автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование рабочего процесса молотковой дробилки закрытого типа

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. К.Д. ГЛИНКИ

На правах рукописи

ПЕВНЕВ Виктор Григорьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКИ ЗАКРЫТОГО ТИПА

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Воронеж 1998

Раоота выполнена на кафедре "Механизация животноводства" Воронежского государственного агроуннверситета им. К.Д. Глинки. Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Сундеев А.А. Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Антипов С.Т.; кандидат технических наук, доцент Чечин А.И.

Ведущая организация - Всероссийский научно-иеследоватедь-ский инсплуг комбикормовой промышленности ОАО "ВНИИКП" (г. Воронеж).

Защита диссертации состоится июня 199Х года в/£?таеов на заседании диссертационного Совета Д 12.0.>4.01. Воронежского государственного аграрного университета им. К,Д. Глинки но адресу: 394087 г.Воронеж, ул. Мичурина, 1. ВГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться н ои^ниотеке университета.

Авторефера г рачослан мая 1998 года.

Учёный секретарь диссертационното совета,

доцент ГщЬ И 1а гол им И .В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальпость темы. В сельском хозяйстве России сложилась тенденция повышения себестоимости продукции животноводства. Во многом это объясняется потреблением дорогостоящих энергоресурсов. Наиболее энергоёмким является приготовление кормов, доля которых в себестоимости возрастает. Это происходит не только из-за роста стоимости кормового сырья, но и вследствие высокой энергоёмкости процесса кор-моприготовления.

Увеличение производства продукции животноводства возможно лишь с применением кормов соответствующего качества, полученных с использованием энергосберегающих технологий и оборудования. Наиболее существенной является опертая, содержащаяся в кормах и затраченная на их приготовление. При этом наибольшее количество энергии затрачивается на измельчение концентрированных кормов.

Установлено, что измельчённые концентрированные корма, выровненные по гранулометрическому составу (с минимальным содержанием переизмельчённых пылевидных и недоизмельчённых частиц), усваиваются организмом животных на 10... 15% лучше, что равносильно такой же экономии кормов и энергозатрат, необходимых для их получения.

Поэтому исследования, направленные на совершенствование выпускаемых в настоящее время молотковых дробилок для измельчения фуражного зерна актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение.

Цель работы. Целью настоящей работы является совершенствование процесса измельчения фуражного зерна на решетной молотковой дробилке с получением готового продукта с равномерным гранулометрическим составом, удовлетворяющим зоотехническим требованиям на измельчённые корма.

Объект исследования - рабочий процесс молотковой дробилки при измельчении фуражного зерна и технические средства для его совершенствования.

Методика исследований. Решение поставленных задач осуществляли путём теоретического и экспериментального исследования.

В теоретических исследованиях использовали методы идеализации и аналогий объектов, а также основные положении теории соударения упрут опластичсских тел, и 1еории перемещения материальной частицы при ударе.

Экспериментальные исследования выполнены на специально и м о-товленных экспериментальных установках.

Обрабогка экспериментальных данных проводилась с использованием методов математической статистки и ПЭВМ. Экономическая эффективность определялась по стандартной методике.

Научная[ новизна. На основе анализа существующих конструкций молотковых дробилок для измельчения фуражного зерна и других сыпучих материалов выявлены перспективные направления в совершенствовании их рабочего процесса. Разработаны устройства, позволяющие усовершенствовать рабочий процесс серийно выпускаемых молотковых дробилок, -защищенные Патентом К» 2101086 опубл. 10.10.98 г.. Б юл. Ла I и положительным решением ЛЬ 961 13506/13 от 09.06.97 г.

Ралработана математическая модель процесса измельчения, отражающая степень влияния конструктивных и кинематических параметров на энергетические показатели. Установлено оптимальное сочетание конструктивно-технологических параметров молотковых дробилок, которое подтверждено экспериментальными исследованиями.

Практическая.значимое!??. Получен исходный материал с теоретическим обоснованием для проектирования и эксплуатации создаваемых молотковых дробилок. Намечены также пути совершенствования выпускаемых ныне измельчителей.

Реализация результатов исследований. Применение усовершенствованной молотковой дробилки КДУ-2 в технологических линиях по подготовке кормов позволяет снизить удельные энергозатраты и получить го девой экономический эффект 798651 рубль (в ценах 1997 г.) при измельчении 3037 тонн фуражного зерна в год. При этом готовый продукт на 97...98% соотмлствует зоотехническим требованиям.

