автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование режимов работы дискового измельчителя кормового зерна

На правах рукописи

ИВАНОВ ВЯЧЕСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДИСКОВОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ КОРМОВОГО ЗЕРНА

05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

2 9 АПР

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2015

005568173

005568173

Работа выполнена в Азово-Черноморском инженерном институте ФГБОУ ВПО «Донском государственном аграрном университете» в г. Зернограде.

Научный руководитель доктор технических наук профессор,

Семенихии Александр Михайлович

Официальные оппоненты: Купрееико Алексей Иванович

доктор технических наук, доцент, почетный работник науки и техники РФ ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет», инженерно-технологический факультет, декан

Филонов Роман Федорович

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автоматизация и механизация живот новодства (РГАУ-МСА им. К.А. Тимирязева)

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное

научное учреждение «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ СКНИИМЭСХ)

Защита состоится на заседании диссертационного совета

Д 006.037.01 при Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ ВИЭСХ) по адресу: 109456, Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ ВИЭСХ и на сайте

http://viesh.ru

Автореферат разослан «-? » 2015 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Некрасов Алексей Иосифович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Концентрированные корма в рационах крупного рогатого скота составляют 25-60%, свиней и птицы - до 80-95% по питательности. В структуре себестоимости продукции животноводства корма стоят на первом месте и составляют 60-70% затрат. Эффективность применен™ концентрированных кормов зависит от качества их приготовления. Основными операциями приготовления комбикормов для животных и птицы являются очистка, измельчение, дозирование и смешивание. Измельчение - самая энергоемкая операция, регламентируемая требованиями ГОСТ и зоотехническими рекомендациями по степени измельчения (модулю) и фракционному составу, в том числе допустимому содержанию пылевидной фракции. Отклонение от этих технологических требований снижает эффективность применения дорогих кормовых ресурсов (до 20-30%).

Широко распространенные для измельчения зерна в комбикормовой промышленности и сельском хозяйстве молотковые дробилки, не в полной мере отвечающие требованиям энергоресурсосбережения, при тонком (мелком) помоле дают до 40% пылевидной фракции, а при крупном (грубом) - до 20% целых и недоизмельченных зерен.

Выполненные в последние годы исследования и предложенные технические решения измельчителей позволяют существенно улучшить энерготехнологические характеристики процессов измельчения.

Одним из перспективных направлений в области измельчения зерна в последние годы становится разработка измельчителей центробежно-роторного дискового типа с несколькими ступенями измельчения, которые в настоящее время находят широкое распространение. В связи с этим совершенствование рабочего процесса дисковых измельчителей, направленное на повышение качества готового продукта и снижение энергоемкости процесса измельчения, является актуальной задачей, что позволяет сформулировать направления дальнейших исследований.

Научная гипотеза — снижение затрат энергии на процесс измельчения зерна и улучшение фракционного состава продуктов помола возможно за счет последовательного наращивания напряжений и дефектов прочности упруго-вязких составляющих структур зерновок и исключения заторов продуктового потока в рабочем пространстве измельчителя.

Рабочая гипотеза - последовательное безударное наращивание деформаций и дефектов прочности при измельчении зерна до требуемых размеров без образования заторов и пыли возможно в междисковом пространстве оригинальной геометрии.

Цель исследования. Разработка аналитических зависимостей функционирования дискового измельчителя кормового зерна, обоснованием его параметров и режимов работы.

\

Объектом исследований является технологический процесс безударного измельчения кормового зерна дисковым измельчителем.

Предмет исследований. Закономерности влияния параметров рабочих поверхностей дисков и упруго-вязких свойств зерна на энергетические и технологические показатели процесса измельчения.

Научную новизну представляют:

- закономерности взаимодействия зерновки с рабочими поверхностями геометрических элементов дисков, обеспечивающие нужную подачу;

- теоретические зависимости затрат энергии на деформацию зерновок в рабочих поясах дисковой пары с учетом их упруго-вязких свойств.

- новые понятия: приемный, подающий и модульный пояса, площадки релаксации применительно к оригинальной геометрии поверхности дисков.

