HAMMER MILL RESEARCH FOR AXIAL AND RADIAL GRAIN FEED

ИССЛЕДОВАНИЕ МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКИ ПРИ ОСЕВОЙ И РАДИАЛЬНОЙ ПОДАЧЕ ЗЕРНА

Научная статья

Иванов И.И.¹, Сухляев В.А.², Сухопаров А.И.^3, *

³ ORCID: 0000-0001-5993-2417;

^{1, 2} Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина, Вологда, Россия;

³ Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиал ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

* Корреспондирующий автор (sukhoparov_ai[at]mail.ru)

Аннотация

В статье приведены результаты исследований энергетических затрат на обмолот зерна молотковой дробилки с двумя типами роторов – молотковым и лопастным при осевой и радиальной подаче исходного материала. Для проведения исследований была изготовлена экспериментальная установка с возможностью изменения линейной скорости вращательного движения ротора от 10 до 70 метров в секунду. Выявлено, что при измельчении зерна на более мелкую фракцию требуется больше энергии. Так же, что при высоких скоростях рабочего органа энергозатраты молоткового ротора выше, чем лопастного, как при осевой, так и радиальной подачах зерна. Наименьшие энергетические затраты при получении зерна в соответствии с зоотехническими требованиями для молоткового ротора достигаются при линейной скорости движения его рабочих органов 40 метров в секунду и осевой подаче зерна. Для лопастного ротора при той же скорости, но радиальной подаче зерна.

Ключевые слова: дробление зерна, ротор, осевая подача, радиальная подача, энергетические затраты.

HAMMER MILL RESEARCH FOR AXIAL AND RADIAL GRAIN FEED

Research article

Ivanov I.I.¹, Sukhlyaev V.A.², Sukhoparov A.I.^3, *

³ ORCID: 0000-0001-5993-2417;

^{1, 2} N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy, Vologda, Russia;

³ Institute of Agroengineering and Environmental Problems of Agricultural Production, branch of the Federal Research Center of Agriculture All-Union Research Institute of Agricultural Mechanization, Saint-Petersburg, Russia

* Corresponding author (sukhoparov_ai[at]mail.ru)

Abstract

The article presents the results of research on the energy costs for threshing grain with a hammer mill with two types of rotors: hammer and blade with axial and radial feed of the material. For the purposes of the research, an experimental setup was made with the possibility of changing the linear speed of the rotational movement of the rotor from 10 to 70 meters per second. The study determines that grinding grain into a smaller fraction requires more energy. It is also shown that at high speeds of the operating element, the energy consumption of the hammer rotor is higher than that of the blade rotor, both with axial and radial grain feeds. The lowest energy costs when receiving grain in accordance with the zootechnical requirements for a hammer rotor are achieved at a linear speed of movement of its operating element at 40 meters per second with axial grain feed. The vane rotor requires the same speed, but a radial grain feed.

Keywords: grain shattering, rotor, axial feed, radial feed, energy costs.

Введение

Затраты на корма в структуре себестоимости продукции животноводства, по мнению экономистов, занимают 60-75% [1], [2], поэтому производство кормов является важнейшей составляющей отрасли, от их качества и себестоимости в полной мере зависит продовольственная безопасность страны.

В России, как и во многих странах мира, фуражное зерно является одним из важнейших компонентов в рационах сельскохозяйственных животных [3], [4]. Доля концентрированных кормов в общем кормовом балансе в России составляет 29-32% [5]. При этом, как и в случае с любым другим кормом, значение имеет не только качество зерна, но и способ его подготовки для скармливания животным. Правильность и качество приготовления кормов, в том числе и комбинированных, значительным образом сказывается на продуктивности животных, их здоровье, а в конечном итоге на качестве конечного продукта животноводства. В связи с этим, необходимо особое внимание уделять процессу подготовки зерна к скармливанию, а именно ‒ его измельчению. В сельскохозяйственных предприятиях всех категорий широкое распространение получили молотковые дробилки. Благодаря своим преимуществам, в частности, простой конструкции, малой металлоемкости, высокой энергонасыщенности, низкой стоимости [6], молотковые дробилки нашли широкое применение в горнорудной, цементной, кондитерской промышленностях, а также во многих других отраслях народного хозяйства, в том числе и в сельском хозяйстве [7].

Недостаточно просто знать, какой размер фракции необходим для того или иного рациона, главное суметь измельчить компоненты до нужного размера с наименьшими затратами энергии. При применении схемы смешивания с последующим дроблением, все компоненты в рамках определенного рецепта дозируются в одну порцию и измельчаются в молотковой дробилке с установленным в ней ситом с отверстиями определённых размеров [8]. Согласно зоотехническим требованиям для крупного рогатого скота к подготавливаемому зерновому корму предусмотрены размеры зерновых частиц не более 3 мм. Исходя из изложенного, целью настоящего исследования является − получение гранулометрического состава фуражной муки, отвечающей зоотехническим требованиям, при минимальных удельных энергетических затратах.

