Ботаника и сельское хоз-во: Шляхи підвищення ефективності роботи малогабаритних кормодробарок, Дипломная работа

Рис.2.3 - Класифікація машин для подрібнення

Основні типи конструкції машин для подрібнення

 

2.3 Фізико-механічні властивості матеріалу, що подрібнюється

При вивченні процесу подрібнення найбільш важливими є фізико механічні властивості зернових матеріалів, які характеризують здатність зерна до руйнування. До таких властивостей слід віднести: зусилля руйнування, розмір, форма, маса та коефіцієнт відновлення зернівки, що характеризує її пружні якості. Важливим показником, що впливає на енергоємність процесу та якість подрібнення, є вологість матеріалу, що подрібнюється, але, згідно вимог [16, 17], вона повинна знаходитися в досить вузьких межах від 12% до 14 %, тобто є фіксованою. При визначенні енергетичних і якісних показників процесу подрібнення необхідно враховувати характерні особливості кожного з основних видів зернових матеріалів. Аналіз досліджень, проведених раніше [1, 23, 31, 44, 45] дає змогу систематизувати середні значення вказаних основних параметрів основних зернових матеріалів, які використовуються для приготування комбікормів. Результати досліджень по вивченню фізико - механічних властивостей приведені у таблиці 2.2.

 

Таблиця 2.2

Фізико-механічні властивості зернових матеріалів при вологості 12-14%

2.4 Фактори, що впливають на процес подрібнення молотковими дробарками

Згідно класифікації, запропонованої Мельниковим С.В., Альошкіним В.Р., Рощиним П.М. [23, 25, 36] сукупність факторів, які впливають на ефективність роботи молоткових кормодробарок, умовно можна розділити на технологічні, механічні та конструктивні (див. рис.2.4).

При ранжируванні 42 факторів виявлено, що суттєво впливають лише 11. Серед них є фактори, фіксовані для даної конструкції: кількість молотків, конструкція деки, кут обхвату решета і т.д. Крім того, від крупності помелу залежить діаметр отворів решета, а вологість матеріалу обмежена вимогами стандарту [1, 16, 17]. Основними змінними факторами, що визначають витрати енергії та якість подрібнення є подача матеріалу, зазор між молотками і декою, швидкість молотків. Змінні фактори можна поділити на регульовані - подача матеріалу в камеру подрібнення, установочний зазор між молотками та декою, швидкість обертання ротора, і нерегульовані - ті, що змінюються внаслідок відносного коливального руху молотків: зміна зазору та швидкості удару молотків внаслідок їх відхилення від радіально - рівноважного положення.

Таким чином, коливання шарнірно підвішених молотків спричиняє зміну основних факторів, що впливають на параметри процесу подрібнення, отже є змінним нерегульованим фактором. Подальшими дослідженнями необхідно визначити закономірності відносного руху з метою ефективного використання відносної швидкості і енергії удару молотків.

 

2.5 Сучасні тенденції підвищення ефективності процесу подрібнення молотковими кормодробарками

Значний вклад в удосконалення конструкцій, підвищення надійності машин, їх вузлів і деталей внесли Фабрикант М.Б., Мельников С.В., Ревенко І.І., Золотарьов С.В., Філіппова А.Г., Сироватка В.І., Резнік І.І. та інші [1, 4, 5, 8, 19, 20, 22, 24, 25, 37].

Дослідженню процесів зношування та підвищенню довговічності робочих органів присвячено наукові праці Бойко А.І., Пилипенко О.М., Сідашенко О.І., Новицького А.В., та інших. Значний вклад в удосконалення машин для подрібнення внесли Ревенко І.І., Сироватка В.І., Ялпачик Г.С., Ялпачик Ф.Ю., Коруняк П.С., Чурсинов Ю.О., Дацишин О.В., Денисов В.А., Рожнівський М.Ф. та інші [11, 12, 29, 31, 39, 42].

В своїх роботах автори пропонують різний підхід до вирішення проблеми підвищення ефективності використання молоткових дробарок у сільськогосподарському виробництві.

Одним зі шляхів підвищення ефективності роботи є конструкторсько-технологічні методи підвищення безвідказності та надійності на основі структурного аналізу кормодробарок [4, 5]. В результаті досліджень розроблено ряд організаційно-технічних заходів, що включають внесення змін у схему термічної обробки молотків та конструкцію кормопровода. Також рекомендовано уточнення по номенклатурі запасних частин та розрахунок введення до їх складу дек, підшипників. Обґрунтовано періодичність технічного обслуговування для механізмів і кормодробарки в цілому. Ці рекомендації частково вирішують проблему безвідказної експлуатації існуючих моделей молоткових кормодробарок на крупних підприємствах, проте на сучасному етапі виникає проблема забезпечення засобами механізації дрібних приватних фермерських господарств, у яких гостро стоїть питання подрібнення кормів безпосередньо на місці виробництва.

Покращити роботу дробарок шляхом вдосконалення конструктивної схеми [41] можливо наступним шляхом.

Проведений аналіз результатів наукових досліджень роботи молоткових дробарок показав, що одним із способів підвищення показників їх роботи є використання пружного підвісу, на якому встановлюється дисбаланс. Внаслідок цього виникає вібрація, яка сприяє руйнуванню продуктово-повітряного шару, тим самим збільшуючи відносну швидкість удару робочих органів, а також покращує умови відводу готового продукту з камери подрібнення. Таким чином зменшується середні витрати потужності на подрібнення у молоткових дробарок, а також розподіл продуктів подрібнення за фракціями стає більш рівномірним.

Але слід зауважити, що зменшення витрат потужності приблизно 5% за даними автора, майже зводиться нанівець додатковими втратами потужності на привід дисбалансу - близько 2.3%. Крім того наявність вібрації негативно впливає на надійність роботи та міжремонтний ресурс деталей, вузлів та дробарки в цілому.

Підвищення якості подрібнення зернових матеріалів молотковими дробарками на основі створення нових поколінь молоткових дробарок [37 - 39]. На основі одержаних реологічних і реологічно-хвильових залежностей та нових технічних рішень розроблені наукові основи і прогресивна технологія переробки концентрованих та інших сипких кормових і харчових матеріалів, створено нове покоління високоефективних модульних прямоточних молоткових безрешітних дробарок продуктивністю від 0,2 до 15 т/год. Такі дробарки серійно випускаються з 1993 року “ВАТ” Могилів - Подільський машинобудівний завод Вінницької області. Дані моделі можуть бути використані для оснащення будь яких типорозмірів комбікормових заводів, цехів, агрегатів, розмельно-змішувальних установок, тваринницьких і птахівничих комплексів, колективних, а також фермерських і приватних господарств. Проте при розробці конструкцій недостатньо розкриті питання основних конструктивних співвідношень системи “барабан-молоток”, а отже існують перспективи зниження питомої енергоємності процесу подрібнення матеріалів за рахунок покращення динамічних показників роботи молоткового апарату кормодробарок.

Перспективним напрямком ведення енергозберігаючих режимів роботи є встановлення систем управління приводу молоткових малогабаритних кормодробарок. Але, при позитивних результатах зменшення витрат енергії на подрібнення значно ускладнюється електросхема приводу, що спричиняє додаткові витрати на обслуговування і ремонт обладнання, і при низькій якості комплектуючих деталей, різко зменшується надійність та безвідказність агрегату в цілому.

малогабаритна кормодробарка подрібнення корм

Таким чином, для підвищення ефективності роботи молоткових кормодробарок існують наступні тенденції:

1) проведення сервісно-технологічних заходів по підвищенню безвідказності та надійності роботи кормодробарок (внесення змін у схему термічної обробки молотків, обґрунтування періодичності ТО, уточнення номенклатури запасних частин);

2) модернізація дробарки шляхом встановлення додаткових пристроїв на існуючі конструкції (пружний підвіс корпуса, дисбаланс ротора);

3) розробка нових конструкцій на основі підбору раціональних режимів роботи залежно від реологічних властивостей сировини;

4) ведення енергозберігаючих режимів роботи шляхом встановлення систем управління приводу.

 

2.6 Постановка задач та обґрунтування напрямків досліджень

Достатнє та якісне забезпечення комбікормами тваринницької галузі передбачає наявність сировинної бази, передових технологій і засобів механізації, які відповідають принципам ресурсо-енергозбереження та зоотехнічним вимогам. Особливого значення на сучасному етапі розвитку тваринництва набуває оснащення малих господарських організаційних формувань малогабаритними засобами механізації для приготування комбікормів з високими техніко-економічними і якісними показниками.

