Повышение производительности кормодробилки за счёт оптимизации конструктивных параметров молотка

Литература

1. Камышева О.А. Разработка устройства для измельчения корнеплодов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 1 (51). С. 72—74.

2. Пат. № 118835. РФ, МПК7 АОД1 29/00. Универсальный шнеково-ножевой измельчитель кормов / В.В. Новиков, В.С. Зотеев, И.В. Успенская и др. Заявитель и патентообладатель Самарская ГСХА. № 2012109184/156; Заявл. 11.03.2012; опубл. 10.08.2012.

3. Сборник требований на машины и оборудование для механизации и электрификации животноводства. М.: Агро-НИИТЭНИТО, 1989. 237 с.

4. Лемаева М.Н. Разработка измельчителя корнеплодов и обоснование его оптимальных конструктивных параметров и режимов работы: дисс. ... канд. техн. наук. Саранск, 2007. 218 с.

5. Аюгин Н.П. Снижение энергоёмкости измельчения корнеплодов с разработкой измельчителя и обоснованием его

конструктивно-режимных параметров: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Уфа, 2010. 22 с.

6. Яворский Б.М., Детлаф А.А., Лебедев А.К.. Справочник по физике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1981. 720 с.

7. Определение подачи цилиндрического шнекового пресса / В.В. Коновалов, В.В. Новиков, Д.В. Беляев, Л.В. Иноземцева // Нива Поволжья. 2010. № 2. С. 51—56.

8. Новиков В.В., Успенский В.В. Влияние сил трения на вязкости экструдата на процесс экструзии // Сборник материалов науч.-практич. конф. молодых учёных. Пенза: РИО ПГСХА, 2007. 88 с.

9. Пат. № 142728. РФ, МПК7 A01F29/00. Универсальный шне-ковый измельчитель кормов / В.В. Новиков, А.Л. Мишанин, И.В. Успенская, В.А. Никитин, О.А. Камышева; Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА». № 2014100759/13; заявл. 09.01.2014; опубл. 27.06.2014.

10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и студентов втузов. М.: Наука, 1981. 720 с.

Повышение производительности кормодробилки за счёт оптимизации конструктивных параметров молотка

А.А. Петров, к.т.н., И.Д. Алямов, к.т.н, А.П. Козловцев, к.т.н., В.С. Стеновский, к.т.н., Д.В. Наумов, аспирант, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Процесс измельчения зернового материала исследуется достаточно давно, однако до сих пор нет идеальной теории оптимизации взаимодействия молотка с зерном [1—4]. Отсутствие необходимой формализации затрудняет анализ экспериментальных данных, направленный на получение функциональных зависимостей между факторами, моделирующими результат измельчения. В связи с этим затрудняется системный подход к изучению процесса дробления, реализуемого измельчающим устройством, уровень технологичности которого требует постоянного контроля и повышения, что оказывает прямое влияние на эффективность измельчения. Это в свою очередь предполагает развитие наиболее прогрессивных методов и путей совершенствования современных дробильных машин.

Авторами предлагаются модернизированные молотки с преобладающими прямыми ударами, что приводит к увеличению производитель-

Рис. 1 - Схема силового анализа взаимодействия пластинчатого молотка с зерном

ности и значительному снижению потребления электроэнергии.

Молотки пластинчатого типа просты в изготовлении. В период работы молотки, в результате сопротивления со стороны воздушно-продуктового слоя, отклоняются от своих радиально-равновесных состояний на угол а (рис. 1). Сила удара зерна о молоток раскладывается на две составляющие: нормальную составляющую силы удара зерна об молоток, которая в основном и дробит зерно, и касательную составляющую, которая способствует проскальзыванию зерна по молотку, что приводит к истиранию зерна, а не его дроблению.

Для исключения проскальзывания зерна по молотку он изготавливается с заранее известным углом наклона боковой (рабочей) грани, поскольку сам молоток во время работы отклоняется именно на этот угол.

Предлагаемая конструкция молотка составлена из двух разновеликих трапеций, расположенных вдоль продольной оси симметрии молотка и направленных меньшими основаниями к поперечной оси симметрии (рис. 2). При этом угол наклона

Рис. 2 - Схема силового анализа взаимодействия предлагаемого молотка с зерном

граней трапеции равен углу отклонения молотка от радиального положения.

Для определения угла отклонения молотка от вертикали учитывалась сумма моментов относительно точки А подвеса молотка.

В результат математического преобразования системы ^ momFiA = 0 получено выражение:

F ц.с.  l  sin а - F сопр  l  с osa + F т  l  sin а = 0,

где Fцб. — центробежная сила, Н;

F сопр — сила сопротивления со стороны воздушно-продуктового слоя, Н; F m = mg — сила тяжести, Н; l — расстояние от центра подвеса молотка до центра масс, м.

Так как сила тяжести Fm = mgl sin а мала, то в уравнении (1) ею пренебрегали, что привело к уравнениям вида:

Fц.б  sin а = F сопр  cosa,

F ц.б. t =-!— = ctgа,

F сопр

t F ц.б. а = arcctg=-.

F

сопр.

dMi =Ъ„ кrdr,

где рс — плотность воздушно-продуктового слоя; |1м — коэффициент гидравлического сопротивления движению молотков в воздушно-продуктовом слое

Рс =Р+-

miç V„

где р — плотность воздуха, кг/м3;

шзс — масса зерна в воздушно-продуктовом слое, кг;

Ус — объём воздушно-продутового слоя, м3. Тогда сила сопротивления F1 движению молотка в воздушно-продуктовом слое будет равна:

F1 = hM

Pul(r ) 2 .

Учитывая, что общая сила сопротивления на молотке складывается из силы в воздушно-вихревой зоне и воздушно-продуктовом слое, можно утверждать что Рс0Пр =

При дальнейшем исследовании силового взаимодействия продукта с рабочими органами дробилки крутящий момент на молотках ротора определялся по усилию сопротивления движению молотка, которое возникает в результате различия скоростей молотка ротора (градиент скорости) и окружающей среды [5, 6].

Выражая скорость обтекания и1 (г) как разность скорости молотка и окружной скорости потока на радиусе г установили, что:

и1

В этом случае элементарный крутящий момент на молотках ротора от сил сопротивления F1 движению молотка в воздушно-продуктовом слое на элементарном участке протяжённостью <г для радиально расположенного молотка высотой Нм описывается формулой (рис. 3):

dM1 = F1rdr.

В свою очередь элементарный момент через сопротивление в воздушно-продуктовом слое будет иметь вид:

Fi

llM

1Ш /

о о

\ Гвн

dr Га

г

Гн

(û

Рис. 3 - Схема взаимодействия молотка с воздушно-вихревой зоной и воздушно-продуктовым слоем

Отсюда угол отклонения молотка по формуле (4) будет описываться выражением:

2т • ю2 • 1С

а = ак^----—.

К Рс • и1

Анализируя уравнение (10), видим, что при прочих равных условиях угол а зависит от угловой скорости ю: чем больше ю, тем меньше угол а. При этом возникает ряд отрицательных моментов, таких, как большой расход энергии и переизмельчение сырья.

Таким образом, в процессе запуска дробилки молоток под действием центробежных сил располагается так, что его центр тяжести находится на радиусе, проходящем через центр оси подвеса. Силы сопротивления со стороны продуктово-воздушного слоя отклоняют молоток относительно оси подвеса против направления его вращения. В этом случае радиальное положение рабочих граней достигается их наклоном к продольной оси симметрии на угол а. Наклон боковых сторон трапеций (рабочих граней молотка) на угол а к продольной оси симметрии обеспечивает преобладание прямых ударов, т.е. исключается тангенсальная составляющая силы удара зерна о молоток, что в свою очередь уменьшает степень проскальзывания зерна по молотку, а это ведёт к увеличению производительности кормодробилки.

и

Литература

1. Молоток пластинчатый для кормодробилки (RU 2379109) / Н.Т. Кривочуров. [Электронный ресурс]. FindPatent. ru — патентный поиск // URL:// http://www.findpatent.ru/ patent/237/2379109.html.

2. Петров А.А. Повышение надёжности рабочих органов кормодробилок молоткового типа: дисс. ... канд. техн. наук. Оренбург, 2007. 153 с.

3. Молоток молотковой дробилки / М.И. Филатов, М.И. Ба-бьева, А.А. Петров. Р.Ф. Патент на изобретение № 2270058. Опубликовано: 20.02.2006. Бюллетень № 5. С. 2.

4. Ялпачик Ф.Е. Влияние износа молотков кормодробилки на передачу ударов их осям подвеса // Механизация и электрификация сельского хозяйства. Киев, 1989. Вып. 69. С. 45-50.

5. Баранов Ю.Н. Определение взаимосвязи основных параметров молотковой дробилки с показателями её работы // Механизация подготовки кормов в животноводстве. Воронеж, 1984. С. 58-69.

6. Золотова А.А. Динамические исследования молотковых кормодробилок: дисс. ... канд. техн. наук. М., 1968. 167 с.

Неразрывность потока птичьего помёта при его дозировании

А.М. Плаксин, д.т.н, профессор, С.М. Запевалов, аспирант, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ

При возделывании сельскохозяйственных культур с целью повышения их урожайности широко практикуется применение удобрений. По своей природной сущности растениями лучше усваиваются питательные вещества органических удобрений, при этом результаты целого ряда научных исследований свидетельствуют, что во всех почвенно-климатических зонах России совместное применение органических и минеральных удобрений даёт более высокий положительный результат, чем их одностороннее применение [1]. Это подвигло учёных на проведение исследований по разработке органоминеральных удобрений [2]. Эффективность применения такого удобрения оценивается возможностью как его приготовления, так и рационального внесения в почву. Основным и наиболее прогрессивным принципом организации технологического процесса приготовления орга-номинерального удобрения является поточность производственного процесса с применением гибких технологий, предусматривающих возможность быстрого изменения свойств получаемых удобрений. При приготовлении органоминерального удобрения в качестве основного компонента целесообразно применение отходов птицеводства — птичьего помёта [3].

Производимое удобрение должно быть сбалансированным по питательности. Процесс дозирования компонентов при приготовлении органо-

минеральной смеси при производстве удобрения состоит из пяти технологических операций (рис. 1).

В связи с тем что процесс смешивания птичьего помёта с минеральными компонентами осуществляется смесителем непрерывного действия, и процесс дозирования должен быть непрерывным [4].

Цель исследования заключается в создании математической модели потока птичьего помёта при его дозировании, которая в дальнейшем используется при проектировании технологического процесса дозирования помёта при приготовлении органоминерального удобрения.

Методы исследований. Для вывода уравнения неразрывности потока выделим в нём элементарный параллелепипед с рёбрами, параллельными осям координат (рис. 2).

Известно, что массовый расход помёта определяется уравнением:

М = ри-5,

где р — плотность помёта, кг/м3;

и — скорость движения потока, м/с; 8 — площадь сечения потока, м2.

Если составляющая скорости потока вдоль оси X на грани АВСD составляет их, то массовый расход птичьего помёта, проходящего через эту грань за время <И, составляет:

Мх = ри

На грани А!, В!, С!, Б\ плотность и скорость движения помёта могут отличаться от соответствующих значений на величину (дих / дx)dx и

Рис. 1 - Структурная схема дозирования компонентов органоминерального удобрения:

№ 1 - загрузка бункера дозирующей станции птичьим помётом; № 2 - дозирование птичьего помёта; № 3 - загрузка бункера дозирующей станции минеральными компонентами; № 4 - дозирование минеральных компонентов; № 5 - подача помёта и минеральных компонентов на смешивание; ПП - птичий помёт; МК - минеральные компоненты