Результаты экспериментальных исследований измельчения высушенных волокнистых растительных материалов
Ключевые слова:
волокнистые растительные материалы, измельчение, резание, измельчитель, удельная энергоемкость, линейная скорость ножей, фракционный состав измельченного продукта, пониженное давление воздуха
Аннотация
Введение. Разработка способа энергоэффективного измельчения волокнистого растительного сырья, предотвращающего засорение решет, остается актуальной задачей. Цель исследования – изучить процесс измельчения высушенных волокнистых растительных материалов и оценить влияние режимных характеристик устройства на качество измельчения и энергоемкость процесса.
Материалы и методы. Экспериментальная установка представляла собой роторный измельчитель. Его рабочими органами являлись чередующиеся ножи и молотки. При движении молотка треугольный вырез его грани создает область пониженного давления, под действием которого происходит отрыв растительных частиц от поверхности решет. Изучалось влияние линейной скорости движения ножей и подачи сырья на фракционный состав измельченного сырья, производительность измельчителя и удельную энергоемкость измельчения.
Результаты исследования. Оптимальный диапазон изменения скорости ножей для получения продукта требуемого фракционного состава 55–75 м/с. Увеличение скорости приводит к повышению производительности, но сопровождается ростом удельной энергоемкости. При постоянной скорости ротора увеличение подачи сырья повышает и производительность измельчителя, но лишь до некоторой величины. После производительность снижается из-за излишнего заполнения сырьем рабочей камеры и засорения решет. Для каждого значения скорости ножей существует оптимальная подача, обеспечивающая максимальную производительность. Высокие значения скорости ножей приводят к значительной энергоемкости процесса и переизмельчению сырья. Поэтому оптимальный диапазон скорости ножей 55–65 м/с.
Обсуждение и заключение. Эффективное измельчение сырья достигается благодаря более низкой энергоемкости процесса резания, а также отсутствию засорения решет вследствие отрыва растительных частиц от их поверхности.
Литература
1. Демченко В. Н., Вертий А. А. Повышение эффективности процесса измельчения грубых и стебельчатых кормов // Науковий вісник Таврійського державного агротехнологічного університету. 2011. № 1–3. С. 74–79. URL: http://nauka.tsatu.edu.ua/e-journals-tdatu/pdf1t3/11DVNRSF.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
2. Костомахин Н. М., Костомахин М. Н. Традиционные технологии производства травяной муки // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2015. № 4. С. 14–28. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=24258297& (дата обращения: 20.06.2021).
3. Обзор: производство биотоплива из биомассы растений и водорослей / Р. А. Волошин [и др.] // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2019. № 7–9. С. 12–31. doi: https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.07-09.012-031
4. Comminution of Dry Lignocellulosic Biomass, a Review: Part I. From Fundamental Mechanisms to Milling Behaviour [Электронный ресурс] / C. Mayer-Laigle [et al.] // Bioengineering. 2018. Vol. 5, Issue 2. doi: https://doi.org/10.3390/bioengineering5020041
5. Садов В. В., Сорокин С. А. Повышение эффективности молотковой дробилки с вертикальным валом при измельчении зерновых компонентов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2018. № 11. С. 86–92. URL: http://www.asau.ru/vestnik/2018/11/086-092.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
6. Исследование рабочего процесса молотковой дробилки с вертикальным валом / А. В. Смоленский [и др.] // Техника в сельском хозяйстве. 2012. № 5. С. 20–21. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20344403 (дата обращения: 20.06.2021).
