Результаты экспериментальных исследований измельчителя с криволинейными режущими элементами
Автор: Сабиев У.К., Союнов А.С.
Журнал: Вестник Омского государственного аграрного университета @vestnik-omgau
Рубрика: Агроинженерия и пищевые технологии
Статья в выпуске: 4 (52), 2023 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрен процесс измельчения - один из важных способов обработки кормов. Серийно выпускаемые машины для дробления (в основном молоткового типа), известные и широко используемые на производстве, наряду с достоинствами, имеют ряд существенных отличительных недостатков: весьма металлоемкие, большая доля пылевидной фракции - за пределами зоотехнических требований, высокие затраты энергии на технологический процесс. Поэтому продолжаются поиски по разработке измельчающих машин и устройств, где качества зерновой дерти как продукта измельчения соответствовали бы современным требованиям. Заслуживают внимания дробилки, основанные на способе «измельчения с использованием так называемого «защемленного» удара лезвием по зерновке». Авторами предлагается разработанная и апробированная в производственных условиях конструкция измельчителя с криволинейными режущими элементами. По результатам исследований рекомендованы рабочие органы измельчителя с оптимальными углами резания: для первой ступени значение составляет β = 30°; для второй ступени - β = 35°. Предположительно такие значения углов резания режущих элементов дадут возможность повышения однородности гранулометрического состава готового продукта измельчения, вероятно снижение энергозатрат на технологический процесс. Приведены результаты экспериментальных исследований предлагаемого измельчителя фуражного зерна с криволинейными режущими элементами. Установлено, «что для предлагаемого способа измельчения удельная энергоемкость снизилась в среднем на 11,9%, однородность гранулометрического состава готового продукта повысилась на 5-10%, количество пылевидной фракции снизилось на 10-15%, отсутствуют целые зерна в готовом продукте». Представленные результаты экспериментов убедительно подтверждают перспективу «использования так называемого способа измельчения «защемленного» удара лезвием по зерновке» [10].
Измельчитель, криволинейные режущие элементы, фуражное зерно, зерновая дерть, гранулометрический состав, модуль помола, удельная энергоемкость
Короткий адрес: https://sciup.org/142239239
IDR: 142239239 | УДК: 631.363.2.001.57
Results of experimental studies of a grinder with curved cutting elements
The article discusses the grinding process, which is one of the important ways of processing feed. Serially produced crushing machines, mainly of the hammer type, well-known and widely used in production. Along with the advantages, they have a number of significant distinctive disadvantages: very metal-intensive, a large proportion of the dust fraction that goes beyond the zootechnical requirements, high energy costs for the technological process. Therefore, the search continues to develop grinding machines and devices where the quality of grain dirt, as a grinding product, meets modern requirements for quality indicators. Crushers based on the method of “crushing using the so-called “pinched” impact of the blade on the grain” are worthy of attention. The authors propose a grinder design with curved cutting elements developed and tested in production conditions. Based on the research results, the working parts of the grinder with optimal cutting angles are recommended: for the first stage the value is β = 30°; for the second stage - β = 35°. Presumably, such values of the cutting angles of the cutting elements will make it possible to achieve an increase in the uniformity of the granulometric composition of the finished grinding product and the likelihood of reducing energy costs for the technological process. The results of experimental studies of the proposed feed grain grinder with curved cutting elements are presented. It was established that “for the proposed grinding method, the specific energy intensity decreased by an average of 11.9%, the uniformity of the granulometric composition of the finished product increased by 5-10%, the amount of dust fraction decreased by 10-15% and there are no whole grains in the finished product.” The presented experimental results convincingly confirm the prospect of “using the so-called crushing method of a “pinched” impact with a blade on a grain” [10].
Текст научной статьи Результаты экспериментальных исследований измельчителя с криволинейными режущими элементами
Одной из важных операций кормоприготовления [1–4] является измельчение, которое выполняется машинами и устройствами для дробления. В настоящее время широко используются серийно выпускаемые молотковые дробилки различного конструктивного исполнения. Их массовое распространение на производстве связано с преимуществами: «простотой конструкции, большой производительностью и высокой надежностью». Вместе с тем, таким измельчающим машинам присущ ряд существенных отличительных недостатков [5]: неравномерность гранулометрического состава измельченного продукта, позволяющая судить об эффективности работы дробильной машины; высокие затраты энергии на технологический процесс, большая металлоемкость.
