автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технология и параметры многоступенчатых измельчителей фуражного зерна с внутренней сепарацией

На правах рукописи

ШАГДЫРОВ Илья Баторович

ТЕХНОЛОГИЯ И ПАРАМЕТРЫ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА С ВНУТРЕННЕЙ СЕПАРАЦИЕЙ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства

2 8 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

005540288

Новосибирск 2013

005540288

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Бурятская государственная

сельскохозяйственная академия имени В.Р. Филиппова»

Научный консультант: Доктор технических наук, профессор.

Федоренко Иван Ярославович, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственый аграрный университет»

Официальные оппоненты: Кондратов Анатолий Федорович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет», президент

Сергеев Николай Степанович, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия», проректор по научной работе

Сабиев Уахит Калижанович, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П.А.Столыпина», профессор кафедры «Агроинженерия»

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссий-

ский научно-иследовательский институт механизации животноводства Россельхо ¡академии

Защита диссертации состоится « 16 » декабря 2013 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при ГНУ « Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ.

Автореферат разослан «_»____2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять по адресу: 630501. Новосибирская область. Новосибирский район, р. п. Краснообск, а/я 460 ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Телефон, факс (383)348-12-09; email: sibime@ngs.ru

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

В.В. Коротких

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основным направлением развития отраслей животноводства в ближайшие годы является внедрение энергоресурсосберегающих технологий на основе достижения современной науки и передового опыта.

Подъем животноводства будет обеспечиваться за счет повышения продуктивности скота и птицы, на основе создания и укрепления прочной кормовой базы, совершенствования технических средств механизации процессов производства и переработки кормов.

Современные исследования в области кормления сельскохозяйственных животных и птиц показывают, что следует не только обеспечить необходимый модуль помола фуражного зерна, но и добиться выравненное™ частиц по размерам и необходимого распределения фракционного состава измельченного продукта.

Основными машинами, применяемыми в сельскохозяйственном производстве и других отраслях народного хозяйства для измельчения зернового материала, являются молотковые дробилки, но они имеют ряд существенных недостатков: а) большие удельные затраты энергии на измельчение - от 10 до 15 кВт-ч на 1 т измельченного продукта; б) значительная удельная металлоемкость конструкций - от 300 до 650 кг/т и выше; в) неравномерный фракционный состав измельченного продукта с большим содержанием пылевидной фракции - до 30% при тонком измельчении и до 20% недоизмельченной фракции при грубом измельчении, а содержание целых зерен в готовой дерти -более 1%.

Проблемная ситуация в области измельчения фуражного зерна на корм скоту и птице состоит в том, что, с одной стороны, постоянно повышаются требования к качеству измельчения зернофуража, снижению расхода энергии, металла, а, с другой стороны, имеющиеся знания, методы и технические средства не могут в полной мере обеспечить дальнейший прогресс в данной отрасли.

Теоретические исследования по данной проблеме представлены множеством подходов, описаний, гипотез, теорий и т.д. Чаще всего каждый из этих подходов имеет право на существование применительно к конкретной машине и измельчаемому материалу. Однако цельного подхода, позволяющего выработать новые концепции процесса измельчения, нет.

В связи с вышеизложенным, исключительно большую актуальность приобретают вопросы обобщения имеющихся исследовательских и конструкторских работ по созданию энергоресурсосберегающих технологий в кормопри-готовлении, в том числе разработки менее энергоемкого способа «скалывание-срез» со своевременным выводом измельченного продукта из зоны измельчения и технических средств нового поколения.

Научная гипотеза. Эффективность процесса измельчения фуражного зерна в многоступенчатых измельчителях может быть повышена при совмещении процесса разрушения зерновки способом «скалывание-срез» и сепарации зерновой дерти с получением синергетического эффекта.

Цель исследований. Разработка технологий и технических средств эффективного процесса измельчения фуражного зерна с использованием многоступенчатого измельчения и сепарации зерновой дерти через сменные решета.

Объект исследований. Технологический процесс многоступенчатого измельчения фуражного зерна с внутренней сепарацией продукта измельчения.

Предмет исследований. Закономерности функционирования многоступенчатых измельчителей, характеризующие процессы разрушения фуражного зерна способом «скалывание-срез» и сепарации зерновой дерти через сменные решета.

Методы исследований. Общей методологической основой исследований являлись системный подход, методы математической статистики, теории вероятности и случайных процессов, регрессионного анализа. Теоретические исследования выполнялись с использованием положений, законов и методов классической механики, математики, математического моделирования. При экспериментальных исследованиях применялись методы планирования многофакторного эксперимента, корреляционного анализа. При обработке результатов исследования использовались программы БТАПЭТЮА, МАТНСАО. Достоверность положений работы подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также показателями производственных испытаний.

Научная новизна исследований.

1. Обоснован новый класс измельчителей фуражного зерна с использованием менее энергоемкого способа измельчения «скалывание-срез» с одновременным сепарированием зерновой дерти через сменные решетные сепараторы, обеспечивающих снижение энергозатрат на измельчение и получение готового продукта высокого качества, удовлетворяющего зоотехническим требованиям для различных видов, групп, возраста животных и птиц.

2. Установлены новые закономерности взаимодействия зерен фуражных культур с измельчающими и сепарирующими рабочими органами многоступенчатого измельчителя, позволяющие влиять на фракционный состав получаемого продукта.

3. Введен критерий оптимальности фракционного состава зерновой дерти, содержащий потери от переизмельчения и недоизмельчения фуражного зерна в измельчителях, а также дополнительные затраты, обусловленные применением многоступенчатого процесса измельчения.

4. Получена математическая модель вероятности разрушения зерен фуражных культур при многократном воздействии на зерновку способом «ска-

лывание-срез», позволяющая прогнозировать фракционный состав получаемого продукта при многоступенчатом измельчении, с выбором интервалов кинематических и технологических режимов работы измельчителя.

5. Разработана математическая модель процесса внутренней сепарации измельченного продукта, учитывающая действие воздушного потока генерируемого рабочими органами измельчителя.

6. Обоснованы оптимальные конструктивно-режимные и технологические параметры многоступенчатого измельчителя с внутренней сепарацией зерновой дерти.

Новизна технических решений подтверждена 8 авторскими свидетельствами на изобретения и патентами.

Практическая значимость. Обобщена и развита теория и практика разрушения зерен фуражных культур с использованием способа измельчения «скалывание-срез». Использование многоступенчатого измельчения позволяет повысить эффективность процесса измельчения зернового материала путем применения менее энергоемкого способа измельчения «скалывание-срез» и своевременного вывода из зоны измельчения зерновой дерти заданного фракционного состава и тем самым осуществить избранное и прогнозируемое измельчение с получением продукта зоотехнически требуемого качества для различных видов, групп, возраста животных и птиц. Результаты исследований используются проектными организациями при разработке измельчающих машин, образовательными учреждениями в учебном процессе.

Реализация и внедрение результатов исследований. Основные результаты научно-исследовательской работы рекомендованы Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия и Забайкальского края к внедрению на предприятиях АПК. Разработанная техническая документация на изготовление многоступенчатого измельчителя фуражного зерна принята к внедрению Научно-исследовательским институтом сельского хозяйства Северного Зауралья и его ОПКБ. Челябинский межотраслевой территориальный ЦНТИ заложил в свой фонд комплект технической документации «Центробежная многоступенчатая дробилка для измельчения фуражного зерна на корм», на который получены запросы от заинтересованных агропредприятий.

Результаты научной работы используются в учебном процессе агростнже-нерных факультетов вузов Минсельхоза России. Отдельные разделы диссертационной работы используются преподавателями, аспирантами и студентами в качестве учебно-методического материала.

Диссертационный материал составил основу для написания двух монографий: I. «Обоснование технологического процесса измельчения фуражного зерна в трехступенчатом измельчителе» (Изд-во Бурятской ГСХА, 2006);

2. «Механико-технологические основы создания многостадийных измельчителей фуражного зерна» (Изд-во Бурятской ГСХА, 2010).

Образцы многоступенчатых измельчителей прошли производственную проверку на предприятиях АПК Челябинской области, Республики Бурятия и Забайкальского края.

На защиту выносятся:

- теоретическое обоснование многоступенчатого процесса измельчения и числа ступеней измельчения;

- критерий оптимальности фракционного состава измельченной зерновой дерти, содержащий потери от переизмельчения и недоизмельчения фуражного зерна, а также дополнительные затраты, обусловленные применением многоступенчатого процесса измельчения;

- математические модели процессов: движения зерновки в пазах измельчающих элементов ротора-диска и статора; разрушения фуражного зерна многократным воздействием на зерновку способом «скалывание-срез» с учетом пауз механического воздействия; сепарации измельченного фуражного зерна с учетом воздействия воздушного потока;

- экспериментальные закономерности, характеризующие технологический процесс измельчителя, позволившие обосновать его конструктивно-режимные и технологические параметры;

- экспериментальные закономерности, позволившие установить степень влияния воздушного потока на процесс сепарации продуктов измельчения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на следующих конференциях:

- международный семинар «Проблемы технологического образования в Бурятии и Монголии» (Улан-Удэ, БГУ, 2007);

- международная научно-практическая конференция, посвященная 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Селиванова (Новосибирск, ГНУ СибИМЭ, 2008);

-III международная научно-практическая конференция «Возобновляемые источники энергии для устойчивого развития Байкальского региона» (Улан-Удэ, БГСХА, 2008);

- III международная научно-практическая конференция «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, АГАУ, 2008);

- международная конференция «ENGINEERING PROBLEMS IN AGRICULTURE AND INDUSTRY» (Монголия, Улан-Батор, 2010);

- международная конференция «Восьмая Китайско-Российско-Монгольская научно-техническая выставка - выставка инновационных технологий в г. Маньчжурия» (КНР, Маньчжурия, 2011);

- на коллегиях Министерств сельского хозяйства и продовольствия За-

байкальского края (2011) и Республики Бурятия (2013);

- ежегодные научно-технические конференции Челябинского ГАУ (ЧИ-МЭСХ - 1980-1984, 1986), Бурятской ГСХА (1985-1988, 1992-1998, 20012013), Свердловского СХИ (1984), ВСГТУ (2007-2011 ), Бурятский ГУ (2007); Алтайский ГАУ ( 2008); Омский ГАУ (2013); Новосибирский ГАУ (2013).

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 63 научных работах, в том числе 12 опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК. Новизна технических решений защищена 8 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 246 наименований (в т.ч. 7 на иностранных языках) и приложений. Общий объем работы составляет 316 страниц, в том числе 23 таблицы, 98 рисунков и 8 приложений на 39 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель исследований и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние проблемы по измельчению фуражного зерна и задачи исследований» проанализированы вопросы влияния измельченного и неизмельченного фуражного зерна на продуктивность животных и птиц. Проведен: критический анализ теоретических и экспериментальных исследований физико-механических свойств фуражного зерна; анализ исследований по теории разрушения твердых материалов и фуражного зерна; представлено краткое изложение способов измельчения и классификация измельчающих машин, используемых в настоящее время в сельском хозяйстве для измельчения фуражного зерна; обосновано преимущество многоступенчатого измельчения фуражного зерна на корм скоту и птице.

Определением энергетической и качественной оценки процесса измельчения материалов занимались выдающиеся исследователи Ф.С. Бонд, Р. Гийо, В.П. Горячкин, Ф. Кик, В.А. Кирпичев, А.Н. Колмогоров, Я.Н. Куприц, Л.Б. Левенсон, П.А. Ребиндер, П.Р. Риттингер, А.К. Рундквист, С.Д. Хусид и др.

Вопросам повышения эффективности процесса измельчения зерновых культур для различных типов измельчающих машин посвятили свои исследования ученые В.Р. Алешкин, Г.Ф. Бахарев, В.Н. Блиничев, В.А. Денисов,

A.Р. Демидов, Н.С. Дорофеев, В.А. Елисеев, В.И. Земсков, C.B. Золотарев,

B.Л. Злочевский, Л.П. Карташов, Ф.С. Кирпичников, П.И. Леонтьев, C.B. Мельников, Ф.Г. Плохов, У.К. Сабиев, Н.С. Сергеев, П.М. Сиденко, A.A. Сундеев, В.И. Сыроватка, И.Я. Федоренко, А.Г. Фиапшев и др.

Вопросами оптимизации технологических процессов сепарирования, определяющих качество зернового вороха, занимались П.М. Василенко, В.А. Денисов, В.М. Дринча, П.М. Заика, Н.М. Иванов, В.А. Кубышев, И.П. Лапшин,

П.И. Леонтьев, С.С. Самбуев, Г.Д. Терсков, H.A. Урханов, Г.Е. Чепурин и другие исследователи. Они отмечают, что ориентация единичного зерна, движущегося по плоским и криволинейным поверхностям, при действии на него поля сил тяжести и инерционно-гравитационных сил носит вероятностный характер.

