CC BY
24УДК 631.363.2:001.891(048)
ОБЗОР НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ПО ИЗМЕЛЬЧЕНИЮ
ЗЕРНА
Кузнецова Е. А., Епифанов П. А.
Нижегородский государственный инженерно - экономический университет, г. Княгинино
Аннотация. Одним из самых важных и трудоемких процессов животноводческого хозяйства является кормоприготовление, а именно, операции измельчения кормов, скармливаемых животным. Для измельчения используют дробилки различных конструкций. В статье приведен анализ научных работ, посвященных процессу дробления зерна, показаны достижения отдельных ученых в этой области. Также рассмотрены основные виды дробилок: молотковые с шарнирно и жестко закрепленными молотками, вальцовые, конусные, щековые. Выделены их основные преимущества и недостатки, направления совершенствования и изучения. В заключении на основании обзора сделан вывод об основных путях исследования и совершенствования процесса измельчения и машин для его осуществления.
Ключевые слова: дробление, дробилка молотковая, дробилка вальцовая, дробилка конусная, дробилка щековая, измельчение, научные исследования, обзор научных статей, рабочий процесс, ученые.
Введение. В современных сложившихся условиях в России актуальны вопросы собственного производства товаров, в том числе и сельскохозяйственных. Особенно чувствительна в этом вопросе область животноводства. В свою же очередь оно зависит от кормовой базы хозяйства.
Доказана экономическая целесообразность приготовления кормов в своих условиях [1], что связано с невысокими транспортными перевозками, наиболее эффективным использованием своей кормовой базы, возможностью быстрого изменения рациона, одним из основных компонентов которого являются злаковые. Для их измельчения предложено огромное количество дробилок различных конструкций.
Обзор. Процесс измельчения довольно сложен, а его эффективность зависит от многих факторов [2, 5].
Измельчению зерна посвящены труды многих ученых: В.П. Горячкина [4], C.B. Мельникова [3, 7], В.И. Сыроватки [6, 8], И.В.
Макарова [12], С.Д. Хусида [9, 10], Я.Н. Куприцы [11, 13], В.Р. Алешкина [15], Н.Ф. Баранова [14] и т.д.
И.В. Макаров объясняет работу дробилок многократным ударом молотков по зерновкам, которые отскакивают от стенок до тех пор, пока не измельчатся до необходимого размера и не выведутся из камеры измельчения [12]. В результате свое работы Макаров определил четыре вида удара [12].
C.B. Мельников расширил понимание о процессе измельчения и рассмотрел дробилку как динамическую систему, изучив движение продуктового потока по ситу дробилку [7].
Рабочий процесс молотковой дробилки представлен В.Р. Алёшкиным [17, 18], как процесс «размножения и гибели» совокупности частиц. Ротор и отражающие неподвижные рабочие органы (дека, решето) «создают» новые частицы, которые с течением времени «поглощаются» решетом. В результате этого, автором были получены уравнения кинетики измельчения материала в молотковой дробилке, которые подтверждают результаты экспериментальных исследований. Установлено, что число ударов определенной интенсивности, необходимое для получения некоторой степени измельчения куска, распределяется по логарифмически нормальному закону.
Его ученик Н.Ф. Баранов [19] доказал эффективность использования многоступенчатого измельчения. Этого он достиг за счет дополнительно установленных сепараторов и вихревых камер, которые возвращают недоизмельченныое зерно на повторное дробление [20].
Группа ученых, занимаясь изучением движения продукта в дробилке, предлагают совершенствовать их работу за счет своевременного вывода измельченного корма, что понизит количество пыли в нем [21, 22].
Измельчительные машины с ударным принципом невозможно применять при измельчении липких материалов, так как они забивают рабочие органы машины [24, 25].
Для тонкого, среднего и мелкого измельчения зерновых используют валковые дробилки. Переработка материала в них происходит за счет раздавливания, истирания между двух цилиндрических валков, вращающихся навстречу друг другу [23]. Существуют следующие группы валковых дробилок для переработки и измельчения различных материалов: 1) валковые дробилки с рифлеными, гладкими и зубчатыми валками; 2) вальцы, перерабатывающие глиняные массы; 3) дырчатые и камневыделительные вальцы; 4) валковые агрегаты для тонкого измельчения (распушивания) материала - бегуны [23]. Эти установки чаще используют для измельчения материалов, склонных к налипанию или с содержанием липких включений. Во время работы таких дробилок
налипшии на поверхность валков материал срезается очистными скребками и при необходимости отводится в сторону.
В данное время на рынке представлены видоизменения центробежных дробилок с включенным в устройство единым ускорителем, что разрешит обрести сразу несколько отдельных стадий, которые проходит материал при дроблении. При этом все функциональные возможности представлены в едином устройстве [26].
Разработанная Ц. Мелером конструкция предполагала несколько стадий дробления в одном аппарате, для чего на одном валу размещено несколько роторов. С целью уменьшения разлета измельченных частей материала и увеличения безопасности процесса, получения прямого удара в дробилки устанавливают броневые плиты. В дробилках с реверсивным приводом эти плиты выполняют симметричными [15, 23, 26].
Миронов К.Е., изучив способы совершенствования процесса измельчения [27], предложил использовать установленные под углом к оси ротора била [28], а решето по периферии заменить торцевым [29]. Автор изучил процесс измельчения зерна в разработанной машине и выявил, что большое влияние на производительность дробилки оказывает расположение загрузочного окна [30, 31].
Конусная дробилка - это механизм непрерывного действия, в котором зерно перерабатывается в зазоре ме^ду вращающимся и неподвижным конусами. Разрушение зерновок осуществляется вращающимся ротором [13, 26]. Так как конусность корпуса устройства меньше, чем у ротора, то зерно движется непрерывно, постепенно измельчаясь до заданных размеров. Преимущество таких дробилок заключается в том, что их можно использовать при переработке материалов любых размеров и с разными физико-механическими свойствами.
Щековая дробилка — машина для механического разрушения кусков твёрдого материала. Дробление материала в щековой дробилке совершается раздавливанием кусков ме^ду подвижной и неподвижной щеками в тот момент, когда подвижная щека приближается к неподвижной. Разгрузка разделенного материала осуществляется гравитационно при отходе подвижной щеки. Существует огромное количество конструкций щековых дробилок, но, несмотря на это, находят новые пути видоизменений, для получения высокой производительности [16, 17]. Такие дробильные машины используют в основном для переработки камня.
Заключение. Таким образом, выявлено, что на сегодняшний день существует огромное многообразие дробилок с различными рабочим органами. Однако, до сих пор ведутся разработки новых конструкций, направленных на повышение качества готового корма и снижение энергозатрат. Научные исследования связаны с выявлением наиболее
оптимальных параметров дробилок, их влияния на энергозатрататы и производительность установок.
Список использованных источников:
1. Бородин Д.Б., Павловская Н.Е. Анализ зависимости различных факторов на продовольственную безопасность страны. Образование, наука и производство. 2015. № 2 (11). С. 68-89.
2. Завражников А.И., Николаев Д.И. Механизация приготовления и хранения кормов. - М.: Агропромиздат, 1990. - 336 с.
3. Мельников C.B. Аэродинамические исследования молотковых кор-модробилок // Земледельческая механика: сб. тр.- М.: Машиностроение, 1971.- T. 13.-С.270...281.
4. Горячкин В.П. Теория соломорезки и силосорезки. Собрание сочинений: В 3 т. - М.: Колос, 1968. - Т. 3. - 384 с.
5. Мельников C.B. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. - Л.: Колос, 1978.- 560 с.
6. Сыроватка В.И. Основные закономерности процесса измельчения зерна в молотковой дробилке // Электрификация сельского хозяйства: Труды ВИЭСХ, - М.: Колос, 1964. - Т. 14. - С. 89 - 145.
7. Мельников C.B. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. - Л.: Колос, 1978.- 560 с.
8. Сыроватка В.И. Работа молотковых дробилок // Механизация и электрификация сельского хозяйства: Материалы конф. молодых ученых. - М.: Колос, 1968. - Вып.1. С 202.211.
9. Хусид С. Д. Измельчение зерна на молотковых мельницах. -М.: Заготиздат, 1947. - 128 с.
10. Хусид С.Д. Измельчение зерна. - М.: Хлебоиздат, 1958. -
248 с.
11. Мельников C.B., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.
12. Макаров ИВ. Теория молотковой кормодробилки // Записки центральной научно-исследовательской лаборатории кормовой и комбикормовой промышленности и Детскосельской зоотехнической лаборатории. - 1936. - Вып. 12. - С. 67 - 75.
13. Куприц Я.Н. Физико-химические основы размола зерна. -М.: Заготиздат, 1946. - 198 с.
14. Баранов Н.Ф. Разработка сепаратора и оптимизация его параметров при работе с дробилкой зерна открытого типа: Дисс. .канд. техн. наук. - Киров, 1986. - 258 с.
15. Алешкин В.Р. Повышение эффективности процесса и технических средств механизации измельчения кормов: Дис....д-ра техн. наук. - Киров, 1995. - 412 с.
16. Сергеев А.Г. Рынок малогабаритных комбикормовых агрегатов, опыт производства и внедрение нового оборудования // Разработка и внедрение технологий и технических средств для АПК Северо-Восточного региона Российской Федерации: Материалы Международ. науч.-практ. конф. - Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2007. - С. 260-264.
17. Алёшкин В.Р. Вероятностно - статистическое исследование рабочего процесса и факторов, влияющих на эффективность работы молотковых кормодробилок: Автореф. дис... канд. техн. наук. -Ленинград - Пушкин, 1968. - 25 с.
18. Алёшкин В.Р. Исследование кинетики измельчения зерна в молотковой дробилке // Механизация сельскохозяйственного производства: Зап. Ленинградского СХИ. - Л., 1969. - т. 143. - Вып.2. - С. 17-21.
19. Баранов Н.Ф. Совершенствование технологических процессов и технических средств приготовления кормов для сельскохозяйственного производства на базе роторных измельчителей. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Киров, 2001
20. Баранов Н.Ф., Зыкин A.A., Булатов С.Ю. Исследование влияния вихревых камер на скорость воздушного потока в дробильной камере молотковой дробилки. Вестник НГИЭИ. 2012. № 4. С. 185-196.
21. Савиных П.А., Булатов С.Ю., Нечаев В.Н. Исследование воздушных режимов дробилки зерна закрытого типа. Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2012. № 3 (7). С. 107-112.
22. Савиных П.А., Алёшкин A.B., Булатов С.Ю., Нечаев В.Н. Напорные характеристики дробилок зерна. Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 5. С. 29-31.
23. Клушанцев Б. В. Дробилки. Конструкция, расчёт, особенности эксплуатации / Б. В. Клушанцев, А. И. Косарев, Ю. А. Муйземнек. М.: Машиностроение, 1990. 320 с.
24. Степанов Л. П. Устройство и монтаж дробильно-обогатительного оборудования / Л. П. Степанов, А. И. Косарев. М.: Высш. шк., 1982. 192 с.
25. Сергеев В. П. Строительные машины и оборудование / В. П. Сергеев. М.: Высш. шк., 1987. 376 с.
26. В. Я. Борщев. Оборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы: // учебное пособие, Тамбов: издательство Тамбовского Государственного Технического Университета, 2004. 75с.
27. Миронов К.Е. Исследование способов совершенствования качества измельчения фуражного зерна. В сборнике: Проблемы и перспективы развития аграрной экономики Научное издание. Материалы научно-практической конференции студентов и молодых ученых. 2013. С. 90-96.
28. Миронов К.Е., Арусланов А.Т. Совершенствование рабочих органов молотковых зернодробилок. Вестник НГИЭИ. 2012. № 2. С. 83-88.
29. Миронов К.Е. Изучение факторов, влияющих на характеристики зернодробилки ударно-отражательного действия. В сборнике: Социально-экономические проблемы развития муниципальных образований Материалы XVII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых. 2013. С. 47-49.
30. Савиных П.А., Булатов С.Ю., Миронов К.Е. Определение оптимального положения загрузочного окна дробилки зерна ударно-отражательного действия. Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2013. Т. 8. № 4 (30). С. 76-81.
31. Савиных П.А., Булатов С.Ю., Миронов К.Е. Влияние конструктивно-технологических параметров дробилки зерна ударно-отражательного действия на ее энергетические показатели. Труды международной научно-технической конференции Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. 2014. Т. 3. С. 142-148.
THE REVIEW OF SCIENTIFIC RESEARCH DEVOTED TO THE GRAIN CRUSHING One of the most important and time-consuming processes of livestock farming is armoricaine, namely, operation of grinding of feed, fed to animals. For grinding crushers of various designs are used. In article the analysis of scientific works devoted to the process of crushing grain and also the achievements of individual scientists in this field are presented. Also the main types of crushers: hammer mill with hinged and fixed hammers, roller, cone, jaw have been described. Their advantages and disadvantages, areas of improvement and study are marked. In conclusion, on the basis of the review the major ways of research and improvement of the grinding process and machinery for implementation have been defined. Key words: crushing, crusher hammer, crusher roller, crusher cone, crusher jaw, crushing, research, review scientific articles, workflow, and scientists.
