Сабиров Б.М., Дмитриев А.В.

Казанский государственный аграрный университет, Россия

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ ЗЕРНА

Для высокой продуктивности сельскохозяйственных животных необходимо обеспечение их полноценным, разнообразным рационом с нужными минеральными добавками. В качестве такого корма используются комбикорма, которые изготовляются в виде измельченной до требуемых размеров частиц однородной россыпи, в виде гранул, а также в виде крупки, получаемой путём измельчения гранул до частиц заданного размера.

Производство комбинированных кормов из зерна осуществляется на специальных комбикормовых линиях. Наиболее важной операцией в таких линиях является измельчение зерна, которое осуществляют с помощью специальных машин – измельчителей (дробилок). От правильного выбора типа дробильной машины и способа дробления зависят качество готового продукта.

Основными машинами для дробления зерна являются молотковые, конусные, дисковые, жерновые, стержневые и роторные дробилки. Перечисленные типы машин воздействуют на зерно различными способами – сжатием, раздавливанием, ударом, раскалыванием и стиранием [1, 2, 3, 10].

От правильного выбора типа дробильной машины и способа дробления в значительной степени зависят качество готового продукта и эффективность работы всей технологической линии.

Для дробления зерна при производстве кормов в условиях сельскохозяйственных предприятиях малых форм собственности применяют машины для дробления зерна, отличающиеся простотой исполнения, малой энергоемкости и удобством использования. Рассмотрим некоторые новые такие конструкции машин для дробления зерна.

Дробилка для зерна по приготовлению кормов, представленная на рисунке 1, содержит станину, привод, сито и отражатель. Загрузочный бункер с окном для выхода зерна закреплен на станине. На приводном валу размещена разгонная пластина. Рифли выполнены радиально загнутыми, с уменьшающейся высотой. Сито и отражатель выполнены в виде усеченных конусов. Такое исполнение конструкция ведёт к повышению производительности и качеству дробления зерна [6].

К недостатком данной конструкции можно отнести то, что материал сходит с разгонной пластины узкой струей, в результате чего на измельчение работает малая площадь отражательной пластины.

Следующая рассматриваемая нами дробильная машина для переработки зерна (рисунок 2) содержит основание, загрузочный бункер с окном для выхода зерна, измельчитель с защитным кожухом, причем последний установлен на основании, а измельчитель выполнен в виде электродвигателя, на валу которого установлена пластина и сито [7].

1 – станина; 2 – загрузочный бункер; 3 – окно для выхода зерна; 4 – приводной вал; 5 – привод; 6 – разгонная пластина; 8 – сито; 9 – отражатель

Рисунок 1 - устройство для измельчения зерна (Патент RU 253 4111).

Электродвигатель снабжен термопредохранителем, установленном на его обмотке. Загрузочный бункер закреплен на защитном кожухе через амортизирующие прокладки. Рабочие лопасти пластины заточены под углом 25±5°. Измельчитель установлен на основании под углом 85±4° к основанию. Сито выполнено в виде съемной сетки, при этом основание, съемная сетка и обечайка образуют камеру дробления, в которой расположена пластина с рабочими лопастями, установленная на валу электродвигателя. Применение такой машины повышает качество дробления зерна.

1 – основание; 2 – загрузочный бункер; 3 – измельчитель (в виде электродвигателя); 4 – защитный кожух; 5 – вал электродвигателя; 6 – пластина; 7 – рабочие лопасти; 8 – камера дробления; 9 – обечейка; 10 – съемная сетка; 11 – термопредохранитель

Рисунок 2 – Устройство для дробления зерна (Патент RU 151368)

Недостатками данной машины является высокая трудоемкость обслуживания, большой расход электроэнергии и массогабаритные характеристики измельчения зерна на фракцию типа муки, так как рабочие лопасти не имеют острой режущей кромки.

Следующая рассматриваемая нами модернизированная дробилка для зерна (рисунок 3) содержит дробильную камеру с ротором, вентилятор – швырялку, циклон, в которой установлено решето с зазором [8].

Вентилятор – швырялка зернопроводом соединен с выходом дробильной камеры, а кормопроводом сообщен с загрузочным бункером. В верхней части циклона установлен пылепровод, а в нижней – шлюзовой затвор, предназначенный для вывода готового продукта. В нижней части корпуса вентилятора – швырялки установлена ловушка твердых включений, предназначенная для удаления инородных тел из продуктовой смеси, состоящей из трех фракций: пылевидной, требуемого гранулометрического состава и недоизмельченного зерна.

1 – дробильная камера; 2 – ротор; 3 – циклон; 4 – решето; 5 – вентилятор - швырялка; 6 – зернопровод; 7 и 8 – кормопроводы; 9 – загрузочный бункер; 10 – пылепровод; 11 – шлюзовой затвор; 12 – ловушка твердых включений

Рисунок 3 – Модернизированная дробилка для зерна (Патент RU 151368)

Загрузочный бункер установлен над загрузочным окном дробильной камеры. Решето состоит из двух одинаковых по форме и размерам секций – внутренней и наружной. Секции установлены соосно без зазора, при этом наружная секция шарнирно соединена с механизмом поворота и установлена с возможностью поворота относительно внутренней секций. Настройка решета на необходимый размер рабочей ячейки производится путем поворота наружной секции решета относительно внутренней.

Недостатком данной машины является повышенная энергоемкость и сложность обслуживания.

Дробильная машина (рисунок 4) относится к устройствам для дробления зерна и других сыпучих материалов в сельском хозяйстве и комбикормовой промышленности [9].

