CC BY
17
УДК 631.363.23
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ С ВАЛЬЦОВЫМ ПОДПОРОМ
A.В. Брусенков, ассистент,
С.М. Ведищев, кандидат технических наук, доцент Н.О. Милюков, аспирант М.А. Гарина, магистрант
B.В. Сорокин, магистрант
ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» Е-mail: [email protected]
Аннотация. Наибольшее влияние на продуктивность коров оказывают корма. Кормление полнорационными кормосмесями и добавками, включая измельченные корнеклубнеплоды, повышает поедаемость и усвояемость питательных веществ и увеличивает продуктивность животных. Выпускаемые промышленностью измельчители корнеклубнеплодов не отвечают современным требованиям по показателям удельного расхода энергии и качества измельчения. Анализ классификации измельчителей корнеклубнеплодов позволил определить, что за основу технологического процесса измельчения можно принять устройство с вальцовым подпором к плоским пластинчатым ножам. Предварительно измельченные корнеклубнеплоды прижимаются к ножевой решетке, а затем вальцами продавливаются через ножевую решетку с заданным расположением плоских пластинчатых ножей. Представлены аналитические выражения для определения: производительности от конструктивных параметров камеры измельчения и частоты вращения рабочего органа; длины ножей и толщины слоя, захватываемого одним вальцом от диаметра камеры измельчения и коэффициента конструктивных параметров, учитывающего влияние угла трения; шага расстановки ножей, обеспечивающего выполнение зоотехнических требований; максимальной частоты вращения рабочего органа из условий наиболее эффективного использования длины ножей и заполнения камеры измельчения. Представлены теоретические и экспериментальные зависимости производительности измельчающего устройства от частоты вращения рабочего органа. Установлено, что величина коэффициента заполнения изменяется в зависимости от частоты вращения. Результаты производственной проверки измельчающего устройства на молочно-товарной ферме подтвердили показатели производительности, удельного расхода энергии и качества измельченного продукта. Оценка экономической эффективности предлагаемого устройства показала, что за счет снижения скоростных характеристик в измельчающем устройстве мощность и удельный расход энергии снижаются. Ключевые слова: валец, измельчающее устройство, корнеклубнеплоды, ножевая решетка, производительность, производственная проверка, частота вращения.
Продуктивность коров на 60-65% определяется их кормлением. На технологию приготовления и раздачи кормов приходится около 40% всех трудозатрат на ферме, а затраты на корма составляют около 50-60% себестоимости продукции. Низкое качество кормов не позволяет реализовать потенциальные возможности животных [2, 3, 4, 6, 8].
На повышение поедаемости и усвояемости кормов большое влияние оказывают способы их подготовки и переработки. Наибольший эффект дает приготовление полнораци-
онных кормосмесей с предварительно приготовленными компонентами и добавками, включая измельченные корнеклубнеплоды. Применение корнеклубнеплодов позволяет решить введение в рационы животных необходимого количества сахара и крахмала, снизить кислотность в рубце и, как следствие, увеличить продуктивность и качество получаемой продукции КРС [6, 8].
Анализ характеристик и конструкций измельчителей корнеклубнеплодов показывает, что выпускаемые промышленностью маши-
ны материалоемки, имеют низкие эксплуатационные показатели качества, высокую энергоемкость выполняемого процесса, не отвечают современным зоотехническим требованиям.
В связи с этим совершенствование измельчителей корнеклубнеплодов и их рабочих органов, направленное на снижение удельного расхода энергии при сохранении качества технологического процесса измельчения корнеклубнеплодов, является актуальной задачей. Выполнение поставленной задачи имеет существенное значение для развития АПК, особенно отрасли животноводства [2, 9].
Уточненная классификация измельчителей корнеклубнеплодов и анализ научных исследований позволили разработать новую конструкцию измельчающего устройства корнеклубнеплодов с вальцовым подпором, позволяющего получать ломтики заданной толщины (патент РФ №2288571) и удовлетворяющего зоотехническим требованиям [2,
3, 6].
Очищенные крупные корнеклубнеплоды из цилиндрической камеры 6 попадают под действие установленных на валу 11 (рисунок 1) горизонтальных плоских ножей 7 первой ступени резания и противорезов 5, закрепленных на внутренней стороне цилиндрической камеры 6.
б)
Рис. 1. Измельчающий аппарат: а) разрез Б-Б; б) разрез А-А
Предварительно измельченные корнеклубнеплоды под действием силы тяжести попадают на наклонный конус 8 и прижимаются к ножевой решетке второй ступени измельчения, где захватываются вальцами 3 и продавливаются между ножей 2, расположенных на заданном расстоянии. Готовый продукт под действием крыльчатки 10 выгружается через горловину 12.
Производительность устройства для измельчения корнеклубнеплодов с вальцовым подпором и плоскими ножами рассчитывали по формуле [5]:
(1)
где Qq3m2 - производительность второй ступени измельчающего аппарата, кг/с; D -диаметр камеры второй ступени измельчения, м; Ll - длина ножей во второй ступени измельчения, м; H - толщина слоя, захватываемая одним вальцом, м; пг - частота вращения рабочего органа второй ступени измельчения, с-1; ррк - насыпная плотность корма во второй ступени измельчения, кг/м3; ki - коэффициент использования длины лезвия ножа; kk - коэффициент, учитывающий пустоты между частицами продукта; .гв - количество вальцов, шт.
Необходимая длина ножей, определяющая высоту рабочей камеры [3, 4, 5]: p2(i-^)-d2
2tgP , (2)
где Кф - коэффициент конструктивных параметров, учитывающий влияние угла трения ф; в - угол наклона образующей конуса к основанию, град.; dn -диаметр приводного вала, м.
12 \о
Захват слоя корнеклубнеплодов в зону продавливания происходит под действием сил трения по поверхности вальца 3 и ножами 2 [7]. Эти силы определяют толщину слоя
L2 >
//2, влияющую на производительность (Зг.кг/е второй ступени измельчения. Толщину ко слоя можно определить по выражению
Н? — ~т К,п .
(3)
0,8
0,6
В выражениях (2) и (3) определяющими для второй ступени измельчения о, 4 являются диаметр камеры D2 и угол f) ? трения ср. С точки зрения компактного размещения вальцов и максимального о использования захватывающей способности вальцов необходимо применять вальцы с возможно большим диаметром. Зависимость изменения коэффициента K при изменении угла трения р в пределах от 20 до 50° имеет вид [7]
Кф — 1 - ^0,5084 + 0,4916 cos(1,77^) , (4)
где р- угол трения, град.
В соответствии с зоотехническими требованиями для крупного рогатого скота размер измельченных корнеклубнеплодов должен находиться в пределах 10-15 мм [6,8]. Тогда шаг hh расстановки ножей во второй ступени измельчения должен быть в пределах, обеспечивающих зоотехнические требования. При принятом количестве ножей z2 расстояние hh между лезвиями ножей второй ступени измельчения находили по формуле [1,4]
h2 — D2 sin( i) . (5)
z2
Максимальную частоту nn вращения рабочего органа второй ступени измельчения определяли из условия наиболее эффективного использования длины ножей L и максимального заполнения ее камеры [1, 5]:
h2^A
П 2 <
2д ( 2,11
(dB-a')ljD2-d2-dB-a'
2| dB+ lD2-d2-4a'
3,4То Pki
(6)
где Я - коэффициент истечения; а'- размер корнеклубнеплодов после первой ступени измельчения, м; т0 - начальное напряжение сдвига, Па.
Зависимости производительности 0изм2 измельчающего устройства с вальцовым подпором от частоты вращения пп представлены на рисунке 2.
С }2=- 0,0992/ | 1 0,6065«i - 0,0032
'ч |
Ч \ 2
0,5 1.0 1,5 2,0 п2. с"1
Рис. 2. Зависимость производительности (0зм2 измельчающего устройства с вальцовым подпором от частоты вращения щ рабочего органа:
1 - теоретическая зависимость;
2 - экспериментальная зависимость
Теоретическая зависимость изменения производительности построена по выражению (1) с учетом коэффициента заполнения К и располагается над экспериментальной. Это связано с условиями заполнения камеры измельчения. Величина коэффициента заполнения 0изм2 изменяется в зависимости от частоты вращения П2 и находится в пределах К = 0,561 ±0,045. Большее значение коэффициента К соответствует частоте п 2=2,35 с-1,
а меньшее значение коэффициента - частоте вращения П2 =1,33 с-1 или меньше. Это связано с тем, что корнеклубнеплоды не успевают опуститься вниз и полностью заполнить объем камеры второй ступени измельчения. После производственной проверки двухступенчатое измельчающее устройство с вальцовым подпором и кольцевой ножевой решеткой было принято к внедрению на МТФ в колхозе-племенном заводе им. Ленина Тамбовского района Тамбовской области. Производственная проверка подтвердила работоспособность и показатели производительности, мощности и качества измельчаемого продукта.
Оценка экономической эффективности предлагаемого устройства в сравнении с ИКМ-Ф-10 показала, что за счет снижения скоростных характеристик в измельчающем аппарате потребляемая мощность уменьшается на 46,2%, удельный расход энергии составил 1068,7 Вт-с/кг в базовом и Луд = 774,4 - 779,0 Вт-с/кг - в проектном вариантах.
Литература:
1. Брусенков А.В. Исследование конструктивных параметров второй ступени измельчителя корнеклубнеплодов // Образование, наука, практика. Пенза, 2011.
2. Обзор машин для измельчения корнеклубнеплодов / А.В. Брусенков и др. // Материалы междунар. науч.-практ. конф. Саратов, 2011. С. 13-17.
3. Брусенков А.В. Обоснование конструктивно-технологической схемы измельчителя корнеклубнеплодов // Повышение эффективности использования с.-х. техники. Тамбов, 2007. Вып. 13. С. 90-94.
4. Брусенков А.В., Ведищев С.М. Обоснование конструктивных параметров измельчающего аппарата // Перспективные технологии и технические средства в АПК. Мичуринск, 2008. С. 79-82.
5. Определение производительности и конструктивных параметров элементов второй ступени измельчителя / А.В. Брусенков и др. // Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование. Тамбов, 2008.
6. Изучение измельчителей корнеклубнеплодов: лабораторные работы / С.М. Ведищев и др. Тамбов, 2008.
7. Исследование процесса трения корнеклубнеплодов о различные поверхности / С.М. Ведищев и др. // Вопросы современной науки и практики. Тамбов, 2011. № 2(33). С. 68-71.
8. Совершенствование измельчающего аппарата для клубнемойки ИКМ-5М / С. М. Ведищев и др. // Сельский механизатор. 2006. №6. С. 25.
9. Система технологий и машин для механизации и автоматизации производства продукции животноводства и птицеводства на период до 2020 года / Иванов Ю.А. и др. М., 2013. 224 с.
Literatura:
1. Brusenkov A.V. Issledovanie konstruktivnyh paramet-rov vtoroj stupeni izmel'chitelya korneklubneplodov // Obrazovanie, nauka, praktika. Penza, 2011.
2. Obzor mashin dlya izmel'cheniya korneklubneplodov / A.V. Brusenkov i dr. // Materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Saratov, 2011. S. 13-17.
3. Brusenkov A.V. Obosnovanie konstruktivno-tekhnolo-gicheskoj skhemy izmel'chitelya korneklubneplodov // Povyshenie ehffektivnosti ispol'zovaniya s.-h. tekhniki. Tambov, 2007. Vyp. 13. S. 90-94.
4. Brusenkov A.V., Vedishchev S.M. Obosnovanie konstruktivnyh parametrov izmel'chayushchego apparata // Per-spektivnye tekhnologii i tekhnicheskie sredstva v APK. Michurinsk, 2008. S. 79-82.
5. Opredelenie proizvoditel'nosti i konstruktivnyh parametrov ehlementov vtoroj stupeni izmel'chitelya / A.V. Brusenkov i dr. // Fundamental'nye i prikladnye issledo-vaniya, innovacionnye tekhnolo-gii, professional'noe obrazovanie. Tambov, 2008.
6. Izuchenie izmel'chitelej korneklubneplodov: laborato-rnye raboty / S.M. Vedishchev i dr. Tambov, 2008.
7. Issledovanie processa treniya korneklubneplodov o raz-lichnye poverhnosti / S.M. Vedishchev i dr. // Voprosy sovremennoj nauki i praktiki. Tambov, 2011. № 2(33). S. 68-71.
8. Sovershenstvovanie izmel'chayushchego apparata dlya klubnemojki IKM-5M / S. M. Vedishchev i dr. // Sel'skij mekhanizator. 2006. №6. S. 25.
9. Sistema tekhnologij i mashin dlya mekhanizacii i avto-matizacii proizvodstva produkcii zhivotnovodstva i pti-cevodstva na period do 2020 goda / Ivanov YU.A. i dr. M., 2013. 224 s.
TECHNOLOGICAL PROCESS AND DEVICE FOR ROOT AND TUBER CROPS' GRINDING BY THE UNDER ROLLER
DEVELOPMENT
A.V. Broosenkov, assistant
S.M. Vedishchev, candidate of technical sciences, associate professor
N.O. Meleukov, post graduate student
M.A. Garina, undergraduate student
V. V. Sorokin, undergraduate student
FGBNU VPO "Tambov state technical university"
Abstract. Feed have the greatest influence on the cows productivity. Feeding with the full ration feed mixtures and supplements, including the grinding's crops, increases the eatability and digestibility of nutrients and increases the animals' productivity. Produced by industry root and tuber crops' feed choppers do not meet modern requirements on of specific energy consumption's indicators and grinding's quality. The classification of root and tuber crops' feed choppers' analysis had allowed to determine that the as a basis of the grinding's technological process, it can be taken the device with under roller to a flat plate knives. Previously grinded root and tuber crops are pressed to the knife grate, and then by the rollers forced through the knife grate with a flat plate knifes with given placement. The analytical expressions for definition are presented: the grinding chamber and working body speed frequency's construction parameters' productivity; the knives' length and thickness of layer, grabed by one of the roll from the grinding chamber diameter and the structural parameters coefficient, taking into account the angle of friction influence; a knives placement step, ensuring the zootechnical requirements implementation; the working body's maximum rotation's frequency condition according to the knifes length the most effective use and the grinding chamber's filling. The theoretical and experimental dependences of the grinding device productivity from the working body rotation's frequency are presented. It is established that the fill factor value's coefficient varies depend on the rotation's frequency. The results of industrial test of this grinding device on the dairy-trade farm had confirmed the productivity, specific power consumption and grinded product quality's indicators. The proposed device's economic efficiency's assessment had showed that by the grinding device's speed characteristics reducing the power and specific energy's consumption are reduced.
Keywords: roller, grinding devise, root and tuber crops, knife grate, productivity, production test, the rotation's frequency.
