Конструктивно технологическая схема разрабатываемой плющилки для влажной зерновой смеси

Необходимость в разработке данной плющилки была показана выше. Снижение же себестоимости плющёной зерновой смеси, которую можно использоваться вмести с необходимыми добавками для скармливания свиньям и птице, а так же как добавку концентрированных кормов в процессе приготовления влажной кормовой смеси для крупного рогатого скота, может быть достигнуто за счёт: повышения качества приготовляемой зерновой смеси, обеспечивающего наибольшее усвоение энергии корма, высокой производительности плющилки, низкими удельными затратами и невысокой стоимостью. Всё это является основными зоотехническими требованиями для разработки конструктивно технологической схемы плющилки для влажной зерновой смеси.

           Чтобы обеспечить высокое качество готового продукта, необходимо в зависимости от влажности, обеспечить максимальное разрушение зёрен крахмала, а это означает возможность регулирования толщины готового продукта. Сохранение цельной структуры хлопьев возможно за счёт мягкого режима деформации, обеспечивающего регулирование скорости пластической деформации зерна и уплотнения хлопьев. Поэтому не обходимо понимать, что коэффициенты деформации зерновки в трех основных направлениях связаны между собой условием постоянства объема зерновки, отсюда  следует, что изменение размеров зерновки в направлении длины и ширины не происходит произвольно. Эти деформации взаимосвязаны. Сумма этих деформаций должна равняться деформации зерновки по высоте.

 

1)- Исходя из предъявленных выше требований в НГАУ ИИ была предложена конструкция,и было получено положительное решение на способ и конструкцию плющения Патент №

Рис.2.1. Конструктивно - технологическая схема разрабатываемого вальцового станка.

Рабочий процесс заключается в следующем влажная зерновая смесь из питательного бункера 2 попадает на верхнее полотно нижнего транспортёра 6, в зону приёма, и подводится к зоне захвата, где зёрна смеси захватываются и надёжно защемляются верхним полотном нижнего транспортёра 6 и нижним полотном верхнего транспортёра 7 последовательно, в зависимости от их крупности, деформируются, выравниваясь по толщине за счёт нарастающего линейного давления лент транспортёров и подаются в зону основного плющения, вальцами 8 и 9. Наличие зоны предварительного плющения у вальцово-ленточной плющилки конструкции Новосибирского ГАУ (смотри рис 2), обеспечивает захват зерен различных культур с широким диапазоном гранулометрического состава и позволяет осуществлять мягкую деформацию влажного зерна, в отличие от плющилок других конструкций. [3]

                                                

Рисунок 2.2. Схема рабочих зон вальцово-ленточной плющилки.

На рис.2.2. приведена схема рабочих зон, разрабатываемого вальцового станка который включает всебя гарантируемую зону захвата: I- зона приёма зерна, II- зона захвата, III- зона защемления, IV- зона предварительного плющения зерна, V- зона основного плющения зерна, а на Рис.3.1. приведена его конструктивно-технологическая схема.

 

Угол захватаопределим исходя из следующих соображений. На частицу материала (рис.3), находящегося между барабаном и лентой, действует сила давления P барабана, которая может быть разложена на вертикальную составляющую Рsinα₁ и на горизонтальную Рcosα₁. Сила Р вызывает силу трения Рf, где f — коэффициент трения между частицей и лентой.

Силу трения также можно разложить на горизонтальную и вертикальную составляющие.

Рисунок 3 – К расчету ленточной плющилки.

Для того чтобы частица втягивалась между барабаном и лентой, необходимо, чтобы втягивающая сила Рfcosα₁ и сила трения на ленте Nf при вращении барабана и перемещении ленты были больше выталкивающей силы Рsinα₁, т. е. должно соблюдаться условие:

Рfcosα₁ + Nf ≥ Рsinα₁                                                                     (3.1)

В силу малости веса частицы G и вертикальной составляющей силы трения Рfsinα_{1 ,} реакцию со стороны ленты можно представить как N=Рcosα₁ тогда условие захвата

     Рfcosα₁ + Рcosα₁ f ≥ Рsinα₁                                                              (3.2)

откуда

               2f ≥ tgα₁                                                                                                         (3.3)

или

              2tgφ ≥ tgα₁,                                                                                                        (3.4)

где φ – угол трения.

Следовательно, для обеспечения захватывания частицы материала барабаном и лентой необходимо, чтобы угол захвата а₁ был меньше или равен двум углам трения между материалом и барабаном, т. е.

