Параметры секционного сепаратора модульных фракций помола кормового зерна

Введение. Продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы на 60-80% и более зависит от факторов кормления. Анализ мирового и отечественного опыта ведения животноводства, результатов выполнения Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы [1] показывает, что альтернативы переходу животноводства на точные, управляющие продуктивной функцией животных технологии нет [1, 2, 3].

Важнейшим ресурсом, управляющим продуктивной и репродуктивной функциями животных и птицы, являются комбикорма. Эффективность их применения в значительной степени зависит от фракционного состава, соответствия ГОСТам и зоотехническим рекомендациям, отклонение от которых снижает ее на 20-30%.

Широко распространенные для измельчения компонентов комбикормов в комбикормовой промышленности и хозяйствах всех форм собственности и масштабов производства молотковые дробилки не отвечают этим требованиям. По данным исследований СКНИИМЭСХ в продуктах помола молотковыми дробилками от 20 до 40 и более процентов частиц менее 1,0 мм, при этом энергоемкость процесса измельчения находится в диапазоне 8,5-15,0 кВт ч/т и не отвечает требованиям энергоресурсосбережения. Эти недостатки присущи и комплектам машин, поставляемым на российский рынок зарубежными фирмами: Skiold, Schauer, RielaGMA 3500, GehlMX-170 и др.

Применяемые в комбикормовой промышленности и на сельхозпредприятиях для измельчения зерна фуражных культур молотковые дробилки не отвечают требованиям энергосбережения - при мелком помоле дают до 40% пылевидной фракции, при крупном - до 20% недоизмельченных и целых зерен [4].

Ситуация еще более усложняется тем, что получают распространение технологии предварительного смешивания неизмельченных компонентов комбикормов, имеющих различные прочностные характеристики [5, 6].

Результаты исследований и их обсуждение. Переход к точным технологиям в животноводстве предполагает разработку кормоприготовительных машин нового прецизионного принципа действия и введение в линиях приготовления наряду с подготовкой и измельчением компонентов точного выделения из помолов фракций в соответствии с ГОСТами и зоотребованиями [3, 7, 9,10].

Предлагаемый сепаратор-модулятор [8] для выделения модульных фракций (рисунок 1) состоит из шестигранной трехсекционной решетной системы, сек ции которой выполнены из круглых пробивных решет диаметром 1,2,3мм соответственно, обеспечивающих выделение трех фракций модулей размола, предусмотренных стандартом на комбикорма: 0,2-1 мм - мелкий размол, 1-1,8 мм - средний и 1,8-2,6 - крупный размол.

В зависимости от содержания фракции в дискретной совокупности и ее положения на вариационной помольной характеристике время ее нахождения в рабочей камере сепаратора должно быть достаточным для прохода, соответствующего требованиям или ограничениям ГОСТов.

Для выполнения этого условия на ребрах шестигранной решетной системы, установленной горизонтально, закреплены делители потока с возможностью установки их рабочей поверхности под углом, обеспечивающим необходимую скорость осевого перемещения - время сепарации (рисунок 2) и величину подачи.

Исходя из геометрических соображений и кинематики решетной системы, осевая скорость составляющих потока частиц определяется зависимостью

Vo = к-I- sine ■ л /60, м/с, (1) где к - число рядов делителей (2 - 3 - 6); / - рабочая длина делителя; л - частота вращения решетной системы, мин -¹.

При установившемся режиме работы сепаратора-модулятора, подача решетной системы составит:

Qpc = L_n- h_p- Vo- ф ■ p, кг/с,               (2)

где L_n - длина приемной секции, м; h_p - рабочая высота слоя помола, м; (// - коэффициент заполнения площади решета; р - плотность помола, кг/м³.

Для устойчивого осевого перемещения сепарируемого слоя последующие ряды делителей смещаются на величину Др с учетом угла естественного откоса ср помола по зависимости

Др = к-1- sine- (к- 1) ■ hp /tg ср, м/с. (3) Попадая на ряд делителей, слой помола делится на к - 1 частей, каждая из которых образует естественные откосы по передней и задней сторонам (рисунок 3).

Частицы, образующие естественные откосы, попадают на открытую решетную поверхность и проходят через отверстия, большие их размера, или продолжают оставаться в «сходе» решета соответствующей секции.

Длина линии естественного откоса цилиндрической решетной системы 1_0Ц составляет:

коц - Ln / cos/3,                      (4)

где /3 - угол наклона оси цилиндрического решета к горизонту, р> 0.

Суммарная длина линий естественного откоса осыпания шестигранной решетной системы L₀o при /3 = 0 и шаге делителей р составит:

£₀ = ^ — 1) ■ (25 — I cos а) + (р — I sin а) ■ ^ — 1), после упрощения, окончательно имеем

Lo = (— — 1) ■ (25 — Z cos а + р — I sin а), где В - ширина решетной грани сепаратора-модулятора.

