Vestnik of Kazan State Agrarian UniversityVestnik of Kazan State Agrarian UniversityВестник Казанского государственного аграрного университета2073-04622843210.12737/article_5cceddbcce1e93.58919071Технические наукиТехнические наукиDEVELOPMENT AND STUDY OF THE GRAIN CRUSHING WORKING PROCESS OF SHOCKING AND REFLECTIVE CRUSHERРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА ДРОБИЛКИ УДАРНО-ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯМироновКонстантин ЕвгеньевичMironovKonstantin Evgen'evichmieronow@mail.ruОболенскийНиколай ВасильевичObolenskiyNikolay Vasil'evichobolenskinv@mail.ru
ГришинНиколай ЕвгеньевичGrishinNikolay Evgen'evichngiei-ohrana_truda@mail.ruНижегородский государственный инженерно-экономический институтNizhny Novgorod State Institute of Engineering and Economics141P52100106https://zh-szf.ru/en/nauka/article/28432/view
На основе проведенного анализа существующих исследований процесса измельчения зерна поставлены цель и задачи исследования, разработана дробилка зерна ударно-отражательного действия. Приводятся результаты теоретических исследований рабочего процесса дробилки зерна, включающих исследование движения зерновки по билу и определение траектории движения частиц в камере измельчения. В результате исследования различных способов подачи материала наименьшие энергозатраты были получены при подаче измельчаемого материала через верхнее загрузочное окно. С целью определения совместного влияния исследуемых факторов на критерий оптимизации и исключения незначимых реализована полуреплика полного факторного эксперимента. Изменяемыми факторами были частота вращения ротора, угол атаки бил, подача материала, диаметр отверстий и угол охвата торцевого решета. Критерием оптимизации выступали удельные энергозатраты. На следующем этапе исследовано измельчение зерна с использованием периферийного решета вместо торцевого, а также периферийного и торцевого одновременно. Было получено, что с увеличением угла атаки бил процентное содержание выхода готового продукта через периферийное решето увеличивается. Также для сопоставления теоретических и практических исследований на поверхность бил наносилась краска, а затем исследовали характер износа краски. По фотографии, сделанной после измельчения зерна, можно увидеть, что в зоне, характеризуемой положительным значением величины b, краска стерлась (что свидетельствует о скользящем движении зерновки по билу), а в зоне с отрицательным значением b видны удары зерновок. То есть представленные теоретические зависимости достаточно точно описывают характер движения зерновки в камере измельчения дробилки. С целью определения оптимальных значений исследуемых факторов реализован план эксперимента второго порядка. Методом наложения двумерных сечений поверхностей откликов были получены оптимальные значения исследуемых факторов. Энергозатраты при этом составили 1…1,3 (кВт∙ч)/(т∙ед.ст.изм.), а количество пыли и целых зерен не превышает нормы, оговоренные ГОСТ.
Based on the analysis of existing studies of the process of grinding grain, the goal and objectives of the research were set, a crusher of a grain of impact-reflective action was developed. The results of theoretical studies of the working process of the grain crusher, including the study of grains’ movement along the beam and the determination of the trajectory of movement of particles in the grinding chamber, are given As a result of the study of various methods of supplying the material, the lowest energy consumption was obtained when the comminuted material was fed through the upper loading window. In order to determine the joint influence of the factors under study on the criterion of optimization and the exclusion of insignificant, the semi-replica of the full factorial experiment was implemented. Variable factors were the rotor speed, the angle of attack, the material feed, the diameter of the holes, and the angle of coverage of the end sieve. The optimization criterion was specific energy consumption. At the next stage, grain refinement was investigated using a peripheral sieve instead of an end sieve, as well as a peripheral sieve and an end sieve at the same time. It was found that with an increase in the angle of attack hit the percentage of the yield of the finished product through a peripheral sieve increases. Also, to compare theoretical and practical studies, paint was applied to the surface, and then the nature of paint wear was examined. From a photograph taken after grinding the grain, one can see that in the area characterized by a positive value of b, the paint has worn off (which indicates a sliding movement of the weevil), and in the area with a negative value of b, we can see blows of the weevils. That is, the presented theoretical dependences quite accurately describe the nature of the movement of the weevil in the grinding chamber of the crusher. In order to determine the optimal values of the studied factors, a second-order experiment plan was implemented. The method of superimposing two-dimensional sections of the response surfaces yielded optimal values of the factors under study. At the same time, energy consumption amounted to 1 ... 1.3 (kW ∙ h) / (t - measurement unit), and the amount of dust and whole grains does not exceed the norms stipulated by GOST.
дробилка зерна; измельчениекорма для всех групп животных и птицматематические зависимостиэнергопотреблениеэкспериментальные исследованияgrain crusher; crushing; feed for all groups of animals and birds; mathematical dependencies; power usage; experimental studies
Измельчение кормов является необходимым и одним из самых энергоемких процессов животноводства. Изучением процессов измельчения и конструкции дробилок занимались многие исследователи [1, 2, 3, 4]. Из анализа научных работ можно сделать вывод, что для оценки работы дробилки зерна необходимо учитывать совокупность таких показателей, как энергозатраты на измельчение, степень измельчения зерна и производительность дробилки. Целью исследования является повышение эффективности процесса измельчения зерна путем совершенствования конструкционных и технологических параметров дробилки ударно-отражательного действия.В связи с поставленной целью в настоящей работе решались следующие задачи:Разработка новой конструкции дробилки зерна ударно-отражательного действия;Получение математических зависимостей для описания относительного движения зерновки по билу ротора дробилки зерна ударно-отражательного действия, расчета траектории движения частицы и определения места выхода ее из камеры измельчения;Получение регрессионных моделей процесса функционирования дробилки зерна ударно-отражательного действия и обоснование ее основных конструкционных и технологических параметров по критериям эффективности;Определение экономической и энергетической эффективности дробилки зерна ударно-отражательного действия результатами производственных испытаний.Нами разработана классификация роторных зернодробилок по конструкционным признакам, среди которых выделили расположение ротора, способ крепления бил, наличие решет, количество ступеней, наличие противорезов, наличие дополнительных ударных плит, способ подачи материала.В сельском хозяйстве широко применяются в качестве измельчителей зерна молотковые дробилки. Они получили массовое применение благодаря простоте конструкции, практичности в быту, хорошей заменяемости деталей. Однако при всех своих достоинствах существующие молотковые дробилки имеют ряд существенных недостатков. Среди них, как правило, остаются высокая энергоёмкость и переизмельчение зерна вследствие плохой управляемости потоками измельчаемого слоя внутри камеры дробления, а также несвоевременного отвода измельчённого материала из камеры. Поэтому при совершенствовании существующих дробилок зерна и разработке принципиально новых конструкций особое внимание необходимо уделять скорости вращения рабочих органов, организации воздушного потока в камере дробления, увеличению сепарирующей поверхности, увеличению ресурса рабочих органов. Был проведен анализ альтернативных конструкций дробилок и их рабочих органов [5, 6, 7]. Широкое распространение получила конструкция дробилки с ножевыми рабочими органами патент [8]. Она имеет вертикальный вал ротора с установленной на нем пластиной. Главным недостатком такой конструкции является интенсивный износ рабочих органов, и как следствие, неравномерность гранулометрического состава готового продукта.