1 – дробильная камера; 2 – ротор; 3 – молотки; 4, 5 – нижняя и верхняя деки;
6 – решето; 7 – окно загрузки; 8 – разрыхлители;

Рисунок 4 – Дробилка зерна (Патент RU 2568754)

Устройство содержит дробильную камеру, в которой размещены ротор с молотками, решето, нижняя и верхняя деки. На границах решета с деками дробильной камеры установлены разрыхлители.

Недостатком конструкции является образование однородного и расслоенного, в поперечном сечении, воздушно – продуктового слоя (ВПС), совершающего круговое движение внутри дробильной камеры. Расслоение ВПС представляет собой структуру, на периферии которой в большей части расположены крупные раздробленные и нераздробленные зерновки, а на противоположной части слоя, что ближе к центру вращения, - измельченные и переизмельченные зерновки. Это объясняется сепарацией частиц в слое измельчаемого материала под действием центробежных сил. Крупные частицы располагаются в основном на периферии кругового движения корма (на поверхности решет и дек), а мелкие – на внутренней поверхности слоя (в зоне действия молотков), при этом происходит переизмельчение мелких фракций корма. Крупные фракции корма перекрывают собой выход измельченного корма через решето и потребляют энергию на круговое вращение ВПС.

В результате проведенного анализа были найдены основные преимущества и недостатки существующих машин для дробления зерна, на основе чего мы предлагаем новую конструкцию дробилки (рисунок 5).

Основными элементами представленного устройства для дробления зерна является бункер, привод, приводной вал, верхний и нижний лопастной диск, сито и камера. В загрузочном бункере имеется окно для выхода зерна, через которое обрабатываемый материал поступает в дробильную камеру.

Повышение эффективности дробления происходит за счет того, что зерно, поступающее на верхний лопастной диск, разгоняется, ударяется об сито и получив некоторое разрушение отскакивает на нижний лопастной диск. Нижний лопастной диск разгоняет продукт дробления и направляет на отражатель для дополнительного ударного разрушения. Сито имеет отверстия диаметром равным необходимому диаметру дробленого продукта.

1 – станина; 2 – загрузочный бункер; 3 – окно для выхода зерна; 4 – приводной вал; 5 – привод; 6 – верхний и нижний лопастной диск; 7 – сито; 8 – камера.

Рисунок 5 – Устройство для дробления зерна

Полученная дробилка имеет следующие преимущества: объемная камера дробления, два разгонных лопастных диска, сито и камера выполнены в виде трапеции. Такое исполнение конструкции ведет к повышению производительности и качеству дробления зерна.

Использование предлагаемого устройства для дробления зерна позволяет улучшить качество дробления путем повышения равномерности дробления. Кроме этого, её можно использовать в небольших (фермерских) хозяйствах.

Литература

1. Зиганшин, Б. Г. Повышения эффективности технических средств приготовления кормов в животноводстве на основе расширения технологических возможностей измельчителей : дис. … д-ра техн. наук : 05.20.01 / Зиганшин Булат Гусманович. – Казань, 2004. – 303 с.

2. Зиганшин Б. Г. Энергосберегающие технические средства в молочном животноводстве / Б. Г. Зиганшин, Р. Р. Лукманов, Р. Р. Гайнутдинов // Global Problems Of the State, Reproduction And Use Of Natural Resources Of the Planet Earth: материалы XXIX междунар. научн.-практ. конференции. – Лондон: IASHE, 2012. – C. 74-75.

3. Зиганшин Б.Г., Лукманов Р.Р., Дмитриев А.В., Халиуллин Д.Т. Разработка способа определения механических микроповреждений зерна. / Фундаментальные исследования. 2015. № 12-2. С. 264-267.

4. Лотфуллин Р.Ш. К определению силы удара зерна о деку пневмомеханического шелушителя / Р.Ш. Лотфуллин, Р.И. Ибятов, А.В. Дмитриев // Техника и оборудование для села. 2015. №10. С 38-40.

5. Лотфуллин Р.Ш., Ибятов Р.И., Дмитриев А.В. Влияние коэффициента восстановления зерна на процесс шелушения при его ударе о деку пневмомеханического шелушителя. Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-29: сб. трудов XXIX Междунар. науч. конф.: в 12 т. Т.5 / под общей редакцией А.А. Большакова. – Саратов: Саратов. гос. техн. ун-т; Санкт-Петербург: СПбГТИ(ТУ), СПбПУ, СПИИРАН; Самара: Самарск. гос. техн. ун-т, 2016. – С. 34-37.

6. Патент на изобретение 2534111 C1 RU, МПК В02С13/04, В02С9/00. Устройство для дробления зерна / В.И. Лобанов, С.Ю. Бузоверов, М.Ю. Жуков – Опубл. 27.11.2014.

7. Патент на изобретение 2341330 C1 RU, МПК В02С9/00. Устройство для дробления зерна / Е.Ф. Ширин, В.И. Шевцов, Л.Н. Сидоров, В.И. Цыгикало, Б.Б. Буняев – Опубл. 20.12.2008.

8. Патент на полезную модель 151368 U1 RU, МПК B02C13/00. Модернизированная дробилка для зерна / В.И. Широбоков, В.А. Жигалов, О.С. Фёдоров, Ю.А. Ясафов, А.Н. Бастригов - Опубл. 10.04.2015.

9. Патент на изобретение 2568754 C2 RU, МПК В02С13. Дробилка зерна / Е.М. Бурлуцкий, В.Д. Павлидис, М.В. Чкалова - Опубл. 20.11.2015.

10. Дробилка молотковая безрешетная : пат. 162595 Рос. Федерация : МПК В 02 С 13/02 / Зиганшин Б.Г., Дмитриев А.В., Хасанова Ф.Ф., Мусин Р.Р., Хайдаров Р.Р. ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Казанский государственный аграрный университет». Заявл. 07.05.2015 ; опубл. 20.06.2016. Бюл. № 17.