Суть існуючої проблеми в тому, що під час подрібнення зернових матеріалів молотковими кормодробарками утворюється близько 20 % пиловидних часток, що знижує якість комбікорму і до 40 % збільшує витрати енергії на виконання операції.

Причиною цього є недосконалість конструкції робочого органу, який не забезпечує умов гарантованого руйнування зернівки за один цикл від зони завантаження до вихідних отворів решета кормодробарки.

Негативними наслідками є порушення режиму подрібнення, коли частки, не пройшовши по розмірам через отвори вихідного решета, здійснюють повторні цикли у робочій камері, при цьому:

частки набувають колової швидкості, що зменшує кінетичну енергію удару молотка і пропускну здатність вихідного решета;

при повторних циклах частки зазнають сколювання і перетирання об деку та молотки, що сприяє підвищеному пилоутворенню;

надмірне подрібнення і пилоутворення спричиняє додаткові витрати електроенергії при роботі молоткових кормодробарок.

Аналіз нормативних документів, результатів досліджень, проведених раніше і досвіду роботи тваринницьких господарств дозволяє сформулювати вихідні положення для проведення подальших досліджень.

Аналіз стану народногосподарської проблеми зниження енергоємності сільськогосподарського виробництва в області кормоприготування дозволяє сформулювати робочу гіпотезу подальших досліджень:

підвищення якості та зниження енергоємності процесу подрібнення зернових матеріалів можливе шляхом вдосконалення молоткового ротора кормодробарки на базі дослідження динаміки руху молотка, як фізичного маятника у полі відцентрової квазіупружної сили.

Тому метою магістерської роботи є підвищення ефективності роботи малогабаритних зернових молоткових кормодробарок встановленням раціональних параметрів і режимів роботи молоткового ротора з шарнірно закріпленими молотками.

Відповідно до мети поставлені задачі, які необхідно вирішити на етапах дослідження:

встановити закономірності відносного руху молотка як фізичного маятника у полі відцентрової квазіпружної сили, а на їх основі - ряд переважних значень лінійного співвідношення елементів ротора з шарнірно закріпленими молотками;

встановити залежність енергетичних показників процесу подрібнення від розмірно-масових параметрів молотків, в тому числі при зношуванні під час роботи;

провести порівняльний аналіз якості подрібнення і ефективності роботи вдосконаленого молоткового ротора малогабаритної зернової кормодробарки відповідно до зоотехнічних вимог розміру часток після подрібнення;

виконати виробничу перевірку і розробити рекомендації щодо підвищення ефективності роботи кормодробарок з шарнірно закріпленими молотками.

Розділ 3. 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 [22, 23, 24, 53]. 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 [49, 53]. 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 [50].

Проведені раніше дослідження не достатньо висвітлюють 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”.

3.1 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; [9];

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) [20, 23, 33].

переносна швидкість молотка є незмінною і дорівнює кутовій швидкості ротора, оскільки шарнірна установка молотка гасить крутильні коливання ротора;

удар молотка по об’єму зерна, що надходить у камеру, вважається ударом по точечному тілу тому, що маса молотка у 7 - 14 тисяч раз більше маси зернівки злакових культур [31, 50].

3.2 Кінетична енергія молотка

Щоб зруйнувати зернівку необхідна певна енергія, яка більша за енергію руйнування зернівки. Основною такою енергією є кінетична енергія.

Кінетична енергія системи після удару [3, 7] складається із суми кінетичних енергій руху молотка і порції матеріалу.

Кінетична енергія молотка Е_{к 1} після удару складається з [3] кінетичної енергії коливального руху молотка на осі А і кінетичної енергії переносного обертального руху центра мас молотка відносно миттєвого центра обертання Р (рис.3.1):

 (3.1)

де J_А - момент інерції молотка;

w_м - кутова швидкість молотка відносно миттєвого центра швидкостей, с^-1;

u_r - швидкість центра мас молотка після удару, м/с.

Рис.3.1 До визначення миттєвої кутової швидкості молотка після удару

Кутову швидкість точки w _м визначаємо із залежності:

 (3.2)

де R - відстань від центра мас до миттєвого центра обертання молотка.

Миттєвий центр швидкостей R (рис.3.1) визначається перетинанням двох перпендикулярів [7], проведених до двох векторів швидкостей  і . Оскільки кут j _м під час удару практично не змінюється, та відстань R до миттєвого центра швидкостей буде збільшуватися до безкінечності, якщо вважати що j _м® 0.

Виходячи з формули (3.2), одержимо

 (3.3)

Підставляючи отримане значення w_м у формулу (3.2), одержимо

 (3.4)

Кінетична енергія порції матеріалу після удару, визначається за формулою

 (3.5)

де m_з - маса порції матеріалу, що подрібнюється;

u_з - швидкість порції матеріалу, що подрібнюється, після удару.

Загальне значення кінетичної енергії системи після удару

де Е_о - енергія витрачена на подолання сил опору середовища.

Якщо врахувати, що Е_о - це частина від всієї енергії, то одержимо:

де k_о - коефіцієнт опору середовища.

Енергію удару Е_у можна визначити, як різницю між енергією до взаємодії і після удару:

Враховуючи, що швидкість удару складається з переносної швидкості обертання барабана і відносної швидкості коливань молотка, які при прямому ударі лежать на одній прямій, запишемо:

,

де l_c - лінійний розмір від осі закріплення молотка до його центра мас;

r_o - радіус закріплення осі молотка на барабані (рис.3.2).

Рис.3.2 Геометричні параметри системи барабан - молоток

Після підстановки, перетворень і спрощень:

 (3.6)

Враховуючи теорію удару, швидкість молотка після удару можна записати:

, (3.7)

де  - швидкість молотка після удару;

 - швидкість молотка до удару;

 - швидкість порції зерна в момент удару;

 - коефіцієнт відновлення, залежить від матеріалу тіл, що співударяються: для пшениці k_в=0,8.0,4; для гороху k_в= 0,77…0,4; для кукурудзи k_в=0,7…0,34.

 - маса молотка;

 - маса порції зерна, що попадає на молоток в момент удару.

Тоді вираз для знаходження енергії удару молотка запишеться:

. (3.8)

Одержане рівняння дає змогу теоретично визначити кінетичну енергію молотка при квазіупружному ударі по частці матеріалу масою т_з. Враховуючи дану теоретичну залежність, представляється можливим визначити енергетичні показники - критичну швидкість руйнування матеріалу та потужність, необхідну для його подрібнення.

3.3 Визначення критичної швидкості руйнування зернових матеріалів

Як було вказано вище, для описання процесу руйнування матеріалів з пружно - в’язкими властивостями запропонували використовувати енергетичний критерій міцності. Сутність цієї теорії полягає в тому, що в процесі деформації деяка частина енергії розсіюється при внутрішньому терті, а енергія П накопичується, як потенціальна енергія пружини:

; (3.9)

де Е - модуль пружності матеріалу;

 - відносна деформація зразка матеріалу,

;

де  - приріст довжини зразка матеріалу;

 - довжина зразка матеріалу;

V - об’єм зразка матеріалу.

Трансформуючи цей вираз, одержимо значення питомої роботи руйнування для даного матеріалу:

,

де А_{п -} значення питомої роботи.

Оскільки напругу  в зразку можна виразити

,

то вираз для визначення роботи на руйнування зразка матеріалу набуде вигляду:

, (3.10)

Руйнування відбувається, якщо значення накопиченої енергії досягає величини критичної питомої роботи, тобто коли напруга у зразку сягає межі міцності для даного матеріалу [46]

; (3.11)

де _кр - критична напруга у зразку.

Таким чином, молоток для руйнування деякого об’єму матеріалу V повинен виконати критичну роботу А_кр, тому праві частини виразів (3.8) і (3.10) будуть дорівнювати одна одній:

Звідси можемо знайти критичну швидкість удару молотка, при якій відбудеться руйнування зернівки:

 (3.12)

Момент інерції молотка знаходиться з виразу [11]:

. (3.13)

де l_{зв -} зведена довжина молотка,

l_с - відстань від осі підвісу до центра мас молотка.

т - маса молотка.

Об’єм порції, що попадає під удар молотка для зернових матеріалів можна записати:

.

де а, в, h - довжина, ширина і висота зернівки відповідно;

z - кількість зернівок, що попали під удар одного молотка.

