Удосконалення конструкції молоткового подрібнювача зернових кормів і експериментальне дослідження його робочого процесу

Радіальний зазор між диском ротора і сектором повинен складати 1...1,5 мм. Регулювання кожного сектора проводять у наступній послідовності. Послабляють болти кріплення секторів. Обертанням ексцентриків сектори наближають до упора в диск ротора, після чого повертають ексцентрики проти годинникової стрілки на 15…20° і затягують болти кріплення секторів.

Паси завантажувального і вивантажувального шнеків натягають переміщенням електродвигуна. Стріла прогину при зусиллі 12 Н повинна складати 2,8...3,2 мм.

Приводний ланцюг завантажувального шнека натягують поворотом корпуса підшипника, що має ексцентриситет. Стріла провисання повинна бути 1,0...2,0 мм. Розташування зірочок по відношенню одна до одної регулюють переміщенням опори, яку розташовано під щитком шнеку, разом з додатковим шнеком.  

 

 

Таблиця 2.1- Технічна характеристика дробарок  

 

Найменування  показників	Марка машини
	ДКМ-5	ДБ-5	КДУ-2
Продуктивність, т/год. при подрібненні зерна при подрібненні сіна, соломи	3,5 0,6	4…6 –	до 2 до 0,8
Встановлена потужність, кВт	33,7	32,2	28
Мотор-редуктор приводу живильника кормів, кВт	1,5	–	–
Електродвигун завантажувального шнека, кВт	1,1	1,1	–
Габаритні розміри, мм    довжина  ширина  висота	8750 4730 3720	8545 3210 3720	2800 1550 3000

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

3. Огляд теоретичних досліджень  процесу подрібнення зернових  кормів

  3.1.Основи теорії подрібнення кормів

Подрібненням називається процес поділу механічним шляхом твердого тіла на частини, тобто під дією зовнішніх сил, що перевищують сили молекулярного зчеплення.

У результаті подрібнення утвориться безліч дрібних часток із сильно розвинутою поверхнею. Отже, подрібнення можна охарактеризувати як процес виробництва (збільшення) нових поверхонь часток корму.

Питома площа поверхні. Кількісною мірою дисперсності сипучих матеріалів, тобто розвиток поверхні часток, слугує показник питомої площі поверхні. Питомою площею поверхні матеріалу називається сумарна площа поверхні всіх часток, вміщених в одиниці маси (м2 /кг) чи об’єму (м-1).          У теорії подрібнення прийнято визначати:

об'ємну питому площу поверхні  Sпт. об:

                                        

                              (3.1)      

          масову питому площу поверхні Sпт. м :

                                       

                             (3.2)

де d - середній розмір часток, м;

ρ - щільність, кг/м3 .

З формул (3.1) і (3.2) випливає, що для визначення питомої площі поверхні матеріалу необхідно знати лінійні розміри його часток. Середньозважений розмір прийнято називати діаметром часток, незалежно від їхньої дійсної форми.

Ступінь подрібнення; Абсолютні розміри, чи крупність, часток подрібненого корму обумовлені зоотехнічними вимогами і використовуються при оцінці якості продуктів подрібнення. Для енергетичної оцінки процесів подрібнення, крім цього, потрібно мати уявлення про глибину процесу диспергування, тобто про ступінь подрібнення.

У загальному випадку енергоємність технологічного процесу подрібнення залежить від збільшення питомої площі поверхні ∆S матеріалу, тобто ∆S=Sк - Sпоч .

Зі зменшенням розмірів часток питома площа поверхні зростає, тому чисельно ступінь подрібнення λ дорівнює відношенню питомої площі поверхні часток кінцевого продукту до питомої площі поверхні шматків вихідного матеріалу, тобто . .

