Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника
    Содержание дисциплины

    Механизация измельчения зерновых кормов. Молотковые дробилки
    Содержание дисциплины

    Механизация измельчения грубых кормов

    Учебная тема
    Механизация измельчения грубых кормов

    МЕХАНИЗАЦИЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ГРУБЫХ КОРМОВ

    План

      1. Виды грубых кормов и требования к их измельчению.
      2. Теория резания лезвием. Три характерных случая резания лезвием.
      3. Теория режущего аппарата дисковой соломосилосорезки.
      4. Удельная работа резания.
      5. Барабанный режущий аппарат.
      6. Контрольные вопросы.
      7. Дополнительная литература.

      1. Виды грубых кормов и требования к их измельчению
      2. К грубым кормам относятся: сено, солома, мякина, стебли кукурузы, шелуха семян ряда культур и др. Грубые корма являются необходимым компонентом рационов для крупного рогатого скота, овец, лошадей. Некоторые виды грубых кормов после их специальной подготовки в небольших количествах даются также свиньям и птице.

        Грубые корма содержат много клетчатки /до 40 %/, поэтому без предварительной обработки плохо поедаются животными и низка их перевариваемость /40...50 %/. Для повышения поедаемости и перевариваемости их подвергают механической, тепловой, химической, биологической обработкам. Все способы обработки предопределяют создание благоприятных условий для жизнедеятельности бактерий рубца. И одним из основных способов повышения перевариваемости питательных веществ в грубых кормах является их измельчение до оптимальных размеров.

        Сено хорошего качества, отвечающее требованиям стандарта /ГОСТ 4808-49/, коровам и овцам может скармливаться без подготовки, однако для возможности механизации процессов погрузки, дозирования, раздачи его необходимо измельчать. Сено низкого качества, солому и другие грубые корма подвергают измельчению с целью повышения поедаемости и удовлетворения условиям механизации последующих технологических процессов.

        При измельчении соломы и сена размер резки должен быть для КРС 40...50 мм, лошадей – 30...40 мм, овец – 20...30 мм. Если грубые корма используются в составе кормовых смесей, то длину резки уменьшают до 5...10 мм. При производстве травяной и сенной муки высушенную массу для свиней и птицы измельчают до размеров частиц 1 мм.

        Измельченные грубые корма укладываются более плотно, что повышает их транспортабельность, повышается их текучесть, о чем свидетельствует угол естественного откоса. Так, например, плотность рассыпной соломы до измельчения составляет 150...200 кг/м3, измельченной – 300...350 кг/м3,.угол естественного откоса уменьшается с 90 /вертикальная стенка/ до 50...550 после измельчения. Вообще говоря, плотность стебельных кормов зависит от влажности, вида кормовой культуры и крупности частиц.

        Весьма существенным при измельчении стебельных кормов являются плющение и расщепление их вдоль волокон. Это также способствует повышению поедаемости и улучшает условия их дальнейшей химической и тепловой обработки.

        В соответствии с изложенными требованиями грубые корма измельчают соломосилосорезками, имеющими два типа рабочих органов: дисковые и барабанные. К соломосилосорезкам с дисковым рабочим органом относятся: РСС-6Б, которые бывают стационарными с приводом от электродвигателя /тип П/. К соломосилосорезкам с барабанным рабочим органом относится РСБ-3,5М.

        Для измельчения грубых кормов в южных зонах страны широкое распространение получил измельчитель ИГК-3,0Б, в котором применен штифтовой рабочий орган. Для измельчения грубых кормов используют измельчитель-смеситель ИСК-3, измельчитель рулонов и тюков ИРТ-165, двухступенчатые измельчители КДУ-2 и “Волгарь-5А”. Все эти измельчители, кроме прямого назначения – измельчения – производят также плющение и расщепление стебельных кормов вдоль волокон.

      3. Теория резания лезвием. Три характерных случая резания лезвием

    Резание материалов может осуществляться тремя способами: пуансоном /штамп/, резцом /клин/ и лезвием /нож/. Режущие рабочие органы соломосилосорезок и универсальных дробилок работают по принципу резания лезвием. Рассмотрим этот способ резания.

    Лезвием называется рабочая часть ножа, заточенного по двухгранному углу. Процесс резания осуществляется под действием силы, приложенной непосредственно самой вершиной двухгранного угла к измельчаемому материалу. Вообще процесс резания является разновидностью измельчения и поэтому он подчинен общим законам разрушения материала под действием внешних сил, превосходящих силы молекулярного сцепления. Но он имеет и свои специфические особенности.

    Процесс резания лезвием пучка стеблей состоит из двух этапов: предварительного уплотнения и собственно резания. Предварительное уплотнение осуществляется вальцами /участок ОО`/ и лезвием /участок О`А/. Резание сопровождается снижением усилия резания /участок АВ/.

    Можно также сказать, что на участке О`А, ВС и т.д. происходят упругие деформации, а на участке АВ, СД, и т.д. – пластические с разрушением материала.

    Как видно из диаграммы , процесс резания начинается при достижении силой сжатия какой-то критической величины, превышающей сопротивление материала разрушению. Силу сжатия ножа, способную возбудить процесс резания, называют критической силой Pкр, и ее можно определить из выражения:

    Ркррез+Т1+Т2•cosg,

    где Ррез – сопротивление резанию лезвием, Н;

    Т1 – сила трения, обусловленная действием бокового давления, возникающего при внедрении клина в перерезаемый слой, Н;

    Т1=f•Робж,

    • f – коэффициент трения лезвия по материалу;
    • Т2- сила трения на фаске ножа, обусловленная давлением со стороны сдвигаемого материала, Н;
      • – угол заточки ножа, град.

    Из трех слагаемых наибольшую величину имеет cила резания, величину которой проф. Резник Н. Е. предлагает определять по формуле:

    Ррез=dDssp ,

    где d – толщина кромки лезвия, м ;

    • Ds – длина активной части лезвия, м;
    • sр – нормальное контактное разрушающее напряжение разрезаемого слоя, Па.

    Из приведенных формул видно, что критическая сила зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала /f, sр/ и параметров лезвия /d, Ds /.

    Теория резания лезвием выделяет три характерных вида резания: нормальное, наклонное и скользящее. Они отличаются друг от друга углом скольжения t лезвия по материалу. t – это угол между направлением движения лезвия и нормалью к нему.

    1. Нормальное резание осуществляется под действием нормальной силы N, равной силе резания Ррез и совпадающей с направлением движения ножа. Боковые смещения ножа отсутствуют, поэтому нет и боковых сил. Угол t = 0. Происходит "рубка" материала.

    2. Наклонное резание осуществляется лезвием, имеющим скос t<j /j - угол трения/.

    При этом появляются и боковые силы, однако резания со скольжением еще не наблюдается, так как отсутствует скользящее движение лезвия по материалу. Однако усилие резания уменьшается вследствие кинематической трансформации угла заточки – фактического уменьшения угла

    заточки при перемещении косо поставленного лезвия. Величина трансформированного угла заточки

    .

    3. Скользящее резание осуществляется лезвием, имеющим скос t > j или лезвием, имеющим тангенциальную относительно материала составляющую своего перемещения.

    При t > j скольжение появляется вследствие выталкивания материала из-под лезвия ножа.

    Резание со скольжением обеспечивает более легкое проникновение ножа в слой материала с одной стороны трансформацией угла заточки, с другой – перепиливающим воздействием неровностей на лезвии, которые всегда на нем имеются.

    При скользящем резании равнодействующая сил сопротивления R, а следовательно и сила резания всегда отклонены от нормали к лезвию на угол трения лезвия о материал . Этот угол принято называть углом скользящего резания, тангенс его – коэффициентом скользящего резания.

    или еще можно записать – это отношение касательной силы T к нормальной . В отличие от коэффициента скольжения, представляющего собой тангенс угла скольжения

    .

    Оба коэффициента E и и f/ зависят один от другого и взаимосвязаны выражением , где r – коэффициент пропорциональности, равный 0,176…0,325.

    Необходимо отметить, что угол скользящего резания – переменная величина, зависящая от угла скольжения. С увеличением угла скольжения увеличивается и угол скользящего резания.

    Для осуществления процесса резания необходимо, чтобы материал не выскальзывал из-под ножа при отсутствии бокового подпора. Необходимо обеспечить надежный захват материала между лезвием и противорежущей пластиной.

    Допустим, что защемление материала будет обеспечено при угле раствора между лезвием ножа и рабочей кромкой противорежущей пластины.

    Силу резания R разложим на составляющие: нормальную N к лезвию и касательную Т, направленную вдоль лезвия. Предположим, что в момент начала защемления материала угол оказался

    таким, что равнодействующая R сил нормального давления N и трения получила направление, перпендикулярное биссектрисе угла раствора .

    Тогда из перпендикулярности сторон двух треугольников следует, что

    /2 =, или = 2.

    Это предельно допустимый угол раствора, так как при его увеличении проекция равнодействующей силы R не будет равна нулю и дает составляющую, которая выталкивает материал из раствора лезвий наружу.

    Следовательно, режущая пара защемляет материал, если угол раствора равен или меньше двойного угла скользящего резания.

    В несимметричной режущей паре два угла скользящего резания: угол скользящего резания лезвия ножа по материалу, угол скользящего резания материала по противорежущей кромке. Полное защемление наступит при условии

    ,

    где - наименьший из углов .