Для інженерних розрахунків можна спростити (3.12), оскільки:

Тоді вираз для знаходження критичної швидкості удару:

або:

 (3.14)

Таким чином, отримано рівняння для знаходження критичної швидкості руйнування зернових матеріалів, яке враховує фізико - механічні властивості сировини (модуль пружності Е, _кр - критичну напругу руйнування,  - коефіцієнт відновлення,  - масу, розмір зернівки а,) та параметри робочого органу (J_А - момент інерції молотка,  - масу молотка; l _c - відстань від осі підвісу до центра мас молотка, l_{зв -} зведену довжину молотка).

3.4 Визначення потужності на подрібнення зернових матеріалів

Одержане рівняння для визначення критичної швидкості руйнування зернових матеріалів дає можливість теоретично визначити потужність, необхідну для подрібнення зернового матеріалу

 (3.15)

де Р_п - потужність на подрібнення матеріалу;

 - критична швидкість ударного руйнування матеріалу;

F - зусилля руйнування зразка матеріалу;

 - коефіцієнт корисної дії робочого органу.

Підставляючи вираз для визначення критичної швидкості руйнування, і враховуючи, що , одержимо:

;

або:

 (3.16)

де S - площа поперечного перерізу зразка;

F - зусилля руйнування зразка матеріалу;

Е - модуль пружності зернівки;

 - питома вага зернового матеріалу;

 - маса зернівки;

z - кількість зернівок, що попали під удар одного молотка;

V - об’єм порції зерна;

Z - кількість молотків, що подрібнюють;

т - маса молотка;

l _c - відстань від осі підвісу до центра мас молотка;

J_А - момент інерції молотка.

Дана залежність (3.16) дозволяє визначити корисну потужність на подрібнення будь-якого виду зернового матеріалу, якщо відомі його параметри, які характеризують здатність до руйнування, і параметри робочого органу, причому з урахуванням ступеню зношування молотків.

Розділ 4. Програма та методика експериментальних досліджень 4.1 Мета і програма експериментальних досліджень

Метою проведення експериментальних досліджень є підтвердження або спростування визначених в даній роботі теоретичних положень та закономірностей відносного руху молотка кормодробарки, впливу показника на технологічний режим подрібнення та визначення зміни даного показника в процесі зношування молотків при експлуатації молоткової дробарки.

Для експериментальної перевірки висунутої гіпотези вибрано методики лабораторних досліджень, вимірювальні пристрої та обладнання. Програма експериментальних досліджень передбачала:

перевірку достовірності теоретичних залежностей відносної швидкості молотка від показника лінійних співвідношення ротора співставленням результатів теоретичних і експериментальних досліджень;

Теоретичні дослідження по обґрунтуванню раціональних технологічних параметрів подрібнення зернових кормів молотковими дробарками проводилися з деякими допущеннями. Тому з метою уточнення даних параметрів, для виконання програми експериментальних досліджень були визначені наступні вихідні положення і напрямки проведення лабораторних досліджень та виробничих випробувань:

провести математичну обробку експериментальних даних та встановити інтервал раціональних значень параметрів ротора з шарнірно закріпленими молотками малогабаритної зернової кормодробарки.

4.2Умови проведення експериментальних досліджень

Експериментальні дослідження проводилися з метою уточнення кінематичних параметрів молоткових робочих органів у процесі роботи дробарки, технологічних параметрів процесу подрібнення зернових кормів, а також з метою перевірки виконаних нами теоретичних досліджень.

Дослідження проводилися в лабораторії кафедри "Механізіції тваринництва" Житомирського національного агроекологічного університету за прийнятими [26] та розробленими методиками на спеціально виготовлених установках.

Для виконання експерименту використовувалося зерно пшениці вологістю 12,5 - 14,5 % зі вмістом смітних домішок до 5 % та кількістю пилу 0,26% від загальної маси. Якість вихідного продукту, вологість, та ступінь подрібнення визначали згідно з ГОСТ 8770 - 58; для вівса - ГОСТ 12770 - 73; для кукурудзи - ГОСТ 136 - 68; для бобів - ГОСТ 10417 - 74. Проби відбиралися з ГОСТ 13586.3 - 83 “Метод отбора проб”

4.3 Методика проведення досліджень по вивченню раціональних режимів роботи кормодробарок

З метою виявлення, при якому з зазначених показників лінійного співвідношення ротора виконується вимога досягнення максимальної швидкості і мінімальних кутів відхилення молотка в момент початку удару,

Рис.4.1 Установка для дослідження коливань моделі молотка:

1 - корпус приладу; 2 - механізм створення опору; 3 - поворотна вісь підвісу; 4 - електродвигун; 5 - диск; 6 - тахометр стробоскопічний 2ТСт 32-456; 7 - противага; 8 - нерухома шкала; 9 - захисний кожух; 10 - регулятор частоти обертання диску; 11 - напівпровідниковий блок живлення; 12 - механізм вмикання лампи; 13 - тахогенератор; 14 - шкала відхилення моделі молотка (математичного маятника); 15 - нитка маятника; 16 - стальна кулька було проведено серію дослідів на спеціально розробленій і виготовленій установці.

На установці (рис.4.1) маятник, що складається зі сталевої кульки 16 та гнучкої капронової нитки 15, моделює молоток дробарки, який закріплений на диску з віссю 5 за допомогою гвинта. Таке закріплення дозволяє легко змінювати довжину маятника і, відповідно, значення показника лінійного співвідношення між радіусом підвісу r_o і зведеною довжиною молотка l_зв.

Вісь підвісу маятника вільно обертається в підшипниках, що встановлені на диску 5.

У зв'язку з незначністю опорів поворотові осі і дуже малими масами нитки і кульки маятник установки з достатнім ступенем точності можна прийняти за математичний, а відстань від осі пальця до центра кульки рівним приведеній довжині молотка.

Для проведення дослідів при різних кутових швидкостях диска привід якого здійснюється двигуном 4 постійного струму (типу ПЛО-7-2 з номінальною потужністю 110 Вт), підключеного через напівпровідниковий блок живлення 11 до мережі перемінного струму. Регулювання числа обертів виконується лінійним автотрансформатором 10, включеним у ланцюг обмотки ротора двигуна.

Для виміру швидкості обертання диска вал двигуна з'єднаний з валом тахогенератора 13, до клем якого підключений вольтметр, що фіксує частоту обертання диска 5 з маятником. На диску закріплена шкала кутових амплітуд коливань маятника 14, що обертається разом з диском 5. Центр цієї шкали сполучений з віссю підвісу маятника, а її нульова відмітка розташована на радіусі диска, що проходить через вісь підвісу.

Положення шкали 14 і разом з нею осі підвісу маятника в кожен момент часу можна визначати по круговій шкалі 8, закріпленій разом із захисним кожухом 9 нерухомо на корпусі 1. Нульова відмітка нерухомої шкали розташована внизу. При кожному обороті вала контакт механізму вмикання 12, установлений на рухомому текстолітовому кільці, замикає сталеві пружинні контакти електричного ланцюга стробоскопа 6. Безінерційна лампа стробоскопа при кожному обороті висвітлює на мить диск, маятник і тоді його шкала представляються спостерігачеві нерухомими.

Це дозволяє відраховувати по нерухомій шкалі 8 кут повороту осі, а по рухомій шкалі 14 - кут відхилення маятника від радіально - рівноважного положення. Механізм вмикання лампи 12 дозволяє вільний поворот втулки на будь - який кут. Обмежується поворот втулки кутом у 360º за допомогою гвинта і пружного, нерухомо закріпленого обмежувача.

Поворотом втулки разом із пружинними контактами, здійснюваним при обертанні диска, досягається зміна моменту включення лампи стробоскопа і, відповідно, миттєве висвітлення маятника при будь-яких, наперед обраних положеннях його осі підвісу.

Коливання маятника збуджуються механізмом створення опору 2 (рис.4.4), що складається з гумової пластини, об яку при кожному оберті диска вдаряється кулька маятника. Пластина з допомогою кронштейна закріплена на гвинті, підйом і опускання якого здійснюється поворотом гайки (рис.4.2, поз.6).

Поворотові гвинта при цьому перешкоджає шпонка, установлена на корпусі приладу що вільно входить в подовжній паз гвинта. Регулюванням розташування пластини по висоті досягається удари кульки по однієї і тій же площадці пластини при різній довжині маятника. Ця площадка відзначена пофарбованою плямою.

Реакція пластини імітує реакцію порцій матеріалу, що подрібнюється, які надходить у дробильну камеру.

При русі в продуктово-повітряному шарі робочої камери відбувається безліч зіткнень молотка з твердими частками шару, але вони менш інтенсивні, мають безладний, хаотичний, неперіодичний характер. Зіткнення ж молотків з порціями матеріалу, що надходять у камеру, мають періодичний характер, що визначає коливання молотка. Тому дослідження періодичних коливань маятника проведені з одною пластиною.

Експеримент проводився в наступній послідовності.

Рис.4.2 Дослідження руху моделі молотка к_L= 4:

1 - модель молотка (математичний маятник), 2 - шкала кутового відхилення моделі молотка, 3 - шкала кутового положення осі підвісу моделі молотка, 4 - захисний кожух, 5 - диск, що обертається, 6 - механізм створення опору, 7 - опорний стіл

Відстань r_о від осі обертання диска до осі підвісу маятника у всіх дослідах цієї серії постійна і дорівнює 0,09 м. Довжина l_зв маятника послідовно встановлювалась рівною 0,0225; 0,030; 0,040; 0,060 м, що відповідало значенням показника лінійного співвідношення k_L 4; 3; 2,25; 1,5. З метою збереження постійної величини кінетичної енергії кульки при удару на різних довжинах маятника кутові швидкості обертання w_е диска підбиралися так, щоб величина кінетичної енергії  була постійною.

Для маятника довжиною l_зв= 0,030 м прийняте w_е30=104,7 с^-1 (відповідне n=1000 об/хв), відповідно прийняті w_е22,5=111,7 с^-1, w_е40=96,6 с^-1, w_е60=83,8 с^-1, w_е90=69,8 с^-1.

З маятником довжиною l_зв=0,040 м (k_L=2,25) досліди проведені також при кутових швидкостях обертання w_e=733; 104,7; 125,6; 175,1 с^-1. При прийнятих значеннях w_e30 відцентрова сила маси кульки маятника більше сили ваги в:

 раз,

у зв'язку з чим коливання, викликані змінами моменту гравітаційних сил ваги маятника при його обертанні, настільки незначні, що в дослідах, проведених без удару кульки об пластину (пластина опущена), відхилення маятника від радіально-рівноважного стану в усіх положеннях осі підвісу не були помічені [52].

4.4 Методика визначення енергетичних показників роботи молоткової кормодробарки

Для визначення витрат енергії на подрібнення зернових кормів було вдосконалено стенд для дослідження процесу роботи молоткової кормодробарки (рис.4.1 і рис.4.2), що дає можливість визначити раціональні параметри фізичного маятника по куту відхилення при взаємодії з шаром зернових кормів і при цьому фіксувати витрачену потужність [52].

Виконання фізичного маятника у вигляді сталевого пластинчатого молотка виключає похибку від еластичності нитки фізичного маятника, що наближує умови проведення експерименту до відповідного процесу у молотковій кормодробарці. Вдосконалення джерела живлення забезпечує можливість визначати потужність, затрачену в процесі роботи, а встановлення прозорої передньої стінки захисного кожуха дає змогу контролювати фізичні параметри процесу подрібнення зернових матеріалів.

Вид А

Рис.4.3 Схема стенду для дослідження роботи молоткової дробарки:

1 - корпус, 2 - електродвигун, 3 - вал, 4 - диск, 5 - вісь маятника, 6 - молоток, 7 - шкала кутових відхилень, 8 - кожух, 9 - горловина, 10 - передня стінка, 11 - шкала товщини шару, 12 - механізм замикання контактів.13 - стробоскоп, 14 - тахогенератор, 15 - вольтметр, 16 - джерело живлення, 17 - прилад К - 505

Стенд для дослідження процесу роботи молоткової дробарки (рис.4.3) містить корпус 1, де встановлено електродвигун постійного струму 2, на одному кінці вала 3 якого закріплено диск 4 з віссю 5, на якій навішений фізичний маятник у вигляді пластинчатого молотка 6. На диску 4 розміщена шкала 7 для визначення кутових відхилень молотка 6. Зона обертання диска 4 захищена циліндричним кожухом 8 з горловиною 9 для завантаження кормів у верхній частині та прозорою передньою стінкою 10, на якій є шкала 11 для визначення товщини шару зернових кормів. На вільному кінці вала 3 встановлено механізм замикання контактів 12 стробоскопічної лампи 13 і тахогенератор 14, пов’язаний з вольтметром 15 для визначення частоти обертання вала двигуна 2, що живиться від джерела постійного струму 16.

Джерело живлення дає можливість змінювати напругу (частоту обертання ротора) та приладом 17 вимірювати потужність, затрачену на подрібнення при значенні показника лінійного співвідношення к_L=2,25 та к_L=4.

На вісь 5 шарнірно кріпиться фізичний маятник у вигляді пластинчатого молотка 6. Подаючи напругу від джерела живлення 16 на електродвигун 2, встановлюємо частоту обертання диска 4 згідно програми експерименту, і контролюємо швидкість обертання вольтметром 15, ввімкненим у ланцюг тахогенератора 14. Відхилення молотка 6 при взаємодії з шаром зернових кормів, що завантажені у циліндричний кожух 8 з прозорою стінкою 10 визначаємо по шкалі 7 при вмиканні стробоскопу 13.

Положення точки зняття показань відносно місця контакту “молоток - матеріал” вибирається поворотом механізму вмикання 12 відносно осі обертання вала 3 електродвигуна 2.

Затрачену в процесі роботи стенду потужність при різних технологічних режимах вимірюємо приладом 17. Встановлення прозорої передньої стінки 10 дає можливість візуального спостереження за динамікою руху фізичного маятника у вигляді пластинчатого молотка 6 зі зняттям показань його кутових відхилень при взаємодії з шаром зернових кормів при обертанні диска 4. Використання приладу 17 дає можливість визначити потужність при роботі стенда на різних технологічних режимах.

4.5 Методика визначення якості подрібнення зернового матеріалу. Критерій оцінки ефективності роботи молоткових дробарок

Якість подрібнення зерна визначалася по ГОСТ 134986.8 - 72 “Комбикорма. Методы определения крупности размола и содержания неразмолотых семян культурных и дикорастущих растений” [10]. При цьому у пробі масою 100 г допустимі норми втрат не повинна перевищувати 1 %, розбіжність в одному й тому ж зразку ±0,1 % а між контрольним і арбітражними аналізами ± 0,2 %.

Згідно ДСТУ 2421-94“Комбiкорми. Термiни та визначення” [16] та ДСТУ 4508: 2005 “Комбікорми-концентрати для свиней. Технічні умови" [17] залишок на ситі діаметром 3 мм не повинен перевищувати 5 - 12 % для різних вікових та статевих категорій свиней та 10 - 30 % для ВРХ. Залишок на ситі діаметром 5 мм допускається тільки для беконної та м’ясної відгодівлі свиней у межах не більш одного проценту, та відгодівлі дорослої ВРХ, дійних корів і биків - виробників не більше 5 %

Для того щоб оцінити якість роботи дробарки та порівняти ефективність подрібнення при різних коефіцієнтах лінійних співвідношень, був використаний ситовий класифікатор кулісного типу.

Класифікатор для проведення гранулометричного аналізу зернової суміші (рис.4.4) складається з мотор-редуктора (електродвигун постійного струму типу 2ПП-40 потужністю N_e=70Вт, нормальною частотою обертання валу n_e=4100об/хв та черв’ячний редуктор з передавальним числом U=51); насадженого на його вал кривошипа з пальцем; куліси, у прорізі якої знаходиться палець кривошипу; паралелограмного механізму, ведучою ланкою якого є продовження куліси, вертикальною ланкою, що поступально рухається - набір лабораторних сит, механізму кріплення сит, горизонтальною веденою ланкою - коромисло, нерухомою ланкою - стійка. Ланки паралелограмного механізму між собою шарнірно з’єднані пальцями. Конструкція механізму кріплення дозволяє легко та швидко знімати набір сит, змінювати кількість сит у ньому.