Первое авторское свидетельство (№1223993) на устройство, реализующее способ измельчения зерна «скалывание-срез», было получено П.И. Леонтьевым и автором данного исследования в 1986 году. Затем к данным исследованиям подключились Н.С. Сергеев, У.К. Сабиев, Б.В. Карта-шов, А.Г. Фиапшев, В.А. Федоров.

В целом проведенный анализ существующих исследований показал следующее:

- скармливание зерновых кормов за счет обоснованных размеров частиц измельченного зерна и его фракционного состава для различных видов, групп, возраста животных и птиц позволит получить дополнительный экономический эффект;

- в измельчителях зернового материала не используется в чистом виде такой энергосберегающий способ измельчения, как способ «скалывание-срез»;

- получаемый продукт, измельченный до требуемого фракционного состава с заданным модулем помола, не выводится своевременно из зоны измельчения, что ведет к его переизмельчению и к увеличению энергозатрат на измельчение;

- при разрушении зерновки деформацией сжатия требуется большая величина прилагаемой силы, а наименьшее усилие наблюдается при разрушении зерна лезвием;

- теории разрушения материалов, в том числе и фуражного зерна, в силу трудности определения различных коэффициентов, редко используются в практических расчетах и носят скорее качественный характер;

- для активного управления технологическим процессом измельчения зернового материала с получением продукта с заданной размерной характеристикой и для снижения удельной энергоемкости процесса необходимо использовать способ многоступенчатого измельчения с сепарацией зерновой дерти через сменные решета.

Анализ современного состояния проблемы по измельчению фуражного зерна на корм скоту и птице позволил сформулировать научную проблему, цель и задачи исследования. В соответствии с поставленной целью определены задачи исследования:

- обосновать технологические схемы многоступенчатого измельчения,

реализующих способ «скалывание-срез» с сепарацией зерновой дерти через сменные решета;

- обосновать фракционный состав зерновой дерти с учетом потерь от переизмельчения и недоизмельчения с применением логарифмически- нормального закона распределения;

- выявить основные закономерности и зависимости, определяющие эффективность процессов измельчения фуражного зерна и сепарации продуктов измельчения;

- разработать математические модели процессов: разрушения фуражного зерна многократным воздействием на зерновку способом «скалывание-срез» с учетом пауз механического воздействия; сепарации измельченного фуражного зерна, с учетом особенностей ее осуществления в измельчителе;

- выявить возможности интенсификации процесса сепарации зерновой дерти с использованием воздушных потоков в зарешетном пространстве многоступенчатого измельчителя;

- обосновать оптимальные конструктивно-режимные и технологические параметры многоступенчатого измельчителя, обеспечивающие снижение энергозатрат на измельчение и повышение качества измельченного продукта, отвечающего зоотехническим требованиям для различных видов, групп, возраста животных и птиц;

- провести оценку эффективности основных результатов исследований.

Во второй главе «Теоретические предпосылки совершенствования процесса многоступенчатых измельчителей фуражного зерна» разработана классификационная схема факторов, влияющих на эффективность работы многоступенчатого измельчителя, определены параметры оптимизации процесса измельчения фуражного зерна.

При известном и широко распространенном измельчении зерна ударом влет образуется одна или несколько ветвящихся трещин, что и обуславливает большой разброс продукта по размерам и его переизмельчение. При разрушении зерновок способом «скалывание-срез» по ней наносится удар двух лезвий, при этом формируется прямолинейная трещина, развивающаяся, как правило, без ветвления. Это и приводит к тому, что способ «скалывание-срез» дает более выровненный по размерам и фракционному составу измельченный продукт.

а) измельчение ударом влет;

Рисунок I - Схемы измельчения зерновок и получаемый продукт измельчения:

о

б) измельчение способом «скалывание-срез»

Анализ энергетических затрат на измельчение также показывает преимущества способа «скалывание-срез».

Как известно, КПД процесса измельчения оценивается по формуле:

п = А5 (1)

где А5 - работа, затрачиваемая на ооразование новых поверхностей;

Ау - работа, затрачиваемая на упругие деформации.

Анализируя уравнение (1) приходим к заключению, что для повышения эффективности и КПД процесса измельчения фуражного зерна необходимо выполнить следующие условия:

1) уменьшить работу упругих деформаций Ау путем использования измельчающих рабочих органов, работающих по способу измельчения «скалывание-срез» с приложением разрушающего усилия поперек зерна, т.е. А-—>тт.

2) увеличить работу на образование новых поверхностей А. путем использования многоступенчатого измельчения с обязательным и своевременным выводом готового продукта заданного фракционного состава из зоны измельчения через сменные решетные сепараторы, т.е. Аа —> тах.

Интенсивность процесса сепарации зависит от пропускной способности решет, которая, в свою очередь, зависит от площади живого сечения и скорости воздушного потока в отверстиях решета, т.е. от расхода воздуха:

(2)

где г? — скорость воздушного потока в отверстиях решета, м/с;

Рр — площадь живого сечения решета, м;

Кстж - коэффициент сужения струи в отверстии решета.

При создании вертикального потока в зарешетном пространстве измельчителя возникает скорость эжекции, которая интенсифицирует процесс сепарации, тогда формула (2) примет вид:

+ ^)РрКсуж., (3)

где и, - скорость вертикального воздушного потока, создаваемая эффектом эжекции, м/с.

На эффективность работы многоступенчатого измельчителя влияет целый ряд факторов, определяющих энергоемкость процесса и степень измельчения фуражного зерна. На основании априорной информации, нами была составлена классификационная схема факторов,влияющих на эффективность работы многоступенчатого измельчителя (рисунок 2).

В общем виде классификационная схема включает 20 факторов, которые на наш взгляд, влияют на эффективность работы многоступенчатого измельчителя при измельчении фуражного зерна.

Технологические

Механические

Конструктивные

° X

і» ^ ^ о К и О о а> ~

3 я <- Я

^ £? о-в-

X X V

«а.

5 си X со

х Я

а> а, ¿1"

ш о

о

X

я-

о о.

[Е.

03 X

И

X

&

>>3

їй

И о

2І Зк X ЬЙ о

2« 1) 3"

П-2 я

хЗ 3 с;

X

X

ч

Я«

о

И

Ё? *

4» 2 о.

I

с

ч о т

ІОІ

і к

5 с;

о ь

Ч X Ої X -о

X ч и и

о

X

а св

£Е ^

■£. Г

зо &

о.ю

о

Iй-

н о х о

Рисунок 2

Классификационная схема факторов, влияющих на эффективность работы многоступенчатого измельчителя

Работа, расходуемая на сообщение измельченному продукту скорости и на сепарацию зерновой дерти через решета, определится по формуле:

а2 = с

2д

■СТ.)

(4)

где дм - масса зерновой дерти, поступившая на решето сепаратора, кг; - окружная скорость ротора-диска, м/с. Работа, расходуемая на преодоление сопротивления трения в опорах ротора-диска, определится по формуле:

_ f(_Gp+ др)Роп-а>р (5)

А, =

где Gp — масса роторов-дисков измельчителя, м;

qp — масса зернового материала, находящегося на роторах-дисках, кг;

В — диаметр опоры ротора-диска, м;

СО - угловая скорость вращения ротора-диска, с"

у коэффициент трения качения в опорах ротора.

Таким образом, работа, затрачиваемая на осуществление рабочего процесса при измельчении и сепарации зернового материала в многоступенчатом измельчителе, определится:

Д-1 . я,.и2 + i?„)-Z>0,,-&).

AWM = K,q + K2Q(^) + (^-+Q9) + -v - г-,-" ^ (б)

где Ktq - работа, затрачиваемая на образование новых поверхностей; л—1

k,Q ( ^ ) - работа, затрачиваемая на упругие деформации.

Качественная оценка работы измельчителей оценивается помольными характеристиками, которые описываются логарифмически нормальным законом распределения, предложенным академиком А.Н. Колмогоровым.

Аналитически функция плотности вероятности/(х) и функции распределения F(x) записывается в виде:

f(x) =-:—ЄХр

J ' 7 XOV2K '

ln(x) — ii

ї,х>0 О

где о - параметры распределения, причем а > 0, -оо < р, <+сс; ег/— функция ошибок (табулирована).

Фактически данный вид распределения указывает на то, что полученная зерновая дерть имеет размеры от нуля и до размера исходных зерновок.

Для различных видов, групп, возраста животных и птиц же требуется определенный интервал размеров частиц измельченного фуражного зерна.

Графическая иллюстоаиия этих (Ьункций приведена на рисунке 3. fM---RxJ

о.в аб OA 0.2

— ffxj ""VA-y

0.8 О.б OA 02

Рисунок 3 - Логарифмически нормальное распределение размеров х частиц измельченной зерновой дерти

О 1 х- 2 Зх й 5 X. "" Вероятность Р того, что размер * частиц зерновой дерти примет значение, принадлежащее интервалу (х , х,), составит:

Р (х,<х < х2) = Qf(x)dx = F (Xj) - F (х2).

Геометрически указанную вероятность можно истолковать, как площадь заштрихованной фигуры (рисунок 3). Соответственно вероятность получения мелкого (для данного вида животных) помола:

Р(Х<Х,) = Qfix)dx, (Ю)

крупного (для данного вида животных) помола:

Р (х>х2) = Г f(x)dx. (")

л2

Как видно из рисунка 3, в нужную зону (X] < х < х?) попадает лишь некоторая часть помола. Размеры частиц зерновой дерти (0, ху) представляют переизмельченный продукт, (х„ со) - недоизмельченный. Мелкий помол ведет к перерасходу энергии измельчителем, крупный - не усваивается полностью животными. И в этом и в другом случае производство несет потери.

Определим аналитически наибольшую вероятность попадания размера частиц х, как случайной величины, в интервал (х;, х,), вычислив производную dP/'dx и приравняв ее к нулю, т.е.

dP-F\x2)-F\x,) = 0. °2)

(9)

dx

Поскольку функция F(x) содержит функцию ошибок

erfx = ТЕ In

dt,

(13)

где I - -—, то производная от этой функции будет равна

подинтегральной функции. Следовательно, имеем:

(7\ ^

Отсюда выражение (12) примет форму:

ПпСх.З-ц]-^[1п(х2)-ц]2.

Значение параметра и, доставляющее максимум функции (9) определится формулой: lnb:-, )+ Ini'x:-,)

Ц* =-—--:l-±l- (14)

2

Из выше сказанного ясно, что использование логарифмически нормального закона распределения частиц зерновой дерти при оценке фракционного состава позволяет получать физически и математически отчетливые результаты.

Более тонкий подход к решению задачи оптимизации фракционного состава зерновой дерти связан с введением экономических показателей. Для этого зададим удельные (в расчете на 1 кг дерти) потери: от переизмельчения зерна (дополнительные затраты энергии, недополучение продукции от животных) С, (руб./кг); измельчение согласно зоотехническим требованиям С, (руб./кг); недоизмельчение зерна (стоимость потраченной зря электроэнергии на измельчение, стоимость фуражного зерна, которое не усвоилось животными и птицей) С3 (руб./кг).

Тогда общие средние потери W будут равны сумме всех потерь, умноженных на вероятность их получения, т.е.

Wn= С, J*1/ (x)dx + Сг f(x)d\ + С3 fix.)dx min (15)

Для отыскания минимума потерь берем производную dW/dx и приравниваем ее нулю (учитывая, что С, = 0):

^ = CF'CXi) + C3F (х2) = 0. (16)

Вычислив производные и решая уравнение относительно ц, получим:

1 (С3 1

^ ' 2. In f---} '

Таким образом, чтобы потери от большого разброса частиц зерновой дерти по размерам были минимальными, многоступенчатый измельчитель должен быть сконструирован по параметру ц\ чтобы отвечать соотношению (17) при заданных значениях хр ху С,, С2.

Необходимое условие эффективного использования многоступенчатого измельчения - промежуточное просеивание продуктов помола.

Одна из возможных схем такого ступенчатого измельчения представлена на рисунке 4.

При соответствующем наборе решет сепаратора проходом идут частицы, отвечающие зоотехническим требованиям. Сходом идут целые и крупные частицы на повторное измельчение. Третья система является неполной,

состоит лишь из измельчителя. Рабочие органы третьей ступени измельчения конструктивно выполнены с меньшей шириной паза между измельчающими элементами ротора-диска, чем средние размеры исходного продукта. Это не дает возможности целому зерну пройти через пазы измельчающих элементов ротора-диска, тем самым обеспечивая требуемое качество получаемого продукта без применения операции сепарирования после третьей ступени измельчения.

