Обоснование угла установки наклонной стенки загрузочного бункера измельчителя корнеплодов

Полный текст

Введение За счет высоких удельной объемной энергии и урожайности, хорошей усвояемости корнеклубнеплоды явно выигрывают по сравнению с другими кормами. При их смешивании с другими компонентами повышается поедаемость животными готовой смеси, а количество усваиваемых питательных веществ, находящихся в корнеплодах, может достигать 90% [1]. Однако чтобы питательные вещества более полно усваивались животными, необходимо провести правильную подготовку к скармливанию, в т.ч. измельчение. Одна из проблем процесса резания корнеплодов - повышенное соковыделение, вследствие чего возникают неоправданные потери витаминов. Поэтому создание измельчителей с научно обоснованными конструкционными и технологическими параметрами, обеспечивающих необходимое качество готового продукта, представляет собой актуальную задачу. Цель исследования Цель исследования состоит в определении оптимального угла наклона стенки загрузочного бункера в зависимости от размеров корнеклубнеплодов и вылета горизонтального ножа измельчителя. Материалы и методы Для измельчения корнеклубнеплодов на ломтики разработан опытный образец измельчителя (рис. 1). Опытная установка включает корпус, внутри которого смонтирован электродвигатель, посредством ременной передачи приводящий во вращение режущий диск. К диску винтами крепятся вертикальные и горизонтальные ножи. Режущий диск крепится к приводному валу с помощью предохранительной муфты, в конструкцию которой входят винт, прижимная и посадочная шайбы. Приводной вал вращается в опорных подшипниках кронштейна. Загрузка и выгрузка корнеплодов осуществляются через загрузочный бункер и выгрузную горловину. Наиболее полное описание конструкции и принципа работы представленного измельчителя корнеклубнеплодов дано в работах [2-4]. Результаты и их обсуждение Конструкционные и технологические параметры влияют на качество получаемого корма, что подтверждается результатами эксперимента [5-7]. В указанных работах приведены результаты, характеризующие влияние параметров режущих ножей и их окружной скорости на качество корма. В данной работе рассмотрим влияние угла α между горизонтальным ножом и наклонной стенкой загрузочного бункера (см. рис. 1, б) и определим его наибольшее значение в интервале от 0 до 90°, при котором не происходит перекатывание клубня через нож. Чем ближе угол α к 90°, тем в меньшей степени проявляется разрушение клубня смятием, которое более энергоемко, чем резание, и сопровождается существенным выделением жидкости. Рассмотрим схему действия сил в момент защемления клубня картофеля между горизонтальным ножом и наклонной стенкой загрузочного бункера (рис. 2). Для определения предельного состояния равновесия корнеклубнеплода, находящегося в загрузочной горловине в защемлении с плоскостью режущего диска, применим графоаналитическое решение без учета силы тяжести (полагаем, что сила действия стенки во много раз больше силы тяжести клубня). при силе . Согласно рис. 2, величина вылета горизонтального ножа относительно плоскости режущего диска выражается уравнением: , (1) где Rmax - максимальный радиус клубня, м; φ - угол между радиусом клубня, проведенным от начала лезвия ножа, и вертикалью, проходящей через центр клубня, град. Преобразуем уравнение (1), выразив угол φ, который связан с радиусом корнеклубнеплода Rmax и величиной вылета ножа h: . (2) Введем угол трения φтр, связанный с коэффициентом трения f корнеклубнеплода: . (3) В предельном равновесии перед перекатыванием клубня через нож равнодействующая сила суммы сил и пройдет через точку О лезвия ножа. Треугольник ОАС равнобедренный, и его углы АОС и ОСА равны между собой: АОС = ОСА = φтр. Введем угол β между прямой АС и горизонтальной плоскостью. С одной стороны, , (4) где α - угол, определяющий конструкционный параметр положения стенки загрузочной горловины по отношению к плоскости режущего диска, град. С другой стороны, из треугольника ОАС угол β выразим как: . (5) Приравняв выражения (4) и (5), получим: . (6) Из равенства (6) следует, что для предельного равновесия корнеклубнеплода в загрузочной горловине измельчителя угол α равен: . (7) Для отсутствия перекатывания корнеклубнеплода через нож угол α должен быть меньше значения, приведенного в выражении (7): . (8) Существенное уменьшение угла α может приводить к защемлению и раздавливанию корнеклубнеплодов, что нецелесообразно. Поэтому угол α рекомендуется принимать в пределах: . (9) Подставив в уравнение (9) выражения (2) и (3), получим зависимость угла наклона стенки загрузочной горловины камеры измельчения от ее конструкционных параметров: . (10) На основании уравнения (10) построены графики (рис. 3), характеризующие влияние размеров клубня и толщины ломтиков на предельную величину угла α между горизонтальным ножом и наклонной стенкой загрузочного бункера. Оптимальные значения толщины получаемых ломтиков взяты в соответствии с рекомендациями, данными в работе [8]. Из анализа графиков, приведенных на рис. 3, можно сделать вывод, что для увеличения минимального предельного значения угла α необходимо измельчать клубни меньшего диаметра. Увеличение толщины ломтиков также позволяет увеличить угол α между горизонтальным ножом и наклонной стенкой загрузочного бункера. Используя построенные графики, задаваясь необходимой толщиной ломтиков и зная диаметр измельчаемых клубней, можно определить предельное значение угла α между горизонтальным ножом и наклонной стенкой загрузочного бункера, при котором не будет происходить перекатывание клубня через нож. Выводы В результате проведенного теоретического исследования получено выражение, позволяющее определить необходимое минимальное значение угла установки стенки бункера измельчителя при известных размерах клубней и заданной толщине получаемых ломтиков. Для снижения выделения сока из клубней во время резания в предлагаемом измельчителе необходимо стремиться к получению более толстых ломтиков из корнеклубнеплодов меньших размеров.

Об авторах

П. А Савиных

Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого

Email: peter.savinyh@mail.ru
д-р техн. наук Киров, Россия

А. В Алешкин

Вятский государственный университет

Email: tism1@rambler.ru
д-р техн. наук Киров, Россия

С. Ю Булатов

Нижегородский государственный инженерно-экономический университет

Email: bulatov_sergey_urevich@mail.ru
канд. техн. наук Княгинино, Нижегородская обл., Россия

Р. А Смирнов

Нижегородский государственный инженерно-экономический университет

инж. Княгинино, Нижегородская обл., Россия

Список литературы

Дополнительные файлы