Апробация .работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на ежегодных научно - практических конференциях профсссорско - преподавательского и аспирантского состава ВГЛУ, а также на межрегиональных научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов в 1994-1993 гг.

Публик^Щии. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, получены Патент и положительное решение ВНИЯГ'ПЭ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка используемой литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков, 3 таблицы, 9 приложений. Список не-

пользуемой литературы включает 135 наименований, из них 9 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении изложены актуальность выполненной работы и основные научные положения, которые выносятся на защиту.

1. ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ ПО ИЗУЧЕНИЮ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКИ

В первом разделе проведён анализ существующих конструкций молотковых дробилок для измельчения фуражного зерна и других сыпучих материалов.

Вопросами теории и практики процесса измельчения фуражного зерна в разное время занимались Гернет М.М., Мельников C.B., Алёш-кин В.Р., Рощнн П.М., Ревенко И.И., Сыроватка В.И., Ермичев ВА., Кукта Г.М., Соколов АЛ., Плохов Ф.Г., Зеленев A.A., Прощак В.М., Шуб Г.И., Елисеев ВА., Сундеев А А., и многие другие. Однако протекание рабочего процесса внутри камеры измельчения молотковой дробилки изучено ещё недостаточно полно. Наименее изученным является распределение измельчаемого материала по крупности внутри движущегося в рабочей камере воздушно-продуктового кольцевого слоя.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОВОДИМЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Во втором разделе выполнен теоретический анализ протекания процесса измельчения внутри рабочей камеры молотковой дробилки с целью выявления факторов, влияющих на качество измельчённого продукта непосредственно внутри рабочей камеры, показавший, что большинство исследований основаны на внешних факторах, то есть на конструктивно-технологических параметрах рабочих органов, физико-механическнх свойствах измельчаемого сырья и готового продукта.

Процесс разрушения осуществляется в рабочей камере дробилки при взаимодействии рабочих органов (молотков, сит, боковых поверхностен) с объектом переработки - зерном и характеризуется следующими факторами: затратами энергии и качеством получаемого продукта при экономической целесообразности их выполнения при всех прочих равных

условиях. Затраты энергии должны быть минимальными, а качество получаемого продукта - наилучшим образом отвечать зоотехническим требованиям.

Модель рабочего процесса дробилки примем в следующем виде. Кинетическая энергия вращающегося ротора с шарнирно подвешенными молотками расходуется на сообщение движения кольцевому слою измельчаемого материала за счёт ударных импульсов. Поток измельчаемого материала находится в двух движениях: движение но кольцу за счёт импульсов, получаемых от молотков, н движение радиально при выходе за пределы ситовой поверхности.

Для облегчения анализа протекающего в рабочей камере процесса сделаем ряд предпосылок.

1. Толщина кольцевого слоя постоянна во всех его точках.

2. Удар частиц друг о друга и молотков но частицам является неупругим.

3. Плотность материала линейно зависит от толщины слоя.

Количество материала, циркулирующего в рабочей камере дробилки, а точнее - на внутренней поверхности решета, получает энергию посредством ударов, наносимых молотками по частицам. Нам представляется возможным всю затрачиваемую энергию разделить на две части: полезную - идущую только на измельчение и сопутствующую - затрачиваемую на перемещение материала, ^)ение, теплоту от пластических деформаций и т.д.

Также нам представляется возможным считать вращающийся кольцевой слой веществом с равномерно распределёнными частицами, плотность которого увеличивайся но мере удаления от центра крашения. Частицы в слое находятся как бы в связанном состоянии и действуют друг на друга.

На основании вышесказанного представим кольцевой слой в следующем виде (рис. I).

В кольцевом слое выделим элементарное кольцо высотой с1г и шириной <11, которое будет подвергаться действию центробежной силы, равной:

Уело*2

Рц = Мц * <й 2 • Гтах = Мц *-, ( 1)

Гщах

где Усюя - скорость кольцевого слоя по решету.

Сила эта равномерно распределена по поверхности кольца и, следовательно, оказывает давление

Р = р-щг-Гср-Ь, (2)

Представленное выражение имеет смысл из ранее принятых предположений, а именно, скорость кольцевого слоя и его плотность постоянны.

Схема кольцевого слоя в молотковой дробилке

На силовые взаимодействия в потоке кольцевого слоя большое влияние оказывает количество циркулирующего материала, которое можно определить по следующему выражению:

11

М„=Г(я-0)-<И, (3)

О

Величина ^ - характеризует собой накопление материала в первый период работы дробилки. Закон изменения этой величины неизвестен. С некоторым приближением можем записать:

(Ч-д) = кэ-д, ^ (4>

где Кз - коэффициент, характеризующий собой относительную скоробь заполнения рабочей камеры.

Здесь следует уточнить разницу в значениях подачи материала в дробилку и производительности дробилки. Подача материала Ц - это количество материала, поступающего в дробилку в единицу времени, а

производительность дробилки - это количество (массовое) готового продукта, выходящего из дробилки в единицу времени.

Измерив значения подачи и производительности, можно найти время 1, что имеет большое значение для исследования кинетики процесса измельчения.

Наличие циркуляции материала является непременным условием работы дробилок закрытого типа. Кадры скоростной киносъёмки показывают относительное расположение измельчаемых частиц по отношению друг к другу. Одновременно происходит и интенсивное перемешивание измельчаемого материала.

Если же представить реальную картину, когда в кольцевом слое размещены частицы, размер которых колеблется от мельчайших пылинок до целых зёрен, то станет совершенно очевидным, что расстояние между частицами будет определяться значениями порядка 0,01...0,1 мм. Это положение подтверждается расчётами, проведёнными нами на основании результатов экспериментальных исследований.

Поэтому кольцевой слой можно представить как поток взаимосвязанных движущихся частиц, подчиняющихся определённым закономерностям.

Мы предполагаем, что кольцевой слой состоит из двух зон (рис. 2).

Схема кольцевого слоя

Рис. 2

Первая юна (I) расположена ближе к ценгру вращения ротора и характеризуется интенсивным воздействием рабочей поверхности молотков на измельчаемые частицы. В этой зоне идёт активный процесс разрушения.

Вторая зона (II) - это пространство между концами молотков и рабочей поверхностью решета. Высота этого пространства равна зазор}' д между решетом и молотками. Это зона активного воздействия движущихся частиц друг на друга.

По нашему мнению, состояние первой и второй зон различно. В обеих зонах частицы движутся в двух направлениях - радиально и по окружности.

В I*" зоне скорость частицы определяется по формуле V- Sin(a - 9)

VT =-. (5)

Cos<p

где V - окружная скорость точки молотка;

а - угол между скоростью чааиц в потоке и окружной скоростью; Ф - угол трения частиц по поверхности молотка. Во IIой зоне частицы движутся радиально слоями со скоростью

du

-=0,21 -ю-(UI + Г- г)* е°'21*м*14-

dt

+ 0,23 • (о ■ (иi + Г'■ г) • е0-23''1 (б)

где г - расстояние от центра вращения до частицы в зоне II: t - время нахождения частицы в зоне II; Г - коэффициент внутреннего трения частицы.

и = г • Sin а. (7)

Теоретические исследования по состоянию продукта, находящегося внутри рабочей камеры дробилки, в периодической печати отсутствуют.

Представим кольцевой поток в виде концентрических окружностей. Все частицы в слоях находятся как бы в свободном полёте и одновременно связаны друг с другом, совершая скользящее движение друг относительно друга. Кинетическая энергия верхнего слоя передаётся соседнему нижнему, от него к следующему и так далее. При этом скорость слоев уменьшается. Передача энергии.от верхнего слоя нижнему осуществляется за счет трения, возникающего между ними.

Предположим, что линейная скорое гь нижнего слоя пропорциональна коэффициенту трения между слоями, то есть:

У„ = У(п-1)-Г(Пль (8)

где У(а-1), V,! - скорости соответственно верхнего и ншкнего слоев;

- коэффициент трения на границе двух соседних слоев. Для удобства восприятия предположим, что поток состоит из трёх слоёв (рис. 2.).

Первый слон движется за счёт контактного соприкосновения кромки молотка с частицами в момент их перехода из зоны I в зону II.

= о>1 Т|-Г|,

Второй слой движется ча счёт трения по нему первого слоя.

У2 = Уг 1г = ©Г гг • Третий слой движется за счёт трепля по нему шорою слоя.

\'з = У г' ~ со 1 • п • 1~1 • IV Третий слой (ом. рис. 2.) движется непосредственно по поверхности решета. Скорость частиц в зоне контакта с решетом будет равна: V,, = Уз • 1"„ = го г п * Л ' IV 1з * 14. Среднее значение скорости потока будет равно: У,+У2+Уз+У4 Уф =-------

4

он Т1 '(П+П "12+11 'Гамт-»-!'! -п-Гг IV)

= -----------------------, (9)

4

Выражение в скобках представим как обобщённый коэффициент трения движения частиц в слое.

Здесь 1'| -коэффициент трения движения поверхности молотка но продукту;

1г и 1} - коэффициенты трения движения между первым и вторым и между вторым и третьим слоями соответственно; Г» - коэффициент трения продукта, циркулирующего в рабочей камере, по поверхности решета. В самом общем случае можно представить, что

Угр =«ГГгГо, (Ю)

где ©| - угловая скорость молотка;

Л - радиус ротора по концам молотков;

to - обобщённый коэффициент трения слоев.

Таким образом, линейная и уиювая скорости потока частиц в коль-jm слое зависят от окружной скорости молотков и величины зазора ду концами молотков и поверхностью решета.

Одним из показателен, характеризующих состояние кольцевого i в молотковой дробилке, является его плотность.

В самом общем случае, независимо от способа подачи материала и струкцин рабочей камеры дробилки можно предположить, что плот-гь материала по мере увеличения радиуса кольцевого слоя непрерыв-ючрастает по линейной зависимости и описывается следующим выра-нем

п

р = — (e"'h-l), (П)

m

т = Г — го - высота кольцевого слоя; тип- коэффициенты. Рассмотрим взаимодействие потока измельчаемого материала с си->й поверхностью камеры измельчения. Сито характеризуется коэффициентом живого сечения:

ц-IW, (12)

То- суммарная площадь всех отверстий сита; L; - общая площадь сига. В действительности озиерстия сига перекрываются крупными чаети-1. что препятствует свободному выходу мелких частиц. '

Q = V,-р-ц-K-k, (13)

i\ - радиальная скорость частиц в потоке; |.) - плотность циркулирующего материала; }.1 - коэффициент живого есчсния;

к - коэффициент заполнения площади проходовых отверстий. Подставив в формулу значения VT и р, выведенные ранее, получим гсощее выражение:

V* Sin(a - (р) П

q= -:-• ¡.i • F • — (en,!l - 1) • k. (14)

Coscp m

В данном случае мы не рассматриваем механизм прохода частиц че-»ткерстия peinera, а ограничиваемся только возможностями выхода одивых частиц из кольцевого слоя.

Движущим элементом в рабочей камере молотковой дробилки являются шарнирно подвешенные молотки, движущиеся с определённой скоростью V и ударяющие по частицам. От молотков к частицам, образующим кольцевой слой, происходит передача энергии. Часть энергии передаётся продукту, который разрушается и приобретает движение по кольцу, ограниченному поверхностью решета и деки.

Ео = Е + Е|, (15)

где Ео - энергия вращающегося ротора:

Е - энергия, затрачиваемая на внутренние юменспия в зерне; Е| - суммарная энергия частиц кольцевого слоя, равная: „ (М), • V]2 + I • ©2)

Е. = £-, (16)

¡=1 2

где гщ - масса отдельной частицы, находящейся в слое; - скорость частицы в кольцевом слое.

Сила трения циркулирующего слоя по решету соответственно будет равна:

V 2

V слоя

1'ц, = '' М„ • 0)2 ' Гшах = Г" Ми • -, (17)

Ппах

где Г-коэффициент трения материала по поверхности решета.

Соответственно момент трения относительно поверхности решета будет равен

Мтр = Ргр • Гтах = Г * Мц ' Угаоя2. (18;

Мощность, затрачиваемая на трение по поверхности решета, будет

равна

КЧр = Мтр'ю = МЛ1,'Усло«2'о>. (19)

3. ПРОГРАММА II МЕТОДИК ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В третьем разделе изложены программа экспериментальных исследований, методика их проведения и обработки полученных данных. Исследования проводились на ячмене влажностью V/ = 14%. Программой экспериментальных исследований нредусматр1шалось решение вопросов, определённых задачами исследований. Исследовании проводились по методике последовательных классических планов и планирования экспериментов.