Исходное зерно

Рисунок 4 - Технологическая схема многоступенчатого измельчения: 1-дробилка: 2 - сепаратор; I, II, III - номера систем «измельчитель-сепаратор»

ш

Дерть

Описанные выше общие потери, связанные с многоступенчатым измельчением, можно записать в виде:

Жп = ^+С4(п-1), (18)

где \У — потери при одноступенчатом измельчении;

п - число ступеней измельчения;

С4— потери, обусловленные усложнением технологической линии или конструкции измельчителя при многоступенчатой схеме, рублей на 1кг измельченной зерновой дерти.

Оптимальное число ступеней измельчения можно определить на основе классического анализа производной с!Шл/с1п, доставляющей минимум функции ^(п): а Ц?П " Ж

1 + с4 = О,

с1п п2

отсюда: П — (— . (19)

л! с4

Таким образом, использование многоступенчатого процесса измельчения целесообразно применять при условии, когда »С .

На основе проведенных исследований наиболее эффективен и экономичен процесс измельчения фуражного зерна в многоступенчатом измельчителе с числом ступеней измельчения п = 2,5 (т.е. две полные системы «измельчитель + сепаратор» и одна неполная — только «измельчитель» без сепарации).

Процесс движения частиц зернового материала по ротационным поверхностям во многом зависит от работы измельчающих и сепарирующих рабо-

чих органов, поэтому были проведены теоретические исследования движения зерновки по ротационным поверхностям многоступенчатого измельчителя.

Для определения скорости и времени прохождения зерновки в пазах измельчающих элементов ротора-диска и статора, представим схему размещения измельчающих элементов на рисунке 5.

Рисунок 5 — Схема расположения измельчающих элементов ротора- диска и статора:

1- гладкая поверхность ротора-диска (участок 1);

2- измельчающие элементы ротора- диска (участок 2):

3- измельчающие элементы статора (участок 3);

4- измельчающие элементы ротора-диска (участок 4)

Рассмотрим движение зерновки по отдельным участкам ротора-диска и статора. Принимаем зерновку как материальную точку, уравнение движения зерновки по участку 1 запишется в виде уравнения:

т х = т со2х - fm q (20)

т у = fm q - т 2 со х (21)

где гп - масса частицы;

X — ускорение частицы по оси х;

V — ускорение частицы по оси у;

<в — угловая скорость;

f- коэффициент трения зерновки о поверхность ротора-диска

Используя программу MATHCAD, определяем параметры прохождения зерновки по гладкой поверхности ротора-диска. Время занимаем = 8,1- 103с, при этом достигается скорость i>n= 39,6 м/с.

Далее зерновка поступает на вращающийся паз измельчающего элемента ротора-диска (участок 2), уравнение движения зерновки по участку 2 описывается уравнением m _ <rf> _ F (22)

где фп = тсо2 х; Fmp = rn-Jifgy + ilojxf)-

Fma = mgf- сила трения о горизонтальною поверхность ротора-диска; — m(ra>i'/) _ сила трения о боковую поверхность паза ротора-диска.

Зерновка покидает паз измельчающих элементов ротора-диска (участок 2) при х — v — 43,8 м/с, затратив время t = 4,8 10"4с.

Продвижение зерновки по участку 3 описывается уравнением:

тх - —F*pf — Pf (23)

где FZP = Pf

Зерновка покидает паз измельчающих элементов статора (участок 3) при х = v — 43,8 м/с, затратив время t = 4,6 10"4с.

Продвижение зерновки по участку 4 описывается уравнением:

тх = Фп - Fmp (24)

Зерновка покидает паз измельчающих элементов ротора-диска (участок 4) при х = v = 47,0 м/с, затратив время t = 4,5 Ю^с.

Таким образом, зная скорость и время на данных участках и на последующих ступенях измельчения, можно определять длину пазов измельчающих элементов роторов-дисков и измельчающих элементов статоров.

Уравнение движения зерновки по внутренней поверхности наклонного решета сепаратора запишется в виде:

F-лн = FTp+ G + N, (25)

где F ~ величина силы трения зерновки о поверхность решета сепаратора в момент соударения;

G — сила веса зерновки;

N — сила нормального давления зерновки.

При этом принято условие, что траектория движения зерновки совпадает с плоскостью направления действия сил трения Frp и инерции FHH (рисунок 6) по отношению к основной системе координат.

/ ^ і 4

■f^ , \ у' Рисунок 6 - Пространственная схема

j ' \ сил. действующих на зерновку на по-

г

верхности наклонного решетного сепа-

' с S

VV'' * ! у ратора

\ -.....................І—

/ЬУ /

Поэтому в новой естественной системе координат радиус траектории движения зерновки должен определяться зависимостью:

R

р =-, (26)

1 cos а

где R - рабочий радиус наклонной поверхности решетного сепаратора;

СС - угол между направлением силы нормального давления и вектором нормального ускорения в новой системе координат.

Проектируя действующие на зерновку силы в момент соударения ее с наклонной поверхностью решета, в новой системе координат получим уравнения:

та'7 = flp — Gsinp i ma'1 = N cosa + Gcospstna (27)

G cos¡2 sina = N sin/3

где p -угол между направлением вектора силы веса G и плоскостью, проходящей через ось ОХ, перпендикулярной к рассматриваемой плоскости XOY.

Проведя преобразования, получим:

г 2 -Л С28)

= fv* cos а - gpsin д. ( J

Полученное уравнение (28) позволяет изучить и построить траекторию движения частицы зерновой дерти в момент контакта с поверхностью наклонного решета сепаратора и вдоль всей ее траектории движения, обосновать конструктивные и режимные параметры процесса сепарации зерновой дерти в многоступенчатом измельчителе.

Для повышения эффективности процесса измельчения, кроме использования измельчающих рабочих органов, работающих по способу измельчения «скалывание-срез», необходимо предусмотреть как обязательную операцию просеивание измельченной зерновой дерти через сменные решетные сепараторы, установленные после 1-й и 2-й ступеней измельчения.

Наличие операции сепарирования измельченной зерновой дерти позволяет:

— вывести из общей измельченной массы ту часть продукта, частицы которого имеют заданные размеры или меньше их, и направить их к выгрузным патрубкам, что позволит снизить затраты энергии на измельчение, связанные с переизмельчением продукта из-за несвоевременного вывода готового продукта из зоны измельчения, а также их транспортировкой;

— получить более равномерный, заданный фракционный состав измельченного продукта, отвечающего предъявляемым зоотехническим требованиям для различных видов, групп, возраста животных и птиц;

— дает возможность управлять фракционным составом получаемого продукта измельчения.

Качество разделения измельченного фуражного зерна на сменных решетных сепараторах многоступенчатого измельчителя оценивается показателем полноты разделения 8. Данный показатель представляет собой критерий качества работы сепаратора, разделяющего измельченную зерновую дерть на две фракции (сход-проход) и выражается формулой:

(29)

« - О

где Фп - количество мелких частиц зерновой дерти, получаемое непосредственно при сепарировании — фактический проход;

Фо - количество мелких частиц зерновой дерти поступивших на решет-

ную поверхность сепаратора - ожидаемый проход (после 1-й и 2-й ступеней измельчения).

Материальный баланс разделения зерновой дерти на блоке из двух решетных сепараторов можно записать в следующем виде:

Рсе„ = Ч1+Я2 + ФШ.2, (30)

где с| 1 — подача зерновой дерти на решетный сепаратор после измельчения на

1-й ступени измельчения;

q - подача зерновой дерти на решетный сепаратор после измельчения на

2-й ступени измельчения;

Ф - количество мелкой дерти (проход), получаемый непосредственно при сепарировании на двух решетных сепараторах, установленных после 1 -й и 2-й ступеней измельчения.

В процессе измельчения фуражного зерна на 1-й и 2-й ступенях измельчения получаются проходовые частицы, имеющие диаметры меньше рабочего диаметра отверстий установленного на первом ПС1 и втором ПС2 сепараторах, сошедшие сходом. Тогда проходовые частицы, имеющие диаметры меньше рабочего диаметра отверстий второго сепаратора ПС12, сошедшие сходом с первого сепаратора, можно найти по уравнению:

Пс^Ч.-Ц,,, (31)

где II 2 - идентичен размеру II соответствующего диаметра отверстии решет, установленных на первом и втором сепараторах, мм.

Учитывая данные промежуточного анализа, математическую модель разделения зерновой дерти на блоке из двух решетных сепараторов можно записать в расширенном виде:

с>сн1 = ч, + ч2 + фп1.2 = пс, + с, + пс2 +с2+ фш-2. (32)

где С, - непроходовые (крупные и целые) измельченные частицы зерновой дерти, сошедшие сходом с первого сепаратора;

С2 - непроходовые (крупные и целые) измельченные частицы зерновой дерти, сошедшие сходом со второго сепаратора;

Ф - количество межой фракции, получаемое непосредственно при сепарировании (фактический проход) на первом и втором сепараторах).

Рассмотрим диаграммы векторов скоростей частиц зерновой дерти, при которых будет обеспечиваться беспрепятственное их прохождение через отверстия решет сепаратора, не ударяясь о стенки отверстия решета (рисунок 7 и 8).

5

и

о

Рисунок 7 - Диаграмма векторов скоростей частицы зерновой дерти, проходящей через отверстие решета сепаратора без участия вертикального воздушного потока

Рисунок 8 - Диаграмма векторов скоростей частицы зерновой дерти, проходящей через отверстие решета сепаратора с участием вертикального воздушного потока .

Это условие будет соблюдено, если

tea=—или tga = Цг, (33)

° D-d Ut

где a - угол, при котором частица зерновой дерти будет беспрепятственно проходить через отверстие решета сепаратора, град; S - толщина стенки решета сепаратора, мм; D - диаметр отверстия решета сепаратора, мм; d - диаметр частицы зерновой дерти, мм.

Из диаграмм векторов скоростей после некоторых преобразований определим vt iiVn абсолютной скорости воздушного потока в отверстиях

решета ^ 2-d-x>2+ 3h-g-cosa( D-d)

Vt =-——-, (34)

2-d-Vp

3-/г-{> -Я+д-^п а )• (35) — _——--

п 2 й-Ур *

Чтобы свободно проходить через отверстие решета сепаратора, частица зерновой дерти должна двигаться со скоростью г>р:

Я)р = (0-с1)д-—-.

В третьей главе «Обоснование основных параметров многоступенчатого измельчителя фуражного зерна» проведено определение параметров измельчающих элементов многоступенчатого измельчителя, обеспечивающих измельчение фуражного зерна способом «скалывание-срез», приведена методика расчета рациональных параметров рабочих органов и режимов работы многоступенчатого измельчителя.

Теория резания рассматривает два комплекса вопросов: во-первых, она изучает влияние различных факторов на величину сопротивлений и энергоемкость процесса резания; во-вторых, она изучает конструкции режущих аппаратов и их динамику.

Рассмотрим схему резания зерновки в нашем измельчителе (рисунок 9).

Рисунок 9 - Схема измельчающей пары в плоскости резания:

а,, а2 - ширина измельчающих элементов статора и ротора-диска; вр в2 - ширина паза статора и ротора-диска;

(3,, |32 - углы заточки измельчающих элементов статора и ротора-диска; 5,, 82 - острота граней ребер измельчающих элементов статора и ротора-диска; }\,}'2 — углы установки измельчающих элементов статера и ротора-диска;

Частота вращения ротора-диска, при которой будет соблюдено условие устойчивого движения зерновки в зону измельчения определится:

со —

f g

(37)

ІД (1-2/)

Для определим других параметров измельчающей пары рассмотрим еще одну схему (рисунок 10)

Статор

Pomo,

Из мель чающие элементы

Рисунок 10 — Схема расположения измельчающих элементов на роторе-диске и статоре

Количество неподвижных измельчающих элементов статора определится по формуле 7 _ (38)

где Ь - длина окружности статора, м;

¿1 - длина окружности, пройденной за время Т, м. Количество подвижных измельчающих элементов рабочих органов ро-

тора-диска находим по выражению: , „.

__гс і

п

(39)

Р ^Г+СЬ^+аО где д. - внутренний радиус /'-го кольцевого ряда, м;

¡}. — ширина пазов измельчающих элементов ротора-диска, м;

а,- — длина измельчающих элементов ротора-диска, м; иа — абсолютная скорость прохода зерновки в точке ее контакта с измельчающим элементом статора, м/с;

Т- время двойного среза зерновки, с.

Количество радиальных пазов ротора-диска и статора на первой ступени измельчения определяем по формуле:

2 = пЕ>1 п

где д _ внутренний диаметр [ — кольцевого ряда измельчающих элеме-

тов ротора-диска и статора, м.

В четвертой главе «Методические основы экспериментальных исследований конструктивно-режимных и технологических параметров многоступенчатого измельчителя фуражного зерна» предложен системный подход к экспериментальным исследованиям и разработана структурно-логическая схема проведения экспериментов. Также в данной главе приводится программа экспериментальных исследований, описание исследуемого зернового материала, частные методики проведения экспериментов, методики исследования процесса измельчения способом «скалывание-срез» при статистическом и динамическом нагружении зерновки в зависимости от конструктивных

и технологических параметров измельчителя.

Реализацию основного эксперимента проводили на опытном образце многоступенчатого измельчителя представленного на рисунок 11.

Многоступенчатый измельчитель работает следующим образом: очищенное от металлических и посторонних примесей фуражное зерно загружается в бункер 7 и через загрузочные окна 8, величина открытия которых регулируется заслонками, поступает на быстровращаюшийся ротор-диск 9. Измельчаемый материал под действием центробежной силы отбрасывается от центра вращения к периферии, где попадает под воздействие быстровращающихся рабочих органов 4 и 6 ротора-диска и неподвижных рабочих органов 5 статора первой ступени измельчения. Процесс измельчения фуражного зерна осуществляется с применением способа измельчения «скалывание-срез» между боковыми гранями измельчающих элементов 4 и 6 ротора-диска и боковыми гранями измельчающих элементов 5 статора. Измельченный на первой ступени измельчения до заданного модуля помола готовый продукт выводиться из зоны измельчения через сменный решетный сепаратор 3 и по скатной доске 2 направляется через разгрузочные окна 1 к отводным патрубкам 12 и удаляется из измельчителя с помощью крылача 11, установленного на вертикальном валу 10. Целые и недоизмельченные зерна по наклонной поверхности сменного решетного сепаратора поступают на вторую ступень измельчения. Процесс измельчения на второй ступени аналогичен процессу измельчения

на первой ступени.

Неизмельченное на второй ступени зерно поступает на третью ступень, где оно окончательно измельчается. Рабочие органы третьей ступени измельче-

ния конструктивно выполнены с меньшей шириной паза между измельчающими элементами ротора-диска, чем средние размеры фуражного зерна. Это позволяет получить измельченное зерно без содержания целых зерен в готовом продукте, тем самым обеспечивая требуемое качество измельченного фуражного зерна без операции сепарирования после третьей ступени измельчения.

Рисунок 11 - Схема опытного образца многоступенчатого измельчителя

На рисунке 12 представлен системный подход к экспериментальным исследованиям многоступенчатого измельчителя.

Теории по измельчению материалов и фуражного зерна

Физико-механические свойства фуражного зерна

Способы измельчения фуражного зерна

Технические средства для измельчения фуражного зерна

Влияние измельченного и неизмельченного фуражного зерна на продуктивность животных и ПТИЦЫ

Многостадийное

фуражного зерна

Классификационная схема факторов, влияющих на эффективность многоступенчатого измельчителя

1 этап. Метод априорного 2 этап. Метод 3 этап. Метод Бокса-

ранжирования. случайного баланса. У илсона.

20 факторов 11 факторов 4 фактора

Рисунок 12 - Системный подход к экспериментальным исследованиям многоступенчатого измельчителя фуражного зерна

Исходя из системного подхода к экспериментальным исследованиям многоступенчатого измельчителя, которое включает семь этапов с использованием активного планирования экспериментов, была разработана также структурная схема экспериментального исследования рабочего процесса многоступенчатого измельчителя (рисунок 13).

Гранулометрический состав измельченного фуражного зерна

Рисунок 13 - Структурная схема экспериментального исследования рабочего процесса многоступенчатого измельчителя

В пятой главе «Результаты экспериментальных исследований многоступенчатого измельчителя фуражного зерна» представлены полученные результаты проведенных экспериментальных исследований.

Для обоснования количества ступеней измельчения в конструкции многоступенчатого измельчителя была проведена серия опытов, в которых предусматривалось определить вероятность разрушения и распределительную функцию разрушенной части зерна; суммарную вероятность разрушения раз-яичных зерновых культур (пшеница, овес и ячмень) от частоты вращения роторов-дисков и числа приемов разрушения (рисунок 14, 15)

Рисунок 14-Зависимость вероятности разрушения зерен фуражных культур от частоты вращения ротора-диска и числа приемов разрушения: а - пшеница; б - овес; в - ячмень при 0 = 500 кг/ч

\ \ Мывг'

\1 /

/

г=-ІШх-.Зі27Ь.2іі _I

'5»'.<5.45«гу5 ¡~ит*Кта »«я.а

\ \ 1.1ьыиг"

\ ічг^Г

ОЬес

а)

(б)

Рисунок 15 - Зависимость суммарной вероятности разрушения зерен фуражных культур от частоты вращеия ротора и частоты приемов разрушения: а - пшеница; б - овес; в - ячмень при О = 500 кг/ч

(В)

Анализ представленных зависимостей (показывает, что вероятность разрушения зерен фуражных культур увеличивается от разрушения к разрушению и зависит от физико-механических свойств фуражного зерна, окружной скорости рабочих органов (частота вращения ротора-диска) и числа приемов разрушения. После второго приема разрушения зерна пшеницы и овса, имеют суммарную вероятность разрушения 60 % и выше, для зерен ячменя несколько меньше. Это обусловлено тем, что зерна ячменя имеют более высокую прочность. Заданная кумулятивная вероятность разрушения зерен фуражных культур, равная 90.. .95 %, достигается уже при двух-трех приемах разрушения.

Число ступеней измельчения в измельчителе должно быть таким, чтобы после измельчения на последней ступени в готовом продукте не было целых

зерен. Получение помола без целых зерен за счет установки дополнительного числа ступеней измельчения не всегда рационален по конструктивным решениям и по энергетическим показателям. Поэтому число ступеней измельчения следует ограничивать, задаваясь кумулятивной вероятностью разрушения, которая обусловлена зоотехническими требованиями, предъявляемыми к измельченному продукту для различных видов, групп, возраста животных и птиц.

В диссертации приведены результаты обработки полученных экспериментальных данных по вероятности разрушения фуражных культур от числа приемов измельчения, при различных кинематических режимах работы измельчителя в виде линейных уравнений регрессий.

Были также проведены эксперименты по влиянию воздушного потока в зарешетном пространстве измельчителя на эффективность работы многоступенчатого измельчителя. По их результатам построены экспериментальные зависимости (рисунок 16 и рисунок 17).

Рисунок 16 - Зависимость изменения и о от частоты вращения ротора-диска:

---скорость с вертикальным потоком;

— скорость без вертикального потока

Рисунок 17 - Зависимость изменения от частоты вращения ротора-диска:

— скорость с вертикальным потоком;

— скорость без вертикального потока

Из рисунка 16 видно, что нормальная составляющая ({?„) увеличивается, а тангенциальная составляющая («<.) уменьшается. Это объясняется тем, что в зарешетном пространстве измельчителя создан вертикальный воздушный поток, причем скорость вертикального воздушного потока значительно больше скорости воздушного потока внутри измельчающей камеры, вызывая при этом «эффект эжекции», позволяющий увеличить значения абсолютной скорости воздушного потока в отверстиях решета сепаратора Ур (рисунок 17). Создание вертикального воздушного потока в зарешетном пространстве измельчителя позволило значительно повысить эффективность работы многоступенчатого измельчителя, результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Эффективность работы многоступенчатого измельчителя с использованием вертикального воздушного потока

Показатель Отсутствие воздушного потока (закрыты регулирующие окна) Наличие воздушного потока (открытые регулирующие окна)

Средний модуль помола, мм 0,86 1,44

Удельная энергоемкость, кВт*ч/т. ед. ст. изм. 8,25 2.75

Производительность измельчителя, кг/ч 2470 3800

Средняя скорость воздушного потока в отверстиях решета, м/с 12,2 (за счет действия крылача) 24,31

Анализируя таблицу 1, можно сделать следующие выводы:

- подтверждена ранее выдвинутая гипотеза о том, что создание в заре-шетном пространстве многоступенчатого измельчителя вертикального воздушного потока позволяет обеспечить повышение эффективности процесса измельчения фуражного зерна;

- эффективность работы многоступенчатого измельчителя повышается за счет увеличения пропускной способности решетных сепараторов при постоянной площади их живого сечения;

- из-за своевременного вывода измельченного продукта из зоны измельчения не происходит переизмельчения готового продукта. Это видно по среднему модулю помола, который увеличился с 0,86 до 1,44 мм, вследствие чего уменьшается удельная энергоемкость с 8,25 до 2,75 кВт-ч/т. ед. ст. изм. и повышается производительность многоступенчатого измельчителя с 2470 до 3800 кг/ч.

В качестве критерии оптимальности процесса измельчения фуражного зерна по энергетическим показателям была принята - удельная энергоемкость процесса Э с учетом степени измельчения, которая подсчитывается по формуле м

Э = (41)

где N - полезная мощность, разваваемая электрдвигателем при измельчении, кВт;

<3 - производительность измельчителя, т;

Д -степень измельчения.

Таким образом, величина Э комплексно характеризует работу измельчителя. В дальнейшем, при оптимизации процесса этот показатель был принят в виде главного критерия оптимальности.

Критерий X был использован в качестве ограничения в задаче оптимизации, поскольку связан с зоотехническими требованиями к измельченному продукту.

Проведена серия многофакторных экспериментов с использованием О-оптимапьного плана типа В4, построенного на гиперкубе.

После обработки результатов экспериментальных данных получена математическая модель удельной энергоемкости процесса в кодированном виде: Э=2,711+0,091 X1-0,0 89Х2-0,909ХЗ+0,3 09Х4-0,173Х,Х2+ 0,277Х,Х3 0,05 IX,Х4- 0,079Х2Х4-0,154Х3Х4+0,884Х|+0,399Х|+0,949Х|+

0,354X5

математическая модель степени измельчения в кодированном виде: Х=3,3 8+0,5 IX,-0,48Х2-0,41 Х3-0,25Х4-0,07Х,Х4+О.О9Х3Х4-0,23ДТ| -Н-0,43Л| —0,36Л'10,23Х| ++0,43Л'| —0,36X1 где Х| - частота вращения ротора-диска, с"';

(42; (43)

\г - подача зерна в измельчитель, т/ч; 3 - диаметр отверстий решет, мм;

Х4 - высота рабочих органов, мм.

Для определения оптимальных режимов и основных параметров многоступенчатого измельчителя использовали метод поиска экстремума в п-мер-ном пространстве, методом приведения уравнений регрессий каноническому виду. Двумерные сечения для изучения влияния факторов X, и Х2 на показатель удельной энергоемкости процесса построены при стабилизации факторов Х3 и Х4 на нулевом уровне. Подставив в уравнение регрессии (42) значение факторов = 0 и ХА = 0, получим:

у = 2,711+0,09Х, - 0,089Х2 - 0,173Х,Х2+0,884Х2 ,+0,399Х22 (44)

После некоторого преобразования уравнения (44) запишется в виде:

у- 2,705 = - 0,3 84Х2, - 0.899Х2, (45)

Так как коэффициенты регрессии уравнения канонической формы (45) имеют одинаковые знаки, то форма двумерной поверхности будет типа минимум (рисунок 18).

-I -0.5 О 05 X: -1 -05 О 0.5 X*

209 235.5 261 287 5

Рисунок 18— Зависимость удельной энергоемкости процесса измельчения от <3 и о) при с! =2,5 мм; Ь =14 мм

90 ns и.о 16.5 h.MM Рисунок 19 —Зависимость удельной энергоемкости процесса измельчения от d и h при со = 261; Q =2,5 т/ч

Из рисунка 18 видно, что представленная система контурных кривых, отображающих удельную энергоемкость процесса измельчения, имеет вид эллипсов. Причем большая ось эллипса располагается по фактору X, (частота вращения ротора). Это объясняется большим влиянием данного фактора на

показатель удельной энергоемкости, чем фактору (подачазерна в измельчитель).

Анализ двумерного сечения показывает, что практически верно выбрана область эксперимента. С изменением факторов Х{ и Хг показатель удельной энергоемкости процесса измельчения имеет минимум, находящийся в исследуемой области. Оптимальная зона достигается при следующих пределах изменения факторов: подача зерна в измельчитель 2,4...2,6 т/ч и частота вращения ротора 248...268 с_| при минимальной удельной энергоемкости процесса измельчения 2,7 кВт'ч/т.ед.ст.изм.