 У техніці ступенем подрібнення λ матеріалу прийнято називати відношення середнього розміру D шматків вихідного матеріалу до середнього розміру d часток продукту подрібнення:

                                                        

                             (3.3)

 Якщо вихідний матеріал - зерна сільськогосподарських культур, то, з огляду на розмаїтість і складність форми, їхні розміри найбільше зручно характеризувати величиною еквівалентного діаметра Dэ. Еквівалентним діаметром зерна називається діаметр кулі, об’єм якого дорівнює дійсному об’єму зерна. Значення еквівалентних діаметрів знаходять експериментально. Визначають середній об’єм зерна зануренням порції з 100 шт. у рідину (бензин, толуол, ксилол), налиту в мірний циліндр. Якщо об’єм одного зерна Vз, а об’єм рівновеликої кулі то еквівалентний діаметр зерна буде дорівнює:

                                       

                 (3.4)

З урахуванням цього початкова питома площа поверхні зернового матеріалу перед подрібненням по (3.2) буде  
                                                                                                (3.5)

Показник ступеня подрібнення  λ характеризує головним чином технологічний процес подрібнення, а не крупність часток дерті. Очевидно, що Очевидно, що при одній і тієї ж крупності дерті (dср), велике зерно дає більш високі значення ступеня подрібнення і навпаки.

У таблиці 3.1 наведено числові значення ступеня подрібнення і питомої площі поверхні дерті, отриманої з ячменя, зерна якого мали еквівалентний діаметр Dэ = 4,2 мм і щільність р = 1300 кг/м3 .

Таблиця 3.1- Ступінь подрібнення і питома площа поверхні ячмінної дерті

Розмелення	Крупність часток dср, мм	ступеня подрібнення  λ	Питома площа поверхні Sк		Збільшення питомої площі поверхні
			масова, м2/кг	об’ємна, м-1	м2/кг	м-1
Дуже дрібне	0,2	21,0	23,0	30*104	21,9	28,6*104
Дрібне	1,0	4,2	4,6	6*104	3,3	4,6*104
Середнє	1,8	2,3	2,5	3,3*104	1,4	1,9*104
Велике	2,6	1,6	1,8	2,3*104	0,7	0,9*104

 

При подрібненні кормів на молоткових дробарках регулятором тонкості розмелу є решето, яке встановлене в дробильній камері. Абсолютні значення ступеня λ подрібнення зерна злакових культур у залежності від діаметра решета в камері дробарки можна брати таким:

Діаметр решета, мм 10 6 3 2

Ступінь подрібнення λ    1,5-1,6 2,0-2,4 5-7 8,4-9,7

3. 2. Витрати енергії на процес подрібнення

Закони подрібнення; Поряд із законами розподілу часток продуктів подрібнення за їхніми розмірами теорія подрібнення вивчає функціональний вплив між витратами енергії на процес подрібнення матеріалу і ступенем подрібнення.

Для визначення роботи подрібнення ще в минулому столітті було запропоновано дві енергетичні теорії: поверхнева та об'ємна. Поверхнева теорія, сформульована німецьким ученим П. Риттінгером (1867р), виходить з того, що робота, яка необхідна для подрібнення тіла, прямо пропорційна площі знову утвореної поверхні,

                                         

                                   (3.6)

де ∆S- площа знову утвореної поверхні (збільшення питомої площі поверхні).

Якщо взяти тіло кубічної форми з ребром D і подрібнити його до часток - кубиків з ребром d, то число отриманих часток  Nч = = λ3 .

Площа знову утвореної поверхні при цьому складе

 ∆S = SКін - SПоч = 6d2 Nч – 6D2AS чи ∆S = 6d2(λ - 1).

Якщо робота Ао витрачається на утворення одиниці площі нової поверхні, то повна робота АR, за Риттінгером, яка витрачена на процес подрібнення, складе

                        AR=Ao ∆Sg=6AoD2(λ - 1),  

;                        (3.7)

Якщо у формулі (3.7) питому роботу Ao і ступінь подрібнення прийняти за постійні величини, то повна робота на подрібнення

                           AR=KRD2,     

;                                            (3.8)

де КR - коефіцієнт пропорційності.

Однак така залежність виражає лише окремий випадок. У дійсності ступінь подрібнення змінюється в широких межах і залежить від властивостей та розміру матеріалу, способу подрібнення і конструктивних особливостей подрібнювача. Стосовно технології приготування кормів більш постійною величиною для зерен визначеної культури є еквівалентний діаметр Dэ зернини. З урахуванням цього зауваження формулу (3.8) представимо у такому вигляді:

                                            AR=KRo(λ - 1),   ;                                             (3.9)

де KRo  - коефіцієнт пропорційності.

Поверхнева теорія виявилася більш пристосованою для оцінки процесів тонкого подрібнення, коли виходить продукт із високорозвиненою питомою площею поверхні.

При подрібненні зернових кормів майже прямолінійна залежність (рисунок 5.2) між витраченою роботою і ступенем подрібнення Аизм = f(λ) спостерігається при тонкому розмеленні (d≤ 0,4 - 0,6 мм и λ ≥7).

Тепер розглянемо процес подрібнення не одного, а сукупності М шматків різного розміру і форми, приймаючи середні розміри шматків рівними D, а отриманих часток –d. Припускаємо, що подрібнення часток розмірами від D до d відбувається за п прийомів (наприклад, ударів) і що за кожен прийом досягається проміжний ступінь подрібнення λ і, однаковий для всіх прийомів або стадій. За такої передумови загальний ступінь подрібнення багатостадійного процесу складе

Визначимо загальну роботу AR, витрачену на процес подрібнення, якщо врахуємо, що за перший прийом вона складе:

 

де - число часток

р - щільність, кг/м3 .

У другому прийомі будуть подрібнюватися шматки вже розміром                       , відповідно, робота на подрібнення

 

У третьому прийомі шматки будуть мати розмір отже,

                                           

Аналогічно при n-ому прийомі одержали

Загальна робота подрібнення дорівнює сумі витрат на всіх стадіях

Сума членів геометричної прогресії (у дужках) зі знаменником дорівнює:

Отже, загальна робота на подрібнення складе:

Питома робота подрібнення ARуд (Дж/кг) буде:

Об'ємну теорію розроблено російським ученим-механіком В. Л. Кирпичовим (1874р), а пізніше, стосовно процесів подрібнення корисних копалин, - німецьким проф. Ф. Кіком (1885р).

За Кирпичовим - Кіком витрати роботи Ак на подрібнення тіла прямо пропорційні об’єму АУ деформованої частини тіла, тобто Ак =f(∆V). Але деформована частина об’єму ∆V пропорційна первинному об’єму V усього шматка, тобто ∆V=K1 V. Отже,

AK =K*K1V=K2V=KKD3

чи      AK =K2V=K2ρ*m=KK ′m,                                                   (3.10)

де Кк і KK ′ - коефіцієнти пропорційності у наведених формулах за теорією Кирпичова - Кіка;

m - маса шматка, що подрібнюється, кг.

Об'ємна теорія Кирпичова - Кіка дає більш точні результати в розрахунках процесів грубого подрібнення, при якому основна частина енергії витрачається на пружні деформації тіла, а питома площа поверхні при цьому незначною мірою змінюється.

Розглянемо, як і раніше, випадок подрібнення матеріалу, що складається зі шматків крупністю D, з одержанням часток розміром d.

Якщо маса М матеріалу складається зі шматків однакової маси т, то число шматків до подрібнення буде N = М/т. Роботу подрібнення одного шматка можна визначити за формулою (3.10), а всієї маси - за такою формулою:

                               A=AK N= KK ′M,

                                       (3.11)      

 Якщо матеріал складається  зі шматків різних розмірів  і подрібнюється за п прийомів (наприклад, ударів), причому за кожен прийом досягається ступінь подрібнення , то за всі стадії ступінь подрібнення складе 
.

Звідси число прийомів:

                               

               

При цьому сумарна робота за п прийомів складе  λ=nK′KM.

Підставивши значення п за формулою (3.12), одержимо:

Отже, питома робота подрібнення Ак (Дж/кг) буде

Прихильники поверхневої та об'ємної теорій більше півстоліття вели гостру дискусію між собою, намагаючись довести перевагу однієї з них, але зробити цього не вдалося, тому що як перша, так і друга теорія страждають однобічністю і не враховують впливу конкретних умов на процес подрібнення на його енергоємність (дисперсність матеріалу, конструкція і режими подрібнювачів тощо).

У зв'язку з цим з'явилася третя «погоджувальна» теорія Ф. Бонда (1952р), що поєднує рівняння (3.9) і (3.13). Було зроблено припущення, що робота, яка витрачається на подрібнення, пропорційна середньому геометричному об’ єму і площі поверхні шматка, що подрібнюється: