Лекція 3

Механізація подрібнення кормів

1. Основи теорії подрібнення кормів.

Подрібнення як процес утворення нових поверхонь Подрібненням називається процес поділу механічним шляхом твердого тіла на частини, тобто під дією зовнішніх сил, що перевищують сили молекулярного зчеплення. У результаті подрібнення утвориться безліч дрібних часток із сильно розвинутою поверхнею. Отже, подрібнення можна охарактеризувати як процес виробництва (збільшення) нових поверхонь часток корму. Питома площа поверхні. Кількісною мірою дисперсності сипучих матеріалів, тобто розвиток поверхні часток, слугує показник питомої площі поверхні. Питомою площею поверхні матеріалу називається сумарна площа поверхні всіх часток, вміщених в одиниці маси (м2/кг) чи об’єму (м-1). У теорії подрібнення прийнято визначати: об'ємну питому площу поверхні об .птS :

d 6S об.пт = , м-1 масову питому площу поверхні м .птS :

d 6S м.пт ρ⋅ = , м2/кг; де d – середній розмір часток, м; ρ – щільність, кг/м3.

Ступінь подрібнення. Абсолютні розміри, чи крупність, часток подрібненого корму обумовлені зоотехнічними вимогами і використовуються при оцінці якості продуктів подрібнення. Для енергетичної оцінки процесів подрібнення, крім цього, потрібно мати уявлення про глибину процесу диспергування, тобто про ступінь подрібнення.

У техніці ступенем подрібнення λ матеріалу прийнято називати відношення середнього розміру D шматків вихідного матеріалу до середнього розміру d часток продукту подрібнення:

d Dλ= .

2

Якщо вихідний матеріал – зерна сільськогосподарських культур, то, з огляду на розмаїтість і складність форми, їхні розміри найбільше зручно характеризувати величиною еквівалентного діаметра D э. Еквівалентним діаметром зерна називається діаметр кулі, об’єм якого дорівнює дійсному об’єму зерна. Значення еквівалентних діаметрів знаходять експериментально. Визначають середній об’єм зерна зануренням порції з 100 шт. у рідину (бензин, толуол, ксилол), налиту в мірний циліндр. Якщо об’єм одного зерна Vз, а об’єм рівновеликої кулі 6 3 э э DV π = , то еквівалентний діаметр зерна буде дорівнює:

3 з3 э э 24V 1,6VD ≈ π = , м . З урахуванням цього початкова питома площа поверхні зернового матеріалу перед подрібненням по буде э нач D 6S ρ⋅ = . Показник ступеня подрібнення λ характеризує головним чином технологічний процес подрібнення, а не крупність часток дерті. Очевидно, що при одній і тієї ж крупності дерті (dср), велике зерно дає більш високі значення ступеня подрібнення і навпаки. У таблиці наведено числові значення ступеня подрібнення і питомої площі поверхні дерті, отриманої з ячменя, зерна якого мали еквівалентний діаметр Dэ = 4,2 мм і щільність ρ = 1300 кг/м3.

Таблиця - Ступінь подрібнення і питома площа поверхні ячмінної дерті

Розмелення Крупніст ь часток dср, мм

Ступінь подрібненн я λ

Питома площа поверхні Sк

Збільшення питомої площі поверхні

масова, м2/кг

об'ємна, м-1

м2/кг м-1 Дуже дрібне 0,2 21,0 23,0 30·104 21,9 28,6·104 Дрібне 1,0 4,2 4,6 6·104 3,3 4,6·104 Середнє 1,8 2,3 2,5 3,3·104 1,4 1,9·104 Велике 2,6 1,6 1,8 2,3·104 0,7 0,9·104

При подрібненні кормів на молоткових дробарках регулятором тонкості розмелу є решето, яке встановлене в дробильній камері. Абсолютні значення ступеня λ подрібнення зерна злакових культур у залежності від діаметра решета в камері дробарки можна брати таким: Діаметр решета, мм 10 6 3 2 Ступінь подрібнення λ 1,5–1,6 2,0–2,4 5–7 8,4–9,7

3

Способи подрібнення. На рисунку схематично показано найбільш поширені способи подрібнення кормів: дроблення ударом, розколювання, стирання (розмелення), плющення і різання – лезом, різцем або пуансоном. 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.