Анализ двумерных сечений Х3 - Х4 (рисунок 19) показывает, что с увеличением фактора Х4 (высота рабочих органов) показатель удельной энергоемкости процесса измельчения равномерно возрастает, а с увеличением фактора Х3 (диаметр отверстий решет) удельная энергоемкость снижается и имеет минимальное значение Э =2,48 кВт'ч/т.ед.ст.изм при ё = 3,75мм. Дальнейшее увеличение фактора Х3 ведет к неудовлетворительному качеству получаемого измельченного продукта, не отвечающего зоотехническим требованиям. Характер контурных кривых показывает преобладание влияния фактора Х3 над фактором Х4.

Рассмотрев и проанализировав все сочетания факторов двумерных сечений в совокупности друг с другом, нами были зафиксированы пределы оптимальных значений всех четырех факторов: частота вращения ротора, С0р = 248...267 с1; подача зерна в измельчитель, С> = 2,4...2,8 т/ч; диаметр отверстий решет, с1 = 2,5.. .3,5 мм; высота рабочих органов, Ь = 11,5... 12 мм.

При этих пределах изменения факторов обеспечивается получение измельченного фуражного зерна, отвечающего зоотехническим требованиям для различных видов, групп, возраста животных и птиц при минимальной удельной энергоемкости процесса измельчения Э = 2,44...2,72 кВт*ч/т.ед.ст.изм.

Двумерные сечения для изучения влияния факторов X, и Х2 на показатель степени измельчения построены при стабилизации факторов Х3 и Х4 на нулевом уровне. Подставив в уравнение регрессии (43) значение факторов Хг = 0 и ХА = 0, получим:

у = 3,38+0,51Х, - 0,48Х2 - 0,23Х2+0,43Х23 (46)

Анализируя уравнение (46), представляющее зависимость степени измельчения от частоты вращения ротора (X,) и подачи зерна в измельчитель (Х2), можно сказать, что с увеличением факторов Х1 ( (0Р) и Х2 ((^) степень измельчения Я уменьшается, причем увеличение подачи зерна в измельчитель <3 соответствует большему уменьшению степени измельчения. В пределах интервала варьирования фактора Х2 от 1,5 до 3,0 т/ч степень измельчения уменьшается с 4,68 до 3,55. Это соответствует зоотехническим требованиям длямелкого ДО = 0,8 мм) и среднего ДО = 1,2 мм) помола. При данном сочетании факторов X, и X 2 минимальная степень измельчения лежит вне рассматриваемой области, так как качество получаемого измельченного фуражного зерна не удовлетворяет зоотехническим требованиям, предъявляемым к измельченному продукту.

Графическая интерпретация поверхности отклика для факторов Х1 (частота вращения ротора) и Х2 (подача зерна в измельчитель) представлена на рисунке 20.

-0.5 О 0.5 X; -0.5 О ОБ X*

Рисунок 20 - Зависимость степени РиСуНок21 -Зависимость степени измель-измельчения от юр и <3 при чения от (1 и 11 при сор= 261 с '; <3 = 2,5 т/ч (1 =2,5 мм; Ь =14 мм

Для построения двумерного сечения поверхностей отклика Х3 - Х4, стабилизируем факторы Х1 (частота вращения ротора) и Х2 (подача зерна в измельчитель) на нулевых уровнях, тогда уравнение (43) будет иметь вид: у = 3,38 - 0,41 Х3 - 0,25Х4+0,09Х3Х4 - 0,36Х42. (47)

Проанализировав уравнение (47) зависимости степени измельчения от диаметра отверстий решет и высоты рабочих органов, графическая интерпретация которого показана на рисунке 21, видим, что степень измельчения X = 3,42 лежит в исследуемой области и соответствует модулю помола М =1,22 мм при Х3 = 2,5 мм, Х4 = 15,8 мм. Поверхность отклика Х3 - Х4 является окружность. Это указывает, на то что оба фактора — Х} (диаметр отверстий решет) и ХА (высота рабочих органов) - равнозначно влияют на параметр оптимизации, т. е. степень измельчения

Рассмотрев и проанализировав все сочетания факторов двумерных сечений в совокупности друг с другом, нами были зафиксированы пределы оптимальных значений всех четырех факторов: частота вращения ротора, (Ор = 209...248 с-1 ; подача зерна в измельчитель, С? = 2,25...3,5 т/ч; диаметр отверстий решет, <1 = 3,1...3,87 мм; высота рабочих органов, Ь = 11,5... 16,5 мм.

При этих пределах изменения факторов обеспечивается получение измельченного продукта, отвечающего зоотехническим требованиям со степенью измельчения X = 3,25...3,69, что соответствует ГОСТ 8770-72 для мелкого и среднего помола.

Для нахождения оптимальных значений факторов Хх, Х2, Х3 и ХА при различных их сочетаниях между собой на всех уровнях варьирования была составлена программа для вычисления минимального и максимального значения степени измельчения с использованием ЭВМ.

При минимальной степени измельчения X = 1,95, что соответствует крупному помолу М = 2,15 мм, получены следующие оптимальные значения для факторов: X ( —частота вращения ротора, сор = 209 с"'; Хг - подача зерна в измельчитель, <3 = 3,5 т/ч; Х3 - диаметр отверстий решет, с! = 3,75 мм; Х4 - высота рабочих органов, Ь = 19 мм.

При максимальной степени измельчения X = 6,0, что соответствует мелкому помолу М = 0,7 мм, получены следующие оптимальные значения для факторов: Х( - частота вращения ротора, сор = 314с1; Хг - подача зерна в измельчитель, <3 = 1.5 т/ч; Х} - диаметр отверстий решет, с1 = 1,0 мм; Х4 - высота рабочих органов, Ь = 9,0 мм.

Окончательные значения оптимальных параметров многоступечатого измельчителя представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Оптимальные параметры рабочего процесса многоступенчатого измельчителя

Показатели Частота вращения ротора-диска, 0)р, с"1 Подача зерна в измельчитель, Р, т/ч Диаметр отверстий решет. 4 мм Высота рабочих органов, Ь, мм Энергоемкость процесса измельчения, Э, кВт ч/т. едст.изм.

Степень измельчения (к):

максимальная* 314.0 1,5 1.0 9.0 2,11

средняя** 261.0 2.5 2.0 14.0 2,48

минимальная*** 209.0 3,5 3.75 19,0 2.7

Примечание:

*Х - 6.0 соответствует мелкому модулю помола. М=0,7 мм, для свиней;

**Х= 3,0 соответствует среднему модулю помола, М— 1,4 мм, для КРС;

***А= 1,96 соответствует крупному модулю помола, М= 2,15 мм, для птиц.

Они были получены на основе анализа главного критерия Э с учетом необходимости получения мелкого, среднего и крупного помола, отражаемого величиной X. Представленные данные являются основой для расчета и конструирования многоступенчатых измельчителей фуражного зерна.

Качественная оценка работы многоступенчатого измельчителя проводилась по анализу фракционного состава получаемого измельченного продукта и по модулю помола. Анализ интегральных кривых продуктов помола, полученные при измельчении по ступеням измельчения для пшеницы, овса, ячменя (рисунок 22) и при установке всех трех ступеней измельчения (рисунок 23) показывает, что с увеличением производительности измельчителя процент разрушения исходного продукта возрастает, а с увеличением частоты вращения ротора уменьшается.

Характер частотного распределения продуктов помола показывает (рисунок 22), что на первой ступени в зависимости от измельчаемой фуражной культуры разрушение исходного продукта до частиц с размерами 3,25 мм и больше составляет 26...55 %. На второй ступени измельчения происходит основной процесс разрушения, здесь практически разрушается все поступившее на измельчение зерно. Зерновая дерть после второй ступени измельчения содержит 40...70 % измельченных частиц с размерами 0,2...2,6 мм. На третьей ступени измельчения измельчаются все недоизмельченные частицы зерна, процент частиц с размерами 3,25 мм и более составляет всего 0,59...7,1 %, но при этом целых зерен в готовом продукте нет.

Данные частотного распределения с параметрами О = 0,5 т/ч; щ = 261 с'1 (рисунок 22) показывают процентное содержание пылевидных частиц в из-мельненом продукте: для ячменя -3,24 %, для овса-4,08 %, для пшеницы -4,37 %.

Рисунок 22 - Интегральные кривые остатков частотного распределения гранулометрического состава продуктов помола пшеницы, овса, ячменя, полученных при измельчении, по ступеням измельчения

Рисунок 23 - Интегральные кривые остатков частотного распределения гранулометрического состава продуктов помола зерен ячменя полученные при измельчении на трех ступенях измельчения

Характер кривых гранулометрического состава продуктов помола (рисунок 23) изменяется и имеет форму:

- выпуклая, указывает на преобладание в измельченном продукте зерен крупных размеров при со = 157 с-1;

- прямолинейная, указывает на равномерное распределение зерен всех размеров в измельченном продукте при со = 261 с ';

- вогнутая, указывает на преобладание в измельченном продукте зерен мелких размеров при ю = 314 с'1.

Из представленных зависимостей видно, что при условии выполнения принципиальной схемы многоступенчатого измельчителя, наиболее рациональное число ступеней измельчения соответствует трем ступеням, как это и было рассчитано теоретически.

Зависимости модуля помола измельченных фуражных культур от технологических и режимных параметров представлены на рисунках 24 и 25.

Ячмень (¿ = 15 7 с^. о —' ' "Го Си =261 с "

щ_______________ ! го о

1 ______ "а ' 2- Пшеницо^-.__-—" !--—" . о о

и: 31*. С ! > Горох

О. т/ч

Рисунок 24 - Зависимость модуля помола зерен ячменя от производительности измельчителя при различной частоте вращения ротора-диска

10 2.0 л О а. т/ч

Рисунок 25 - Зависимость модуля помола зерен фуражных культур (овес, пшеница и горох) от производительности измельчителя при

со =261 с"1 р

Анализ показывает, что в процессе разрушения измельченный продукт соответствует установленным ГОСТом нормативным требованиям и соответствует зоотехническим требованиям, предъявляемым к измельченному продукту для различных видов, групп, возраста животных и птиц. Так, при изменении частоты вращения ротора-диска от 157 до 314 с ', модуль помола ячменя изменяется в пределах 0,75.. .2,20 мм, что соответствует мелкому, среднему и крупному помолу (рисунок 24). Как видно из рисунка 25, при всех технологических и режимных параметрах работы многоступенчатого измельчителя обеспечиваются установленные зоотехнические требования.

В шестой главе «Производственные испытания, экономическая эффективность от внедрения многоступенчатых измельчителей фуражного зерна» представлены результаты производственных испытаний и экономическая оценка результатов исследования. Производственные испытания образцов многоступенчатых измельчителей проводились на предприятиях АПК Челябинской области, Республики Бурятия и Забайкальского края.

Годовой экономический эффект составляет 268 тыс. руб. в год на одну машину в сравнении с измельчителем ИЛС-5,0 и в сравнении с дробилкой КДМ-5,0 составил 372 тыс. руб./т. Срок окупаемости составил в сравнении с измельчителем ИЛС-5,0 - 0,43 года, а с дробилкой КДМ-5,0 - 0,69 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании анализа состояния проблемы измельчения фуражного зерна на корм скоту и птице проведено обобщение теоретических и эксперимен-

тальных работ в области использования нового типа многоступенчатого измельчителя, работающего по способу измельчения «скалывание-срез» с сепарацией зерновой дерти через сменные решетные сепараторы.

Констатировано, что эффективность скармливания измельченного фуражного зерна за счет обоснованных размеров частиц и фракционного состава продукта измельчения для различных видов, групп, возраста животных и птиц, позволяет получить дополнительныйэкономический эффект.

В результате собственных исследований установлено:

1. Использование способа измельчения «скалывание-срез» и многоступенчатой схемы измельчения позволяет получить синергетический эффект, заключающийся в следующем:

а) способ измельчения «скалывание-срез» дает более выровненный фракционный состав дерти, в связи с чем улучшаются условия сепарации получаемого продукта;

б) улучшению условий сепарации способствует также специально созданный вертикальный воздушный поток в зарешетном пространстве измельчителя, при этом интенсивность сепарации возрастает в 1,5 раза;

в) своевременный вывод кондиционного продукта из зоны действия измельчающих рабочих органов снижает показатель энергоемкости с учетом степени измельчения с 8,25 до 2,75 кВт'ч/т.ед.ст.изм.;

г) уменьшение размера сепарирующей поверхности в силу указанных факторов позволило создать компактный измельчитель фуражного зерна, работающий по многоступенчатой схеме (А. с. № 1223993 и патенты №№ 2447941, 2447942).

2. Установлено, что вывод измельченной зерновой дерти из зоны измельчения путем сепарации повышает производительность измельчителя на 65%, обеспечивает равномерный, заданный фракционный состав готового продукта без содержания целых зерен, а количество пылевидной фракции составляет не более 4,37 %.

3. Введен критерий оптимальности фракционного состава зерновой дерти, содержащий экономические потери от переизмельчения и недоизмельчения фуражного зерна в многоступенчатом измельчителе, а также дополнительные затраты, обусловленные применением многоступенчатого процесса измельчения. Данный критерий позволяет:

а) на стадии проектирования измельчителей рассчитывать рациональные конструктивные параметры;

б) рассчитать экономически обоснованное число ступеней измельчения зерна;

4. Выявлены закономерности, показывающие изменение воздушного потока (нормальная составляющая скорости увеличивается с 4,2 м/с до 11,78 м/с, тангенциальная составляющая скорости уменьшается с 13,69 м/с до 4,56 м/с, а абсолютная скорость воздушного потока в отверстиях решет увеличивается с 14,32 м/с до 26,46 м/с), что приводит к интенсификации процесса сепарации зерновой дерти.

5. Получены экспериментальные зависимости вероятности разрушения зерен фуражных культур при многократном воздействии на зерновку, позволяющие прогнозировать фракционный состав получаемого продукта при многоступенчатом измельчении, с учетом расчетов доверительных интервалов выбранных кинематических и технологических режимов работы измельчителя.

6. Получена математическая модель, характеризующая материальный баланс сепарации зерновой дерти и позволяющая определить критерий качества работы решетных поверхностей измельчителя.

7. Обоснованы оптимальные параметры многоступенчатого измельчителя по степени измельчения:

а) мелкий помол (0,7 мм для свиней) при Я = 6,0 достигается при следующих параметрах: угловая скорость ротора СО = 314 с1; подача материала в измельчитель (3=1,5 т/ч; диаметр отверстий решет с! = I мм; высота рабочих органов Ь = 9 мм;

б) средний помол (1,4 мм для КРС) при Д = 3.0 достигается при следующих параметрах: угловая скорость ротора СО = 261 с1; подача материала в измельчитель <5 = 2,5 т/ч; диаметр отверстий решет А = 2 мм; высота рабочих органов 11 = 14 мм;

в) крупный помол (2,15 мм для птиц) при Д = 1,96 достигается при следующих параметрах: угловая скорость ротора СО = 209 с'1; подача материала в измельчитель <3 = 3,5 т/ч; диаметр отверстий решет с! = 3,75 мм; высота рабочих органов Ь = 19 мм.

8. Использование в сельскохозяйственном производстве многоступенчатого измельчителя при измельчении фуражного зерна в сравнении с измельчителями ИЛС-5,0 и КДМ-5,0 показало, что себестоимость готовой продукции снизилось на 30% и составило 52,42 руб./т.

Ожидаемый среднегодовой экономический эффект от внедрения многоступенчатого измельчителя в хозяйствах АПК Республики Бурятия составит: при 100 % использовании - 26,33 млн. руб./год, при 40% — 10,72 млн. руб./год, при 30% - 7,14 млн. руб./год.

Список основных публикаций автора по теме диссертационной работы В изданиях по перечню ВАК:

1. Шагдыров И.Б. Интенсификация процесса сепарирования измельченного фуражного зерна и показатели эффективности работы трехступенчатого измельчителя с использованием воздушного потока [Текст] / И.Б. Шагдыров, Н.Р. Петинова, М.Б. Балданов // Сиб. вестник с.-х. науки. - Новосибирск: Сиб. ИМЭ. - 2007. № 9 - С.ИЗ... 117.

2. Шагдыров И.Б. Интенсификация процесса сепарирования в трехступенчатом измельчителе [Текст] / И.Б. Шагдыров, Н.Р. Петинова, М.Б. Балданов // Вестник БГУ: Математика и информатика. Физика и техника. - 2007. -Вып. 6 — С. 141... 143.

3. Шагдыров И.Б. К определению скорости воздушного потока в отверстиях сепарирующей поверхности трехступенчатого измельчителя [Текст] / И.Б. Шагдыров, Н.Р. Петинова, М.Б. Балданов // Вестник БГУ.: Математика и информатика. Физика и техника. - 2007 - Вып. 6 - С. 139... 141.

4. Шагдыров И.Б. Результаты и анализ разрушения фуражного зерна в трехступенчатом измельчителе [Текст] / И.Б. Шагдыров, М.Б. Балданов, Е.А. Митрофанов // Вестник Бурятской ГСХА имени В.Р. Филиппова. - Улан-Удэ: БГСХА. -2011. - № 1 (22). - С.75.. .79.

5. Шагдыров И.Б. Математическая модель прогнозирования процесса разрушения фуражного зерна в трехступенчатом измельчителе.[Текст] / И.Б. Шагдыров, Э.Н. Ошоров, М.Б. Балданов // Вестник Бурятской ГСХА имени В.Р. Филиппова. - Улан-Удэ: БГСХА. -2011. - №3 (24). - С.61 ...66.

6. Балданов М.Б. Выбор конструктивно-технологической схемы измельчителя грубых кормов [Текст] / М.Б. Балданов, И.Б. Шагдыров, Ц.И. Гармаев, Е.А. Митрофанов // Вестник Бурятской ГСХА имени В.Р. Филиппова. - Улан-Удэ: БГСХА,- 2012. —№1 (26) - С.73...77.

7. Шагдыров И.Б. Уравнения движения зерновки в пазах измельчающих элементов трехступенчатого измельчителя [Текст] / И.Б. Шагдыров, Ю.А. Сергеев, В.В. Тумурхонов, A.A. Алексеев, Е.А. Митрофанов // Вестник Восточно-Сибирского государственного технологического университета. - Улан-Удэ: ВСГТУ —2012. —№1 (36) - С. 165... 170.

8. Федоренко И .Я. Теоретические основы оптимизации гранулометрического состава дерти, образуемой при измельчении фуражного зерна [Текст] / И.Я. Федоренко, И.Б. Шагдыров, В.В. Садов. - Барнаул. - 2012. - Ползу-новский Вестник-2/2 2012.-С. 229...233.

9. Шагдыров И. Б. Результаты и анализ продуктов помола, полученного при измельчении в трехступенчатом измельчителе [Текст] / И.Б. Шагдыров

// Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - Барнаул. - 2012.-№ 9 (95)- 101... 103.

10. Шагдыров И.Б. Системный подход к изучению процесса измельчения фуражного зерна в трехступенчатом измельчителе [Текст] / И.Б. Шагдыров, И.Я. Федоренко //Вестник Бурятской ГСХА имени В.Р. Филиппова. - Улан-Удэ: БГСХА. - 2013. - № 1 (3 0) - С.67... 71.

11. Шагдыров И.Б. Модернизированный измельчитель фуражного зерна [Текст] / И.Б. Шагдыров, М.Б. Балданов, Е.А. Митрофанов // Сельский механизатор. - 2013. - № 1. — С. 26...27.

12. Шагдыров И.Б. Измельчитель кормов для хозяйств малых форм [Текст] /И.Б. Шагдыров, М.Б. Балданов, Е.А. Митрофанов, Н.Р. Петинова//Техника в сельском хозяйстве. -2013. -№3. - С. 29...30.

В авторских свидетельствах и патентах:

13. A.c. 948429 СССР: Мкл. В02 С 13/16. Молотковая дробилка [Текст] / Ц.Д. Сампилов, В.А. Маркусеев, И.Б. Шагдыров, В.М. Хамеев, А.Б. Мара-ев, В.Н. Булычев, В.В. Бутин (СССР); заявитель Бурятский сельскохозяйственный институт; заявл. 10.12.80; опубл. 07.08.82. Бюл. № 29.

14. A.c. 1223993 СССР: Мкл. В02 С13/00. Центробежная многоступенчатая дробилка для зерна [Текст] / П.И.Леонтьев, И.Б. Шагдыров (СССР); заявитель Челябинский ИМЭСХ; опубл. 15.04.86. Бюл. № 14.

15. Пат. 2362287 Российская Федерация: МПК А01 В 77/00, А01 В49/02. Устройство комплекса для измельчения почвы [Текст] / В.Б. Бохиев, И.Б. Шагдыров, М.Н. Сордонова, Б.В. Бохиев; заявитель и патентообладатель Бурятская ГСХА-2007 - 12101/12; заявл. 04.06.07; опубл. 27.07.09.

16. Пат. 2400957 Российская Федерация: МПК А01 В 77/00, А01 В49/02. Устройство комплекса для измельчения почвы [Текст] / И.Б. Шагдыров, В.Б. Бохиев, М.Б. Балданов, Н.Р. Петинова; заявитель и патентообладатель Бурятская ГСХА -2009 - 112226/21; заявл. 02.04.09; опубл. 10.10.10.

17. Пат. 2447941 Российская Федерация: МПК В02С 13/14. Центробежная многоступенчатая дробилка для зерна [Текст] / И.Б. Шагдыров, A.A. Аби-дуев, М.Б. Балданов, Ц.И. Гармаев, Н.Р. Петинова, Е.А. Митрофанов; заявитель и патентообладатель Бурятская ГСХА. -2010- 126877/02, заявл. 30.06.10; опубл. 20.04.2012. Бюл. № 11.

18. Пат. 2447942 Российская Федерация: МПК В02С 13/14. Центробежная многоступенчатая дробилка для зерна [Текст] / И.Б. Шагдыров, A.A. Аби-дуев, М.Б. Балданов, Ц.И. Гармаев; заявитель и патентообладатель Бурятская ГСХА. - 2010 - 126878/02, заявл. 30.06.2010; опубл. 20.04.2012. Бюл. №11.

19. Пат. 2440859 Российская Федерация: МПК АО 1 В 77/00, АО 1 В49/02. Ме-

татель сыпучих материалов [Текст] / A.A. Абидуев, H.A. Урханов, A.A. Абидуев, И.Б. Шагдыров; заявитель и патентообладатель Бурятская ГСХА. - 2011 - 2687/03, заявл. 03.06.10; опубл. 27.01.2012. Бюл. № 3.

20. Пат. 2478008 Российская Федерация: МПК В02С 13/28. Монолитный молоток универсального измельчителя кормов [Текст] / И.Б. Шагдыров, М.Б. Балданов, М.Н. Сордонова, Е.А. Митрофанов; заявитель и патентообладатель Бурятская ГСХА. - 2011 - 108145/13, заявл. 02.03.2011; опубл. 27.03.2013. Бюл. № 9.

В монографиях и учебных пособиях:

21. Шагдыров И.Б. Обоснование технологического процесса измельчения фуражного зерна в трехступенчатом измельчителе: Монография [Текст] /И.Б. Шагдыров // Бурятская гос. сельскохоз. акад. - Улан-Удэ: БГСХА, 2006. - 111 е.: ил. - Библиогр.: с. 27...32. - 150 экз.

22. Шагдыров И.Б. Механико-технологические основы создания многостадийных измельчителей фуражного зерна: Монография [Текст] / И.Б. Шагдыров, М.Б. Балданов; Бурятская гос. сельскохоз. акад. - Улан-Удэ: БГСХА, 2010. -234 е.: ил. - Библиогр.: с. 155... 177. - 100 экз.-ISBN 978-5-8200-0189-5.

В сборниках научных трудов и материалах конференций:

23. Шагдыров И.Б. Определение факторов, влияющих на энергоемкость процесса измельчения фуражного зерна в многоступенчатом дисмембраторе [Текст] / И.Б. Шагдыров // Технология и механизация производственных процессов в животноводстве. - Челябинск, 1983. - Ç.17...21.

24. Шагдыров И.Б. К определению основных конструктивных параметров рабочих органов в многоступенчатом дисмембраторе [Текст] / И.Б. Шагдыров//Технология и механизация производственных процессов в животноводстве / науч. тр. ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1983. - С. 22...25.

25. Леонтьев П.И. Автоматический питатель к дробилкам с вертикальной осью вращения [Текст] / П.И. Леонтьев, М.Д. Малаев, И.Б. Шагдыров // Информ. листок № 66-84 ЦНТИ. - Челябинск, 1984. - 4 с.

26. Шагдыров И.Б. Проведение отсеивающего эксперимента при исследовании процесса измельчения фуражного зерна в многоступенчатом дисмембраторе [Текст] / И.Б. Шагдыров / Депонирована во ВНИИТЭИСХ № 65/4. 85.

27. Шагдыров И.Б. Планирование эксперимента при исследовании процесса измельчения фуражного зерна в многоступенчатом дисмембраторе методом крутого восхождения [Текст] / И.Б. Шагдыров //Депонирована во ВНИИТЭИСХ № 106. 85.

28. Шагдыров И.Б. Измельчение фуражного зерна многоступенчатым дисмембратором [Текст] / И.Б. Шагдыров // Информ. листок № 66-85 Бурят-

ский ЦНТИ. - Улан-Удэ, 1985. - 4 с.