Оболенский Н.В., Булатов С.Ю., Свистунов А.И. Изобретательство - путь к научному успеху: монография /Под ред. заслуженного изобретателя РФ, проф. Н.В. Оболенского. - Н.Новгород: ДЕКОМ, 2016. - 208 с.Obolenskiy N.V., Bulatov S.Yu., Svistunov A.I. Izobretatelstvo - put k nauchnomu uspekhu: monografiya. [Invention - the path to scientific success: a monograph]. / Edited by honored inventor of the Russian Federation, professor N.V. Obolenskiy - N.Novgorod: DEKOM. - 2016. - P. 208.Вклад в науку инженерного института НГИЭУ: монография (всего 51 автор) под ред. заслуженного изобретателя РФ, проф. Оболенского Н.В. и к.т.н. Свистунова А.И. - Н. Новгород: ДЕКОМ, 2017. - 754 с.Vklad v nauku inzhenernogo instituta NGIEU: monografiya (vsego 51 avtor). [Contribution to the science of the engineering institute of NSUEE: monograph (total: 51 authors)]. edited by honored inventor of the Russian Federation, Professor Obolenskiy N.V. and Ph.D. of Technical sciences Svistunova A.I. - N. Novgorod: DEKOM. 2017. - 754 s.Зиганшин Б.Г., Лукманов Р.Р., Гайнутдинов Р.Р. Энергосберегающие технические средства в молочном животноводстве // GLOBAL PROBLEMS OF THE STATE, REPRODUCTION AND USE OF NATURAL RESOURCES OF THE PLANET EARTH / MODERN PROBLEMS OF HUMANITY IN THE CONTEXT OF SOCIAL RELATIONS AND INTERNATIONAL POLITICS DEVELOPMENT (Materials digest of the XXVIII International Research and Practice Conference and the II stage of Championships in research analytics in biological, veterinary and agricultural sciences, Earth sciences. (London, July 13 - 18, 2012) / Materials digest of the XXIX International Research and Practice Conference and the II stage of Championships in research analytics in military, political and sociological sciences. (London, July 3 - August 06, 2012). Chief editor - Pavlov V.V. London, 2012. Р. 74-75.Ziganshin B.G., Lukmanov R.R., Gaynutdinov R.R. Energosberegayuschie tekhnicheskie sredstva v molochnom zhivotnovodstve. [Energy-saving technical means in dairy farming]. V sbornike: GLOBAL PROBLEMS OF THE STATE, REPRODUCTION AND USE OF NATURAL RESOURCES OF THE PLANET EARTH / MODERN PROBLEMS OF HUMANITY IN THE CONTEXT OF SOCIAL RELATIONS AND INTERNATIONAL POLITICS DEVELOPMENT Materials digest of the XXVIII International Research and Practice Conference and the II stage of Championships in research analytics in biological, veterinary and agricultural sciences, Earth sciences. (London, July 13 - 18, 2012) / Materials digest of the XXIX International Research and Practice Conference and the II stage of Championships in research analytics in military, political and sociological sciences. (London, July 3 - August 06, 2012). Chief editor - Pavlov V.V. London, 2012. P. 74-75.Savinykh, P. Badania eksperymentalne rozdrabniaczna bijakowego do ziarna określenie wpływu konstrukcyjnych cech na charakterystykę technologiczną / P. Savinykh, S. Bulatov, V. Nechaev, K. Mironov, S. Zavivaev // Problems of intensification of animal production including environment protection and alternative energy production as well as biogas. - Materialy na konferencje - Warszawa: Instytut Technologczno-Przyrodniczy w Falentfch. - 2016. - Vol. XXII. - Рp. 195-202.Savinykh, P. Badania eksperymentalne rozdrabniaczna bijakowego do ziarna określenie wpływu konstrukcyjnych cech na charakterystykę technologiczną / P. Savinykh, S. Bulatov, V. Nechaev, K. Mironov, S. Zavivaev // Problems of intensification of animal production including environment protection and alternative energy production as well as biogas. - Materialy na konferencje - Warszawa: Instytut Technologczno-Przyrodniczy w Falentfch. - 2016. - Vol. XXII. - p. 195-202.