. 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА С ОТБОРОМ ПРОБ ВНУТРИ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ ДРОБИЛКИ. Схема экспериментальной установки:

II.- рама; 12.-электродвигатель; 13.-кпиноремё'нная передача.

Рис.3

Размеры измельчённого продукта оценивают по содержанию в нём классов определённых размеров, то есть по гранулометрическому составу. Числовые характеристики распределения размеров частиц, такие, как средний размер, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации и др., не дают полной информации об однородности распределения частиц. При этом все представленные выше закономерности распределения используются только для характеристики готового продукта, а не для измельчаемого материала, циркулирующего внутри рабочей камеры дробилки в процессе измельчения. Поэтому была поставлена следующая задача - исследовать распределение измельчаемого материала в

рабочей камере дробилки в зависимости от размера частиц и определить закономерность этого распределения. Для проведения исследований была использована экспериментальная дробилка (рис. 3), конструкция которой позволяла производить отбор измельчаемого материала внутри рабочей камеры не прерывая процесса измельчения. Заданная производительность дробилки поддерживалась при помощи тарельчатого дозатора ДТК, установленного на загрузочную горловину.

По результатам экспериментальных исследований конструктивно-режимных параметров установлено влияние различных факторов на энергоёмкость процесса, равномерность гранулометрического состава и модуль размола готового продукта.

Мы задались целью - экспериментально проверить как изменяется количество циркулирующего в рабочей камере дробилки измельчаемого материала при изменении параметров процесса измельчения и определить его влияние па сам процесс.

Зависимость изменения Зависимость модуля готово-

массы циркулирующего в рабочей го продукта от модуля циркулиру-камере материала от нагрузки: ющего материала:

диаметр отверстий решет: производительность <3:

о - 2 мм, Д - 3 мм, О - 4 мм, 0 - 6 мм. о - 46,8 кг/ч; Д - 198 кг/ч.

, Рис. 4 Рис. 5

На рис. 4 представлены зависимости изменения массы циркулирующего материала от изменения нагрузки дробилки. Результаты экспериментов показывают, что при повышении производительности дробшт-ки количество циркулирующего в рабочей камере материала плавно увеличивается, подчиняясь определённому закону.

На основанни экспериментальных данных была получена зависимость модуля готового продукта Мг от изменения модуля циркулирующего в рабочей камере измельчаемог о материала Мг (рис. 5).

Также были получены экспериментальные данные по изменению массы циркулирующего материала в зависимости от диаметра отверстий решета, установленного в дробилку, представленные на рис. 6.

Из графиков следует, что при увеличении диаметра отверстий решета количество циркулирующего в рабочей камере материала плавно уменьшается, т.к. при увеличении диаметра отверстий решета увеличивается его пропускная способность, позволяя готовому продукту эффективнее сепарироваться за пределы рабочей камеры.

Изменение массы циркулирую- Зависимость выхода крупной 1дего материала от диаметра фракции от высоты слоя над

отверстий решета- решетом с отверстиями 0 3 мм:

производительность (2 - 46,8 кг/ч. Рис. 6

производительность о - 46,8 кг/ч; Л- 198кг/ч;0-414кг/ч;• -612 кг/ч; 0- 846 кг/ч.

Рис. 7

Анализ зависимостей, представленных на рис. 7, показывает, что наибольшее (32,1...62,5%) количество крупных (сход с сита с отверстиями 0 3 мм) частиц движется на расстоянии 2,5 мм от поверхности решета. С увеличением расстояния от решета количество крупных частиц плавно уменьшается до 12,5-44,0% (на расстоянии 12,5 мм от плоскости решета).

Зависимости для решет с отверстиями 0 4 и 6 мм аналогичны представленным выше, стой лишь разницей, что снижение количества крупных частиц с увеличением расстояния от решета здесь выражено не столь ярко.

Рассмотрим теперь более подробно влияние плотности воздушно-продуктового слоя, движущегося внутри рабочей камеры молотковой дробилки на протекание процесса измельчения.

На рис. 8 представлены графики изменения плотности воздушно-продуктового слоя, движущегося внутри рабочей камеры молотковой дробилки. Эксперименты проводились при установленном в дробилку решете с отверстиями 0 3 мм для пяти разных значении производитель-

ноши дробилки. При увеличении расстояния от поверхности решета плотность материала снижается. Зависимость плотности воздушно • Зависимость плотности воздушно-продуктового слоя от высоты продуктового слоя от производи-над решетом с отверстиями 0 3 мм: тельносга дробилки:

производительность 0: о - 46,8 решето с отверстиями: о - 0 2 мм; кг/ч; Д - 198 кг/ч; 0-414 кг/ч. д . 0 3 мм; 0 - 0 4 мм; • - 0 6 мм.

Рис.8 по

Рис. 9

Зависимости для решет с отверстиями диаметром 2, 4, и 6 мм аналогичны представленным выше. Здесь также с увеличением расстояния от поверхности решета до слоя материала его плотность плавно уменьшается.

На основании анализа приведённых выше экспериментальных данных были получены графики изменения плотности движущегося внутри рабочей камеры воздушно-продуктового слоя в зависимости от производительности дробилки (см. рис. 9).

Анализ приведённых данных показывает, что на всех решетах при повышении производительности плотность воздушно-продуктового слоя прямопропорционально возрастает. Наиболее значительное увеличение плотности наблюдается на решете с отверстиями 0 2 мм. Это объясняется недостаточной пропускной способностью решета для данной производительности. На остальных решетах увеличение плотности, более плавное.

Анализ данных, приведённых на рис. 10, показывает, что при всех значениях производительности плотность слоя снижается с увеличением диаметра отверстий установленного в дробилку решета. Это объясняется тем, что у каждого последующего решета пропускная способность больше чем у предыдущего, то есть решето с большими отверстиями позволяет измельчаемому материалу более эффективно выходить за пределы рабочей камеры, что и приводит к снижению плотности в слое.

о

Обобщая экспериментальные данные, можно сделать следующий вывод: практически для всех решет наибольшая плотность слоя измельчаемого материала наблюдается непосредственно у поверхности решета. Следовательно, этот наиболее плотный слой создаёт значительное сопротивление для прохода через решето более мелких частиц из расположенных выше слоёв измельчаемого материала, что приводит к снижению эффективности процесса измельчения и к переизмельчению частиц, находящихся в верхних слоях.

Зависимость плотности воздушно- Зависимость модуля измельчаемо-

продуктового слоя от диаметра отверстий решета:

го материала от высоты слоя над решетом с отверстиями 0 3 мм:

производительность <3: о - 46,8 кг/ч; Д - 198 кг/ч; □ - 414 кг/ч. Рис. 10

производительность С?: о - 46,8 кг/ч; Л - 198 кг/ч; 0-414 кг/ч; в -612 кг/ч; 0- 846 кг/ч.

Рис.11

Рассмотрим влияние гранулометрического состава материала, циркулирующего внутри рабочей камеры дробилки, на процесс измельчения. Во время проведения экспериментов нами было исследовано распределение измельчаемого материала в воздушно-продуктовом слое по гранулометрическому составу. Обработав экспериментальные данные, мы получшлкзависимости, представленные на рис. 11.

Максимальное значение модуль измельчаемого материала имеет в слое, движущемся непосредственно над плоскостью решета (М = 2,26...2,93 мм в зависимости от производительности дробилки). Затем идёт значительное уменьшение модуля до высоты слоя 7,5 мм над плоскостью решета, где модуль соответственно равен М = 1,91...2,60 мм. При дальнейшем увеличении высоты слоя над плоскостью решета происходит незначительное уменьшение величины модуля измельчаемого материала до высоты слоя над решетом равной 12,5 мм, после чего модуль несколько увеличивается. Это увеличение связано с хаотическим движением измельчаемого материала в зоне действия молотков, препят-

» К»

ствующим его разделению на фракции по крупности и, следовательно, движению крупных частиц из этого слоя к периферии рабочей камеры.

На решетах с отверстиями 0 4 и 6 мм также сохраняется общая закономерность распределения модуля измельчаемого материала по высоте слоя над плоскостью решета, но изменение модуля выражено не столь ярко.

Одной из важнейших проблем процесса измельчения вообще и зерновых кормов в частности является проблема повышенного расхода энергии (18...20 кВт*ч/т). Мы задались целью - снизить энергозатраты без существенного изменения конструкции существующих молотковых дробилок. Нами было предложено комбинированное решето (Патент № 2101086 опубл. 10.01.98 г., Бюл. № 1) для решения поставленной задачи. Были проведены исследования предложенного решета.