29. Шагдыров И.Б. Методика и результаты экспериментального определения энергозатрат при измелтнении фуражного зерна в многоступенчатом дисмембраторе [Текст] /И.Б. Шагдыров // Молодые ученые сельскому хозяйству Сибири и Дальнего Востока. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 1985. - С. 84.. .85.

30. Шагдыров И.Б. О необходимости измельчения кормов [Текст] / И.Б. Шагдыров // В клад молодых биологов в решение вопросов Продовольственной программы и окруж. среды. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 1987. - С. 160... 161.

31. Шагдыров И.Б. Обоснование параметров многоступенчатой дробилки фуражного зерна [Текст]: автореф. дис. ...канд. техн. наук / И.Б. Шагдыров. - Челябинск, 1988. - 20 с.

32. Шащыров И.Б. Обоснование параметров многоступенчатой дробилки фуражного зерна [Текст]: дис____канд. техн. наук / И.Б. Шагдыров. - Челябинск, 1988.-220 с.

33. Шагдыров И.Б. Качественная оценка работы многоступенчатой дробилки фуражного зерна [Текст] / И.Б. Шагдыров // Эксплуатация и ремонт с.-х. техники в условиях АПК Восточной Сибири / Сб. науч. тр. - Иркутск: Изд-во Иркутского СХИ, 1989. -С.81...85.

34. Шагдыров И.Б. Энергетическая оценка процесса измельчения фуражного зерна в многоступенчатом дисмембраторе [Текст] / И.Б. Шагдыров / Сб. науч. тр. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятский СХИ, 1993. - С.32...36.

35. Шагдыров И.Б. Теоретические предпосылки определения скорости воздушного потока в отверстиях решета [Текст] / И.Б. Шагдыров, Б.А. Дам-пилов, Н.С. Хусаев, А.Б. Калуженин / Сб. науч. тр. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 1995. -С.24...29.

36. Шагдыров И.Б. Исследование воздушного потока в зарешетном пространстве дробильной камеры [Текст] / И.Б. Шагдыров, М.Б. Балданов, А.И. Дарханов // Сб. науч. тр. Вып. № 57. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 1997, - С.26. ..31.

37. Шагдыров И.Б. Результаты влияния вертикального воздушного потока в зарешетном пространстве на эффективность работы многоступенчатой дробилки [Текст] / И.Б. Шагдыров, М.Б. Балданов, А.И. Дарханов // Сб. науч. тр. Вып. № 57. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 1997. - С-.31.. .34.

38. Шагдыров И.Б. Краткий обзор научных исследований физико-механических свойств зернового материала [Текст] / И.Б. Шагдыров // Науч. тр. Бурятской ГСХА. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 1998. - С. 16...20.

39. Шагдыров И.Б. Технико-экономический анализ математической модели удельной энергоемкости процесса измельчения фуражного зерна в многоступенчатой дробилке [Текст] / И.Б. Шагдыров // Науч. тр. Бурятской ГСХА. -Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА.1999. - С. 41. ..45.

40. Шагдыров И.Б. Анализ математической модели удельной энергоемкости процесса измельчения фуражного зерна в многоступенчатом дисмемб-раторе [Текст] / И.Б. Шагдыров // Материалы науч.-практ. конф. препод., со-труд. и аспир., посвящ. 55-летию победы ВОВ / Науч. тр. Бурятской ГСХА -Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 2000. - С.93...94.

41. Балданов М.Б. Влияние шага и угла ребер деки на производительность и модуль помола [Текст] / М.Б. Балданов, И.Б. Шагдыров, Н.С. Хусаев // Материалы науч.-практ. конф. препод., сотруд. и аспир. посвящ. 55-летию победы ВОВ / Науч. тр. Бурятской ГСХА - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 2000.-С.94...95.

42. Шагдыров И.Б. Малогабаритная дробилка дисмембраторного типа для измельчения фуражного зерна [Текст] / И.Б. Шагдыров // Информ. листок № 09-043-00 Бурятский ЦНТИ. - Улан-Удэ, 2000. - 4 с.

43. Шагдыров И.Б. Технико-экономический анализ математической модели степени измельчения фуражного зерна от конструктивных, кинематических и технологических параметров многоступенчатой дробилки [Текст] / И.Б. Шагдыров // Материалы региональной науч. практ. конф. посвящ. 40-летию ФМСХ и 70-летию Бурятской ГСХА / Науч. тр. Бурятской ГСХА. -Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 2001. - С.23...25.

44. Шагдыров И.Б. Основные требования к измельченному фуражному зерну перед скармливанием различным видам животным и птиц [Текст] / И.Б. Шагдыров, А.И. Дарханов, М.Б. Балданов // Бурятские аграрные ин-фор. новости, 2001 . -№5. - С.34...38.

45. Шагдыров И.Б. Новый способ длительного улучшения потенциального плодородия легких почв на 40...50 лет [Текст] / И.Б. Шагдыров, В.Б. Бохиев // Материалы науч. практ. конф. «Аграрная наука: проблемы и перспективы развития» - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 2005. - С. 10,.. 16.

46. Балданов М.Б. Определение мощности Мм, затрачиваемой на измельчение фуражного зерна в малогабаритной дробилке [Текст] / М.Б. Балданов, И.Б. Шагдыров //Материалы науч.-практ. конф. / Аграрная наука: проблемы и перспективы развития - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 2005. - С. 200.. .202.

47. Петинова Н.Р. Обоснование ступенчатого измельчения фуражного зерна в трехступенчатом измельчителе [Текст] / Н.Р. Петинова, И.Б. Шагдыров // Материалы науч. практ. конф. препод., сотруд. и аспир., посвящ. 75-летию Бурятской ГСХА. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 2006. - С. 56.. .59.

48. Балданов М.Б. Теоретические предпосылки к исследованию процесса измельчения кормов в универсальном измельчителе [Текст] / М.Б.Балда-нов, И.Б. Шагдыров // Материалы междунар. семинара «Проблемы техноло-

гического образования в Бурятии и Монголии»: - Улан-Удэ: Изд-во Бурятского ГУ, 2007.-С. 170...173.

49. Балданов М.Б. Определение мощности, затрачиваемой на разрушение зерна монолитными молотками [Текст] / М.Б. Балданов, И.Б. Шагдыров // Аграрная наука - сельскому хозяйству. Третья международная научно-практическая конференция. - Барнаул: АГАУ, 2008. - Т.2. - С. 158...161.

50. Балданов М.Б. Определение минимальной массы молотка малогабаритного измельчителя фуражного зерна [Текст] / М.Б.Балданов, И.Б. Шагдыров // Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхоз. товаропроизводителей Сибири: Материалы междунар. науч. - практ. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения акад. ВАСХНИЛ А.И. Селиванова ( п. Краснообск, 9-11 июня 2008 г.) / Россельхоз академия Сиб. отд-ние ГНУ Сиб. ИМЭ.-Новосибирск, 2008.-С. 411...415.

51. Балданов М.Б. Зависимость изменения модуля помола при измельчении фуражного зерна от конструктивно-кинематических параметров малогабаритного измельчителя [Текст] / М.Б. Балданов, И.Б. Шагдыров, В.Л. Шахаев // Материалы конф., посвящ. 140-летию акад. В.П. Горячкина / Сб. науч. тр. Серия: Технология, средства механизации и технического сервиса в АПК. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2008. - С. 80...84.

52. Балданов М.Б. Классификация молотковых дробилок [Текст] / М.Б. Балданов, И.Б. Шагдыров, В.Л. Шахаев // Сб. науч. тр.: Серия: Технология, средства механизации и технического сервиса в АПК. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2008.-С. 128... 132.

53. Балданов М.Б. Зависимость модуля помола при измельчении фуражного зерна в малогабаритном измельчителе от конструктивно-кинематических параметров [Текст] / М.Б. Балданов, И.Б. Шагдыров, В.Л. Шахаев // Возобновляемые источники энергии для устойчивого развития Байкальского региона. Третья международная научно-практическая конференция. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 2008. - С.88...92.

54. Шагдыров И.Б. К вопросу разрушения почвенных частиц с использованием КИП [Текст] / И.Б. Шагдыров, В.Б. Бохиев, М.Б. Балданов, Н.Р. Петинова//Технология, средства механизации итехнического сервисав АПК/Сборник научных трудов. Вып. 5. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2008. - С.99... 104.

55. Балданов М.Б. Краткий анализ и результаты влияния зазора между молотками и декой в молотковых дробилках на процесс измельчения фуражного зерна [Текст] / М.Б. Бадданов, И.Б. Шагдыров, В Л. Шахаев //Вестник ВСГТУ - Улан-Удэ: ВСГТУ, 2009. - № 4. - С. 20.. .24.

56. Шагдыров И.Б. Качественная оценка процесса измельчения фуражного

зерна в трехступенчатом измельчителе [Текст] / И.Б. Шагдыров, М.Б.Балданов, В.Л. Шахаев // Вестник ВСГТУ. - Улан-Удэ: ВСГТУ, 2009. -№ 4. - С. 36.. .39.

57. Шагдыров И.Б. Повышение потенциального плодородия пашни с использованием комплекса для измельчения почв [Текст] / И.Б. Шагдыров, В.Б. Бохиев, М.Н. Сордонова, М.Б. Балданов // Материалы международной конференции «Инженерные проблемы в сельском хозяйстве и технике» - Улан-Батор, Монголия. 2010. - С. 204...206.

58. Балданов М.Б. Теория движения молотка измельчителя и зерновки [Текст] / М.Б. Балданов, И.Б. Шагдыров, B.JI. Шахаев // Материалы международной конференции «Инженерные проблемы в сельском хозяйстве и технике» - Улан-Батор, Монголия. 2010. - С. 109... 110

59. Балданов М.Б. Выбор конструктивно-технологической схемы измельчителя грубых кормов [Текст] /. М.Б. Балданов, И.Б. Шагдыров, Ц.И. Гарма-ев, Н.Р. Петинова//Материалы международной науч. практ. конф., посвящ, 80-летию Бурятской ГСХА и 50-летию инженерного факультета / Инженерное обеспечение и технический сервис в АПК. Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 2011. - С. 40...44.

60. Петинова Н.Р. Обоснование многостадийного измельчения зернового материала [Текст] /. Н.Р. Петинова, И.Б. Шагдыров, М.Б. Балданов// Материалы международной науч. практ. конф., посвящ, 80-летию Бурятской ГСХА и 50-летию инженерного факультета / Инженерное обеспечение и технический сервис в АПК. Улан-Удэ: Изд-во Бурятской ГСХА, 2011. - С. 57. ..61.

61. Митрофанов Е.А. Обзор конструкций рабочих органов по сепарации зерновой дерти в измельчителях [Текст] / Е.А. Митрофанов, И.Б. Шагдыров .//Сборник научных трудов. Серия: Технология и средства механизации в АПК. Вып. 7. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2011. - С.90...95

62. Шагдыров И.Б. Теоретическое определение угла падения частицы зерновой дерти на поверхность решетного сепаратора [Текст] / И.Б. Шагдыров, A.A. Алексеев, Е.А. Митрофанов // Проблемы механики современных машин / Материалы пятой международной конференции. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. — Т.4. — С. 117... 121.

63. Шагдыров И.Б. Оценка полноты разделения решетных сепараторов многоступенчатого измельчителя фуражного зерна [Текст] / И.Б. Шагдыров, Н.Ф. Васильев, М.Б. Балданов // Перспективы технического сервиса для предприятий АПК / Материалы региональной науч. практ. конф., посвящ. 95-летию ОмГАУ имени П.А. Столыпина - Омск: Изд-во ИП Макшеевой Е.А., 2013.-С. 87...92.

Подписано в печать 13.09.2013. Бум. тип. №1. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 2,0 Тираж 100 . Заказ № 1063. Цена договорная.