Методы и принципы исследования

Для проведения исследований разработана и изготовлена экспериментальная молотковая дробилка, позволяющая менять частоту вращения ротора, способ подачи зерна в рабочую камеру дробилки (осевой или радиальный), решета с различными диаметрами отверстий для просева измельченного материала (4 мм и 5,5 мм), рабочие органы роторов различной конструкции (молоткового и лопастного типа). Такое сочетание рабочих органов и способа подачи материала способствует учесть влияние различных факторов (воздушные потоки, геометрия загрузочных устройств и т.д.), обуславливающих процесс измельчения [9], [10]. Общий вид экспериментальной дробилки молоткового типа при радиальной и осевой подаче зернового материала в дробильную камеру, представлен на рисунке 1. Все исследования проводились при трехкратной повторности.

Рис. 1 ‒ Экспериментальная молотковая дробилка

В экспериментах по исследованию энергетических характеристик дробилки проведен сравнительный анализ двух конструкций роторов: молоткового ротора с 32 прямоугольными ступенчатыми молотками на свободном подвесе, и лопастного ротора с 8 жестко закрепленными лопастями. Диаметры роторов, по концам молотков и лопастей аналогичны друг другу. Частота вращения привода ротора дробилки при экспериментах регулировалась частотным преобразователем, для получения вариации линейной скорости рабочего органа от 30 до 70 м/сек, с интервалом варьирования 10 м/сек.

Основные результаты

Основные экспериментальные данные по исследованию затрат мощности на привод различных конструкций роторов дробилки приведены на графике (см. рисунок 2).

Рис. 2 ‒ Изменение мощности в зависимости от скорости ротора

 

Полученные экспериментальные данные показывают, что при прочих равных условиях работы, переустановка питателя зернового материала с радиальной на осевую подачу приводит к увеличению затрат мощности на привод ротора дробилки. Что обусловлено изменениями движения воздушного потока внутри дробильной камеры и приращением вентиляторного эффекта ротора. Увеличение площади лопаток ротора (парусности), также приводит к приращению вентиляторного эффекта и увеличению затрат мощности на привод ротора.

Энергетические затраты на измельчение зерна роторами различных конструкций, при осевой и радиальной подаче зернового материала в дробильную камеру, и решетами с разными рабочими диаметрами отверстий (4,0 мм и 5,5 мм), представлены на рисунке 3 в графическом виде.

Рис. 3 ‒ Изменение энергетических затрат на измельчение зерна

 

Анализ полученных графических зависимостей показывает, что наименьшие энергозатраты на измельчение зерна приходятся на режим скорости рабочего органа в районе 40 м/сек. Для этого режима работы дробилки был проведён сравнительный анализ дерти, полученной при различных роторах и рабочих отверстиях решет. Результаты проведенных исследований дерти сведены в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Результаты рассева дерти

№	Номер решета				Степень измельчения зерна λ	Подача зерна: - (1) радиаль.; - (2) осевая	Ротор: - (1) молот.; - (2) лопаст.	Решета: - (1) 5,5 мм; - (2) 4 мм
	3	2	1	0
1	5,25	30,56	42,64	21,55	2,49	1	1	1
2	22,70	38,90	25,76	12,64	1,88	2	1	1
3	16,84	41,65	29,62	11,90	1,95	1	2	1
4	3,84	19,22	45,55	31,40	2,97	2	2	1
5	2,70	32,90	42,89	21,50	2,55	1	1	2
6	0,76	12,09	54,31	32,85	3,35	2	1	2
7	1,42	25,00	46,95	26,63	2,85	1	2	2
8	0,40	6,58	46,08	46,94	4,14	2	2	2

 

Заключение

Анализ экспериментального и графического материала, полученного на экспериментальной дробилке, позволяет сделать ряд выводов:

