение, 1984. - 560 с.

82. Ребиндер П.А., Щукин Е.А. Поверхостные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения // Успехи физических наук. 1972, т. 108.- 387 с.

83. Решение о выдаче патента РФ по заявке N 94003779/33(003394). Агрегат для приготовления сыпучих смесей / О.Ю.Маркин, А.И.Рудаков. Заяв. 01.02.94.

84. Роторные дробилки / Под ред. В.А.Баумана.- М.: Машиностроение, 1973.- 272 с.

85. Руднев С.Д. Создание виброизмельчительного оборудования для хрупкого сырья биологического происхождения,- Дис. . канд. техн. наук. М., 1990. - 212 с.

86. Рундквист А.К. Механика инерционной дробилки Механобр. Механика и расчет машин вибрационного типа. Изд-во АН СССР, 1957, с. 80. . .90.

87. Рундквист А.К., Блехман И.И., Рудин А.Д. К теории критической щели инерционно-измельчающих машин.- Обогащение руд, 1961, N 2, с. 37. . .39.

88. Селективное разрушение материалов / В.И.Ревнивцев, Г.В.Талонов, J1. П. Зарогацкий и др.; Под ред. В. И. Ревнивцева. М.: Недра, 1988.286 с.

89. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия, 1977,- 368 с.

90. Телегенов Ш.К. Динамические задачи расчета мельниц мяснойпромышленности: Автореф. дис. . канд. техн. наук . МИПБ, Москва, 1988,- 17 с.

91. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле,- М.: Наука, 1967,- 444 с.

92. Френкель Я. И. Введение в теорию металлов. JI.: Наука, 1972.389 с.

93. Харазов A.M., Цвид С.Ф. Методы оптимизации в технической диагностике машин. М.: Машиностроение, 1983. - 132 с.

94. Шевцов Е.К., Ревун М.П. Электрические измерения в машиностроении. М.: Машиностроение, 1989. - 168 с.

95. Шитиков Б.В. Основы теории механизмов: Учебное пособие. Вып. 11. Казань, 1971,- 127 с.

96. Blank Е.С. Technologie des appareils de fragmentation et de classement dimensionel. T.l. Concas-seurs et granulateurs. Paris, 1974.- 219 p.

97. Cole E.B. The theory of vibrations for engineers. London, 1957,- 359 p.