Разработка и исследование измельчителя фуражного зерна

Измельчение фуражного зерна является трудоемкой технологической операцией, которая осуществляется, в основном, молотковыми дробилками, обладающими высокой энергоемкостью, а качество измельченного корма не всегда соответствует зоотехническим требованиям [1].

Создание измельчителей, работающих по принципу «срез и скалывание», обладающих низкой энергоемкостью и позволяющих добиваться требуемого качества готового продукта, является актуальной задачей [2].

Для ее решения в ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ разработан универсальный измельчитель фуражного зерна, который способен обеспечить до 70% равномерности гранулометрического состава измельченного корма [3, 4].

Установка состоит из рамы, камеры измельчения, редуктора, бункера и других механизмов и приводится в действие от электродвигателя.

Камера измельчения представляет собой цилиндр, отлитый из чугуна. В ней размещен ротор с измельчающими рабочими органами новой конструкции и решета.

На цилиндрической поверхности камеры имеется выходная горловина, через которую выводится измельченная масса. Верхняя часть камеры представляет собой откидную крышку. Во внутренней части крышки и цилиндрического корпуса вмонтированы противорежущие элементы 1 (рис.1).

Ротор состоит из диска, на котором закреплены кронштейны 2 для размещения режущих элементов 3.

Противорежущий элемент 1 выполнен в виде металлической пластины, имеющей П-образные впадины, а режущий элемент 3 представляет собой металлическую пластину, имеющую Т-образные выступы.

Измельчаемый материал попадает из приемного бункера в камеру и измельчается за счет взаимодействия режущих граней рабочих органов 3 ротора и противорежущих граней элементов 1, закрепленных на корпусе, и частично за счет удара о деки. Часть измельчаемого материала просачивается через сита и выводится из машины. Остальная масса отбрасывается к режущим элементам, доизмельчается и выводится из машины.

Основными показателями всех измельчителей являются производительность и модуль помола. Для их определения необходимо рассчитать скорость движения зерна в рабочей зоне измельчителя [4].

При движении частицы в канале рабочего органа за счет действия нормальной составляющей переносной силы инерции происходит резание зерна. При поступлении в зону первой ступени измельчения оно накапливает кинетическую энергию:

где: - масса зерна, кг;

- скорость зерна при входе в зону измельчения, м/с.

Если известна работа сил резания, то можно найти дисперсию зерна после первой ступени резания, используя теорему об изменении кинетической энергии:

где: - работа силы резания, Дж;

- количество контактов зерна с режущими элементами, шт.

Максимальная дисперсия будет при . В этом случае:

Далее частица зерна массой разгоняется до входа во вторую зону измельчения. Дисперсия равна:

где

Тогда:

Степень измельчения можно рассчитать по выражению:

где - скорость вхождения частицы во вторую зону измельчения, м/с.

Для определения скоростей и составим дифференциальное уравнение движения частицы по диску. Физическая модель движения на первом этапе: материальная точка движется по вращающемуся шероховатому каналу диска ротора от центра к периферии (рис. 2).

Уравнения относительного движения точки имеют вид:

где: - радиус зоны стояния зерна в канале диска - ротора, ;

- расстояние от оси вращения до конца первой ступени измельчения, м;

- коэффициент трения зерна по металлу;

- масса точки, кг;

- ускорение относительного движения, м/с²;

и - силы трения, действующие на точку, Н;

- переносная сила инерции, Н;

- кориолисова сила инерции, Н.

Учитывая, что и , запишем математическую модель в следующем виде:

где: - коэффициент трения частицы зерна по металлу после первой ступени измельчения;

- частота вращения ротора, с^-1;

- ускорение свободного падения, м/с²;

- время движения точки по каналу диска, с;

- коэффициент точки падения зерна из бункера, .

Введем безразмерные коэффициенты:

где - время входа в зону резания, с.

Окончательно получим:

Это уравнение имеет решение:

Используя начальные условия, найдем постоянные интегрирования и :

Решение задачи движения на первом этапе позволяет найти скорость ввода частицы в зону первого измельчения:

Отсюда время определяется из трансцендентного уравнения для конкретных параметров , и :

Отсюда:

Скорость ввода частицы в первую зону измельчения:

Уравнение (22) определяет скорость входа зерна в зону первого измельчения.

Движение частицы от первой до второй ступени измельчения имеет модель, представленную на рис. 3.

где: - ускорение относительного движения во второй ступени измельчения, м/с²;

- скорость входа частицы во вторую зону измельчения, м/с.

После преобразования получаем:

При конкретных параметрах найдем:

Тогда:

Скорость входа частицы во вторую зону измельчения определяется из уравнения

производительность измельчитель фуражный зерно

С учетом скорости определяем теоретическую производительность измельчителя по формуле:

где: - площадь поперечного сечения канала ротора, м²;

- объемная масса зернового материала, т/м³.

Таким образом, рассчитав скорость движения зерна в рабочей зоне, можно определить теоретическую производительность измельчителя.

Фактическая производительность, определенная экспериментально (рис. 4), оказалась ниже теоретической, так как выражение (39) не учитывает величину коэффициента заполнения каналов рабочего органа.

Его величина зависит от коэффициента внутреннего трения зернового материала и ширины каналов рабочего органа. Для оптимального режима работы измельчителя при ширине канала рабочего органа, равном 4 мм, получены следующие значения этого коэффициента: для пшеницы 0,75, ячменя и кукурузы 0,57.

Рис. 4. Производительность измельчителя - - - - по выражению (39); 1 - пшеница; 2 - ячмень; 3 - кукуруза; 4 - горох

Список использованных источников