7. Гулевский В. А., Вертий А. А. Математическое моделирование работы измельчителя кормов // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2018. № 3. С. 120–128. doi: https://doi.org/10.17238/issn2071-2243.2018.3.120
8. Ghorbani Z., Masoumi A. A., Hemmat A. Specific Energy Consumption for Reducing the Size of Alfalfa Chops Using a Hammer Mill // Biosystems Engineering. 2010. Vol. 105, Issue 1. P. 34–40. doi: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2009.09.006
9. Grinding Energy and Physical Properties of Chopped and Hammer-Milled Barley, Wheat, Oat, and Canola Straws / J. S. Tumuluru [et al.] // Biomass and Bioenergy. 2014. Vol. 60. P. 58–67. doi: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.10.011
10. Разработка и исследование машины для воздушной очистки семян трав и зерна / П. А. Савиных [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. Т. 16, № 1. С. 84–89. doi: https://doi.org/10.12737/2073-0462-2021-84-89
11. Energy Consumption at Size Reduction of Lignocellulose Biomass for Bioenergy [Электронный ресурс] / G. Moiceanu [et al.] // Sustainability. 2019. Vol. 11, Issue 9. doi: https://doi.org/10.3390/su11092477
12. Mani S., Tabil L. G., Sokhansanj S. Grinding Performance and Physical Properties of Wheat and Barley Straws, Corn Stover and Switchgrass // Biomass and Bioenergy. 2004. Vol. 27, Issue 4. P. 339–352. doi: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2004.03.007
13. Size Reduction of High- and Low-Moisture Corn Stalks by Linear Knife Grid System / C. Igathinathane [et al.] // Biomass and Bioenergy. 2009. Vol. 33, Issue 4. P. 547–557. doi: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2008.09.004
14. Ghorbani Z., Hemmat A., Masoumi A. A. Physical and Mechanical Properties of Alfalfa Grind as Affected by Particle Size and Moisture Content // Journal of Agricultural Science and Technology. 2012. Vol. 14, Issue 1. P. 65–76. URL: https://www.researchgate.net/publication/265877094_Physical_and_Mechanical_Properties_of_Alfalfa_Grind_as_Affected_by_Particle_Size_and_Moisture_Content (дата обращения: 20.06.2021).
15. Вольвак С. Ф., Бахарев Д. Н., Вертий А. А. Теоретические исследования измельчителя стебельчатых кормов с шарнирно подвешенными комбинированными ножами // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2016. № 3. С. 24–34. URL: http://bsaa.edu.ru/InfResource/library/Journal_3_2016.pdf#page=25
16. Prediction of Specific Energy Consumption in Milling Process Using Some Physical and Mechanical Properties of Alfalfa Grind / Z. Ghorbani [et al.] // Australian Journal of Crop Science. 2013. Vol. 7, Issue 10. P. 1449–1455. URL: http://www.cropj.com/ghorbani_7_10_2013_1449_1455.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
17. Булатов С. Ю. Повышение эффективности приготовления кормов путем совершенствования конструкции и технологического процесса кормоприготовительных машин // Пермский аграрный вестник. 2017. № 1. С. 55–64. URL: http://agrovest.psaa.ru/?smd_process_download=1&download_id=4253#page=56
18. Обоснование диаметра отверстий решета сепаратора листовой части трав / Д. Т. Абилжанов [и др.] // Техника и оборудование для села. 2017. № 8. С. 24–27. URL: https://rosinformagrotech.ru/data/tos/arkhiv-zhurnala-besplatnyj-dostup/send/56-arkhiv-zhurnala-za-2017/445-tekhnika-i-oborudovanie-dlya-sela-avgust-8-242-2017-g (дата обращения: 20.06.2021).
19. Абилжанулы Т., Абилжанов Д. Т. Определение скорости перемещения предварительно измельченного сена по поверхности решета сепаратора листовой части трав // Тракторы и сельхозмашины. 2020. № 4. С. 53–57. URL: https://tismash.mospolytech.ru/upload/files/tismash/Тракторы и сельхозмашины №4 2020.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
20. Теоретическое обоснование затрат мощности на измельчение стебельчатых кормов измельчителем с шарнирно подвешенными комбинированными ножами / С. Ф. Вольвак [и др.] // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2017. № 1. С. 23–32. URL: http://bsaa.edu.ru/InfResource/library/Journal%201(13)%202017.pdf#page=23 (дата обращения: 20.06.2021).
21. Вольвак С. Ф., Шаповалов В. И. Анализ математической модели технологического процесса измельчения стебельчатых кормов // Известия Международной академии аграрного образования. 2015. Т. 1. С. 90–93. URL: https://maaorus.ru/assets/files/journals/izvestiya-maao-vypusk-25-tom-1.pdf#page=90 (дата обращения: 20.06.2021).
22. Гулевский В. А., Вертий А. А. Усовершенствование технологии измельчения грубых стебельчатых кормов измельчителем с шарнирно подвешенными комбинированными ножами // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2019. Т. 12, № 1. С. 73–81. doi: https://doi.org/10.17238/issn2071-2243.2019.1.73
23. Обоснование конструктивных параметров ножей при резании плоского слоя продукта / С. В. Вендин [и др.] // Вестник ВНИМЖ. 2019. № 4. С. 101–104. URL: https://clck.ru/YjdcU (дата обращения: 20.06.2021).
24. Бестаев Л. З. Комплексная оценка показателей качества измельчения стебельчатых кормов // Инновации в сельском хозяйстве. 2014. № 2. С. 49–53. URL: https://journal.viesh.ru/wp-content/uploads/2018/04/insel7.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
25. Абилжанов Д. Т., Уметалиева Ч. Т., Абилжанулы Т. Определение скорости и ускорения решета сепаратора мелкой листовой части трав // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. 2019. Т. 19, № 12. С. 72–76. URL: http://vestnik.krsu.edu.kg/archive/70/2858 (дата обращения: 20.06.2021).
26. Bulk Density and Compaction Behavior of Knife Mill Chopped Switchgrass, Wheat Straw, and Corn Stover / N. Chevanan [et al.] // Bioresource Technology. 2010. Vol. 101, Issue 1. P. 207–214. doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.07.083
27. Dowgiallo A. Cutting Force of Fibrous Materials // Journal of Food Engineering. 2005. Vol. 66, Issue 1. P. 57–61. doi: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.02.034
28. Tabil Jr. L. G., Sokhansanj S. Bulk Properties of Alfalfa Grind in Relation to Its Compaction Characteristics // Applied Engineering in Agriculture. 1997. Vol. 13, Issue 4. P. 499–505. URL: https://www.academia.edu/download/32827663/97.001.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
29. Principal Component Modeling of Energy Consumption and Some Physical-Mechanical Properties of Alfalfa Grind / Z. Ghorbani [et al.] // Australian Journal of Crop Science. 2011. Vol. 5, Issue 8. P. 932–938. URL: http://www.cropj.com/ghorbani_5_8_2011_932_938.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
30. Измельчитель волокнистых растительных материалов : патент на полезную модель 205978 Российская Федерация / Пахомов В. И. [и др.]. № 2021102128 ; заявл. 29.01.2021 ; опубл. 13.08.2021, Бюл. № 23. 12 с. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46472232 (дата обращения: 20.06.2021).
31. Люцерна изменчивая Голубка : патент на селекционное достижение 10598 Российская Федерация / Грязева Т. В. [и др.]. № 67896 ; заявл. 16.11.2015 ; опубл. 23.07.2019. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44119477 (дата обращения: 20.06.2021).
32. Перспективный сорт люцерны изменчивой Голубка / С. А. Игнатьев [и др.] // Зерновое хозяйство России. 2018. № 1. С. 20–24. doi: https://doi.org/10.31367/2079-8725-2018-55-1-20-23
2. Костомахин Н. М., Костомахин М. Н. Традиционные технологии производства травяной муки // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2015. № 4. С. 14–28. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=24258297& (дата обращения: 20.06.2021).
3. Обзор: производство биотоплива из биомассы растений и водорослей / Р. А. Волошин [и др.] // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2019. № 7–9. С. 12–31. doi: https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.07-09.012-031
4. Comminution of Dry Lignocellulosic Biomass, a Review: Part I. From Fundamental Mechanisms to Milling Behaviour [Электронный ресурс] / C. Mayer-Laigle [et al.] // Bioengineering. 2018. Vol. 5, Issue 2. doi: https://doi.org/10.3390/bioengineering5020041
5. Садов В. В., Сорокин С. А. Повышение эффективности молотковой дробилки с вертикальным валом при измельчении зерновых компонентов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2018. № 11. С. 86–92. URL: http://www.asau.ru/vestnik/2018/11/086-092.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
6. Исследование рабочего процесса молотковой дробилки с вертикальным валом / А. В. Смоленский [и др.] // Техника в сельском хозяйстве. 2012. № 5. С. 20–21. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20344403 (дата обращения: 20.06.2021).
