Процесс шелушения зерна при его дроблении

Введение. Шелушение кормового зерна представляется достаточно сложным, энергоёмким технологическим процессом [1, 4, 5]. Одним из путей упрощения его и снижения затрат является объединение шелушения с дроблением зерна. В дробилках зерно подвергается ударному воздействию и трению, представляющим основные виды механического воздействия на него. Эффективность шелушения, например, ячменя в этом случае зависит от особенностей и свойств оболочки зерна и её способности от него отделяться [1, 6, 8].

Методы исследований. В работе использованы в основном теоретические исследования течения зерна и ударного его разрушения в дробильной камере устройств для получения крупы для животных, основанные на положениях аэродинамики и классической механики [2, 9].

Результаты исследований. В процессе дробления зерна ячменя (рисунок 1) в зоне расположения ротора, например, с вертикальной осью вращения, создаётся поток вращающегося шелушенного и дроблёного продукта, содержащего крупу, частицы оболочки, целого зерна и воздуха [3, 10]. В рабочей зоне дробилки образуются воздушно-вихревая зона 1 и продуктововоздушный слой 2, разделенные условной поверхностью радиуса r a .

Зависимость приведенной окружной скорости потока воздуха c измельчённым продуктом v можно представить в такой дробилке по данным ряда исследователей [7, 8] в функции приведенного радиуса r :

-     vi v=        ,

ω0 ⋅ ra

• - r                           т о - угловая скорость ротора дробилки;

• r =    ,                 (2)        r - текущий радиус потока.

ra где vi – окружная скорость воздушного потока на радиусе ri;

1 – воздушно-вихревая зона; 2 – продуктово-воздушный слой;

3 – аспирационный канал; 4 – молоток; 5 – корпус дробилки Рисунок 1 – Схема рабочей зоны дробилки с вертикальной осью вращения ротора

Анализом этих зависимостей установлено, что скорость эта сначала с ростом радиуса увеличивается до значений r * 0,6 скоростей воздушно-продуктового слоя, которая в принципе снижается ближе к поверхности р, а затем из-за трения воздушного потока о продуктовый слой заметно снижается. На рисунке 2 пунктирной линией дана область решет дробилки. Объясняется это явлением торможения рассматриваемого слоя о боковую поверхность решета и из-за внутреннего трения частиц продукта.

Рисунок 2 – Распределение приведенной скорости потока в горизонтальном сечении рабочего пространства дробилки

Распределение приведенных скоростей в воздушно-вихревой зоне дробилки может быть представлено в виде выражения

а в воздушно-продуктовом слое:

v_   K

2 =    ,

v, = ri(0,8r ^{- 3} - 1,5r - ² + 1),    (3)

где К – скорость воздушно-продуктового слоя v , то есть на границе раздела его с воздушно-вихревой зоной при r = 1.

Радиус раздела зон в дробилке кормового зерна воздушно-вихревой зоны и воздушнопродуктового слоя может быть определён по зависимости, предложенной кандидатом технических наук В.М. Филиным [10]:

в которой

C=

πµ H      2H(3 φ 1 + 2 φ 2 ) - (1 + f g )t g ϕ

⋅

^1 mk ξ _1M ρ ₁ ϖ ₀ ^{2               C}

^{ϕ 1} (1 - r ^{- 10}) + ^{2 φ 1 φ 2} (1 - r ^{- 9}) + ^{φ 2} (1 - r ^{- 8})

^  \               /         ^    '        /V /      ^  '        rv /

µ – динамическая вязкость воздуха; Н – высота рабочей камеры дробилки; m – количество молотков в одном ряду; к – количество рядов молотков; ξ1М – коэффициент сопротивления движению молотка в воздушно-вихревой зоне; ρ – плотность воздуха в ней; ψ1, ψ2 – коэффициенты полинома функции скорости от радиуса потока; rk – радиус корпуса ротора по окружности крепления молотков.

Далее рассмотрим вопросы расстановки молотков на роторе дробилки с односторонней загрузкой зерна для его дробления с шелушением (рисунок 3).

1 – бункер; 2 – заслонка; 3 – загрузочный патрубок; 4 – молоток; 5 – решето; 6 – ротор Рисунок 3 – Схема дробилки с односторонней подачей кормового зерна в неё

В этой дробилке, как и в других серийных устройствах для этой цели, зерно из бункера 1

через открытую заслонку 2 по патрубку 3 сначала попадает на молотки 4 первого ряда ротора 6.

Здесь кормовое зерно предварительно дробится с отделением частиц шелухи, присутствие которой в корме отрицательно влияет на молодых животных и птиц. Затем после ударного воздействия молотком и отскока от решета 5 продукты дробления проходят обработку в зоне расположения следующего ряда молотков. По-

Рисунок 4 – Циклограмма полёта зерновки в дробильной камере

По этой схеме поступающее из бункера кормовое зерно при падении за время t11 достигает молотков толщиной h первого ряда, в котором они установлены под углом а друг к другу. За время ti -t/ происходит его измельчение и разрушение оболочки. Продукты измельчения после первого удара молотков поступают в зону действия молотков второго ряда, где их обработка заканчивается через время t2, а через длительность t измельчение заканчивается на третьем ряду молотков ротора дробилки.

До встречи с молотком первого ряда ротора кормовое зерно (например, ячменя) приобретает в результате свободного падения следующую скорость полёта:

Vy = gt \ ,                 (6)

где g – ускорение земного притяжения;

t i =

; а – расстояние от заслонки

2 до поверхности вращения первого ряда молотков.

Длительность ударного воздействия мо- лотка на зерно будет:

t ₁

1    60

- ti =    , mn

где m и n – количество молотков в первом ряду и число оборотов ротора в минуту.

Тогда продолжительность полёта и воздействия молотков на зерно до выхода из зоны воздействия молотков первого ряда будет:

лёт зерна в дробильной камере упрощённо можно представить в виде циклограммы зависимости длительности падения его до встречи с каждым рядом молотков ротора по пути S его движения (рисунок 4).

t i =

2a  60

g   mn ,

а толщина молотка первого ряда должна быть:

h max = g ( i² — Ui ² ]      (9)

Однако односторонняя загрузка зерна в дробилку может вызывать несимметричную нагрузку на ротор, снижение производительности. Поэтому целесообразно рассредоточить загрузку по периметру ротора с шагом установки патрубков загрузки, равным углу расстановки молотков первого ряда ротора.

Работа молотков второго ряда ротора осуществляется по доизмельчению дроблёнки в продуктовом слое дробилки. Длительность ударного воздействия здесь по зернопродукту на пути d вращения молотка будет:

d tуд = ®R, ,

где R 1 – средний радиус рабочей зоны молотка в зоне контакта с зерном при ударе.

Ядро зерна и шелуха оболочки дробятся и отбрасываются, приобретя окружную скорость, близкую к скорости вращения ротора. Образуется вращающийся продуктовый слой. Теперь для расстояния между первыми двумя рядами молотков ротора получим:

« 1 = g ^12 — (t i ) ² ] .       (11)

Здесь t ₂ ¹ – длительность движения продуктов в дробилке до второго ряда молотков.

Общая длительность цикла обработки зерна с удалением оболочки составит:

_{t =}   2(a + ^a i + ^a 2 ) + 6h

• ³                g^.

Из выходящего потока измельчённой продукции с помощью аспирации отделяются лёгкие частицы разрушенной оболочки и пылевидная часть дроблёного зерна, которые подаются в циклон. По данным экспериментов эта часть продукции составляет более 20% и всё ещё не гарантирует полного отделения остей оболочки от получаемой крупы.

Выводы . Установлена возможность приготовления кормовой крупы для молодняка животных и птицы с одновременным отделением частиц оболочки зерна, которая плохо усвояет-ся ими и часто вызывает повреждение их желудочно-кишечного тракта.

Анализ полученных зависимостей показал тесную связь параметров ввода зерна в дробилку с шелушением зерна и конструкции её ротора. Однако существенная часть острых частиц шелухи всё ещё может оставаться с крупой и наносить вред животным при кормлении. Это вызывает необходимость дальнейшего совершенствования устройств для шелушения зерна с последующим его дроблением.