Определение производительности дисковой плющилки зерна и оптимизация частоты вращения дисков
ART 54723
УДК
001
В.
В. КоноваловБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Коновалов
В.
В.,
Терюшков
В.
П.,
Терехин
М.
А. Определение производительности дисковой плющилки зерна и оптимизация частоты вращения дисков // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
2296–2300. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/54723.htm.
Аннотация. Дано описание дисковой плющилки зерна. Приводятся результаты аналитических и экспериментальных исследований производительности плющилки зерна.
Ключевые слова:
плющилка зерна, плющильные диски, подача зерна, производительность плющилки, толщина хлопьев, измельчение зерна
Текст статьи
Коновалов Владимир Викторович,доктор техническихнаук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», г. Пензаkonovalovpenza@rambler.ru
Терехин Михаил Иванович,аспирант, ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», г. Пензаmihanxxx@mail.ru
Терюшков Вячеслав Петрович,кандидат техническихнаук, доцент, ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», г. Пензаtvp141@mail.ru
Определение производительности дисковой плющилки зерна и оптимизация частоты вращения дисков
Аннотация.Дано описание дисковой плющилкизерна. Приводятся результаты аналитических и экспериментальных исследований производительности плющилки зерна.Ключевые слова: плющилка зерна, плющильные диски, подача зерна, производительность плющилки, толщина хлопьев, измельчение зерна.
При кормлении животных, в том числе крупного рогатого скота, увеличение продуктивности невозможно без использования зерна.Так как пищеварительным трактом животного усваивается около20...25% энергии корма, то задача состоит в уменьшении потери энергии кормовпутем повышения его усвояемости [1]. Наиболее распространённым способомподготовки зерновых кормов к скармливанию, обеспечивающим улучшение усвояемости питательных веществявляется измельчение. В настоящее время для приготовления концентрированных кормовиз зернана животноводческих объектах широко используютмолотковые дробилки, ударноцентробежные измельчители, жерновые мельницы[2,3]. Недостатком работы данных измельчителей зерна является высокая доля пылевидной фракции.Нередко доля пылевидной фракции превышает 20%, что нарушает зоотехнические требования [3].Впроцессе транспортировки измельченного зерна к животным и при егоскармливании происходит снижениемассы измельченного продукта вследствиипотерь изза пыленияпылевидных частиц (0,5…5%), ипри этом нарушаетсяэкологическаяобстановкана животноводческой ферме, включая запыленностьпомещений и ухудшение работы системы пищеварения животных вследствие плохого смачивания пылевидного корма слюной и желудочным соком [4]. При этом существует большое разнообразие измельчителей [5…11]. Измельчениезерна на плющилках лишено указанныхнедостатков.При сжатии (плющении) зерна нарушается внешняя оболочка, состоящая из грубой клетчатки, что является благоприятным условием для доступа ферментов к питательным веществам. Кроме того, хлопья, полученные при плющении зерна имеют большую площадь поверхности, что улучшает усвояемость корма. Разработанная конструкция дисковой плющилки позволяет обеспечить личные подсобные и фермерские хозяйства измельченным зерном, а также снизить стоимость его измельчения. Плющильный аппарат (рисунок 1) установлен на раме и имеет привод. Состоит оних двух дисков (плоского1и конического4), имеющиходинаковую угловую скорость вращения. В горизонтальной плоскости поверхности обоих дисков смыкаются для образования зоны плющения. Над зоной плющения поверхности дисковрасходятся, образуя щель для подачипо загрузной горловине2зернового материала, подлежащего плющению. Ниже зоны плющения диски также расходятся, обеспечивая выход хлопьев плющенного зерна и их поступление в накопительную емкость. Для принудительной очистки дисков имеются неподвижныечистики.Плоский диск прижимается к коническому диску посредством пружины сжатия. Жесткость пружины, а, следовательно, и прижимная сила дисков изменяется регулировочной гайкой. В процессе плющения зерна диски незначительно расходятся(отодвигаются друг отдруга), обеспечивая определенную толщину хлопьев.Дисковаяплющилкаработаетследующимобразом(рисунок 2): зернозасыпаютвзагрузочныйбункер. Включаютэлектропривод, которыйприводитвовращениевалысрабочимидисками. Открывзаслонку, настраиваютнеобходимуюподачузернанаплющение. Изпитающегоустройстваизмельчаемыйматериалпопадаетвсужающеесяклиновоепространство–зонуплющения. Поддействиемсилтрениязернаоповерхностивращающихсядисков, атакжеподдействиемсилтяжестизерноперемещаетсявниз,сплющиваясьсдвухсторон. Врезультатевоздействияназерновкурабочихдисков, вращающихсясодинаковойугловойскоростью, происходитсдавливаниезернадозаранееустановленнойтолщиныхлопьевбезобразованияпылевиднойфракциивконечномпродукте. Послезоныизмельченияконечныйпродукт(хлопья) поддействиемсилтяжестиицентробежныхсилсобираютсявлоткесбораготовойпродукции.
а
б
вРисунок 1–Схема размещения рабочих органов плющильного аппарата:а–вид сверху; б–вид с боку; в–вид с торца; 1 –плоский дискпри плющении зерна; 2 –положение плоского диска при отсутствии зерна; 3 –загрузная горловина; 4 коническийдиск; 5 –подаваемое на плющение зерно; 6 –зерно в момент плющения; 7 –готовыехлопья; 8 –линия контакта плющильных дисков; 9 –контуры зоны плющения зернового материала между дисками; 10 –контуры расстояния между дисками,равного толщине зерна при плющении материала; 11 –контуры сводов зернового вороха между дисками
Методикапроведенияисследований.
Экспериментальныеисследованияплющилкизернас ранее обоснованными конструктивными параметрами проводилисьс цельюоптимизации частоты вращения плющильных дисков, определениятехнической характеристики плющилки в зависимости от частоты вращения плющильных дискови выявления числовых значений коэффициентов для аналитического выражения производительности плющилки. Проведениеэкспериментальныхисследованийосуществлялосьвсоответствиистребованиямируководящих документов: РД10.19.2.90,СТО АИСТ 19.22008[12,13].
Рисунок2. Общийвиддисковойплющилкизерна
Исследованияплющения производилисьназерне ячменявлажностью 15,3%на лабораторнойустановке(рисунки2 и3), состоящейиздисковойплющилки,частотногопреобразователяАВВ, измерительного комплекта КИ505(включая ваттметр)исоединительныхпроводов. Приводдисковойплющилкиосуществляетсяпосредствомпередачикрутящегочерезупругуюмуфтуотэлектродвигателямощностью2,2 кВтиноминальной частотойвращенияn`=1460 мин1. ЧастотавращениявалаэлектродвигателяизменяетсявширокихпределахпосредствомчастотногопреобразователяАВВ.В плющилкеустановлен ранее обоснованный конический диск с углом при вершине 165. Внешнийвидконическихдисковпредставленнарисунке4.
Рисунок4 –Сменныеконическиедискисугламипривершине
(слеванаправо) 155,160,165
Рисунок3–Схема лабораторнойустановки плющилкизерна:1ваттметр(в комплекте КИ505); 2частотныйпреобразовательАВВ; 3дисковаяплющилка
Проведение экспериментальныхисследований плющениязернаможноразделитьнапятьстадий.Повторность экспериментов трехкратная.Перваястадия: отобраннаяпартиязернаочищаетсяотмеханическихирастительныхпримесей, послечегопартиязерназасыпаетсявзагрузочныйбункер.Заслонкаподачизакрыта.Втораястадия: производитсяснятиеэлектромеханическиххарактеристикэкспериментальнойустановкинахолостомходу(безнагрузки). Включаетсявработуприводнойэлектродвигатель. Предварительноприпомощирегулировочнойгайкиустанавливаетсянеобходимоеусилиеподжатияпружины, сменойзвездочекцепнойпередачиустанавливаетсянеобходимоесоотношениечастотвращениярабочихдисков, частотнымпреобразователемзадаетсячастотавращениявалаэлектродвигателя. Ваттметром, включеннымвцепьпитаниялабораторнойустановки, фиксируетсязначениемощности, затраченнойнаприводизмельчителя.Третьястадия: Включаетсявработуприводнойэлектродвигательиоткрываетсязаслонкаподачизерна. Приустановившемсярежимеработыплющильногоаппаратаосуществляется15тисекундныйинтервалвременисбораплющенногопродуктавдополнительнуюемкостьдлясбораготовогопродукта. Используяваттметр, включенныйвцепьпитаниялабораторнойустановки, фиксируетсяустановившеесязначениемощности, потребляемойустановкой. Четвёртаястадия: производитсявзвешиваниена весахВЛКТ500навескиготовогопродукта(М, кг·103), собранногоза15тисекундныйинтервалвремени(Т, с) работыплющилки.атакжештангенциркулемШЦ2производитсязамертолщины25хлопьевготовогопродуктачерез 30…45 мин. после плющения.Пятаястадия: производитсярасчетчасовойисекунднойпроизводительностилабораторнойустановки, определениеэнергоёмкостиплющениязернавэкспериментальнойустановке.Производительностьустановки[15] секунднаяQ(кг/с) ичасоваяQч(кг/ч) определяласьпоформулам:ܳ=ெ1000∙Т;
ܳч=3,6·ெТ,
(1)гдеМ–массанавески, гр.; Т–длительностьсборанавески, с.ЭнергоемкостьY(Дж/кг) определяется: �=ொ�,
(2)гдеW–мощность, затрачиваемаянаприводплющилки, Вт.
Результаты теоретических исследованийИзвестна производительность вальцового измельчителя зерна[15]. Она описывается зависимостью Q(кг/с)ܳТ=��∙�3∙ߩ∙�∙(ℎ+∆),
(3)где LB–длина вальцов, м;
объемная плотность материала зерна, кг/м3; –коэффициент, учитывающий степень заполнения зоны измельчения; h–высота рифлей (у плющилки равно нулю), м; –зазор между вальцами, м; з–средняя скорость движения зерна между вальцами, м/с.По аналогии, производительность плющилки Q(кг/с)ܳТ=�∙�3∙ߩ∙�∙(ℎ+∆),
(3)или ܳТ=�∙(ோ0+(ோ0+)2∙�)∙ߩ∙�∙∆,тогда ܳТ=�∙(ܴ0+�/2)∙�∙ߩ∙�∙∆,
(4)где R0–внутренний радиус зоны плющения, м; L–длина зоны плющения, м.С учетом, что �=ߨ∙�/30, производительность плющилки запишется: ܳТ=�∙(ܴ0+�/2)∙ߨ∙�∙ߩ∙�∙∆/30,
(5)где n–частота вращения дисков, мин1.В данной формуле дополнительного численного уточнения требует ряд показателей, в том числе:, LиRo.
Результаты экспериментальных исследований.В результате обработки полученных экспериментальных данных установлено, что производительность(кг/с) плющилкизернаописываетсязависимостью(рис. 5):Q=0,0000516·n,
(6)гдеn–частотавращенияплющильных дисков, мин1.У расчетных и опытных значений коэффициенткорреляцииR=0,97056, данныеFтеста0,944724. Темсамым, даннаяпредложенная регрессионная модельневходитв95% доверительныйинтервал, следовательно,не адекватно описывает результаты исследований.Ввиду вышесказанного, следует перейти к модели более высокого порядка.В результате обработки полученных экспериментальных данных установлено, что производительность(кг/с) плющилкизернаописываетсязависимостью(рис. 6):Q=0,000051·n+5,763213·1010·n2,
(7)Коэффициент корреляции R=0,9706, данные Fтеста 0,959506. Тем самым, данная регрессионная модель входит в 95% доверительный интервал.Однако,коэффициент перед фактором во второй степени крайне незначителени отсеивается по критерию Стьюдента.Графический анализполученных данных показал, что опытные точки располагаются относительно прямой по зависимости, близкой к синусоидальной. Поэтому была предпринята попытка описания производительности Q(кг/с)выражением соответствующего вида:Q=0,044165+0,011592·sin[0,007136·(n860)].
(8)У расчетных и опытных значений коэффициенткорреляцииR=0,99794, данныеFтеста0,996505. Темсамым, даннаяпредложенная регрессионная модельвходитв95% доверительныйинтервал, что свидетельствует об адекватности предложенной модели.
абРисунок5–ГрафикпроизводительностиплющилкиQ(кг/с): а–взависимостиотчастотывращенияплющильныхдисковn(мин1); б–соответствиярасчетных(predicted) значенийопытным(observed)абРисунок 6–График производительности плющилки Q (кг/с): а–в зависимости от частоты вращения плющильных дисков n (мин1); б–соответствия расчетных (pedicted) значений опытным (obseved)aбРисунок7–ГрафикпроизводительностиплющилкиQ(кг/с): а–взависимостиотчастотывращенияплющильныхдисковn(мин1); б–соответствиярасчетных(predicted) значенийопытным(observed)
Сопоставляяопытную и теоретическую производительность плющилки, имеется возможность уточнения числового значения коэффициента, учитывающего степень заполнения зоны плющения: �=ܳܳ�⁄.Данный коэффициент описывается зависимостью(рисунок 8):=0,0592250,046869·+0,166495·Q1,
(9)где Q1–удельная подача материала дозирующим устройством на 1 м линии плющения, кг/(м·с);
потребная толщина хлопьев, мм.КоэффициенткорреляцииR=0,99601, данныеFтеста0,983876. Темсамым, даннаямодельадекватноописываетопытныеданные, входяв95% доверительныйинтервал.
aбРисунок9–Графиккоэффициента степени заполнения зоны плющения=Ф: а–взависимостиоттолщина хлопьеви удельная подача материалаQ1; б–соответствиярасчетных(predicted) значенийопытным(observed)
Тем самым, использование коэффициента (ф.9) в аналитическом выражении производительности (ф.5) позволяет получить достоверный результат.Учитывая, что показателем, ограничивающим производительность плющилкиявляется подача зерна дозирующим устройством и его взаимодействие с зоной загрузки дисков, значения коэффициента, учитывающие степень заполнения зоны плющения имеют небольшие значения. В силу конструктивных особенностей плющильного аппарата существенно повысить значения указанного коэффициента не представляется возможным.В результате обработки полученных расчетных данных установлено, что энергоемкость плющения зерна (Дж/кг) описываетсязависимостью(рис. 8):Y=16863,37+2280·cos[((n850)·3.14/315)+1,535431] =16863,37+2280·cos[((n850)·0,00997)+1,535431]. (10)КоэффициенткорреляцииR=0,9993, данныеFтеста0,982452. Темсамым, даннаямодельадекватноописываетопытныеданные, входяв95% доверительныйинтервали адекватно описывая расчетные данные.Минимальная энергоемкость соответствуетчастоте вращения 1000 мин1.
aбРисунок9–ГрафикэнергоемкостиплющенияY(Дж/кг): а–взависимостиотчастотывращенияплющильныхдисковn(мин1); б–соответствиярасчетных(predicted) значенийопытным(observed)
Выводы:1.Реализацияуказаннойметодикипроведенияисследованийпозволилаопределитьоптимальнуючастоту вращения дисков плющилки –1000 мин1, что позволяет использовать электродвигатели соответствующей частоты и привод без дополнительных передач.2.Уточненное значение коэффициента заполнения позволяет использовать аналитическую зависимость определенияпроизводительности дисковой плющилкии получать достоверный результат.
Ссылки на источники1.Абдюкаева, А.Ф. Оптимизация энергозатрат процесса измельчения зернового сырья / А.Ф. Абдюкаева, П.И. Огородников // Современные проблемы науки и образования. –2007. №1. –С. 30362.Завражнов, А.И. Механизация приготовления и хранения кормов / А.И. Завражнов, Д.И. Николаев. –М.: Агропромиздат, 1990. 336 с.3.Коновалов, В.В. Механизация технологических процессов животноводства: учебное пособие / В.В. Коновалов, С.И. Щербаков, В.Ф. Дмитриев. –Пенза: РИО ПГСХА, 2006.275 с.4.Коновалов, В.В. Совершенствование технологического оборудования кормления поросятотъемышей с разработкой и обоснованием параметров очистителя кормушек/ Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук Саратов, 1996. –179 с.5.Сыроватка, В.И. Использование высоковлажного зерна в животноводстве / Труды ГОСНИТИ. 2007. Т. 100. С. 127131.6.Курдюмов, В.И. Снижение энергоемкости измельчения / Курдюмов В.И., Аюгин Н.П., Люгин Н.П. / Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2008.
№5. С. 5053.7.Шагдыров, И.Б. К кинетике процесса дробления / Шагдыров И.Б., Балданов М.Б., Галсанова Э.Ц., Коновалов В.И. // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова, 2009. №2. С. 107108.8.Колобов, М.Ю. Использование центробежноударной мельницы для измельчения зерна/ Колобов М.Ю., Лапшин В.Б., Абалихин A.M., Баусов A.M. // Техника в сельском хозяйстве. 2008.
№4. С. 5253.9.Сысуев, В.А. Технология двухступенчатого плющения фуражного зерна/ Сысуев В.А., Савиных П.А., Казаков В.А. // Достижения науки и техники АПК. 2012.№6. С. 7072.10.Сыроватка, В.И. Исследование рабочих органов измельчителей семян рапса и фуражного зерна / Сыроватка В.И., Сергеев Н.С. // Техника в сельском хозяйстве. 2008.№2. С. 4345.11.Некрашевич В.Ф. Дисковая плющилка зерна. / Некрашевич В.Ф., Воробьева И.В., Иванова И.А., Слабиков А.Ф., Епифанцев Д.А. // Сельский механизатор. 2009.
№9. С. 23.12.Ведищев, С.М. Теоретическое исследование влияния конструктивнорежимных параметров шнеколопастного смесителя на его производительность / Ведищев С.М., Хольшев Н.В. // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2011.
№22. С. 2326.13.Сельскохозяйственная техника. Машины и оборудование для приготовления кормов. Порядок определенияфункциональных показателей (СТО АИСТ 19.22008). –Мн: Минсельхозпрод, 2010. –Введ. 10.12.2010г. –48 с.14.Руководящий документ. Испытания сельскохозяйственной техники: Машины и оборудования для приготовления кормов: Методы испытаний (РД. 10.19.2.90) –М., 1990. –20 с.15.Коновалов, В.В. Расчет оборудования и технологических линий приготовления кормов. Пенза, РИО ПГСХА –2002, 206 с.
