Повышение надежности рабочих органов кормодробилок молоткового типа

Дипломная работа

Повышение надежности рабочих органов

кормодробилок молоткового типа

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….5

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ...…………..10

1.1 Существующие виды измельчителей фуражного зерна………………10

1.2 Устройство молотковых дробилок………………………………………12

1.3 Классификация молотковых дробилок…………………………………16

1.4 Классификация факторов, влияющих на эффективность

рабочего процесса дробилки………………………………………………19

1.4.1 Виды молотков …………………………………………………………...26

1.5 Процесс дробления и износа молотков в исследованиях других

авторов……….………………………………………………………………33

1.5.1 Виды абразивного изнашивания……………………………………….41

1.5.1.1 Механизмы абразивного износа……………………………………...44

Выводы по главе………………. ………………………………………………47

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛОТКА ДРОБИЛКИ С ЗЕРНОМ………………………………………………………48

2.1 Расчет ресурса молотка ….………………………………………………..48

2.2 Определение оптимальных конструктивных параметров

экспериментального молотка…………………………………………….51

2.2.1 Силовой анализ взаимодействия молотка кормодробилки с зерном…………………………………………………………………………….51

2.2.2 Составляющие центробежной силы…………………………………...54

2.2.3 Движение продукта и воздуха в рабочем пространстве дробилки...56

2.2.4 Исследование силового взаимодействия продукта с рабочими

органами дробилки………………………………………………………59

2.3 Влияние угла отклонения молотка от радиального положения на его износ….…..…………………………………………………………………61

Выводы по главе …………………………………………………………….....69

3 ОБЩАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ…………………………………………………...………...70

3.1 Программа исследований………………………………………………....70

3.2 Методика экспериментальных исследований………………………….72

3.2.1 Методика определения динамики износа молотка…………………..74

3.2.2 Методика замера твердости рабочей поверхности молотка…..…...76

3.2.3 Методика замера износа молотка весовым способом……………….77

3.2.4 Методика определения ресурса молотка……………………………...78

3.2.5 Методика определения максимальной наработки молотков по

объему износившегося металла………………………………………...79

3.3 Методика проведения многофакторных экспериментальных

исследований………………………………………………………………..80

3.4 Точность измерений………………………………………………………..95

Выводы по главе …………………………………………………………….....98

4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ…...……………………...99

4.1 Расчет показателей надежности молотков кормодробилки статистическим методом………………………………………………………99

4.1.1 Расчет показателей надежности пластинчатых молотков

изготовленных из стали 3………………………………………………99

4.1.2 Расчет показателей надежности предлагаемых составных молотков рабочая грань изготовлена из стали У8А……………………………...…..105

4.2 Характеристика и анализ данных, полученных при изучении

динамики износа молотков……………………………………………108

4.2.1 Определение твердости рабочей поверхности молотков………….108

4.2.2 Определение динамики износа пластинчатых молотков изготовленных из различных сталей в зависимости от их наработки………………………………………………………………………109

4.2.3 Определение динамики износа предлагаемых составных молотков……………….……………………………………………………….111

Выводы по главе ……………………………………………………………...114

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ………….115

5.1 Экономическая оценка эффективности предлагаемых молотков

кормодробилки……………………………………………………………115

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ……...……………………………………………………122

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.……………………...124

ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………136

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача агропромышленного комплекса России – значительное увеличение продукции земледелия и животноводства, обеспечение высоких и устойчивых темпов развития сельскохозяйственного производства.

Важнейшее условие успешного развития животноводства - создание прочной кормовой базы, совершенствование средств механизации и автоматизации процесса производства и переработки кормов. С этой целью наращивается количество площадей сельскохозяйственных угодий занятых кормовыми культурами [1].

Для уменьшения эксплуатационных издержек, затрат живого труда на производство кормов и обслуживание животных требуется обеспечить дальнейшее снижение себестоимости продукции животноводства и птицеводства.

Физиологические требования животного сводятся к тому, чтобы корм был питательным, легко переваривался, охотно поедался. Корм не должен содержать вредных примесей влияющих на здоровье животного.

Один из эффективных путей использования кормового сырья связан, прежде всего, с рациональными техническими приемами его обработки. Современные технологии приготовления кормов дают возможность сохранить питательность, повысить усвояемость животными, а так же обогащать в процессе обработки различными добавками [2, 3].

По мере расширения промышленных способов производства животноводческой продукции возрастают требования к переработке кормов, значительная часть которых скармливается в измельченном виде для максимального использования питательных веществ. Особое место в комбикормах для животных и птицы занимает фуражное зерно, доля которого доходит до 60% [4].

Зерно измельчают до определенной степени в зависимости от свойств корма, вида и возраста животных. Критерием степени измельчения служит модуль помола. Для каждого вида животных имеются свои допустимые границы степени измельчения материала: для свиней модуль должен быть 0,2-1 мм (мелкий помол), для крупного рогатого скота 1-1,8 мм (средний), для птиц 1,8-2,6 мм (грубый). При этом остаток на сите диаметром 3 мм не должен превышать 5%, 12% и 30% для мелкого, среднего и крупного помола соответственно по ГОСТу 23445-79 «Дробилки кормовые молотковые».

Процесс разрушения материалов на части под действием внешних сил является основным и широко распространенным в комбикормовой, мукомольной промышленности [5,6].

Процесс измельчения исследуется очень давно, однако, до сих пор нет общей теории взаимодействия молотка с зерном. Отсутствие такой теории затрудняет обобщение экспериментальных данных направленных на выявление сложных зависимостей между факторами, определяющими результат измельчения. Отсутствует системный подход к изучению процесса дробления, включающего, с одной стороны, измельчающее устройство - с другой - зерно. В результате чего исследователи часто приходят к противоречивым мнениям относительно влияния тех или иных факторов на эффективность измельчения и предлагают различные пути усовершенствования машин.

Молотковые дробилки используются в 90% всех технологических линий по приготовлению концентрированных и комбикормовых кормов. Они наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемые к измельчающим машинам, и составляют самостоятельную группу высокоскоростных машин ударного действия. Исходя из этого, в качестве объекта исследований принимаем технологический процесс измельчения зерна кормодробилкой молоткового типа.

Из опыта работы предприятий известно, что минимальный ресурс имеют молотки. По разным данным [7] срок службы молотков, в зависимости от перерабатываемого продукта, составляет от 72 до 300 часов. Ресурс других органов на 1-2 порядка выше. Таким образом, самым слабым звеном в дробилке является молоток. Неэффективность использования молотков выражается в выбраковке молотков, пригодных к работе, или использованию изношенных молотков. Это приводит к повышенному расходу оборотных средств на закупку молотков и на оплату электроэнергии. Повышение надежности работы молотков в сочетании с простотой и надежностью дробилки в целом сделало бы этот тип измельчителей одним из совершенных. Указанные обстоятельства и послужили снованием для обоснования конструктивных параметров молотка.

Эффективность использования предлагаемых молотков заключается в том, что при использовании данного молотка происходит преобладание прямых ударов, что в свою очередь ведет к снижению износа молотка.

Цель исследования: Повышение надежности работы кормодробилок за счет обоснования конструктивных параметров молотка и выбора материала для его изготовления.

Задачи исследования:

Провести анализ факторов, влияющих на эффективность работы кормодробилок.
Теоретически и экспериментально обосновать процесс износа рабочих органов (молотков) кормодробилок.
Обосновать оптимальные рабочие параметры предлагаемого молотка кормодробилок.
Разработать методику оценки износа рабочих органов (молотков) кормодробилок.
Дать технико-экономическую оценку и практические рекомендации по полученным результатам.

Объект исследования: Процесс износа молотка в кормодробилке молоткового типа.

Научная новизна: В результате теоретических и экспериментальных исследований определены зависимости износа поверхностей молотка от угла отклонения рабочей грани молотка. Разработана лабораторная установка, предназначенная для определения угла отклонения молотка от радиального положения, которая защищена патентом Р.Ф. на полезную модель № 51900 [8], а так же предложена, новая конструкция составного молотка, защищенная патентом Р.Ф. на изобретение №2270058.

Практическая ценность: На основании проведенных исследований обоснованны конструктивные параметры молотка, которые обеспечивают повышение ресурса работы молотка и кормодробилки в целом, а также ее эффективность эксплуатации. Предлагаемая конструкция молотка предназначена для установки в серийные кормодробилки.

Апробация: Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Оренбургского государственного аграрного университета в 2003-2006 гг.; на региональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов сельского хозяйства, на научно-практической конференции, посвященной 50 – летию освоения целины. Представлялись на областной выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ-2004 г.

Публикации: По материалам диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе два патента на изобретение и два патент на полезную модель.

Внедрение: Опытные образцы молотков проходили проверку и были внедрены в ООО «Им. 11 Кав. дивизии» Оренбургского района Оренбургской области с целью определения пригодности к эксплуатации опытных образцов, а также получения исходных данных для расчета экономической эффективности и внедрения в производство.

Объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы (120 наименований) и приложений. Работа изложена на 153 страницах машинного текста, содержит 14 таблиц, 39 рисунок и 5 приложений.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы Оренбургского государственного аграрного университета.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Существующие виды измельчителей фуражного зерна

Механическое измельчение материалов основано на приложении внешних сил, превышающих молекулярные силы сцепления материала.

Твердый материал можно разрушить и измельчить до желаемого размера раздавливанием, раскалыванием, истиранием, ударом и различными комбинациями этих способов [10,11].

Раздавливание (рис. 1.1 а). Тело под действием нагрузки формируется по всему объему и, когда внутреннее напряжение в нем превысит предел прочности сжатию, разрушается. Результатом такого разрушения является получение частиц различного размера и формы.

Раскалывание (рис. 1.1 б). Тело разрушается на части в местах концентрации наибольших нагрузок, передаваемых клинообразными рабочими элементами измельчителя. Образующиеся при этом частицы более однородны по размерам и форме, хотя форма, как и при раздавливании, постоянна. Этот способ позволяет регулировать крупность частиц.

Резание (рис. 1.1 в). Тело делится на части, причем на заранее заданные размеры и форму. Процесс полностью управляем, и частицы имеют заранее заданные размер и форму.

Истирание (рис. 1.1 г). Тело измельчается под действием сжимающих, растягивающих и срезающих сил. При этом получают порошкообразный продукт.

Стесненный удар (рис. 1.1 д). Тело распадается на части под действием динамической нагрузки. При сосредоточенной нагрузке получается эффект, подобный тому, что происходит при раскалывании, а при распределении нагрузки по всему объему эффект разрушения аналогичен раздавливанию.

Рис. 1.1 Способы измельчения материала

а - раздавливание; б - раскалывание; в - резание; г - истирание;

д - стесненный удар; е - свободный удар; ж - вибрационно-ударное воздействие.

Различают разрушение тела вибрационным и свободным ударом. Вибрационный удар (рис. 1.1 ж) тело разрушается между двумя органами измельчителя. Эффект такого разрушения зависит от кинетической энергии ударяющего тела.

Свободный удар (рис. 1.1 е) тела наступает в результате столкновения его с рабочими органами измельчителя или другими телами в полете.

Эффект такого разрушения определяется скоростью их столкновения независимо от того, движется разрушаемое тело или рабочий орган измельчителя.

В измельчителях частицы разрушаются в результате воздействия разного рода [12,13] отличающихся локализацией приложения внешней силы, а именно разломом, раскалыванием, раздавливанием, резанием, а также скоростью нарастания напряжений от медленного сжатия до высокоскоростного удара. Причем удар может быть приложен к свободным частицам, движение которых не ограничено препятствием, и к частицам, перед ударом, покоящимся на каком - либо препятствии, полностью или частично ограниченные возможностью перемещения после удара. В каждом из перечисленных типов воздействия для разрушения частиц затрачивается определенное количество энергии.

Из перечисленных способов раскалывание применяют для получения кусковых материалов. Разламывание применяют для получения кусков материала определенного размера и заданной формы, этот процесс сопутствует другим способам измельчения. Истирание применяют для тонкого измельчения мягких и вязких материалов. При этом его всегда комбинируют с раздавливанием или ударом. Истирание улучшает процесс тонкого измельчения и перемешивания материалов, при этом происходит увеличение расхода энергии и износ рабочих органов измельчителя. Причем может происходить попадание продуктов износа рабочих органов измельчителя в измельченный материал, что нежелательно с точки зрения ведения процесса [14,15].

Из известных способов механического нагружения материалов с целью их разрушения, таких как удар, сжатие, истирание, сдвиг, резание, нашли наиболее широкое применение удар и сжатие. Выбор и применение того или иного способа механического воздействия с целью измельчения материала зависит от его физико-механических свойств [16, 17].

Все перечисленные способы характеризуются полезной работой, пошедшей на ведение процесса. Ее количество определяет эффективность ведения процесса.

1.2 Устройство молотковых дробилок

В технологии приготовления кормов наиболее распространенными процессами являются измельчение и смешивание. Основными машинами для измельчения зерна и других материалов, являются измельчители ударного действия – молотковые дробилки. Они перерабатывают до 70% сырья, вводимого в состав комбикормов - это обусловлено рядом их преимуществ: простота устройства, компактность установки, динамичность рабочих режимов, высокие скорости рабочих органов и возможность непосредственного соединения вала машины с электродвигателем [18].

Имея ряд преимуществ, молотковым дробилкам свойственны и существенные недостатки: высокая энергоемкость, неравномерность гранулометричесхого состава получаемого продукта с повышенным содержанием пылевидных частиц, интенсивный износ рабочих органов.

Поэтому внесение в их конструкцию различного типа изменений, направленных на получение качественного готового продукта и снижение износа рабочих органов является актуальной задачей в настоящее время.

Изучение рабочего процесса молотковой дробилки неразрывно связано с историей ее развития. Исследованием рабочего процесса молотковой дробилки занимались такие ученые как: C.В. Мельников, П.М. Рощин, В.Р. Алешкин, В.И. Сыроватка, И.В. Макаров, Ф.С. Кирпичников, Ф.Г. Плохов, А.А. Зеленев, И.И. Ревенко, В.М. Прощак, Н.Ф. Игнатьевский, В.А. Елисеев, Ю.Н Баранов, А.А. Сундеев, А.М. Карнов и другие.

В результате этих исследований в конструкцию дробилок были внесены изменения, которые позволили улучшить их технические характеристики. Несмотря на большое количество выполненных исследований, не все стороны функционирования молотковой дробилки достаточно глубоко изучены. Это объясняется, прежде всего, сложностью процессов, происходящих в дробильной камере и большим разнообразием вариантов конструкций, а также наличием сложных взаимосвязей конструктивных элементов и протекающих процессов[19].

В настоящее время существует довольно большое разнообразие дробилок, но, несмотря на это, они все имеют общие конструктивные элементы и аналогичные недостатки при работе.

В зависимости от организации рабочего процесса в дробильной камере, различают дробилки открытого и закрытого типа. В дробилках открытого типа материал из дробильной камеры быстро удаляется, не замыкая при своем перемещении окружности. В них измельчаются главным образом крупно кусковой, хрупкий, сухой и не мажущийся материал (гранулы, мел, ракушка, соль);

Совершенствованием технологических схем молотковых дробилок занимались многие ученые [20, 21, 22, 23, 24].

Широко распространенные технологические схемы представленные в виде структурных блоков (рис.1.2), показывают наличие двух типов дробилок, работающих по открытому или закрытому (с рециклом) циклом. К первому типу относится структурная схема «а», ко второму - схема «б».

В дробилках закрытого типа решето по периметру располагают в рабочей камере. Материал, поступивший в рабочую камеру, вовлекается в круговое движение, располагаясь в виде рыхлого воздушно-продуктового слоя. Здесь материал измельчается путем многократного воздействия молотков и истирание его о поверхность решета.

Структурные схемы а, б и г относятся только к безрешетным дробилкам, а структурная схема в - как к безрешетным, так и к решетным дробилкам [25].

В зависимости от назначения машины та или другая часть камеры может отсутствовать. Так, у некоторых дробилок увеличена решетная поверхность, т.е. решето охватывает барабан по всему периметру.

В молотковых дробилках сельскохозяйственного назначения обычно устанавливают деки гладкие, рифленые и зубовые или контрмолотки. При измельчении зерна в основном применяют рифленую деку.

В зависимости от измельчаемого материала формы молотков бывают так же весьма разнообразны. По способу установки на ротор они подразделяются на шарнирные и закрепленные. Доказано, что при построении формы молотка необходимо, чтобы передача усилий на ось пальца была минимальной [26, 27, 28].

Рис. 1.2 Технологические схемы работы дробилок в виде структурных блоков

Шарнирное крепление молотков предупреждает возможные аварии при контакте с крупными твердыми предметами, попавшими в дробильную камеру, и предотвращает передачу энергии удара на вал машины.

Для отвода готового продукта и регулировки степени измельчения служат решета. В кормодробилках применяют преимущественно гладкие решета с пробивными отверстиями. Угол охвата решетом барабана варьирует от 90 до 360 градусов.

Не маловажная роль в конструкции молотковых дробилок отведена деке. Деки бывают чугунные рифленые или стальные с пробивными отверстиям. Вместе со сплошной стенкой они образуют шероховатую поверхность, тормозящую движение кольцевого слоя материала в камере и тем способствуют его измельчению.

При измельчении зерна на дробилках открытого типа в качестве контролирующего элемента, то есть элемента регулировки степени измельчения, применяются различной конструкции сепараторы, установленные в разделительной камере [29, 30].

Для отвода материала из зарешетного пространства и его транспортировки, во многих дробилках используют вентиляторы, которые чаще всего устанавливаются на одном валу с ротором дробления. В некоторых случаях вентилятор и ротор совмещены, в результате чего полнее используется воздушный поток, создаваемый ротором дробилки.

1.3 Классификация молотковых дробилок

Молотковые дробилки, применяющиеся в комбикормовой промышленности и сельском хозяйстве для измельчения зерна, подразделяются на группы по различным признакам (рис. 1.3).

По назначению:

1) Специализированные (или простые) – дробилки для измельчения одного или нескольких видов зернового сырья;

2) Универсальные - дробилки для зерновых кормов, оборудованные режущим устройством для измельчения сочных стебельных кормов.

По организации рабочего процесса:

1) Открытого типа - безрешетные дробилки, имеющие свободный выход в конце зоны измельчения, через который измельченный продукт полностью удаляется из рабочей камеры;

2) Закрытого типа - решетные дробилки, оборудованные встроенным решетом, через сепарирующую поверхность которого просеивается измельченный продукт.