1. Воздушный поток, индуцируемый ротором дробилки, с одной стороны приводит к повышению затрат мощности на привод рабочих органов (см. рисунок 2), с другой стороны способствует эвакуации дерти из рабочей камеры дробилки (см. рисунок 3) и ведет к снижению энергетических издержек на процесс измельчения зерна.
2. При измельчении зерна на более мелкую фракцию требуется больше энергии. При высоких скоростях рабочего органа энергозатраты молоткового ротора выше, чем лопастного, как при осевой, так и радиальной подачах зерна.
3. Результаты опытов на экспериментальной молотковой дробилке, показали, что для лопастного ротора (опыт 3) при радиальной подаче, а для молоткового ротора при осевой подаче (опыт 2) с линейной скоростью вращения рабочего органа 40 м/с, обеспечивается измельчение зерна в соответствии зоотехническим требованиям с минимальным содержанием пылевидных частиц при минимальных затратах энергии.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Жукова О.А. Трава всему голова / О.А. Жукова // Агропрофи. ‒ 2008. – №6 (№9), 2008. – С. 6-7.
2. Передня В.И. Механизация приготовления кормосмесей для крупного рогатого скота / В.И. Передня. ‒ Минск: Ураджай, 1990. ‒ 152с.
3. Гурьянов А.М. Основы рационального использования фуражного зерна в животноводстве / А.М. Гурьянов, А.А. Артемьев. // Достижения науки и техники АПК. ‒ 2008. ‒ № 6. ‒ С. 52-55.
4. Амерханов Х.А. Эффективность ведения молочного скотоводства в условиях Европейского Севера России / Х.А. Амерханов, Е.А. Тяпугин, Г.А. Симонов и др. ‒ М.: ФГУП «Типография Россельхозакадемии», 2011. ‒ 156 с.
5. Жученко А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России (теория и практика) / А.А. Жученко. ‒ М.: ООО Изд-во Агрорус, 2004. ‒ 1109 с.
6. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм / С. В. Мельников ‒ Л.: Колос, 1978. ‒ 560 с.
7. Малич Н.Г. Анализ и перспективы развития отечественных машин для дробления твердых материалов / Н.Г. Малич, В.С. Блохин, А.О. Дегтярев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2008. ‒ №1. ‒ С. 365-380.
8. Шройен Х. Дробление более высокого уровня / Х. Шройен // Комбикорма. – 2020. – № 1. – С. 65-70.
9. Сысуев В.А. Кормоприготовительные машины. Теория, разработка, эксперимент / В.А. Сысуев, А.В. Алешкин, П.А. Савиных. ‒ Киров: Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2008. ‒ Т. 1. ‒ 640 с.
10. Савиных П.А. Исследование рабочего процесса молотковой дробилки зерна с ротором-вентилятором / П.А. Савиных, С.Ю. Булатов, В.Н. Нечаев // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. ‒ Вып. 1. ‒ Киров: Северо-Восточный научно-методический центр Россельхозакадемии, 2013. ‒ С. 54-59.

Список литературы на английском языке / References in English

1. ZHukova O.A. Trava vsemu golova [Grass is the head of everything] / O.A. ZHukova // Agroprofi. ‒ 2008. – №6 (№9), 2008. – P. 6-7. [in Russian]
2. Perednya V.I. Mekhanizaciya prigotovleniya kormosmesej dlya krupnogo rogatogo skota [Mechanization of preparation of feed mixtures for cattle] / V.I. Perednya. ‒ Minsk: Uradzhaj, 1990. ‒ 152 p. [in Russian]
3. Gur'yanov A.M. Osnovy racional'nogo ispol'zovaniya furazhnogo zerna v zhivotnovodstve [Fundamentals of rational use of feed grain in animal husbandry] / A.M. Gur'yanov, A.A. Artem'ev. // Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of science and technology of the agro-industrial complex]. ‒ 2008. ‒ № 6. ‒ P. 52-55. [in Russian]
4. Amerhanov H.A. Effektivnost' vedeniya molochnogo skotovodstva v usloviyah Evropejskogo Severa Rossii [Efficiency of dairy cattle breeding in the conditions of the European North of Russia] / H.A. Amerhanov, E.A. Tyapugin, G.A. Simonov, et al. ‒ M.: FSUE "Typography of the Russian Agricultural Academy", 2011. ‒ 156 p. [in Russian]
5. ZHuchenko A.A. Resursnyj potencial proizvodstva zerna v Rossii (teoriya i praktika) [Resource potential of grain production in Russia (theory and practice)] / A.A. ZHuchenko. ‒ M.: OOO Publishing house Agrorus, 2004. ‒ 1109 p. [in Russian]
6. Mel'nikov S.V. Mekhanizaciya i avtomatizaciya zhivotnovodcheskih ferm [Mechanization and automation of livestock farms] / S. V. Mel'nikov ‒ L.: Kolos, 1978. ‒ 560 p. [in Russian]
7. Malich N.G. Analiz i perspektivy razvitiya otechestvennyh mashin dlya drobleniya tverdyh materialov [Analysis and prospects of development of domestic machines for crushing solid materials] / N.G. Malich, V.S. Blohin, A.O. Degtyarev // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten' (nauchno-tekhnicheskij zhurnal) [Mining Information and Analytical Bulletin (scientific and technical journal)]. 2008. ‒ №1. ‒ P. 365-380. [in Russian]
8. SHrojen H. Droblenie bolee vysokogo urovnya [Higher level crushing] / H. SHrojen // Kombikorma. – 2020. – № 1. – P. 65-70. [in Russian]
9. Sysuev V.A. Kormoprigotovitel'nye mashiny. Teoriya, razrabotka, eksperiment [Feed preparation machines. Theory, development, experiment] / V.A. Sysuev, A.V. Aleshkin, P.A. Savinyh. ‒ Kirov: Zonal'nyj NIISKH Severo-Vostoka, 2008. ‒ Vol. 1. ‒ 640 p. [in Russian]
10. Savinyh P.A. Issledovanie rabochego processa molotkovoj drobilki zerna s rotorom-ventilyatorom [Study of the working process of a grain hammer mill with a fan rotor] / P.A. Savinyh, S.YU. Bulatov, V.N. Nechaev // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka [Agrarian science of the Euro-North-East]. ‒ Issue. 1. ‒ Kirov: Severo-Vostochnyj nauchno-metodicheskij centr Rossel'hozakademii, 2013. ‒ P. 54-59. [in Russian]