УДК 631.5:664.73

ПАРАМЕТРЫ ДИСКОВОЙ ПАРЫ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ

Гуриненко Людмила Александровна1, Иванов Вячеслав Владимирович2, Семенихин Александр Михайлович3
1Азово-Черноморский инженерный институт — филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Донской государственный аграрный университет» в г.Зернограде, кандидат технических наук, доцент кафедры “Физики”
2Азово-Черноморский инженерный институт — филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Донской государственный аграрный университет» в г.Зернограде, кандидат технических наук, Институт Агроинженерных Проблем, инженер
3Азово-Черноморский инженерный институт — филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Донской государственный аграрный университет» в г.Зернограде, доктор технических наук, профессор кафедры “механизации технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции”

Аннотация
Определены параметры рабочих поверхностей дисковой пары оригинальной геометрии (подвижного и неподвижного), Выполняющих ступенчатое наращивание дефектов прочности зерновок на элементах подающего и модульного поясов, измельчение зерновок до заданных размеров с учетом упруго-вязких особенностей. Предложенны аналитические зависимости для определения соотношений между рабочими поверхностями дисков с учетом степени измельчения, действующих напряжений и рабочих усилий, энергии измельчения и подачи. Приведены вариационные помольные характеристики, удельные энерготехнологические показатели и модельный ряд дисковых измельчителей

Ключевые слова: бороздка, Диск, зерно, классификатор, модельный ряд., модуль, напряжение, пояс, удельные показатели, эпюра


PARAMETERS OF DISK COUPLE OF GRINDER

Gurinenko Ludmila Alexandrovna1, Ivanov Vyacheslav Vladimirovich2, Semenikhin Alexander Mikhailovich3
1Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of Don State Agrarian University in Zernograd, candidate of technical Sciences, associate Professor of the Department “Physics”
2Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of Don State Agrarian University in Zernograd, candidate of technical Sciences, Institute of agro engineering problems, engineer
3Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of Don State Agrarian University in Zernograd, doctor of technical Sciences, Professor of the Department “mechanization of production technology and processing of agricultural products”

Abstract
Parameters of the working surfaces of disk couple of original geometry (mobile and motionless) which are Carrying out step accumulation of defects of durability of beetle on elements of the giving and modular belts, crushing of beetle to given sizes taking into account elastic and viscous features are determined. We offered analytical dependences for definition of ratios between working surfaces of disks taking into account extent of crushing, the operating tension and working efforts, energy of crushing and giving. Variation grinding characteristics, specific power technological indicators and a model range of disk grinders are provided.

Keywords: belt, grain, groove, model range, module, qualifier, specific indicators, tension


Библиографическая ссылка на статью:
Гуриненко Л.А., Иванов В.В., Семенихин А.М. Параметры дисковой пары измельчителя // Современная техника и технологии. 2016. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2016/02/8921 (дата обращения: 02.10.2017).

Концентрированные корма в кормовом балансе птицеводства составляют 93%, в свиноводстве до 90%, в скотоводстве – 30% и имеют тенденцию к увеличению в рационах высокопродуктивных животных. Стратегия машинно-технологической модернизации этих отраслей предпологает организацию на современной технической и технологической основе приготовления высококачественных комбикормов точного применения [1].
Основной и наиболее трудоёмкой операцией технологии производства комбикормов является измельчение, в соответствии с требованиями ГОСТ и зоотехническими рекомендациями, исходных компонентов – и прежде всего кормового зерна.
В настоящее время, на основе фундаментальных положений земледельческой механики, разработаны теоретические модели построения, технологической и энергетической оценки измельчителей зерна, направленные на снижения энергоёмкости процессов с учётом физико-механических свойств зерновок.
В рабочей формуле профессора С.В. Мельникова для удельной энергии измельчения, полученной на основе обобщенного закона измельчения академика П.А. Ребиндера [1, с 92-100]

, Дж/кг      (1)

Cs и Cv – коэффициенты, учитывающие, энергию на образование новых поверхностей и деформацию измельчаемых объектов;

