Измельчение зерна, т.е. разделение его на частицы различной крупности, достигается воздействием рабочих органов на продукт. В зависимости от вида вызываемой при этом деформации измельчение осуществляется ударом на молотковых дробилках, размолом на вальцовых и жерновых мельницах, плющением на плющилках, раскалыванием и другими способами.
В рабочей камера молотковой дробилки материал измельчается за счёт ударного импульса - разбивания «влет» и истирания о решета и деки машины. В современных дробилках окружная скорость концов молотков находится в пределах 60...100 м/с.. В таких условиях происходит безопорное разрушение материала при его контакте с молотком. Исследованиями установлено, что в процессе измельчения зерна имеет место многократное воздействие молотков на материал и частицы, полученные при его разрушении.
Конечный продукт, полученный при измельчении зерна не однороден по фракционному составу. Распределение фракций по частоте составляет помольную характеристику и приближённо может оцениваться средневзвешенным диаметром частиц, который называется модулем помола.
Помол считается тонким, если величина модуля лежит в пределах 0,2...1,0 мм, средним - 1,0...1,8 мм и крупным - 1,8...2,6 мм.
Дробильные машины, проходящие испытания, в первую очередь, оцениваются по приведенным выше характеристикам. Кроме того, к дробильным машинам предъявляются следующие требования:
машина должна быть универсальной, т.е. способной измельчать с требуемой степенью дробления, как зерно, так и другие виды продуктов (жмыхи, гранулы, брикеты, кукурузу в початках и т.д.);
при работе машина не должна давать большого количества, пылевидного продукта;
измельчение зерновых при повышенной влажности (18...20%) должно обеспечиваться без нарушения качества работы, без значительного снижения производительности;
в рабочей камере продукт не должен излишне нагреваться;
удельные энерго и трудозатраты на процесс должны быть минимальными.
1. ЦЕЛИ РАБОТЫ.
Цели лабораторной работы следующие:
- изучение рабочего процесса анализируемой дробилки;
- анализ исходного продукта;
- определение и анализ состава продуктов измельчения;
- получение эмпирических данных о фракционном составе и теоретической кривой помольной характеристики;
- определение процента эффективного усвоения корма данного помола основными видами сельскохозяйственных животных;
- привитие навыков применения ПК для составления программ обработки и анализа данных.
2.ОБОРУДОВАНИЕ
- Молотковая дробилка (ДБ-5 или КДУ-2).
- Лабораторный классификатор с набором сит.
- Кюветы
- Весы ВЛК-500.
- Мерный цилиндр 100 см3.
- Керосин 100 см3.
- Зерно (пшеница, кукуруза, ячмень) - 3, 0 кг.
- Персональный компьютер.
3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ИСХОДНЫЙ ПРОДУКТ.
Измельчение зерна можно рассматривать как процесс получения более мелких частиц с сильно развитой суммарной поверхностью. Приращение удельной площади поверхности при измельчании является показателем эффективности процесса измельчения.
На практике определение удельной площади поверхности частиц неправильной формы базируется на понятии эквивалентного диаметра 
Dэ.
Согласно ГОСТ 3040-01 эквивалентный диаметр исходного зерна находится по следующей методике:
3.1.Из партии исходного продукта отбирается проба массой
3.2.Из каждой навески отбирается по 100 зерен и после взвешивания определяется средняя масса одного зерна.
3.3.В наполненный керосином мерный цилиндр помешаются 100 отобранных зерен с целью определения их суммарного объема. По полученным данным находится средний объем одного зерна Vз в мм3 путём деления объёма вытесненной жидкости 100-а зёрнами на 100.
3.4.Опыт по определению Vз повторяют на второй выборке из 100 зёрен и окончательно находится средний объем зерна по двум выборкам.
3.5.По полученному значению Vз определяется эквивалентный: диаметр зернаDэ по формуле
мм.
3.6.Объёмная удельная площадь поверхности исходного продукта (зерна) определяется выражением
(мм-1)
3.7.Массовая удельная площадь поверхности исходного продукта (зерна) определяется выражением
(мм2/г)
где r-плотность продукта, г/мм3;
Dэ. - эквивалентный диаметр исходного продукта (зерна).
4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ.
О параметрах процесса измельчения можно судить по, гранулометрическому составу дерти, получаемой дроблением зерна, модулю помола, объёмной удельной площади поверхности, массовой удельной площади поверхности продуктов размола и их приращению, степени измельчения продукта.
Гранулометрический (фракционный) состав измельченного продукта характеризует распределение частиц в соответствии с их размерами по классам (фракциям), т.е. показывает, какая часть дерти принадлежит к тому или иному классу.
Относительное содержание частиц тех иди иных размеров (фракций) определяется методом ситового анализа, который выполняется по следующей методике.
Из пробы измельчённого продукта массой I кг, отбирается навеска в 100 г и на лабораторном классификаторе проводится её рассев в течение 5 мин. На технических весах взвешиваются остатки дерти на каждом сите с точностью до
Обработка результатов ситового анализе даёт возможность вычислить следующие показатели процесса дробления.
4.1.Модуль помола - средневзвешенный диаметр частиц измельченного продукта определяется по формуле
где Pi - массовый остаток на i -м сите, г;
i-порядковый номер сита в классификаторе
di- размер отверстий i-го сита.
4.2 Объёмная удельная площадь поверхности измельчённого продукта определяется выражением
(мм-1).
4.3.Массовая удельная площадь поверхности измельчённого продукта определяется выражением
(мм2/г)
Таблица 1.
Результаты ситового анализа.
| Показатели |
i-ый номер сита в классификаторе |
||||||||
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Дно |
||
| Диаметр отверстий сит di,мм |
|||||||||
| Массовый остаток Pi на сите i в г. |
1 пов. |
||||||||
| 2 пов. |
|||||||||
| 3 пов. |
|||||||||
| Среднее значение |
|||||||||
| Средний размер отверстий двух смежных сит xi=(di+di-1)/2., мм |
|||||||||
| Rxi - суммарный (по плюсу) остаток по массе на сите с размером отверстий xi ,%; |
|||||||||
4.3.Приращение величины объёмной удельной площади поверхности, полученное в результате измельчения продукта
DSуд.об.=Sуд.об.И –Sуд.об.З .
4.4.Приращение величины ой удельной площади поверхности, полученное в результате измельчения продукта
DSуд.м..=Sуд.м.И –Sуд.м.З .
4.5. Степень измельчения продукта
5. АНАЛИЗ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ИЗМЕЛЬЧЕННОГО ПРОДУКТА.
Для определения гранулометрического или фракционного состава измельчённого зерна строится помольная характеристика. Она может быть представлена в виде графика, по оси абсцисс которого откладываются средние размеры частиц на сите i - xi, а по оси ординат - суммарные остатки на ситах включая i-ое сито - Rxi.
Средний размер частиц на сите равен среднему размеру отверстий двух смежных сит (данному и верхнему) определяется по зависимости
xi=(di+di-1)/2.
Суммарным «по плюсу» остатком на сите i называется сумма остатков на всех ситах, расположенных в наборе выше данного, включая остаток на данном сите Rxi Таким образом, суммарный выход «по плюсу» показывает, сколько имеется в пробе материала с размерами частиц крупнее данного размера.
По данным таблицы 1, значениям xi и Rxi строится эмпирическая кривая помольной характеристики, а по значениям xi и Pi строится гистограмма представляющая собой эмпирически определённый вариационный ряд, или полигон распределения, размеров частиц по классам. Следует отметить, что для построения гистограммы – эмпирической дифференциальной кривой в качестве ординаты берётся не остаток Pi на том или ином сите, а относительная частота т.е. частное от деления Pi на длину Dxi классового промежутка.
Кроме того, эти эмпирические данные могут быть обработаны статистическими методами, а точки данной кривой, могут быть сглажены и она может быть описана аналитической зависимостью.
Как показывают результаты наших опытных данных и целого ряда научных исследований, дробление материала носит стохастический характер и при описании функции распределения частиц по размерам можно применять вероятностно-статистичеокие методы. Установлено также, что при аппроксимации эмпирических распределений измельчённых частиц по классам наилучшие результаты дают экспоненциальное уравнение Розина-Раммлера и логарифмически-нормальный закон.
Наиболее простой для обработки и поэтому чаще применяется уравнение Розина-Раммлера. Его вид для кривой «по плюсу» имеет вид
где Rx – суммарный «по плюсу» остаток по массе на сите с размером отверстий x ,%;
x – средний размер отверстий двух смежных сит, мм;
b,n - постоянные эмпирические коэффициенты.
Для построения теоритической кривой помольной характеристики по уравнению Розина-Раммлера необходимо найти значения констант b и n. Это делается по следующей методике. Из результатов ситового анализа пробы берут два суммарных остатка Rx1 и Rx2 на ситах x1 и x2 относительно удаленных друг от друга. В результате получается система, из двух уравнений, 
и 
по которой находят коэффициенты b и n
Коэффициент b - это постоянная размера частиц. Он является мерой крупности дробления и для грубых помолов будет меньше, чем для тонких.
Коэффициент n - константа распределения, характеризующая дисперсию ряда, т.е. рассеяние частиц по их крупности, Чем больше n , тем более однороден по гранулометрическому составу измельченный материал и при n =¥ все частицы имеют одинаковый размер.
6. ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ.
Отчёт должен включать:
- Цель работы.
- Функциональную схему исследуемой дробилки.
- Результаты расчёта значений показателей Vз, Dэ, 
DSуд.об, DSуд.м, 
- Гистограмму распределения частиц по размерам построенную по эмпирическим данным.
- Графическое изображение эмпирической кривой построенной «по плюсу» определяющую помольную характеристику продуктов дробления (гранулометрический состав или характеристику крупности).
- Построенные по результатам ситового анализа (эмпирическим данным), расчётные значения коэффициентов b и n.
- Рассчитанную и нанесенную на график теоретическую кривую помольной характеристики по уравнению Розина-Раммлера.
- Анализ полученных характеристик и оценку показателей работы дробильного агрегата.
- Распечатку расчетов. Коэффициенты кривой Розина-Раммлера, гистограмма, теоретическое распределение размеров частиц и процент эффективного усваивания корма данного помола можно рассчитать по прилагаемой программе, а результаты расчетов привести в виде распечатки, содержание которой приведено в приложении 1.
- Выводы.