Рис.4.4 Ситовий кулісний класифікатор для гранулометричного аналізу зернового матеріалу після подрібнення: 1 - підставка; 2 - тумблер, 3 - регулятор автотрансформатора; 4 - лампа сигнальна; 5 - противага; 6 - гайка; 7 - куліса; 8 - електродвигун; 9 - палець кривошипа; 10 - кривошип; 11 - стійка; 12 - втулка; 13 - стрижень; 14 - поперечка; 15 - гайка-баранчик; 16 - палець; 17 - коромисло; 18 - ситовий набір

Стійка закріплена на кришці основи класифікатора. В середині основи розташований лінійний автотрансформатор. Обертанням рукоятки змінюється напруга в роторі електродвигуна, чим досягається встановлення потрібної частоти обертання двигуна. Двигун приєднаний до мережі перемінного струму напругою 220 В, через трансформатор з напругою на вторинній обмотці 24 В та випрямляючим містком. Для вмикання електродвигуна є тумблер, а для сигналізування про його роботу - неонова лампочка. З метою зміни амплітуди коливання сит кривошип під кріплення пальця кривошипу декілька отворів, які дають можливість встановлювати радіус кривошипу 0,020; 0,030; 0,040; 0,050 м. Врівноваження набору сит відбувається противагою, закріпленою на кінцях куліси та коромисла. При вмиканні електродвигуна кривошип, який обертається з його валом, передає кулісі та з’єднаним з нею набором сит інтенсивне коливання. Ситовий аналіз проводиться для визначення ефективності та основних параметрів процесу подрібнення зерна виконується в наступній послідовності:

1.  Відбираємо з кожного пакета пробу в поліетиленові стаканчики. Вага кожної проби повинний складати 0,100 кг. Зважування проби робимо на лабораторних вагах типу ВЛКТ-500г.

2.  Вибираємо для класифікатора комплект сит: 1-е сито - ø1 мм, 2-е сито - ø2 мм і 3-е сито - ø3 мм.

3.  Установлюємо на класифікатор ситовий піддон, три сита і кришку сит, весь набір фіксується.

4.  Регулюємо режим роботи класифікатора: амплітуда коливань - 0,1 м, частота коливань 110.120 хв^-1.

5.  На верхнє решето класифікатора висипаємо приготовану пробу подрібненої зернової суміші, закриваємо кришкою, закріплюємо набір решіт на платформі класифікатора.

6.  Включаємо електродвигун і протягом 3 хвилин робимо сортування здрібненої зернової суміші на фракції.

7.  Кожну фракцію, що залишилася на решетах, а також "прохід" нижнього решета зважуємо на лабораторних аналітичних вагах типу ВЛКТ-500г.

8.  Отримані результати гранулометричного складу фракцій заносимо в таблицю.

9.  Розраховуємо масу кожної фракції в процентному вмісті В (%) цієї фракції стосовно вихідного навішення по "сходу" і "проходу". Середній розмір часточок d_{і ср} визначається як середнє арифметичне діаметрів верхнього і нижнього сита:

 (4.1)

10.  Робимо розрахунок ступеню подрібнення і по формулі:

 (4.2)

де  - середній розмір часток вихідного продукту;

 - середній розмір часток здрібненого продукту;

D_{э -} еквівалентний діаметр зернівки:

 (4.3)

і модуля помелу М по формулі:

 (4.4)

де М - модуль помелу;

 - маса матеріалу на дні класифікатора;

,, - маса матеріалу відповідно на першому, другому і третьому ситі.

За результатами експериментальних даних будується графік залежності процентного вмісту фракцій та оцінюється відповідність якості подрібнення щодо модуля помелу (табл.4.1) і зоотехнічним вимогам (табл.4.2).

 

Таблиця 4.1

Модуль помелу по ОСТ 452

Згідно зоотехнічних вимог [14] кондиційні розміри часток для відгодівлі свиней приведені у табл.4.2.

 

Таблиця 4.2

Раціональні розміри часток комбікорму при відгодівлі свиней

Для оцінки ефективності роботи кормодробарки доцільно ввести узагальнюючий показник, що відображає не тільки вміст кондиційних часток у загальній масі подрібненої суміші, а й питомі витрати енергії на подрібнення.

Питомі витрати енергії на подрібнення, як відомо [21, 48], визначаються:

, (4.5)

де  - потужність на привод дробарки,

 - час роботи дробарки,

т - маса зерна, що була подрібнена.

Ефективність роботи кормодробарки можна оцінити відносним показником ефективності роботи ротора:

 (4.6)

Показник ефективності роботи кормодробарки прямо пропорціонально залежить від від енергоємності процесу і обернено коефіцієнта якості подрібнення та вказує, яка потужність витрачено на виробництво одного кілограма часток з кондиційними розмірами [кВт год/кг]. Більш раціональним буде той режим подрібнення, при якому відносний показник ефективності матиме менше значення.

На рисунку 4.5 - 4.8 приведені порівняльні дані деяких вітчизняних дробарок та дробарок виробництва США.

Рис.4.5 Порівняльні дані ефективності та матеріаломісткості вітчизняних зернодробарок

 

Рис.4.6 Порівняльні дані потужності та продуктивності вітчизняних зернодробарок

 

Рис.4.7 Порівняльні дані ефективності та матеріаломісткості зернодробарок виробництва СШАЭ

 

Рис.4.8 Порівняльні дані потужності та продуктивності зернодробарок виробництва США

Провівши аналіз даних рисунків 4.5 - 4.8 можна зробити деякі висновки, що у дробарок виробництва США зміна показників відбувається більш за плавною кривою, ніж це відбувається у дробарок вітчизняного виробництва. І тому необхідно продовжувати роботу з удосконаленням дробарок вітчизняного виробництва, підвищувати їх ефективність та продуктивність.

4.6 Методика проведення порівняльного аналізу ефективності роботи молоткового ротора

Для проведення порівняльного аналізу розроблено і виготовлено експериментальну малогабаритну дробарку з шарнірно закріпленими молотками, що застосовується для здрібнювання зернових матеріалів [50].

Основними частинами даної конструкції є: робоча камера, живильні і відвідний патрубки, молотковий ротор, електродвигун, клинопасова передача і рама (рис.4.7)

Корпус 3 робочої камери закритий з однієї сторони фланцем, на якому закріплена маточина 17 з двома радіальними підшипниками, а з іншої сторони кришкою 4. Для подачі зернової маси у верхній частині корпуса встановлений на опорному фланці 12 живильний патрубок 1 діаметром Ø 0,1 м і висотою L = 0,410 м. На живильному патрубку встановлене мірне скло зі шкалою для візуального визначення подачі матеріалу.

Ротор дробарки складається з вала із фланцем, втулки із привареними до неї двома планками 15, двох пальців 14 з набором молотків 16 і дистанційних втулок. Втулку ротора на валу утримують два циліндричних штифти діаметром 8 мм. Палець 14, вільно вставлений в отвори планок 15, фіксується від осьового зсуву голівкою і стопорним кільцем. На кожному з пальців розміщено по 10 молотків і стільки ж дистанційних втулок. Молотки узяті з комплекту дробарки КДУ-2. На пальцях молотки і втулки розміщені в шаховому порядку, що забезпечує при обертанні ротора повне перекриття молотками внутрішньої поверхні дробильної камери.

Для приводу дробарки встановлено електродвигун 7 номінальною потужністю N_эл =3 кВт і частотою обертання валу n=1410 хв^-1 (тип АОС-42). Зусилля від вала двигуна передається роторові дробарки клинопасовою передачею 6. Діаметр ведучого шківа складає Ø 0,148 м, веденого Ø 0,088 м. Натяг ременя регулюють переміщенням двигуна по рамі. Клинопасова передача закрита захисним кожухом 5.

Рама дробарки зварна, корпус на ній закріплений на двох стійках, а електродвигун - на двох полозках. Щоб під відвідний патрубок можна було поставити жолоб або цебро, до рами приварені чотири ніжки 11 з кутової сталі.

Дослідження проводяться у наступній послідовності.

Підключаємо прилад К - 505 (рис.4.7, поз.18) до електродвигуна дробарки.

Засипаємо в бункер молоткової дробарки порцію зерна 1 кг.

Рис.4.7 Лабораторне місце для дослідження процесу подрібнення на експериментальній зерновій молотковій дробарці: 1 - живильний патрубок; 2 - шиберна заслінка; 3 - корпус; 4 - кришка дробильної камери; 5 - захисний кожух; 6 - клинопасова передача; 7 - електродвигун; 8 - рама; 9 - стійки рами; 10 - відвідний патрубок; 11 - ніжки рами; 12 - опорний фланець дробильної камери; 13 - стопорне кільце; 14 - палець; 15 - планки ротора; 16 - молотки; 17 - маточина ротора; 18 - прилад К - 50; 19 - ваги лабораторні

Запускаємо дробарку і за допомогою приладу К - 505 визначаємо потужність холостого ходу електродвигуна, (N_xx).

Відкриваємо дозуючу заслінку 2 і включаємо секундомір. Одночасно заміряємо потужність електродвигуна під навантаженням.

У момент закінчення дроблення виключаємо секундомір.