По конструктивным признакам:

1) Дробилки с одним или двумя роторами;

2) С горизонтальным или вертикальным расположением оси ротора;

3) По расположению опор вала ротора (двухопорное или консольное);

4) По способу крепления молотков (шарнирное или жесткое);

5) По расположению молотков на развертке ротора (рядное, шахматное или по винтовой линии);

6) С подачей материала самотеком или принудительно;

7) С периферийной (радиальной), боковой или осевой (центральной) загрузкой;

8) По наличию деки.

Рис. 1.3 Классификация молотковых дробилок по способу

организации рабочего процесса [31]

1.4 Классификация факторов, влияющих на эффективность рабочего процесса дробилки

1 Конструктивные:

1) Способ питания;

2) Размеры рабочей камеры;

3) Размеры и форма молотков;

4) Количество пакетов молотков и количество молотков в пакете;

5) Порядок расстановки молотков;

6) Зазор между концами молотков и решетом;

7) Тип решета, его толщина, размер и форма отверстий;

8) Конструкция и размер деки.

Перемещение материала в дробильной камере рабочей поверхностью молотка зависит от диаметра ротора. Чем меньше диаметр ротора, тем меньше затрачивается энергии на бесполезное перемещение материала, тем эффективнее работа дробилки. Целесообразно выбирать диаметр ротора в пределах 200 - 500 мм.

Ряд авторов [32, 33] исходя, из результатов своих исследований указывают на необходимость увеличения числа молотков на роторе дробилки. Однако автор работы [34] считает, что увеличение числа молотков на роторе дробилки приводит лишь к увеличению мощности на привод дробилки без существенного возрастания производительности. В работах [35, 36] также отмечается целесообразность уменьшения числа молотков на роторе.

В.А. Елисеев и А.М. Тарасенко в работе [37] установили, что для дробилки с диаметром ротора 0,5 м оптимальным является число пакетов молотков, равное 9...10. Однако увеличение числа пакетов вызывает некоторый рост удельного расхода энергии. Аналогичные результаты приводит автор работы [38].

Конструкция рабочих органов:

а) Молотки: форма, размеры, количество, способ размещения, масса;

б) Форма (тип), размеры деки: угол охвата;

в) Решето: угол охвата, размеры отверстий, форма (тип отверстий, живое сечение).

Организация воздушного режима.

а) Внутри камеры по типу центробежного вентилятора, по типу диаметрального вентилятора;

б) В дробильной установке: незамкнутой, замкнутый с внешним и встроенным вентиляторами, без вентилятора.

2 Механические:

1) Скорость поступления исходного материала в камеру измельчения;

2) Окружная скорость молотков;

3) Воздушный режим дробилки;

4) Колебания молотков;

5) Момент инерции ротора;

6) Скорость слоя.

Исследования рабочего процесса молотковых дробилок проведенные В. В. Степановым показали, что при обеспечении центрального удара по зерну, жмыху и другим кормам скорость молотков, равная 40-45 м/сек, при надлежащей массе молотков, во всех случаях является разрушительной.

Для разрушения зерна ячменя необходимы следующие скорости удара:

для разрушения 18% массы 26,1 м/с;

для разрушения 65% массы 65,5 м/с;

для разрушения 100% массы 100-144 м/с.

В современных конструкциях кормодробилок скорости молотков находится в пределах от 40 до 80 м/с, в дробилках комбикормовых заводов – до 100 м/с и выше.

Скорости молотков в современных кормодробилках

Дробилки	Скорость молотков, м/с
Ф-1М	77,0
КДУ-2	71,3
КДМ-2	71,3
КДМ-3	76,5
ДМ-440У	68,0
ДБ-5	76,5
ДДМ	75,0
А1-ДДР	97,0

Угловое ускорение барабана должно соответствовать определенным пределам, иначе вся конструкция барабана в процессе дробления будет испытывать значительные динамические перегрузки, что в свою очередь ускорит износ рабочих органов (молотков). По данным Н.Р. Худабердиева, для барабанов кормодробилок угловое ускорение составляет Е = 10-17 рад/с² [39].

Степень неравномерности вращения барабана является важной динамической характеристикой барабана, оцениваемая относительным изменением угловой скорости.

Неравномерность вращения Q_w возникает вследствии колебаний нагрузки, обусловленных непостоянством свойств материала и подачи его в машину. В расчетах допускают Q_w = 0,04-0,07.

При оптимальной загрузке измельчаемый материал перемещается по рабочей поверхности дробильной камеры в направлении вращения ротора рыхлым слоем толщиной 15-35 мм. Скорость слоя в зоне деки составляет 20-25%, а в зоне решета она равна почти половине скорости молотков. Это нежелательно, так как снижает эффект удара молотков по частицам, затрачивается энергия на перемещение слоя и в результате трения образуется переизмельченный продукт. Скорость частиц продукта, движущихся в воздушном круговом потоке у поверхности гладкого штампованного сита, составляет 45-57% от окружной скорости молотков при зазоре между молотком и ситом, равном 4 мм.

3 Технологические:

1) Физико-механические свойства исходного материала (влажность, пленчатость, крупность);

2) Предварительное плющение исходного материала;

3) Величина подачи исходного материала;

4) Рециркуляция крупной фракции;

5) Степень измельчения готового продукта.

Технологический процесс измельчения кормов на молотковых дробилках весьма сложен и зависит от степени измельчения, технологических свойств кормов, физико-механических свойств измельчаемого материала и загрузки рабочей камеры и др.

Степень измельчения кормов n называется отношение средневзвешенного диаметра частиц исходного материала Dс к средневзвешенному диаметру частиц измельченного материала d_c, т.е. n=D_c/d_c.

Однако в связи со сложностью определения средневзвешенных диаметров частиц D_с и d_c в практике сельскохозяйственного производства и в комбикормовой промышленности пользуются упрощенным понятием и методом определения степени измельчения, разработанным в Пушкинской зоотехнической лаборатории.

Сущность метода заключается в определении величины среднеарифметического размера поперечного сечения частиц размолотого корма показателя М в мм.

Технологические свойства кормов - совокупность химических и физико-механических свойств, обуславливающих поведение сырья в процессе переработки.

Химические свойства сырья зависят от его состава, т.е. содержания в компонентах комбикормов протеина, клетчатки, жира и других веществ.

Основные физико-механические свойства компонентов и комбикормов: влажность, гранулометрический состав, структурно-механические свойства, плотность, объемная масса, фрикционные свойства, аэродинамические свойства, вязкость, самосортирование и др.

Влажность - один из важнейших показателей физических свойств компонентов и комбикормов.

Зерновые корма по содержанию влаги делятся на сухие (до 14%), средней сухости (14-15,5%), влажные (15,5-17%) и сырые (свыше 17%). Сухие и средней сухости зерновые корма сравнительно легко измельчаются. Измельчение влажных кормов затруднительно из-за повышения абсолютной деформации зерна, которую она претерпевает до разрушения. Сырые же корма во все не пригодны к измельчению. Сушка сырых зерновых кормов является обязательным условием их переработки.

Физико-механические свойства кормов указывают структурные особенности продукта с его реакцией на механические воздействия. Эти свойства определяют процесс измельчения сырья, выход и качество продуктов дробления, расход электроэнергии на измельчения зерна и различных компонентов комбикормов. Главными критериями оценки механических свойств материалов служат прочность и твердость.

а) Прочность представляет собой способность материала противостоять разрушению под воздействием приложенных усилий, обуславливает расход энергии на дробление и конечном итоге, выбор рабочих органов дробильных машин. Этот показатель определяют расходом энергии на единицу вновь образованной поверхности П=Е/F.

б) Твердость зерна - способность его поверхностных слоев сопротивляться деформациям. Для зерна измеряют микротвердость. Микротвердость зерна оценивают по величине отпечатка алмазной пирамидки на поверхности среза зерна (определяют на приборе ПТМ-3). Микротвердость оболочек сухого зерна пшеницы 50…70 МПа, а эндосперма 70…170 МПа. При повышении влажности до 16…17% микротвердость снижается: оболочек до 20…30 МПа, эндосперма до 40…70 МПа. При влажности около 25% микротвердость эндоспермы зерна разных культур становится одинаковой.

Многие авторы, занимающиеся процессами разрушения зерна, исследовали влияние отдельных факторов, но в связи со сложностью протекания процессов разрушения были вынуждены оставлять остальные факторы неизменными. Проведение исследований на различных моделях дробилок, отсутствие единой методики, а также влияние различных факторов привели к появлению выводов и рекомендаций, которые зачастую противоречили друг другу. Поэтому разработка новых конструкций молотковых дробилок долгое время осуществлялась без достаточного научного обоснования[40-44].

1.4.1 Виды молотков

К рабочим органам, изменяющим качественное состояние перерабатываемого материала, относятся молотки, решета и деки. Известно, что степень размола материала значительно снижается при износе рабочих граней молотков. Из литературных данных [45, 46], минимальный ресурс имеют молотки. Поэтому повышение ресурса молотка на данный момент остается актуальной задачей.

Виды молотков

Анализ работ, посвященных исследованиям молотковых дробилок, показал, что вопросам взаимодействия молотка и зерна не уделялась достаточного внимания [24]. Поэтому проектирование молотков даже в настоящее время ведется эмпирически, отсюда большое разнообразие их форм и размеров (табл. 1.1). Это разнообразие объясняется необходимостью иметь острые грани для интенсивности разрушения кормов. Наиболее широкое распространение получили пластинчатые молотки прямоугольной формы. У таких молотков используется четыре рабочие грани. Решающим фактором для обоснования той или иной формы молотка является простота и экономичность изготовления, а также критерий качества готовой продукции.

Конструктивные параметры изготовляемых молотков, как правило, близки к оптимальным, что еще более снижает резерв повышения эффективности работы дробилок за счет изменения конструкции их рабочих органов. В связи с этим встает вопрос о создании модели взаимодействия молотка с зерном, которая учитывала бы геометрические параметры молотков, свойства кормов и позволяла прогнозировать ресурс молотков.

Наиболее распространены пластинчатые молотки с двумя отверстиями - как прямоугольные, так и с вырезами, что позволяет осуществлять четырехразовую перестановку при износе одной из рабочих сторон [47, 14].

1.1 Обзор конструкций пластинчатых молотков кормодробилок

Необходимое условие «безударной» работы молотков

Наиболее сильные удары происходят при встрече частиц с концами молотков, когда последние занимают наивысшие положения. Эти удары при неудачной конструкции молотков передаются на всю дробилку и быстро выводят ее из строя.

Для снижения ударных воздействий ударная реакция молотков должна быть уравновешена на силу удара. Это достигается при условии отсутствия или незначительной ударной реакции в осях подвеса молотков.

Молотки кормоизмельчающих аппаратов можно рассматривать как физические маятники с двумя степенями свободы, совершающих сложное движение переносное, вращательное и колебательное вокруг общей оси барабана и относительное колебание относительно своих осей подвеса. В результате периодических ударов об измельчающий материал молотки отклоняются от своих радиально-равновесных состояний, а затем под действием центробежных сил снова стремятся к ним. Так совершается их колебание относительно своих осей в поле центробежных сил. Центр качания каждого из этих молотков, как и центр качания обычного физического маятника в гравитационном поле, представляет собой точку, в которой сосредоточена масса математического маятника с таким же, как у молотка, периодом колебаний [8]. Положение центра качания (точки К. на рис.1.5) зависит от формы, размеров молотка, от расстояния центра масс (точки М.) его до оси подвеса (точки О). У физического маятника расстояние от оси подвеса до центра качания - называется приведенной длиной, Iк, из механики, [48] определяется по формуле

(1.1)

где i - момент инерции маятника относительно оси подвеса;

m - масса маятника;

р - радиус инерции маятника;

с - расстояние центра масс маятника до оси подвеса (всегда с Iк).

При встрече быстро вращающегося молотка с порцией измельчаемого материала реакция Sу этого материала на молоток имеет характер мгновенной силы - удара. Точку приложения, равнодействующей этой реакции, называют центром удара (точку “у” на рис. 1.5).

Рис. 1.5 Схема взаимодействия молотка с зерном

При заданных размерах молотка центр качения занимает вполне определенное положение на молотке. В то же время в связи с неоднородностью и дискретностью измельчаемой массы, а так же непостоянством производительности дробилки, центр удара не сохраняет свое положение.

Если считать, что центр удара расположен на торце молотка ( то есть Iк = 0) и обозначить расстояние от оси 0 подвеса до торца через I, то получим известную зависимость

. (1.2)

Эта зависимость была сформулирована М.М. Гернетом [49] как теорема, по которой следует определять требуемое положение центра массы «уравновешенных на удар” молотков, и затем была принята для расчета размеров молотков С.В. Мельниковым [50], В.С. Пановой [51] и другими.

Проводить расчет в предположении, что центр удара и центр качения совпадают и располагаются на середине рабочего торца молотка, рационально в тех случаях, когда высота n порций материала, на которую воздействует передняя рабочая грань молотка, столь незначительна, что ею можно пренебречь. Это в какой-то мере допустимо при измельчении концентрированных мелкозернистых кормов, но не допустимо при измельчении стебельных и особенно крупностебельных кормовых корнеклубнеплодов.

Доказательством того, что центр удара очень часто располагается не у торца молотков, а на некотором расстоянии от него, может служить наличие довольно длинной зоны износа на передней грани молотков.

Поэтому в «Справочнике конструктора сельскохозяйственных машин» [52] дана рекомендация, считать центр удара расположенным на передней и в точке, удаленной на расстоянии 7,5-10 мм от торца.

Однако в «Справочнике» [53], как и в работах В.С. Мельникова; С.В.

Харламова [54,55] приведены одни и те же формулы для расчета расстояния оси подвеса до центра тяжести (центра масс) молотков для пластинчатых молотков с двумя отверстиями диаметром и (рис. 1.6).

Рис. 1.6 Схема для расчета расстояния центра масс маятника до оси подвеса

. (1.3)

для тех же молотков с одним отверстием

. (1.4)

. (1.5)

, (1.6)

где а и b - длина и ширина молотка.

Эти формулы выведены из допущения, что центр удара и центр качания совпадают, что не согласуется с приведенной выше рекомендацией справочника. В работе Ф.Е. Ялпачика [8] приводятся уточненные формулы для расчета

. (1.7)

для пластинчатого молотка с одним отверстием

. (1.8)

Как видно из рис.1.6 диаметр барабана при наличии размера Iтк

, (1.9)

где Rп - радиус окружности центров поперечных сечений осей молотков.

Для обеспечения устойчивого движения молотков, как известно [56], необходимо сохранять между Rп и Iк одно из следующих соотношений

. (1.10)

или (для больших размеров Дб)

. (1.11)

Длину а и ширину b молотка, уравновешенного на удар, рассчитывают по формулам

. (1.12)

. (1.13)

Число молотков на барабане определяется по формуле

, (1.14)

где b - длина барабана, м;

Дб - суммарная толщина дисков не перекрываемая молотками, м;

К_z - число молотков, идущих по одному следу;

- толщина молотка, м.

Число молотков должно удовлетворять следующим требованиям:

1) Молотковое поле должно быть полностью перекрыто молотками по ширине дробильной камеры;

2) Порядок размещения молотков не должен нарушать условий статической и динамической уравновешенности молотков. Данное обстоятельство ограничивает число возможных вариантов схем разверток.

Число молотков должно быть кратно количеству пальцев молотков z₁.

Отношение z/z₁ должно быть целое, четное число.

Молотки не должны ни разбрасывать к боковинам камеры, ни собирать к середине продукты подлежащие дроблению [57].

Все приведенные выше расчеты направлены на обеспечение безударной работы молотка. На наш взгляд, необходимо учитывать минимальную ширину рабочей грани молотка, которая позволяет обеспечивать безопасную и ‘безударную” работу дробилки. Данные по этому вопросу противоречивы. Необходимо произвести расчет минимальной ширины рабочей грани молотка для обеспечения эффективной эксплуатации дробилок.

1.5 Процесс дробления и износа молотков в исследованиях других авторов

Как и во всех отраслях, имеющих дело с обработкой или переработкой, проблема измельчения распадается на две различные части: физику процесса дробления и механику дробильных машин.

Одна из первых попыток обоснования работы молотка как рабочего органа молотковой дробилки, сделана в работе И.В. Макарова (1936 г.) [58], в которой он рассматривает уравнение движения молотка и приходит к выводу, что последний может отклоняться от радиального положения.

Из теоретических работ о процессе дробления необходимо отметить труды: В.П. Горячкина, М.Б. Фабриканта, П.Ф. Сушкова и др. [59].

А.А. Зеленев в своей работе [60] определяет влияние износа молотков на эффективность работы дробилок. Он установил, что:

Лучшими по форме при дроблении зерна являются пластинчатые молотки с радиально расположенными гранями;
Молотки, имеющие прямоугольную форму, работают немного хуже, чем молотки с радиальными гранями;
Толщина молотков для измельчения зерна должна быть 1,5-2 мм.

По мнению автора, уменьшение толщины молотков от 12 до 2 мм снижает удельный расход энергии на 25%. Однако А.А. Зеленев не определял величину износа молотков, а только его влияние на удельный расход энергии.

Определением износа жестко закрепленных молотков занимался и П.М. Лузии [61]. Он вывел зависимость удельного износа молотков от времени. В результате проведенных исследований он пришел к выводу, что удельный износ молотков зависит от измельчаемого материала, но не зависит от производительности.

На наш взгляд, при определении износа необходимо учитывать не только производительность, но и свойства материала, из которого изготовлен молоток.

Исследованиями рабочего процесса молотковой дробилки занимался В.В. Степанов [62]. В результате проведенных опытов он пришел к выводу, что процесс дробления зависит от большого количества факторов, основными из которых являются:

1) Форма, масса, окружная скорость и ширина молотков;

2) Наличие дек, их форма и размеры;

3) Наличие решет, диаметр их отверстий;

4) Механические свойства дробимого материала, крупность кусков,

прочность и др.;

5) Способ и место подачи материала в дробильную камеру;

6) Характер и скорость воздушного потока в зоне загрузки и др.

Вопросами износа молотков занималась А.А. Золотова [63]. Однако она не изучала процесс износа, а лишь констатировала факт износа и его влияние на неуравновешенность ротора. Она предлагает упрочнить рабочую кромку, но не указывает при этом, до какой твердости проводить упрочнение и на какой длине. В своей работе А.А. Золотова, приводит зависимость износа от времени:

t =, (1.15)

где g - износ молотков, мм;

t - время работы молотков, час;

а, b постоянные полученные в результате обработки опытных данных.

На наш взгляд, нельзя рассматривать зависимость износа только от времени, не учитывая физико-механические свойства перерабатываемого материала, окружную скорость и др.

Не понятно, что за время подразумевает автор? Если время работы, то тогда почему не учитывается время работы на холостом ходу. Может быть, подразумевается зависимость износа от наработки, а под постоянными а, b имеется ввиду свойства материала?