    Экспериментально установлено, что в дисковых соломорезках угол защемления находится = 40…500, в барабанных – = 24…300.

      1. Теория режущего аппарата дисковой соломорезки
      2. Для обеспечения нормальной работы режущего аппарата, работающего по принципу ножниц с минимальным расходом удельной энергии, необходимо знать:

        • физико-механические свойства перерезаемого материала;
        • материал должен надежно защемляться режущей парой;
        • обеспечивать равномерной нагрузкой на вал измельчающего материала;
        • острота лезвия ножа, которая обеспечивается углом заточки (от 18…300).

        Эти требования в различной степени удовлетворяют конструктивными элементами режущей пары: формой ножа, размерами горловины, расстоянием от центра вращения ножа до противорежущей пластины, расстоянием от оси вращения до горловины, вылетом ножа в измельчителях с прямолинейным лезвием.

        Рассмотрим работу ножа с прямым лезвием.

        Нож может быть установлен в дисковых соломосилосорезках по радиусу и с определенным вылетом р относительно центра вращения. В первом случае материал будет резаться рубкой, т.е. сила резания совпадает с направлением движения ножа /τ = 0/. Этот случай мы рассматривать не будем, так как он является частным случаем при р = 0 .

        Р – вылет ножа, r – радиус-вектор к точке резания лезвия,

        - угол защемления.

        Из схемы видно, что лезвие ножа на участке А-А1 перережет материал сечением 1 – 2 – 3 – 4 .

        Скорость ножа в точке А

        ,

        где - угловая скорость ножа.

        Разложим скорость резания на нормальную к ножу и тангенциальную составляющие

        ,

        поскольку для нормальной скорости величина является радиусом вращения, перпендикулярным к ней

        ,

        поскольку величина Р является радиусом для тангенсальной скорости.

        При повороте ножа нормальная составляющая скорости резания растет, так как увеличивается , а тангенциальная составляющая остаётся постоянной, так как Р =const. Но нам известно, что

        .

        Следовательно, при резании пучка стеблей прямым лезвием ножа от начала к концу резания угол скольжения и коэффициент скольжения уменьшаются.

        Из рисунка видно

        ,

        т.е. с увеличением расстояния •r•cos, коэффициент скольжения уменьшается по закону равнобокой гиперболы и скользящее движение ножа резко убывает.

        Угол раствора режущей пары от начала к концу резания уменьшается. Вполне возможно, что в начале резания

        >

        В этом случае весь материал будет сгружаться в правую часть горловины, где условия резания менее благоприятны.

        Таким образом, использование прямого ножа не удовлетворяет ни одному из трех поставленных условий.

        Горячкин В.П. показал, что все недостатки, свойственные прямому ножу, можно устранить, применив нож с криволинейным лезвием по спирали Архимеда. Очень близкой к ней является дуга, вращающаяся по эксцентрической окружности. Поскольку она более проста в изготовлении, ее применяли как стандартную в соломосилосорезках.

        Что же собой представляет такой нож?

        Если вращать окружность с центром в О1 вокруг центра О, смещенного на величину е , то в качестве лезвия ножа можно использовать дугу 1-2, которая при своем вращении захватит кольцо с радиусами Ro + e и Roe.

        Горловина измельчителя должна располагаться между этими окружностями. При этом должно быть обеспечено

        ,

        а отношение эксцентриситета к радиусу малой окружности принимают:

        .

        В отличие от прямого лезвия с поворотом криволинейного угол скольжения увеличивается, следовательно, уменьшается сила трения резания и будет обеспечено выравнивание нагрузки в течение цикла резания.

        Угол раствора при повороте ножа увеличивается. Необходимо так выбрать отношение е/R0 и расположение горловины в кольце действия ножа, чтобы даже в конце резания было обеспечено защемление материала.

        .

        Одновременно необходимо обеспечить, чтобы угол скольжения на протяжении всего цикла был больше угла скользящего резания

        .

        Наиболее экономические условия работы получаются при =20…600.

          1. Удельная работа резания дискового измельчителя
          2. Рассмотрим схему сил, действующих со стороны лезвия ножа на материал. Положение прямого лезвия или касательной к криволинейному определяется радиусом-вектором и углом скольжения .

            При резании со скольжением равнодействующая сил сопротивлению, а следовательно, и сила резания отклонены от нормали к лезвию на угол скользящего резания .

            Мощность на процесс резания :

            Согласно теореме сложения для разности углов

            .

            Но /см. рис./, а и ,

            тогда

            Вт .

            В процессе резания часто используют понятие удельного давления – это нормальное усилие со стороны ножа на материал, достаточное для начала резания, отнесенное к единице длины нагруженного участка лезвия.

