Розділ 2
АНАЛІТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ПОДРІБНЕННЯ СТЕБЛОВИХ КОРМІВ В ПОДРІБНЮВАЧІ МОЛОТКОВОГО ТИПУ
2.1 . Обгрунтування конструктивно-технологічної схеми подрібнювача стеблових кормів
Аналіз наведеної інформації показує, що для подрібнення рослинної стеблової сировини найбільш ефективними є подрібнювачі, в яких процес подрібнення виконується в наслідок сполучення удару і різання з ковзанням.
Найбільш повно вказаним вимогам відповідають молоткові дробарки, але в них не забезпечується необхідний протиріжучий підпор, тому подрібнення виконується за рахунок удару та перетирання, що призводить до марних витрат енергії.
Виходячи з вищенаведеного, нами було запропоновано конструкцію подрібнювача, який дозволяє виконувати подрібнення рослинної стеблової сировини ударом у сполученні з різанням ковзанням за рахунок забезпечення необхідного протиріжучого підпору [110].
На рис. 2.1 наведена конструктивна схема цього подрібнювача.
Рис. 2.1 Конструктивна схема подрібнювача стеблових кормів1-корпус живильника; 2-завантажувальна горловина; 3-живильник; 4-"мундштук"; 5-камера подрібнення; 6-дека; 7-ротор; 8-молоток-ніж; 9-вивантажувальна горловина Подрібнювач містить корпус живильника 1 з горловинами для завантаження 2 і вивантаження 9. Подавальний пристрій - живильник 3, виконаний у вигляді двох шнеків з правою та лівою навивкою. Кінцева частина живильника - "мундштук" 4 має форму, що звужується по напряму подачі матеріалу. В робочій камері циліндричної форми 5, обертається барабан молоткового типу, який складається із ротора 7, на якому шарнірно закріплені молотки-ножі 8. Ротор та шнеки приєднано до окремих електродвигунів (на схемі не показано).
Робоча камера має деку 6, напрямок рифів якої обрано виходячи із того, що для матеріалів з підвищеною вологістю подрібнення на деці здійснюється за рахунок розтирання, а не удару.
Конструкція молотка-ножа наведена на рис. 2.2. Конструкція об'єднує властивості молотка і ножа. За рахунок двох отворів для кріплення можна по черзі використовувати кожну із 4-х ріжучих граней.
Рис. 2.2 Конструктивна схема молотка-ножа
Робочу частину ножів-молотків виконано клиноподібною зі скісними гранями і насічками трикутної форми на її бічній поверхні, що надає різальним кромкам форму леза з пилкоподібним профілем.
Розрахунки кута загострення та кута ковзання молотків-ножів [17], що забезпечують різання з ковзанням та експлуатаційну надійність, дали такі результати: кут загострення - 300, кут ковзання біля - 600. Подальші експериментальні дослідження здійснювались із цими значеннями кутів.
Молотки-ножі зібрано в пакети (рис. 2.3), які закріплені на роторі 1 за допомогою осі 2. Кожен молоток може вільно коливатись навколо осі, відстань між молотками-ножами регулюється за допомогою дистанційних шайб 3.
Рис. 2.3 Схема закріплення молотків-ножів в пакеті1-ротор; 2- вісь; 3- дистанційна шайба; 4-молоток-ніж; 5-шайба;
6-шплінт.
Процес подрібнення здійснюється таким чином. Рослинна стеблова сировина надходить в завантажувальну горловину 2 (рис. 2.1) і шнеками переміщується до вхідного отвору камери подрібнення. За рахунок ущільнення на звуженні "мундштука" та переплетення своїх стеблових часток матеріал на вході в камеру має форму близьку до монолітного брикету. Фіксація кожної частки в брикеті в момент першої зустрічі з молотками-ножами обраної форми забезпечує умови різання з ковзанням. В зв'язку з хаотичним розташуванням частина стебел подрібнюється за рахунок різання рубкою або інших відомих механізмів подрібнення.
Подальше подрібнення в камері здійснюється при взаємодії молотків-ножів та деки і не має суттєвих відзнак від існуючих конструкцій.
2.2 . Моделювання подрібнювачів молоткового типу
Моделі призначаються для аналізу конструкції і удосконалення технологічних режимів подрібнювача стеблових матеріалів. Оскільки моделі розробляються в основному для багаторазового використання, то сама модель або методи її побудови повинні мати певну універсальність і що саме головне - бути достатньо простими для забезпечення можливості їх практичного використання [111].
Особливість моделювання механічних процесів подрібнення полягає в тому, що існуючі теорії не дають достатньої кількісної оцінки зв'язку між вихідними параметрами та впливаючими факторами, тому в основу математичних моделей зазвичай беруть експериментальні дані і рівняння балансу. Особливо це відноситься до опису технологічного процесу подрібнення в цілому.
Для зменшення кількості експериментальних точок і скорочення обробки результатів за методичну основу математичного опису обрали теорію подібності, яка дозволяє представляти отримані експериментальні дані моделями, що деякою мірою відбивають реальний процес подрібнення при зменшенні числа дослідів.
Моделювання за допомогою теорії подібності дозволяє розв'язати основну технічну проблему подрібнення - визначення характеристик промислових зразків обладнання за результатами досліджень на фізичних моделях.
Відповідність моделі оригіналу визначається геометричною, кінематичною і динамічною (силовою) подібністю, тобто лінійні, швидкісні (часові) та силові відношення моделі і оригіналу повинні характеризуватися сталими величинами. Ця відповідність визначається за допомогою чисел подібності.
Оскільки для процесу подрібнення скласти математичний опис залежностей між показниками якості процесу та визначаючими факторами можна тільки в якісному співвідношенні, то для цього використовують теорію розмірностей або ?-теорему, яка дозволяє встановити залежність між n величинами при m основних одиницях, а при наявності подібності - у вигляді зв'язку між n-m числами подібності.
В роботі досліджується тільки статика подрібнення, коли відповідні параметри досягли сталого значення, тобто не змінюються в часі.
Основними визначальними параметрами прийняли затрати енергії на подрібнення N та ступінь подрібнення ?.
Як об'єкт математичного опису подрібнювач (рис. 2.4