Лукин Д.И. – магистрант
Научный руководитель – Баранов Н.Ф., доктор технических наук,
профессор ФГБОУ ВО Вятская ГСХА, г. Киров, Россия
Аннотация. В статье приведен анализ, классификация и описание рабочих органов молотковых дробилок зерна. Выявлены их особенности и характеристики. Сделаны выводы.
Ключевые слова: зерно, измельчение, дробилка, молотковая дробилка.
Животноводство является одной из важнейших отраслей сельского хозяйства как в РФ, так и в других странах мира. Эта отрасль обеспечивает население продуктами питания животного происхождения, а также поставляет сырье во многие отрасли производства, такие как текстильная промышленность, пищевая и другие.
Потребность населения России в мясных продуктах за счет собственного производства обеспечивается только на 78,4 %, страна продолжает оставаться крупнейшим импортером мяса и мясной продукции. Удельный вес России в мировом производстве мяса составляет около 2 % [7].
В России, как и во многих странах мира, измельчённое фуражное зерно является одним из важнейших компонентов в рационах сельскохозяйственных животных. Доля концентратов в общем кормовом балансе России составляет 29-32%. При этом, как и в случае с любым другим кормом, значение имеет не только качество зерна, но и способ его подготовки перед скармливанием животным.
В настоящее время в хозяйствах всех категорий широкое распространение получили молотковые дробилки. Благодаря своим преимуществам, а именно простой конструкции, малой металлоемкости, высокой энергонасыщенно-сти, низкой стоимости, молотковые дробилки нашли широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Однако, молотковым дробилкам свойственны и существенные недостатки: высокая энергоемкость, неравномерность гранулометрического состава получаемого продукта с повышенным содержанием пылевидных частиц, интенсивный износ рабочих органов.
Зерно измельчают до определенной степени в зависимости от свойств корма, вида и возраста животных. Критерием степени измельчения служит модуль помола. Для каждого вида животных имеются свои допустимые границы степени измельчения материала: для свиней модуль должен быть 0,2-1 мм (мелкий помол), для крупного рогатого скота 1-1,8 мм (средний), для птиц 1,8-2,6 мм (грубый). При этом остаток на сите диаметром 3 мм не должен превышать 5%, 12% и 30% для мелкого, среднего и крупного помола соответственно по ГОСТу 23445-79 «Дробилки кормовые молотковые» [1].
К основным рабочим органам относят молотки, решета и деки. Все остальные механизмы - транспортеры-питатели, бункеры, вентиляторы, циклоны, фильтры, трубопроводы, выгрузные транспортеры – являются вспомогательными, обеспечивающими непрерывность и надежность технологического процесса [3,4].
Классификация молотковых дробилок представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Классификация молотковых дробилок
Принципиальная схема универсальной дробилки показана на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема универсальной дробилки:
1 - ротор; 2 - молоток; 3 - решето; 4 - отсасывающий патрубок; 5 - приемный бункер; 6 - регулировочная заслонка; 7 - режущий барабан; 8 - противорежущая пластина; 9 - нажимной транспортер; 10 - питающий транспортер; 11 - дека.
Каждая дробилка имеет дробильную камеру с загрузочным устройством, которое может иметь очистители, сепараторы и т.д. По внутренней поверхности дробильной камеры расположены деки (рабочая часть дробильной камеры) и решето. Внутри дробильной камеры размещен ротор с молотками, которые подвешены шарнирно.
Из описания рабочего процесса [5] следует, что эффективность работы молотковой дробилки зависит от многих факторов, которые можно разделить на технологические, механические и конструктивные.
Технологические факторы:
1. Физико-механические свойства корма.
2. Степень измельчения.
3. Качество конечного продукта.
Механические:
1. Ударный импульс и обусловленная им величина работы деформации при ударе.
2. Окружная скорость молотков.
3. Скорость движения материала по решету.
4. Воздушный режим в дробильной камере.
5. Динамические свойства барабана.
Конструктивные:
1. Размеры дробильной камеры.
2. Конструкция рабочих органов.
3. Зазор между концами молотков и решет.
4. Способ подачи материала в камеру и отвода готового продукта.
В исследованиях [6] рабочего процесса молотковых дробилок особое внимание уделяется воздушному потоку, определяющему их конструктивно-технологические схемы (рисунок 3).
Рисунок 3 – Конструктивно-технологические схемы молотковых дробилок:
а) открытого типа; б) закрытого типа; в, г) двухстадийные; д) с жестким креплением рабочих органов; е) горизонтальная; ж) с замкнутым воздушным потоком; з) с шарнирным креплением рабочих органов.
Также в литературе [3] рассматривают структурные схемы технологического процесса измельчителей кормов (рисунок 4).
Структурная схема процесса дробилки (рисунок 4, а) называется схемой с открытым циклом. Организация рабочего процесса в дробилке с рециркуляцией материала (рисунок 4, б) позволяет значительно снизить образование пылевидных частиц за счет установки сепаратора вместо решет.
Сепараторы различного типа (решетные, пневматические, инерционные, комбинированные) делят измельчаемый материал на две фракции – готовый продукт и недоизмельченный (рециркулят). Рециркулят после сепаратора направляется на доизмельчение в дробильную камеру.
Рисунок 4 – Структурные схемы технологического процесса измельчите-
лей кормов:
а – с открытым циклом; б – с рециркуляцией; в – с рециркуляцией и наличием накопительной емкости рециркулята; г – с многостадийной рециркуляцией.
К основным рабочим органам, изменяющим качественное состояние продукта, относятся: молотки, решета и деки.
Более эффективны молотки со ступенчатыми гранями. Наличие 2-х отверстий и симметричность позволяют удлинять срок службы. Молотки изготавливаются различной толщиной. Молотки толщиной 2-3 мм – для измельчения зерна; толщиной 6-8 мм – для измельчения стебельчатых кормов; толщиной 8-10 мм – для измельчения крупнокусковых материалов (жмых, початки и др.).
Классификация молотков показана на рисунке 5.
Рисунок 5 – Классификационная схема молотков
Решета служат для отвода готового продукта из дробильной камеры и регулируют степень измельчения корма.
В дробилках применяют пробивные решета с круглыми отверстиями (а), чешуйчатые с прямоугольными или полуовальной формой отверстиями (б) и комбинированные (в) (рисунок 6).
Рисунок 6 – Схемы решет молотковых дробилок
Наиболее эффективными являются чешуйчатые решета. Острые кромки решет работают как резцы, будучи направлены навстречу движущемуся потоку. При этом производительность дробилки резко возрастает. Однако такие решета быстро изнашиваются. В дробилках сельскохозяйственного назначения применяют преимущественно гладкие решета с пробивными отверстиями Ø3; 4; 6; 8 и 10 мм, изготовленные из листовой стали толщиной 2-3 мм. Угол охвата решетом барабана – 1200 - 3600.
При неполном охвате решетом барабана в дробильной камере укрепляют отражательные поверхности, называемые деками. Деки бывают чугунные рифленые или стальные с пробивными отверстиями (рисунок 7).
Рисунок 7 – Схема рифлёной деки
Рифли на деке располагаются под углом γ = 95÷1050, задняя грань под углом β1 = 55÷600, передняя под углом - α1 = 40÷450к радиусу барабана.
Выводы:
1. Молотковые дробилки в настоящее время активно используются для подготовки зерна и других сыпучих продуктов к скармливанию сельскохозяйственным животным.
2. Свое применение дробилки зерна нашли в хозяйствах разного размера, начиная от приусадебного подворья, заканчивая крупными комбикормовыми заводами и агрохолдингами.
3. Производительность молотковой дробилки напрямую зависит от количества молотков, однако это может привести к увеличению мощности на привод дробилки без существенного возрастания производительности.
4. Чем меньше диаметр молоткового ротора, тем меньше затрачивается энергии на бесполезное перемещение материала, тем эффективнее работа дробилки. Целесообразно выбирать диаметр ротора в пределах 200 -500 мм.
5. Степень размола материала значительно снижается при износе рабочих граней молотков. Поэтому повышение ресурса молотка на данный момент остается актуальной и перспективной задачей.
6. С повышением окружной скорости молотков растет производительность дробилки и степень измельчения материала; увеличивается эффективность ударов молотков; увеличивается скорость движения слоя, циркулирующего в камере, что приводит к переизмельчению материала и перерасходу энергии на дробление. Рекомендуется принимать Vокр=40-80 м/с.
7. При измельчении кормов на молотковых дробилках решето является регулятором степени измельчения, для изменения которой одно решето необходимо заменить другим. В ряде конструкций дробилок зарубежного производства используется система автоматической замены решет. Однако применение такого конструктивного решения непременно влечет за собой увеличение металлоемкости, габаритных размеров, стоимости изделия.
8. Анализ научных трудов показал, что конструктивно-режимные параметры работы молотковой дробилки требуют дальнейшего изучения и совершенствования.
Литература
1. Баранов Н.Ф. Совершенствование технологических процессов и технических средств приготовления кормов для сельскохозяйственного производства на базе роторных измельчителей: дис. д-ра техн. наук: 05.20.01. / Николай Федотович Баранов. - Киров, 2001. - 622 с.
2. Коношин И.В. Перспективный способ регулирования степени измельчения сыпучих продуктов в молотковых дробилках / И.В. Коношин, А.В. Черепков // Агротехника и энергообеспечение. – 2014. – Т. 1 - № 1 – С. 178-181.
3. Кошелев А.Н. Производство комбикормов и кормовых смесей / А.Н. Кошелев, Л.А. Глебов. – М.: Агропромиздат, 1986. - 176 с.
4. Куктa Г.М. Мaшины и oбopудoвaниe для пpигoтoвлeния кopмoв / Г.М. Куктa. - М.: Aгpoпpoмиздaт, 1987. – 303 c.
5. Кулаковский И.В. Машины и оборудование для приготовления кормов: справочник. Ч.1 / И.В. Кулаковский, Ф.С. Кирпичников, Е.И. Резник. - М.: Россельхозиздат, 1987. – 285 с.
6. Поярков М.С. Совершенствование рабочего процесса молотковых дробилок с жалюзийными сепараторами при одно- и двухступенчатом измельчении зерна: дис. канд. техн. наук: 05.20.01 / Поярков Михаил Сергеевич - Киров, 2001. - 253 с.
7. Тенденции развития комбикормовой отрасли России и мира / экспресс-исследование ОАО «Корпорация «Развитие» - Белгородская область, 2015 г.