            .

            Для характеристики скорости резания пучка материала используют понятие скорости разрезания площади материала:

            ,

            откуда

            ,

            где – активная длина лезвия ножа.

            Подставим в формулу для Nрез значения и

            Чтобы определить работу, затраченную на резание в течение времени , необходимо умножить на . Чтобы определить удельную работу, отнесенную к единице площади, необходимо полученную работу разделить на /переменная величина/. Тогда удельная работа:

            Н/м .

            Горячкин В.П. назвал выражение характеристикой ножа. Здесь необходимо помнить, что с уменьшением удельное давление увеличивается быстрее, чем уменьшается , поэтому удельная работа увеличивается.

          3. Производительность и мощность на привод барабанного режущего аппарата

        Лезвия ножей в барабанном аппарате располагаются по спирали, а в развертке барабана – это прямые наклонные линии.

        Основными параметрами барабанного режущего аппарата являются расположение горловины относительно оси барабана и его диаметр.

        Если расположить горловину выше оси, то нож при внедрении в слой будет отталкивать его от барабана. Если расположить горловину ниже оси барабана, то ножи будут вытаскивать слой из обжимающих валков. И в том и другом случае возникают дополнительные

        силы, нарушающие процесс, увеличивающие затраты энергии и не обеспечивающие одинаковую длину резаня.

        Наилучшее расположение горловины будет по оси барабана, толщина разрезаемого слоя должна быть небольшой. В барабанных ножевых аппаратах происходит наклонное резание. При этом

        ==const = 24…300.

        Нормальная составляющая скорости резания имеет постоянное значение. Усилие резания одним ножом изменяется от активной длины лезвия ножа. Как видно из рисунка, активная длина лезвия вначале увеличивается, затем остается постоянной и к концу отрезания уменьшается до нуля.

        В соответствии с этим изменяется и нагрузка на вал барабана. Чтобы нагрузка на вал была равномерной, необходимо, чтобы по мере уменьшения активной длины одного лезвия настолько же увеличивалась длина следующего. Это произойдет, если начало последующего ножа установлено без зазора и перекрытия конца предыдущего.

        Диаграмма сил резания будет представлять равносторонние трапеции. В наклонных местах диаграммы усилия суммируются и общая нагрузка не будет иметь спадов и подъемов.

        Для обеспечения этого условия необходимо чтобы ножи в барабанном режущем аппарате устанавливались с перекрытием на величину a.

        Соотношение между параметрами барабана:

        .

        Так как принимают L = b, тогда

        ,

        где z – число ножей.

        Число ножей на барабане может быть от 2 до 8 , но обязательно четное количество для удобства балансировки.

        Производительность соломосилосорезки барабанного типа:

        ,

        где а и в – высота и ширина уплотненного слоя /размеры горловины/,

        – скорость подачи слоя материала, м/с,

        ρ – плотность слоя после вальцов, для соломы ρ = 120…160, для зеленой массы ρ = 350…500 кг/м3.

        Подачу слоя на один нож /длина резки/ можно выразить

        м,

        откуда скорость подачи:

        ,

        где n – частота вращения барабана, с-1.

        Или выразив скорость слоя через производительность, получим

        ; м .

        Мощность на процесс резания:

        .

        Достоинства барабанных измельчителей: равномерность нагрузки на вал. Недостатки: ограниченная производительность из-за необходимости подавать материал тонким слоем, наличие осевой нагрузки, трудность изготовления и заточки спиральных ножей.

        Контрольные вопросы.

        1. В чем отличие резания косопоставленным прямым лезвием ножа от резания лезвием, установленным параллельно нарезаемому материалу?

        2. В чем преимущество резания со скольжением по сравнению с резанием рубкой?

        3. Какое влияние оказывает на работу режущего аппарата увеличение угла скольжения т?

        4. Какое влияние на процесс резания оказывает изменение величины угла защемления материала режущей парой?

        5. С какой целью в измельчителях грубых кормов применяют криволинейное лезвие ножа?

        6. Что такое удельная работа резания и как она определяется1?

        7. Какое влияние на качество измельчения оказывает расположение горловины относительно оси барабана в барабанном режущем аппарате?

        8 .Что такое удельная работа резания и как она определяется?

        Дополнительная литература

          1. Мельников С. В. Технологическое оборудование животноводческих ферм. - Л.: Агропромииздат, 1985.
          2. Завражнов А.И., Николаев Д.И. Механизация приготовления и хранения кормов. - М.: Агропромиздат, 1990.
        - Содержание дисциплины

        Механизация измельчения зерновых кормов. Молотковые дробилки

        Закрепление материала
        Тестирование материала
        Содержание дисциплины

        Основы теории и расчет машин для очистки и мойки корне-клубнеплодов