Сравнительный анализ устройств для измельчения зерновых материалов

В рационе животных концентрированных кормов – 20–32%. Их главный компонент – зерновой фураж в измельченном виде. От качества измельчения зависит питательная ценность зерна. Существуют разные способы физического разрушения зернового материала, такие как: свободный удар, стесненный удар, истирание, скалывание, плющение, резание. В настоящие время нет такого устройства, в котором бы один из этих способов использовался в чистом виде. Выбор способа зависит от свойств обрабатываемого материала. М.Л. Моргулис считает, что для хрупких выгоднее применять ударные и раздавливающие способы нагружения, для пластичных – сдвиг, вязких – истирание, для волокнистых – разрыв и резание. По мнению С.В. Мельникова, зерно, наряду с некоторыми другими, такими как древесина и пластик, входит в группу упруго-вязко-пластинчатых материалов, особенности которых в наличии структуры, резко выраженной анизотропии и значительной стабильности всей гаммы прочностных характеристик, обусловленной главным образом влиянием влажности [1]. При измельчении зерна механическим способом преобладают два основных процесса: резание и дробление. В многих исследованиях отмечено: резание – наименее энергоемкий процесс при измельчении зерна. Но сухое зерно по физико-механическим свойствам близко к абразивным материалам, из-за чего кромки ножей быстро изнашиваются, что и ограничивают использование этого способа.

При переработке зерна главной задачей становится управление механическими процессами деформаций и разрушений дисперсных систем различного рода и в конечном счете получение продукта с заданными свойствами. Кроме всего прочего, следует учитывать и степень затрат энергии на приготовление кормов, а также простоту конструкции и сложность эксплуатации.

В теории измельчения материалов твердых тел рассматриваются два комплекса вопросов.

Первое – это изучение связи затрат энергии на измельчение материалов и результат процесса (качество конечного продукта). Второе – это изучение основных закономерностей в распределении частиц по размеру с целью отыскания методов определения средних частиц, площади их удельной поверхности и численных значений степени измельчения.

Объекты и методы исследования

Измельчение зерновых материалов – одна из самых трудоемких операций в приготовлении кормов. Часто используемы на сегодняшний день для измельчения дробилки молоткового типа, работающие по принципу разрушения материала путем дробления при помощи ударов рабочих органов (молотков), такие как ДКМ-5, КДУ-2 и др.

Перечисленные машины имеют ряд недостатков. Один из них – большая доля пылевидной фракции. Дробление в данных машинах происходит способом плющения, а при плющении материал воспринимает множество ударов с эффектом переизмельчения и выделения большой доли пылевидной фракции до 30%, что не соответствует зоотехническим нормам. Еще одним недостатком является большая металлоемкость и сложность конструкции, а также большие энергозатраты на процесс измельчения. К недостаткам других машин можно отнести недостаточную равномерность измельчения зерна и сложность конструкции.

Наряду с дробилками молоткового типа, существуют и другие устройства для измельчения зерновых материалов, к примеру ИЛС-0,5, ИЛС-5, дезинтеграторы и т.д. с рядом преимуществ: меньшей степенью энергозатрат на измельчение, более выровненным гранулометрическим составом. Однако они либо имеют неравномерное нагружение рабочих органов, либо сложную конструкцию, низкую ремонтопригодность и т.д.

В статье представлен сравнительный анализ различных машин для измельчения зерновых материалов.

В составе универсальной дробилки КДУ-2,0 (рис. 1): 1 – рама, 2 – дробильная камера, 3 – центробежный вентилятор, 4 – материалопровод, 5 – шлюзовой затвор, 6 – циклон, 7 – воздухопровод, 8 – фильтр, 9 – пульт управления, 10 – подающие транспортеры, 11 – электродвигатель, 12 – система передач.

Дробильный аппарат состоит из камеры, включающей решета, деки и молотковый барабан. Над дробильной камерой установлен приемный бункер для зерна, оборудованный магнитным сепаратором и поворотной заслонкой с рукояткой для регулировки загрузки дробилки [2].

Рис. 1. Универсальная дробилка КДУ-2,0

Недостатки данной машины – в больших – металлоемкости, удельном расходе энергии, доле пылевидной фракции.

Дробилка безрешетная ДБ-5 (рис. 2) предназначена для измельчения фуражного зерна влажностью не более 17%. Выпускается в двух модификациях: для комплектования комбикормовых агрегатов – ДБ-5-2 и индивидуального использования – ДБ-5 [2].

Рис. 2. Дробилка безрешетная ДБ-5: 1 – дробильная камера; 2 – ротор с шарнирно подвешенными молотками;

3 – вихревая камера; 4 – возвратный канал; 5 – кормопровод; 6 – выгрузной шнек для отвода измельченного материала из разделительной камеры за пределы дробилки; 7 – поворотные заслонки; 8 – выгрузной шнек;

9 – решетный сепаратор; 10 – разделительная камера; 11 – фильтр; 12 – пылеотделитель; 13 – датчик верхнего уровня; 14 – зерновой бункер; 15 – загрузочный бункер; 16 – датчик нижнего уровня; 17 – заслонка зернового бункера; 18 – канал подачи зерна; 19 – канал возврата воздуха; 20 – дека (I – неизмельченное зерно; II – измельченное зерно; III – готовый продукт; IV – крупные фракции; V – запыленный воздух; VI – очищенный воздух)

Недостатки машины: сложность конструкции, большие затраты электроэнергии, недостаточно выровненный гранулометрический состав.

Известен дезинтегратор [3] (рис. 3), в котором цилиндрический корпус 1 с отражательными планками 2 , с возможностью вращения внутри него в противоположных направлениях двух тарельчатых роторов 3 и 4 с рядами измельчающих элементов 5 и 7 ротора 4 . Тарельчатые роторы 3 и 4 расположены зеркально относительно друг друга, образуя в осевом сечении равномерно расширяющийся канал. Насажены они на валы 8 и 9 , расположенные на одной геометрической оси, каждый с самостоятельным приводом. Корпус имеет загрузочный 10 и выгрузной 11 патрубки.

Недостаток данного дезинтегратора – неравномерность нагружения рабочего органа.

Рис. 3 . Дезинтегратор

Схема камеры измельчения ИЛС-0,5 представлена на рис. 3 [1].

Рис. 4 . Камера измельчения ИЛС-0,5: 1 – корпус; 2 – заслонка регулировочная; 3 – загрузочный бункер; 4 – выходная горловина; 5 – диск-ротор верхний; 6, 8 – смежные кольцевые ряды рабочих органов; 7 – патрубок выхода готового продукта; 9 – полый вал; 10 – вал; 11 – шкивы привода; 12 – регулировочные прокладки;

13 – диск-ротор нижний

Недостаточно равномерный гранулометрический состав – недостаток данного измельчителя.

На рис. 5 представлен разработанный на кафедре агроинженерии Омского ГАУ измельчитель зерновых материалов [4].

Рис. 5. Измельчитель зерновых материалов

Устройство состоит из электродвигателя 6, дисков передаточных отношений 7 , ремня 8 , выгрузного патрубка 9 , неподвижного корпуса с тангенциальным патрубком 11. Внутри корпуса расположены роторы, состоящие из двух дисков 1 и 2 и рабочих колец, расположенных соосно и горизонтально. Нижний диск укреплен на фланце полого вала 3 , верхний диск – на фланце вала 4 . Вал 4 – в полости вала 3 , соосно к последнему. В верхней части вал 4 выполнен полым. Полость вала сообщается тремя радиальными окнами с пространством между дисками 1 и 2 .

Изъян данной машины в недостаточной проходимости материала по рабочим органам в процессе измельчения.

Заключение

Приведенные выше машины имеют ряд недостатков: высокие энергозатраты, неудовлетворительные характеристики конечного продукта с большой долей пылевидной фракции, неравномерность нагружения рабочих органов, металлоемкие и сложные конструкции. В Омском ГАУ ведутся изыскания по совершенствованию технических средств для измельчения зерновых материалов.