Рабочие органы для брикетирования сена.

Технология заготовки сена по средствам брикетирования имеет существенные преимущества по сравнению с заготовкой сено прессованием:

1. возможна полная механизация всего процесса заготовки сена;

2. отпадает надобность в увязочном материале, в следствии большой плотности брикетов;

3. повышается коэффициент использования транспортных средств, помещений для хранения;

4. уменьшаются потери при хранении и дольше сохраняются питательные вещества.

Брикетные прессы разделяют на прессы периодического и непрерывного действия. К прессам периодического относятся штемпельные, а непрерывного – шнековые и кольцевые.

Штемпельные прессы брикетируют сено в открытых и закрытых каналах. В процессах с открытым каналом противодавление для брикетирования создается находящимися в каналах брикетами. По этой причине значительная часть энергии затрачивается на преодоление сил трения брикетов о стенки каналов.

В шнековых прессах брикетирование осуществляется коническим шнеком, выжимающим материал через отверстия небольшого диаметра в формирующей матрице.

Кольцевые прессы нашли применение для брикетирования сена и гранулирования сенной муки. Рабочими органами такого пресса являются прессующие ролики 1 и кольцевая матрица 2 с отверстиями – камерами.

Сечение камер обычно делают 25×51 и 51×51мм, а для получения гранул отверстия в матрице делают диаметром от 8 до 20 мм.

Прямоугольные и круглые отверстия имеют на внутренней поверхности острые кромки. При уплотнении в кольцевой матрице сено сжимается между внутренней и наружной поверхностями матрицы и ролика; продавливается в отверстия прессовальных каналов; при этом сено перерезается острыми кромками отверстий. Далее образовавшиеся брикеты перемещаются в прессовальных каналах. После выхода брикета из канала дефлекторная пластинка отрезает его и он падает на транспортер-элеватор.

Основными параметрами рабочих органов кольцевых прессов являются: угол захвата материала прессующим роликами; толщина захватываемого слоя, радиус матрицы и ролика, производительность пресса.

При расчете рабочих органов кольцевых прессов используют следующие зависимости.

1. Угол захвата α материала прессующими роликами должен быть равен или меньше угла трения о ролики, т.е. .
2. Максимальная производительность рабочего органа достигается в случае, когда внутренний радиус R матрицы в 2 раза больше радиуса r ролика. При этих условиях

, (1)

где , т.к. диагональ ромба делит угол пополам.

1. Радиус матрицы найдем следующим образом. Обозначим:

V – объём материала на внутренней поверхности матрицы, расположенный на длине дуги, равной единице; Н – высота матрицы; z – количество отверстий на единичном участке матрицы; l – длина столбика материала, выдавленного из отверстия за один проход прессующего ролика; λ – степень уплотнения материала.

В этих обозначениях объём материала расположенный на единице дуги матрицы

Это же количество материала должно быть выдавлено из отверстий в виде гранул или брикетов:

Приравнивая правые части объёмов, найдем

Обозначим через f – отношение площади поперечных сечений отверстий матрицы на единичном участке дуги к площади внутренней поверхности этого участка:

Тогда (2)

Приравняем выражений (1) и (2). Получим

,

откуда

1. Производительность пресса с неподвижной матрицей за один оборот ролика

.

1. Запрессованный материал удерживается в отверстиях матрицы за счет силы трения. Для его выталкивания необходимо, чтобы сила сжатия новой порции материала была больше силы трения, удерживающей запрессованный материал в отверстиях. Это условие может служить основанием для определения основного параметра матрицы – длины отверстия.

Усилие прессования

Закономерности сжатия сена и соломы при прессовании установлены экспериментальным путем. Различными авторами предложены различные зависимости. Наибольший интерес из них представляет зависимость, полученная В.И. Особовым. Он исходил из того, что отношение приращения давления dp к приращению плотности dρ прямо пропорционально приложенному давлению р:

Полагая, что f(p) - есть линейная зависимость

.

Проинтегрируем эту зависимость в пределах изменения давления на поршне от 0 до р и от начальной плотности ρ₀ до конечной ρ:

или

Окончательно получим:

(1) , где

Свободное сено имеет плотность ρ₀ = 40 – 50 кг/м³. Эмпирические коэффициенты с и а зависят от физико-механических свойств сена и характеризуют сопротивление, оказываемое сеном сжатию. По данным В.И. Особова, в зависимости от влажности и состава сена а = (3,75 ¸ 5,5)10 ^-3 м³/кг, с = 33,2¸60 Н/см².

Зависимость (1) можно преобразовать и выразить через перемещение поршня. Для этого выразим через L – начальную длину слоя до сжатия; S – площадь поперечного сечения камеры;

l – деформация слоя.

Первоначальный объем сена до сжатия равен , а масса сена .

После сжатия объем сена будет и масса сена .

Поскольку масса сена не изменилась, то приравняв правые части выражений, получим:

,

Откуда .

Подставив это выражение в формулу для определения давления прессования, получим:

,

или после преобразований:

.

И.А. Долгов на основании экспериментальных исследований предлагает зависимость с и а от начальной плотности сжимаемого материала ρ₀ в следующем виде:

; ,

где A,B,C,D,E,K,L – опытные коэффициенты, которые зависят от материала.

В.И. Особов и И.А. Долгов подтвердили свои теории, сняв осциллограммы давлений на поршне при сжатии сена (см. рис.)

Кривая АВ характеризует увеличение давления на поршне во время сжатия сена и соответствует полученному выше закону сжатия. Кривая ВС характеризует давление на поршне, когда сжатие порции сена закончилось и порция проталкивается в открытую камеру на величину h. Проталкивание заканчивается при достижении поршнем переднего крайнего положения. Далее начинается обратный ход. Кривая CD характеризует давление на поршне при обратном ходе; на участке l на поршень будет некоторое время действовать сила, вызванная частью упругой деформации сена. А затем давление на поршне падает до нуля.

Особенность технологического процесса прессования сена в существующих прессах заключается в том, что усилие в конце прессования достигает максимального значения. Поэтому конструкция приводных механизмов поршня пресса должна обеспечивать передачу все возрастающего усилия в конце хода поршня.

Кривошипно-шатунный механизм обеспечивает в конце хода максимальное усилие прессования.