Методы исследования. Научные задачи, поставленные в работе, решались теоретико-экспериментальными методами на основе законов механики, теории деформирования упруго-вязких материалов, дифференциального и интегрального исчисления, математической статистики и планирования эксперимента.

Практическая ценность. Разработанный дисковый измельчитель кормового зерна (патент РФ на изобретение № 2511291), позволяющий существенно снизить энергоемкость процесса измельчения заданного гранулометрического состава и повысить эффективность его использования, методика инженерного расчета основных параметров измельчителей модельного ряда по заданной производительности.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены, одобрены и опубликованы в материалах научно-практических конференций профессорско-преподавательского состава, молодых ученых и аспирантов Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (Зерноград, 2010-2014 гг.)., V Международной научно-практической конференции в Ставропольском государственном аграрном университете (Ставрополь, 2010 г.), на 8-й и 9-й Международных научно-практических конференциях в СКНИИМЭСХ «Инновационные разработки для АПК» (Зерноград, 2013-2014 гг.), Международной научно-практической конференции «Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве», посвященной 60-летию БГАТУ (Минск, 2014г.). Работа награждена серебряной медалью на XVII Агропромышленном форуме Юга России ИНТЕРАГРОМАШ (Ростов-на-Дону, 2014 г.). Работа награждена дипломом за второе место в номинации «лучший инновационный проект» на молодежном конвенте Ростовской области (Ростов-на-Дону, 2014 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в четырнадцати печатных работах, в том числе двух центральных изданиях по перечню, рекомендованному ВАК, и патенте РФ на изобретение.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Основная часть диссертации содержит 120 страниц машинописного текста, включая 40 рисунков, 19 таблиц и приложения.

На защиту выносятся:

- теоретические зависимости процесса измельчения зерна дисковым измельчителем;

- техническое решение, реализующее процесс измельчения зерна по патенту РФ №2511291;

- обоснование параметров и режимов работы дискового измельчителя зерна;

- методика инженерного расчета модельного ряда измельчителей кормового зерна.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено обоснование актуальности темы, сформулирована цель исследования, изложено краткое содержание работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ известных технических решений машин для измельчения кормового зерна, теоретических и экспериментальных исследований процесса измельчения. Установлено, что применяемые в настоящее время для измельчения зерна в основном молотковые дробилки имеют высокие металлоемкость, удельные затраты энергии и степень неоднородности гранулометрического состава получаемого продукта. В последние годы при измельчении исходного сырья на кормоприготовительных предприятиях хозяйств все большее применение находят разнообразные измельчители центробежного действия, такие как дезинтеграторы, дисмембраторы, ударно-центробежные, дисковые измельчители.

Исследования последних лет указывают на возможность значительного повышения эффективности скармливания концентрированного корма за счет фракционирования его при измельчении для каждого вида животных. Переизмельчение зерна негативно отражается на продуктивности животных и их здоровьи, вплоть до увеличения падежа, значительно ухудшает условия труда на протяжении всего технологического процесса от приготовления до раздачи кормов, а также увеличивает энергоемкость процесса. В связи с этим при разработке дисковых измельчителей большое внимание уделяется введению операции сепарирования в рабочий процесс измельчителя, что позволяет получать готовый продукт выровненного гранулометрического состава.

Большой вклад в развитие теории измельчения материалов растительного происхождения и создания рабочих органов внесли

В.П. Горячкин, П.А. Ребиндер, C.B. Мельников, Л.П. Кормановский, В.А. Сысуев, В.А. Денисов, В.И. Сыроватка, В.И. Пахомов, М.А. Тищенко, И.А.Хозяев, A.A. Перов, C.B. Золотарев, Н.М. Смирнов, В.А. Елисеев, Н.С. Сергеев, JI.A. Глебов, Ф.Г. Плохов, П.И. Леонтьев и др.

Ученые и последователи школы C.B. Мельникова считают энергетически целесообразным разрушение зерновок 1-2 ударами молотковыми дробилками и ударно-центробежными измельчителями.

Другие Л.А. Глебов, М.М. Гернет, C.B. Зверев, A.A. Хитов энергоэффективным считают разрушение зерновки наращиванием дефектов прочности при малых скоростях 15-25 ударами.