Патент 2478008 РФ, МПК B02C 13/28. Монолитный молоток универсального измельчителя кормов / И.Б. Шагдыров, М.Б. Балданов, М.Н. Сордонова, Е.А. Митрофанов. Заявл. 02.03.2011; Опубл. 10.09.2012 Бюл. № 25.Patent 2478008 RF, MPK B02C 13/28. Monolitnyy molotok universalnogo izmelchitelya kormov. [Monolithic hammer of universal feed grinder]. / I.B. Shagdyrov, M.B. Baldanov, M.N. Sordonova, E.A. Mitrofanov. Applied 02.03.2011; Publ. 10.09.2012; Bul. №25.Патент 2273520 РФ, МПК B02C 13/02. Дробилка / Н.Ф. Баранов, О.В. Пивоваров. Заявл. 05.10.2004; Опубл. 10.04.2006 Бюл. № 10.Patent 2273520 RF, MPK B02C 13/02. Drobilka. [Crusher]. / N.F. Baranov, O.V. Pivovarov. Applied 05.10.2004; Publ. 10.04.2006 Bul. №10.А.с. № 1777959, МПК B02C 13/08, B02C 13/09. Устройство для измельчения зерна / Н.В. Денисенко, А.С. Мудрук, В.Е. Бондарук, В.А. Маслюк. Заявл. 25.02.1991; Опубл. 30.11.1992.A.s. № 1777959, MPK B02C 13/08, B02C 13/09. Ustroystvo dlya izmelcheniya zerna. [Device for grinding of grain]. / N.V. Denisenko, A.S. Mudruk, V.E. Bondaruk, V.A. Maslyuk. Applied 25.02.1991; Publ. 30.11.1992.Патент 2140325 РФ, МПК B02C 9/04, B02C 7/18, B02C 13/16. Устройство для измельчения зерна / П.В. Мальцев, А.Ю. Берсенев, А.Ф. Лузгин. Заявл. 30.04.1998; Опубл. 27.10.1999.Patent 2140325 RF, MPK B02C 9/04, B02C 7/18, B02C 13/16. Ustroystvo dlya izmelcheniya zerna. [A device for grinding of grain]. / P.V. Maltsev, A.Yu. Bersenev, A.F. Luzgin. Applied 30.04.1998; Publ. 27.10.1999.Миронов, К.Е. Изучение факторов, влияющих на характеристики зернодробилки зерна ударно-отражательного действия / К.Е. Миронов // Материалы XVII международной научно-практической конференции «Социально-экономические проблемы развития муниципальных образований». - Княгинино: НГИЭИ, 2013. - С.47-49.Mironov K.E. Izuchenie faktorov, vliyayuschikh na kharakteristiki zernodrobilki zerna udarno-otrazhatelnogo deystviya. // Materialy XVII mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii “Sotsialno-ekonomicheskie problemy razvitiya munitsipalnykh obrazovaniy”. (The study of factors, affecting the characteristics of the grain crusher of the reflective action. / K.E. Mironov // Proceedings of XVII International Scientific and Practical Conference “Social and economic problems of the development of municipalities). - Knyaginino: NGIEI, 2013. - P. 47-49.Савиных, П.А. Оптимизация конструктивно-технологических параметров дробилки зерна ударно-отражательного действия / П.А. Савиных, С.Ю. Булатов, К.Е. Миронов // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Междунар. науч.-техн. конф. (Минск, 22-23 октября 2014 г.). - Минск: НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, 2014. - Т. 1. - С. 67-73.Savinykh P.A. Optimizatsiya konstruktivno-tekhnologicheskikh parametrov drobilki zerna udarno-otrazhatel'nogo deystviya / P.A. Savinykh, S.YU. Bulatov, K.Ye. Mironov // Nauchno-tekhnicheskiy progress v sel'skokhozyaystvennom proizvodstve: materialy Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. (Minsk, 22-23 oktyabrya 2014 g.). (Optimization of the design and technological parameters of grain crusher of the shock-reflective action. / P.A. Savinykh, S.Yu. Bulatov, K.E. Mironov // Scientific and technical progress in agricultural production: proceedings of International scientific and technical conference). (Minsk, October 22-23, 2014). - Minsk: NPTS NAN Belarusi po mekhanizatsii sel'skogo khozyaystva, 2014. - T. 1. - S. 67-73.