3 Расчет основных параметров вальцовой плющилки

 

Плющение зерна осуществляется посредством двух гладких или рифленых вальцов (рисунок 3.1), вращающихся в разные стороны, с одинаковой (V₁ =V₂) или разной (V₁ ≠V₂) окружной скоростью

Рисунок 3.1 - Принципиальные схемы вальцовой плющилки

Зерно подводится к рабочей щели вальцов и под действием силы трения, затаскивается вальцами в щель, сжимается и раздавливается. При этом происходит плющение зерна.

Вальцы располагаются под углом к горизонту в 20° или горизонтально (рисунок 3.2)

Рисунок 3.2 - Варианты расположения вальцов

Чем меньше угол наклона вальцов, тем благоприятнее условия подачи материала в зону измельчения, но ширина вальцового станка при этом несколько увеличивается.

В рабочем процессе вальцовых плющилок имеют значение следующие основные факторы: угол захвата, диаметр вальцов, окружные скорости вальцов и их соотношение, профиль и угол наклона рифлей, число рифлей на единицу длины окружности вальца, величина рабочего зазора между вальцами и свойства размалываемого материала.

Допустим, что мы имеем два гладких вальца радиусом R (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3- К анализу рабочего процесса вальцов

В момент вхождения в зазор частица в точке соприкосновения  п воспринимает давление вальца Р, возникающая при этом сила трения T=fP, направлена по касательной. Разложим силы Р и Т на горизонтальные и вертикальные составляющие. Горизонтальные силы, действующие на частицу со стороны правого и левого вальцов, взаимно уничтожаются. Вертикальная составляющая силы трения направлена вниз.

Она затягивает частицу материала в рабочее пространство и равна

где α - угол захвата, составленный направлением силы Р и линией центров ОО₁.

Вертикальная же составляющая силы направлена вверх и препятствует вхождению частицы в рабочее пространство. Она равна Psinα.

Захват частицы материала вальцами будет происходить только при условии

откуда  или  , но  , значит можно записать

Следовательно, для обеспечения захватывания материала поверхностями вальцов необходимо, чтобы угол α , называемый углом захвата, был меньше угла трения φ между измельчаемым материалом и вальцом.

Радиус вальцов определяется размером частиц материала и величиной угла трения.

3.1 Определение радиуса вальцов

Обозначим начальный размер частицы материала через В, конечный размер частицы будет равен ширине рабочего зазора В₁. Тогда расстояние между центрами можно представить как:

Отсюда радиус вальца:

,

где: В- начальный размер частицы материала, (Таблица 2);

α-угол захвата материала вальцом, град (Таблица 2);

Угол  α ее не должен превышать угла трения φ , т. е. α=φ.

Рисунок 3.4-Схема к определению радиуса вальцов

Это указывает на существование почти прямой зависимости между R и В и обратной зависимости между R и φ.

Интенсивность измельчения материала в вальцовом станке определяется длиной l пути (дуги) обработки. Чем больше l, тем интенсивнее происходит плющение и растирание продукта. Значение l можно определить из следующих уравнений:

  

Из последнего уравнения находим  :

и, подставив в первое, получим:

,

где:

Таким образом, длина пути обработки тем больше, чем больше радиус вальцов и разность (B-B₁).

В процессе плющения зерна вальцами решающее значение имеют форма и состояние поверхностей вальцов. Рифленая поверхность образуется путем нарезки вальцов резцами на специальных станках.

Рифли (рисунок 3.5) характеризуются профилем, количеством их на единицу длины окружности вальца, уклоном рифлей и взаиморасположением их на парноработающих вальцах.

Рисунок 3.5-Форма рифленого вальца

В поперечном сечении рифли имеют две неравные боковые грани - узкую (грань острия) и широкую (грань спинки). Угол Θ , образованный этими гранями, называется углом заострения рифлей. Если из центра вальца провести радиус к вершине рифли, то угол Θ разделится на два угла: угол острия α и угол спинки β . Тупой угол, заключенный между касательной АВ, проведенной через вершину рифли и гранью острия, условно называется углом резания φ .

Принятый на наших предприятиях единый профиль рифлей характеризуется углом заострения Θ =90°, углом острия α =20° и углом спинки β =70°. Расстояние t между двумя вершинами рифлей, измеренное по окружности, называется шагом рифлей, а расстояние h между окружностью впадин и окружностью выступов, измеренное по радиусу вальца, называется высотой рифлей (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6-Профиль рифлей

Шаг и число рифлей связаны следующим соотношением:

где: п - количество рифлей на 1 см длины окружности вальца (принимают от 4 до 10), (Приложение Таблица 2).

Высоту рифли h определяют по формуле:

,см.

Во всех вальцовых плющилках рифли нарезаются по винтовой линии, т. е. под углом к образующей, который выбирается в пределах от 5 до 15°. Назначение уклона рифлей - создать большую равномерность в работе вальцов и избежать их дрожания.

Из теории резания известно, что частица будет подвергаться резанию лишь при условии, если угол раствора рифлей не будет превышать двух углов трения.

Рисунок 3.7-Варианты взаимного расположения рифлей вальцов

В вальцовых плющилках на эффективное измельчения большое влияние оказывает расположение режущих граней рифлей по отношению к частицам материала. Возможны четыре варианта расположения рифлей (рисунок 3.7). При варианте 1 измельчаемая частица поддерживается режущей гранью медленно вращающегося вальца и измельчается режущей гранью быстро вращающегося вальца. Такое расположение рифлей (острие по острию) создает условия, при которых частицы разрушаются в основном в результате срезания или скалывания на крупку. При вариантах 2 - «острие по спинке» и 3 - «спинка по острию» частицы больше растираются, и выход продукта увеличивается. При варианте 4 - «спинка по спинке» имеют целью получить наибольший выход продукта. Для дробления кормов наиболее целесообразным является 1 вариант взаиморасположения рифлей на парноработающих вальцах.

Производительность плющилки зависит от величины рабочего зазора между вальцами, длины вальцов, окружной скорости вальцов, свойств измельчаемого материала и степени заполнения объема рабочего зазора.

Формула для расчета производительности плющилки:

где: h - высота рифлей, м; 

V_Б,V_М - скорость быстровращающегося и медленно вращающегося вальца, как правило, равная 5,5-6 м/с, (принимаем V_Б=V_М ).

L-длина вальца, (принимаем L=l) м,

γ-плотность измельчаемого материала, кг/м³ (принимается в зависимости от выбранной культуры);

k- коэффициент объемного заполнения рабочего зазора, равный 0,1-0,2.

Мощность, потребная на привод вальцовых плющилок, расходуется в основном на раздавливание материала, на трение частиц материала друг о друга и вальцы, на трение в цапфах и на потери в передаточном механизме.

Необходимая для работы вальцовой плющилки мощность определяется по формуле:

где: σ- предел прочности измельчаемого материала, кГ/см² (таблица 3);

Е- модуль упругости измельчаемого материала, кГ/см² (таблица 3);

n- число оборотов вальцов, об/мин.

Число оборотов вальцов определяется по формуле:

где: f - коэффициент трения материала о поверхность вальцов (f = 0,3-0,4);

γ-плотность измельчаемого материала, кг/м³ (принимается в зависимости от выбранной культуры);

R - радиус вальцов, м

В- начальный размер частицы материала, (Таблица 2).