Vladimir KonovalovDr. Sci . Sciences, "Penza State Technological University", Penzakonovalovpenza@rambler.ruMikhail TerehinPostgraduate "Penza State Agricultural Academy", Penzamihanxxx@mail.ruVyacheslav Teryushkov Candidate tehn. sciences, "Penza State Agricultural Academy", Penzatvp141@mail.ruDETERMINATION OF DISK CONDITIONERS GRAIN AND OPTIMIZATION disk rotation speedA description of the disk grain crusher. The results of analytical and experimental researches of grain crusher.Keywords:grain conditioner, flaking drives, feed grain crusher performance, the thickness of cereal, grain refinement.
Терехин Михаил Иванович,аспирант, ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», г. Пензаmihanxxx@mail.ru
Терюшков Вячеслав Петрович,кандидат техническихнаук, доцент, ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», г. Пензаtvp141@mail.ru
Определение производительности дисковой плющилки зерна и оптимизация частоты вращения дисков
Аннотация.Дано описание дисковой плющилкизерна. Приводятся результаты аналитических и экспериментальных исследований производительности плющилки зерна.Ключевые слова: плющилка зерна, плющильные диски, подача зерна, производительность плющилки, толщина хлопьев, измельчение зерна.
При кормлении животных, в том числе крупного рогатого скота, увеличение продуктивности невозможно без использования зерна.Так как пищеварительным трактом животного усваивается около20...25% энергии корма, то задача состоит в уменьшении потери энергии кормовпутем повышения его усвояемости [1]. Наиболее распространённым способомподготовки зерновых кормов к скармливанию, обеспечивающим улучшение усвояемости питательных веществявляется измельчение. В настоящее время для приготовления концентрированных кормовиз зернана животноводческих объектах широко используютмолотковые дробилки, ударноцентробежные измельчители, жерновые мельницы[2,3]. Недостатком работы данных измельчителей зерна является высокая доля пылевидной фракции.Нередко доля пылевидной фракции превышает 20%, что нарушает зоотехнические требования [3].Впроцессе транспортировки измельченного зерна к животным и при егоскармливании происходит снижениемассы измельченного продукта вследствиипотерь изза пыленияпылевидных частиц (0,5…5%), ипри этом нарушаетсяэкологическаяобстановкана животноводческой ферме, включая запыленностьпомещений и ухудшение работы системы пищеварения животных вследствие плохого смачивания пылевидного корма слюной и желудочным соком [4]. При этом существует большое разнообразие измельчителей [5…11]. Измельчениезерна на плющилках лишено указанныхнедостатков.При сжатии (плющении) зерна нарушается внешняя оболочка, состоящая из грубой клетчатки, что является благоприятным условием для доступа ферментов к питательным веществам. Кроме того, хлопья, полученные при плющении зерна имеют большую площадь поверхности, что улучшает усвояемость корма. Разработанная конструкция дисковой плющилки позволяет обеспечить личные подсобные и фермерские хозяйства измельченным зерном, а также снизить стоимость его измельчения. Плющильный аппарат (рисунок 1) установлен на раме и имеет привод. Состоит оних двух дисков (плоского1и конического4), имеющиходинаковую угловую скорость вращения. В горизонтальной плоскости поверхности обоих дисков смыкаются для образования зоны плющения. Над зоной плющения поверхности дисковрасходятся, образуя щель для подачипо загрузной горловине2зернового материала, подлежащего плющению. Ниже зоны плющения диски также расходятся, обеспечивая выход хлопьев плющенного зерна и их поступление в накопительную емкость. Для принудительной очистки дисков имеются неподвижныечистики.Плоский диск прижимается к коническому диску посредством пружины сжатия. Жесткость пружины, а, следовательно, и прижимная сила дисков изменяется регулировочной гайкой. В процессе плющения зерна диски незначительно расходятся(отодвигаются друг отдруга), обеспечивая определенную толщину хлопьев.Дисковаяплющилкаработаетследующимобразом(рисунок 2): зернозасыпаютвзагрузочныйбункер. Включаютэлектропривод, которыйприводитвовращениевалысрабочимидисками. Открывзаслонку, настраиваютнеобходимуюподачузернанаплющение. Изпитающегоустройстваизмельчаемыйматериалпопадаетвсужающеесяклиновоепространство–зонуплющения. Поддействиемсилтрениязернаоповерхностивращающихсядисков, атакжеподдействиемсилтяжестизерноперемещаетсявниз,сплющиваясьсдвухсторон. Врезультатевоздействияназерновкурабочихдисков, вращающихсясодинаковойугловойскоростью, происходитсдавливаниезернадозаранееустановленнойтолщиныхлопьевбезобразованияпылевиднойфракциивконечномпродукте. Послезоныизмельченияконечныйпродукт(хлопья) поддействиемсилтяжестиицентробежныхсилсобираютсявлоткесбораготовойпродукции.
а
б
вРисунок 1–Схема размещения рабочих органов плющильного аппарата:а–вид сверху; б–вид с боку; в–вид с торца; 1 –плоский дискпри плющении зерна; 2 –положение плоского диска при отсутствии зерна; 3 –загрузная горловина; 4 коническийдиск; 5 –подаваемое на плющение зерно; 6 –зерно в момент плющения; 7 –готовыехлопья; 8 –линия контакта плющильных дисков; 9 –контуры зоны плющения зернового материала между дисками; 10 –контуры расстояния между дисками,равного толщине зерна при плющении материала; 11 –контуры сводов зернового вороха между дисками
Методикапроведенияисследований.
Экспериментальныеисследованияплющилкизернас ранее обоснованными конструктивными параметрами проводилисьс цельюоптимизации частоты вращения плющильных дисков, определениятехнической характеристики плющилки в зависимости от частоты вращения плющильных дискови выявления числовых значений коэффициентов для аналитического выражения производительности плющилки. Проведениеэкспериментальныхисследованийосуществлялосьвсоответствиистребованиямируководящих документов: РД10.19.2.90,СТО АИСТ 19.22008[12,13].
Рисунок2. Общийвиддисковойплющилкизерна
Исследованияплющения производилисьназерне ячменявлажностью 15,3%на лабораторнойустановке(рисунки2 и3), состоящейиздисковойплющилки,частотногопреобразователяАВВ, измерительного комплекта КИ505(включая ваттметр)исоединительныхпроводов. Приводдисковойплющилкиосуществляетсяпосредствомпередачикрутящегочерезупругуюмуфтуотэлектродвигателямощностью2,2 кВтиноминальной частотойвращенияn`=1460 мин1. ЧастотавращениявалаэлектродвигателяизменяетсявширокихпределахпосредствомчастотногопреобразователяАВВ.В плющилкеустановлен ранее обоснованный конический диск с углом при вершине 165. Внешнийвидконическихдисковпредставленнарисунке4.
Рисунок4 –Сменныеконическиедискисугламипривершине
(слеванаправо) 155,160,165
Рисунок3–Схема лабораторнойустановки плющилкизерна:1ваттметр(в комплекте КИ505); 2частотныйпреобразовательАВВ; 3дисковаяплющилка
Проведение экспериментальныхисследований плющениязернаможноразделитьнапятьстадий.Повторность экспериментов трехкратная.Перваястадия: отобраннаяпартиязернаочищаетсяотмеханическихирастительныхпримесей, послечегопартиязерназасыпаетсявзагрузочныйбункер.Заслонкаподачизакрыта.Втораястадия: производитсяснятиеэлектромеханическиххарактеристикэкспериментальнойустановкинахолостомходу(безнагрузки). Включаетсявработуприводнойэлектродвигатель. Предварительноприпомощирегулировочнойгайкиустанавливаетсянеобходимоеусилиеподжатияпружины, сменойзвездочекцепнойпередачиустанавливаетсянеобходимоесоотношениечастотвращениярабочихдисков, частотнымпреобразователемзадаетсячастотавращениявалаэлектродвигателя. Ваттметром, включеннымвцепьпитаниялабораторнойустановки, фиксируетсязначениемощности, затраченнойнаприводизмельчителя.Третьястадия: Включаетсявработуприводнойэлектродвигательиоткрываетсязаслонкаподачизерна. Приустановившемсярежимеработыплющильногоаппаратаосуществляется15тисекундныйинтервалвременисбораплющенногопродуктавдополнительнуюемкостьдлясбораготовогопродукта. Используяваттметр, включенныйвцепьпитаниялабораторнойустановки, фиксируетсяустановившеесязначениемощности, потребляемойустановкой. Четвёртаястадия: производитсявзвешиваниена весахВЛКТ500навескиготовогопродукта(М, кг·103), собранногоза15тисекундныйинтервалвремени(Т, с) работыплющилки.атакжештангенциркулемШЦ2производитсязамертолщины25хлопьевготовогопродуктачерез 30…45 мин. после плющения.Пятаястадия: производитсярасчетчасовойисекунднойпроизводительностилабораторнойустановки, определениеэнергоёмкостиплющениязернавэкспериментальнойустановке.Производительностьустановки[15] секунднаяQ(кг/с) ичасоваяQч(кг/ч) определяласьпоформулам:ܳ=ெ1000∙Т;
ܳч=3,6·ெТ,
(1)гдеМ–массанавески, гр.; Т–длительностьсборанавески, с.ЭнергоемкостьY(Дж/кг) определяется: �=ொ�,
(2)гдеW–мощность, затрачиваемаянаприводплющилки, Вт.
