УДК 621.926

ДРОБАРКИ З ГОРИЗОНТАЛЬНОЮ ВІССЮ ОБЕРТАННЯ ТА ШЛЯХИ ЇХ УДОСКОНАЛЕННЯ

З. Гошко, к. т. н., В. Гайдучок, д. т. н., О. Гошко, магістр

Львівський національний аграрний університет

Ключові слова: подрібнення, машина сипкий матеріал, зерно.

Key words: shredding, machines, loose material, seed.

Crushing into parts of the deteriorated in store mineral fertilizers allows to increase the friableness, and consequently to ensure the normative requirements of application evenness up to 92-95 %. With the crushing machine it is also possible to crush the roots and tubes, using one in the technological line of forage preparing as root-cutting machine.

Постановка проблеми. На сучасному етапі розвитку сільського господарства України є актуальним підвищення ефективності використання і зниження енергомісткості існуючого технологічного обладнання шляхом його модернізації. В цих умовах особливе значення має вивчення механіки подрібнювальних машин, в яких використовується кілька способів подрібнення та формування раціональних схем і принципів організації процесу.

Намагаючись розширити діапазон ефективного використання роторних дробарок за рахунок якості подрібнення, продуктивності, питомої витрати енергії, необхідно знати структурно-механічні властивості продукту, швидкості ротора; розмір радіального зазору між молотками ротора і ситом, форму та розміри отворів сит, а також їх живого перерізу.

Переспективність і важливість науково-дослідних і конструкторських робіт у цьому напрямі пояснюється невикінченою теорією ударного дробнення, методикою інженерного розрахунку цього типу машин, що в подальшому призводить до різноманітності конструкцій, які мають спільний недолік – низький енергетичний коефіцієнт корисної дії [1].

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Академік В. П. Горячкін [5] виводить формулу  критичної швидкості в такому вигляді:

,                                                 (1)

де  - швидкість звуку в матеріалі;

- межа міцності матеріалу на розтяг;

Е – модуль пружності.

Як вважав І. Г. Капельзон [1], колова швидкість молотків залежить не тільки від міцності матеріалу, але й від заданого ступеня подрібнення. Він пропонував визначати швидкість удару, необхідну для подрібнення матеріалу до ступеня подрібнення е, за такою формулою:

,                                   (2)

де σ – напруження, при якому відбувається подрібнення (межа пружності матеріалу);

g –  прискорення вільного падіння (сили тяжіння);

М – маса молотка, приведена до точки удару;

m – маса частинки подрібненого матеріалу;

е – ступінь подрібнення,

,                                                        (3)

де D і d – діаметр частинок до і після подрібнення, мм;

Е –  модуль пружності, кг/см2;

γ – питома вага матеріалу, кг/м3.

За даними В. П. Барабашкіна [5], колова швидкість молотків, що відповідає межі руйнування матеріалів малої пружності, складає 10-30 м/с, а для пружних 30-70 м/с. Витрати енергії при цьому коливаються  в межах від 0,6 до 2,0 кВт год/т.

Характерно, що для зерна оптимальна швидкість удару при подрібненні в молоткових дробарках досліджувалась багатьма  вітчизняними і закордонними спеціалістами, однак неоднорідність структури, механічних властивостей зерна  в межах одного сорту, різна вологість не дозволяють отримати однозначних результатів.

Якщо характеристики механічних властивостей прийняти (за                 І. В. Мельниковим [1]) (наприклад ячменю σроз=70 кг/см2, Е=8,4 103 кг/см2, ρ=1,22 10-6 кг сек2/см4), то за формулою (1), виведеною В. П. Горячкіним, критична швидкість, при якій починається руйнування зерна ударом, дорівнюватиме 6,8 м/с, фактично робочі швидкості в молотильних дробарках у 8-15 разів більші.

Дослідами М. С. Левіна [3] встановлено, що практична швидкість удару,  при якій починається руйнування  зерна, більша 15-20 м/с.

Таким чином, міцність подрібнюваного матеріалу безпосередньо  впливає на вибір необхідної швидкості удару.

У вітчизняних молоткових дробарках, які працюють у комбікормовій промисловості, матеріал надходить на подрібнення вертикально. У зв’язку з цим швидкість удару частинок з молотком часто описується  швидкістю обертання ротора.

За даними Ф. Г.  Плюхова, оптимальна швидкість обертання ротора при подрібненні зерна для цілей комбікормовому виробництва становить 75-80 м/с [4].

Оскільки швидкість удару визначається як відносна швидкість руху частинок і молотка, тому необхідну швидкість удару можна отримати збільшенням швидкості подачі матеріалу назустріч рухомій ударній поверхні.

На ефект подрібнення впливає також кут удару подрібнюваного матеріалу до молотка або деки. При наближенні кута удару до 90, тим ефективніше проходить процес подрібнення. Найефективнішим є прямий центральний удар.

Кут зустрічі при ударі до молотка в багатьох випадках залежить від місця і напряму завантаження матеріалу в молоткову дробарку.