В связи с этим продолжаются изыскания по разработке измельчающих машин и устройств, где качества зерновой дерти как продукта измельчения соответствовали бы современным зоотехническим требованиям продуктов помола [6–8]. Показатели ее качества: однородность гранулометрического состава, снижение пылевидных фракций и отсутствие целых зерен в продуктах измельчения.
Цель исследования – обосновать высокую эффективность метода измельчения с использованием «защемленного» удара лезвием по зерновке» (на примере разработанного измельчителя с криволинейными режущими элементами).
Объект исследования
Общеизвестно, что измельчение – одна из обязательных и распространенных операций в технологии приготовления кормов. Наряду с многочисленными существующими способами дробления, заслуживает внимание прогрессивный и эффективный способ при подготовке зерновых кормов, так называемый «защемленный» удар лезвием по зерновке, в том числе и для культур с высокой масличностью [9].
Авторами предлагается разработанная и апробированная в производственных условиях конструкция измельчителя с криволинейными режущими элементами (фото).
Измельчитель зерновых материалов с криволинейными режущими элементами
Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52) AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGY
Нами выдвинуто предположение о том, что путем изменения коэффициента трения о рабочие органы (кольцевые выступы) возможно оптимизировать углы резания предлагаемого измельчителя с криволинейными режущими элементами в процессе дробления.
Таким образом, возможно добиться качественного состава готового продукта измельчения путем повышения однородности гранулометрического состава и вероятности снижения энергозатрат на технологический процесс.
Результаты исследования
Применительно к рассматриваемому измельчителю с криволинейными режущими элементами технологический процесс дробления осуществляется следующим образом. Исходный зернофуражный материал сначала подается к центру дисков (роторов), снабженных кольцевыми выступами (рабочие органы) через приемную камеру. Затем под действием центробежной силы поступивший зернофураж равномерно распределяется по рабочей зоне в радиальном направлении. В процессе перемещения по рабочей зоне исходный зерновой материал подвергается измельчению противорежущими и режущими криволинейными элементами предлагаемого измельчителя. Использование таких кольцевых выступов в виде криволинейной формы поверхности позволяет частицам измельчаемого материала беспрепятственно проходить по таким сквозным пазам за счет центробежной силы, перемещаться по заданной траектории, определяемой криволинейной поверхностью режущих элементов. Все это позволяет обеспечить повышение качественного состава продукта помола, т.е. однородность их гранулометрического состава. Кроме того, способствует значительному снижению энергозатрат на технологический процесс измельчения, а также отсутствию или незначительному количеству пылевидных частиц, соответствующему зоотехническим требованиям, в конечном составе зерновой дерти.
Теоретические предпосылки о некоторых закономерностях измельчения твердых тел в общем виде (на примере фуражного зерна) при помощи удара лезвием нами рассмотрены в работе [10], где получено основное распределении частиц по их фракциям.
По итогам проведенных экспериментальных исследований получены численные значения углов резания как для первой ступени, равное β = 30°, так и для второй ступени β = 35°. Отметим, что технологический процесс измельчения различных зерновых культур осуществляется с минимальными энергозатратами. По результатам опытов установлено: удельная энергоемкость снизилась в среднем на 11,9%, независимо от влажности измельчаемого кормового материала.
Наглядные графические изображения результатов экспериментов по определению модуля помола (М, мм) и гранулометрического состава продуктов измельчения различных зерновых культур разной влажности представлены на рис. 1 и 2. Показатели качества готового продукта измельчения – гранулометрический состав и модуль помола (средневзвешенный диаметр частиц) определялись наиболее распространенным и простым ситовым способом и рассчитывались по известным формулам.
Представленный анализ приведенных зависимостей экспериментов показывает, что использование предлагаемых рабочих органов измельчителя с криволинейными режущими элементами приводит к существенному повышению однородности гранулометрического состава (на 5–10%), значительному снижению переизмельченной фракции (на 10–12%), а также отсутствию целых зерен в готовом продукте измельчения.
|
Паемоаа W(%>-13,$ |
Пісе»аа W»)-l7.t |
Ячмезо» W(%>!2.7 |
Ячмеш w(%)-iM |
Себе Wp»-13,l |
Otie V>X%)-20 |
Горох W(%)-14,1 |
Горох W0t)*17,S |
|
|
рл-остаток кз борком езсе, (%) |
5 |
6.4 |
2Д |
1 |
3.1 |
5Д |
5.6 |
S.7 |
|
р )*$ • ост. На осе е о». 0 0,25 ммД%) |
12.6 |
у |
14,7 |
10 |
ю |
2$,1 |
213 |
|
|
Р1 • ост. На осе с отв. 0 1 мм, (%) |
4S.S |
503 |
4.) |
46.1 |
443 |
44,2 |
43.2 |
372 |
|
Р j-оот Наосе сото. 0 2ммД%) |
23^ |
2?2 |
22.4 |
24,5 |
21 |
19.S |
212 |
27 |
|
Р1 - ост. На сите с отв. О 3 мм, (%) |
4,7 |
S.3 |
ЮЛ |
14,4 |
11.1 |
143 |
1.9 |
52 |
|
Пшеницы W(%) =13,8 |
1,65 |
|
Пшеницы W(%) =18,2 |
1.82 |
|
Ячмень W(%) =13 |
1,76 |
|
Ячмень W(%) = 20 |
1,88 |
|
Овёс W(%) - 13,2 |
1.7 |
|
Овёс W(%) = 22 |
1,79 |
|
Горох W(%) = 14,2 |
1,42 |
|
Г opox W(%) = 18,2 |
1,56 |
Рис. 2 . Графическое изображение модуля помола на рабочих органах (кольцевых выступах) с криволинейными режущими элементами
Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52) AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGY
Заключение
Следует отметить, что полученные результаты доказывают преимущества и перспективу применения метода измельчения «защемленного удара» лезвием по зерновке по сравнению с другими способами дробления зерновых материалов.
Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52)
AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGY
Рис. 1 . Графическое изображение гранулометрического состава на рабочих органах (кольцевых выступах) с криволинейными режущими элементами
Список литературы Результаты экспериментальных исследований измельчителя с криволинейными режущими элементами
- Федоренко И.Я. Вибрационные процессы и устройства в АПК. Барнаул, 2016. 289 с. EDN: PSAXXF
- Федоренко И.Я., Садов В.В. Технологическая оптимизация хозяйственных комбикормовых предприятий: монография. Барнаул: РИО Алтайского ГАУ, 2017. 249 с. EDN: YVMUDR
- Sabiev U.K., Demchuk E.V., Myalo V.V., Soyunov A.S. Innovative Equipment and Production Method for Mixed Fodder in the Conditions of Agricultural Enterprises. IOP Conference Series: materials Science and Engineering VIII International Scientific Practical Conference "Innovative Technologies in Engineering" 18-20 May 2017, Yurga, Russian Federation. 2017. Vol. 221. EDN: XPILID
- Садов В.В. Обоснование структуры и состава технологических линий для производства комбикормов в сельскохозяйственных предприятиях: автореф. дис. … д-р. техн. наук. наук: 05.20.01. Барнаул, 2018. 39 с. EDN: NYDSEF
- Fang Q., Haque E., Spillman G.K., Reddy P.V., Steele J.L. Energy reguirements for sizer reduction of wheat using aroller mill. Presented at the 1995 ASAE Annual international meeting, Paper № 956675. ASAE, 2950 Niles Rd., St. Joseph, Ml 490859659 USA.
- Сергеев Н.С. Центробежно-роторные измельчители для переработки фуражного зерна и семян рапса. Зоотехния. М., 2007. № 5. С. 27-29. EDN: JWWKKV
- Сыроватка В.И., Сергеев Н.С. Изыскание энергосберегающих рабочих органов для измельчения семян рапса и фуражного зерна. Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. М., 2008. Т. 18. № 3. С. 312. EDN: NPUALF
- Золотарев С.В. Ударно-центробежные измельчители фуражного зерна (основы теории и расчета). Барнаул: Алтай, 2001. 200 с.
- Сабиев У.К., Пушкарев А.С. Некоторые результаты работы измельчителя зерна. Вестник Омского государственного аграрного университета. 2018. № 4(32). С. 98-104. EDN: YSQJDF
- Sabiev U.K., Demchuk E.V., Myalo V.V., Soyunov A.S. Theoretical description of cary op sis segment motion in feed grains hredder with curved cutting gelements. Advances in Social Science, Education and Humanities Research, volume 393. The Fifth Technological Order: Prospects for the Development and Modernization of the Russian AgroIndustrial Sector (TFTS2019).