Зависимость энергозатрат Изменение модуля готового

от производительности дробилки: продукта в зависимости от

производительности:

о - обычное решето; -о - обычное решето;

д - комбинированное решето. д - комбинированное решето.

Рис. 12 Рис. 13

На рис. 12 представлены зависимости удельных энергозатрат при измельчении ячменя IV = 14% с использованием гладкого пробивного решета с отверстиями 0 4 мм (кривая о) и комбинированного с рифлёными участками и просеивающими с отверстиями 0 4 мм (кривая Д).

Заштрихованная часть графика является зоной экономии энергозатрат при использовании комбинированного решета. Для экспериментальной дробилки эта зона лежит в интервале производительности 50...250 кг/ч. Для серийно выпускаемой промышленностью дробилки КДУ-2 при использовании комбинированного решета зона экономии энергозатрат находится в интервале производительности от 250 до 1360 кг/ч, то есть практически во всём диапазоне производительности дробилки.

Эконеримежальные данные, представленные на рис. 13, показывают, что при одних и тех же значениях производительности дробилки модуль готового продукта, получаемого на комбинированном решете, меньше, чем модуль готового продукта, получаемого на обычном пробивном решете с таким же диаметром отверстий. Это позволяет сделать следующий вывод: использование комбинированного решета в серийной молотковой дробилке позволяет получать готовый продукт более мелкий по гранулометрическому составу с одновременным снижением удельных энергозатрат (в среднем на 5 к Вт» ч/т) по сравнению с использованием обычного решета.

5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКИ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Приведены результаты испытании усовершенствованной молотковой дробилки и технико-экономические показатели в сравниваемых вариантах.

Испытания проводились на кафедре "Механизация животноводства'" ВГЛУ. В результате испытаний установлено, что применение предлагаемого устройства позволяет существенно повысить качество измельчения корма практически без повышения энергозатрат.

Производственная проверка усовершенствованной дробилки произведена в коллективных хозяйствах "Придонье" Ботучарскош н "Родина" Петропавловского районов Воронежской области. Результаты проверки показали, что применение усовершенствованной дробилки позволило повысить равномерность гранулометрического состава получаемого корма.

Экономическая эффективность дана в сравнении с серийно выпускаемой дробилкой КДУ-2. Оценка технико-экономической эффективности производилась в соотьетсгвии с ГОСТ 23728-88 - 23730-88.

Годовой экономический эффект от использования усовершенствованной дробилки при переработке фуражного зерна в объёме 30S7 тонн составит 798651 руб.

Экономический эффект за срок слркбы - 5750287 руб (в ценах 1997 года).

ОЫЦИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ экспериментально-теоретических исследований по изучению рабочего процесса молотковых дробилок закрытого типа показал, что резервы экономии затратэнергии и повышения качества получаемого продукта в значительной степени зависят ог состояния кольцевого слоя измельчаемого продукта, циркулирующего в рабочей камере дробилки.

2. Для оценки состояния кольцевого слоя (потока,) в рабочей камере дробилки закрытого типа предложена его физическая модель. Пот.ок движущихся частиц состоит из двух зон - верхней и нижней.

Верхняя зона, нижняя граница которой ограничивается концами молотков, характеризуется интенсивным влиянием молотков на измельчаемые частицы.

Нижняя зона, верхняя граница которой ограничивается концами молотков, а нижняя - поверхностью решета, .характеризуется взаимовлиянием измельчаемых часгиц друт на друга.

3. Разработана математическая модель движения частиц в верхней и нижней зонах кольцевого воздушно-продуктового слоя, которая показывает степень влияния конструктивных и режимных параметров на скорость движения частицы в радиальном и тангенциальном направлениях и позволяет обосновать параметры состояния частиц в кольцевом слое.

4. Установлено, что в нижней зоне движущегося кольцевого слоя происходит сегрегация частиц. Более крупные располагаются на поверхности решета, препятствуя тем самым свободному выходу измельчённых частиц из рабочей камеры через отверстия решета.

5. Выявлены зависимости количества циркулирующего в рабочей камере дробилки материала от производительности и плотности циркулирующего слоя по высоте в нижней зоне, описываемые выражениями (3) и (II) соответственно. При этом количество циркулирующего продукта изменяется в пределах Мц - 0,095...0,565 кг при изменении производительности в диапазоне <5 = 46,8—846 кг/ч. а плотность воздушно-продуктового слоя с увеличением расстояния от поверхности решета уменьшается в интервале р = 10,14...0,094 кг/'м3.

6. Готовый продукт, полученный при измельчении ячменя на усовершенствованной молотковой дробилке, по своему качеству (гранулометрическому составу) превосходит продукт, полученный на серийной молотковой дробилке. Так при производительности дробилхл р - 106 кг/ч на обычном решете получен готовый продукт с модулем помола М =

1.31 мм мри удельных энергозатратах А у,- - 9.76 кВт*ч/т, а на решете с рифлёными участками M = 1,22 мм и Ava — 5,66 кВт»ч/т соответственно.

7. Методика сравнительною анализа позволяет наиболее достоверно производить оценку полученных результатов.

8. Предложены конструктивные решения (Патент № 2101086 опубл. 10.01.98 г., Б юл. № I и П.р. № 961! 3506/13 от 09.06.97 г.), которые позволяют повысить равномерность гранулометрического состава готового продукта при одновременном снижении удельной энергоёмкости процесса измельчения.

Предложенные устройства для измельчения могут работать совместно с выпускаемыми промышленностью решетными молотковыми дробилками, что позволяет снизить затраты за счёт переоборудования имеющихся серийных дробилок в механических мастерских хозяйств.

9. Испытания экспериментального обрачца подтвердили эффективность его работы. Экономический эффект от использования усовершенствованной молотковой дробилки составил 5750287 рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ' M1УБЛИ КОВАНЫ В С Л КДУЮН (ИХ РАБОТАХ.

1. Певнев В .Г., Сундсев A.A. Физическая картина разрушения зерна в молотковой дробилке. Повышение эффективности агропромышленного производства в условиях современных форм хозяйствования. //Тезисы докладов международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. Ч. 11. Воронеж, 199.5. - с. I 70-172.

2. Сундеев A.A., Певнев В.Г.. Горшков П.Н., Корчин A.ÎI. Исслело-нание модуля помола зерна в рабочей камере молотковой дробилки. Актуальные направления стабилизации сельскохозяйственного производства. //Тепистл докладов XLV1I студенческой научной конференции. -Воронеж. 1996. с. 53-55.

3. Непнен В.Г., Сундеев АЛ. Устройство ;цтя исследования во"душ-но-иродуктового слоя молотковой дробилки. Методы и средства научных исследований процессов механизации сельского хозяйства. //Си. научных трудов ВГАУ им. К.Д. Глннки. - Воронеж, 1996. - с. 87-93.

4. Сундеев АА., Мерчалов C.B., Певнев В.Г. Улучшение гранулометрического состава измельчённого фз'ражного зерна. Пути повышения продуктивности животных. //Материалы научно-практической конференции нрофеосорско-пренодавательскот о и аспирантского состава зооинже-

мерного и ветеринарного факультетов. Выпуск 3. - Воронеж, ¡997. - с. 1214.

5. Певнев В.Г. Экспериментальные исследования гранулометрического состава измельчаемого материала в рабочей камере молотковой дробилки. Обеспечение стабилизации АПК в условиях рыночных форм хозяйствования. //"Гсзисы докладов межрегиональной научно-практической конференции молодых учёных и специалистов. Ч. II. - Воронеж, 1997.-с. 108-109.

6. Певнев В.Г. Экспериментальное исследование состояния воздуш-но-иродуктового слоя в дробилке. Совершенствование технологий и технических средств производства продукции растениеводства и животноводства. //Сб. научных трудов ВГАУ им. К Л- Глинки. - Воронеж, 1997. — с. 177-181.

7. Сундеев Л Л., Певлев В.Г. Теоретические предпосылки исследования процесса измельчения зерна в рабочей камере молотковой дробилки. Совершенствование технологий и технических средств производства продукции растениеводства и животноводства. //Сб. научных трудов ВГАУ им. К.Д. Глинки. - Воронеж, 1997. - с. 172-177.

8. Патент № 2101086 "Решето для дробилки" /А.А. Сундеев, В.Г. Певнев (РФ)/ по заявке М) 96104296 от 02.07.96 г., опубл. 10.01.98 г., Бгол. № I.

9. Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 17.03.97 г. но заявке № 96113506. "Устройство для измельчения" /А.А. Сундеев, В.Г. Певнев (РФ)/