Конструктивно-режимные параметры молотковой зернодробилки с оппозитной загрузкой исходного материала

Целью исследования – повышение эффективности процесса измельчения фуражного зерна на основе снижения технологической виброактивности молотковых дробилок с горизонтальным расположением барабана. Объект исследования – технологический процесс измельчения фуражного зерна в дробилке молоткового типа с горизонтальным расположением барабана и оппозитной схемой загрузки, с учетом виброактивности. Предмет исследований – закономерности, причины и факторы влияния вибрации молотковых зернодробилок с оппозитной загрузкой на эффективность процесса измельчения. Обоснована новая технологическая схема молотковой дробилки, в которой изменяется подвод зерна в зону измельчения, и выявлены основные закономерности силового взаимодействия рабочих органов с измельчаемым материалом. Проведена оценка влияние параметров на роль технологической виброактивности, непроизводительных затрат энергии в шарнирах молотков, воздушно-продуктовом слое и грунте, прилегающем к фундаменту дробилки. Разработаны математические модели технологической виброактивности молотковых зернодробилок, оценены ее энергетические последствия. Обоснованы параметры и режимы молотковой дробилки с оппозитной загрузкой зерна. Новизна технических решений подтверждена двумя патентами РФ на изобретение и патентом РФ на полезную модель. Дробильные машины молоткового типа с горизонтальным барабаном излучают шум и порождают вибрацию, в особенности в момент совершения технологических операций, т.е. при разрушении материала в рабочей камере. Это обусловлено неуравновешенностью ударных реакций на рабочих органах и отклонением на различные углы (от радиального направления) противоположных молотков. По данным литературных источников, уровень виброактивности подшипниковых узлов дробилок достигает 0,014-0,020 м/с, уровень шума – 103 дБА. Установлено, что одним из источников повышенной виброактивности дробилок с горизонтальным расположением барабана являются ударные импульсы, возникающие при взаимодействии молотков с исходным материалом во время прохождения их около загрузочной горловины. В связи с этим введено новое научное понятие «технологическая виброактивность дробилки». Теоретически показано, что предложенная нами оппозитная загрузка дробилки приводит к тому, что радиально расположенные молотки отклоняются на одинаковый угол от своего радиального направления, тем самым автоматически уравновешивая барабан и снижая виброактивность дробилки в целом. Впервые поставлены и получили теоретическое разрешение научные задачи, касающиеся роли технологической виброактивности в непроизводительных затратах энергии в шарнирах молотков, воздушно-продуктовом слое и грунте, прилегающем к фундаменту дробилки. Анализ полученных математических моделей показывает, что эти затраты могут отбирать до 14-20% мощности приводного электродвигателя в дробилках с традиционной загрузкой исходного зерна. В дробилках с оппозитной загрузкой непроизводительные затраты энергии на вибрирование воздушно-продуктового слоя и грунта, прилегающего к фундаменту дробилки, теоретически могут быть сведены к нулю. Непроизводительные потери энергии в шарнирах молотков могут быть уменьшены наполовину. В результате экспериментов на дробилке с оппозитной загрузкой и оптимизации процесса измельчения пшеницы выявлены рациональные значения конструктивно-режимных параметров: подача исходного материала в левое отверстие (q_1)=0,078 кг/с, подача исходного материала в правое отверстие (q_2)=0,054 кг/с, угловая скорость вращения ротора (ω)=457,3 рад/с, при которых значение энергоёмкости позволяет достичь минимума Э = 4.86 (кВт ∙ч )/(т ∙ ). Значения критериев подобия для процесса измельчения пшеницы составили следующие величины: π_1=2,366; π_3=1,449; π_4=1,282×10-4. Процесс оптимизации измельчения ячменя позволил выявить натуральные значения варьируемых величин базовых конструктивно-режимных параметров: подача исходного материала в левое отверстие (q_1)=0,075 кг/с, подача исходного материала в правое отверстие 〖(q〗_2)=0,051 кг/с, угловая скорость вращения ротора (ω)=527,6 рад/с, при которых оптимальное значение энергоемкости с учетом заданных ограничений составило Э = 7.54 (кВт ∙ч )/(т ∙ ). Значения критериев подобия для процесса измельчения ячменя, с учетом найденных оптимальных параметров, составили следующие величины: π_1= 2,726; π_3 = 1,472; π_4=1,104×10-4. Вышеуказанные критериальные соотношения конструктивно-режимных параметров позволяют проектировать типоразмерный ряд молотковых дробилок с оппозитной загрузкой. Экспериментальная проверка характеристик энергоемкости, шума и показателей виброускорения показала улучшение этих характеристик при оппозитной загрузке зерна в сравнении с традиционной загрузкой. Так, при измельчении пшеницы снижение энергоемкости процесса достигает 8,2 %, шума – 2,5%, виброускорения – 11,5%. Для ячменя соответствующие показатели снижения составляют: энергоемкости – 19,9 %, шума – 4,7 %, виброускорения – 14,9 %. Экономическая оценка результатов исследования показывает, что, за счет снижения энергоемкости процесса измельчения при оппозитной загрузке зерна в дробилку, удельные совокупные затраты (руб/т) уменьшаются примерно на 9,7%.