Обоснование параметров и режимов работы измельчителя зерна скалывающего типа

Основной проблемой всех отраслей современной зерноперерабаты-вающей промышленности, включая мукомольное, крупяное и комбикормовое производство является их очень высокая энергоёмкость. В условиях конкурентной борьбы и в свете возможного вступления Российской Федерации во Всемирную Торговую Организацию (ВТО) снижение энергетических затрат является весьма актуальным вопросом.

Актуальность проблемы. В настоящее время около 70% всех энергетических затрат зерноперерабатывающей промышленности приходится именно на процесс измельчения зерна, а это в свою очередь составляет приблизительно 50% экономических затрат на его переработку.

Снижение удельной энергоёмкости данного процесса на 3.5% приведёт к значительному снижению экономических затрат и как следствие не только себестоимости готового продукта, но и цены продукции связанных с ним отраслей — хлебопекарной, крупяной и комбикормовой.

Всё современное оборудование, использующееся в настоящее время в зерноперерабатывающей промышленности, было разработано ещё до середины XIX века. Так, например, широко используемый в данный момент вальцовый станок изобрёл в 1812 году житель города Варшавы Марк Миллер. Несмотря на все те экспериментальные и теоретические исследования, которые проводились в области измельчения зерна, конструкция и принцип действия измельчающих машин, до сих пор не подверглись каким-либо кардинальным изменениям.

Проведённый анализ литературы и работы машин, предназначенных для измельчения целого зерна (жерновых поставов, вальцевых станков, молотковых дробилок, бичевых машин), показал, что все они обладают значительной энергоёмкостью, что обусловлено применением в их принципе действия таких высокоэнергоёмких способов измельчения зерна, как сжатие и истирание. Использование удара ограничено крупностью и качеством получаемого готового продукта, а скалывание, реализовано только в дисковых мельницах и дробилках, в данный момент не нашедших широкого применения на предприятиях современной зерноперерабатывающей промышленности.

Проведённый анализ литературы и работы почвообрабатывающих машин, а также различного оборудования, используемого в горнорудной промышленности, показал, что в них широко используется принцип резания-скалывания, то есть разрушения клином.

Попытки перенести эту идею на процесс разрушения зерна без достаточного научного обоснования до сих пор не привели к созданию эффективных измельчителей зерна, основанных на данном способе разрушения.

В связи с этим вопросы исследования разрушения зерна скалыванием и создания на этой научной базе измельчителя зерна скалывающего типа являются актуальными, как и сама тема диссертации.

Скалывание — это разрушение материала под действием касательных напряжений, при котором одна его часть смещается относительно другой по какой-либо плоскости (поверхности).

Измельчитель зерна — это машина, предназначенная для измельчения зерна или его отдельных анатомических частей с одновременным просеиванием получающихся при этом частиц (крупа), соответствующих всем требованиям технологического процесса, установленным на мукомольном, крупяном или комбикормовом производстве.

Измельчение зерна — это процесс разрушения целого зерна или его отдельных анатомических частей под действием сжимающих, сдвигающих, истирающих и скалывающих сил или удара с целью получения муки или крупы, заданного качества, отвечающего всем требованиям ГОСТ.

Существенное влияние на процесс измельчения зерна оказывают следующие факторы: свойства самого зерна, как сырьяэффективность его подготовки к измельчениюспособ измельчения, реализованный в машине.

В конечном итоге эти факторы предопределяют все те энергетические затраты, которые будут присутствовать при измельчении зерна и, как следствие, определят не только себестоимость, но и конечную цену готового продукта.

Цель исследования — выявление закономерности разрушения зерна как упруго-вязко-пластичного тела, с построением на этой основе теории измельчителя зерна скалывающего типа и определение его рациональных параметров.

Объект исследования — процесс разрушения зерна скалыванием.

Предмет исследования — закономерности процесса разрушения зерна в измельчителе скалывающего типа с определением энергетических и качественных показателей данного процесса.

Научная новизна исследования состоит в получении аналитических зависимостей для определения работы разрушения зерна как упруго-вязко-пластического тела и разработке уравнения, описывающего процесс разрушения зерна в динамико-резонансном режиме в измельчителе скалывающего типа.

Достоверность основных положений и выводов подтверждена удовлетворительной сходимостью аналитических и экспериментальных зависимостей, лабораторными и натурными испытаниями разработанных опытных образцов измельчителя зерна скалывающего типа в Государственном учреждении Ростовской государственной машиноиспытательной станции.

Практическая значимость работы заключается в создании рабочей конструкторской документации и работоспособного образца измельчителя скалывающего типа и инженерной методики для расчёта его параметров.

Реализация результатов исследования. Разработанный измельчитель зерна скалывающего типа успешно применяется в исследовательских и научно-технологических линиях Государственного учреждения Ростовской государственной машиноиспытательной станции, в связи, с чем выдан акт о внедрении.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-технических конференциях (ДГТУ, 1999 — 2003) — научно-техническом семинаре: «Моделирование сельскохозяйственных растительных объектов» (РГАСХМ, 1999) — международной научно-технической конференции: «Интеграция межотраслевой и межвузовской науки: проблемы современного машиностроения» (РГАСХМ, 2000) — всероссийском научно-техническом семинаре: «Моделирование сельскохозяйственных растительных объектов» (РГАСХМ, 2001) — научно-практическом семинаре «Совершенствование рабочих органов машин, технологии и организации производства работ в АПК» (НГМА, 2003) — межрегиональной научно-практической конференции «Научные подходы к решению проблем производства продуктов питания» (МГТА, 2003).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в изданиях ФГОУ АЧГАА, ДГТУ, НГМА, МГТА, РГАСХМ, а также в журналах «Хлебопродукты» и «Комбикорма». Материалы исследований отражены в 10 печатных работах. Общий объём опубликованных работ составляет 25 страниц.

На защиту выносятся научная новизна и практическая значимость представленной диссертационной работы.

Структура и объём диссертационной работы. Диссертационная работа состоит: из введения, 5 глав, заключения, глоссария, перечня принятых условных обозначений, перечня использованной литературы из 76 наименований и 1 приложения. Основное содержание диссертации изложено на 129 страницах машинописного текста, включает 42 рисунка и 41 таблицу.

Диссертационная работа выполнена в Донском государственном техническом университете в соответствии с планом научно-исследовательской работы (НИР) университета.