Экспериментально-теоретическое исследование работы молотковой дробилки

3. Trubnikov V.N., Saraev I.F., Lukyanchikov I.V. Milking cup with a changing plane of compression of nipple rubber // In the book: Scientific support of agroindustrial production: materials of the International Scientific and Practical Conference. - Kursk, 2014. - P. 36-38.

4. Trubnikov V.N., Trubnikov A.N. Simulation model of the nipple rubber in the teat cup with a rotary sleeve // Innovative directions of development of technologies and technical means of agricultural mechanization: materials of the International Scientific and Practical Conference dedicated to the 100th anniversary of the Department of Agricultural Machines of the Voronezh State Agrarian University named after Peter I Ministry of Agriculture of the Russian Federation. - Voronezh, 2015. - P. 56-62.

5. Saraev I.F., Konyaev N.V., Trubnikov V.N. Teat rubber milking machine / Pat. 134399 Russian Federation, IPC A01J 5/00. Applicant and patent holder of Kursk. state S.-H. the academy. - № 2013118807/13; declare 04.23.2013; publ: 11/20/2013 Bull. No. 32

6. Konyaev N.V., Trubnikov V.N., Nazarenko Yu.V. Nipple rubber for milking machines // Integration of science and agricultural production: materials of the International Scientific and Practical Conference. - Kursk: Publishing house of Kursk State Agricultural Academy, 2017. - P. 22-24.

7. Saraev I.F., Konyaev N.V., Trubnikov V.N. Teat rubber for milking machines / Pat. 2622918 Russian Federation, IPC A01J 5/00. Applicant and patent holder of Kursk. state with. - x the academy. - №2015149321 / 15; declare 11/17/2015; Publ. 21.06.2017, Bul. №18.

8. Upgraded teat rubber milking machine / V.N. Trubnikov, N.V. Konyaev, I.F. Sarajevo et al. // Regional Bulletin. - 2017. - № 4 (9). - P. 8-10. "

9. Uzhik V.F., Kokarev P.Y., Pigorev I.Y. Justification of the parameters of the Squeezing teat Cup // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. - 2014. - № 7. - P. 75-77.

УДК 631.363.21

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКИ

КОНОШИН И.В.,

кандидат технических наук, доцент, декан факультета агротехники

и энергообеспечения, ФГБОУ ВО Орловский ГАУ; e-mail: iwanogau@yandex.ru, тел. +79103062989. БУЛАВИНЦЕВ Р.А.,

кандидат технических наук, доцент кафедры «Механизация технологических процессов в агропромышленном комплексе», ФГБОУ ВО Орловский ГАУ»; e-mail: bulavintcevra@yandex.ru.

ВОЛЖЕНЦЕВ А.В.,

кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Механизация технологических процессов в агропромышленном комплексе», ФГБОУ Орловский ГАУ; е-mail: volzandrej@yandex.ru.

БАШКИРЕВ А.П.,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО Курская ГСХА, е-mail: a412241@mail.ru, тел. +7-910-312-16-87.

Реферат. Целью исследования было предложить конструкцию молотковой дробилки с меньшей энергоёмкостью процесса измельчения и получения готового продукта с выровненным гранулометрическим составом. Повышение эффективности отрасли животноводства неразрывно связано с качеством кормов при скармливании. Значительную энергетическую составляющую в рационе сельскохозяйственных животных составляют концентрированные корма получаемые из различных видов зерновых культур. Для повышения эффективности переваривания зерна его подвергают измельчению. Преимущество при измельчении зерна отдается молотковым дробилкам. Наряду с производительностью молотковой дробилки, особое значение следует уделять качеству получаемого материала. В данной статье рассмотрен вопрос повышения эффективности работы молотковых дробилок за счет увеличения производительности и получения готового продукта с выровненным гранулометрическим составом. Приведены элементы теории процесса измельчения. С целью улучшения характеристик молотковых дробилок предложена конструкция молотковой дробилки с установкой решета по спирали. Рассмотрен вопрос прохождения измельченных частиц через отверстия решета при обычной установке решета и решета, установ-

ленного по спирали. Представлены графические зависимости эффективности применения усовершенствованной молотковой дробилки. Подтверждено снижение общих удельных затрат энергии на измельчение. Проведенные сравнительные испытания подтвердили эффективность применения данной схемы установки решета для получения готового продукта более высокого качества.

Ключевые слова: молотковая дробилка, решето, отверстие, кромка, энергоемкость, степень измельчения.

EXPERIMENTAL AND THEORETICAL STUDIES WORK HAMMER MILL

KONOSHIN I.V.,

candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Dean of the Faculty of agricultural engineering and power supply, Orel State Agrarian University named after N.V. Parahin; e-mail: iwanogau@yandex.ru, tel. +79103062989

BULAVINTSEV R.A.,

candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department "Mechanization of Technological Processes in the Agro-Industrial Complex", Orel State Agrarian University named after N.V. Parahin; е-mail: bulavintcevra@yandex.ru,

VOLZHENTSEV A.V.,

candidate of Technical Sciences, Head of the Department "Mechanization of Technological Processes in the Agro-Industrial Complex", Oryol State Agrarian University named after N.V. Parahin; е-mail: volzandrej@yandex.ru.

BASHKIREV A.P.,

professor of Kursk State Agricultural Academy, e-mail: a412241@mail.ru, тел. +7-910-312-16-87.

Essay. The aim of the study was to offer the design of a hammer mill with a lower energy content of the process of grinding and obtain the finished product with adjusted particle size distribution. Improving the efficiency of the livestock industry is inextricably linked to the quality of feed, when fed. Significant energy component in the diet of farm animals constitute a concentrated feed derived from various kinds of crops. To improve the efficiency of digestion of grain is subjected to grinding. Advantage is given for grinding grain ham-mermill. Along with the performance of a hammer mill, particular importance should be given to the quality of the resulting material. This article discusses the issue of increasing the efficiency of the hammer mills by increasing productivity and yield a final product with an adjusted particle size distribution. Given the elements of the theory of the grinding process. In order to improve the characteristics of hammer crushers, the design of a hammer crusher with sieve installation in a spiral has been proposed. The question of passing the crushed particles through sieve openings with a typical installation of the sieve and sieve set in a spiral. A graphical representation of the effectiveness of the improved hammer mill. Confirmed reduced overall specific energy consumption for grinding. The conducted comparative tests have confirmed the efficacy of this setting circuit sieve to obtain a finished product of higher quality.

Keywords: hammer crusher, sieve, hole, edge, energy intensity, grinding degree.

Введение. В России на протяжении ряда последних лет идет наращивание темпов производства свинины и птицы. Увеличение поголовья неизменно влечет за собой повышение объёмов производства кормов. Предварительный анализ переработанного зерна в 2017 году на корм животным, по данным Минсельхоза, составил 45,3 млн. т., при этом производство комбикормов составило 27,6 млн. т. и это на 7 % выше показателя 2016 г.

Одной из основных операций подготовки зерна к скармливанию по-прежнему остается измель-

чение. В большинстве предприятий для измельчения зерна отдают предпочтение машинам ударного типа - молотковым дробилкам, с использованием этих машин перерабатывают до 70 % зерна.

С самого начала применения молотковых дробилок не прекращаются работы по усовершенствованию их конструкций. Большая часть усовершенствований, которые были реализованы в серийно выпускаемых дробилках, направлены на повышение производительности машин, однако анализ качества получаемого материала показыва-

ет значительную неоднородность получаемой дерти, что отрицательно сказывается на продуктивности животных и влечет за собой повышение себестоимости получаемой продукции.

Материал и методика исследования. Вопросам общей теории измельчения материалов были посвящены работы таких ученых как: П. Реттин-гер, Ф. Кик, В.Л. Кирпичев, Ф Бонд [1, 2].

Исходя из теории измельчения, предложенной этими учеными, удельной работой на измельчение является некая постоянная работа, затрачиваемая на образование единицы новой поверхности. Величина работы определялась опытным путем, после чего в формулу вводился коэффициент пропорциональности.

П.А. Ребиндер предложил формулу, где учтены недостатки поверхностной и объемной теории, но все также присутствуют коэффициенты, определить которые можно только опытным путем.

В своих работах С.В. Мельников для определения затрат энергии на измельчение предложил использовать эмпирическую формулу, в которую пришлось ввести постоянные коэффициенты определяемые опытным путем.

Таким образом, используя разные теории определения параметров молотковой дробилки для измельчения зерна, мы можем лишь говорить о тенденции поведения рабочего процесса, а не как о точном его описании.

Ранее в ряде работ был рассмотрен вопрос повышения эффективности функционирования молотковых дробилок за счет изменения конструкции дробильной камеры [3-7].

Результаты исследования. Рассматривая вопрос улучшения технических характеристик молотковой дробилки, с точки зрения повышения ее производительности и получения готового продукта с выровненным гранулометрическим составом, нами предлагается вместо решета правильной цилиндрической формы установка решета в дробильную камеру по спирали, т.е. с переменным зазором между молотками и решетом (рисунок 1) [8].

Установка решета осуществлена по принципу, когда уменьшение зазора между поверхностью решета и молотками в любом месте при повороте радиус вектора на угол 0 будет иметь одинаковую величину (установка по спирали).

Вращение ротора по часовой стрелке.

Установка решета таким образом обеспечивает выступ кромок поверхности решета в сторону дробильной камеры. Данная конструкция позволяет активно задействовать поверхность решета в процессе измельчения [9]

Рисунок 1 - Рабочая камера молотковой дробилки с переменным зазором между молотками и решетом

Для получения уравнения кривой была построена схема (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема определения формы решета

Рассмотрев данную схему при определенном уровне допущений и бесконечно малых величинах, получено уравнение кривой установки решета:

я, = ,

где Ко и 0О - координаты начальной точки кривой;

а есть угол подъёма спирали решета.

Размеры кромок (ДИ), выступающих внутрь рабочей камеры, зависят от величины 8тах и диаметра отверстий решета (рисунок 3).

Из рисунка 3 следует, что при увеличении зазора на входе (8тах) величина кромок увеличивается.

Рисунок 3 - Зависимость величины Дh от параметров установленного решета

Исследования проводились для определения вероятности и условий прохождения измельченных частиц в зарешетное пространство. Для определения данных условий были рассмотрены варианты движения частицы по поверхности цилиндрического (рисунок 4) и спиралевидного решета (рисунок 5).

Рисунок 4 - Прохождение частицы через отверстие цилиндрического решета

Рисунок 5 - Прохождение частицы через решето спиралевидной формы

Условием прохождения частицы через отверстие цилиндрического решета будет выполнение требования, когда:

А < Уг X г ,

где X - толщина решета, м;

иг - радиальная скорость движения частицы над отверстием, м/с;

t - время нахождения частицы над отверстием решета, с.

Погружение частицы в отверстие начнется с момента когда она окажется над отверстием минимум на половину своего диаметра. Тогда время нахождения частицы над отверстием можно описать следующим выражением:

г =

ё - 0.5ёп ё - 0.5drl

кар Я

где d - диаметр отверстия решета, м; d0 - диаметр частицы, м;

k - коэффициент, учитывающий разницу между окружной скоростью ротора и скоростью продуктового слоя;

юр - угловая скорость ротора, с-1. Тогда выражение 4 примет вид:

ё - 0.5ёп

А< уг-0

г каЯ

При использовании спиралевидного решета выражение примет вид

А-АН < угг,

где Лh - высота выступающей кромки отверстия решета, м.

Из выражения видно, что применение спиралевидного решета позволит частице покинуть дробильную камеру за более короткий промежуток времени нахождения над отверстием решета или при меньшей радиальной составляющей скорости движения.

V

сл

Установка решета по данной схеме позволяет повысить общую производительность молотковой дробилки. Большинством ученых работу молотковой дробилки, затрачиваемую на перемещение измельчаемого материала по поверхности решета принято считать неэффективной. Применение решета, установленного по спирали, позволяет работу, затраченную на перемещение частиц использовать для измельчения материала о выступающие кромки.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили теоретические зависимости [10].

Установка решета по спирали позволила уменьшить удельные затраты энергии при измельчении (рисунок 6).

Анализ графической позволяет сделать вывод, что наличие выступающих кромок способствует затормаживанию воздушно-продуктового слоя внутри дробильной камеры, что дополнительно способствует повышению эффективности измельчения за счет соударения частиц с молотками с большей скоростной разницей.

Проведенные исследования подтвердили улучшение качественных характеристик экспериментальной молотковой дробилки в сравнении с серийной - КДУ-2.

Анализ графических данных позволяет сделать вывод, что увеличение подачи материала в молотковой дробилке с традиционной установкой решета способствует снижению удельных затрат энергии. Это связано с тем, что при малой загрузке дробильной камеры измельчаемым материалом интенсивность соударения частиц с молотками низкая, а материал просто скользит по поверхности решета. Значительная часть энергии затрачивается на аэродинамические сопротивления.

Удельные затраты при использовании решета, установленного по спирали, практически не зависят от величины подачи материала, это свидетельствует о том, что в процессе измельчения принимает активное участие решето.

Анализ фракционного состава показан на рисунках 8 и 9.

Рисунок 6 - Влияние раскрытия спирали на удельные затраты энергии при использовании решет с различным диаметром отверстий

8,0

7,0

? 6,0

т

^

5 5,0

•3?

4,0

3,0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20

Q, т/ч

—♦— экспериментальная Д серийная

Рисунок 7 - Влияние величины подачи материала на удельные затраты энергии

50,0 45,0 40,0 35,0 30,0

р

£ 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

—♦—экспериментальная Д серииная

Рисунок 8 - Влияние подачи материала на выход крупной фракции

0,90 1,00 Q, т/ч

экспериментальная Д серииная Рисунок 9 - Влияние подачи материала на выход мелкой фракции

Анализ данных показал, что количество крупной фракции выше у серийного измельчителя. При величине подачи 0,27 т/ч у серийного измельчителя количество крупной фракции было на 8 % меньше, чем у экспериментальной машины. При подаче 0,92 т/ч, снижение произошло на 41 %.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что несмотря на изменение величины подачи материала в дробильную камеру, величина выхода мелкой фракции у экспериментального измельчителя изменяется незначительно и составляет меньший процент, чем при использовании решета правильной цилиндрической формы у серийно выпускаемой машины.

Совокупный анализ графических данных, представленных на рисунках 8 и 9, позволяет сделать вывод, что использование решета, установленного по спирали, позволяет получать готовый продукт с меньшим содержанием крупной и мелкой фракции, а соответственно с более выровненным гранулометрическим составом.

Выводы. В целом сравнительные испытания показали, что использование экспериментальной молотковой дробилки с установкой решета по спирали позволяет значительно снизить общие затраты энергии на измельчение, и получить готовый продукт более высокого качества, что в конечном результате позволит повысить эффективность животноводства.

Список использованных источников

1. Горячкин В.П. Собрание сочинений в трёх томах. - М.: Колос, 1968. - Т. I. - 508 с.

2. Кулаковский И.В., Кирпичников Ф.С., Резник Е.И. Машины и оборудование для приготовления кормов: справочник, часть 1. - М.: Росссельхозиздат, 1987. С. 285.

3. Коношин И.В., Звеков А.В. Повышение эффективности рабочего процесса молотковых дробилок закрытого типа // Агротехника и энергообеспечение. - 2014. - № 1 (1). - С. 165-174.

4. Коношин И.В., Звеков А.В. Обоснование эффективности применения сегментного решета в молотковых дробилках закрытого типа // Тракторы и сельхозмашины. - 2014. - № 6. - С. 35-38.

5. Акименко А.В., Сундеев А.А., Воронин В.В. Совершенствование измельчения зерна в рабочей камере дробилки // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2010. - № 10. - С. 12-14.

6. Лебедев А.Т., Искендеров Р.Р., Шумский А.С. К вопросу оценки процесса измельчения зерновых материалов // В кн.: Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК: материалы XIV Международной научно-практической конференции. - 2018. - С. 177-181.

7. Молотковая дробилка: Пат. на ПМ 31998 РФ МПК7 В 02 С 13/04, заявитель и патентообладатель Оровский государственный аграрный университет. - №2003103050/20; Заявлен 06.02.2003; Опубл. 10.09.2003, Бюл. № 25.

8. Коношин И.В., Звеков А.В., Черепков А.В. Повышение эффективности функционирования молотковых дробилок при измельчении зерна // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2014. - № 1 (13). - С. 127-132.

9. Коношин И.В. Совершенствование процесса измельчения и обоснование конструктивно-режимных параметров молотковой дробилки с решетом спиралевидной формы: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.20.01. - Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки. -Воронеж, 2004.

List of used sources

1. Goryachkin V.P. Collecting siding in three volumes. - M.: Kolos, 1968. - T. I. - 508 c.

2. Kulakovsky I.V., Kirpichnikov F.S., Reznik E.I. Machines and equipment for the preparation of feed: a handbook, part 1. - M.: Rosselkhozizdat, 1987. - S. 285.

3. Konoshin I.V., Zvekov A.V. Improving the efficiency of the working process of hammer crushers of the closed type // Agrotechnika and energy supply. - 2014. - № 1 (1). - P. 165-174.

4. Konoshin I.V., Zvekov A.V. Justification of the effectiveness of the use of segmental sieves in closed type hammer crushers // Tractors and agricultural machines. - 2014. - № 6. - P. 35-38.

5. Akimenko A.V., Sundeev A.A., Voronin V.V. Improving the grinding of grain in the working chamber of the crusher // Mechanization and electrification of agriculture. - 2010. - № 10. - P. 12-14.

6. Lebedev A.T., Iskenderov R.R., Shumsky A.S. On the issue of assessing the process of grinding grain materials // In the book: Actual problems of scientific and technological progress in the agricultural sector: materials of the XIV International Scientific and Practical Conference. - 2018. - P. 177-181.

7. Hammer crusher: Pat. at PM 31998 RF MPK7 B 02 С 13/04, applicant and patent owner Orovsky State Agrarian University. - №2003103050 / 20; Declared February 6, 2003; Publ. 10.09.2003, Byul. No. 25

8. Konoshin I.V., Zvekov A.V., Cherepkov A.V. Improving the efficiency of hammer crushers when grinding grain // Bulletin of the All-Russian Scientific Research Institute of Animal Life Mechanization. - 2014. - № 1 (13). - P. 127-132.

9. Konoshin I.V. Improvement of the grinding process and justification of the design-mode parameters of the hammer crusher with a spiral sieve: author. diss. ... Cand. tech. Sciences: 05.20.01. - Voronezh State Agrarian University. KD Glinka. - Voronezh, 2004.