Досліджуючи роботу молоткової дробарки на подрібнення зерна різних культур, Г. І. Шуб [3] дослідив вплив кута і місця подачі зерна на ефекти подрібнення.

Не дивлячись  на те, що він проводив перевірку для незначних відхилень від вертикальної подачі (зверху по вертикалі під кутом 60 і 45; зверху по вертикалі під кутом 60 на відстані 70 мм від осі в бік обертання ротора), йому вдалось отримати дані, які показують, що при верхній подачі матеріалу в дробарку найбільш ефективною є вертикальна подача по осі дробарки.

Як видно з наведеного матеріалу, питання місця і кута подачі матеріалу в молоткову дробарку остаточно не вирішені і потребують подальших досліджень.

Оскільки найбільший ефект подрібнення досягається при прямому центральному ударі. Для цього необхідно, щоб частинки подрібненого матеріалу проникли в зону обертання ротора на таку глибину, при якій сила удару молотка проходила б через центр частинки, на глибину не менше d/2. З урахуванням цієї вимоги І.Г. Капельзон [1] пропонує наступну формулу:

,                                                                (4)

де d – діаметр частинки матеріалу, що  подається на подрібнення, мм;

U – швидкість подачі матеріалу в дробарку, м/с;

υ – колова швидкість молотків, с-1;

і – число рядів молотків, шт;

D – діаметр ротора, мм.

Необхідно звернути увагу на те, щоб зберігалась певна рівновага між швидкістю завантаження та обертання ротора. Також слід звернути увагу на рівномірність подачі матеріалу в дробарку, оскільки від цього залежить ефективність використання енергії удару.

Постановка завдання. Незважаючи на велику кількість дочліджень у галузі виробництва дробарок, створені дробарки не можуть повністю задовільнити вимоги кормопереробної промисловості: одні мають значні енерговитрати, в інших- надто складна конструкція, треті- ненадійні, тощо. Тому створення нових та вдосконалення вже існуючих подрібнювальних машин є актуальним.

Виклад основного матеріалу. На основі проведених досліджень [1; 7; 8] ми пропонуємо конструкції дробарок з жорстко закріпленими молотками (1, 2, 3).

Роторна дробарка (рис.1) складається з бункера 1, в який завантажується зеновий матеріал і через завантажувальну горловину надходить у подрібнювальну камеру 3. У камері кріпиться подрібнювальний ротор 2 (виготовлений зі стального диска, розрізаного на вісім рівних частин, що розведені під різними кутами і утворюють робочі площини жорстко закріплених молотків). Привід ротора здійснюється електродвигуном через пасову передачу (з метою уникнення поламок внаслідок заклинювання обертових частин).

Молотки, розведені під різними кутами і з різним кутом заокруглення, дозволяють створити вентиляторний ефект, що сприяє утворенню зон О нормального і А розрідженого тиску. Різниця тисків сприяє засмоктуванню зернового матеріалу з бункера, подачу матеріалу регулюють шиберною заслінкою 9. Подрібнювальна камера виготовлена таким чином, щоб максимально ефективно використовувати робочий об’єм, а саме: робочу зону циліндра і стінок боковин. З цією метою до стінок циліндра і боковин приварені поздовжні і поперечні рифи - відповідно 7 і 8. За рахунок цього отримується наступний ефект: молотки наносять удари по зерну і відкидають його на стінки подрібнювальної камери. Внаслідок того, що на стінках наварені стальні поперечні рифи, зерно жорстко ударяється об них (ковзний удар відсутній), внаслідок чого ефективність подрібнення зростає. Повітряний  потік, утворений молотками, підхоплює частинки зерна, що відбиваються від бокових стінок, і розділяє подрібнене зерно на дві фракції: важчу - за рахунок того, що відцентрова сила Р=mω2r буде більша, ніж сила повітряного потоку Р1 - кидає  на поздовжні рифи циліндра і сприяє їх подрібненню, а легші, остаточно подрібнені частинки зерна спрямовуються повітряним потоком до деки 4 з каліброваними отворами і, протягуючись через них, виносяться назовні у контейнер, або мішкотару.

|

Рис 1. Принципова схема роторної дробарки вентиляторного типу:

1-букер; 2-ротор; 3-подрібнювальна камера; 4-дека; 5-електродвигун; 6-контейнер; 7-поздовжні рифи; 8-поперечні рифи; 9-шиберна заслінка.

Р1=kSV,                                                         (5)

де k - кінематичний показник повітряного потоку;

- щільність повітряного потоку, кг/м3;

S - площа проекції тіла (Міделевий переріз), м2;

V - швидкість повітряного потоку, м/с.

Дробарка (рис.2) призначена для подрібнення насіннєвих матеріалів з метою надання їм відповідної розмірної фракції тощо, та утворення кормосуміші. На відміну від першої моделі може застосовуватись для приготування двокомпонентної суміші, для чого дооснащена двома   бункерами, в які завантажується різнокомпонентний зерновий матеріал. Принцип роботи даної дробарки аналогічний першій.

Рис.2. Принципова схема вентиляторної дробарки роторного типу з двома бункерами:

1 - букери; 2 - ротор; 3 - подрібнювальна камера; 4 - дека; 5 - електродвигун;6 - контейнер; 7 - поздовжні рифи; 8 - поперечні рифи; 9 - шиберна заслінка.

Переваги запропонованої дробарки над уже існуючими та запропонованими полягають у наступному: по-перше, збільшується активна зона дроблення зерна, що в свою чергу сприяє зростанню продуктивності та ефективності використання потужності, що затрачається на подрібнення; по-друге, використання молотків з різним кутом заломлення сприяє руйнуванню повітряно-зернового потоку, що утворюється при високих швидкостях обертання ротора (3000 об./хв і більше); по-третє, застосування рифів сприяє сповільненню швидкості руху частинок зерна, а отже, чим більша різниця швидкостей зерна і молотків, тим вища ефективність використання енергії удару; по-четверте, повітряний потік, що утворюється молотками, виносить із зони дроблення подрібнені частинки, а також сприяє зменшенню забивання отворів деки, що дозволяє отримувати матеріал однакового ступеня помолу; по-п’яте, встановлення двох завантажувальних горловин 1, дає нам можливість подавати на подрібнення два матеріали одночасно, тобто під час процесу подрібнення відбувається одночасне перемішування продукту для отримання поживнішої кормосуміші.

За необхідності ця дробарка (рис. 2) може оснащуватись завантажувальним і вивантажувальним транспортерами.

Запропонована також машина (рис.3) призначена для одночасного подрібнення кількох видів насіннєвих матеріалів з метою надання їм відповідних розмірних фракцій та утворення кормосумішей.

Рис.3. Подрібнювальна машина 1,2,3,4- бункери; 5- подрібнювальна камера; 6,7- ротори;  8- електродвигун; 9- шредерна заслінка.

Запропонована дробарка для приготування кормосуміші складається з подрібнювальної камери 5, роторів 6 і 7 з жорстко закріпленими молотками, бункерів 1, 2, 3, 4, що кріпиться до рами подрібнювальної камери і з яких матеріал дозовано подається в подрібнювальну камеру. В середині камери 5 обертаються два ротори 6 і 7, які приводяться в дію, від електродвигуна 8, що кріпиться на станині шарнірно закріпленій до рами. У верхній частині камери розташоване завантажувальне вікно, що з’єднує бункери 1, 2, 3, 4 і подрібнювальну камеру,  у горловині якого, для зміни подачі матеріалу, та формування кормосуміші відповідної консистенції, встановлені шиберні заслінки 9. В нижній частині корпуса кріпиться вивантажувальний рукав.

Переваги запропонованої дробарки над уже існуючими у наступному: по-перше, використання двох подрібнювальних роторів сприяє руйнуванню повітряно-зернового потоку, що утворюється під час високих швидкостей обертання; по-друге, встановлення чотирьох завантажувальних горловин 1, 2, 3, 4 дає нам можливість подавати на подрібнення кілька видів матеріалів одночасно, тобто під час процесу подрібнення відбувається одночасне перемішування продукту і отримується якісніша кормосуміш з високим ступенем перемішування компонентів.

Висновки. В залежності від умов  використання та бажаного кінцевого результату можна застосувати одну із запропонованого переліку дробарок і добитись наступних результатів:

1)Застосування подрібнювальної камери з кількома завантажувальними бункерами дозволяє зменшити енергозатрати на кормоприготування до 8%.

2)Встановлення двох або чотирьох завантажувальних горловин дозволить отримувати багатокомпонентну суміш, що в свою чергу позитивно відібється на якості комбікорму.

3)Незначні габаритні розміри дробарок дозволяють їх застосовувати у технологічних лініях кормоприготування у невеликих господарствах.

4)Застосування подрібнювального механізму вентиляторного типу в дробарках з горизонтальною віссю обертання дозволяє підвищити їхню продуктивність на 7-12%, а отже зменшити енергозатрати на кормоприготування.

Бібліографічний список

1. Гринзбург М. Е. Крупа и крупяные продукты / М. Е. Гринзбург,      Ф. Г. Зуев. –М. : – 1966. – 49 с.

2. Гошко З. О. Обгрунтування конструктивно- технологічної схеми машини для шелушіння зерна та насіння  / З. О. Гошко, О. М. Крупич. // Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. – 1999. –№3.     – С.187-190.

3. Гошко З. О. Процес шелушіння, його вплив на схожість насіння і проблеми пов’язані з ним / З. О. Гошко, О. М. Крупич , О. М. Василькевич // Вісн. Луцьк. держ. техн. ун-ту: Сільськогосподарські машини. – 2000. №7.   –С.67-72.

4. Гошко З. О. Розширення функціональних можливостей дробарок  із горизонтальною віссю обертання / З. О. Гошко, О. М. Василькевич. // Вчені ЛДАУ виробництву, Випуск 7 Львів, – 2007. – С. 31-33.