УДК 664.73.001.2

ОБОСНОВАНИЕ ФАКТОРНОЙ МОДЕЛИ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ЗЕРНА

Шкондин Владимир Николаевич
Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде
аспирант кафедры МТПиПСХП

Аннотация
Целью исследования в данной статье является поиск схемотехнического решения, которое решает задачу существенного снижение затрат энергии путем разделения деформации ее на статическую и динамическую, обеспечивающую требуемый фракционный состав продуктов помола. После проведения экспертной оценки и предварительных исследований прочностных характеристик кормового зерна отобраны наиболее значимые факторы, влияющие на качественный и энергетический критерии оптимизации.

Ключевые слова: двухступенчатый измельчитель зерна, факторная модель


JUSTIFICATION FACTOR MODEL OF TWO-STAGE GRAIN REFINER

Shkondin Vladimir Nikolaevich
Azov-Black Sea Engineering Institute FGBOU WO "Don State Agrarian University" in Zernograd
graduate student MTPiPSKHP

Abstract
The study in this article is to find the schematic solution that solves the problem of a significant reduction in energy consumption by dividing the strain on its static and dynamic, providing the required fractional composition of mill products. After the peer review and preliminary studies of strength characteristics of feed grain selected for the most important factors affecting the quality and energy optimization criteria.

Библиографическая ссылка на статью:
Шкондин В.Н. Обоснование факторной модели двухступенчатого измельчителя зерна // Современная техника и технологии. 2016. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2016/01/9164 (дата обращения: 28.05.2017).

Концентрированные корма являются важнейшим управляющим ресурсом продукционной функции в животноводстве. Зерновые корма дают максимальный эффект в составе комбикормов, наиболее энергоемким процессом приготовления которых является измельчение. Основными недостатками широко распространенных в комбикормовой промышленности и хозяйственных условиях для измельчения зерна молотковых дробилок является высокая энергоемкость и не удовлетворительные помольные характеристики, не отвечающие требованиям ГОСТ и зоотехническим рекомендациям по содержанию пыли и остатку целых зерен на решете ш3мм рассева[1,2].
Выполненные в последние годы исследования и предложенные технические решения измельчителей позволяют существенно улучшить энерготехнологические характеристики процессов измельчения. Однако они ориентированы на уменьшение числа ударов при высоких рабочих скоростях [3,4].
Авторы выполненных исследований и схематических решений, начиная с научной школы С.В. Мельникова и последних публикаций, уделяют основное внимание «организации» процесса в устройствах различной конструкции не касаясь физики процессов деформирования[5]. 
Учет упруго-вязких свойств зерновок основных кормовых культур обозначил перспективу разработки процесса их измельчения в решении ступенчатого наращивания разрушающих напряжений и дефектов прочности. В результате чего наметились два пути реализации наращивания внутренних напряжений: постепенное воздействие на зерновку дисковым рабочим органом или ступенчатое (вальцами, затем молотками) (рисунок 1) [6]. 
Производительность вальцовой пары определяется (рисунок 1а) из геометрических и кинематических соображений по формуле [1]:

 кг·с-1,     (1)

где - длина вальцов, м;
- рабочий зазор, мм принимается в зависимости от помола: мелкий – (01…0,2), средний – (0,2…0,3), крупный (0,5…0,8);
- скорость продукта в зазоре равная , м/с;
- плотность продукта, кг/м3;
- коэффициент заполнения мелющего пространства, (0,1…0,3).

                                              а                                                   б

а) деформация зерновки гладкими вальцами при щ12д-рабочий зазор; б-угол защемления; dЭ-эквивалентный диаметр зерновки; RВ-радиус вальца;

б) рабочий процесс ступенчатого измельчения зерна; 1 – вальцовая секция; 2 – молотковый барабан; 3 – концентрирующие и рассеивающие деки; 4 – измельчаемый материалРисунок 1 – Схемы работы измельчителей

Мощность на привод вальцов вычисляется по формуле [2]:

, Вт     (2)

где б-угол защемления, град;
- прочностная характеристика деформируемого слоя, Па;
dЭ-эквивалентный диаметр зерновки, мм;
RВ-радиус вальцов, мм.
Анализ приведенных зависимостей даёт общее представление об энергетике процесса, однако оценка значимости и взаимодействий факторов весьма затруднительна.
Для выбора факторов модели процесса выполнена их экспертная оценка по энергоемкости и модулю помола по известной методике [8].
Для выяснений мнений экспертов была разработана анкета (таблица1), к которой прилагалась схема двухступенчатого измельчения зерна предлагаемой конструкции (рисунок 1а). В состав экспертов вошли профильные специалисты СКНИИМЭСХ и АЧИИ.

Таблица 1 – Анкета экспертной оценки факторов работы двухступенчатого измельчителя зерна

обозначение фактора наименование фактора и единицы измерения интервалы (уровни) варьирования место фактора (мнение специалиста)
нижний верхний модуль помола энергоемкость
1 2 3 4 5 6
Х1 влажность зерна, % 10 12
Х2 подача, г/с 200 600
Х3 зазор между вальцами, мм 1 3
Х4 скорость рабочей поверхности вальцов, м/с 5 11
Х5 рабочая скорость молотков, м/с 35 45
Х6 количество пакетов молотков на барабане, шт 2 6
Х7 культура - +
Х8 число отражающих секций дек 2 6*

* – концентрирующие или рассеивающие секции дек
Результаты опроса специалистов сведены в таблицы 2 и 3 – алгоритм для определения коэффициента конкордации, в которых k – число факторов, m – число специалистов – экспертов.

В результате расчетов определены суммы  и разности  по формуле [3]:

,      (3)

где .

Таблица 2 – Алгоритм расчета коэффициента конкордации по модулю помола

Специалисты (m)
Факторы (k)
Приме
чание
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8
1 4 2 1 8 7 3 8 6
2 7 6 1 2 3 4 5 5
3 3 6 1 4 2 5 7 8
4 6 7 5 4 2 1 8 3
5 2 - 1 3 5 6 4 -
6 7 3 1 4 2 5 8 6
7 7 6 4 2 1 3 8 5
8 7 3 2 4 1 5 8 6
Суммы 
43
33
16
31
23
32
56
39
L=34
Разности 
9
-1
-18
-3
-11
-2
22
5
81 1 324 9 121 4 484 25
S=1049

Коэффициент конкордации рассчитывался по зависимости [4] [8]:

     (4)

После вычисления коэффициента конкордации оценивали его значимость по  – критерию Пирсона, равному [8]

     (5)

Табличные значения  критерия с числом степеней свободы  равны соответственно для уровней значимости: 0,10; 0,05; и 0,01 – 12,017, 14,067 и 18,475, что ниже полученного значения =21,85.
Таким образом, коэффициент конкордации значительно отличается от нуля и можно утверждать, что согласованность экспертов не является случайной.
По результатам опроса и критериальной оценки их значимости строим диаграмму рангов факторов по энергоемкости (рисунок 2).

Рисунок 2 – Диаграмма рангов факторов по модулю помола

Из приведенной диаграммы рангов можно сделать вывод о том, что для дальнейших экспериментальных исследований целесообразно отобрать такие факторы как:
х3 – зазор между вальцами, мм;
х5 – рабочая скорость молотков, м/с;
х4 – скорость рабочей поверхности вальцов, м/с;
х6 – количество пакетов молотков на барабане, шт;
х2 – подача, г/с.
Аналогичным образом выполнено ранжирование факторов по энергоемкости.
Таблица 3 – Алгоритм расчета коэффициента конкордации по энергоемкости

Специалисты (m)
Факторы (k)
Приме
чание
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8
1 6 1 7 3 2 8 5 4
2 6 4 5 3 2 1 8 7
3 6 5 3 4 1 2 7 8
4 7 1 4 2 6 3 8 5
5 5 4 3 2 1 7 6 8
6 7 3 1 6 2 5 8 4
7 7 4 3 2 1 5 8 6
8 7 2 3 4 1 5 8 6
Суммы 
51
24
29
26
16
36
58
48
L=36
Разности 
15
-12
-7
-10
-20
0
22
12
225
144
49
100
400
0
484
144
S=1546

Коэффициент конкордации равен:

     (6)

Оценивается значимость коэффициента конкордации по  – критерию Пирсона, равному

    (7)

Табличные значения  критерия также значительно ниже полученной величины =32,21, следовательно согласованность экспертов не является случайной, что позволяет сроить диаграмму рангов факторов по модулю помола (рисунок 3).


Рисунок 3 – Диаграмма рангов факторов по энергоемкости

Из приведенной диаграммы рангов можно сделать вывод о том, что для дальнейших экспериментальных исследований целесообразно отобрать такие факторы как:
х5 – рабочая скорость молотков, м/с;
х2 – подача, г/с;
х4 – скорость рабочей поверхности вальцов, м/с;
х3 – зазор между вальцами, мм;
х6 – количество пакетов молотков на барабане, шт.
Выделенные экспертами факторы управляемые, контролируемые и независимые достаточно полно согласуются с приведенными зависимостями, что позволяет планировать многофакторный эксперимент для выяснения их влияния на критерии оптимизации (энергоемкость и модуль помола), а также оценки влияния значимости взаимодействий, что позволяет приступить к математическому планированию многофакторного эксперимента по рабочей скорости молотков, зазору между вальцами, подачи, скорости рабочей поверхности вальцов, количеству пакетов молотков на барабане.
Попадание в первую пятерку одинаковых факторов с разными рангами позволяет решить компромиссную задачу энерготехнологической оптимизации двухступенчатого процесса измельчения зерна.
Аппроксимация результатов экспериментального определения зависимости коэффициента восстановления от относительной деформации зерновок (рисунок 4) подтверждает их функциональную связь и позволяет назначить диапазон зазора между вальцами хв полнофакторном эксперименте для обоих критериев оптимизации.

Рисунок 4 – График зависимости коэффициента восстановления от относительной деформации

Из графика (рис. 4) видно, что момент разрушения зерновки ячменя находится в пределах 0,3-0,4 высоты зерновки, при этом коэффициент восстановления равен 0,7-0,8. Коэффициент корреляции в серии опытов составил =0,98065.


Библиографический список
  1. Опрышко В.М. Сравнительная оценка качества продукта при измельчении в молотковой дробилке и ударно-центробежном измельчителе / В.М. Опрышко, В.В. Труфанов, С.И. Щедрин, В.В. Ляпин / Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: Межвузовск. сборник науч. труд. – Вып. 3. – Воронеж, 2007. – с. 267-269.
  2. Федоренко И.Я. Влияние числа ударов, необходимых для разрушения зерна на энергетику процесса измельчения / И.Я. Федоренко, С.В. Золотарев, А.А. Смышляев // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2001. – №6. – с. 53–54.
  3. Ляпин В.В. Совершенствование рабочего процесса ударно-центробежного измельчителя / Автореф. дис…. канд. техн. наук / Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки. – Воронеж, -  2009. – 18с.
  4. Смышляев А.А. Совершенствование рабочего процесса центробежного измельчителя фуражного зерна/ Автореф. дис…. канд. техн. наук / Алтайский государственный технический университет им. Ползунова. – Барнаул, – 2002г. – 23 с.
  5. Долгов И.А. Математические методы в земледельческой механике / И.А. Долгов, Г.К. Васильев. – М.: Машиностроение, 1967. – 204 с.
  6. Шкондин В.Н.  Особенности деформации зерна рабочими органами измельчителей / А.М. Семенихин, Л.А. Гуриненко, В.В. Иванов, В.Н. Шкондин // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – №03(097).  – IDA [article ID]: 0971401003. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/03/pdf/03.pdf, 0,938 у.п.л.
  7. Коваленко В.П., Петренко И.М. Механизация технологических процессов в животноводстве. Краснодар, Агропромполиграфист, 2003. 432 с.
  8. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. – 2-е изд., перераб. И доп. – Л.: Колос. Ленингр. Отд-ние, 1980. – 168 с., ил.


Все статьи автора «Шкондин Владимир Николаевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: