Електропривод кормоприготувальних машин

Сільськогосподарським тваринам і птиці згодовують корми рослинного, тваринного та мінерального походження. Найбільше господарське значення мають рослинні корми. За складом і фізичними властивостями їх умовно поділяють на три групи: соковиті (коренеплоди, бульбоплоди, зелена маса, силос, жом), грубі (сіно, солома, стебла кукурудзи) та концентровані (зерно, комбікорм, дерть, макуха).

Технологія кормоприготування залежить від виду, властивостей та якості корму, віку та господарського призначення тварин.

Підготовка кормів до згодовування складається з таких операцій: очищення від бруду, металевих та інших механічних домішок, подрібнення, термічної і хімічної обробки, пресування, змішування.

Кормоприготування – найбільш енергоємний і трудомісткий процес на тваринницьких фермах. Так, питомі витрати електроенергії на переробку 1 т кормів знаходяться в межах 1, 2..2 кВт∙ год/т при змішуванні кормів, 5..22 кВт∙ год/т при подрібненні і 86...100 кВт∙ год/т при приготуванні трав’яного борошна.

Режим роботи подрібнювачів тривалий, із змінним навантаженням. Навантажувальні діаграми мають випадковий характер. Зміна навантаження в часі залежить від ступеня однорідності та величини подачі перероблюваного продукту на подрібнювальний барабан. У машин з ручним завантаженням навантажувальна діаграма має різко змінний характер. Різні коливання навантаження спричиняють до зміни швидкості, внаслідок чого знижується продуктивність, погіршується якість вихідного продукту (особливо у зернодробарок), збільшуються енерговитрати. Для вирівнювання навантаження на двигун використовують регулятори. Останні регулюють завантаження у функції струму, ковзання або моменту.

Потужність, споживана подрібнювачами кормів Р_маш., кВт, витрачається за формулою

(51)

де Р₁ - потужність подрібнення матеріалу, кВт; Р₂ - потужність механічної подачі, кВт; Р_х - потужність холостого ходу машини, кВт.

Потужність подрібнення Р₁, кВт, знаходиться за виразом

(52)

де Q – продуктивність машини, кг/с.

Робота А_под., кДж/кг, яка витрачається на подрібнення матеріалу, визначається з основного закону подрібнення

, (52)

де С_пр - дослідний коефіцієнт, що враховує вплив способу подрібнення, змінні характеристики матеріалу (вологість, в’язкість тощо), конструктивні особливості машини;

C_S - коефіцієнт, що характеризує роботу, затрачувану на створення нових поверхонь при подрібненні 1 кг матеріалу, кДж/кг; C_ν - коефіцієнт, що характеризує роботу пружних деформацій матеріалу при вибраному методі механічного навантаження, кДж/кг; λ - ступінь подрібнення матеріалу.

Значення коефіцієнтів С_пр, C_S, C_ν , визначених дослідним шляхом наведені в таблицях 7 і 8.

Таблиця 7 - Характеристики фуражного зерна

Таблиця 8 - Значення коефіцієнтів C_S, C_ν для стеблових культур, кДж/кг

Ступінь подрібнення – це відношення середнього (еквівалентного) діаметра зерна до середнього розміру подрібнених частинок. Подрібнені корми поділяють на три категорії: крупний, середній і дрібний помел з розмірами частинок 1, 8..2, 6, 1..1, 8, 0, 2..1, 0 мм і ступенем подрібнення 2, 3..1, 6, 4, 2..2, 3 і 2, 1..4, 2 мм відповідно.

Величину А_под. - можна обчислити за спрощеною формулою

, (53)

Коефіцієнти С₁ і С₂ визначаються за результатами виробничих випробувань подрібнювачів (таблиця 9).

Таблиця 9 - Значення коефіцієнтів С₁ та С₂, кДж/кг

Потужність різання Р_р, Вт, для соломосилосорізок з дисковим різальним апаратом визначається за формулою

, (54)

де F – зусилля різання, Н; ν _в - швидкість ножа барабана, м/с.

За відомими розмірами живильника і параметрами різального апарату зусилля різання F, Н, знаходять з виразу

, (55)

де q – питоме зусилля, достатнє для збудження процесу різання. Для грубих кормів становить 14..20 кН/м, для зелених приблизно на порядок нижче; х – кут защемлення різального апарату (х = 20..50º); а - висота горловини живильника, м.

Для соломосилосорізок з подрібнювальними апаратами барабанного типу потужність різання Р_р, кВт, можна знайти за формулою

, (56)

де q – питоме зусилля, кг/м (для соломи – 3, 5..9; трави – 3..6; листостеблової маси соняшника – 6..10 кг/м); ∆ S - довжина активної частини леза ножа, м; R_б - радіус барабана, м; п_б - частота обертання барабана, хв.^-1.

Потужність подачі Р₂ залежить від типу живильника та виду оброблюваного матеріалу. Експериментально встановлено, що потужність для привода живильників приблизно дорівнює 1/3 потужності різання. У багатьох подрібнювальних машинах механізм подачі приводиться в дію від окремого двигуна, тому для них у формулі (51) потужність Р₂ = 0.

Потужність холостого ходу Р_х, Вт, визначається із рівняння

(57)

де М_{с.х .} - момент холостого ходу, Н∙ м, при номінальній швидкості обертання ω _ном., с^-1.

Момент холостого ходу знаходять з даних випробувань машин (таблиця 11)

З досвіду експлуатації різних кормоприготувальних машин по переробці різноманітних кормів експериментально визначені питомі затрати енергії на подрібнення (таблиця 10). Користуючись цими даними, можна орієнтовно визначати споживану потужність машини Р, кВт, з подібними робочими органами за виразом

, (58)

де Q – продуктивність машини, кг/с; q – питомі затрати енергії, кДж/кг.

При виборі двигуна за потужністю роблять так. Спочатку за формулами (58) або за аналогією з подібними машинами розраховують необхідну потужність, споживану машиною у найважчих з можливих експлуатаційних режимів, і вибирають електродвигун за умовою

, (59)

де η _{пер .} - ККД передачі.

Вибраний двигун встановлюють на машину і при номінальному її завантаженні самописним амперметром записують навантажувальну діаграму І = f(t). За одержаною діаграмою визначають середнє І_ср. або еквівалентне І_{екв .} значення сили струму і порівнюють з номінальним струмом вибраного двигуна за умовами:

або

Таблиця 10 - Питомі затрати енергії на подрібнення кормів машинами з різними подрібнювальними апаратами

Таблиця 11 - Привідні характеристики подрібнювачів кормів

Робочі органи подрібнювачів кормів мають досить значний момент інерції, внаслідок чого тривалість пуску машини може досягати кількох десятків секунд.

Для поліпшення умов пуску робочі органи комплектують електродвигунами з підвищеним пусковим моментом.

Дуже важливо при експлуатації подрібнювачів слідкувати за тим, щоб робочі ножі були гострими. Затуплення ножів призводить до перевитрат електроенергії.

Алгоритми керування подрібнювачами передбачають автоматизацію таких процесів: пуск електродвигуна; контроль рівня продуктів у бункерах; регулювання завантаження двигуна дробарки; необхідні блокування – механічні та електричні; надійний захист всіх елементів привода; сигналізація про стан елементів привода.