Вопросами износостойкости молотков кормодробилок занимался П.В. Андреев [64] Он предложил методику замера интенсивности нарастания износа рабочих граней. Для исследования характера кривой предельного износа молотков П.В. Андреев, проводил замеры нескольких комплектов изношенных молотков. По средним значениям радиус-векторов строились кривые износа рабочей грани, описываемые следующей эмпирической формулой.

J = 3,2 – (0,3 х + 0,01 х). (1.16)

По нашему мнению, эта методика не совсем удобна, так как необходимо для каждого молотка проводить замеры радиус векторов, а это очень трудоемкий процесс. Здесь же автор предлагает проводить упрочнение рабочей грани, однако он не приводит механизма упрочнения.

Закономерностям процесса измельчения посвятил свою работу В.И. Сыроватка [65]. В ней он детально рассмотрел процесс измельчения зерна в дробильной камере. В.И. Сыроватка предложил алгоритм с вычислением скорости движения частицы перерабатываемого материала по поверхности молотка и путь, который проходит данная частица. При испытании учитывались культура и масса перерабатываемого продукта, время работы кормодробилки и номер решета. Им определена и скорость молотка, необходимая для разрушения материала. В результате расчетов автор сделал предположение «... что в результате соударения частиц различных размеров, меньшие частицы всегда имеют большие скорости, а, следовательно, эффективнее разрушаются, кроме того, при соударении различных частиц между ними возникают одинаковые силы взаимодействия, которые вызывают напряжения и являются причиной разрушения». Однако автор при проведении своих экспериментов не учитывал фактор износа молотков и его влияния на все показатели рабочего процесса. Кроме того, им сделан ряд допущений: при ударе имеет место прямой удар (без дальнейшего скольжения); молоток при ударе не отклоняется. На наш взгляд, эти допущения необоснованны, так как удар по зерну состоит из двух фаз и их надо рассматривать вместе, а то, что молоток отклоняется от радиального положения предположено в других работах [66].

Вопрос износа молотков затрагивает в своей работе В.И. Грицаенко. Он считает, что «... молоток является наиболее изнашиваемым рабочим органом дробилки. Степень износа зависит от физико-механических свойств измельчаемого материала, степени измельчений, конструкции молотка...». Однако он рассматривает, как и многие другие авторы, только влияние изношенных молотков на технологический процесс дробления.

В области повышения износостойкости молотков проводились исследования рядом ученых ВИСХОМА и ВНИИживмаш [67]. По их мнению, молотки кормодробилок работают в условиях высокоскоростного контакта с ингредиентами кормов и посторонними частицами. Взаимодействие заключается в ударе этих частиц о лобовую поверхность, а также по рабочей поверхности. Угол удара частиц о рабочую поверхность непрерывно изменяется с нарастанием износа молотков.

По мнению проф. А.Н. Гудкова, [68] при ударе молотка по твердым и хрупким зернам (кускам) перерабатываемого материала (продукта) происходит мгновенное развитие деформации сдвига с образованием перемещения частиц по плоскостям скольжения, характеризующаяся резким скачкообразным увеличением кинетической энергии частиц (материала) зерна, то есть в данном случае решающее значение принадлежит кинетической энергии частиц, а не взаимной между частицами потенциальной энергии, имеющее свое основное значение при упругих деформациях.

По нашему мнению наиболее полно процесс взаимодействия молотка с зерном, рассматривает М.М. Тененбаум, выделяя при этом два совокупных процесса:

1) усталостное разрушение в микрообъемах из-за многократного деформирования поверхностных слоев ударами зерен и частицами примесей;

2) крошение вследствие скольжения этих частиц по рабочим поверхностям.

Б.И. Костецкий [69] и ряд других авторов считают, что усталостное изнашивание имеет место при трении качения. Мы считаем, что этот вид изнашивания возникает и в некоторых других случаях, когда на поверхностный слой детали действуют циклическая нагрузка. Именно с таким случаем мы сталкиваемся, рассматривая молотки кормодробилок.

Наряду с этим, высказываются предположения: второй процесс является доминирующим и при усилении скольжения возможна интенсификация изнашивания [70].

Вместе с тем М.М. Тененбаум, указывает на то, что «упрочнение поверхностного слоя не приводит к качественному изменению процесса изнашивания, в результате упрочнения происходит лишь снижение скорости изнашивания. В связи с этим не следует упрочнение рассматривать в числе прочих факторов определяющих процесс изнашивания...» [52].

Однако авторы не приводят данных, на каком сырье проводились эксперименты, каков ресурс предложенных молотков и какой профиль молотка брался для сравнения.

Много работ посвятил исследованию дробильных машин С.В. Мельников [60,71]. Он занимался исследованиями технологического процесса, влияния вибрации на расход электроэнергии износа на качество дробления. По его мнению, «… важнейшими являются эксплуатационные требования, направленные на повышение долговечности работы органов машин и надежности их работы, которая определяется тем, насколько они обеспечивают получение качественных показателей продукта при номинальной производительности дробилки. Повышение надежности молотков достигается главным образом выбором материала для их изготовления, а также режимов термообработки или армированием рабочих кромок твердыми сплавами».

Ю.А. Власов рассматривая процесс износа молотков, [72] определяет износ последней ступени, ступенчатого молотка. Он предлагает зависимость износа, а от количества переработанного зерна Q в виде:

а = , (1.17)

где К и m - эмпирические коэффициенты.

Им предложены формулы для сравнительной износостойкости молотков, изготовленных из сталей марок 65Г и 20 с цементацией граней:

а=

а=. (1.18)

По нашему мнению, система уравнений (1.4) не полностью описывает процесс износа, так как не включают в себя физико-механические свойства перерабатываемого продукта. Эта система уравнений не является универсальной, так как сам автор указывает на применимость ее только к молоткам из стали 65Г и стали 20.

Д.К. Батырмухаммедов исследуя закономерности изнашивания молотков [73] предложил формулу для определения величины их износа:

W= f(W₁), (1.19)

где W - износ;

W₁ - скорость износа.

Однако Д.К. Батырмухаммедов не раскрывает, что он включает в функцию «износ». Для определения профиля и скорости износа им получены следующие закономерности [73].

у = [-(х/g)]. (1.20)

W = - kW. (1.21)

На наш взгляд, формула (1.20) не совсем удобна в работе, так как является эмпирической и пригодна лишь для определенного типа молотков.

Формула (1.21) для определения износа также является эмпирической и коэффициенты и k определены только для одного типа перерабатываемого материала.

Вопросы развития процесса измельчения рассматривает в своей работе А.А. Сундеев. Он проанализировал влияние конструктивных параметров на процесс разрушения. Автор показывает, как за счет применения механических средств улучшить эффективность дробления и тем самым уменьшить износ рабочих органов [74]. Однако насколько уменьшается износ и увеличивается срок службы, А.А. Сундеев. в своей работе не показал.

Вопросы испытаний на износостойкость молотков кормодробилок рассматриваются и в работе В.И. Рублева [75]. Автор проводит исследования динамики изнашивания и приходит к выводу, что износ прямо пропорционален наработке:

J = , (1.22)

где - средний износ молотков;

Q - наработка кормодробилок;

N – количество испытуемых молотков.

Предложенная В.И. Рублевым методика проведения испытаний эффективна, но требует специального, сложного лабораторного оборудования.

В работе Р.С. Тируцуян, рассматриваются вопросы совершенствования рабочих органов молотковых измельчителей. Автор указывает на то, «… что по поводу рациональной формы молотков единых мнений нет” [76]. В процессе исследований автор проводит эксперимент с обычными молотка обтекаемой формы. Р.С. Тируцуян указывает на то, что ресурс экспериментальных молотков выше, однако испытания проводились на одном материале, а данных для работы с другим сырьем нет.

Вопросы износа молотков и его влияния на работу кормодробилок изложены в работах коллектива ученых под руководством Ф.Е. Ялпачика. Они рассматривают влияние износа молотков на передачу ударов осям подвеса [77], колебания модели молотка кормодробилки [78], определяют угол отклонения сегмента молоткового измельчающего аппарата [8].

В работе [78] говорится: «…износ молотка сопровождается изменением их приведенной длины, соответственно нарушение условий работы молотков без передачи ударных импульсов их осям. Следовательно, необходимо заранее знать, сколько материала должен переработать молоток, чтобы не нарушилось условие работы без удара. В работах [79], [80] авторы, как и В.Р. Алешкин, но более детально, опираясь на работу [81] А.Г. Филипповой исследовали влияние угла отклонения молотка от продольной оси на условие безударной работы.

Таким образом, вопрос взаимодействия молотков с продуктами измельчения и условия работы молотка изучены все еще не полностью. Некоторые результаты носят противоречивый характер. Прогнозированию ресурса молотков и его износа практически не уделялось внимания. Все это показывает на необходимость продолжения исследовательских работ в области прогнозирования повышения ресурса молотков и эффективности функционирования кормодробилок при работе на различном зерновом материале. Исходя из этого нами выдвинуто предположение о том, что в качестве оценки эффективности работы дробилки, может быть использовано прогнозирование ресурса рабочих органов.

1.5.1 Виды абразивного изнашивания

Процессы, обуславливающие износ деталей машин, при систематическом исследовании [47, 69, 83-87] привели к созданию ряда классификаций видов износа.

Отсутствие единой классификации объясняется тем, что до сих пор нет единого признака, который можно было бы положить в основу такой классификации. Однако в качестве основного признака для разграничения видов поверхностного разрушения использованы процессы, происходящие на контакте изнашиваемых тел.

Разрушения поверхностного слоя происходят в разных условиях и поэтому с различной скоростью. Обследование большого количества изношенных молотков измельчителей показали, что рабочие поверхности в основном подвергаются абразивному износу.

Термин «абразивное изнашивание» применяется для обозначения изнашивания деталей машин, вызываемого действием неметаллических твердых тел, обычно твердых минеральных частиц движущихся относительно поверхности детали. При эксплуатации встречаются самые разнообразные условия, определяющие воздействие таких твердых тел на металл. Абразивное изнашивание характеризуется, многочисленными подвидами. В.Ф. Лоренц [25] предлагает следующую классификацию подвидов абразивного изнашивания:

- изнашивание закрепленными (фиксированными) частицам абразива, когда перемещение абразивных частиц относительно друг друга невозможно без изменения характера всего абразива в целом (монолитный абразив, абразивная поверхность-шкурка);

- изнашивание не закрепленными (свободными) частицам и абразива, когда эти частицы могут перемещаться относительно друг друга с той или иной степенью свободы в абразивной массе - рабочие поверхности дробилок, мельниц и т.д.

Абразивное изнашивание в своей основе, независимо от подвидов, является процессом механическим (рис. 1.8), причем, протекание этого процесса и его важнейшие особенности в большей мере зависят от характера взаимодействия абразивных частиц с поверхностью детали. Микрорезание, пластическое деформирование поверхности детали, удар частиц по поверхности детали - все эти различные механические воздействия на материал детали, определяющие различие внешних факторов, влияющих на скорость изнашивания, и различие свойств материалов, ответственных за сопротивление абразивному воздействию.

Рис. 1.7 Классификация видов износа рабочих органов машин

1.5.1.1 Механизмы абразивного износа

При абразивном изнашивании возможны различные механизмы разрушения. На основании анализа теоретических и экспериментальных исследований А.Е. Сучков полагает, что абразивный износ вызывают механико-динамические и кинематические нагрузки [88]. При механико-динамической нагрузке наблюдаются явления деформации и срезания в поверхностных слоях металла. При кинематических нагрузках преобладают явления усталости материала при действии на него повторной или знакопеременной нагрузки.

С.В. Пинегин подчеркивает [89], что в упрочненным ударами слои рабочей поверхности молотка возникают значительные остаточные сжимающие напряжения в нормальном и тангенциальном направление к поверхности направлениям. Они могут достигать у поверхности 700 МПа, но по мере удаления от нее быстро уменьшаются и на глубине примерно ¾ толщины упрочненного слоя иногда меняют знак, переходя в растягивающие напряжения. Наиболее высокие значения последних обычно в 3-4 раза меньше максимальных сжимающих напряжений, но растягивающие более опасны с точки зрения возможности местного разрушения материала.

В условиях многочисленных ударов абразивных частиц изнашивание может происходить по следующим схемам:

1) Наклепанный металл периодически отделяется в соответствии с расположением растягивающих напряжений;

2) Толщина отделяемого слоя уменьшается, если нарушение сплошности материала вызвано действием наибольших касательных напряжений;

3) Отделяемые частицы металла становятся весьма малыми и удаляются с поверхности наклепанного слоя вследствие циклического сжатия и растяжения.

Исследования ученых Таллиннского политехнического института позволили установить, что каждый удар абразивной частицы вызывает микроскопическую упругопластическую деформацию поверхности. При малых и средних углах удара частиц происходит отделение микроскопических стружек. При больших углах падения частиц первоначально не происходит отрыва металла, но развивается усталостный процесс при повторных ударах.

При контактных давлениях, превышающих предел текучести исследуемого материала, периодический характер накопления пластической деформации, связанный с упрочнением и разрушением поверхностного слоя, сохраняется в широком диапазоне условий трения. Начальная стадия процесса изнашивания связана с образованием микротрещин. По мере роста числа воздействия индентора число микротрещин увеличивается, в результате чего отделяются частицы износа. Таким образом, установлена общность механизма разрушения при абразивном трении в условиях пластического контакта и при объемной малоцикловой усталости.

М.М. Хрущев и М.А. Бабичев [90] считают, что при абразивном изнашивании возможны различные механизмы разрушения металла и признали, что частным и типовым является механизм изнашивания, состоящий в царапанье металла, сопровождаемом отделением стружки. Сущность процесса абразивного изнашивания заключается в срезании и выдавливании металла в момент взаимодействия с зернами абразива.

Придерживаясь этой концепции, авторы провели исследования, заложившие основы современного представления об абразивном изнашивании металлов. Выявленные ими общие и частные закономерности абразивного изнашивания при микрорезании и закономерности сопротивления материалов изнашиванию в этих условиях создали необходимые предпосылки для дальнейшего развития теории абразивного изнашивания и методологии испытаний материалов на износостойкость.

М.М. Тененбаум и Д.Б. Бернштейн установили, что вследствие разнообразия геометрических и прочностных характеристик абразива в поверхностном слое материала при трении реализуется спектр контактных напряжений, параметры которого могут изменяться в широких пределах [91]. При этом в зависимости от уровня напряжений и частоты их повторений на поверхности материала могут протекать процессы разрушения прямого (вязкого и хрупкого) или многоциклового (в упругой или пластической области деформирования).

Из приведенного выше обзора основных представлений о механизме абразивного изнашивания следует различие условии, в которых протекает изнашивание.

К сожалению, в настоящее время еще нет единой точки зрения на природу абразивного изнашивания [92, 69, 93, 94-96]. Однако никто из исследователей не отрицает, что ведущим процессом в абразивном износе при раздавливании и истирании является микрорезание, пластическое оттеснение и усталостное разрушение.

Поэтому проблема повышения износостойкости решается путем изучения закономерности изнашивания при самых различных условиях трения и качества поверхностного слоя. Однако процесс изнашивания настолько сложен, а разнообразие факторов, влияющих на износ, настолько велико, что, несмотря на обилие исследований в области трибологии, надежные методы защиты оборудования от интенсивного износа отсутствуют.

Выводы по главе:

Проведенные результаты анализа работы кормодробилки и износ ее рабочих органов показал, что наиболее слабым звеном в кормодробилки является молоток.
Повышение износостойкости работы молотка можно добиться, обосновав конструктивные параметры молотка с одновременным применением износостойких материалов, нами был предложен составной молоток, состоящий из основания и взаимозаменяемой рабочей грани.

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛОТКА ДРОБИЛКИ С ЗЕРНОМ

2.1 Расчет ресурса молотка

При математическом моделировании изнашивания предполагается, что ударяющиеся частицы в ходе процесса не разрушаются. В условиях размольного оборудования это невозможно, так как именно измельчение является целью данного технологического процесса. Это обстоятельство создает дополнительные трудности, на что обращено внимание в работе [97]. При размоле происходит перераспределение энергии, за счет чего темп изнашивания снижается. Это выражается в резком уменьшении показателя степени скорости m в уравнении k = аv^m. С одной стороны, на вызванное ударной волной измельчение частицы (рис. 2.1, а) и на ускорение радиально распространяемого “облака” мельчайших осколков (по экспериментам Э. Рейнерса; v может доходить до 4v) расходуется значительная часть начальной кинетической энергии частицы. С другой стороны, ударный импульс распределяется не на малой контактной площади, рассчитываемой по теории Герца, а на гораздо большей - 0,25а² (рис. 2.1, б). Это вызывает деконцентрацию напряжений в материале. Оба фактора, снижающие темп изнашивания, пока теоретически не проработаны.

Для эффективного измельчения частиц в современных кормодробилках применяют скорости удара – 100 м/с и более. При такой скорости зерно полностью измельчаются, т.е., вершина конуса мелких осколков (см. рис. 2.1, а) достигает внешней поверхности частицы. Теории с учетом разрушения частиц в процессе соударения, по нашему мнению, могут в дальнейшем развиваться только на энергетических началах, т.е. с учетом расхода энергии на изнашивание основного металла и на разрушения зерна. Расчет молотков кормодробилки, предложенный в работе [98], следует рассматривать как временное решение. Эта методика эмпирическая, но она надежна, и все требуемые для расчета показатели можно определить по ГОСТ 23.201-78[99].

Ресурс молотка определим по формуле:

Т = ; (2.1)

где - толщина молотка, мм;

- концентрация частиц (или удельная поверхностная нагрузка),

г/ (см²с);

k - интенсивность изнашивания материала, мм³/кг.

Поскольку по ГОСТ 23.201-78 определяют относительную износостойкость материала и также интенсивность изнашивания эталонного материала (отожженной стали 45) k₀, можно расчетную формулу привести к виду:

Т = , (2.2)

где - относительная износостойкость материала;

k₀ – интенсивность изнашивания эталонного материала (отожженная сталь 45);

Рис. 2.1. Схема разрушения частиц при ударе по Рейверсу-Примеру; а - зоны разрушения в частице; б - распределение скоростей и масс в ходе процесса контактирования.

Рис. 2.2. Зависимость поправочного коэффициента К от концентрации воздушно-продуктового слоя

С учетом влияния концентрации зерновой массы на износ (при больших концентрациях) [97] в формулу введен еще поправочный коэффициент К, значение которого можно определить по графику на рис. 2.2. При < 5 г/ (см² с) можно принять К = 1. В случае измельчителей цикличного действия при пользовании графиком на рис. 2.2 под концентрацией нужно подразумевать мгновенную концентрацию, определяемую по формуле:

; (2.3)

где m₁- масса размалываемого материала, попавшего на рабочий орган в течение одного рабочего цикла, г;

А - изнашиваемая площадь рабочего органа, см²;

t - длительность одного рабочего цикла, с.

Величину k₀ в формуле (2.2) можно рассматривать как показатель абразивной способности данного размалываемого материала. Значения k₀ и определяют на лабораторном центробежном ускорителе по ГОСТ 23.201-78, используя в качестве абразивного материала размалываемый в кормодробилке материал и выбирая при испытании соответствующие скорость удара и угол атаки.

Расчет по данному методу дает удовлетворительные результаты, если параметры изнашивания более или менее постоянны (например, при определении ресурса наплавленного слоя на отбойных плитах или на молотках). Показано, что получения удовлетворительных результатов достаточно кроме основных параметров изнашивания (скорость и концентрация потока) иметь начальное уравнение изнашиваемой поверхности и интенсивность изнашивания данного материала при двух углах атаки (= 30, 60°). Эти данные позволяют определить износ в любой точке поверхности в любой момент времени.

2.2 Определение оптимальных конструктивных параметров экспериментального молотка

2.2.1 Силовой анализ взаимодействия молотка кормодробилки с зерном

Эксплуатация кормодробилок молоткового типа показала, что основным недостатком кормодробилок данного типа является низкая надежность рабочих органов (молотков). По разным данным срок [7] службы молотков, в зависимости от перерабатываемого продукта, составляет от 72 до 300 часов. Ресурс других органов на 1 – 2 порядка выше. Таким образом, самым слабым звеном в дробилке является молоток.

Повышение надежности работы молотков в сочетании с простотой и надежностью дробилки в целом сделало бы этот тип измельчителей одним из совершенных.

Молотки пластинчатого типа просты в изготовлении, однако ввиду недостаточного изучения процесса взаимодействия молотка с измельчаемым материалом, наблюдается быстрый износ. Учитывая все многообразие и сложность возможных условий изнашивания при ударе, нельзя ожидать аналогии между закономерностями изнашивания при прямом ударе и при проскальзывании зерна по молотку. В период работы молотки (рис.2.3), в результате сопротивления со стороны воздушно-продуктового слоя отклоняются от своих радиально-равновесных состояний на угол , сила удара зерна о молоток раскладывается на две составляющие: 1) Нормальная составляющая силы удара зерна об молоток, которая в основном и дробит зерно и 2) Касательная составляющая, которая способствует проскальзыванию зерна по молотку, что приводит к интенсивному износу. Для того чтобы исключить проскальзывание зерна по молотку, необходимо изготовить молоток с заранее известным углом наклона боковой (рабочей) грани молотка, так как молоток во время работы отклоняется на угол .

Рис. 2.3 Схема силового анализа взаимодействия пластинчатого молотка с зерном

Предлагаемая конструкция молотка (рис.2.4) состоящая из пластины составлена из двух разновеликих трапеций, расположенных вдоль продольной оси симметрии молотка и направленных меньшими основаниями к поперечной оси симметрии. При этом угол наклона граней трапеции равен углу отклонения молотка от радиального положения.

Рис. 2.4 Схема силового анализа взаимодействия предлагаемого молотка с зерном

Для определения угла отклонения молотка от вертикали рассмотрим сумму моментов относительно точки подвеса молотка т.А и приравняем данную систему к нулю.

=0. (2.4)

, (2.5)

где – центробежная сила, Н;

сопр. – сила сопротивления со стороны воздушно-продуктового

слоя, Н;

т = mg – сила тяжести, Н;

l – расстояние от центра подвеса молотка до центра масс, м.

Так как сила тяжести т = mglsin мала, то в уравнение (2.5) ею можно пренебречь.

Тогда уравнение (2.5) примет вид:

, (2.6)

, (2.7)

= arcctg. (2.8)

В процессе запуска дробилки молоток под действием центробежных сил располагается так, что его центр тяжести находится на радиусе, проходящем через центр оси подвеса. Силы сопротивления, со стороны продуктово-воздушного слоя, отклоняют молоток относительно оси подвеса против направления его вращения. В этом случае радиальное положение рабочих граней достигается их наклоном к продольной оси симметрии на угол . Наклон боковых сторон трапеций (рабочих граней молотка) на угол к продольной оси симметрии обеспечивает преобладание прямых ударов, то есть исключается тангенсальная составляющая силы удара зерна об молоток, что в свою очередь уменьшает степень проскальзывания зерна по молотку, а это ведет к уменьшению износа молотка.

2.2.2 Составляющие центробежной силы

Центробежная сила определяется по следующей зависимости [100]:

_ц.б.=; (2.9)

где m – масса молотка, кг;

a - полное ускорение, м/с.

a = a + a; (2.10)

где a - нормальная составляющая ускорения;

a = ; (2.11)

a - тангенсальная составляющая ускорения;

a = ; (2.12)

где - угловая скорость молотка; с.

- угловое ускорение молотка; с.

ZС – это расстояние от центра ротора до центра тяжести молотка, м.

Рассмотрим установившеюся режим работы кормодробилки. При установившемся режиме работы угловое ускорение будет равно нулю. Из ходя из этого тангенсальная составляющая ускорения будет равна нулю, т.е. а = 0.

С учетом выше изложенного уравнение (2.12) примет вид:

Fц.б. = = . (2.13)

Как видим, центробежная сила Fц.б. зависит от угловой скорости во второй степени. Из ходя из этого можно сделать вывод: так как Fц.б. выравнивает молоток, то отклонение будет уменьшаться, для того чтобы исключить отклонение молотка необходимо увеличить угловую скорость. При этом имеется ряд недостатков: а) возрастание энергозатрат; б) происходит переизмельчение зерна.

Для определения силы сопротивления Fсопр. действующие на молоток со стороны воздушно-продуктового слоя. Необходимо рассмотреть:

1)Движения продукта и воздуха в рабочем пространстве дробилки;

2) Исследование силового взаимодействия продукта с рабочими органами дробилки.

2.2.3 Движение продукта и воздуха в рабочем пространстве дробилки

В роторных измельчителях ударно-истирающего принципа действия создается движение измельчаемого продукта и окружающего воздуха с большими скоростями.

В общем случае это трехмерное движение. Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что две из трех составляющих скорости этого движения (радиальная и осевая) во много раз меньше окружной скорости, которая практически не изменяется вдоль оси ротора.

Весь объем рабочего пространства роторного измельчителях ударно-истирающего принципа действия можно разделить на воздушно- вихревую зону и воздушно-продуктовый слой, между которыми имеется разделительная поверхность радиуса rа. (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 – Схема рабочего пространства дробилки:

1 – воздушно-вихревая зона; 2 – воздушно-продуктовый слой;

3 – решето; 4 – диски; 5 – молоток.

Профиль окружной скорости ( r ) представляет в воздушно- вихревой зоне плавную непрерывную функцию. Для его нахождения воспользуемся полуэмпирическим решением.

При этом используем понятие приведенного радиуса:

= ; (2.14)

где - приведенный радиус рабочего пространства;

r - радиус разделительной поверхности зоны 1 и 2, м;

r - текущий радиус, м.

Тогда можно представить окружную скорость в виде степенного ряда по степеням приведенного радиуса. В силу незначимости последних составляющих ограничимся первыми четырьмя членами ряда:

( r ) = ); 0 (2.15)

где - угловая скорость ротора измельчителя, с, [101].

Рисунок 2.6 – Схема распределения скоростей в рабочем пространстве

дробилки: 1 – воздушно-вихревая зона; 2 – воздушно-

продуктовый слой; 3 – решето; 4 – молоток.

Неизвестные коэффициенты полинома , , найдем из следующих предположений:

при r = 0 ; . (2.16)

Подставив выражение

, (2.17)

с учетом (2.14) в условие (2.15), получим = 0 , = 1.

Тогда выражение (2.16) можно преобразовать к виду:

. (2.18)

Граничные условия для определения и найдем с учетом гипотезы о свойствах воздушно-продуктового слоя.

Хаотическое движение продукта в этой области выравнивает окружную скорость до средней по сечению [101] (рисунок 2.6), то есть

1. (2.19)

С другой стороны, граница между областями является однофазной, поэтому можно применять следующие граничные условия:

при r = r , = 0. (2.20)

Подставив в условие (2.23) выражение (2.18), получим

4 + 3 + 1 = 0 (2.21)

Решение системы имеет вид:

= 2 - ; (2.22)

= - 3; (2.23)

2.2.4 Исследование силового взаимодействия продукта с рабочими

органами дробилки

Крутящий момент на молотках ротора может быть определен [102, 103] по усилию сопротивления движению молотка, которое возникает в результате различия скоростей молотка ротора (градиент скорости) и окружающей среды.

Выразим скорость обтекания U(r), как разность скорости молотка и окружной скорости потока на радиусе r:

u(r) = . (2.24)

Тогда элементарный крутящий момент на молотках ротора от сил сопротивления F (рис. 2.7) движению молотка в воздушно-продуктовом слое на элементарном участке протяженностью dг для радиально расположенного молотка высотой h:

dМ= Frdr . (2.25)

В свою очередь выведем элементарный момент через сопротивление в воздушно-продуктовом слое. В этом случае имеем:

dM₁ = . (2.26)

где - плотность воздушно-продуктового слоя:

- коэффициент гидравлического сопротивления движению

молотков воздушно-продуктовом слои.

; (2.27)

где - плотность воздуха, кг/м;

m- масса зерна в воздушно-продуктовом слое, кг;

V- объем воздушно-продутового слоя, м.

Тогда сила сопротивления F движению молотка в воздушно-продуктовом слои будет равна:

F = ; (2.28)

Общая сила сопротивления на молотке складывается из силы в воздушно-вихревой зоне и воздушно-продуктовом слое:

Fсопр = F. (2.29)

Рисунок 2.7 – Схема взаимодействия молотка с воздушно-вихревой зоной и воздушно-продуктовым слоем

Тогда угол отклонения молотка по формуле (2.8) будет иметь вид:

; (2.30)

Анализируя уравнение (2.34) видим, что при прочих равных условиях угол зависит от угловой скорости: чем больше , тем меньше угол , но при этом возникает ряд отрицательных моментов: 1) большой расход энергии; 2) переизмельчение сырья.

Молоток, преодолевая сопротивление циркулирующего слоя, занимает равновесное положение, отличное от радиального на угол .

2.3 Влияние угла отклонения молотка от радиального положения на его износ

Отклонение молотка дробилки происходит в результате удара о размельчаемый материал и истирания поверхности при длительном скольжении частиц. Математическая постановка задачи исследования контактного взаимодействия и износа представляет сложно решаемую проблему. Рассмотрим прикладную модель процесса с учетом деформационных свойств контактирующих материалов, с учетом угла отклонения молотка от радиального положения.

В качестве модели изнашивания (dу) поверхности молотка применяется гипотеза Престона, хорошо описывающая процесс ее механического истирания:

, (2.31)

где с – коэффициент пропорциональности;

р – давление в данной точке, Па;

u – относительная скорость измельчаемого материала относительно поверхности молотка, м/с;

dt – интервал времени, с.

При рассмотрении ударного (первого) процесса (р) может быть определено с учетом волновых и деформационных свойств разрушаемого материала:

, (2.32)

где – скорость соударения, м/с;

- плотность разрушаемого материала, г/см;

Е – модуль упругости разрушаемого материала, Н/см;

m – масса частицы, кг.

Относительную скорость (u) возможно определить по теории механического удара с использованием гипотезы Ньютона.

, (2.33)

где R – радиус подвеса молотка, м;

- угол между осью молотка и радиусом вектора, градус;

- угол наклона касательной ударной поверхности молотка, градус;

b – толщина молотка, м;

f(х) – форма ударной поверхности молотка;

- угловая скорость ротора, с^-1.

Рис.2.8 Схема движения частиц по поверхности молотка

Реальная относительная скорость будет несколько ниже рассчитанной по (2.33), так как последние получены в условиях гладкого контакта.

Для изучения процесса длительного скольжения рассмотрим относительное движение единичной частице по поверхности молотка. Это движение описывается уравнением:

, (2.34)

где - переносное ускорение, м/с²;

- относительное ускорение, м/с²;

- ускорение Кориолиса, м/с²;

f_ск – коэффициент трения скольжения частицы по молотку;

N – модуль нормальной реакции, Н;

- единичные векторы касательной и нормали.

Уравнение (2.38) после преобразования примет вид:

+-, (2.35)

где g = {0, f(х), 0}; u = ; = {1, f(х), 0};

= ;

Выражение (2.35) при проектировании на вектора n и сводится к нелинейным уравнениям:

(2.36)

Если расписать в отдельности каждое соотношение, то получим:

Система (2.36) может быть решена численным методом. В результате могут быть определены относительная скорость (u) и давление (p):

(2.37)

где х – текущая координата частиц;

х₀ – начальная координата частиц.

Таким образом, установлена относительная скорость и давление в двух процессах изнашивания молотка от взаимодействия с единичной частицей. Если известно распределение частиц при ударе L₁(х₀) и скольжении L₂(х₀), то суммарный износ поверхности dy за промежуток времени dt:

. (2.38)

Где в соответствии c (2.31) , а р и u вычисляются по соотношениям (2.32)-(2.34) при ударе и по (2.37) – при скольжении; [x₁, x₂] – отрезок, на котором происходит взаимодействие молотка с частицами.

Возможно, выбрать пошаговый процесс интегрирования выражение (2.38) с нахождением формы f(x) ударной поверхности молотка на каждом шаге. В качестве шага целесообразно принять время, кратное продолжительности одного оборота молотка.

Очевидно, износ рабочей поверхности молотка в некоторой точке Х зависит от ее координат и времени эксплуатации, а в большей степени – от количества V переработанного продукта, если остальные параметры остаются постоянны. Зависимость от координаты может обусловливаться непостоянной плотностью распределения ударов и скольжений частиц по поверхности молотка, углом наклона молотка , силовыми и кинематическими характеристиками тел соприкосновения, а также свойствами износостойкости поверхности при применении наплавок, цементации и т.п.

Выше приведена математическая модель процесса износа f = f(x,t) рабочей поверхности молотка, которая может быть представлена интегродифференцированным уравнением:

(2.39)

где F – некоторый интегродифференцированный оператор.

Считая постоянной производительность Р, в уравнение (2.39) сделаем замену. В случае Р = Р(t) справедливо аналогичное соотношение:

V = Pt . (2.40)

При этом уравнение (2.43) примет вид:

(2.41)

Приведенная математическая модель может быть реализована численными методами, мы использовали программный комплекс MatLab, с встроенной процедурой численного решения функционала (2.39) ode 123, реализующую схему Рунге-Кутта четвертого порядка. Предложена программа, реализующая метод расчета (см. приложение 4) для РС. При тактовой частоте компьютера 1гГц время расчета занимает не более 30 секунд.

При исследовании функционала (2.39) следует изначально определиться с плотностью распределения ударов и составить f(x,t) – интегральную характеристику по определению плотности распределения ударов.

Проведенный математический эксперимент показал следующие результаты.

Рис. 2.9 График плотности распределения ударов частиц по поверхности молотка;

1 – экспериментальная зависимость;

2 – при постоянной плотности распределения;

3 – при плотности распределения ;

4 – при плотности распределения ;

5 – при плотности распределения .

По оси Х отложено расстояние от оси подвеса до края молотка, по оси Y –его ширина.

Из графиков видно, что ближе всего к действительному износу рабочей грани молотка плотность распределения, заданная формулами: и :

где х – координата;

S – площадь боковой поверхности молотка, мм²;

G – подбираемый из общих условий коэффициент (для графика 5)

G = 0,8 *10^-3[104].

По результатам математического моделирования, определившись с функцией плотности распределения, мы провели моделирование износа молотка от угла отклонения от радиального положения при решении функционала (2.43), задавшись количеством перерабатываемого материала 500 тонн, получили результат предложенный на рис. 2.10.

Рис. 2.10 График зависимости износа рабочей поверхности молотка от угла отклонения молотка от радиального положения

Как видно из графика износ в значительной мере зависит от угла отклонения, и достигает минимума при стремящемся к нулю.

Программный комплекс позволяет определять ресурс молотков от угла наклона , чем меньше угол отклонения молотка, тем меньше износ. Кроме того, это подтверждается экспериментами, проведенными нами на лабораторной установке.

Выводы по главе:

Проанализировав работу кормодробилки, пришли к выводу, что молоток отклоняется от радиального положения на угол .
В результате отклонения молотка от радиального положения происходит интенсивное проскальзывание зерна по молотку. Для исключения проскальзывания зерна по молотку кормодробилки необходимо изготовить молоток с заранее известным углом наклона рабочей грани равной 16…18. В результате исключения проскальзывание зерна по молотку происходит снижение износа.

3 ОБЩАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа исследований

Целью исследований является выявления степени повышение надежности работы кормодробилки за счет обоснования конструктивных параметров молотка.

Для подтверждения математической модели износа молотка использовали метод анализа динамики износа в процессе экспериментальных испытаний на дробилке типа КДУ-2А и лабораторной установке предназначенной для исследования процесса дробления кормов.

Все явления природы износа молотков представляют собой результаты взаимодействия материальных тел рабочей поверхности молотка и зернового материала. Главной задачей научных исследований является установление закономерностей этого взаимодействия. Основными факторами, определяющими вид изнашивания, является среда, в которой происходит взаимодействие, динамика и кинематика относительного перемещения взаимодействующих тел, характер контакта и свойства материала изнашиваемой детали.

Интенсивность износа молотков зависит от ряда факторов, которые могут быть разделены на три основные группы:

1) Конструктивные параметры (толщина, геометрия молотка и т.д.);

2) Режимы дробления (подача, угловая скорость ротора, степень размола и т.д.);

3) Физико-механические свойства перерабатываемого материала (влажность, твердость).

Для достижения поставленной цели необходимо выявить закономерность взаимодействия молотков с зерном, установить зависимость продолжительности работы процесса дробления от вида, перерабатываемого материала.

Предметом исследования явились закономерности износа молотков, используемых в дробилках КДУ-2А применяемые в комбикормовом производстве.

Молотки перед установкой на дробилку подвергались обмерам геометрических параметров.

Основными показателями, характеризующими количественную сторону работы дробилок, являлись:

а) однородность фракционного состава дробленой массы;

б) равномерность гранулометрического состава;

Решение поставленной задачи сводилось к установлению следующих зависимостей:

Влияние конструктивных параметров на:

а) динамику износа молотка;

б) ресурс молотка.

Влияние физико-механических свойств перерабатываемого материала на:

а) продолжительность работы молотков;

б) динамику износа молотка.

Для исследования интенсивности износа, производительности кормодробилок молоткового типа в зависимости от геометрических параметров молотка проводились лабораторные и производственные эксперименты.

Производственные опыты, по сравнению с лабораторными, являются более трудоемкими, однако, взаимодействие молотка с зерном в естественных условиях позволяет получить результаты при наличии всех действующих факторов.

3.2 Методика экспериментальных исследований

Лабораторная установка предназначена для определения угла отклонения молотка от радиального положения и визуального, фото-видео наблюдения за процессом в дробилке молоткового типа, с целью определения оптимальных конструктивно-режимных параметров молотковой дробилки. Лабораторная установка защищена патентом на полезную модель № 51900 [72].

Рис. 3.1 Лабораторная установка

Лабораторная установка состоит из станины 1, вариатора 2, тахометра 3, в верхней части корпуса имеется смотровое окно 4 со шкалой, загрузочной горловины 5, молотка 6, ротора 7, стробоскопического прибора 8, лампы стробоскопа 9, корпуса с прозрачной задней торцевой стенкой и передней окрашенной в темный цвет 10 и электродвигателя 11.

Дробильная камера (рис. 3.2) состоит из обечайки с двумя боковинами, решета, регулируемой камеры дробления, и включает в себя горизонтально установленный на подшипниках вал-ротор, на котором крепятся молотки, электродвигатель и ременную передачу с набором сменных шкивов.

Измерительные приборы включают в себя стробоскоп, тахометр. Установка укомплектована набором сменных решет и позволяет изменить количество молотков и размеры дробильной камеры.

Рис. 3.2 Рабочие органы лабораторной установки

1 - молотковый ротор в сборе; 2 - решето; 3 - прозрачная боковина; 4 -обечайка.

Гранулометрический состав исходного измельченного зерна определяли по ГОСТу 13496.8 - 72 «Методы определения крупности размола и содержания не размолотых семян культурных и дикорастущих растений» [105]. Для проведения экспериментальных исследований использовали классификатор Макарова (рис. 3.3).

Рис. 3.3 Классификатор Макарова

Согласно ГОСТу 13496.8 - 72 отбирали средний образец от анализируемого продукта, выделяли методом деления три навески по 100 грамм каждая. Рассортировывали навески в течение 5 минут на рассеве-анализаторе РА-5М с набором штампованных сит с круглыми отверстиями 5,0; 3,0; 2,0 и 1,0 мм. Остаток на каждом сите взвешивали на весах ВЛКТ-160г-М и пересчитывали в процентах к общей массе навески. Не размолотые зерна взвешивали и выражали к общей массе навески [105].

Степень измельчения характеризует крупность размола. В комбикормовой промышленности установлены три крупности размола.

Зерновое сырье идущее на производство комбикормов делится на две группы: сырье, подлежащие измельчению и сырье, подлежащее дроблению [106, 107].

Числовой показатель каждой степени называется модулем крупности размола и выражается следующими значениями по ОСТ-452: крупный 2,60 - 1,80; средний 1,80 - 1,00; мелкий 1,00 - 0,20[108].

Модуль крупности размола определяют по формуле:

М = 0,5Р₀ + 1,5Р₁ + 2,5Р₂ + 3,5Р₃ , (3.1)

где: Р₀ – остаток собранный на дне рассева – анализатора, г;

Р₁, Р₂, Р₃ – остаток на ситах с отверстиями 1, 2, и 3 мм, г.

Подставляя полученные значения сходовых продуктов в формулу, можно определить какой степени размола соответствует определенной модуль крупности.

3.2.1 Методика определения динамики износа молотка

Для определения динамики износа молотков существующего и предлагаемого в зависимости от наработки были проведены исследования в кормоцеху ООО «Им. 11 Кав. дивизии».

Для проведения экспериментов были использованы молотки из стали 65Г конструктивная низколегированная, стали У8А инструментальная коленная с отпуском, стали 3, сталь 40Х конструкционная, легированная. Количество молотков каждого вида достаточно для получения достоверной оценки износа при эксплуатационных испытаниях. [109]

В качестве эталонных использовались пластинчатые молотки из стали 3, соответствовали требованиям чертежа и ГОСТ-877-76 по твердости, весу и геометрическим параметрам [110].

Для предотвращения разбалансировки ротора молотки подбирались по массе таким образом, что бы масса молотков на противоположных пальцах не превышала 2 г.

Каждый комплект молотков устанавливался на ротор кормодробилки КДУ - 2А равномерно по схеме приведенной на рис. 3.4. Таким образом, все молотки испытывались одновременно и при одинаковых условиях.

Комплекты молотков подвергались клеймению. Для этого на боковой стороне молотка выбивался порядковый номер рабочей грани.

Рис. 3.4 Схема расположения молотков на развертке барабана

Общее время работы составило 290 часов, количество переработанной массы 580 тонн.

Замеры проводились при техническом обслуживании кормодробилки.

3.2.2 Методика замера твердости рабочей поверхности молотка

Для определения твердости рабочей поверхности молотков использовался прибор ТЕМП-2 (рис. 3.5).

Твердомер представляет собой портативный электронный программируемый прибор динамического действия. Состоит из электронного блока и датчика с экранированным кабелем.

На корпусе прибора расположены дисплей (жидкокристаллический индикатор) и кнопки управления, на правой боковой поверхности –толкатель, служащий для «загрузки» ударника – перемещения его в исходное рабочее положение и сжатия пружины.

Принцип измерения твердости прибором основан на определении соотношения скоростей падения и отскока ударника со стальным шариком (диаметром 3 мм и твердостью HV 1600).

Твердомер предназначен для экспрессного (за 5 с) измерения твердости сталей, сплавов и их сварных соединений по шкалам Бринелля, Роквелла (С), Шора (HSD) и Виккерса, а также определения предела прочности R_m (т.е. σ_в, кгс/мм²) углеродистых сталей. Кроме того, в память прибора можно записать дополнительно пять шкал твердости для других материалов (чугун, резина и др.).

Рис. 3.5 Твердомер ТЭМП-2

Замер твердости проводился на всех комплектах перед установкой в кормодробилку. Замер твердости производился по схеме показанной на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Схема замеров твердости рабочей поверхности молотков

3.2.3 Методика замера износа молотка весовым способом

Массовый износ определялся разностью массы молотков. Взвешивание производилось на лабораторных весах марки ВЛКТ-160г-М с точностью до 1 грамма.

Для сравнения оценки качества испытуемых молотков определялась интенсивностью изнашивания по формуле:

i = m / Q, (3.2)

где m - средний массовый износ молотков, г.;

Q - наработка дробилки, т.

m = (mn-1 – mj)/n, (3.3)

где mn-1 - масса нового j-того молотка, г;

mj - масса изношенного j-того молотка, г;

n - количество испытуемых молотков.

Количественным показателем в этом случае является относительная износостойкость испытуемых молотков и коэффициент долговечности.

C = Iи / Iэ, (3.4)

где С - относительная износостойкость;

Iи = 1 / iи - износостойкость пластинчатых молотков;

Iэ = 1 / iэ - износостойкость экспериментальных молотков.

Испытуемые молотки соответствуют требованиям по износостойкости при условии С1.

3.2.4 Методика определения ресурса молотка

В рекомендациях и заводских производствах отсутствуют четкие сведения о величине допустимого износа молотков, то есть о ресурсе молотков их перестановки.

Как известно [111], [112] износ первой рабочей грани целесообразно допускать до половины ширины молотка. Это состояние характеризует предельный ресурс молотка до его перестановки. Когда износ в крайней точке рабочей грани превысит величину b/2 (больше половины ширины) молоток необходимо переставлять другой рабочей гранью. Ресурс молотка выражается в тоннах переработанного продукта, и контролировался по индукционному расходомеру зернового материала типа ИР-51.

Ресурс второй грани контролировалась по минимальной остаточной ширине b. Остаточная ширина контролировалась при помощи шаблона (рис.3.7).

Рис. 3.7 Шаблон для контроля остаточной ширины б

Выступ шаблона 20 мм., вставлялся в свободное отверстие молотка и производился контроль остаточной ширины б. Перестановка молотка осуществлялась при достижении изношенной части молотка выступа шаблона.

3.2.5 Методика определения максимальной наработки молотков по объему износившегося металла

Предполагаем, что износ молотка идет равномерно и начинается с угла.

Принимаем максимально допустимый износом является объем износившегося металла на молотке из базовой стали.

Расчет проводим, исходя из пропорции:

, (3.5)

где Н- наработка существующего молотка;

Н - наработка предлагаемого молотка;

Vmax.б - объем износившегося металла на существующем молотке;

V0 - объем износившегося металла на предлагаемом молотке.

Наработка и объем износившегося металла на существующем молотке заранее известны, зная объем износа металла на предлагаемом молотке можно вычислить его предполагаемую максимальную наработку исходя из формулы:

Н = Н. (3.6)

Рис. 3.8 Схема измерения износа на молотке и измерения углов атаки

в активной зоне молотка: а, б - катеты треугольника износа

Из схемы видно, что у пластинчатых молотков происходит скругление всех первоначальных прямых углов, и углы атаки и в активной зоне молотка существенно отличаются от прямого, что влияет на траекторию полета зерна после удара молотка.

3.3 Методика проведения многофакторных экспериментальных исследований

Прежде чем приступить к проведению эксперимента, выбрали критерий оптимизации: угол отклонения молотка от радиального положения.

Далее определяли факторы, влияющие на критерий оптимизации.

Перечень факторов, влияющих на критерий оптимизации, приведен в таблице (3.1).

При проведении эксперимента предполагали, что все влияющие факторы можно расположить в убывающий ряд по доли их воздействия на критерий оптимизации. Факторы, действие которых на критерий оптимизации равно ошибке опыта, в дальнейшем изучении объекта исследования отбрасывали. На стадии предварительного изучения объекта исследования проводили психологический эксперимент, заключающийся в объективной обработке данных, полученных в результате опроса специалистов.

3.1 Факторы, влияющие на угол отклонения молотка от радиального положения

Обозначение фактора	Наименование фактора	Уровни варьирования факторов
Обозначение фактора	Наименование фактора	единица измерения	нижний уровень	верхний уровень
1	2	3	4	5
	Форма отверстий решета	-	Круглые	Прямоугольн.
	Количество осей подвеса молотков	шт	2	8
	Окружная скорость молотка	м/сек	50	100
	Место подачи материала в дробилку	-	осевая	танген- циальная
	Влажность измельчаемого материала	%	12	16
	Степень измельчения материала	%	30	100
	Число молотков проходящих по одному следу	шт	2	4
	Величина подачи материала в кормодробилку	кг/с	0,25	0,5

Психологический эксперимент или априорное ранжирование факторов основано на том, что факторы, которые, согласно априорной информации, могут иметь существенное влияние, ранжируются в порядке убывания вносимого вклада.

Вклад каждого фактора оценивали по величине ранга - места, которое отведено исследователем данному фактору при ранжировании всех факторов с учетом их предполагаемого влияния на параметр оптимизации (табл. 3.2).

Для наглядности априорного исследования, с учетом результатов проведенного психологического эксперимента, было отобрано для дальнейших исследований четыре фактора, занимающих на диаграмме (рис.3.9) первые места.

3.2 Матрица рангов при априорном отсеивании факторов

Специалисты	Факторы
Специалисты
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	2	4	2	5	2	1	3	7
2	1	3	2	4	2	14	14	7
3	3	2	7	8	2	3	7	2
4	2	3	4	5	3	2	9	8
5	3	1	3	5	2	13	9	8
6	3	4	3	6	4	10	5	5
7	3	3	4	9	7	5	5	4
8	2	1	3	2	1	6	3	2
Сумма	19	20	27	44	23	55	55	43
Разность	-17	-16	-9	8	-13	19	19	7
	289	256	81	64	169	361	361	49

На основании матрицы рангов вычислялся коэффициент конкордации по формуле:

(3.7)

W = ,

где m - число опрашиваемых специалистов;

n - число факторов;

S - сумма квадратов отклонений;

T - величина, учитывающая наличие “связанных” рангов.

= 1630 (3.8)

m = 8; n - n = 8 - 8 = 504,

где а- ранг (порядковый номер при опросе) i-го фактора у j-го

специалиста;

L – средние значение сумм рангов по каждому фактору.

. (3.9)

Из таблицы находим, что для 5% уровня значимости при степеней свободы величина 18,475, 34, так как табличные значения критерия меньше расчетного, следовательно, можно с 99%-ной вероятностью утверждать, что мнение степени влияния факторов оценивается коэффициентом конкордации W=0,61 и согласованность исследователей не является случайной [113, 114, 115].

Рис. 3.9. Априорная диаграмма рангов при изучении факторов, влияющих на угол отклонения молотка от радиального положения

Мы считаем, что эти факторы наиболее сильно влияет на показатель угла отклонения молотка от радиального положения:

- влажность измельчаемого продукта, %;
- окружная скорость молотка, м/сек.;
- степень измельчения материала, %;
- величина подачи материала в кормодробилку, кг/с.

После предварительного изучения объекта исследований было принято решение о схеме планирования эксперимента с учетом цели работы. Наиболее распространенным методом экспериментального отсеивания является метод случайного баланса. Для проведения отсеивающего эксперимента построили матрицу, включающую факторы, выделенные в результате априорного отсеивания.

Основой для построения стандартной матрицы послужили планы типа 2ⁿ, в этом случае каждый фактор варьирует на двух уровнях. Кодирование факторов осуществляли по формуле:

, (3.10)

где X_i - кодирование значение факторов;

x_i - натуральное значение фактора;

x₀_i - натуральное значение фактора на нулевом уровне;

_I - натуральное значение интервала варьирования фактора, определяемое по формуле:

, (3.11)

где Х_ib – натуральное значение фактора на верхнем уровне;

Х_ih - натуральное значение фактора на нижнем уровне.

Поскольку число факторов n = 4, то матрица отсеивающих экспериментов составлена случайной выборкой строк от полного факторного эксперимента 2ⁿ, табл. 3.3.

Для получения математического описания процесса мы решили использовать Д- оптимальные планы Бокса (В). Это объясняется тем, что план имеет ряд преимуществ перед другими планами. Д - оптимальные планы позволяют работать на трех уровнях вместо пяти у рототабельных и ортогональных. Это приводит в конечном результате к сокращению времени проведения экспериментов и позволяет повысить точность экспериментального исследования. Матрица планирования эксперимента и результаты опытов приведены в таблице 3.3.

На первой стадии математического описания объекта исследования проводим построение линейной модели процесса.

3.3 Матрица планирования эксперимента

№ опыта	Х₅	Х₃	Х₆	Х₈	Значение критерия оптимизации
№ опыта	Х₅	Х₃	Х₆	Х₈	У₁	У₂	У₃
1	2	3	4	5	6	7	8
1	-	-	-	+	17	18	21
2	-	-	+	+	21	20	24
3	-	+	+	-	14	15	17
4	+	-	+	+	23	24	27
5	-	-	+	-	16	18	21
6	+	-	+	-	18	19	23
7	+	+	+	+	20	22	24
8	+	-	-	+	21	23	25
9	+	+	-	+	17	19	20
10	-	+	-	-	11	12	14
11	-	-	-	-	15	17	20
12	-	+	-	+	14	15	17
13	+	-	-	-	17	18	22
14	+	+	+	-	18	19	23
15	-	+	+	+	17	18	22
16	+	+	-	-	13	14	15

У₁ – пшеница 16; У₂ – ячмень 18; У₃ – кукуруза 23.

При этом находим численные значения свободного члена уравнения и линейных коэффициентов уравнения регрессии для мягкой пшенице.

(3.12)

где - среднее значение критерия оптимизации;

b_i - линейные коэффициенты;

b_ij - коэффициент межфакторного взаимодействия.

План Бокса (В) позволяет получить шестнадцать коэффициентов. В нашем случае линейная модель имеет вид:

Y=b₀+b₅x₅+b₃x₃+b₆x₆+b₈x₈+b₅₃x₅x₃+b₅₆x₅x₆+b₅₈x₅x₈+b₃₆x₃x₆+b₃₈x₃x₈+b₆₈x₆x₈++b₅₃₆x₅x₃x₆+b₅₃₈x₅x₃x₈+b₅₆₈x₅x₆x₈+b₃₆₈x₃x₆x₈+b₅₃₆₈x₅x₃x₆x₈ (3.13)

, (3.14)

, (3.15)

, (3.16)

где N – число опытов (16);

Подставив полученное значения коэффициентов в уравнение, получим линейное уравнение регрессии угла отклонения молотка при дроблении мягкой пшенице.

Y₁=22,875+1,5x₅-1,375x₃+1,25x₆+1,625x₈+0,125х₅х₆+0,255x₅x₈+0,5x₃x₆-0,625x₃ x₈+0,125x₅ x₃ x₆ -0,25x₅ x₃ x₈ -0,125x₅ x₆ x₈ -0,25x₃x₆x₈-0,125x₅x₃x₆x₈.

Определение выхода процесса и обеспечение заданного процесса варьирования факторов в каждом опыте осуществляли не точно, с какой-то ошибкой. Поэтому с какой-то ошибкой определили и коэффициенты уравнения регрессии. Определяли с 95% вероятностью, что полученные коэффициенты по модулю либо больше (тогда они значительно отличаются от нуля), либо меньше ошибки в их определении (тогда они незначимо отличаются от нуля и должны быть исключены из уравнения).

Доверительную ошибку коэффициентов рассчитывали по формуле:

, (3.17)

где (Sb_i) – квадратная ошибка коэффициента регрессии, определяемая по формуле:

, (3.18)

где - средняя дисперсия воспроизводимости среднего значения

критерия оптимизации в каждой строке;

Значение определяли по формуле:

, (3.19)

где m – число повторностей опытов, m=3.

S²(Y) – дисперсия воспроизводимости:

, (3.20)

После исключения незначимых коэффициентов уравнение принимает вид:

Y=22,875+1,5x₅-1,375x₃+1,25x₆+1,625x₈. (3.21)

Затем проводили проверку линейного уравнения адекватности экспериментальным данным. Эту проверку осуществляли по критерию Фишера:

, (3.22)

- дисперсия адекватности.

Значение F-критерия, найденного из уравнения сравнивали с табличным при выбранной доверительной вероятности для проверки значимости различия между двумя дисперсиями ( и ). Если это различие значимо, то значение F-критерия не превышает табличное, которое выбирается из таблицы в зависимости от числа степеней большей и меньшей дисперсии, тогда уравнение считается адекватным. В нашем случае расчетное значение больше табличного:

. (3.23)

Неадекватность линейной модели говорит о необходимости проведения дополнительных опытов и построения математической модели процесса второго порядка. С этой целью реализуем вторую часть матрицы.