Издательство ФГБОУ ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В. Р. Филиппова» 670034, г. Улан-Удэ, ул. Пушкина, 8 e-mail: rio_bgsha@mail.ru

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «БУРЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени В. Р. ФИЛИППОВА»

На правах рукописи

05201 4501 80

ШАГДЫРОВ Илья Баторович

ТЕХНОЛОГИЯ И ПАРАМЕТРЫ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ

ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА С ВНУТРЕННЕЙ СЕПРАЦИЕЙ

>

Специальность: 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант -заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор И. Я. Федоренко

Новосибирск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................... 7

Глава 1. Современное состояние проблемы по измельчению фуражного зерна и задачи исследований........................................15

1.1. О необходимости измельчения фуражного зерна при кормлении сельскохозяйственных животных и птиц.......................................... 15

1.2. Основные способы и технические средства измельчения зернового материала, применяемые в сельском хозяйстве.................................. 29

1.2.1. Жерновые мельницы............................................................. 34

1.2.2. Вальцовые мельницы........................................................... 36

1.2.3. Плющильные станки............................................................ 38

1.2.4. Центробежные дробилки...................................................... 39

1.2.5. Молотковые дробилки.......................................................... 41

1.3. Анализ результатов научных исследований физико-механических свойств фуражного зерна............................................................. 44

1.4. Состояние теорий по измельчению материалов и фуражного зерна... 49

1.5. Преимущества многоступенчатого измельчения фуражного зерна и тенденции развития измельчающего оборудования................................. 56

1.6. Выводы и задачи исследования................................................ 65

Глава 2. Теоретические предпосылки совершенствования процесса многоступенчатых измельчителей фуражного зерна......................... 68

2.1. Факторы и параметры оптимизации процесса многоступенчатого измельчения фуражного зерна........................................................ 68

2.2. Технологический процесс многоступенчатого измельчения фуражного зерна в виде структурного блока.............................................. 70

2.3. Обоснование технологической схемы многоступенчатого измельчителя фуражного зерна.................................................................. 71

2.4. Теоретические основы оптимизации фракционного состава зерновой

дерти, образуемой при измельчении фуражного зерна в многоступенчатом измельчителе............................................................................................. 74

2.5. Математическая модель разрушения фуражного зерна многократным воздействием на зерновку способом «скалывание-срез» с учетом

пауз механического воздействия.................................................... 83

2.6. Теоретические исследования движения зерновки по рабочим поверхностям многоступенчатого измельчителя.................................... 87

2.6.1. Уравнение движения зерновки по боковой поверхности измельчающего элемента ротора-диска..................................................... 88

2.6.2. Уравнение движения зерновки в пазах измельчающих элементов ротора-диска и статора................................................................. 92

2.6.3. Определение угла падения частицы зерновой дерти на поверхность решетного сепаратора............................................................... 101

2.6.4. Уравнение движения зерновки по решетной поверхности сепаратора...................................................................................... 104

2.7. Исследования процесса сепарации измельченной зерновой дерти через решетные поверхности сепараторов......................................... 108

2.7.1. Математическая модель процесса сепарации зерновой дерти через сменные решетные сепараторы................................................... 108

2.7.2. Работа решетной поверхности сепаратора при разделении зерновой дерти на фракции без использования вертикального воздушного потока........................................................................................................................................................................115

2.7.3. Работа решетной поверхности сепаратора при разделении зерновой дерти на фракции с использованием вертикального воздушного потока........................................................................................ 117

2.8. Энергетическая оценка работы многоступенчатого измельчителя при измельчении фуражного зерна.................................................... 122

2.9. Выводы по главе................................................................ 127

Глава 3. Обоснование основных параметров многоступенчатого измельчителя фуражного зерна....................................................................... 129

3.1. Обоснование измельчающих элементов, обеспечивающих измельчение зерновки способом «скалывание-срез».................................................... 129

3.2. Определение частоты вращения ротора-диска, при которой будет соблюдено устойчивое движение зерновки в зону измельчения................. 133

3.3. Определение необходимого количества неподвижных измельчающих элементов статора и подвижных измельчающих элементов ротора-диска и ширины паза между ними................................................................ 135

3.4. Выводы по главе................................................................... 139

Глава 4. Методические основы экспериментальных исследований конструктивно-режимных и технологических параметров многоступенчатого измельчителя фуражного зерна...................................... 140

4.1. Программа экспериментальных исследований.............................. 140

4.2. Исследуемый зерновой материал и экспериментальная установка многоступенчатого измельчителя................................................... 141

4.3. Частные методики проведения экспериментов при исследовании многоступенчатого измельчителя................................................... 151

4.3.1. Порядок проведения опытов................................................... 152

4.3.2. Определение производительности экспериментального многоступенчатого измельчителя............................................................... 153

4.3.3. Определение характеристик измельченного в многоступенчатом измельчителе фуражного зерна...................................................... 155

4.3.4. Определение фракционного состава продуктов помола при многоступенчатом измельчении фуражного зерна....................................... 156

4.3.5. Определение качественного состава получаемого продукта при измельчении в многоступенчатом измельчителе................................. 158

4.3.6. Определение скорости воздушного потока в зарешетном пространстве многоступенчатого измельчителя............................................. 159

4.3.7. Определение полезной мощности на измельчение фуражного зерна

в многоступенчатом измельчителе.................................................. 160

4.4. Исследование процесса измельчения зерновки способом «скалывание-срез» при статическом нагружении......................................................... 161

4.5. Исследование процесса измельчения зерновки способом «скалывание-срез» при динамическом нагружении.................................................... 164

4.6. Системный подход к экспериментальным исследованиям многоступенчатого измельчителя фуражного зерна......................................... 166

4.7. Выводы по главе................................................................... 177

Глава 5. Результаты экспериментальных исследований многоступенчатого измельчителя фуражного зерна................................................. 178

5.1. Результаты исследования процесса разрушения фуражного зерна многократным воздействием на зерновку способом «скалывание-срез» с учетом пауз механического воздействия........................................... 178

5.2. Результаты качественной оценки получаемого продукта при измельчении в многоступенчатом измельчителе........................................... 182

5.3. Результаты влияния угла заточки измельчающих элементов на усилие резания зерновки при статическом нагружении............................ 187

5.4. Результаты влияния влажности фуражного зерна на усилие резания....................................................................................................................... 189

5.5. Результаты исследования процесса измельчения зерновки способом «скалывание-срез» при динамическом нагружении.............................. 192

5.6. Результаты экспериментов по влиянию воздушного потока на эффективность работы многоступенчатого измельчителя........................ 194

5.7. Результаты обоснования конструктивно-режимных и технологических параметров многоступенчатого измельчителя.............................. 197

5.7.1. Результаты обоснования оптимальных режимов работы и основных параметров многоступенчатого измельчителя по удельной энергоемкости процесса измельчения фуражного зерна................................ 197

5.7.2. Результаты обоснования оптимальных режимов работы и основных параметров многоступенчатого измельчителя по степени измельчения фуражного зерна............................................................. 209

5.8. Выводы по главе..................................................................................... 219

Глава 6. Производственные испытания, экономическая эффективность от внедрения многоступенчатых измельчителей фуражного зерна....................................................................................... 221

6.1. Результаты производственных испытаний многоступенчатых измельчителей фуражного зерна........................................................ 221

6.2. Экономическая эффективность использования многоступенчатого измельчителя с внутренней сепарацией в сельскохозяйственном производстве......................................................................................................... 229

6.2.1. Эффективность использования многоступенчатого измельчителя с внутренней сепарацией по критерию энергетических затрат.................. 230

6.2.2. Экономическая эффективность использования многоступенчатого измельчителя с внутренней сепарацией в стоимостной форме............... 233

6.3. Выводы по главе................................................................... 241

Общие выводы......................................................................... 242

Библиографический список.......................................................... 245

Приложения............................................................................. 275

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Обеспечение населения продукцией животноводства является главной задачей агропромышленного комплекса России. В связи с этим в ходе реализации приоритетного национального проекта «Развитие агропромышленного комплекса» и последующих директивных материалах особое внимание обращается на проблемы животноводства и его кормопроизводство [1,2, 3].

Основным направлением развития отраслей животноводства в ближайшие годы будет являться внедрение энергоресурсосберегающих технологий на основе достижения современной науки и передового опыта. Подъем животноводства будет обеспечиваться за счет повышения продуктивности скота и птицы, а основой развития и укрепления отраслей животноводства является создание прочной кормовой базы, совершенствование технических средств механизации процессов производства и переработки кормов.

Из всего многообразия существующих способов приготовления кормов наибольшее применение получила механическая технология.

В механической технологии приготовления кормов самым распространенным и важным процессом является измельчение, обусловленное требованиями физиологии кормления животных и птиц. Дело в том, что питательные вещества, присутствующие в кормах, организмом животного усваивается только в растворенном виде, а скорость обработки частиц корма желудочным соком прямо пропорциональна площади их поверхности. В результате измельчения корма образуется множество частиц с высокоразвитой поверхностью, что способствует ускорению процессов пищеварения и повышению усвояемости питательных веществ.

Установлено, что на приготовление кормов в животноводстве расходуется 50...70% электрической энергии. Фуражное зерно в общей структуре расходуемых кормов для КРС составляет 30...35%, в свиноводстве его

удельный вес достигает 70%, в птицеводстве он доведен до 80...90% [194]. Улучшая эффективность использования фуражного зерна в кормлении животных и птиц, можно оказать существенное влияние на снижение затрат на единицу продукции. Этого можно добиться лишь в том случае, если все направляемое на корм животным и птицам фуражное зерно будет использоваться только в измельченном виде. Зерно, измельченное до требуемого модуля помола, который определен зоотехническими требованиями для различных видов, групп и возраста животных и птиц, позволяет сократить сроки откорма, уменьшить расход кормов, повысить поедаемость и усвояемость измельченного фуражного зерна, что в конечном итоге снижает себестоимость выпускаемой продукции животноводства (молока, мяса, яиц, шерсти и т.п.).

Основными машинами, применяемыми в сельскохозяйственном производстве и других отраслях народного хозяйства для измельчения зернового материала, являются молотковые дробилки, но они имеют ряд существенных недостатков:

а) большие удельные затраты энергии на измельчение - от 10 до 15 кВт ч на 1 т измельченного продукта; б) значительная удельная металлоемкость конструкций - от 300 до 650 кг/т и выше; в) неравномерный фракционный состав измельченного продукта с большим содержанием пылевидной фракции - до 30% при тонком измельчении и до 20% недоизмельченной фракции при грубом измельчении, а содержание целых зерен в готовой дерти - более 1% [72].

Наряду с этим современные исследования в области кормления сельскохозяйственных животных и птиц показывают, что следует не только обеспечить необходимый модуль помола зерновой дерти при скармливании ее для различных видов, групп и возраста животных и птиц, но и выравнен-

ность частиц по классам и необходимое распределение по крупности фракционного состава измельченного продукта.

В связи с вышеизложенным, исключительно большую актуальность приобретают вопросы обобщения имеющихся исследовательских и конструкторских работ по созданию энергоресурсосберегающих технологий в кормоприготовлении, в том числе разработки менее энергоемкого способа «скалывание-срез» » со своевременным выводом измельченного продукта из зоны измельчения и технических средств нового поколения.

Научно-техническая проблема. Заключается в разработке научных основ создания многоступенчатых измельчителей фуражного зерна, позволяющих снизить удельную энерго-и металлоемкость процесса измельчения фуражного зерна с получением заданного модуля помола и равномерного фракционного состава, удовлетворяющего зоотехническим требованиям, предъявляемым к готовому продукту для различных видов, групп, возраста животных и птиц.

Научные исследования и разработки, выполненные в рамках решений данной проблемы, являются основой диссертационной работы. Работа выполнялась в соответствии с заданием раздела федеральной программы по научному обеспечению АПК РФ, шифр 01.02: «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.», межведомственной координационной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001-2005 гг., одобренной Президиумом Российской Академии сельскохозяйственных наук 18 октября 2001 г., межведомственным советом по формированию и реализации программы 31 октября 2001 г., а также тематическими планами НИР Бурятской ГСХА.

Научная гипотеза. Эффективность процесса измельчения фуражного зерна в многоступенчатых измельчителях может быть повышена при совмещении процесса разрушения зерновки способом «скалывание-срез» и сепарации зерновой дерти с получением синергетического эффекта.

Цель работы. Разработка технологии и технических средств эффективного процесса измельчения фуражного зерна с использованием многоступенчатого измельчения и сепарации зерновой дерти через сменные решета.

Объект исследований. Технологический процесс многоступенчатого измельчения фуражного зерна с внутренней сепарацией продукта измельчения.

Предмет исследований. Закономерности функционирования многоступенчатых измельчителей, характеризующие процессы разрушения фуражного зерна способом «скалывание-срез» и сепарации зерновой дерти через сменные решета.

Методы исследования. Общей методологической основой исследований являлись системный подход, методы математической статистики, теории вероятности и случайных процессов, регрессионного анализа. Теоретические исследования выполнялись с использованием положений, законов и методов классической механики, математики, математического моделирования. При экспериментальных исследованиях применялись методы планирования многофакторного эксперимента, корреляционного анализа. При обработке результатов исследования использовались программы STATISTICA, MATHCAD. Достоверность положений работы подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также показателями производственных испытаний.

Научная новизна исследований.

1. Обоснован новый класс измельчителей фуражного зерна с использованием менее энергоемкого способа измельчения «скалывание-срез» с одно-

временным сепарированием зерновой дерти через сменные решетные сепараторы, обеспечивающих снижение энергозатрат на измельчение и получение готового продукта высокого качества, удовлетворяющего зоотехническим требованиям для различных видов, групп, возраста животных и птиц.

2. Установл