Розраховуємо питому витрату енергії на здрібнювання та за результатами експерименту будуємо графік залежності продуктивності і питомої витрати енергії при показниках лінійного співвідношення ротора к_L=2,25 та к_L=4.

Обробка результатів експериментальних досліджень коливань молотка кормодробарки проводилась згідно встановлених методик обробки експериментальних даних [6].

Розділ 5. Результати теоретичних та експериментальних досліджень 5.1 Результати визначення раціональних режимів роботи молоткових кормодробарок

Як було визначено попередніми дослідженнями, енерговитрати та якість подрібнення залежать від показника лінійних співвідношень ротора молоткової дробарки [27]:

 

k_L= r_o/ l_зв,

 

де r_{o -} радіус підвісу молотка;

l_зв - зведена довжина молотка.

По результатам теоретичних досліджень більш раціональним визнано k_L=2,25. Для остаточного висновку було проведено серію випробувань на експериментальній молотковій дробарці зі змінними роторами при k_L =2,25 та k_L =4.

Результати експериментальних досліджень представлені у вигляді графіків витрат потужності, що необхідна для подрібнення зерна пшениці при подачі, яка відповідає продуктивності дробарки від 60 до 120 кг/год. Як видно з графіків на рис.5.1, потужність на подрібнення при k_L =2,25 дещо менша на всьому діапазоні досліджених режимів ніж при k_L =4. Різниця витрат потужності на досліджених діапазонах продуктивності від 60 до 120 кг/год, в середньому складає близько 13 %.

Під час роботи дробарки з ротором  при подачі більш 90 кг/год відбувалося вимкнення захисного автоматичного пристрою внаслідок недопустимого перевантаження електродвигуна. Дробарка з ротором  при подачі 100 кг/год працювала з повним завантаженням у нормальному режимі (не відмічалося підвищеного нагріву корпусу електродвигуна і характерного звуку роботи), але на режимі 120 кг/год і більше спрацьовував електромагнітний захист пульта керування.

За результатами проведених випробувань на малогабаритній зерновій молотковій дробарці зі змінним ротором побудовано графік енергоємності роботи при к_L=2,25 та к_L=4 на технологічних режимах з подачею від 30 до 125 кг/год. (рис.5.2).

Середні значення енергоємності дробарки, які необхідні для визначення показника ефективності роботи і вибору раціонального значення показника лінійного співвідношення приведено у табл.5.1.

 

Таблиця 5.1

Результати випробувань малогабаритної молоткової дробарки зі змінним ротором

5.2 Порівняльний аналіз якості подрібнення зернових кормів

Результати ситового аналізу продуктів подрібнення експериментальною дробаркою зі змінним ротором зведені до таблиці 5.2.

Криві розподілення фракційного складу подрібненого зерна при роботі дробарки зі змінним ротором приведені на рис.5.3, 5.4 та 5.5.

Для порівняння якості подрібнення були визначені середні значення вмісту фракцій у подрібненій навісці масою 0,1 кг. Втрати при виконанні дослідів складали не більш 1 %. Результати приведені на рис.5.5.

 

Таблиця 5.2

Результати ситового аналізу гранулометричного складу продуктів подрібнення

Данні, необхідні для порівняльної оцінки якості подрібнення при виборі раціонального режиму роботи молоткової дробарки зведені до табл.5.3.

Таблиця 5.3

Порівняльний аналіз ефективності роботи молоткових роторів кормодробарки

Як відомо, на розмір часток після подрібнення впливає діаметр отворів на решеті дробарки. Результати проведення випробувань на дробарці при діаметрах отворів решета (d_р) Ø 5,5 мм, Ø 6,5 мм, Ø 7,5 мм і без решета у вигляді графіків приведені на рис.5.6.

Судячи з графіків 1 і 2 (рис.5.6), робота дробарки без решета знижує вміст кондиційних часток з раціональними зоотехнічними розмірами на 6,2 % для ротора з параметром к_L = 2,25, і на 23,9 % з ротором к_L = 4. Вміст пиловидних часток у продуктах подрібнення знижується зі збільшенням діаметру отворів решета дробарки, причому для ротора з параметром к_L = 2,25 при збільшенні (d_р) з Ø 5,5 мм до Ø 6,5 мм кут нахилу кривої 3 менший, ніж кривої 4, що свідчить про несприятливі умови відводу продукту з камери подрібнення, коли частки не встигають вийти і захоплюються на повторні цикли подрібнення рухомим повітряно-продуктовим кільцевим шаром у робочій камері.

Для ротора з параметром к_L = 4 (крива 4, рис.5.6) збільшення діаметра отворів решета (d_р) Ø 5,5 мм, Ø 6,5 мм, Ø 7,5 мм спричиняє майже лінійне зменшення вмісту пиловидних часток, причому робота без решета недоцільна, враховуючи зниження вмісту кондиційних часток (крива 2, рис.5.6). Для дробарки з параметром ротора к_L = 2,25 більш ефективним є використання решета з діаметром отворів Ø 7,5 мм, оскільки зниження вмісту кондиційних часток відбувається всього на 3 %, а вміст надмірно подрібнених часток зменшується на 44,3 % по відношенню до початкового значення при (d_р) Ø5,5 мм.

На етапі виконання експериментальних досліджень визначено, що в процесі роботи відбувається зміна розмірно - масових характеристик молотків в результаті зношування, це призводить до зміни показника лінійного співвідношення ротора та моменту інерції молотка.

Для молотків, які встановлюються на КДУ - 2 процес характеризується стабільним зменшенням значення моменту інерції до 60 % від початкового при спрацюванні чотирьох робочих граней. Для молотків АВМ - 1,5 характерним є різке зменшення на 25 % моменту інерції при спрацюванні однієї грані, при переустановці та роботі другої грані відбувається часткове відновлення і далі поступове зниження до 33 % від початкового значення. Це призводить до погіршення якості подрібнення і збільшення енергоємності роботи дробарки:

 

Таблиця 5.4

Значення показника приросту енерговитрат на подрібнення залежно від ступеню зношування молотків

На основі порівняльного аналізу роботи молоткової дробарки зі змінним ротором визначено, що при к_L=2,25 енергоємність подрібнення в середньому становить 0,042 кВт∙год/кг це на 16 % менше, ніж 0,050 кВт∙год/кг при к_L=4.

На основі порівняльного аналізу енергетичних та якісних показників подрібнення визначено, що відносний показник ефективності роботи молоткового ротора Е_р на 34 % менше для ротора кормодробарки при к_L=2,25 і становить Е_р = 0,059 кВт год/кг проти Е_р = 0,079 кВт год/кг з показником ротора к_L=4.

Аналізуючи залежність вмісту кондиційних часток від діаметра отворів решета дробарки, на досліджених режимах (подача від 60 до 90 кг/год, частота обертання ротора 3000 хв^-1) раціональним є робота дробарки з параметром ротора к_L = 2,25, з діаметром отворів решета Ø 7,5 мм, оскільки зниження вмісту кондиційних часток відбувається всього на 3 %, а вміст надмірно подрібнених часток зменшується на 44,3 % по відношенню до початкового значення при (d_р) Ø 5,5 мм.

Розділ 6. Економічна ефективність використання кормодробарок з вдосконаленим молотковим ротором

Реформування агропромислового комплексу України створило необхідні передумови функціонування нових більш економічно ефективних форм організації виробництва, зокрема фермерські господарства, сільськогосподарські виробничі кооперативи, малі підприємства і т.д.

Проблема забезпечення вище перерахованих малих господарських організаційних формувань (МГОФ) засобами виробництва на даний час є досить актуальною, оскільки існуючі прототипи обладнання не завжди задовольняють як необхідні так і достатні умови його використання. Високі ціни на енергоносії в сільськогосподарських підприємствах не дають змоги виробникам знижувати ціни на вироблену продукцію, що в результаті негативно відображається в першу чергу на споживачах. Отже, в сучасних умовах функціонування на перший план виходить розробка нових та удосконалення існуючих засобів, які б відповідали основам ресурсозбереження.

Модернізація існуючих засобів механізації, що вимагає порівняно невеликих капіталовкладень, приносить відчутний економічний ефект при збільшенні ефективності роботи машини. Вдосконалення молоткової кормодробарки шляхом встановлення ротора з показником лінійного співвідношення у межах 2,25.2,42 підвищує однорідність подрібнення зернового корму та знижує питомі енерговитрати, при цьому показник ефективності роботи збільшується до 25 %.

Умови господарської діяльності МГОФ мають певні особливості розрахунку економічної ефективності впровадження нової техніки [2, 26]. Для оцінки економічної ефективності використання кормодробарки малої потужності з модернізованим ротором, нами використано наступну методику розрахунку [28] для сільськогосподарських підприємств, що займаються відгодівлею худоби поголів’ям 100 голів.

6.1Економічне обґрунтування модернізації існуючого обладнання.

Річна потреба у комбікормах буде складати:

 (6.1)

де К_г - кількість голів худоби у господарстві, приймаємо 100 голів;

Р_п - річна потреба комбікормів на одну голову, в середньому 800кг/рік.

кг/рік

Визначення часу роботи обладнання для задоволення потреби у кормах господарства

, (6.2)

де К_г - кількість годин роботи на рік, П_д - продуктивність дробарки, кг/год; К_в - коефіцієнт втрат, %.

Після модернізації кількість пиловидних часток при подрібненні знижується порівняно з базовою моделлю, тому втрати сировини в середньому на 5% зменшуються.

Час роботи за рік для вдосконаленої моделі:

 кг/год;

 

для базової моделі:

 кг/год.

Капіталовкладення визначаються по формулі:

 (6.3)

де К_{р -} вартість розробки та виготовлення запчастин для модернізації, гр.;

К_м - вартість переоснащення кормодробарки, грн;

К_п - вартість переналадки та навчання персоналу, грн.

Орієнтовно капіталовкладення складуть:

 

грн.

Грошові витрати на електроенергію

 (6.4)

де М_м - встановлена потужність, кВт;

К_г - кількість годин роботи на рік;

В_ен - вартість 1кВт електроенергії для сільськогосподарських виробників, приймаємо 0,78 грн. Тоді:

Для дробарки старої конструкції:

Витрати на оплату праці персоналу:

 (6.5)

де Т_ст - годинна оплата праці, приймаємо 3 грн; К_г - кількість годин роботи за рік; К_р - кількість обслуговуючого персоналу.

Тоді для базової конструкції:

 грн,

 

Для модернізованої:

грн.

 

Річний економічний ефект:

 (6.6)

де Е_вм - енерговитрати використання модернізованої дробарки, грн;

Е_{вб -} енерговитрати дробарки старої конструкції, грн;

 грн.

Термін окупності:

 (6.7)

Результати розрахунків зводимо в таблицю 6.1.

 

Таблиця 6.1

Економічна ефективність модернізації існуючої кормодробарки

6.2 Обґрунтування економічної ефективності організації власної ділянки по виробництву комбікормів.

Річна потреба у комбікормах буде складати:

 (6.8)

де К_г - кількість голів худоби у господарстві, приймаємо 100 голів;

Р_п - річна потреба комбікормів на одну голову, 800кг/рік.

кг/рік

Капіталовкладення будуть складати:

 (6.9)

де К_{з -} вартість закупки машини, грн.; К_у - вартість монтажу та пуско - налагоджувальних робіт, грн.; К_н - вартість навчання обслуговуючого персоналу, грн.

грн

При наявності у господарстві автомобіля вантажопідйомністю 3,5тони (ГАЗ - 53) витрати на доставку кормів визначаємо: а) кількість рейсів:

 (6.10)

де П_кр - потреба кормів на рік, тон; В_п - вантажопідйомність автомобіля, тон.

Для малого підприємства доцільно завозити партію корму щомісячно, оскільки тоді відпадає потреба у спорудженні капітальних сховищ великого об’єму, які дозволять зберегти корм у належних умовах відповідно до зоотехнічних вимог.

б) загальна відстань транспортування:

 (6.11)

де К_р - кількість рейсів; 2S - відстань між господарствами, в середньому 15 км.

км.

в) витрати палива на перевезення:

 (6.12)

де Н_в - норма витрат пального на 1 км.

Тоді витрати на транспортування кормів у грошовому вимірі складуть:

 

 (6.13)

де Ц_л - ціна одного літра пального, в середньому 6,8 грн

К_а - коефіцієнт амортизації, приймаємо 5%.

г) оплата праці водія:

 (6.14)

де О_р - оплата за один рейс, грн.

грн.

Витрати на послуги з переробки сировини:

 (6.15)

Ц_п - вартість переробки однієї тони сировини, приймаємо 400 грн/т

грн.

Річний економічний ефект:

 

 - В_{вл (}6.16)

де В_гр - витрати на паливо та амортизацію техніки, грн;

В_п - витрати на оплату послуг з переробки, грн;

О_п - оплата праці водія, грн

В_{вл -} витрати при застосуванні власного обладнання, грн. (варіанті 1)

Термін окупності при другому варіанті:

 (6.17)

Таблиця 6.2

Економічна ефективність організації власної ділянки виробництва комбікормів з модернізованою кормодробаркою.

Висновки

В магістерській роботі дано нове вирішення наукової задачі, яка полягає в підвищенні ефективності роботи малогабаритних зернових молоткових дробарок шляхом обґрунтування раціональних параметрів і режимів роботи робочого органу.

За результатами досліджень зроблено наступні висновки:

1.  Встановлено, що найбільш ефективним для руйнування зернівки в дробарках ударно-перетираючої дії є перший етап - початковий удар, оскільки час взаємодії складає 0,02.0,03 с і в’язкі властивості подрібнюваного матеріалу не проявляються.

2.  Доведено, що для малогабаритних зернових дробарок з радіальним завантаженням необхідною умовою ефективного ударного впливу на зернівку прямим ударом є здійснення молотком непарної кількості напівперіодів власних коливань за період обертання ротора, що забезпечується вибором відповідного значення показника лінійного співвідношення ротора з ряду переважних значень: 0,25; 2,25; 6,25; 12,25.

3.  Визначено, що внаслідок зменшення маси, зміни положення центру мас і зведеної довжини при зношуванні молотків, витрати енергії на подрібнення зростають відповідно до зменшення моменту інерції, тому раціональним є експлуатація тільки першої і другої робочих граней до перетину лінії зношування з повздовжньою віссю молотка, оскільки при подальшій експлуатації потужність на подрібнення зростає на 22.24 %.

4.  Виконана на основі теоретичних і експериментальних досліджень модернізація ротора кормодробарки з рекомендованими параметрами і режимами роботи забезпечує підвищення якості подрібнення в середньому на 12 % порівняно з базовими конструкціями (сумарна похибка вимірювань при гранулометричному аналізі під час експлуатаційно-технологічних випробувань складала не більше 1 %).

5.  Ефективність роботи вдосконаленого ротора за комплексним відносним показником, який враховує масу подрібнених часток раціонального розміру (0,7.2 мм) у вихідному продукті і питому енергоємність роботи дробарки, підвищується на 25 % і становить 0,059 кВт год/кг проти 0,079 кВт год/кг базової конструкції.

6.  Розрахунок економічної ефективності підтверджує необхідність впровадження малогабаритних зернових кормодробарок з раціональними параметрами ротора у МГОФ тваринницького напрямку, оскільки мінімальний економічний ефект складає від 1400 грн. на рік, а термін окупності капітальних вкладень не більше 1,2 року знаходиться у науково - рекомендованих межах.

Список використаних джерел

1.  Алешкин В. Р, Рощин П.М. Механизация животноводства. - М.: Агропромиздат, 1985. - 336 с.

2.  Антошкевич В.С. Экономическое обоснование новой сельскохозяйственной техники. - М.: Экономика, 1971. - 216 с.

3.  Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон А.С. Теоретическая механика в примерах и задачах. - М.: Наука, 1985. - 663 с.

4.  Бойко А.І., Новицький А.В. Структурний аналіз надійності подрібнювачів та кормодробарок // Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції. - Глеваха: ІМЕСГ, ІТС УААН. - 1996. - с.59.

5.  Бойко А.І., Новицький А.В. Підвищення надійності кормодробарок та подрібнювачів // Механізація сільськогосподарського виробництва. - К.: НАУ. - 1997. - Т. ІІІ. - с.6 - 8.

6.  Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработка экспериментальных данных. - М.: Колос, 1973. - 199 с.

7.  Гернет М.М., Ротобыльский В.Ф. Определение моментов инерции. - М.: Машиностроение. - 1969. - 247 с.

8.  Гернет М.М. Уравновешивание вращающихся масс молотковых мельниц. ВНИИ зерна и продуктов его переработки. - М.: Госиздат техн. и эконом. литер. - 1949. - С 5 - 59.

