Кинетика процесса измельчения зерна в молотковой дробилке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Красноярский государственный аграрный университет

Кинетика процесса измельчения зерна в молотковой дробилке

Герасин Д.Л., Ковальчук А.Н.

Рабочий процесс, происходящий в рабочей камере молотковой дробилки можно охарактеризовать наличием протекающих в нём трёх этапов:

1. Питание (подача сырья);

2. Дробление (измельчение, переработка материала);

3. Эвакуация (отведение готового продукта).

В рабочей камере молотковой зернодробилки при постоянном процессе измельчения (при постоянном питании) находится какая-то часть измельчаемого материала, так называемого продуктово-воздушного слоя. В данном слое все частицы находятся в разном состоянии (в большей или меньшей степени «повреждены» - раздроблены).

Продуктово-воздушный поток под воздействием центробежной силы отбрасывается на периферию рабочей камеры дробилки и вращается по кругу, размещаясь тонким слоем.

Материал, в свою очередь, измельчается путём многократного ударного воздействия молотков, острых граней рифлей дек, кромок отверстий решета, а также независимо при вращении в самом продуктово-воздушном слое. Кстати, в основном самое широкое распространение получили молотки с двумя отверстиями, как прямоугольные, так и с вырезами, что позволяет осуществлять их четырёхразовую перестановку при износе одной из рабочих сторон [1].

Мы решили заострить своё внимание на кинетике процесса измельчения в молотковых дробилках. Согласно основополагающим исследованиям процесса дробления, динамическую систему дробилки можно представить в виде физической модели, состоящей из трёх звеньев:

1) Барабан - как генератор ударных импульсов, в результате образуются новые поверхности (частицы измельчаемого материала);

2) Продуктово-воздушный слой - как регулятор массы (ёмкости), который поддерживает равновесие между двумя разными процессами, в то же время происходящими одновременно:

а) процесс «размножения» частиц (производительность барабана);

б) процесс «гибели» частиц (производительность решета).

3) Перфорированная поверхность дробильной камеры (решето, позволяющее управлять количеством материала находящегося в рабочей камере дробилки).

С.В. Мельников доказал, что процесс работы дробилки следует рассматривать как стохастический, описываемый вероятностно-статистическими методами. Но при этом говориться, что установившийся режим работы дробилки представляет собой непрерывный, случайный, стационарный процесс, который с учётом отмеченных выше составных элементов можно уподобить марковскому случайному процессу «гибели и размножения» [2].

Действие физической модели сводится к «испытанию на проход» (под действием на проход понимается каждый случай отбрасывания частицы на решето). Если размер частицы позволяет проходить через решето, то она «гибнет». Если частица не проходит через решето, то она вновь попадает в зону действия молотков, но уже ещё более измельчённой. Однако нельзя точно сказать, сколько потребуется частице ударов ещё, чтобы она могла «погибнуть», потому что известно, что у всякого тела есть дефекты структуры, слабые места. Из-за этого их прочность значительно снижается [3]. При измельчении наиболее слабые связи нарушаются в первую очередь [4]. Так как дефекты в перерабатываемом материале распределены случайно, поверхности раздела образуются также по случайным направлениям, что и предопределяет некоторую неравномерность гранулометрического состава конечного продукта. По этим объективным причинам невозможно достичь абсолютной равномерности частиц при измельчении корма [5]. Вместе с тем имеются и субъективные причины, обусловленные несовершенством способов измельчения и конструкций кормоперерабатывающих машин [5].

Принимая во внимание, что в молотковых зернодробилках сельскохозяйственного назначения материал измельчается путём многократного ударного воздействия молотков и истирания при проходе их в среде движущегося слоя и принимая во внимание, что одной из важнейших характеристик кинетики процесса измельчения является время пребывания (обработки) материала в камере дробления «время жизни частиц» (а за «время жизни частиц» принято количество ударов молотков по измельчаемому материалу), нами предложена схема расположения молотков на роторе молотковой дробилки, по винтовой линии с переменным уменьшающимся шагом к выходу материала. Стоит, однако, оговориться, что данная схема целесообразна только для молотковых дробилок с вертикальным расположением вала, т. е. загрузка рабочей камеры производится по вертикали (сверху вниз). В результате такого расположения молотков мы получаем следующую схему процесса измельчения в рабочей камере.

В верхней части ротора расположено меньшее количество молотков, что в свою очередь связано с тем, что зерно поступает целым и после ударов верхних молотков частицы фактически «не гибнут», но всё же попадают под воздействие молотков и частично «размножаются». Далее частицы продвигаются ниже и попадают под следующие витки молотков, шаг между которыми уже меньше и частицы «гибнут чаще», продвигаясь ещё ниже, «не погибшие» частицы «гибнут» ещё интенсивнее на рядах молотков, шаг между которыми становится ещё меньше и так далее. В результате данного процесса, продукт будет отводится из камеры равномерно, соответственно ротор дробилки также будет загружен по вертикали более равномерно [2].

По исследованиям, проведённым В.Р. Алешкиным, принято считать, что число ударов необходимое для достижения определённой степени измельчения будет являться величиной случайной и иметь логарифмически-нормальное распределение.

Для «замкнутой системы», т. е. без отвода продукта из рабочей камеры процесс дробления уподобляется процессу «чистого размножения» и описывается следующими формулами:

, или , (1)

где a - параметр процесса; t - время.

Данные уравнения кинетики есть математические модели процесса измельчения материала в дробильной камере, показывающие изменение степени измельчения л и суммарного остатка R_x во времени.

Из уравнения (1) определяется параметр процесса:

(2)

Но не стоит забывать и про второй, протекающий в рабочей камере дробилки процесс, - прохождение измельчённых частиц через решето, он также описывается своими уравнениями кинетики.

После того как будут рассмотрены оба процесса вместе, т. е. процессы «гибели» и «размножения», уравнение кинетики процесса работы дробилки примет следующий вид:

,(3)

где G₀ - число кусков в камере при t = 0, т. е. в начале процесса; G - текущее значение числа кусков во времени; м - параметр процесса просеивания.

При установившемся режиме работы дробилки поддерживается статистическое равновесие, т. е. интенсивность обоих процессов одинакова. Сколько частиц образуется вновь, столько их и уходит через решето.

Зная время пребывания частицы в дробильной камере, можно подсчитать среднее значение параметров для данного режима и материала по формуле:

 (4)

Экспериментальные исследования кинетики измельчения зерна показывают, что наибольшее влияние на численное значение параметра б_ср, т. е. на скорость увеличения степени измельчения, влияют не только объективные факторы, такие как физико-механические свойства материала, но и субъективные факторы, а именно конструктивное исполнение: скорость молотка и размеры отверстий решета [2]. По нашему же мнению значительное влияние на скорость степени измельчения будет оказывать и расстояние между рядами молотков (различные вариации схем расположения молотков на роторе дробилки).

Как видно из приведенного анализа кинетики процесса измельчения зерна в молотковой дробилке, на данный момент ещё остаются вопросы в описании данного явления, к тому же в настоящий момент должного внимания данной проблеме не уделяется, поэтому необходимо проведение определённых видов исследования в данной области, что и будет являться одной из целей нашей работы в дальнейшем.

молотковый дробилка измельчение

Литература

1. Кирсанов В.В. Механизация и автоматизация животноводства: Учебник для студ. учреждений сред. проф. Образования / В.В. Кирсанов, Ю.А. Симарев, Р.Ф. Филонов. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 400 с.

2. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм / С.В. Мельников. - Л.: Колос, Ленингр. отд-ние, 1978. - 560 с.

3. Румпф Г. Об основных физических проблемах при измельчении. Тр. Европ. совещ. по измельчению / Г. Румпф. - М.: Изд-во лит-ры по стр-ву, 1966.

4. Ребиндер П.А. Физико-механические исследования процессов деформации твёрдых тел. Юбил. сб. АН СССР. / П.А. Ребиндер. - М.-Л., 1947.

5.Ревенко И.И. О повышении качества работы молотковых кормодробилок / И.И. Ревенко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1980. - № 8. - С. 18-21.

Размещено на Allbest.ru