Однако ключевым элементом процессов обоих направлений является удар и вытекающие из этого динамические последствия - повышение в 1,62,4 раза сопротивления разрушению и неуправляемые технологические результаты.

Анализ исследований показывает, что высокая неоднородность физико-механических свойств структур и их особенности зерновок не позволяют теоретически точно описать характер его разрушения, определить затраты энергии на процесс и требуют дальнейших исследований.

Поэтому для достижения сформулированной цели исследований потребовали решения следующие задачи:

• определить упруго-вязкие характеристики зерновок основных кормовых культур;

• разработать теоретические зависимости процесса измельчения зерна в дисковом измельчителе;

• обосновать рациональные конструктивные и режимные параметры дискового измельчителя;

• провести технико-экономическое обоснование предлагаемого решения. Во второй главе изложены физико-механические и теоретические

предпосылки снижения энергоемкости процесса измельчения зерна в дисковом измельчителе оригинальной конструкции, определены режимные параметры, получена математическая модель движения частиц в междисковом пространстве, соотношение приемного, подающего и модульного поясов деформации, рабочие усилия сжатия и мощность на процесс деформации и релаксации продуктов измельчения, что позволило сформулировать основные требования к разработке перспективного схемотехнического решения измельчителя:

• равномерное распределение зерна по периметру приемного окна, согласование, в соответствии с технологическим процессом, площадей сечений приемного, выпускного каналов и поясов;

• сохранение достигнутой деформации путем релаксации затраченной энергии в технологическую структуру без дополнительной деформации;

• промежуточное выведение кондиционных фракций из потоков продукта измельчения в технологическом канале;

• достижение технологического результата с минимальными удельными энергетическими характеристиками.

Для реализации предложенных принципов разработано техническое решение (рисунок 1), защищенное патентом РФ № 2511291.

Подача зерна в приемный пояс и его распределение по подающим бороздкам подводящего пояса осуществляется дозатором-распределителем (рисунок 1).

Скорость поступления зерновок в подающие бороздки составляет:

Отсутствие заторов на входе в приемный пояс обеспечивается поступлением зерна слоем, равным с1„ подача которого в междисковое пространство составляет:

От„=2л-Я0¿,-Упр-Ч>р, (2)

где р - плотность зерновки, кг/м3; - коэффициент заполнения сечения слоя.

а б

а — общий вид дозатора-распределителя: 1 — бункер; 2 — питательный лоток; 3 - цилиндр дозатора-распределителя; 4 - регулировочный винт;

б - схема работы дозатора-распределителя: 1 - цилиндр дозатора-распределителя; 2 - вал приводной; 3 - диск неподвижный; 4 - диск подвижный

Рисунок 1 - Компоновка и рабочий процесс дозатора-распределителя

Конструкция дозатора-распределителя обеспечивает три основных диапазона подачи (рисунок 2).

й.

А:< б.

Сплошная подача А> >26,

Рисунок 2 - Схема дозирующего устройства с тремя диапазонами

подачи

Устойчивое транспортирование зерна по наклонным поверхностям дна подающих бороздок (рисунок 3) обеспечивается при минимальной частоте вращения нижнего диска, определенной из условия (3).

I ?

Ч ! У

и

Я,

тю

тд5юа

ти 2ИшСобо( Л^Дно бороздки

Рисунок 3 - К обоснованию геометрии и кинематики подвижного диска

Условие движения частицы вверх по дну подающей бороздки, без учёта переносного движения, в общем виде запишется

¿(Бта + /Соха)

1 ЯтЫ (Сояа - /8та) '

СО„>

(3)

Для исключения заторов, геометрические размеры поясов определяются в соответствии с задаваемой степенью измельчения продукта X поясами дисковой пары.

Тогда площади бороздок и классификаторов подающего пояса определяются по зависимостям (рисунок 4).

А~ (я+1) ' и+1)

(4)

где X] - степень измельчения в подающем поясе при переходе из бороздок на площадки релаксации.

Тогда площадь Гс поверхности измельчающего, модульного пояса составит соответственно:

(5)

где К2 - степень измельчения продукта в модульном поясе.

Наружный диаметр диска, соответствующий размерам подающего и модульного поясов, с учетом (4) и (5), определяется из равенства:

+ о2.

(6)

С учётом скорости <й относительной деформации зерновок и их частей в подающих бороздках от й0 до Ям и от «а» до «в» (рисунок 4)

(О =

К +5..

(7)

где ы() - угловая скорость диска, с"; 7?, - расстояние от оси вращения диска до произвольной точки на плоскости подающей бороздки; Ип - суммарная высота приёмных конусов подвижного и неподвижного дисков; а - угол подъёма дна бороздки в аксиальном сечении; дм - модульный зазор между дисками.

С учётом упруго-вязких свойств зерновок и геометрических параметров элементов подающего и модульного поясов (рисунок 4) усилия деформации определяются зависимостями: в подающем поясе

I

Et + n(H-E)( 1-е"")

^0 =

К+5„

(В)

в модульном междисковом пространстве С (рисунок 5) напряжения сжатия по аналогии с (7 и 8) определятся по формуле

Е1 + п(Н-Е)( \-e~~")

а- - ^м^м

+ е0 Не (9)

где Н, Е — мгновенный и длительный модули упругости зерновок, Па; ? - время нахождения частицы в бороздке, с; п - время релаксации напряжений, с; Яо - радиусы модульного пояса и приёмного окна, мм; ё0 - относительная деформация, полученная частицами в подающем поясе, равная

= Н8

где Из - максимальная глубина бороздки на входе, мм.

Усилия на соответствующих элементах поверхности диска определяем:

для бороздок

для классификаторов

р = сг

5 0 2(Л +1)

" 0 (Л +1)

У*.

(10)

(П)

где ц/5 м ц/к — соответственно коэффициенты заполнения элементов подающего пространства дисков.

По аналогии с (10), с учётом (5) и коэффициента заполнения для модульного пространства усилие сжатия потока определяется по зависимости

(12)

А - бороздка подающая; В - классификатор; а - угол подъёма дна бороздки в аксиальном сечении; |3 - то же в радиальном сечении; а„ - эпюры напряжений на границах подающих элементов поверхности.

Рисунок 4 - Геометрия и эпюры напряжений подающей поверхности

Мощность на процесс деформации и классификации продуктов измельчения в рабочем пространстве дисковой пары, без учёта транспортной и вентиляционной составляющих, определится по зависимости

К = (Ps + PJ^—^Vof + Р, . (13)

В третей главе изложены программа и методика экспериментальных исследований, на основе теоретических предпосылок определены исследуемые факторы, параметры и характеристики кормового зерна, разработана, на основе экспертной оценки, факторная модель процесса.

Влажность, реологические свойства (Д Е, к, и), фракционный состав, отбор проб, тарировочные диаграммы строились по ГОСТ 13496-80, общепринятым и адаптированным методикам.

Для реализации методик использовались оборудование и инструментарий научно-исследовательской лаборатории магистратуры академии: литровая пурка; электронные весы HJCHLAHD; экспресс-влагомер зерна Wile 55; эксикаторы для увлажнения зерна; рассев У1-ЕРЛ, в том настольный измерительный комплекс (рис. 5); измеритель мощности HIOKI PW3198; рабочая модель дискового измельчителя.

Для подготовки измерительного комплекса к работе проводилось его тарирование (рис. 6).

1 - установочный винт; 2 - разновесы; 3 - линейка грузовая; 4 - нагрузочный рычаг; 5 - предметная площадка; 6 - основание; 8 - балансир; 9 - стойка; 10 - микрометрическая головка; 11 - опора тарировочного рычага; 12 - тарировочный рычаг; 13 - призма; 14 - электронные весы; 15 - контейнер для зерна; 16 - шарик опорный; 17 - фиксирующая пластина

Рисунок 5 - Настольный измерительный комплекс (тарирование)

а б

а - рабочая модель дискового измельчителя; б - общий вид рабочей модели дискового измельчителя по патенту РФ № 2511291: 1 - бункер; 2 - дозатор; 3 - пара дисков; 4 - решетный сепаратор; 5 - скатная доска; 6 - вторая пара дисков; 7 - скатная доска; 8 - нижняя опора; 9 - регулировочный винт; 10 - электропривод; 11 - рама; 12- продуктопровод

Рисунок 6 - Схема рабочего пространства дискового измельчителя

По результатам экспертной оценки построена диаграмма рангов (рисунок 7), определены значимые факторы (Х9, Хи, Х2).

Рисунок 7 - Диаграмма рангов факторов

На основе анализа проведенных ранее исследований и материалов экспертной оценки определены уровни и интервалы варьирования факторов (таблица 1), составлен рандомизированный план проведения экспериментов

(таблица 2) по оценке энерготехнологических параметров дискового измельчителя.

Таблица 1

Основные факторы и уровни их варьирования

^\Факторы Уровни Зазор между дисками Влажность зерна Частота вращения подвижного диска

Натуральное обозначение 5, мм W,% со, мин'1

Верхний 1 16 1200

Основной (нулевой) 0,75 14 800

Нижний 0,5 12 600

Кодированное обозначение х, Х2 Х3

Верхний +1 +1 +1

Основной (нулевой) 0 0 0

Нижний -1 -1 -1

Таблица 2

Матрица спланированных опытов в рандомизированном порядке

№ опыта XI Х2 ХЗ

4 1 12 600

3 1 12 1000

8 0,5 12 600

5 0,5 16 1000

7 0,5 12 1000

2 1 16 600

1 1 16 1000

6 0,5 16 600

Обработка результатов реализации плана ПФЭ 2 осуществлялась в программе Microsoft Excel. Однородность дисперсий проверялась критерием Кохрена. Гипотезы значимости коэффициентов уравнения регрессии проверялись с использованием критерия Стыодента. Адекватность математической модели была проверена при помощи критерия Фишера, при принятом уровне значимости а = 0,05.

В четвертой главе изложены результаты эксперимента и их анализ. В результате реализации стандартных и адаптированных методик уточнены размеры и определены прочностные характеристики, мгновенный Н и длительный Е модули деформации и время релаксации п, напряжений зерна основных кормовых культур (таблица 3).

Таблица 3

Геометрические, механические и технологические характеристики зерна

Культура Длина, I ширина, Ь толщина, Ь, мм Коэффициент трения, /е//к Плотность, г/см3 Предел прочности, МПа

статический динамический

Ячмень 7,0... 14,6 2,0...5,0 1,4...4,5 0,36...0,59 0,33...0,47 1,3...1,4 7,П...7,28 1,34...1,78 9,81...12,96

Пшеница 4,0...8,6 1,6...4,0 1,5...3,8 0,36...0,58 0,31...0,5 3 1,2...1,5 6,47...6,62 1,72...1,81 11,18. ..11,98

Овес 8,0...18,6 1,4...4,0 1,2...3,6 0,41 ...0,61 0,38...0,5 8 1,2...1,4 3,91...4,03 1,73. ..1,74 6,78...7,04

Горох 4,0...8,8 3,7...8,0 3,5...8,0 0,41... 0,43 0,39...0,4 0 1,15...1,5 4,55...7,80 1,08...1,14 7,94...8,43

По результатам обработки диаграмм разрушение зерен и бобов, в соответствии с теоретическими предпосылками, графо-аналитическим способом определены коэффициенты динамичности их разрушения, (таблица 4).

Таблица 4

Геометрические, механические и технологические характеристики зерна

Культура Длина, 1 ширина, b толщина, h, мм Коэффициент трения, fj fk Плотность, г/см3 Модуль упругости, МПа

мгновенный (Н) длительный (Е)

Ячмень 7,0...14,6 2,0...5,0 1,4...4,5 0,36...0,59 0,33...0,4 7 1,3...1,4 17,9 7,06

Пшеница 4,0...8,6 1,6...4,0 1,5...3,8 0,3 6...0,5 8 0,31...0,53 1,2...1,5 19,6 6,17

овес 8,0... 18,6 1,4...4,0 1,2...3,6 0,41...0,61 0,38...0,5 8 1,2...1,4 14,6 5,08

Энерготехнологические параметры дискового измельчителя определялись на рабочей модели, изготовленной в соответствии с теоретическими предпосылками и характеристиками зерна, отвечающими требованиям ГОСТ 29143-91 на процесс измельчения в технологиях производства комбикормов по плану эксперимента (таблица 2).

Результаты реализации плана экспериментов сведены в таблицу 5.

Таблица 5

Измельчение зерновок пшеницы дисковым измельчителем

№ опыта Факторы Масса продукта по повторностям, г Числовые характеристики

XI Х2 ХЗ Первая повторность Вторая повторность Третья повторность M

5, мм W, % (0, мин"'

1 1 16 1200 69,8 70,3 69,6 2,59

2 1 16 600 145,2 139,6 148,2 2,6

3 1 12 1200 91,4 96,4 91,2 1,99

4 1 12 600 49,9 49,0 52,7 2,14

5 0,5 16 1200 38,1 38,0 26,5 2,03

6 0,5 16 600 55,8 74,3 62,0 2,33

7 0,5 12 1200 35,9 36,8 38,2 1,69

8 0,5 12 600 62,1 59,3 57,3 1,99

В результате обработки опытных данных в Microsoft Excel была построена статистическая математическая модель процесса измельчения зерновок в кодированном виде:

Y=2,1708+0,1525Xi+0,2283Х2-0,0950Х3+0,0450XtX2-

0,0267Х,Х3+0, 0208Х2Х3+0,0208Х,Х2Х3. (14)

Уравнение регрессии устанавливает зависимость между критерием оптимизации Y (модулем помола продукта М) и факторами: зазором между дисками 5, влажностью зерна W и частотой вращения подвижного диска со. С помощью критерия Кохрена проведена оценка однородности дисперсий. Критерий Кохрена, по расчетам, равен 0,3729, а табличное значение [G] = 0,5157. Полученные данные позволяют сделать вывод, что гипотеза об однородности дисперсии принимается.

Проверка значимости коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента показала, что незначимыми являются коэффициенты:

Ь,.2= 0,0450; Ь| з=0,0267; b23=0,0208; Ь,.2.3=0,0208, что позволило представить уравнение регрессии в виде

У = 2,1708 + 0Д525Х, + 0,2283Х, - 0,0950Z3. (15)

С помощью критерия Кохрена проведена оценка однородности дисперсий. Критерий Кохрена, по расчетам, равен 0,3729, а табличное

значение [в] = 0,5157. Полученные данные позволяют сделать вывод, что гипотеза об однородности дисперсии принимается.

Критерий Фишера для данного уравнения Р=1,9726, что меньше табличного значения критерия Фишера |Т]=3. Значит, уравнение регрессии адекватно экспериментальным данным.

На поверхностях отклика (рисунок 8) отображены зависимости взаимодействия факторов, что свидетельствует о контролируемом процессе.

Рисунок 8 - Поверхности отклика

Удельный расход энергии при измельчении в дисковом измельчителе в 2,5 раза ниже, чем в дисковой дробилке Я.31.56.00.00.005 при одинаковом модуле помола М=1,69.

Качество фракционного состава готового продукта оценивалось с помощью вариационных помольных характеристик (рисунок 9) для различных модулей помола.

100%

1 - мелкий помол; 2 - средний помол; 3 - крупный помол Рисунок 9 - Вариационные помольные характеристики для различных модулей измельчения

Полученный в дисковом измельчителе готовый продукт имеет выровненный гранулометрический состав и соответствует ГОСТ на комбикорма.

Заданные фракции при мелком, среднем и крупном модулях помола до появления пыли составят: Ммелкий(0,68)=83,76%;

Мсрелний(1,69)=86,05%; М1срупный(2,58)=97,89%.

При этом содержание фракции менее 1 мм не превышало 1,5-3%.

В пятой главе приведены результаты оценки экономической эффективности использования дискового измельчителя кормового зерна. Экспериментальная конструкция дискового измельчителя прошла производственные испытания на молочнотоварной ферме СПК «Колхоза имени С.Г. Шаумяна» в линии приготовления комбикормов.

