РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ПОДРІБНЕННЯ КОРМІВ ДРОБАРКАМИ З ШАРНІРНО ЗАКРІПЛЕНИМИ МОЛОТКАМИ
В результаті аналізу відомих результатів досліджень стосовно процесу роботи молоткових кормодробарок було виявлено, що молотки під час роботи здійснюють коливальні рухи відносно осі підвісу [54, 55, 56, 119, 129]. Очевидно, що відхилення молотків від радіального положення впливають на швидкість удару і зазор між гранню молотка та декою дробарки. Крім того, у процесі роботи відбувається зношування молотків, що змінює їх геометричну форму, масу, та положення центра мас [118, 120, 129]. В результаті цього змінюється момент інерції молотка, а також співвідношення радіуса підвісу до приведеної довжини молотка ротора, що спричиняє порушення технологічного режиму та якості подрібнення. Відхилення приведеної довжини молотка від початкової спричиняє збільшення коефіцієнта передачі ударних імпульсів на вісь обертання ротора, що різко скорочує ресурс роботи кормодробарки [124].
Проведені раніше дослідження не достатньо висвітлюють дане питання, тому для встановлення раціональних технологічних параметрів процесу подрібнення зернових кормів дробарками з шарнірно закріпленими молотками необхідно провести подальші дослідження. Це стосується вивчення закономірностей руху молотка кормодробарки в системі "молоток - барабан - середовище" та визначення енергетичних показників процесу подрібнення.
2.1 Допущення, прийняті при дослідженнях
При проведенні теоретичних досліджень були зроблені наступні допущення:
- продукт, що поступає у завантажувальний отвір, створює силу опору руху молотка, яка збуджує коливання молотка і діє один раз за один оберт ротора;
- опір кільцевого повітряно-продуктового шару матеріалу в камері подрібнення, де частки рухаються хаотично, спричиняє затухання коливань і не впливає на частоту коливань молотка; [20];
- на етапі створення графічної логіко-імітаційної моделі відносного руху молотка вважаємо, що згасання коливань немає, тому що час між ударами молотка об порцію зерна в зоні завантаження дуже малий (в реальних умовах роботи дробарки близько 0,02 -0,03 с) [43, 55, 81].
- переносна швидкість молотка є незмінною і дорівнює кутовій швидкості ротора, оскільки шарнірна установка молотка гасить крутильні коливання ротора [119];
- удар молотка по об'єму зерна, що надходить у камеру, вважається квазіупружним ударом по точечному тілу тому, що маса молотка у 7 - 14 тисяч раз більше маси зернівки злакових культур [13, 78, 124].
2.2 Теоретичні передумови дослідження роботи молоткового ротора кормодробарки.
Аналіз досліджень [16, 18, 19] показав, що при тривалості удару 10-5 с, сила удару складає 200 Н, реакція осі молотка дробарки МД-300 на удар кожного зерна дорівнює 50 Н. При подрібненні кожного кілограму зерна ці сили будуть діяти 30000 раз. При продуктивності 160 кг/год такі удари будуть повторюватися приблизно 5 млн. разів за годину [36, 86, 103]. Очевидно, що для покращення умов роботи дробарки необхідно розвантажити молотковий барабан від цих ударів. Для цього вважаємо необхідним більш детально розглянути питання врівноваження ударних сил.
Розглядаючи рух молотка як складний рух обертання разом з барабаном і поворот навколо пальця (осі молотка), зневажаючи дією за час удару кінцевих сил (переносної і каріолісової силами інерції, силами тертя, силами опору продуктово-повітряного шару) [77], зі спільного вирішення рівняння руху центра маси молотка під дією прикладеного імпульсу удару Sy і імпульсу ударної реакції пальця (осі молотка підвісу) Sn
та рівняння моменту кількості руху
визначає величину імпульсу удару, переданого від молотка на його вісь підвісу (отже, і на барабан):
Величина Sn обертається в нуль, тобто удар не передається на барабан, у випадку якщо [17]:
(2.1)
де JA= m·?2 - момент інерції маси молотка щодо осі підвісу, яку можна визначити як добуток маси m молотка на квадрат радіуса ? інерції;
lc і ly - відстань від осі підвісу до центра маси молотка і до центра удару матеріалу, що подрібнюється, об молоток, відповідно;
і - кут і похідна від кута відхилення молотка від радіально-рівноважного напрямку відповідно.
Підставивши значення у рівняння (2.1) виявляють умову попередження передачі імпульсу ударів молотка на барабан, назване М.М. Гернетом [18] теоремою:
Допускаючи, що удар зосереджений і в прямокутних молотків розташований на середині їхніх торців, М.М. Гернет одержує наступні залежності для визначення розміру lc у молотків з одним отвором
і з двома отворами :
де а, і b - довжина і ширина молотка відповідно;
d - діаметр отворів молотка.
Ударні навантаження на підшипники вала є найбільш шкідливими. Усунення їх шляхом використання при розрахунку і проектуванні молоткових барабанів приведених вище залежностей дозволить збільшити зносостійкість і коефіцієнти корисної дії молоткових дробарок [33, 77, 124, 125].
Коливальний рух молотків з безупинно зростаючими амплітудами при будь-якій швидкості обертання барабана визначають як нестійким або хитливим [75, 76]. У відмінності від звичайного явища резонансу роторів, що настає лише при їхніх критичних швидкостях обертання, рівних власній частоті, хитливий рух молотків може спостерігатися при будь-яких швидкостях обертання барабана. Аналізуючи рішення диференціального рівняння кількості руху молотка щодо його осі підвісу
можна встановити, що урівноважений на удар молоток втрачає стійкість, якщо відстань від осі пальця молотка до його торця дорівнює відстані між осями вала барабана і пальця, тобто коли
де ro - радіус підвісу молотка;
lзв - зведена довжина молотка.
При стійких коливаннях молоток розташований в радіально-рівноважному напрямку до першого удару [13, 56]. Після першого удару він відхиляється на невеликий кут (наприклад, у млинів МД -