7. Гулевский В. А., Вертий А. А. Математическое моделирование работы измельчителя кормов // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2018. № 3. С. 120–128. doi: https://doi.org/10.17238/issn2071-2243.2018.3.120
8. Ghorbani Z., Masoumi A. A., Hemmat A. Specific Energy Consumption for Reducing the Size of Alfalfa Chops Using a Hammer Mill // Biosystems Engineering. 2010. Vol. 105, Issue 1. P. 34–40. doi: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2009.09.006
9. Grinding Energy and Physical Properties of Chopped and Hammer-Milled Barley, Wheat, Oat, and Canola Straws / J. S. Tumuluru [et al.] // Biomass and Bioenergy. 2014. Vol. 60. P. 58–67. doi: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.10.011
10. Разработка и исследование машины для воздушной очистки семян трав и зерна / П. А. Савиных [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. Т. 16, № 1. С. 84–89. doi: https://doi.org/10.12737/2073-0462-2021-84-89
11. Energy Consumption at Size Reduction of Lignocellulose Biomass for Bioenergy [Электронный ресурс] / G. Moiceanu [et al.] // Sustainability. 2019. Vol. 11, Issue 9. doi: https://doi.org/10.3390/su11092477
12. Mani S., Tabil L. G., Sokhansanj S. Grinding Performance and Physical Properties of Wheat and Barley Straws, Corn Stover and Switchgrass // Biomass and Bioenergy. 2004. Vol. 27, Issue 4. P. 339–352. doi: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2004.03.007
13. Size Reduction of High- and Low-Moisture Corn Stalks by Linear Knife Grid System / C. Igathinathane [et al.] // Biomass and Bioenergy. 2009. Vol. 33, Issue 4. P. 547–557. doi: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2008.09.004
14. Ghorbani Z., Hemmat A., Masoumi A. A. Physical and Mechanical Properties of Alfalfa Grind as Affected by Particle Size and Moisture Content // Journal of Agricultural Science and Technology. 2012. Vol. 14, Issue 1. P. 65–76. URL: https://www.researchgate.net/publication/265877094_Physical_and_Mechanical_Properties_of_Alfalfa_Grind_as_Affected_by_Particle_Size_and_Moisture_Content (дата обращения: 20.06.2021).
15. Вольвак С. Ф., Бахарев Д. Н., Вертий А. А. Теоретические исследования измельчителя стебельчатых кормов с шарнирно подвешенными комбинированными ножами // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2016. № 3. С. 24–34. URL: http://bsaa.edu.ru/InfResource/library/Journal_3_2016.pdf#page=25
16. Prediction of Specific Energy Consumption in Milling Process Using Some Physical and Mechanical Properties of Alfalfa Grind / Z. Ghorbani [et al.] // Australian Journal of Crop Science. 2013. Vol. 7, Issue 10. P. 1449–1455. URL: http://www.cropj.com/ghorbani_7_10_2013_1449_1455.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
17. Булатов С. Ю. Повышение эффективности приготовления кормов путем совершенствования конструкции и технологического процесса кормоприготовительных машин // Пермский аграрный вестник. 2017. № 1. С. 55–64. URL: http://agrovest.psaa.ru/?smd_process_download=1&download_id=4253#page=56
18. Обоснование диаметра отверстий решета сепаратора листовой части трав / Д. Т. Абилжанов [и др.] // Техника и оборудование для села. 2017. № 8. С. 24–27. URL: https://rosinformagrotech.ru/data/tos/arkhiv-zhurnala-besplatnyj-dostup/send/56-arkhiv-zhurnala-za-2017/445-tekhnika-i-oborudovanie-dlya-sela-avgust-8-242-2017-g (дата обращения: 20.06.2021).