Результаты производственных испытаний позволяют сделать вывод о целесообразности применения дискового измельчителя. При одинаковой производительности и модуле помола серийная дробилка Я.31.56.00.00.005 имеет удельную энергоемкость процесса в расчете на тонну кормового зерна 6,02 кВтч/т, экспериментальный измельчитель - 3,37 кВт-ч/т, что в 1,78 раза ниже. Качество получаемого продукта соответствует ГОСТ на комбикорма. Чистый дисконтированный доход (в расчете за 7 лег) в размере 119385,61 рублей от экономии электроэнергии и повышения удоя с 6800 до 7200 кг молока.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Использование предложенной научной гипотезы позволило создать оригинальные рабочие органы дискового типа с тремя поясами деформации, которые обеспечили получение необходимого модуля помола кормового зерна для крупного рогатого скота и выровненного гранулометрического состава продукта от 85 до 96%.

2. Определением мгновенного и длительного модулей упругости, выполненным с усилием 0,30-0,35 разрушающего установлены значительные 3341% коэффициенты вариации их значений в пределах сортов ячменя, пшеницы и более 45% между сортами (после трех месяцев хранения в горизонтальных хранилищах и подработки) и находились в диапазоне Н (21,18/17,9) МПа, Е (7,06/7,34) МПа.

3. Разрушающие усилия в диапазоне влажностей (10,8-15,2) длительного хранения находились в пределах: ячмень - (6,75-7,11); пшеница - (6,47-6,62); овес - (3,91^,03), горох (нут) - (4,55-7,80) и снижались с увеличением влажности на 1% на, 1,7-2,3%.

4. Применение дозатора-распределителя, работающего в трех диапазонах подачи, позволило исключить заторы продукта в междисковом пространстве и довести содержание фракции <1 мм до 1,5-3 %.

5. Получены теоретические зависимости (1, 2) для согласования геометрических и кинематических параметров дозатора-распределителя в формулах (1, 2), условия беззаторной подачи однозернового слоя в приемный

конус (3), соотношения площадей бороздок F6 и классификаторов F„ подающего пояса в формулах (4, 5), обеспечивающих последовательное наращивание дефектов прочности с заданным уровнем измельчения X на входе в модульный пояс, радиусами поясов и наружным радиусом дисков Rd=270...295, что позволило снизить энергоемкость процесса в 2 и более раза.

6. С учетом упруго-вязких свойств зерновок получены зависимости напряжений (8, 9), рабочих усилий на элементах междискового пространства (1012) и мощности на процесс деформации и классификации продуктов измельчения по заданному зазору 5, что позволило рекомендовать глубину бороздок в модульном поясе hs от 0,5 до 1,0 мм; ширину в от 8 до 14 мм.

7. В результате реализации полнофакторного эксперимента ПФЭ 23 обоснованы рациональные параметры и режимы работы дисковой пары измельчителя:

- частота вращения подвижного диска, 600 мин"1;

- зазор в модульном поясе ¿=0,25; 0,5; 0,75, что обеспечило получение помола: мелкого - 0,68; среднего - 1,69; крупного - 2,59;

- подача 6000 кг/м2

При этом энергоемкость процесса при стандартных модулях помола составила Ауд: мелкий (0,68)=1,86 кВт'ч/т; средний (1,69)=1,64 кВтч/т; крупный (2,58)=1,4 кВтч/т.

8. Применение дискового измельчителя кормового зерна для приготовления комбикормов на молочнотоварной ферме СПК «Колхоза имени С.Г. Шаумяна» позволило хозяйству получить чистый дисконтированный доход (в расчете за 7 лет) в размере 119385,61 рублей от экономии электроэнергии и повышения удоя с 6800 до 7200 литров молока. За аналог приняли серийно выпускаемый дисковый измельчитель Я.31.56.00.00.005.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Иванов, В.В. Особенности деформации зерна рабочими органами измельчителей [Электронный ресурс] / В.В. Иванов и др. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (научный журнал КубГАУ). Краснодар: КубГАУ, 2014. - № 3 (097). -URL: http ://ei.kubagro.ru/2014//03/pdf Г дата обращения: 20.06.2014).

2. Иванов, В. В. Дисковый измельчитель кормового зерна / В.В. Иванов, JI.A. Гуриненко, A.M. Семенихин, В.Н. Шкодин // Техника и оборудование для села. -2014.-№ 10.-С. 9-12.

Изобретения и полезные модели:

3. Пат. 2511291 Российская Федерация, МПК В02С 9/00. Дисковый измельчитель кормового зерна / Иванов В.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО АЧГАА. - № 2012142839/13; заявл. 08.10.2012; опубл. 10.04.2014, Бюл. № 10.

Статьи в сборниках научных трудов:

4. Иванов, В.В. Физико-механические предпосылки снижения энергоемкости процесса измельчения зерна /, Л.А. Гуриненко, В.В. Иванов, A.M. Семенихин и др. // Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК: сборник научных

статей по материалам V Международной научно-практической конференции. -Ставрополь: АГРУС, 2010. - С. 67-71.

5. Иванов, В.В. Геометрия и кинематика дисковой пары измельчителя зерна /,

B.В. Иванов, A.M. Семенихин, Л.А. Гуриненко // Совершенствование технологических процессов и технических средств в АПК. - 2011. - № 9. -

C. 141-146.

6. Иванов, В.В. Особенности измельчения зерна дисковой парой / В.В. Иванов, A.M. Семенихин, Л.А. Гуриненко // Вестник аграрной науки Дона. -2012. — № 1.-С. 10-14.

7. Иванов, В.В. Геометрические параметры рабочей зоны дисковой пары ступенчатого измельчителя зерна / В.В. Иванов, A.M. Семенихин, Л.А. Гуриненко // Вестник аграрной науки Дона. -2012. - № 4. - С. 10-14.

8. Иванов, В.В. Энергосберегающий ступенчатый измельчитель зерна / В.В. Иванов, Л.А. Гуриненко, A.M. Семенихин // Состояние и перспективы развития сельхозмашиностроения: материалы 5-й международной научно-практической конференции. - Ростов: «Интерагромаш», 2012. - С. 61-64.

9. Иванов, В. В. Дозатор-распределитель зерна дискового измельчителя / В.В. Иванов и др. // Разработка инновационных технологий и технических средств для АПК. - 2013. - С. 302-308.

10. Иванов, В.В. Обоснование факторной модели энергетики дискового измельчителя зерна / В. В. Иванов, А. М. Семенихин, Л. А. Гуриненко // Совершенствование технологических процессов и технических средств в АПК. -2014.-№ 10.-С. 18-22.

11. Иванов, В.В. Геометрия дисковой пары ступенчатого измельчителя зерна / В.В. Иванов // Состояние и перспективы развития сельхозмашиностроения: материалы 7-й международной научно-практической конференции. - Ростов: «Интерагромаш», 2014. - С. 129-132.

12. Иванов, В.В. Двухступенчатый измельчитель кормового зерна / В.В. Иванов, Л. А. Гуриненко, А. М. Семенихин, В. Н. Шкондин // Инновационные разработки для АПК: сборник научных трудов. - Зерноград: СКНИИМЭСХ, 2014. -Ч.2.-С. 44-49.

13. Иванов, В.В Параметры решетчатого сепаратора дискового измельчителя кормового зерна / В.В. Иванов, Л.А. Гуриненко, A.M. Семенихин, В.В. Ященко // Инновационные разработки для АПК. -Зерноград: СКНИИМЭСХ, 2014. - Ч. 2. - С. 50-55.

14. Иванов, В.В. Высокотехнологичный измельчитель кормового зерна / В. В. Иванов, А. М. Семенихин, Л. А. Гуриненко // Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве: материалы Международной научно-практической конференции, 23-24 октября 2014 г. - Минск: БГАТУ, 2014. -Ч.1.-С. 345-346.

Подписано в печать 20.01.2015 г. Формат 60x84/16. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 9.

РО и ОП Азово-Черноморского инженерного института ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Советская, 15.