Результаты теоретических исследованийИзвестна производительность вальцового измельчителя зерна[15]. Она описывается зависимостью Q(кг/с)ܳТ=��∙�3∙ߩ∙�∙(ℎ+∆),
(3)где LB–длина вальцов, м;
объемная плотность материала зерна, кг/м3; –коэффициент, учитывающий степень заполнения зоны измельчения; h–высота рифлей (у плющилки равно нулю), м; –зазор между вальцами, м; з–средняя скорость движения зерна между вальцами, м/с.По аналогии, производительность плющилки Q(кг/с)ܳТ=�∙�3∙ߩ∙�∙(ℎ+∆),
(3)или ܳТ=�∙(ோ0+(ோ0+)2∙�)∙ߩ∙�∙∆,тогда ܳТ=�∙(ܴ0+�/2)∙�∙ߩ∙�∙∆,
(4)где R0–внутренний радиус зоны плющения, м; L–длина зоны плющения, м.С учетом, что �=ߨ∙�/30, производительность плющилки запишется: ܳТ=�∙(ܴ0+�/2)∙ߨ∙�∙ߩ∙�∙∆/30,
(5)где n–частота вращения дисков, мин1.В данной формуле дополнительного численного уточнения требует ряд показателей, в том числе:, LиRo.
Результаты экспериментальных исследований.В результате обработки полученных экспериментальных данных установлено, что производительность(кг/с) плющилкизернаописываетсязависимостью(рис. 5):Q=0,0000516·n,
(6)гдеn–частотавращенияплющильных дисков, мин1.У расчетных и опытных значений коэффициенткорреляцииR=0,97056, данныеFтеста0,944724. Темсамым, даннаяпредложенная регрессионная модельневходитв95% доверительныйинтервал, следовательно,не адекватно описывает результаты исследований.Ввиду вышесказанного, следует перейти к модели более высокого порядка.В результате обработки полученных экспериментальных данных установлено, что производительность(кг/с) плющилкизернаописываетсязависимостью(рис. 6):Q=0,000051·n+5,763213·1010·n2,
(7)Коэффициент корреляции R=0,9706, данные Fтеста 0,959506. Тем самым, данная регрессионная модель входит в 95% доверительный интервал.Однако,коэффициент перед фактором во второй степени крайне незначителени отсеивается по критерию Стьюдента.Графический анализполученных данных показал, что опытные точки располагаются относительно прямой по зависимости, близкой к синусоидальной. Поэтому была предпринята попытка описания производительности Q(кг/с)выражением соответствующего вида:Q=0,044165+0,011592·sin[0,007136·(n860)].
(8)У расчетных и опытных значений коэффициенткорреляцииR=0,99794, данныеFтеста0,996505. Темсамым, даннаяпредложенная регрессионная модельвходитв95% доверительныйинтервал, что свидетельствует об адекватности предложенной модели.
абРисунок5–ГрафикпроизводительностиплющилкиQ(кг/с): а–взависимостиотчастотывращенияплющильныхдисковn(мин1); б–соответствиярасчетных(predicted) значенийопытным(observed)абРисунок 6–График производительности плющилки Q (кг/с): а–в зависимости от частоты вращения плющильных дисков n (мин1); б–соответствия расчетных (pedicted) значений опытным (obseved)aбРисунок7–ГрафикпроизводительностиплющилкиQ(кг/с): а–взависимостиотчастотывращенияплющильныхдисковn(мин1); б–соответствиярасчетных(predicted) значенийопытным(observed)
Сопоставляяопытную и теоретическую производительность плющилки, имеется возможность уточнения числового значения коэффициента, учитывающего степень заполнения зоны плющения: �=ܳܳ�⁄.Данный коэффициент описывается зависимостью(рисунок 8):=0,0592250,046869·+0,166495·Q1,
(9)где Q1–удельная подача материала дозирующим устройством на 1 м линии плющения, кг/(м·с);
потребная толщина хлопьев, мм.КоэффициенткорреляцииR=0,99601, данныеFтеста0,983876. Темсамым, даннаямодельадекватноописываетопытныеданные, входяв95% доверительныйинтервал.
aбРисунок9–Графиккоэффициента степени заполнения зоны плющения=Ф: а–взависимостиоттолщина хлопьеви удельная подача материалаQ1; б–соответствиярасчетных(predicted) значенийопытным(observed)
Тем самым, использование коэффициента (ф.9) в аналитическом выражении производительности (ф.5) позволяет получить достоверный результат.Учитывая, что показателем, ограничивающим производительность плющилкиявляется подача зерна дозирующим устройством и его взаимодействие с зоной загрузки дисков, значения коэффициента, учитывающие степень заполнения зоны плющения имеют небольшие значения. В силу конструктивных особенностей плющильного аппарата существенно повысить значения указанного коэффициента не представляется возможным.В результате обработки полученных расчетных данных установлено, что энергоемкость плющения зерна (Дж/кг) описываетсязависимостью(рис. 8):Y=16863,37+2280·cos[((n850)·3.14/315)+1,535431] =16863,37+2280·cos[((n850)·0,00997)+1,535431]. (10)КоэффициенткорреляцииR=0,9993, данныеFтеста0,982452. Темсамым, даннаямодельадекватноописываетопытныеданные, входяв95% доверительныйинтервали адекватно описывая расчетные данные.Минимальная энергоемкость соответствуетчастоте вращения 1000 мин1.
aбРисунок9–ГрафикэнергоемкостиплющенияY(Дж/кг): а–взависимостиотчастотывращенияплющильныхдисковn(мин1); б–соответствиярасчетных(predicted) значенийопытным(observed)
Выводы:1.Реализацияуказаннойметодикипроведенияисследованийпозволилаопределитьоптимальнуючастоту вращения дисков плющилки –1000 мин1, что позволяет использовать электродвигатели соответствующей частоты и привод без дополнительных передач.2.Уточненное значение коэффициента заполнения позволяет использовать аналитическую зависимость определенияпроизводительности дисковой плющилкии получать достоверный результат.
Ссылки на источники1.Абдюкаева, А.Ф. Оптимизация энергозатрат процесса измельчения зернового сырья / А.Ф. Абдюкаева, П.И. Огородников // Современные проблемы науки и образования. –2007. №1. –С. 30362.Завражнов, А.И. Механизация приготовления и хранения кормов / А.И. Завражнов, Д.И. Николаев. –М.: Агропромиздат, 1990. 336 с.3.Коновалов, В.В. Механизация технологических процессов животноводства: учебное пособие / В.В. Коновалов, С.И. Щербаков, В.Ф. Дмитриев. –Пенза: РИО ПГСХА, 2006.275 с.4.Коновалов, В.В. Совершенствование технологического оборудования кормления поросятотъемышей с разработкой и обоснованием параметров очистителя кормушек/ Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук Саратов, 1996. –179 с.5.Сыроватка, В.И. Использование высоковлажного зерна в животноводстве / Труды ГОСНИТИ. 2007. Т. 100. С. 127131.6.Курдюмов, В.И. Снижение энергоемкости измельчения / Курдюмов В.И., Аюгин Н.П., Люгин Н.П. / Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2008.
№5. С. 5053.7.Шагдыров, И.Б. К кинетике процесса дробления / Шагдыров И.Б., Балданов М.Б., Галсанова Э.Ц., Коновалов В.И. // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова, 2009. №2. С. 107108.8.Колобов, М.Ю. Использование центробежноударной мельницы для измельчения зерна/ Колобов М.Ю., Лапшин В.Б., Абалихин A.M., Баусов A.M. // Техника в сельском хозяйстве. 2008.
№4. С. 5253.9.Сысуев, В.А. Технология двухступенчатого плющения фуражного зерна/ Сысуев В.А., Савиных П.А., Казаков В.А. // Достижения науки и техники АПК. 2012.№6. С. 7072.10.Сыроватка, В.И. Исследование рабочих органов измельчителей семян рапса и фуражного зерна / Сыроватка В.И., Сергеев Н.С. // Техника в сельском хозяйстве. 2008.№2. С. 4345.11.Некрашевич В.Ф. Дисковая плющилка зерна. / Некрашевич В.Ф., Воробьева И.В., Иванова И.А., Слабиков А.Ф., Епифанцев Д.А. // Сельский механизатор. 2009.
№9. С. 23.12.Ведищев, С.М. Теоретическое исследование влияния конструктивнорежимных параметров шнеколопастного смесителя на его производительность / Ведищев С.М., Хольшев Н.В. // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2011.
№22. С. 2326.13.Сельскохозяйственная техника. Машины и оборудование для приготовления кормов. Порядок определенияфункциональных показателей (СТО АИСТ 19.22008). –Мн: Минсельхозпрод, 2010. –Введ. 10.12.2010г. –48 с.14.Руководящий документ. Испытания сельскохозяйственной техники: Машины и оборудования для приготовления кормов: Методы испытаний (РД. 10.19.2.90) –М., 1990. –20 с.15.Коновалов, В.В. Расчет оборудования и технологических линий приготовления кормов. Пенза, РИО ПГСХА –2002, 206 с.
Vladimir KonovalovDr. Sci . Sciences, "Penza State Technological University", Penzakonovalovpenza@rambler.ruMikhail TerehinPostgraduate "Penza State Agricultural Academy", Penzamihanxxx@mail.ruVyacheslav Teryushkov Candidate tehn. sciences, "Penza State Agricultural Academy", Penzatvp141@mail.ruDETERMINATION OF DISK CONDITIONERS GRAIN AND OPTIMIZATION disk rotation speedA description of the disk grain crusher. The results of analytical and experimental researches of grain crusher.Keywords:grain conditioner, flaking drives, feed grain crusher performance, the thickness of cereal, grain refinement.