Фиг. 1

1 - шестигранная сепарирующая призма; 2 - спицы; 3 - ступицы; 4 - вал; 5 - привод; 6 - рама; 7 - контрпривод; 8 - дозатор; 9 - приемный бункер; 10 - подшипники; 11 - делители потока; 12 - приемники; 13-концевой приемник; 14-лонжероны Рисунок 1 - Схема секционного сепаратора-модулятора

1 - делители потока; 2 - ось делителя;

3 - приемное кольцо; 4 - решето; 5 - частица потока Рисунок 2 - Схема к расчету осевой скорости потока

• 1    - делитель; 2 - задний откос; 3 - приемное кольцо;

• 4 - прямые потоки помола; 5 - передний откос прямого потока;

6 - ребро шестигранника; 7 - соединительный межсекционный фланец; 8 - решето следующей секции Рисунок 3 - Структура потока (план) после прохождения ряда делителей

Сравнивая величины линий откоса цилиндрического (4) и шестигранного (6) решет, оснащенных делителями потока при одинаковой длине L_n, при равных исходных параметрах U = 0,5 м; р = 0,1 м; / = 0,1 м; В = 0,3 м; Roo = 0,3 м имеем:

для цилиндрической решетной поверхности при /3 = 10° l011 =0,508 м; /3 = 20« U, = 0,532 м и /3 = 3Q0 L33 — 0,577 м, для шестигранной решетной системы һоц=2,436 м.

При прохождении ряда делителей (рисунок 3) поток помола смещается на величину /■ sina в осевом направлении, пройдя по поверхности делителя от точки А в точку В.

Тогда общая мощность No, необходимая для привода одной секции призмы во вращательное движение, составит:

N₀ = N₃ + Nac, (8) где N₃ - мощность на преодоление крутящего момента, создаваемого массой слоя, расположенного эксцен-

Условие свободного движения потока в осевом направлении обеспечивается соотношением углов а, фа - углом трения потока о плоскость делителя и ф_с - углом трения помола о решето сепаратора:

а < arcctg. (7)

В отличие от цилиндрической формы решета в предлагаемой решетной системе, наряду с эксцентрично расположенным рабочим объемом слоя продуктов помола, на пути его движения установлены делители (рисунок 4), обеспечивающие разделение сплошного потока на параллельные части и сдвиг на величину, соответствующую углу установки их рабочих поверхностей относительно образующей шестигранной призмы.

• 1    - сепарируемый продукт помола; 2 - решетная система;

3 - делители потока

Рисунок 4 - Схема к определению составляющих мощности трично по ходу призмы; Nac - мощность, необходимая для деления потока на составляющие его частицы и сдвиг в осевом направлении, равная (.Na + Nc).

Исходя из геометрических, кинематических и технологических соображений, удержание потока в диапазоне углов а_н и а₀ определится по зависимости

N₃ = h_pL_c(a_H - а₀)^ pgR cos (^) ш, Вт,

где hp - высота слоя помола в секции, м; Lc - длина секции, м; р - плотность помола в границах одной секции сепаратора, кг/м3; ан - угол начала отно сительного движения; ао - угол осыпания без относительного движения.

Мощность, необходимая на деление и сдвиг потока в осевом направлении, составит: при (ан- а0) < аа на деление потока на сдвиг потока

N_s = т_с • (2^ - 1) - (а_н - а₀) ■ R_c ■ h_p ■ к ■ ш ■ R_c ,

Nc = Lc • Rc • w • к • hp • g • p • f • I • sin a.

где г - удельная сила трения о боковые поверхности делителя, кПа; f- коэффициент трения слоя о поверхность решета; к - число рядов делителей.

В зависимости от числа рабочих секций сепаратора и задач, решаемых в технологии приготовления комбикорма, решетная система компонуется круглыми где z - число рабочих секций сепаратора; q - коэффициенты выделения «прохода» по фракциям (qi, qz, Пз), Ипр - КПД привода.

Выполнение требуемой операции обеспечивается соответствующим набором решетных секций, пробивными решетами, соответствующими модулям помола (фракциям 0,2-1,0 мм; 1,0-1,8 мм; 1,8-2,6 мм).

Максимальная суммарная мощность N_max привода решетной системы имеет место при разделении помола, соответствующего требованиям ГОСТов и зоотехнических рекомендаций, на три модульных фракции и составляет:

• У^, кВт, (12) Чгр ^{V 1}

установкой необходимого числа делителей, их регулировкой на подачу согласно зависимостям (1)—(3) для получения результата в виде «прохода» или «схода» в приемники.

Выводы. В зависимости от решаемой в технологическом процессе приготовления комбикорма задачи и данных вариационной помольной характеристики, сепаратор модулятор обеспечивает:

• -    снижение содержания мучной фракции до уровня требований ГОСТов и зоотехнических рекомендаций из помолов имеющихся в хозяйстве измельчителей, допускающих переизмельчение;

• -    разделение помолов, содержащих допустимые уровни мучной фракции, на стандартные модули соответствующих видов животных и птицы;

• -    выделение из помолов компонентов комбикормов фракций требуемых размеров для соответствующих возрастных групп, животных или последующих операций приготовления специальных смесей - носителей микроэлементов или БМВД;

• -    удаление из помолов фракции максимальных размеров.