9.  Гогунський О.В. Обгрунтування маси "циркулюючого" шару молоткової дробарки. // Механізація та електрифікація сільського господарства. - 2000. - Вип.83. - С.227 - 230.

10.  ГОСТ 134986.8 - 72. Комбикорма. Методы определения крупности размола и содержания неразмолотых семян культурных и дикорастущих растений.

11.  Дацишин О.В., Ткачук А. І, Чубов Д.С. та ін. Машини та обладнання переробних виробництв: Навч. Посібник // За ред. О.В. Дацишина. - К.: Вища освіта, 2005. - 159 с.: іл.

12.  Демский А.Б., Борискин М.А., Тамаров Е.В. и др. Справочник по оборудованию зерноперерабатывающих предприятий. Изд.2-е, перераб. и доп. - М.: Колос, 1980. - 383 с., ил.

13.  ДСТУ ISO 11448: 2005. Дробарки та подрібнювачі приводні. Визначення понять, вимоги безпеки та методи випробування.

14.  ДСТУ 2411-94. Дробарки. Термiни та визначення.

15.  ДСТУ 3218-95. Машини сiльськогосподарськi. Дробарки. Методи випробувань.

16.  ДСТУ 2421-94. Комбiкорми. Термiни та визначення.

17.  ДСТУ 4508: 2005. Комбікорми-концентрати для свиней. Технічні умови.

18.  Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Дифференциальное уравнение продольных колебаний однородного стержня постоянного сечения. Начальные и граничные условия // Основные дифференциальные уравнения математической физики. - М.: ФМЛ. - 1962. - С.75 - 77.

19.  Кукта Г.М. Технология переработки и приготовления кормов. - М.: Колос, 1970. - 240 С.

20.  Кукта Г.М. Машины и оборудование для приготовления кормов. - М.: ВО Агропромиздат, 1987. -

21.  Лобко П.И., Довгаль В.Ф., Калинкин А.А. и др. Новые приборы и оборудование для системной оценки машин. // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1978. - №11. - С.21…23.

22.  Мельников С.В. Динамические режимы работы молотковых кормодробилок. // Механизация с. х. производства. Т.143, вып.2. - Л.: ЛСХИ, 1969. - С.3 - 8.

23.  Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. - Л.: Колос, 1978. - 560 с.

24.  Мельников С.В., Панова В.С. О движении системы „барабан - молоток" дробилки. // Механизация с. х. производства. Т.143, вып.2 - Л.: ЛСХИ, 1969. - С.9 - 16.

25.  Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов.2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Колос, 1980. - 168. - с., ил.

26.  Методика определения экономической эффективности исследования в сельском хозяйстве результатов научно-технических работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. - М.: Колос, 1980. - 112 с.

27.  Олексієнко В.О. Підвищення ефективності роботи малогабаритних зернових молоткових кормодробарок. - Автореферат дис. канд. техн. наук. - Мелітополь. - 2006. - 20 с.

28.  Олексієнко В.О., Ялпачик Ф.Ю., Кравець О.В. Економічна оцінка ефективності модернізації молоткової кормодробарки для сучасних форм організації виробництва продукції тваринництва. // Вісник аграрної науки Причорномор'я. Випуск 3 (27). Миколаїв - 2004 р. - С.229 - 236.

29.  ОСТ ТО-19.2-83. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и оборудование для приготовления кормов. Программа и методы испытаний. - М.: Госкомсельхозтехника, 1984. - 114 с.

30.  Пустыгин М.А. Теория и технологический расчёт молотильных устройств. - М.: Сельхозгиз. - 1948. - 322 с.

31.  Подпрятов Г.І. Технологія обробки, переробки зерна та виготовлення хлібопекарської продукції. - К.: НАУ. - 2000. - 126 с.

32.  Ревенко И.И. О повышении качества работы молотковых дробилок. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - К.: Урожай, 1980. - № 8. - С.18 - 21.

33.  Ревенко И.И. Физическая сущность разрушения кормовых материалов при их измельчении. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - К.: Урожай, 1980. - № 48. - С.65 - 71.

34.  Ревенко И.И. Комплексная энергетическая оценка процессов и средств измельчения кормового сырья. // Доклады ВАСХНИЛ. - 1988. - № 6. - С.39 - 40.

35.  Ревенко И.И. Эффективность одно - и двухстадийного измельчения кормов. // Техника в сельском хозяйстве. - "Агропромиздат". - 1988. - №5. - С.28-30.

36.  Ревенко И.И. Системный анализ факторов, определяющий процесс измельчения кормов молотковыми дробилками. // Современные проблемы земледельческой механики. - Мелитополь. - 1989. - С.28 - 29.

37.  Резник И.И. Механизация обработки грубых кормов на животноводческих фермах. // Обзорная информация. - М.: ВНИИТЭИСХ, ВАСХНИЛ. - 1982. - 74 с.

38.  Рожківський М.Ф. Удосконалення технології подрібнення зернових матеріалів // Вісник с. - г. науки. - 1975. - № 12. - C.67 - 71.

39.  Рожківський М.Ф. Нове покоління молоткових дробарок. // Техніка АПК. - 2000. - № 1. С.12 - 14.

40.  Рожковский Н.Ф. Определение механизма деформации и разрушения зерновых материалов ударной нагрузкой. // Техніка АПК. - 2000. - №3. - С.7 - 9.

41.  Семкович О., Коруняк П. Теорія і розрахунок виливу сили опору робочого середовища на рух молотка дробарки. // Вісник Львівського державного аграрного університету. - 2001. - №5. - С.166.

42.  Сидашенко А.И. Теоретическое и экспериментальное определение угла отклонения молотка в момент удара о материал. // Прогрессивные технологические способы и процессы восстановления деталей с. х. техники. - М.: МИИСП. - 1984. - С.37 - 42.

43.  Сиротюк С.В. Механізація переробки та зберігання продукції рослинництва. Курс лекцій. - Львів.: ЛДАУ. - 2000. - 250 с.

44.  Технологическое оборудование предприятия по хранению и переработке зерна. Под ред.А.Я. Соколова. - М.: Колос, 1984. - 440 с.

45.  Трисвятский А.А. Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. - М.: Агропромиздат, 1991. - 422 с.

46.  Феодосьев В.Н. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1970. - 544 с.

47.  Ялпачик Г.С., Ялпачик Ф.Е. Кормоизмельчающие молотковые аппараты с режущими элементами. // Совершенствование машин и механизмов при производстве продуктов растениеводства. - Киев.: УСХА. - 1985. - С. - 134 - 142.

48.  Ялпачик Ф.Е., Ялпачик Г.С. Критерии энергоемкости измельчителей кормов. // Механизация и электрификация с. х. - Киев. - 1985. - № 1. - С.24-25.

49.  Ялпачик Ф.Ю., Ялпачик Г.С. Зміни параметрів подрібнюючого апарату, викликані спрацюванням молотків кормодробарок. // Вісник с. х. науки. - 1987. - № 8. - С.84 - 92.

50.  Ялпачик Ф.Е. Влияние износа молотков кормодробилки на передачу ударов их осям подвеса. Механизация и электрификация сельского хозяйства. Вып.69. - Киев.: Урожай. - 1989. - С.45 - 50.

51.  Ялпачик Ф.Ю., Олексієнко В.О. Кормодробарка для сімейної ферми // АПК: наука, техника, практика. - 1989. - №3. - С.22 - 23.

52.  Ялпачик Ф.Е., Ялпачик Г.С., Алексеенко В.А. Экспериментальное исследование колебаний модели молотка кормодробилки. // Актуальные вопросы использования технологического оборудования в животноводстве. - К.: УСХА. - 1991. - С.9 - 16.

53.  Ялпачик Ф.Ю., Ялпачик Г.С., Крыжачковскый Н.Л., Кюрчев В.Н. Кормодробилки: конструкция, расчёт. - Запорожье: Коммунар, 1992. - 290 с.

54.  http://www.csm. kiev.ua/nd/nd. php.

55.  Звіти господарської діяльності СТОВ "Новинське" за 2007 - 2009 роки.

Еще из раздела Ботаника и сельское хоз-во:

• Курсовая работа: Анализ АПК
• Учебное пособие: Виды цветников и садиков
• Контрольная работа: Зоотехния
• Курсовая работа: Повышение плодородия глинистой почвы, применение удобрений в полевом севообороте
• Курсовая работа: Гипотония преджелудков у крупного рогатого скота
• Отчет по практике: Организационно-проектировочные и технологические задачи землеустройства
• Реферат: Эффективность освоения и основные направления совершенствования системы обработки почвы

---