              α₁ ≤ 2φ                                                                                                   (3.5)

Наибольший размер d_н частиц, которые могут быть втянуты барабаном и лентой, можно приблизительно определить из рисунка

R + е ≈ (R + d_н) cosα_1,                                                             (3.6)

где е – первоначальный зазор между барабаном и лентой, мм; R – радиус барабана, мм.

Тогда наибольший размер захватываемых частиц определяется выражением:

.                                                                     (3.7)

Отсюда находим диаметр барабана в зависимости от свойств материала и настраиваемого зазора.

.                                                                           (3.8)

 

Поскольку лента не является абсолютно твердым телом, ей свойственен прогиб в зоне контакта на величину y, который дает отклонениеленты от горизонта на угол α₂.  Данный угол также зависит от расстояния между барабанами ленточного транспортера и местом установки прижимного барабана:

,                                                                                     (3.9)

где L_б – расстояние между барабанами, мм; x – коэффициент смещения точки контакта.

Тогда реальный угол захвата определяется выражением:

                                                          (3.10)

Таким образом, прогиб ленты обеспечивает гарантированный захват частицы предлагаемым устройством.

Величина прогиба y зависит от таких факторов как материал, толщина и ширина ленты; окружное усилие на ведущем барабане; предварительное натяжение ленты; напряжений возникающих в захватываемых частицах при их деформации; влажности зернового материала.          

 

В ходе проведения теоретических исследований были получены выражения основных параметры плющилки: производительности Q (1) и мощности N (2) затрачиваемой на работу плющилки.

𝑄 = 𝑘 ∙ 𝛾 ∙ 𝑏 ∙ ℎ ∙ 𝑉_𝑇,                                                 (3.11)

 где k - коэффициент использования ширины ленты b (k < 1); γ - удельный вес зерновой массы; b – ширина ленты; h – высота слоя зерновой массы; Vт - скорость транспортёра.

𝑁 = 𝑘∙𝑘₁∙𝑘₂ / 2 ∙ 𝑄 ∙ (𝑓(∆ℎ)) ²                                        (3.12)

где k - некоторый коэффициент, учитывающий влияние сил трения и других видов сопротивления при работе плющилки (k > 1); k1 – коэффициент определяющий зависимости давления от степени сжатия. k2 – коэффициент определяющий пропорциональность степени деформации зерна в зависимости от увеличения деформации. Δh - абсолютная деформация зерновой массы.

 Анализируя данное выражений (2) и (3) можно сделать следующие выводы: - производительность плющилки пропорциональна конструктивным и режимным  параметрам b, V_T, технологическим  параметрам h, k,γ.

Мощность, затрачиваемая на работу плющилки пропорциональна производительности Q плющилки, коэффициентам k1 и пропорциональна квадрату разности начальной и конечной высоте зернового материала;

Цель исследований – установить зависимость величины деформации зерен пшеницы и гороха от степени деформации и коэффициента увеличения толщины хлопьев после снятия нагрузки, а также величину деформации зёрен в предварительной зоне плющилки.

Условия, материалы и методы. Исследования проводились на зернах пшеницы и гороха при влажности 13%, 19% и 19%, 21%, соответственно. По программе экспериментальных исследований, изучение процесса деформации зерен пшеницы и гороха и восстановления их размеров после снятия нагрузки проводилось на приборе (рис-1). Величина сжатия зерновок определялась расстоянием между плитами, которое в опытах составляло: 0.5; 0.9; 1.2 и 1.5мм. С целью установления гарантированного расстояния, между плитами помещалась пластина необходимой толщины с отверстием в центре, куда перед началом опыта закладывалась зерновка. Расстояние между плитами в конце каждого опыта контролировалось индикатором. Исследования величины деформации зёрен пшеницы и гороха в зоне предварительного плющения проводились на плющилке конструкции Новосибирского ГАУ. Методика проведения опытов поясняется рисунком - 2. По результатам исследований рассчитывались: величина деформации зерновки – h; коэффициент увеличения толщины хлопьев – К.

 Величину деформации рассчитывали по выражению:

 ∆ℎ = 𝐵𝐻 − 𝐵𝐾,                                                     (3.14)

 где: Вн – начальная толщина зерновки, мм;

Вк – толщина хлопьев, мм.

Коэффициент увеличения толщины хлопьев определяли по выражению:                            К = Вк /𝛿,                                                     (3.15)

где: δ – расстояние между плитами (смотри рис. - 3).

 

Согласно конструктивно - технологической схеме плющилки (рис. 4), ее наклонный транспортер является основным структурным элементом плющилки, обеспечивающим мягкий режим за счет постепенной деформации зерновой массы по всей рабочей длине ленты. Основными параметрами наклонного транспортера являются его длина – lн и скорость движения наклонной ленты – Vн.