Семернина Марина Александровна. Обоснование конструктивно-режимных параметров дробилки пророщенного зерна

Краткое описание

Семернина Марина Александровна. Обоснование конструктивно-режимных параметров дробилки пророщенного зерна;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Мичуринский государственный аграрный университет»], 2021

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ В.Я. ГОРИНА»
На правах рукописі
Семернина Марина Александровна
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ДРОБИЛКИ ПРОРОЩЕННОГО ЗЕРНА
05.20.1 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства
Диссертация
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор
Саенко Ю.В.
Белгород - 2021

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
ДРОБЛЕНИЯ ПРОРОЩЕННОГО ЗЕРНА 11
1.1 Классификация способов и технических средств
для измельчения зерна 11
1.2 Анализ технических решений дробилок 13
1.3 Анализ состояния исследований 36
1.4 Цель и задачи исследования 36
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ДРОБИЛКИ 39
2.1 Общее устройство и принцип работы предложенной дробилки
пророщенного высушенного зерна 39
2.2 Построение блок - схемы дробилки пророщенного зерна 40
2.3 Анализ работ по измельчению кормов 42
2.4 Теоретические исследования процесса измельчения пророщенного
зерна 47
2.4.1 Общая постановка задач теоретических исследований 47
2.4.2 Анализ механических факторов, определяющих процесс
измельчения 50
2.5 Обоснование конструктивных параметров дробилки 54
2.5.1 Определение размеров молотков 55
2.5.2 Определение числа молотков и ножей 56
2.6 Теоретическое обоснование угла заточки ножа 58
2.7 Результаты расчета 62
2.8 Обоснование производительности дробилки 68
2.9 Расчет энергетических показателей процесса измельчения 71
Выводы 75

3
3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ДРОБИЛКИ ПРОРОЩЕННОГО ЗЕРНА 77
3.1 Общая постановка вопроса 77
3.2 Методика проведения экспериментальных исследований дробилки
пророщенного зерна 79
3.3 Методика исследования гранулометрического состава кормов 82
3.4 Методика исследования однородности измельченного пророщенного
зерна 86
3.5 Методика исследования плотности пророщенного измельченного
зерна 86
3.6 Методика определения влажности пророщенного высушенного
измельченного зерна 88
3.7 Методика определения энергетических показателей дробилки при
измельчении пророщенного зерна 90
3.8 Методика оценки производительности дробилки пророщенного зерна...92
3.9 Методика оценки структуры пророщенного измельченного зерна 93
3.10 Статистическая оценка результатов эксперимента и определение
значимости коэффициентов уравнения регрессии 94
3.11 Общее устройство и принцип работы предложенной дробилки
пророщенного высушенного зерна 97
Выводы 107
4 РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 108
4.1 Результаты экспериментальных исследований энергоемкости процесса
измельчения пророщенного зерна 108
4.2 Результаты определения влажности и плотности пророщенного
зерна 110
4.3 Результаты экспериментальных исследований производительности
дробилки пророщенного зерна 111

4
4.4 Результаты оценки структуры пророщенного измельченного зерна 112
4.5 Результаты экспериментальных исследований процесса измельчения
пророщенного зерна 115
4.6 Результаты экспериментальных исследований оценки размера
измельченных частиц 123
4.7 Результаты многофакторного эксперимента по влиянию конструктивных и технологических параметров на энергоемкость процесса измельчения и
производительность дробилки 126
Выводы 129
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ 132
5.1 Технико-экономический анализ эффективности применения дробилки
пророщенного зерна 132
Выводы 138
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 139
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 143
ПРИЛОЖЕНИЯ 163

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1 На основании анализа существующих конструкций дробилок указаны их недостатки, которые не позволяют измельчить зерновки и ростки пророщенного зерна, имеющие разные начальные размеры, до величин, соответствующих технологии приготовления комбикормов. Для измельчения пророщенного зерна рекомендуется использовать дробилку с двумя видами рабочих органов, которые будут обеспечивать дробление зерновки и резание ростков. Определено направление разработки дробилки пророщенного зерна, обоснована её конструктивно-технологическая схема.
2 В результате исследований структуры пророщенного измельченного зерна установлено, что пророщенное зерно является неоднородным продуктом, который состоит из зерновки и ростка. Зерновка состоит из следующих составляющих: оболочки, мучнистого тела и зародышевой части. С учетом проведенного структурного анализа пророщенного зерна следует важный технологический вывод: для того, чтобы измельчить такой неоднородный материал как пророщенное зерно необходимо использовать два типа рабочих органов: молотки и ножи.
3 В результате экспериментальных исследований процесса измельчения пророщенного зерна по разработанным методикам установлено, что применение в одной камере молотков и ножей позволяет получить при измельчении пророщенного зерна материал, средние размеры которого составляют 1,1 - 1,3 мм. Следовательно, применение в дробилках для пророщенного зерна двух видов рабочих органов (молотков и ножей) позволяет получить высокую степень однородности продукта с необходимой степенью измельчения.
4 На основе проведенных теоретических исследований получены математические модели для анализа и расчета конструктивных и технологических параметров дробилки:

140
- оптимального количества молотков. Установлено, что для обеспечения модуля помола зерновки пророщенного зерна в интервале 0,9 - 1,4 мм рекомендуемое количество молотков составляет 68 - 72 единицы, которые можно установить на дробильном барабане, если обеспечить его частоту вращения 2400 - 2600 мин-1, при толщине молотков в интервале 2,5 - 3,8 мм.; рекомендуемое количество ножей составляет 62 - 68 единиц, которые можно установить на ножевом барабане, если обеспечить его частоту вращения 2640 - 2950 мин-1, при толщине ножей в интервале 1,9 - 2,7 мм.
- производительности дробильной установки. Установлено, что производительность принимает наибольшее значение 0,52 - 0,56 т/ч, если обеспечить частоту вращения дробильного барабана 2200 - 2600 мин-1, а частоту вращения ножевого барабана 2600 - 2800 мин-1.
- удельных затрат на измельчение с обеспечением необходимых конечных размеров зерновки и ростка пророщенного зерна. Удельные затраты находятся в диапазоне 47 - 52 кДж/кг при степени измельчения ростков от 20,71 до 24,17 единиц и степени измельчения зерновки от 7,86 до 9,17 единиц, энергоемкость процесса измельчения составит 6,2 - 8,3 кВт ч/т.
5 Предложены критериальные зависимости для оценки удельных энергозатрат при измельчении пророщенного зерна. На основе критерия оптимальности процесса резания по минимуму удельных энергозатрат на сжатие в результате проведенных расчетов установлено: для резания продукта (о = 0,08 МПа; т = 0,32 МПа) с толщиной слоя 4 мм конструктивные параметры должны быть следующими: толщина ножа а = 2 мм, толщина режущей кромки ножа 5 = 0,05 мм; угол заточки у равен 140; длина участка заточки ножа z = 7,821 мм.
В результате экспериментальных исследований по оценке энергоемкости процесса измельчения установлено: при измельчении ножами энергоемкость составила 5,76 - 7,2 кВт ч/т при модуле помола 1 - 1,25 мм и угле заточки ножа 12 - 22 град. и при частоте вращения ножевого барабана 2520 - 2960 мин-1. Установлено, что при производительности дробилки 0,52 т/ч и уменьшении

141
степени измельчения ростков с 24,17 до 20,71 единиц энергоемкость измельчения возрастет с 6,2 до 7,23 кВт ч/т. Общая энергоемкость процесса измельчения пророщенного зерна, в том числе ростков и зерновки изменится с 8 до 9,35 кВт ч/т.
6 На основе экспериментальных исследований с применением методов планирования эксперимента получены регрессионные уравнения, учитывающие влияние конструктивных и технологических параметров дробилки на модуль помола. В результате анализа уравнений регрессии и поиска оптимальных значений параметров установлено:
- модуль помола пророщенного зерна после измельчения дробильным барабаном, в области исследуемых факторов, находится в диапазоне 1,2 - 1,3 мм и может быть получен при: пд - частоте вращения дробильного барабана, 2550 - 2580 мин-1; hM - толщине молотка, 0,002 - 0,003 м; D6 - диаметре барабана, 0,6 - 0,62 м;
- модуль помола пророщенного зерна после измельчения ножевым барабаном, в области исследуемых факторов, находится в диапазоне 1,25 - 1,3 мм и может быть получен при: пН - частоте вращения ножевого барабана, 2820 - 2840 мин-1; bH - расстоянии между ножами, 12 - 14 мм; уН - угле заточки лезвия ножа, 14 - 150.
7 В результате производственной проверки и технико-экономического обоснования определено, что в предложенной молотковой дробилке с комбинированной дробильной камерой часовая производительность составляет 522 кг/ч (сменная производительность 2,088 т) при влажности пророщенного зерна W1 = 14 - 16%. Затраты на измельчение 1 т зерна составят 818,52 руб.
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы
1. Полученные результаты могут быть использованы при разработке или модернизации машин для измельчения неоднородных материалов.

142
Результаты научных исследований могут быть использованы в конструкторских бюро предприятий сельскохозяйственного машиностроения при разработке дробилок с двумя измельчающими барабанами, которые имеют одну ось вращения, с целью получения однородной массы.
2. Перспективы настоящей работы заключаются в том, что результаты исследований могут быть использованы в разработке средств механизации, которые будут измельчать пророщенное зерно и гидропонный корм без предварительной сушки.