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

У цьому відношенні розколювання, стирання або різання 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

2. Машини та обладнання для подрібнення стеблових кормів.

2.1. Теоретичні основи подрібнення стеблових кормів.

Теорію різання розроблено академіком В.П. Горячкіним, а потім доповнено академіком Желіговським В.А., професором Рєзником Н.Є. та іншими вченими. У їхніх працях було проведено експерименти щодо визначення фізико-механічних властивостей матеріалів, що подрібнювались, визначено вплив різних конструктивних параметрів соломосилосорізок на енергоємність різання. Різання розглядається як проникнення двогранного клина (леза ножа) в матеріал (рис. 1)

g

F Ò2

F Ò1

N 1

N 2

P ð³ç

Рисунок 2 - Схема входження леза в матеріал: РРІЗ – сила різання; N1 i N2 – сили нормального тиску матеріалу на грані леза; FT1 i FT2 – сили тертя матеріалу об грані леза; РКР – критична сила, при якій можливе різання, γ - кут між гранями клина (кут заточки)

При цьому руйнування проходить за рахунок тиску, який створюється вершиною цього клина під дією сили P різ Під час руху клина матеріал деформується і виникає опір. Для подалання цих сил до клина необхідно прикласти силу Pкр.

NHF тF тP різP кр sin, cos212 γγ ⋅+⋅+=+

Сила різання залежить від механічних властивостей матеріалу і гостроти

леза.

5

GpHPL різ , ⋅∆⋅= δ

де L ∆ - довжина леза, що безпосередньо входить в матеріал, м; δ - гострота леза ножа, м; Gp - тиск, при якому матеріал руйнується, H/м2.

Розрізняють три загальних випадки різання лезом, залежно від кута

τ

між векторами нормальної сили і переміщення ножа ( між перпендикуляром до леза і напрямком переміщення ножа) які показані на рис.2. 1-й випадок (рис. 2а) – нормальне різання, або рубка, кут 0. = τ 2-й випадок (рис. 2б) – похиле різання, кут ϕτ ≥≤0 . 3-й випадок (рис. 2в) – ковтальне різання, кут ϕτ ≥ . tgHfNFN T , ϕ ⋅=⋅=

де f – коефіцієнт тертя матеріалу по лезу; − ϕ кут матеріалу по лезу, град.

Сила нормального тиску N за законом Гука залежить від деформації матеріалу о грані клина: hHNk ,⋅= де k – коефіцієнт опору матеріалу, Н/м; h – величина деформації, м. Типи робочих органів подрібнювачів стеблових кормів Професор Різник Н.Є. виділив шість типів робочих органів, які виконують процес різання: пласко-обертальні, циліндрично-обертальні, обернено-поступальні, криволінійно-коливальні, пласко-коливальні і пласко- поступальні. Для соломосилосорізок найбільш прийнятні перші два: пласко-обертальні (дискові) і циліндрично-обертальні (барабанні). Дискові робочі органи мають ножі, які закріплені таким чином, що при обертанні їх леза рухаються в площині кола. У барабанних робочих органах леза ножів описують циліндричну поверхню. При виборі типу робочого органу при проектуванні подрібнювача стеблових кормів необхідно враховувати такі основні вимоги: - мінімальні витрати енергії;

6

Рисунок 3 - Класифікація типів робочих органів подрібнювачів стеблових кормів: 1,2,3 – пласко-обертальні; 4,5,6 – циліндрично-обертальні; 7,8,9 – обернено-поступальні; 10,11,12 – криволінійно-коливальні; 13,14,15 – пласко-коливальні; 16,17,18 – пласко-поступальні.

7

– мінімальна металоємність; – рівномірність навантаження на вал машини протягом усього циклу роботи; – надійне защемлення стебел між ножем і протирізальною пластиною.

Порівняння характеристик дискових і барабанних подрібнювачів показує, що барабанні за всіма вимогами мають перевагу, за винятком того випадку, коли подрібнену масу необхідно подавати на значну відстань. Для цього на диск встановлюють лопаті, а кожух подрібнювача формують як корпус вентилятора-кидалки. Особливості конструкції барабанного робочого органу. Барабанний ріжучий апарат відповідає основним вимогам до подрібнювачів.

Рисунок 4 – Розгортка ножового барабана

Для забезпечення надійності защемлення стебел між ножами і протирізальною пластиною ножі виготовляють криволінійної форми з постійним кутом защемлення Х < 2ϕmin, який не змінюється при проходженні всього леза через матеріал. Така форма ножів ускладнює їх виготовлення, але дозволяє також проводити заточку лез безпосередньо на машині без знімання ножів за допомогою заточних пристроїв, а також проводити регулювання зазора між ножами і протирізальною пластиною одночасно для всіх ножів переміщенням барабана або протирізальної пластини. Постійний кут τ забезпечує постійну кінематичну трансформацію кута заточки γ’. Оскільки ножі розміщені по гвинтовій лінії, то їх перекриття а і кут

8

γ’ забезпечують рівномірність навантаження на вал барабана і мінімальні витрати енергії на подрібнення. Довжина барабана обмежується шириною горловини для подачі матеріалу з урахуванням розходження в сторони стебел при виході з горловини. Особливості конструкції дискового робочого органу. На дисковому робочому органі можуть встановлюватись ножі з криволінійним або з прямим лезом. Криволінійність леза забезпечує постійність кута Х< 2 ϕmin, як і в барабанних подрібнювачах. Проте практика експлуатації такої конструкції показала, що налагодження такого ріжучого апарату досить складне і забирає багато часу (заточка і регулювання зазорів між ножами і протирізальною пластиною). Тому промисловість виготовляє ріжучі апарати з прямим лезом. Розглянемо особливості різання прямим лезом .

Рисунок 5 – Схема роботи дискового апарата з прямим лезом

Лезо ножа розміщується з “вильотом” Р для того, щоб забезпечити необхідний кут α. Під час проходження леза по матеріалу величина кута Х змінюється від Хmax до Хmin. Враховуючи також те, що активна довжина леза ∆S також змінюється, а середній радіус прикладання сили опору матеріалу збільшується, то при перерізанні матеріалу ножем навантаження на вал робочого органу також змінюється. Після проходження ножа через матеріал навантаження на нього зникає до підходу наступного ножа. Таким чином, не виконується одна з основних вимог щодо рівномірності навантаження, що призводить до жорсткої роботи ріжучого апарату. Витрати енергії також зростають.

9

Як видно зі схеми на рисунку 6.8, геометричні параметри подрібнювача також значні у порівнянні з барабанним.

2.2. Подрібнювачі стеблових кормів.

Подрібнювач грубих кормів ІГК-Ф-4-1 – призначений для переробки соломи, сіна та інших грубих кормів (вологість не більше 35%) з одночасним завантаженням подрібненої маси у транспортні засоби або місткості для накопичення. Випускається в навісному і стаціонарному виконанні. Робочий орган машини виконаний у вигляді ротора-диска. Протиріжуча частина подрібнювального апарату-дека. Соломорізка РСС-6Б – призначена для подрібнення соломи, сіна і силосу різної вологості. Вона випускається в двох варіантах: з приводом від електродвигуна із приводом від ВВП трактора класу 14 кН. Робочий орган виконано в вигляді ротора-диска, в який вставлено ножі під кутом до радіуса диска. Довжину різки регулюють установкою на диску двох, трьох або шести ножів, а також заміною пар шестерень з різною кількістю зубів на приводі живильника. Подрібнювач «Волгар-5» використовується для подрібнення зелених кормів, силосу, коренебульбоплодів, баштанових культур, сіна, соломи. Робочий орган – ножовий барабан.

Робочий процес проходить таким чином: корм подається на горизонтальний транспортер, далі корм вирівнюється і ущільнюється похилим (притискним) транспортером, потім корм подрібнюється робочим органом машини. Перероблений корм викидається через вікно «Волгар-5» або через дефлектор РСС-6Б, ІГК-Ф-4-1 на транспортний засіб або місткість для накопичення.