Математическая модель объекта исследования второго порядка имеет вид:

, (3.24)

По результатам опытов найдем значения коэффициентов регрессии по формулам:

, (3.25)

, (3.26)

, (3.27)

, (3.28)

где аN^-1 =0,22917; bN^-1 =0,0625; СN^-1 =0,5; dN^-1=0,10417;

=0,0555556; =0,0625 – числовые значения параметра плана В.

В нашем случае уравнение регрессии примет вид:

Y₁ = 1,679х₃ + 2,49х₅ + 1,735х₆ + 17,942х₈ + 0,0005714х₃х₆ -0,04х₃х₈ - - 0,001786х₅х₆ + 1х₅х₈ – 0,0124х - 0,025х - 0,013х + 13,411х; (3.29)

Для проверки коэффициентов этого уравнения на значимость, определяем доверительные каждой группы по формулам:

, (3.30)

, (3.31)

, (3.32)

, (3.33)

Численные значения дисперсии определяли для всех 16 опытов.

После исключения прочих незначимых коэффициентов, уравнение приняло вид:

Y₁ = 1,679х₃ + 2,49х₅ + 1,735х₆ + 17,942х₈ + 1х₅х₈ + 13,411х; (3.34)

Расчетное значение критерия F Фишера определяли по формуле:

, (3.35)

где - дисперсия адекватности;

- расчетное значение критерия по уравнению регрессии;

-число коэффициентов уравнения; d-порядок полинома;

K-число факторов.

Табличное значение F- критерия при числе степеней свободы для большей дисперсии и меньшей; при 0,95% уровне значимости. Табличное значение критерия Фишера больше расчетного:

Отсюда можно сделать вывод об адекватности полученного уравнения экспериментальным данным:

Y₁ = 1,679х₃ + 2,49х₅ + 1,735х₆ + 17,942х₈ + 0,0005714х₃х₆ -0,04х₃х₈ - - 0,001786х₅х₆ + 1х₅х₈ – 0,0124х - 0,025х - 0,013х + 13,411х; (3.36)

Анализ модели представлен на рис. 3.10 - 3.15. Для экспериментального варианта получены значения в кодированном масштабе при помощи программы «MATLAB 6,5»

Рис. 3.10. Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от степени измельчения материала и величины подачи материала в кормодробилку.

Анализ зависимости угла отклонения молотка от радиального положения от степени измельчения и величины подачи материала при проведении оптимизационных экспериментов показаны в изометрической проекции, в исследуемых интервалах варьирования (рис. 3.10). Характер поведения кривых при степени измельчения материала (интервалы варьирования от 30% до 100%) показывает наибольший угол отклонения молотка при 70 %. Значение угла отклонения молотка от радиального положения возрастает при увеличении величины подачи материала (интервалы варьирования от 0,25 до 0,5 кг/сек.).

Рис. 3.11. Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от влажности измельчаемого продукта и величины подачи материала в кормодробилку.

Анализ зависимости угла отклонения молотка от радиального положения от влажности измельчаемого материала и величины подачи материала (рисунок 3.10). Позволяет сделать вывод о том, что в исследуемых интервалах варьирования от 12 до 16 %, при влажности материала 16% достигается максимальное значения угла отклонения молотка от радиального положения. При величине подачи 0,5 кг/сек материала в кормодробилку, угол отклонения молотка достигает максимального значения.

Рис. 3.12. Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от влажности измельчаемого материала и степени измельчения материала.

Из графика зависимости (рисунок 3.12) видно, что угол отклонения молотка от радиального положения достигает максимального положения при влажности материала 16 % и степени измельчения материала равной 70%.

Рис. 3.13. Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от влажности измельчаемого материала и скорости молотка.

Из графика зависимости (рисунок 3.13) видно, что зависимость угла отклонения молотка от радиального положения имеет максимальное значение при влажности материала 16 % . Характер поведения кривой, отражающей изменение угла отклонения молотка от радиального положения в зависимости от скорости молотка показывает, что достигает максимального значения при 80 м/сек.

Рис. 3.14. Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от скорости молотка и величины подачи материала.

Анализируя полученную зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от факторов в исследуемых интервалах варьирования можно сказать, что угол отклонения молотка достигает, максимального значения при 80 м/сек. Характер ведения кривой, отражающей изменение угла отклонения молотка от радиальной отражающей в зависимости от величины подачи материала показывает, что она достигает максимального значения при 0,5 кг/сек.

Рис. 3.15. Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от скорости молотка и степени измельчения материала.

Анализируя полученную зависимость угла отклонения молотка от радиального положения можно сказать, что угол отклонения молотка от радиального положения достигает, максимального значения при 80м/сек. Характер поведения кривой, отражающий изменение угла отклонения молотка от радиального положения показывает, что достигает максимального значения в точке равной 70 %.

Таким образом, проанализировав результаты оптимизационных экспериментов по рис. 3.10 - 3.15, и проведя раскодировку значений, полученных при помощи программы «MATLAB 6.5» мы получили зависимости угла отклонения молотка от радиального положения от таких факторов: Х₃ - скорость молотка, м/сек.; Х₅ - влажность измельчаемого материала, %; Х₆ - степень измельчения материала, %; Х₈ – величина подачи материала в кормодробилку, кг/с. Таким образом, задавшись параметрами данных факторов можно заранее просчитать угол наклона рабочий грани молотка и изготовить данные молотки. Изготовив, молотки с заранее известным углом наклона рабочей грани мы практически исключаем, проскальзывания зерна по молотку, и тем самым увеличиваем износостойкость его, при этом повышается надежность кормодробилки.

3.4 Точность измерений

В наших экспериментах, при замерах геометрических параметров рабочей грани молотка, точность отдельного непосредственного измерения оценивалась величиной абсолютной и относительной ошибок [116].

Абсолютная ошибка определяется по формуле:

Е = (Аср – Аi), (3.37)

где Аср – среднее арифметическое значение измеряемой величины;

Аi – наблюдаемое значение измеряемой величины.

Относительная ошибка определяется по формуле:

, (3.38)

где - относительная ошибка измерения, выраженная в процентах.

Относительная ошибка результатов, полученных при определении износа рабочей грани молотка оценивалась ошибкой определяемой по формуле:

, (3.39)

где - относительная ошибка разности;

Е - средняя абсолютная ошибка измеряемой величины;

А - среднее значение измеряемой величины до износа,

принимаемое за ее действительное значение;

А - среднее значение измеряемой величины после износа,

принимаемое за ее действительное значение.

При определении средней абсолютной ошибки измеряемых величин было замечено, что при достаточно большом числе измерений она приближается по величине к точности приборов, используемых при замерах. Поэтому за абсолютную ошибку была принята точность измерительных приборов. Результаты расчетов сведены в таблицу 3.4.

Коэффициент надежности, в наших исследованиях находятся в пределах от 0,75 до 0,95.

3.4 Результаты эксперимента

№	Параметры измерений	Показания приборов	Ошибка
№	Параметры измерений	Показания приборов	Абсолютная	Относительная, %
1	2	3	4	5
	Масса молотка	0,150 кг 0,155 0,151 0,159 0,154	0,001 0,001 0,001 0,001 0,001	0,17 0,13 0,11 0,09 0,12
2	Массовый износ молотка	20,56 Гр. 20,21 21,24 20,54 20,61	1 1 1 1 1	0,18 0,14 0,12 0,19 0,32

Выводы по главе:

Разработана лабораторная установка, позволяющая определить угол отклонения молотка от радиального положения, работа, которой основана на стробоскопическом эффекте;
Разработаны методики, приборы и оборудование для исследования влияния конструктивных параметров молотка кормодробилки на интенсивность износ.
В результате эксперимента была получена зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от таких факторов, как: скорость молотка, м/сек; влажность измельчаемого материала, %; степень измельчения материала, %; величина подачи материала, кг/сек.. Для кормодробилки КДУ-2А с техническими характеристиками: скорость молотка 71,3 м/с; влажность измельчаемого материала 16 %; степень измельчения материала, 100 %; величины подачи 0,5 кг/сек. Угол составил при измельчении мягкой пшеницы 16⁰; ячменя 18⁰; кукурузы 23⁰.

4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Расчет показателей надежности молотков кормодробилки статистическим методом

Повышение надежности сельскохозяйственной техники и эффективности ее использования является основным условием повышение производительности труда в сельском хозяйстве и увеличения объемов производимой продукции.

Исходная информация, предназначенная для расчета надежности молотков кормодробилки, была получена в кормоцехе на кормодробилки КДУ-2А ООО «Им. 11 Кав. дивизии».

Расчет показателей надежности пластинчатых молотков изготовленных из стали 3

4.1 Исходная опытная информация по предельному износу молотков кормодробилки КДУ-2А (Тдр), тонн

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
275,4	291,3	302,7	315,8	348	360	379,6	401,5	469,3	501,4
276,3	293,2	303,6	316,4	348,9	360,7	383,4	404,9	470,8	503,7
278	294	305,8	320,5	349	367,3	384,9	408,3	473,5	525,2
278,6	295,3	306	332,2	349,2	369,1	386,9	409,5	480,3	529,4
279,5	295,9	306,9	337,5	350,4	370,5	388,1	410,2	485	551,7
282,5	296,5	308,9	339,6	353,7	371,2	390,4	411,3	490	553,6
284,7	297	310,2	340,8	356	375,8	391,5	430,2	490,1	564,2
287	297,4	313,9	345,9	358,9	377,5	395,6	432,4	493,7	578,3
290	301,5	314,7	346,5	359,9	378,1	396,4	465,8	495,6	580

4.2 Ряд распределения до предельного износа молотка

Частичные интервалы, тонн	200-300	300-400	400-500	500-600
Середины интервалов Тсi, тонн	250	350	450	550
Частоты, mi	17	46	18	9
Частости, Ропi =	0,1889	0,5111	0,2	0,1
Накопленные частности, Ропi = ;	0,1889	0,7	0,9	1

Рис. 4.1 Гистограмма, полигон эмпирического распределения ресурса молотков (базовых) и график дифференциальной функции

Рис. 4.2 Эмпирическая и теоретическая интегральные функции распределения ресурса молотка

Средний ресурс Тдр - он определяет центр рассеивания значений случайной величины, вокруг которого группируются отдельные значения.

Тдр подсчитывается по формуле:

Тдр = ; (4.1)

Тдр = = 371,11 тонн

Степень рассеивания (разброс) значений ресурса относительно Тдр оценивается другой числовой характеристикой распределения - средним квадратическим отклонением , которое подсчитывается по формуле:

= (4.2)

Степень рассеивания случайной величины определяется и безразмерной числовой характеристикой - коэффициент вариации:

= , (4.3)

где tсм – величина смещения зоны рассеивания относительно нулевого

значения.

Смещение нужно принимать численно равным нижней границе первого частичного интервала из таблицы 4.2 ряда распределения случайной величины.

В нашем случае tсм = 200 тонн, тогда

= .

При подборе теоретического закона распределения следует знать, что исходная опытная информация об изменениях случайной величины обычно представляет собой некоторую выборку из всей генеральной совокупности возможных значений случайной величины. Поэтому ряд распределения и эмпирическая интегральная функция, наряду с числовыми характеристиками распределения, содержат ошибки исходной информации. К тому же на них отражается некоторой произвол в выборе количества и границ частичных интервалов при статистической обработке данных наблюдения.

Однако эти ошибки можно аннулировать, если правильно подобрать и использовать при определении показателей надежности изделий (в частности, придельный износ молотка кормодробилки) теоретический закон распределения, характеризующий соотношение между возможными значениями случайной величины и их вероятностями. Теоретический закон распределения известен, если определены дифференциальная функция (или функция плотности вероятности) f(T) и теоретическая интегральная функция F(T).

Действительный теоретический закон распределения случайной величины может быть точно установлен лишь по данным наблюдений, включающим несколько тысяч значений исследуемой случайной величины. Однако при практических инженерных расчетах надежности изделий в большинстве случаев уже примерно известны возможные теоретические законы распределения, а окончательный выбор одного из них проводится с использованием предварительно обоснованных научными исследованиями критериев. Так, в нашем случае выбор теоретического закона распределения ресурса молотка может осуществляться по величине коэффициента вариации [117];

а) если 0,33 – выбирается нормальный закон распределения;

б) если 0,33 – выбирается закон распределения Вейбулла.

Поскольку = 0,504 выбираем в качестве теоретического закона распределения Вейбулла, для которого

f(T) = , (4.4)

F(T) = 1-e , (4.5)

То есть f(T) и F(T) зависят от значений аргумента Т и двух параметров (коэффициентов) a и b.

Коэффициенты а и b для закона распределения Вейбулла находятся по таблице 4 соответственно значению коэффициента вариации [118].

Таким образом b = 2,076; kв = 0,886 и Св = 0,446.

С учетом данных табл. 4.2 определяем коэффициент а и уточняем средний ресурс:

а = = тонн. (4.6)

Тдр = = 371,39 тонн. (4.7)

f(T) = ;

F(T) = 1 - е = 0,20.

4.3 Определение значений f(T) и F(T) по частичным интервалам

Частичные интервалы с учетом tсм = 200 тонн.	0-100	100-200	200-300	300-400
Тсi, тонн	50	150	250	350
Тci/а	1,292	1,809	2,326	2,843
f(T)	0,15	0,60	0,20	0,05
Т	100	200	300	400
Т/а	0,517	1,034	1,551	2,06
F(T)	0,20	0,75	0,95	1

4.1.2 Расчет показателей надежности предлагаемых составных молотков рабочая грань изготовлена из стали У8А

4.4 Исходная опытная информация по предельному износу (предлагаемых) молотков кормодробилки КДУ-2А (Тдр), тонн

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
954,7	973	986,1	1001,2	1038,2	1052	1074,5	1099,7	1177,7	1214,6
955,7	975,2	987,1	1001,9	1039,2	1052,8	1078,9	1103,6	1179,4	1217,3
957,7	976,1	989,7	1006,6	1039,4	1060,4	1080,6	1107,5	1182,5	1242
958,4	977,6	989,9	1002	1039,6	1062,5	1082,9	1108,9	1190,3	1246,8
959,4	978,3	990,9	1026,1	1041	1064,1	1084,3	1109,7	1195,8	1272,5
962,9	979	993,2	1028,5	1044,8	1064,9	1087	1111	1201,5	1274,6
965,4	979,6	994,7	1029,9	1047,4	1070,2	1088,2	1132,7	1201,6	1286,8
968,1	980	999	1035,8	1050,7	1072,1	1092,9	1135,3	1205,8	1303
971,5	984,7	1000	1036,5	1051,9	1072,8	1093,9	1173,7	1207,9	1305

4.5 Ряд распределения до предельного износа молотка

Частичные интервалы, тонн	900-1000	1000-1100	1100-1200	1200-1300
Середины интервалов Тсi, тонн	950	1050	1150	1250
Частоты, mi	27	37	13	13
Частости, Ропi =	0,3	0,42	0,14	0,14
Накопленные частности, Ропi = ;	0,3	0,72	0,86	1

Рис. 4.3 Гистограмма, полигон эмпирического распределения ресурса составных молотков и график дифференциальной функции

Рис. 4.4 Эмпирическая и теоретическая интегральные функции распределения ресурса составного молотка

Среднее арифметическое значения ресурса молотка ,Тдр подсчитывается по формуле (4.1)

Тдр = = 1062 тонны.

Средним квадратическим отклонением подсчитывается по формуле

(4.2)

Степень рассеивания случайной величины определяется и безразмерной числовой характеристикой – коэффициент вариации по формуле (4.3)

Смещение нужно принимать численно равным нижней границе первого частичного интервала из таблицы 4.9 ряда распределения случайной величины.

В нашем случае tсм = 900 тонн, тогда

= .

Поскольку = 0,613 выбираем в качестве теоретического закона распределения Вейбулла.

Таким образом b = 1,68; kв = 0,893 и Св = 0,548.

С учетом данных табл. 4.9 определяем коэффициент а и уточняем средний ресурс:

а = = тонн.

Тдр = = 561,78 тонн.

f(T) = ;

F(T) = 1 - е = 0,33.

4.6 Определение значений f(T) и F(T) по частичным интервалам

Частичные интервалы с учетом tсм = 200 тонн.	0-100	100-200	200-300	300-400
Тсi, тонн	50	150	250	350
Тci/а	0,276	0,828	1,380	1,932
f(T)	0,05	0,6	0,2	0,15
Т	100	200	300	400
Т/а	0,552	1,104	1,656	2,208
F(T)	0,33	0,69	0,9	1

4.2 Характеристика и анализ данных, полученных при изучении динамики износа молотков

4.2.1 Определение твердости рабочей поверхности молотков

На характер износа рабочей поверхности молотков большое влияние оказывает неоднородность материала, термическая обработка и т.д.

На рис. 4.5. показана диаграмма твердости рабочей поверхности молотков в различных точках замера данные приведены в (приложение 2). Твердость поверхности молотков непостоянна и колеблется в широких пределах (до 40%). Это говорит о неоднородности материала и термообработка, что приводит к неравномерному износу рабочих поверхностей и увеличению технических обслуживаний, связанных за контролем техническим состоянием рабочих органов.

4.2.2 Определение динамики износа пластинчатых молотков изготовленных из различных сталей в зависимости от их наработки

Опыты проводились на комбикормовом цехе в ООО «Им. 11 Кав. дивизии». Необходимо отметить, каждый комплект молотков устанавливался на ротор кормодробилки КДУ-2А равномерно по схеме приведенной на рис.3.6. Таким образом, все молотки испытывались одновременно и при одинаковых условиях. Поэтому чистота эксперимента соблюдалась.

В результате проведенной серии опытов были получены следующие результаты (приложение 3).

Рис. 4.6 График износа пластинчатых молотков изготовленных из разных сталей в зависимости от наработки

На основании полученных экспериментальных данных (рис.4.6.) можно сделать вывод, что наибольшим ресурсом обладает молоток из стали У8А. Использование стали У8А позволяет повысить наработку молотка до 1394 тонн, а стали 40Х – 629 тонн по сравнению с базовым молотком из стали 3 (наработка 580 тонн). Сравнительные данные молотков представлены в таблице 4.7.

4.7 Сравнительные данные предполагаемой наработки существующих молотков изготовленных из разных материалов

№

Материал

Твердость,

HRC_э

Наработка, тонн

Объем износившегося металла, мм³

Предлагаемая наработка, тонн

Сталь 3 сырая

580

1341

580

Продолжение таблицы 4.7

1	2	3	4	5	6
2	Сталь 65Г конструкционная низколегированная	35	580	1301	598
3	Сталь 40Х Конструкционная, легированная	19	580	1236	629
4	Сталь У8А Инструментальная с отпуском	42	580	558	1394

4.2.3 Определение динамики износа предлагаемых составных молотков

Для изготовления молотков с углом наклона боковой (рабочей) гранью мы задались техническими характеристиками кормодробилки КДУ-2А и измельчающего материала:

Х₃ - окружная скорость молотков, 71,5 м/сек;

Х₅ - влажность измельчаемого материала, 16 %;

Х₆ - степень измельчения материала, 70%;

Х₈ - величина подачи материала в кормодробилку, 0,5 кг/с.

Далее, зная, исходные данные мы находим, с помощью поверхностей отклика угол наклона рабочей грани молотка. Для мягкой пшенице он составил 16.

В результате проведенной серии опытов были получены следующие результаты (приложение 4)

Рис. 4.7 График износа предлагаемого составного молотка в зависимости от наработки

4.8 Сравнительные данные износившегося металла существующих и предлагаемых молотков изготовленных из разных материалов

№	Материал	Наработка, тонн	Объем износивше-гося металла, мм³. Существую-щего молотка	Объем износившегося металла, мм³. Предлагаемого молотка	Отношение Износившее-гося металла предлагаемо-го молотка к существую-щему, %
1	2	3	4	5	6
1	Сталь 3 сырая	580	1341	902	67
2	Сталь 65Г конструкционная низколегированная	580	1301	850	65

Продолжение таблицы 4.8

Сталь 40Х

Конструкционная, легированная

580

1236

815

Сталь У8А

Инструментальная с отпуском

580

558

353

На основании полученных экспериментальных данных (рис. 4.8) можно сделать вывод, что наибольшим ресурсом обладают составные (предлагаемые) молотки, у которых рабочая грань изготовлена из стали У8 по сравнению с пластинчатым (базовым) молотком, изготовленным из стали 3 в 3,1 раза.

Выводы по главе:

Твердость поверхности молотков непостоянна и колеблется в широких пределах (до 40%). Это говорит о неоднородности материала и термообработки, что приведет к неравномерному износу рабочих поверхностей и увеличению технических обслуживаний, связанных с контролем за техническим состоянием рабочих органов.
Для выявления зависимости износа от количества перерабатываемого материала были изготовки пластинчатые молотки из сталей: сталь 3; сталь 40Х; сталь 65Г; сталь У8А. Наиболее износостойким является молоток, изготовленный из стали У8А. Использование стали У8А позволяет повысить наработку молотка до 1394 тонн, а стали 40Х – 629 тонн по сравнению с базовым молотком из стали 3 (наработка 580 тонн).
С экономической точки зрения изготовления полностью молотка из износостойкого материала не целесообразно. Предложена конструкция составного молотка, у которого взаимозаменяемая рабочая грань изготовлена из износостойкого материала стали У8А, стали 40Х, стали 65Г, а основание молотка из стали 3.
На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что наибольшем ресурсом обладают составные молотки, у которых рабочая грань выполнена под углом к радиальному положению по сравнению со стандартными пластинчатыми молотками. Составные молотки работают в 1,4…1,6 раза больше, чем пластинчатые.

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

5.1 Экономическая оценка эффективности предлагаемых молотков кормодробилки

Экономическая эффективность устанавливалась сравнением затрат денежных средств при эксплуатации базовых молотков, конструктивно обоснованных и составных молотков кормодробилки, за базовые принимались пластинчатые молотки.

Годовой экономический эффект от применения конструктивно обоснованных и составных молотков кормодробилки, согласно существующей методики [119], определяется по формуле:

Э_г = З₁ . , (5.1)

где З₁ и З₂ – приведенные затраты на кормодробилку с базовыми и

предлагаемыми молотками, руб.;

З₁ = С₁ + Е_нК₁, (5.2)

З₂ = С₂ + Е_нК₂, (5.3)

где С₁ и С₂ – годовая себестоимость работы кормодробилки с базовыми

и предлагаемыми молотками, руб.;

К₁ и К₂ – удельные капитальные вложения в производственные

фонды на годовой объем работы при базовой и предлагаемой

машинах, руб.;

Е_н = 0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных

вложений;

В₁ и В₂ – годовые объемы работы при использовании

соответственно базовой и предлагаемой кормодробилки;

- коэффициент учета изменения срока службы

предлагаемой кормодробилки по сравнению с базовой;

Р₁ и Р₂ - доли отчислений от балансовой стоимости на полное

восстановление базовой и предлагаемой кормодробилок;

- экономия потребителя на текущих

издержках эксплуатации и отчислениях от соответствующих

капитальных вложений за весь срок службы предлагаемой

кормодробилки по сравнению с базовой, руб.;

К и К - соответствующие капитальные вложения потребителя (без

учета стоимости установки) при использовании базовой и

предлагаемой кормодробилки в расчете на объем работы,

производимой с помощью предлагаемой кормодробилки, руб.;

И и И - годовые эксплуатационные издержки потребителя при

использовании им базовой и предлагаемой кормодробилки в расчете

на объем работы, производимой предлагаемой кормодробилкой,

руб.;

А₂ - годовой объем перерабатываемого зерна с помощью новых

молотков в расчетном году, кг.

Проект оптовой цены, согласно методике [120] рассчитывается по формуле:

Ц₀ = С₀ + П_н + П_д, (5.4)

где С₀ - себестоимость производства комплекта молотков, руб.;

П_н - нормативная прибыль, руб.;

П_д - дополнительная прибыль, руб..

Отраслевая себестоимость производства молотка:

С₀ = G(НК_м + М) + d , (5.5)

где G - чистый вес молотков, кг;

- коэффициент конструктивной сложности;

Км - коэффициент изменения Н в зависимости от объема выпуска

кормодробилок;

Н- затраты на производство без стоимости от объема покупных

изделий, приходящихся на 1 кг чистой массы однотипных по

технологии машин, руб/кг;

М - стоимость 1 кг чистой массы материалов, руб./кг;

d - стоимость покупных узлов и деталей в оптовых ценах

добавлением затрат на транспортные и заготовительные расходы,

руб..

Согласно существующих нормативов установлены значения показателей для предлагаемых конструктивно обоснованных молотков:

Отраслевая себестоимость, рассчитанная по зависимости (5.5), составляет для конструктивно обоснованных молотков С₀₁ = 1053,45 руб..

G₁ = 12,6 кг; G₁_У8А = 3,6 кг; = 1; Н = 40 руб./кг; К_м = 1,394; М₂ = 12 руб./кг; М₂ = 24 руб./кг; d = 230 руб.

Для составного молотка составляет:

С₀₂ = 1425,27 руб.

Нормативная прибыль от производства технических средств:

П_н = , (5.6)

где Рс - дифференциальный отраслевой норматив рентабельности по

отношению к себестоимости в %.

Доля покупных изделий составляет:

В этом случае Рс = 33 %

Величина дополнительной прибыли от производства технических средств директивно установлена в размере:

П_д = 0,5 П_н, (5.7)

Значения нормативной и дополнительной прибыли, рассчитываются по зависимостям (5.8) и (5.9), соответственно для конструктивно обоснованного и составного молотка П_н1 = 470,3 руб., П_д1 = 235,2 руб.

Оптовая цена, рассчитанная по формуле (5.4) и балансовая стоимость предлагаемых молотков комплект (90 шт) для конструктивно обоснованных и составных составляет:

Ц₀₁ = 1425,3 + 470,3 + 235,2 =2130,8

Б_м1 = 2343,8 руб.

Потребное количество предлагаемых установок в объеме В_общ = 5000 тонн составляет:

А₀ = . (5.8)

А₁ = .

Прямые эксплутационные затраты на годовой объем рассчитывали по формуле:

С ₂ = С_а + С_то + С_зп + С_эп,(5.9)

где С_а - амортизационные отчисления на капитальный ремонт и

реновацию кормодробилки, руб.;

С_то - годовые отчисления на текущий ремонт и техническое

обслуживание, руб.;

С_зп - заработная плата с начислениями, руб.;

С_эп - стоимость электроэнергии, руб.;

Амортизационные отчисления кормодробилки рассчитывается по формуле:

С_а = , (5.10)

где Р₂ - нормы амортизационных отчислений на кормодробилку в

процентах от балансовой стоимостей: Р₂ = 1,8% [120]

Т_гу - годовая загрузка установки в часах, Т_гу = 2500 час.

В₂ - годовой объем переработки зерна, В₂ = 5000 т.

Удельные капитальные затраты на производительные фонды:

К₀ = Б⁰ = 1500 руб.

К₁ = Б¹ = 2343,8 руб.

где Б¹_м – стоимость комплекта (90 шт) молотков, руб.

Сопутствующие капитальные вложения принимаем равным (К = К) в виду того, что технология работы осталась прежней.

Годовая экономия на одну предлагаемую кормодробилку с предлагаемыми составными молотками составит:

Э = 6681,5 руб.

Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений рассчитан по формуле для конструктивно обоснованных и составных молотков:

t_ок = , (5.11)

t_ок1 = года.

где t_ок – cрок окупаемости дополнительных капитальных вложений, лет;

К_доп – дополнительные капитальные вложения в новые молотки для

кормодробилки.

Необходимые справочные данные и результаты расчетов сведены в таблицу 5.1.

5.1 Показатели экономической эффективности

Показатели	Единицы измерения	Молоток кормодробилки
Показатели	Единицы измерения	Серийный	Составной
Производительность	т/ч	2	2,1
Дополнительные капиталовложения	руб.	-	2272,84
Годовой экономический эффект	руб.	-	6681,5
Стоимость одного молотка	руб.	16	25,3
Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений	руб.	-	0,34

Испытания и производственную проверку кормодробилки проводили в ООО «Им. 11 Кав. дивизии» Оренбургского района.

Годовой экономический эффект от внедрения комплекта предлагаемых составных молотков составляют 6681,5 руб.

Расчет произведен в ценах 2006 г.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

Результаты анализа работы кормодробилки и износ ее рабочих органов показал, что наиболее слабым звеном в кормодробилке является молоток. Повышение износостойкости молотка можно добиться, обосновав конструктивные параметры молотка с одновременным применением износостойких материалов.
Теоретические и экспериментальные исследования кормодробилки, показали, что молоток отклоняется от радиального положения. В результате отклонения молотка происходит интенсивное проскальзывание зерна по молотку. Для исключения проскальзывания необходимо использовать молоток с заранее известным углом наклона рабочей грани равной 16…18, что в свою очередь позволит уменьшить проскальзывание зерна по молотку, а значит и износ.
Для определения угла отклонения молотка от радиального положения нами была разработана лабораторная установка, принцип работы которой основан на стробоскопическом эффекте, позволившая определить данный угол с точностью до 1.
Для выявления зависимости износа от количества перерабатываемого материала, были изготовлены пластинчатые молотки из сталей: сталь 3; сталь 40Х; сталь 65Г; сталь У8А. При дроблении зерна наиболее износостойким является молоток, изготовленный из стали У8А. Использование молотка до придельного износа, изготовленного из стали У8А позволяет повысить наработку молотка до 1394 тонн, а стали 40Х – 629 тонн по сравнению с базовым молотком из стали 3 (наработка 580 тонн).
С экономической точки зрения изготовление молотка полностью из износостойкого материала не целесообразно. Предложена конструкция составного молотка, у которого взаимозаменяемая рабочая грань изготовлена из износостойкого материала стали У8А, стали 40Х, стали 65Г, а основание молотка из стали 3.
На основании полученных экспериментальных данных установлено, что наибольшим ресурсом обладают составные молотки, у которых рабочая грань выполнена под углом к радиальному положению по сравнению со стандартными пластинчатыми молотками. Составные молотки, изготовленные из аналогичного материала, работают в 1,4…1,6 раза больше, чем пластинчатые.
Экономическая эффективность от внедрения комплекта предлагаемых молотков (рабочая грань изготовлена под углом к радиальному положению из стали У8А) составляет 6681,5 руб. Срок окупаемости составил 0,34 года.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Будыка А.М. Повышать отдачу отрасли. Вестник Аграпрома. -1988. -№5. с. 2-3.
Пахомов В.С. Модернизация малогабаритной дробилки. Техника в сельском хозяйстве. – 1975. №1. – с. 78-80.
Попов И.С. Кормление и разведение сельскохозяйственных животных. – Сельхозиздат, 1952. – 268с.
Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилки. - М.: Недра, 1973. – 144 с.
Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. – М.: Недра, 1966. – 395 с.
Баловнев В.И., Пучин К.Г. Универсальные мельницы. Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1993. - №7. с. 17-19.
Ялпачик Ф.Е., Ялпачик Г.С. К расчету оси подвеса молотков кормоизмельчающих аппаратов //Механизация и электрификация с-х. – Киев, 1987. Вып.65. – с. 46-51.
Филатов М.И. и др. Лабораторная установка для исследования процесса дробления кормов / М.И. Филатов, М.И. Бабьева, В.А. Шахов, А.А. Петров. – Р.Ф. Патент на полезную модель № 51900. Опубликовано: 10.03.2006. Бюллетень №7, 2 стр.
Филатов М.И. и др. Молоток молотковой дробилки / М.И. Филатов, М.И. Бабьева, А.А. Петров. – Р.Ф. Патент на изобретение №2270058. Опубликовано: 20.02.2006. Бюллетень №5, 2 стр.
Демидов А.Р., Чирков С.Е. Способы измельчения и методы оценки их эффективности. ЦИНТИ Госкомзага. 1969. 52 с.
Грицаенко В.И., Шертнюк Д.С. Молотковая дробилка КДМ-2 ОА «Москвичка». Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1968. №2. с. 36.
Казаков Е.Д. Зерноведение с основами растениеводства. М.: Колос. 1983. 352 с.
Коротков В.Г., Антимонов С.В., Зайцева Н.В., Соловых С.Ю. Энергия диссипации в сложном процессе. Тез. докл. Региональной конференции молодых ученых и специалистов. Часть 2. Оренбург, 1997. с. 161 – 162.
Кулаковский И.В., Кирпичников Ф.С., Резник Е.И. Машины и оборудование для приготовления кормов Ч. 1. Справочник. М.: Россельхозиздат, 1987. 285 с.
Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия. 1968. 382 с.
Андреев П.В. Исследование износостойкости молотков дробилок при измельчении зерна. Зап. Ленингр. с.-х. ин-та. 1969. т.143.Вып.2. с. 30-34.
Елисеев В.А. Исследование процесса измельчения ударом: Дис. канд. техн. наук. Воронеж, 1962. 208 с.
Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. М.: Колос. 1993. 319 с.
Гернет М.М. Исследования в области динамики мукомольных машин: Дис. д.т.н. М.: 1953. 346 с.
Демидов П.Г. Технология комбикормового производства. М.: Колос. 1968. 224 с.
Дорофеев Н.С. Совершенствование технологических схем и параметров измельчителей фуражного зерна. Механизация подготовки кормов в животноводстве: Сб. науч. тр. Воронеж. 1984. с. 25-33.
Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. Л.: Колос. Ленингр. Отд-ние. 1978. 560 с.
Мельников С.В., Панова В.С. О движении системы «Барабан-молоток» дробилки. Зап. Ленинградского с-х. ин-та. 1969. т.13. Вып.2. с. 9-16.
Сыроватка В.И., Демин А.В., Джалилов А.Х. и др. Механизация приготовления кормов. М.: Агропромиздат, 1985. 386 с.
Лоренц В.Ф. Износ деталей сельскохозяйственных машин. М.: Машгиз, 1948-100 с.
Бабич А.А. Животноводство: проблема корма. М.: Знание, 1991. – 64 с.
Мельников С.В. К вопросу об измельчении ударом. Науч.-техн. бюл. По электрификации сел. Хоз-ва. М.: 1968. Вып.№1. с. 24-32.
Степанов В.В. К вопросу о расчете молотков молотковых дробилок. Сб. науч. тр. Рязанского СХИ, - Рязань. №7. 1958. с. 57-61.
Бутковский В.А., Мельников С.В. Технология, мукомольного и комбикормового производства (с основами экологии). – М.: Агропромиздат, 1989. – 464 с.
Гернет М.М. Геометрия масс рабочих органов машин для измельчения зерна. Труды МТИПП. 1952. Т.2.
Кукта Г.М. Технология переработки и приготовления кормов. М.: Колос, 1978. 265 с.
Куприц Я.Н. Технология переработки зерна. М.: 1965.
Ветцель В. Новый этап развития технологий комбикормового производства. Комбикормовая промышленность – 1997. - №5. – с. 17-22.
Kruger W.S. Basik Principles in volved in desing of the feed gringer. Agricultural Engineering. №7. 1927. с. 25-26.

Май Е. Повышение производительности молотковых дробилок. Мукомольно-элеваторная промышленность. №3. 1956. с. 11-12.
Хусид С.Д. Измельчение зерна на молотковых мельницах. М.: Заготиздат. 1947.
Елисеев В.А., Тарасенко А.М. Влияние числа пакетов на работу молотковых дробилок. Механизация сельскохозяйственных производственных процессов. Сельскохозяйственные машины и оборудование животноводческих ферм: Записки Воронежского СХИ. Воронеж. 1972. Т.48. Вып. 3.
Джинджихадзе С.П. Об установлении рациональных рабочих параметров молотковой дробилки. Труды Гр. НИИМЭСХ. Тбилиси. 1964. Т.10. Ч.1.
Худабердиев Н.Р. Уравновешивание вращающихся масс молотковых мельниц. Труды ВНИИЗ. М.: Заготиздат. 1949. Вып.16.
Илмерс А.Т. Результаты исследования механизмов для измельчения кормов. Труды Латвийского НИИМЭСХ. Рига. 1967. Т.1.
Май Е. Повышение производительности молотковых дробилок. Мукомольно-элеваторная промышленность. 1956. №7.
Мельников С.В. Экспериментальные основы теории процесса измельчения кормов на фермах молотковыми дробилками. Дис. д-ра. техн. наук. – Л. 1969. 509 с.
Прощак В.М. Исследование дробления грубого корма дробилкой на повышенной скорости. Всесоюзная научно-техническая конференция по применению высокоскоростных машин с электроприводом повышенной частоты тока в народном хозяйстве. Сборник докладов и сообщений. Краснодар. 1967.

Рабинович Б.Д., Дражнер Т. Возможность повышения производительности молотковых дробилок. Мукомольно-элеваторная промышленность. №12. 1958. с. 19-21.
Плохов Ф.Г. Исследование динамики рабочего процесса молотковой кормодробилки замкнутого типа: Дис. канд. техн. наук. Ленинград-Пушкин-1966. 244 с.
Филиппова А.Г., Саратовский В.И., Гаврилов Н.П. Исследование работы и износа молотков кормодробилок / Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства. Зерноград. 1972. Вып.15. с. 276-282.
Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машгиз, 1962-383 с.
Гаврилов Н., Саратовский В., Богомягких В.А. Дробильные молотки с удлиненными отверстиями // Техника в сельском хозяйстве. -1973. -№8.-с.20.
Гернет М.М. Уравновешивание вращающих масс молотковых мельниц // Тр./ВНИИзерна и продуктов его переработки. -1949. –Вып.16. – с.5-59.
Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. Учеб. Или учебн. Пособие для вузов. Л.: Колос. Ленинградское отделение. 1978.-560 с.
Панова В.С., Мельников С.В. О применении уравнения Лангранжа к анализу относительного движения молотковой дробилки // Тр./ Тадж. СХИ.-1982. –т.43. –с.64-68.
Тененбаум М.М. Износостойкость конструкций и деталей машин при абразивном изнашивании.- М.: Машиностроение, 1966. -331 с.
Справочник конструктора сельскохозяйственных машин, в 4 т. /Под ред. М.И. Клецкина.-2-е изд. Перераб. и доп-ное.: Машиностроение, 1969.-744 с.
Мельников С.В., Панова В.С. О движении системы «Барабан-молоток» дробилки // Зап. Ленинградского с-х ин-та. – 1969. –т.13.-Вып. 2.-с.9-16.
Харламов С.В. Практикум по расчету и конструированию машин и аппаратов пищевых производств. – Л.:Аграпромиздат, 1991. -256 с.
Розенбаум и др. Повышение надежности молотков кормодробилок/ А.Д. Розенбаум, Б.М. Меркулов, М.М. Тенденбаум / Повышение надежности и долговечности сельскохозяйственных машин: материалы 2-й Всесоюз. науч.-техн. конф-ции.-М., 1968.-с.408-414.
Гудков А.Н. К теории машин для дробления зерновых продуктов методом удара // Сб. науч. тр./ Сталингр. С-х ин-т.-1960.-т.3-с.20-27.
Сундеев А.А. Управление процессом измельчения в безрешотной молотковой дробилке. Механизация подготовки кормов в животноводстве. Сб. науч. тр. Воронежского СХИ. Воронеж. 1984.
Горячкин В.П., Фабрикант М.Б., Сушков П.Ф. Собрание сочинений. –М.: т. 3.
Зеленев А.А. Обоснование размеров и форм молотка молотковой зернодробилки. Сельхозмашина, №8. 1951. с. 14-16.
Лузии П.Н. К вопросу создания высокоскоростных молотковых кормодробилок для измельчения зерна. Всесоюзная научно-практическая конференция по применению высокоскоростных машин с электроприводом повышенной частоты тока в народном хозяйстве. Сборник докладов и сообщений. Орджоникидзе. 1965.
Степанов В.В. Некоторые результаты исследований рабочего процесса молотковых дробилок. Сб. науч. тр. Рязанский с-х ин-тут. 1958. Вып.7. с. 73-81.
Золотова А.А. Динамические исследования молотковых кормодробилки: Дис. канд. техн. наук. М.: 1968. 167 с.
Андреев П.В. Исследование износостойкости молотков дробилок при измельчении зерна // Зап. Ленингр. с-х. ин-та.-1969.-с.143.- Вып.2. –с.30-34.
Сыроватка В.И. Основные закономерности процесса измельчения зерна в молотковой дробилке. Электрификация сельского хозяйства. Технологические процессы кормоприготовления в электрифицированных хозяйствах. М.: 1964. т.14. с. 89-157.
Филиппова А.Г. Исследование рабочего процесса молотковой дробилки сцелью повышения качества размола и срока службы: Дис. канд. техн. наук. Зерноград. 1974. 163 с.
Розенбаум А.Б., Меркулов Б.М., Тенденбаум М.М. Повышение надежности молотков кормодробилок. Повышение надежности и долговечности сельскохозяйственных машин: материалы 2-й Всесоюз. науч.-техн. конф-ции. М.: 1968. с. 408-414.
Гудков А.Н. К теории машин для дробления зерновых продуктов методом удара. Сб. науч. тр. Сталингр. с-х ин-т. 1960. с. 20-27.
Костецкий Б.И. Износостойкость деталей машин. М.: - Киев, Машгиз, 1950-168 с.
Хрущев М.М., Бабичев М.А. Исследование изнашивания металлов. М.: Изд-во академии наук СССР, 1960. 351 с.
Мельников С.В. Классификация молотковых кормодробилок. Зап. Ленинг. с-х ин-та. 1972. т.199. с. 3-8.
Власов Ю.А. Допустимый износ молотков кормодробилок. Механизация и электрификация сел. хоз-ва. 1972.№2. с. 45-46.
Батырмухамедов Д.К. Исследование влияния изменения материала молотков кормодробилок на показатели их надежности: Дисс. канд. техн. наук. Ташкент. 1976. 140 с.
Сундеев А.А., Барбицкий А.П., Мерчалов С.В. Работа молотковой дробилки в замкнутом цикле. Совершенствование средств механизации в животноводстве: Сб. науч. тр. – Воронеж. 1987. с. 30-40.
Рублев В.И., Иваненко И.Н. Методика, ускоренных испытаний на износостойкость молотков кормодробилок. Сб. науч. тр. ВНИИМОЖ /ВНИИ по испыт. Машин и оборудования для животных, и кормопроизводства. 1986. Вып. 4. с. 23-33.
Тирацуян Р.С. Исследование технологического процесса молотковой кормодробилки закрытого типа: Дис. канд. техн. наук. –Ташкент-1972. 200с.
Ялпачик Ф.Е., Ялпачик Г.С., Алексеенко Г.А.Экспериментальные исследования колебаний модели молотка кормодробилки / Актуальные вопросы исследований технологического оборудования в животноводстве. Киев. 1991. с. 9-17.
Ялпачик Ф.Е. Влияние износа молотков кормодробилки на передачу ударов их осям подвеса / Механизация и электрификация с-х. Киев. 1989. Вып.69. с. 45-50.
Алешкин В.Р., Мохнаткин В.Г. Анализ рабочего процесса молотковых измельчителей грубых кормов. Механизация процессов кормоприготовления и содержания животных. Пермь. 1989. с. 5-9.
Алешкин В.Р. Исследования кинетики измельчения корма в молотковой дробилке. Зап. Ленинг. с.-х. ин-та. 1969. т.143. Вып.2. с. 17-21.
Филиппова А.Г. Равновесное положение концевых молотков на рабочем ходу молотковой дробилки / Вопросы механизации и электрификации сел. хоз-ва. Зерноград 1974. Вып.17. с. 161-169.
Rabinowicz E. Friction and wear of materials. New-York, John Willey and Sons, Ins. 1965.
Peterson M.B. Mechanisms of Wear. Boundary Lubrication. An appraisal of world literature. Amer. Soc. Mech. Neg, New-York – United Eng. Center, 1969, h 19-37.
Хрущов М.М. Классификация условий и видов изнашивания деталей машин. – сб.: Трение и износ в машинах, №8, М.: Изд-во АН СССР, 1953, с 5-17.
Burwell J.T., Starang C.D. Metallic Wear. – Proc. Roy. Soc., Ser. A, 1952, v 212.
Шевцова Е.М., Крагельский И.В. Классификация видов разрушения поверхностей машин в условиях сухого и граничного трения в КН.: Трение и износ в машинах, №8 М.: Изд-во АН СССР, 1953, с. 18-38.
Lancoster J.R. The formation of Surface Films at the Transition Between Mied and Severe Metallic Wear.-Proc. Roy. Soc., A, 1963, v 273.
Сучков А.Е. Теория молотковой дробилки. Записки центр. науч.-исслед. лаборат. кормовой и комбикормовой промышленности. 1936. Вып. 12. с. 35.
Пингин С.В. Контактная прочность в машинах. М.: Машиностроение, 1965 – 192 с.
Хрущов М.М., Бабичев М.А. Износостойкость и структура твердых наплавок. М.: Машиностроение, 1971 – 95 с.
Тененбаум М.М., Бернштейн Д.Б. Вопросы теории и абразивного изнашивания.-в КН.: Повышение износостойкости и срока службы машин. Киев: УКР НИИНТИ, 1970, вып. 1, с. 181-183.
Ишлинский А.Ю., Белый В.А. Развитие науки о трении и износе в СССР // Трение и износ.-1980.-№1. с.7-11.
Пальцер Г. Майсснер Ф. Основы трения и изнашивания /Пер.с нем./ Под ред. Добичина.-М.: Машиностроение, 1984.-264 с.
Однич И.А. К теории разрушения металлов при циклическом нагружении «Металловедение и термическая обработка металлов», 1955, №2 с. 4-19.
Ионов Ю.Б. Абразивное изнашивание бандажных сталей. «Вопросы рудничного транспорта» вып. 2, Углетехиздат, 1957.- 65 с.
Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел, М.: Нука, 1970 – 248 с.
Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе.- М.: Машиностроение, 1982. – 192 с., ил.
Клейс И.Р., Ууэмыйс Х.Х. Износостойкость элементов измельчителей ударного действия. – М.: Машиностроение, 1986. – 160 с., ил.
ГОСТ-23.201-78 Интенсивность изнашивания эталонного материала (оттоженной стали 45).
Добронравов В.В., Никитин Н.Н. Курс теоретической механики: Учебник для машиностроит. Спец. Вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1983. – 575 с., ил.
Коротков В.Г., Антимонов С.В., Зайцева Н.В. Оптимизация процесса измельчения в дробилках ударного принципа действия. В сб. докл. Российской научно-технической конференции «Совершенствование технологических процессов пищевой промышленности и АПК», ОГУ, Оренбург, 1996, с. 115-116.
Штербачек З., Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. Пер. с нем. Под редак. Павлушенко И.С. – Л.: ГСННТХ, 1963. – 416 с.
Hixson F.W., Wilkens H. A. Ind. Chen., 25, 1196, 1933.
Соловьев А.Н., Моисеев О.Н. Взаимодействие молотка кормодробилки с зерном и износ его рабочей поверхности// Механизация электрификация сельского хозяйства. №11. 2001 г. с. 19-21.
ГОСТ 13496.8 – 72. «Методы определения крупности размола и содержания не размолотых семян культурных и дикорастущих растений».
Карпов А.М., Плохов Ф.Г. Рабочий процесс и классификация дробилок // Пер. Тул. с-х опыт. Станции. – 1967. – т.1. – с. 316-328.
Косцецкий Б.И. Основные вопросы теории трения и изнашивания деталей машин. – Киев. – Москва. 1955.-52с.
Клушанцев Б.В., Косарев А.И. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации. – М.: Машиностроение, 1990. – 320 с.
Рублев В.И., Иваненко И.Н. Методика, ускоренных испытаний на износостойкость молотков кормодробилок // Сб. науч. тр. ВНИИМОЖ/ ВНИИ по испыт. машин и оборуд. для животных, и кормопроизводство. – 1986. – Вып.4. – с.23-33.
ГОСТ -8772-76 По твердости, весу и геометрическим параметрам молотка, изготовленным из стали 3.
Мельников С.В. Основания для проектирования молотковых дробилок // Земледельческая механика. – М., 1965. – т.14.-с.221-232.
Ялпачик Ф.Е. Влияние износа молотков кормодробилки на передачу ударов их осям подвеса // Механизация и электрификация с-х. – Киев, - 1989. –Вып.69.-с.45-50.
Вольф В.Г. Статистическая обработка опытных данных. М.: Колос. 1966.-253 с.
Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование экспиремента а исследованиях сельскохозяйственных процессов. Ленинград. Колос. -1972. 200 с.
Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия. 1974. 264 с.
Баранов Ю.Н. Определение взаимосвязи основных параметров молотковой дробилки с показателями ее работы // Механизация подготовки кормов в животноводстве.- Воронеж, 1984. – с.58-69.
Курчаткин В.В., Тельнов Н.Ф., Ачкасов К.А. Надежность и ремонт машин. – М.: Колос, 2000. – с.776 с.
Рогов В.Е., Чернышев В.П., Шахов В.А. Практикум по основам надежности сельскохозяйственной техники. – Оренбург: Издательский центр ОГАУ, - 2000. – 76 с.
Шпилько А.В. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. – М.: Изд-во РИЦ ГОСНИТИ, 1998. -251 с.
Власов Н.С. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники.- М.; «Колос» 1979. 186 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1

Поверхности отклика угла отклонения молотка от радиального положения при дроблении ячменя на кормодробилки КДУ-2А

Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от скорости молотка и степени измельчения материала

Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от скорости молотка и величины подачи материала

Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от влажности измельчаемого материала и скорости молотка

Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от влажности измельчаемого материала и степени измельчения материала

Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от влажности измельчаемого продукта и величины подачи материала в кормодробилку

Зависимость угла отклонения молотка от радиального положения от степени измельчения материала и величины подачи материала в кормодробилку

Y₂ = 1,843х₆ + 1,81х₃ – 1,738х₈ + 2,971х₅ + 0,0006429х₃х₆ + 0,02х₃х₈ +

+ 0,00375х₅х₃ + 0,0008929х₅х₆ + 2,25х₅х₈ – 0,014х₆х₈ + 4,01х₈² – 0,013821х₆² –

- 0,013896х₃²– 0,065х₈²;

Кукуруза

Поверхности отклика угла отклонения молотка от радиального положения при дроблении кукурузы на кормодробилки КДУ-2А

Y₃ = 18,311х₈ + 2,843х₅ + 2,038х₃ +2,026х₆ + 0,0009286х₃х₆ + 0,06х₃х₈ +

+ 0,00125х₅х₃ + 0,002679х₅х₆ + 0,25х₅х₈ + 0,014х₆х₈ + 13,68х₈² – 0,015341х₆² –

- 0,015807х₃² – 0,038х₅².

Приложение 2

Точка замера	Марки стали
Точка замера	Сталь 65Г Конструкционная низколегированная	Сталь 3	Сталь 40Х конструкционная легированная	Сталь У8А инструментальная
1	35	10	17	41
2	35	13	24	42
3	31	11	17	42
4	36	12	15	38
5	36	9	14	42
6	34	15	18	37
7	30	12	15	45
8	32	13	20	39
9	37	10	18	41
10	31	14	19	38
11	32	12	21	40
12	35	15	18	42
13	38	13	19	40
%	4 11	6 40	10 41	8 18
Система замера	HRC_э	HRC_э	HRC_э	HRC_э

Приложение 3

Экспериментальные данные для расчета предполагаемой наработки пластинчатых молотков

№	Материал молотка	Наработка, тонн	Объем износа, мм³
1	Cталь 3	70 110 330 500 580	75 237 1080 1320 1341
2	Сталь 65Г	70 110 330 500 580	42 99 906 1245 1301
3	Сталь 40Х	70 110 330 500 580	72 96 822 1122 1236
4	Сталь У8А	70 110 330 500 580	9 9 303 540 558

Приложение 4

Экспериментальные данные для расчета наработки предполагаемого составного молотка

№	Материал молотка	Наработка, тонн	Объем износа, мм³
1	Cталь 3	70 110 330 500 580	25 132 395 862 902
2	Сталь 65Г	70 110 330 500 580	14 53 321 810 850
3	Сталь 40Х	70 110 330 500 580	24 57 303 709 815
4	Сталь У8А	70 110 330 500 580	3 5 106 327 353

Приложение 5

ПРОГРАММА, МОДЕЛИРУЮЩАЯ ФУНКЦИОНАЛ

clear all;

global l1 n1 j k p q r s j1 p1 v;

r1=3;

j1=r1;

p1=r1-1;

l(1:(j1),1:(2^(j1-1)),1:r1,1:(2^(j1-1)))=0;

n(1:(j1),1:(2^(j1-1)),1:r1,1:(2^(r1-1)),1:r1,1:(2^(j1-1)))=0;

for r=0:r1-1

for s=0:(2^r-1)

for j=0:r

for k=0:(2^j-1)

for mj=(2^j):(2^(j+1)-1)

for mr=(2^r):(2^(r+1)-1)

if isequal(mj,mr)==1

l(j+1,k+1,r+1,s+1)=l(j+1,k+1,r+1,s+1)-4*p^2/2^((j+r)/2)*mj^2*exp(2*i*p*(mj^2*k/2^j-mr*s/2^r));

end

for p=0:r

for q=1:(2^p-1)

for mj=(2^j):(2^(j+1)-1)

for mp=(2^p):(2^(p+1)-1)

for mr=(2^r):(2^(r+1)-1)

if isequal(mj,mr)==1

n(j+1,k+1,p+1,q+1,r+1,s+1)=n(j+1,k+1,p+1,q+1,r+1,s+1)-2*p*i/2^((j+r+p)/2)*mp^2*exp(2*i*p*(mj^2*k/2^j+mp^2*q/2^p-mr*s/2^r));

end

[ls1,ls2,ls3,ls4]=size(l);

[ns1,ns2,ns3,ns4,ns5,ns6]=size(n);

l1=reshape(l,ls1,ls2,ls3*ls4);

n1=reshape(n,ns1,ns2,ns3*ns4,ns5*ns6);

a=zeros(r1,2^(r1-1)-1);

x=1/205:1/205:1;

for r=0:r1-1

for s=0:(2^r-1)

q=0;

for m=2^r:(2^(r+1)-1)

q=q+1/2^(r/2)*exp(-2*i*p*m*(x-(s)/2^(r)));

end

a(r+1,s+1)=sin(2*p*x)/q;

end

a1=reshape(a,r1*2^(r1-1),1);

options = odeset('RelTol',1e-1,'AbsTol',1e-1,'MaxStep',1/254,'InitialStep',1/254);

for r =0:(r1-1)

Y=0;

[T,Y] = ode123(@rigid1,[0 1],a1(1:(r+1)*(s+1),1),options);

size(Y)

[s1,s2]=size(Y);

if (r==0)

x=1/s1:1/s1:1;

u=zeros(s1,s1);

end

for f=0:(r-1)

for k=0:(2^(f)-1)

q=0;

for m=2^f:(2^(f+1)-1)

q=q+1/2^((f)/2)*exp(-2*i*p*m*(x-k/2^f));

end

u=u+Y(:,(f+1))*q;

end

[X,Y] = meshgrid(1/255:1/255:1,1/255:1/255:1);

mesh(X,Y,real(u));

% ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ:

function dy = rigid1(t,y)

global l1 n1 j k p q r s j1 p1 dy nn1 ll1 e v;

dy = zeros((r+1)*(s+1),1);

v=0.0003;

LL1=0; NN1=0;

for e=0:((r+1)*(s+1)-1)

LL1=0;NN1=0;

for j=0:r

for k=0:(2^(j)-1);

LL1=LL1+l1(j+1,k+1,e+1)*(y(j+1));

for p=1:r

for q=1:(2^(p)-1)

NN1=NN1+n1(j+1,k+1,p+1,e+1)*y(j+1)*y(p+1);

end

dy(e+1,1)=v*LL1-NN1;

end

Скачать: dissertaciya-poslednyaya.doc

Категория: Дипломные работы / Дипломные работы по сельскому хозяйству

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Привет студент