19. Абилжанулы Т., Абилжанов Д. Т. Определение скорости перемещения предварительно измельченного сена по поверхности решета сепаратора листовой части трав // Тракторы и сельхозмашины. 2020. № 4. С. 53–57. URL: https://tismash.mospolytech.ru/upload/files/tismash/Тракторы и сельхозмашины №4 2020.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
20. Теоретическое обоснование затрат мощности на измельчение стебельчатых кормов измельчителем с шарнирно подвешенными комбинированными ножами / С. Ф. Вольвак [и др.] // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2017. № 1. С. 23–32. URL: http://bsaa.edu.ru/InfResource/library/Journal%201(13)%202017.pdf#page=23 (дата обращения: 20.06.2021).
21. Вольвак С. Ф., Шаповалов В. И. Анализ математической модели технологического процесса измельчения стебельчатых кормов // Известия Международной академии аграрного образования. 2015. Т. 1. С. 90–93. URL: https://maaorus.ru/assets/files/journals/izvestiya-maao-vypusk-25-tom-1.pdf#page=90 (дата обращения: 20.06.2021).
22. Гулевский В. А., Вертий А. А. Усовершенствование технологии измельчения грубых стебельчатых кормов измельчителем с шарнирно подвешенными комбинированными ножами // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2019. Т. 12, № 1. С. 73–81. doi: https://doi.org/10.17238/issn2071-2243.2019.1.73
23. Обоснование конструктивных параметров ножей при резании плоского слоя продукта / С. В. Вендин [и др.] // Вестник ВНИМЖ. 2019. № 4. С. 101–104. URL: https://clck.ru/YjdcU (дата обращения: 20.06.2021).
24. Бестаев Л. З. Комплексная оценка показателей качества измельчения стебельчатых кормов // Инновации в сельском хозяйстве. 2014. № 2. С. 49–53. URL: https://journal.viesh.ru/wp-content/uploads/2018/04/insel7.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
25. Абилжанов Д. Т., Уметалиева Ч. Т., Абилжанулы Т. Определение скорости и ускорения решета сепаратора мелкой листовой части трав // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. 2019. Т. 19, № 12. С. 72–76. URL: http://vestnik.krsu.edu.kg/archive/70/2858 (дата обращения: 20.06.2021).
26. Bulk Density and Compaction Behavior of Knife Mill Chopped Switchgrass, Wheat Straw, and Corn Stover / N. Chevanan [et al.] // Bioresource Technology. 2010. Vol. 101, Issue 1. P. 207–214. doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.07.083
27. Dowgiallo A. Cutting Force of Fibrous Materials // Journal of Food Engineering. 2005. Vol. 66, Issue 1. P. 57–61. doi: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.02.034
28. Tabil Jr. L. G., Sokhansanj S. Bulk Properties of Alfalfa Grind in Relation to Its Compaction Characteristics // Applied Engineering in Agriculture. 1997. Vol. 13, Issue 4. P. 499–505. URL: https://www.academia.edu/download/32827663/97.001.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
29. Principal Component Modeling of Energy Consumption and Some Physical-Mechanical Properties of Alfalfa Grind / Z. Ghorbani [et al.] // Australian Journal of Crop Science. 2011. Vol. 5, Issue 8. P. 932–938. URL: http://www.cropj.com/ghorbani_5_8_2011_932_938.pdf (дата обращения: 20.06.2021).
30. Измельчитель волокнистых растительных материалов : патент на полезную модель 205978 Российская Федерация / Пахомов В. И. [и др.]. № 2021102128 ; заявл. 29.01.2021 ; опубл. 13.08.2021, Бюл. № 23. 12 с. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46472232 (дата обращения: 20.06.2021).
31. Люцерна изменчивая Голубка : патент на селекционное достижение 10598 Российская Федерация / Грязева Т. В. [и др.]. № 67896 ; заявл. 16.11.2015 ; опубл. 23.07.2019. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44119477 (дата обращения: 20.06.2021).
32. Перспективный сорт люцерны изменчивой Голубка / С. А. Игнатьев [и др.] // Зерновое хозяйство России. 2018. № 1. С. 20–24. doi: https://doi.org/10.31367/2079-8725-2018-55-1-20-23
Опубликован
2021-12-21
Раздел
Технологии и средства механизации сельского хозяйства
