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

Після перетворень одержимо:

Пізніше радянський вчений А. К. Рундквіст  (1956р) та американський  Р. Чарльз (1958р) запропонували емпіричне рівняння:

                         

де А - робота;

δ - характерний розмір [шматка (D) чи частки (d)];

С і z - коефіцієнти.

Інтегруючи вираз (3.15) і додаючи дискретні значення z = 1; 2;3/2 з урахуванням кінцевих значень розмірів, одержимо наближене значення інтеграла у вигляді

                            A=kDq ,

                        (3.16)

Тоді, додаючи показнику ступеня q значення 3; 2 і 2,5, одержимо

 

Ак = КкD3 - закон Кирпичова - Кіка;

Ак = КRD2 - закон Риттингера;

Ав = КвD2.5 ’ - закон Бонда.

З наведеного аналізу видно, що залежності (5.12) і (5.14) багатозначні і не інваріантні стосовно умов експерименту, тобто не є строго науковими законами, а виражають лише окремі випадки протікання процесу. Відомо, що законами прийнято називати строго детерміновані однозначні залежності, що характеризують явища чи процес та інваріантні стосовно системи відліку.

Основний закон подрібнення; Академік П. А. Ребіндер уперше (1928р) запропонував оцінювати роботу подрібнення за такою формулою, що враховує недоліки поверхневої та об'ємної теорії:

                    A=f(∆V+f1(∆S) ,

                             (3.17)

де  ∆V - об’єм деформованої частини тіла;

∆S - збільшення питомої площі поверхні матеріалу.

           Рівняння Ребіндера в розгорнутому  вигляді можна записати так:

               A=AV + AS = k ∆V + a ∆S,

                        (3.18)

 

де AV - робота, яка витрачена на деформацію частини тіла;

AS - робота, яка витрачена на утворення нових поверхонь;

k - коефіцієнт пропорційності;

а - коефіцієнт пропорційності, що враховує енергію поверхневого натягу твердого тіла.

З рівняння (3.18), названого нами основним законом подрібнення, випливає, що повна робота подрібнення дорівнює сумі робіт, витрачених на деформації в деформуємій частині об’єму шматка, що руйнується, і на утворення нових поверхонь.

За В. І. Куяновим, єдність процесу «деформація - руйнування» дозволяє розглядати руйнування як наслідок перенапруження тіла, а площу, яка знову утворилася на поверхні, вважати пропорційною роботі перенапруження AS (на відміну від роботи пружних деформацій Aу). Тоді енергетичний баланс процесу подрібнення можна представити у вигляді закону Ребіндера:

                       A = Ay + AS,

(3.19)

Розглядаючи процес подрібнення за Ребіндером (формула (5.23)) як єдине ціле, можна відзначити, що робота створення нової поверхні AS є корисною, а робота пружних деформацій Ау - некорисною. При цьому ККД процесу подрібнення дуже низький і складає

                            
                                   

Для підвищення ефективності і ККД процесу подрібнення необхідно: 1) зменшувати роботу Апр пружних деформацій шляхом зниження міцності матеріалу за рахунок застосування поверхневоактивних речовин (ефект Ребіндера); 2) збільшувати, по можливості, роботу AS на утворення нових поверхонь, створюючи умови найбільшого перенапруження матеріалу, наприклад, за рахунок застосування високих швидкостей робочих органів (Vуd ≥ 100 м/с).

На закінчення необхідно відзначити, що отримані вирази для визначення роботи подрібнення не можуть бути використані при кількісних розрахунках, коли потрібно знайти абсолютне значення Апдр, тому що невідомі значення коефіцієнтів пропорційності. Ці формули застосовують лише для якісного дослідження робочих процесів і порівняльних розрахунків з метою виявлення відносної величини роботи, витрачуваної на подрібнення.

3.3 Базові робочі формули процесу подрібнення

Спираючись на основний закон подрібнення (формула (3.18), С.В. Мельников (1952р) запропонував емпіричну робочу формулу для визначення витрат роботи на подрібнення. Зробимо припущення, за яких з відомим ступенем наближення можна скористатися робочою формулою в дослідженнях процесів подрібнення кормів.

1. Розширенням наявних мікротріщин і утворенням нових у межах пружних деформацій аж до початку плинності матеріалу можна знехтувати, припустивши, що вся робота при цьому витрачається тільки на деформацію корму і пропорційна деформованому об’єму. Позначимо цю частину роботи через АV (Дж/кг) і відповідно до закону Кирпичова - Кіка оцінимо її за виразом:

                                Av=CVlgλ3                             (3.21)

де СV - коефіцієнт пропорційності, що має розмірність питомої роботи, Дж/кг.

Показник ступеня λ умовно залишено під логарифмом, що наочно показує залежність витрати енергії від відношення об’ємів (D3 і d3).

2. Енергія, що витрачається на подрібнення корму в інтервалі від межі текучості до руйнування, витрачається на утворення нових поверхонь (у тому числі й у ході розвитку пластичних деформацій).

Припустимо, що ця частина роботи прямо пропорційна збільшенню питомої площі поверхні і позначимо її через AS.

Тоді відповідно до закону Риттінгера її можна оцінити виразом

 

                                           

Для переведення в Дж/кг у знаменник формули (3.22) варто ввести щільність р (кг/м ) матеріалу. Крім того, якщо врахувати, що розміри вихідних шматків зернових кормів, оцінювані еквівалентним діаметром зерновки заформулою (5.4) змінюються у вузьких межах, можна записати  

При цьому AS=CS(λ-1) .

Прийняті передумови дозволяють представити основний закон подрібнення в такому вигляді:

          Aτ =A V+ AS            

               Agl h= Cпр Aτ                                                                                              (3.23) 

де Аτ - теоретичні витрати роботи на процес подрібнення, Дж/кг;

Апдр - повні (розрахункові) витрати роботи на подрібнення з урахуванням впливу способу подрібнення і конструкції подрібнювача, який оцінюється дослідним коефіцієнтом Спр процесу, Дж/кг.

З урахуванням виразів (3.21) і (3.22) формула (3.23) для визначення витрат роботи (чи енергії) на подрібнення може бути представлена в остаточному вигляді:

                 Aизм = Спр⦋CV lg λ3+CS(λ-1),

                (3.24)

У формулі (3.24) постійний коефіцієнт СV (Дж/кг) визначає роботу пружних деформацій при прийнятому методі механічних досліджень зерна, віднесену до одиниці його маси. Постійний коефіцієнт СS також має цілком визначене фізичне значення - становить собою роботу, витрачену на утворення нових поверхонь при подрібненні 1 кг зерна. Величина обох коефіцієнтів залежить від структурно- механічних властивостей зерна, його розміру і щільності.Коефіцієнт процесу Спр характеризує вплив інших неврахованих факторів, що з’являються під час робочого процесу подрібнювача: властивості зернового матеріалу (вологість, в'язкість тощо), спосіб подрібнення (удар, плющення, різання тощо), конструктивні особливості подрібнювача. У статистичному розумінні коефіцієнт Спр виражає кореляційний зв'язок між значенням Аτ за формулою (3.23) і дійсними витратами роботи Аизм, що спостерігаються як при експерименті, так і в умовах виробничої експлуатації подрібнювачів. Дослідні значення коефіцієнтів наведено в таблиці 3.2.

 

 

 

 

 

 

Таблиця 3.2 - Характеристика фуражного зерна (за експериментальними даними С. В. Мельникова)

Культура	Щільність зерна ρ, кг/м3	Еквівалентний діаметр зерна Dэ, мм	Коефіціенти
			Спр	СV, кДж/кг	СV, кДж/кг
Ячмінь	1,30*103	4,2	1,20±0,30	8,5	7,50
Овес (без плівок)	1,35*103	3,7	5,00±1,50	2,34	1,96
Жито	1,28*103 о-)	3,3	1,45±0,35	8,4	6,40
Пшениця	1,36*103 о V© со	3,8	-	4,6	8,15
Горох	1,36*103	6,3	-	10,7	3,66

 

Варто мати на увазі, що експериментальне визначення коефіцієнтів СV і СS пов'язано з необхідністю проведення великого числа дуже трудомістких дослідів механічних властивостей зерен. Це обмежує можливості більш широкого застосування в розрахункових цілях формули (3.24). Формулу (3.24) можна значно спростити, подавши її у вигляді

                        Aпдр = С1 lg λ3+C2(λ-1),

                    (3.25)

Таке перетворення дає можливість визначати значення коефіцієнтів С1 і С2 за результатами виробничих досліджень подрібнювачів будь-яких типів і використовувати величину Апдр як критерій енергоємності при порівняльній оцінці різних машин та виборі ефективних режимів їхньої роботи.

Формула (3.25) є більш універсальною, тому що вона дозволяє оцінити будь-який процес подрібнення (дроблення, стирання, різання) з позицій сучасної теорії подрібнення. Такий підхід має особливе значення для дослідження робочого процесу універсальних дробарок, обладнаних апаратом, що ріже, та молотковим барабаном, а також інших подрібнювачів, що мають дворазовий операційний вплив різних робочих органів на матеріал.

У формулі (3.25) коефіцієнти С1 і С2 визначаються за способом найменших квадратів із дослідних даних. Так, для ячменя можна прийняти С1 =(10-13)*103 Дж/кг і С2 =(6-9)*103

При оцінці способу подрібнення і конструюванні робочих органів подрібнювачів насамперед слід враховувати фізико-механічні властивості та геометричні параметри кормів і вибирати такі способи впливу на матеріал, що переробляється, при яких руйнування його може бути досягнуте при найменших напругах і витраті енергії.

 

У цьому відношенні розколювання, стирання або різання

Рисунок 3.3 - Способи подрібнення кормів: 1 - подрібнення ударом; 2 - розколювання; 3 - стирання; 4 - плющення; 5 - різання (а - пуансоном; б - лезом; в - різцем)

 

представляються більш вигідними, тому що руйнівні напруження сколювання τруйн менше за нормальні напруги σруйн.

Різноманіття видів кормів та їхніх властивостей, а також вимог до технології приготування, обумовлених фізіологією годівлі, призвело до створення великого числа способів подрібнення, кожний із яких має свій механіко-математичний опис або відповідну теорію

 

 

 

 

 

 

 

4. Список використаних  літературних джерел

 

1. Інтернет джерело (14:10) http://knowledge.allbest.ru/agriculture/d-3c0a65625b2bc78a5c53b89521316c27.html
2. Інтернет джерело (13:40)  http://lib.lntu.info/book/mbf/sgm/2010/10-158/lection3.html
3. Механизация животноводческих ферм. М., «Колос», 1969. 440с. с илл. (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений ). Перед загл. авт.: С.В. Мельник , П.В. Андреев , В.Ф. Базенков и др.
4. Машини та обладнання для тваринництва . Підручник. За редакцією Бойко І.Г. Том 1. (Харківський національний технічний університет сільського господарства) Харків 2006.
5. Механізація та автоматизація у тваринництві і птахівництві / О.С. Марченко, О.В. Дацішин, Ю.М. Лавріенко та ін.; За ред. О.С. Марченко. – К. : Урожай, 1995. – 416 с.
6. Інтернет джерело (13:00)  http://mttdatu.zz.mu/page17.html