λ – степень измельчения

Степень совершенства и эффективность процесса оцениваются его организацией с помощью коэффициента Спр, учитывающего влияние случайных факторов, способов измельчения и особенности конструкции рабочих органов. 
Из приведённой зависимости (1) следует, что совершенствование процесса измельчения зерна, снижение энергоёмкости находится в области учёта свойств продукта (Cs и Cv), конструкции рабочих органов и его организации (Спр) при требуемой степени измельчения λ.
Приложение этих положений и теории измельчения к конкретной геометрии и кинематике рабочих органов измельчителей, с учётом механико-технологических особенностей и характеристик продукта, требует отдельного рассмотрения.
Рабочие органы ступенчатого измельчителя представляют собой пару дисков (рисунок 1), один из которых (верхний) неподвижный, а нижний вращается на вертикальном валу; [2].

На рабочей поверхности нижнего диска (рисунок 1) имеются подающие бороздки А, площадки релаксации В и модульный пояс С, обеспечивающие циклическое воздействие на зерновку от вхождения в рабочее пространство до полного измельчения и выходa из него.

R, Rм, R0 – радиусы, соответственно, диска, модульного пояса и приёмного окна; А – подающая бороздка; В – площадка релаксации классификатора (подающий пояс); С – модульный пояс, hвк–высота конуса верхнего диска; hнк–высота нижнего конуса;
Рисунок 1 –– Элементы рабочей поверхности дисковой пары нижнего подвижного и верхнего неподвижного

Апприори, согласно теории измельчения, размеры горизонтальных проекций участков диска регламентируются степенью измельчения и для равных переходов продуктов находятся в соотношении 1:: и так далее, если таких переходов более двух [1, с. 92-94].
Тогда площади бороздок и классификаторов подающего пояса, определяются по зависимостям

       (2)

Площадь Fc поверхности модульного пояса – составит

.       (3)

Тогда наружный радиус диска, соответствующий размерам подающего пояса, определится из равенства (3) в развернутом виде с учётом (2)

       (4)

для произвольного значения – переходов между элементами и поясами измельчения.
С учётом скорости ω относительной деформации зерновок и их частей в подающих бороздках (рисунок 2) от R0 до Rм и от «а» до «в» равной

,       (5)

где ω0 – угловая скорость диска,·с-1;
Ri – расстояние от оси вращения диска до произвольной точки на наклонной плоскости подающей бороздки, м;
hп – суммарная высота приёмных конусов дисков, м;
α – угол подъёма дна бороздки в оксиальном сечении, град;
δм – модульный зазор между дисками, м.
Угловая скорость нижнего диска ωопределяется из условия движения зерновок и продуктов измельчения по наклонной поверхности подающих бороздок (рисунок 2)

,       (6)

где β – угол подъема дна бороздки в радиальном направлении, град; f – коэффициент трения продуктов измельчения о дно бороздки; R0 – радиус приемного колодца, м.

 

А – бороздка подоющая; В – классификатор; α – угол подъёма дна бороздки в оксиальном сечении, β – то же в радиальном сечении; σп – эпюры напряжений на границах подающих элементов поверхности.

Рисунок 2 – Геометрия и эпюры напряжений подающего пояса нижнего диска

Напряжения сжатия в частицах потока, с учётом упруго-вязких свойств зерновок; составят [3]

.      (7)

Здесь: H, E – мгровенный и длительный модули упругости соответственно, Па; t – время нахождения частицы в бороздке, с; n – время релаксации напряжений, с.
В модульном междисковом пространстве С (рисунок 1) напряжения сжатия, по аналогии с (6), определяются по формуле

,      (8)

где ε0 – начальная относительная деформация, полученная частицами в подающем поясе, равная

,     (9)

где hо – начальная высота зерновок, мм.
С учётом характера напряжений на границах бороздок и классификаторов (рисунок 2) , их размеров и коэффициентов заполнения, усилия Р дефформации сжатия потока частиц определятся зависимостями:
для бороздок

;     (10)

для классификаторов

,      (11)

где ψδ и ψк – соответственно коэффициенты заполнения подающих бороздок и площадок релаксации.
По аналогии с (11), с учётом (5) и коэффициента заполнения ψм модульного пространства, усилие сжатия потока в модульном поясе определится по зависимости

.       (12)

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

,       (13)

где f – коэффициент трения продуктов измельчения о рабочие поверхности дисков.
Вращающийся нижний диск обеспечивает циклические нагружения зерновок в бороздках, удержание деформации классификаторами, свободное, под действием центробежной силы, перемещение мелких частиц к периферии подающего пояса, не препятствует движению в аксиальном направлении защемлённых частиц больших размеров. Эти частицы, достигая края подающей бороздки, попадают в свободное пространство, защемляются, разрушаются, а продукт разрушения снова выносится в классификатор и так далее.
Конструкция дозатора-распределителя [2] позволяет определить скорость зерновок на входе в приемный пояс по зависимости

,     (14)

в которой Rц – наружный радиус цилиндра дозатора, м; dэ – эквивалентный диаметр зерновки, м.
Тогда подача измельчителя составит

, кг/с       (15)

где – ψ – коэффициент заполнения кольцевого сечения (рисунок 1) приемного пояса, по результатам эксперимента равный (0,35-0,37); ρ – плотность зерновки кг/м3.
По результатам экспериментального определения удельных энергетических и технологических характеристик рабочей модели дискового измельчителя (таблица 1): удельной производительности кг/м2·ч и удельной энергоемкости кВт·ч/т, определены параметры измельчителей модельного ряда (таблица 2)

Таблица 1. Удельные показатели рабочей модели дискового измельчителя
Помол
Модуль
помола
Удельная
производительность, т/м2·ч
Удельная
энергоемкость кВт·ч/т
Мелкий
Средний
Крупный
0,76
1,69
2,28
4.921
11,467
18,003
2,99
1,89
1,14
Таблица 2. Результаты расчетов параметров модельного ряда дисковых измельчителей зерна

п/п
Fр, м2
Радиусы поясов
Площади элементов поверхности, дм2
Подача, т/ч
Мощность кВт
Rn
Rм
Rн
Fм
Fn
Fб
Fк
0,2-1,0
1,0-1,8
1,8-2,6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
0,1
0,06
0,119
0,188
6,65
3,32
1,11
2,21
0,492
1,146
1,800
1,471
2
0,2
0,065
0,158
0,260
13,34
6,65
2,22
4,43
0,984
2,292
3,600
2,942
3
0,3
0,070
0,191
0,317
20,00
9,98
3,33
6,65
1,476
3,438
5,400
4,413
4
0,4
0,075
0,219
0,364
26,69
13,31
4,44
8,87
1,968
4,584
7,200
5,884
5
0,5
0,080
0,243
0,406
33,34
16,64
5,55
10,09
2,460
5,730
9,000
7,355
6
0,6
0,110
0,343
0,574
66,66
33,31
11,10
22,21
4,900
11,460
18,000
53,820
Вариационные помольные характеристики продуктов, на соответствующих регулировках дисковой пары рабочей модели дискового измельчителя (рисунок 3), построены по средним значениям пяти повторностей при измельчении зерна озимой пшеницы сорта Юка урожая 2014 г, влажностью 12,1 %

1 – мелкий помол; 2 – средний помол; 3 – крупный помол.

Рисунок 3 – Вариационные помольные характеристики для различных модулей измельчения

Содержание модульных фракций в продуктах помола, по результатам ситового анализа, составило:

Ммелкий(0,68)=83,76%
Мсредний(1,69)=86,05%
Мкрупный(2,58)=97,89%

Содержание фракции менее 1 мм на поддоне рассева не превышало (3-1,9-1,2) % соответственно


Библиографический список
  1. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. – Л. Колос. Ленинград отделение. 1978.–560 с.
  2. Пат. 2511291 Российская Федерация, МПК В02С 9/00. Дисковый измельчитель кормового зерна / Иванов В.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО АЧГАА. – № 2012142839/13; заявл. 08.10.2012; опубл. 10.04.2014, Бюл. № 10.
  3. Ржаницын А.Р. Некоторые вопросы механики систем, деформирующихся во времени / А.Р. Ржаницын. – М. – Л.: Гостехиздат, 1949. – 252 с.
  4. Семенихин А.М. Физико-механические предпосылки снижения энергокмкости процесса измельчения зерна. / А.М. Семенихин, В.В. Иванов, Л.А. Гуриненко. – Ставрополь: СтавГАУ, 2010


Все статьи автора «Иванов Вячеслав Владимирович»


© 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: