Краткие теоретические сведения. Измельчением называется процесс разделения твердых тел на части под действием механических сил

Измельчением называется процесс разделения твердых тел на части под действием механических сил. Процесс измельчения широко применяется в спиртовом, пивоваренном, крахмалопаточном, свеклосахарном, мясном, мукомольном и других производствах.

Если требуется уменьшить размер кусков без придания им определенной формы, процесс измельчения называется дроблением; если же одновременно с уменьшением размеров кусков им придается определенная форма, процесс измельчения называется резанием.

Многообразие машин применяемых для измельчения не позволяет нам рассмотреть их все. Рассмотрим некоторые из них.

4.1. Вальцовая дробилка. Вальцовые дробилки применяются для среднего, мелкого и тонкого дробления и помола зерна в мукомольных и крупяных производствах, плодов и овощей на консервных заводах, масличных семян в производстве растительных масел, шоколадной массы в кондитерском производстве и др.

Рабочей частью вальцовой дробилки являются горизонтальные валки. Количество валков может быть различным. Чаще дробилки имеют пару или несколько пар валков. Парные валки вращаются навстречу один другому, и дробление происходит между валками. По характеру поверхности валков они могут быть гладкими, рифлеными и зубчатыми.

На рис.4.1…4.3 представлены схемы вальцовых дробилок и мельницы.

Размер кусков продукта определяется шириной щели между валками. Питание дробилки производится непосредственно из бункера при содействии питающих валков.

Основными параметрами, характеризующими работу вальцовых дробилок, являются угол захвата α, частота вращения валков, их производительность G и потребляемая ими мощность N.

Для работы вальцовой дробилки необходимо, чтобы соблюдалось следующее условие – угол захвата α должен быть меньше двойного угла трения 2φ.

Часто валки вращаются с различной частотой n, благодаря чему достигается не только раздавливание материала, но разрыв и истирание его.

Для захвата кусков материала валками должно соблюдаться условие:

α <2 φ, (4.1)

где α – угол захвата материала в зоне измельчения, град.;

φ – коэффициент трения материала о валок.

Предельную окружную скорость вращения валков (относится ко всем машинам, где имеется вращательное движение) определяют по формуле:

w = π Dn / 60, (4.2)

где w – предельная окружная скорость вращения валков, м/с;

D – диаметр валка, м;

n – частота вращения валков, об/мин.

Обычно w = 2,5…5 м/с.

Производительность вальцовой дробилки определяется по формуле:

G = 60π· D · b · l · n · r y, (4.3)

где G – производительность вальцовой дробилки, кг/ч;

b – ширина зазора между валками, м;

l – длина валка, м;

r – объемная масса измельченного материала, кг/м³;

y – коэффициент, учитывающий неравномерность питания валков;

y = 0,5…0,7.

Если валки вращаются с различной частотой, то их производительность определяется по средней частоте вращения.

Мощность, потребляемая вальцовой дробилкой, определяется по формуле:

N = 0,117 D · l · n ·(120 d _н + D ²), (4.4)

где N – мощность, потребляемая вальцовой дробилкой, кВт;

d _н – начальный диаметр измельчаемого материала, м.

Размер поступающих на измельчение частиц должен быть в 20…25 раз меньше диаметра гладких валков и в 10…12 раз меньше диаметра рифленых валков; для дробилок с зубатыми валками (при измельчении плодов и овощей) отношение D / d _н = 2…5.

4.2. Молотковая дробилка. Молотковая дробилка см. рис. 4.4 за один прием обеспечивает относительно высокую степень измельчения таких материалов, как зерно, картофель, сахар, соль и других материалов. Рабочей частью ее являются молотки 2, выполненные из хромоникелевой стали, свободно подвешенные на стержнях 3 дисков ротора, смонтированного на валу. Ротор помещен в кожухе с внутренней рифленой поверхностью и сменным ситом 4 в нижней части. При работе дробилки материал измельчается ударами вращающихся молотков, ударами материала о рифленую рабочую поверхность кожуха и о поверхность сита. Степень измельчения регулируется величиной отверстий набора сит.

Окружную скорость вращения молотков определяют по формуле (4.2).

Производительность молотковой дробилки определяется по формуле:

G = 35 D · l r, (4.5)

где G – производительность молотковой дробилки, т/ч;

D – диаметр ротора, м;

l – длина ротора, м;

r – объемная масса измельченного материала, кг/м³.

Мощность, потребляемая дробилкой, определяется по формуле:

N = 0,15 D ²· l · n, (4.6)

где N – мощность, потребляемая молотковой дробилкой, кВт;

n – частота вращения ротора, об/мин.

4.3. Картофелетерочная машина. Терочные машины предназначены для измельчения картофеля на крахмало-паточных заводах и плодов при производстве соков.

Рабочим органом картофелетерки см. рис.4.5 является барабан 1 с зубчатыми пилками 2, враща-ющийся со скоростью около 50 м/с. Картофелетерка оборудована двумя прижимными колодками 3 и 4, которыми регулируется степень измельчения. Рабочая поверхность верхней колодки набрана из стальных стержней, а нижней – из пилок. Поступивший в терочную машину картофель прижимается к корпусу вращающимся барабаном, пилки которого трут картофель. Окончательное истирание его производится между барабаном и колодками. Для достижения высокой степени измельчения картофелетерки в нижней части снабжены решеткой 5.

Производительность ее определяется по формуле:

G = 8,5·10^-3· K · D · b · n · h ²· r, (4.7)

где G – производительность картофелетерочной машины, кг/с;

K – количество пилок, размещенных на барабане;

D – диаметр барабана, м;

b – ширина барабана, м;

n – частота вращения барабана, об/мин;

h – высота выступающей части зубьев, м;

r – объемная масса измельченного картофеля, кг/м³.

4.4. Резательная машина. Основными параметрами, характеризующими работу резательных машин, являются удельное усилие резания, оптимальная скорость резания, качество получаемого продукта и состояние рабочей кромки режущего устройства.

Действие резок основано на относительном движении резательных приспособлений – ножей и материала. Это относительное движение может быть осуществлено различными способами.

Под скоростью резания понимают скорость перемещения точки лезвия режу-

щего инструмента относительно точки на поверхности среза материала в направлении рабочего движения. При вращательном движении режущего инструмента за скорость резания принимают скорость точек лезвия, наиболее удаленных от оси вращения.

Производительность свеклорезки определяют по формуле:

G = L · d · z · w _р· r · К ₁· К ₂, (4.8)

где L – длина режущей кромки ножа, м;

d – средняя толщина стружки, м;

z – число ножей;

w _р – скорость резания, м/с;

r – плотность свеклы, кг/м³;

К ₁ – коэффициент объемного уплотнения, учитывающий неравномерность распределения свеклы в рабочем объеме машины и зависящий от угловой скорости ротора ω;

при ω = 5…20 рад/с:

К ₁ = 1,38·10^-5· ω ^3,4 + 0,56, (4.9)

где ω – угловая скорость ротора, рад/с;

К ₂ – конструктивный коэффициент, учитывающий степень использования ножей в резке:

для центробежных резок К ₂ = 0,9;

для дисковых – К ₂ = 0,85.

Мощность, потребляемая свеклорезкой, зависит от конструкции резки, количества и длины ножей, скорости резания, длины и формы стружки.

Общая мощность привода для свеклорезки определяется по формуле:

N = (N ₁+ N ₂+ N ₃+ N ₄+ N ₅) / h _пр, (4.10)

где N – общая мощность привода для свеклорезки, кВт;

N ₁ – мощность, необходимая для преодоления сил трения свеклы о внутреннюю поверхность корпуса резки, кВт;

N ₂ – мощность, необходимая для преодоления сил сопротивления резанию свеклы, кВт;

N ₃ – мощность, необходимая для ускорения массы свеклы в роторе до скорости резания, кВт;

N ₄ – мощность, необходимая для преодоления сил трения между корнями свеклы при поступлении их из бункера в ротор, кВт;

N ₅ – мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха при вращении ротора, кВт;

h _пр – коэффициент полезного действия привода.

Мощность N ₁ определяют по формуле:

N ₁ = 6,28·10^-3· P _п· h · ω · r _в²· f · K ₂, (4.11)

где P _п – удельное усилие прижатия свеклы к корпусу, Па;

h – высота слоя свеклы, равная длине режущей кромки ножа, м;

ω – угловая скорость вращения ротора, рад/с;

r _в – внутренний радиус корпуса резки, м;

f – коэффициент трения свеклы о материал корпуса резки.

Мощность N ₂ определяют по формуле:

N ₂ = 10^-3 P _c· L · z · r _p· ω · K ₃, (4.12)

где P _c – удельная сила сопротивления резанию, Н/м;

P _c = 66 w _р^0,2(1+1,81 w _р^0,36), (4.13)

где w _р – скорость резания, м/с;

L – длина режущей кромки одного ножа, м;

z – число ножей;

r _p – радиус резания, равный расстоянию от центра вращения ротора до вершины ножа, м;

K ₃ – опытный коэффициент, учитывающий перекрытие части режущих кромок ножей;

К ₃ = 0,8…0,9.

Мощность N ₃ определяют по формуле:

N ₃ = 0,5·10^-3· G · ω ²· r _в², (4.14)

Величина мощности N ₄ для резок производительностью от 1000 до 4000 т/сут соответственно составляет от 8 до 5 кВт.

Мощность N ₅ для типовых резок находиться в пределах от 0,3 до 1кВт, причем меньшее значение принимают для резок с радиусом ротора 0,6 м, большее - для ротора радиусом 0,8 м. Из опытных данных известно, что из всей потребляемой резкой мощности лишь около 20% расходуется на резание свеклы.

Поиск по сайту: