Лабораторная работа №1
«Изучение процесса размола зерна рифлеными вальцами»

Одной из важнейших операций на современных мукомольных заводах, от которой зависит процент выхода муки из зерна, качество (сорность) муки, расход электроэнергии и другие технико-экономические показатели предприятия, является измельчение. Зерно измельчают в вальцевых станках, а также в машинах ударно-истирающего действия: молотковых дробилках, штифтовых и центробежных измельчителях (энтолейторах), деташерах и вымольных машинах.
В мукомольном производстве наиболее распространённой измельчающей машиной является вальцовый станок. В вальцовом станке зерно или промежуточные продукты измельчаются в клиновидном пространстве, образованном поверхностями двух цилиндрических параллельных вальцов, вращающихся навстречу друг другу с различными окружными скоростями. Рабочие поверхности вальцов выполняются шероховатыми или с рифлёным рельефом.
Разрушение частиц продукта происходит под действием деформаций сжатия и сдвига.

1. Цель работы

• Измерить и вычертить в масштабе профиль измельчающих рифлей мелющих вальцов и уточнить расчётом их основные параметры (высоту, шаг, углы острия и спинки, число рифлей на 10 см длины окружности бочки вальца). Определить уклон рифлей.
• Замерить диаметр и частоты вращения вальцов, рассчитать окружные скорости
  вальцов и отношения окружных скоростей на первой и второй ступенях размола. Составить кинематическую схему станка.
• Составить упрощённую функциональную схему станка (расположение вальцов, дозатора и потоки продуктов) и нанести на вальцы взаимное расположение рифлей с указанием характера работы «острие на острие» или «спинка по спинке».
• Замерить производительность станка и оценить степень измельчения по извлечению фракций.

2.   Оборудование

• Действующий макет трехвальцового размольного станка.
• Измерительный инструмент: линейка, штангенциркуль, щупы 0,5 мм и 0,15мм.
• Линзы с четырёхкратным увеличением.
• Тахометр, секундомер, весы ВЛК-500.
•  Лабораторный рассев-классификатор с набором сит.
•  Очищенное зерно пшеницы в количестве 5...8 кг.

3. Описание лабораторной установки.

В качестве лабораторной установки использован действующий макет трёхвальцового размольного станка, схема которого представлена на рис. 1.1.

На данной установке, при соответствующем приборном оформлении, может быть выполнен весь объём работ указанных в пункте 1.
Лабораторная установка состоит из: бункера 1 с задвижкой 2; барабанного дозатора 3; мелющих рифлёных вальцов - верхнего 4, среднего 5 и нижнего 6; механизмов регулировки зазоров 6 и очистки вальцов (на схеме не показаны).

4. Содержание и последовательность выполнения работы (методика).

4.1 Используя гипс или пластилин, делают слепок рифлёного рельефа рабочей поверхности каждого из трёх вальцов с обязательной фиксацией на слепке направления вращения вальца. С помощью линзы и измерительных инструментов определяют основные параметры профиля рифлей. Подсчитывают число рифлей на 10 мм длины окружности бочки вальца и рассчитывают шаг рифлей.
Взаимосвязь геометрических параметров рифлёного рельефа необходимо уточнить, воспользовавшись формулой:

.

Принятые в формуле параметры рифлёного рельефа представлены на рис. 1.2.

Исходный продукт

Продукт размола

Рис. 1.1 Схема лабораторной установки
1 - бункер; 2 - задвижка; 3 - дозатор; 4, 5, 6 - соответственно верхний, средний и нижний вальцы.

Величина а и r определить, используя установленную стандартом зависимость для метрических резьб а = r= 0,125Р
Значение углов а - острия и b- спинки взять ближайшие из ряда реально применяемых на практике.
Углы острия/спинки град.:
35/60; 25/65; 30/65; 35/65; 23/69; 20/70; 50/65; 40/70.
Профиль рифлёного рельефа вычертить в масштабе 10:1 с обозначением всех указанных ранее параметров.
Замерить и рассчитать (%) уклон рифлей на отдельном вальце. Уклон рифлей - это отношение расстояния (по окружности) между образующими одной и той же рифли (около торцов бочки) к длине образующей бочки вальца, выраженное в процентах.
4.2.      Шнуром или рулеткой (по длине) найти диаметр вальца. Тахометром измерить частоты вращения каждого вальца и рассчитать окружные скорости вальцов по формуле:

, (м/с)

где D- диаметр вальца, м;
ni - частота вращения соответствующего вальца, мин-1.

Рассчитать отношение окружных скоростей верхнего и среднего, а также среднего и нижнего вальцов.
Изучить привод станка, замерить диаметры приводных шкивов и числа зубьев звёздочек привода дозатора, составить схему станка.

• Составить упрощённую функциональную схему станка и по результатам, полученным в п. 4.1. нанести на вальцы рифли (упрощённо, отразив только направления острия/спинки), показав взаимное расположение их на парно-работающих вальцах, с определением характера работы: «острие на острие» или «спинка по спинке».
• Механизмом регулировки установить между верхним и средним вальцами зазор 0,5 мм, между средним и нижним - 0,15 мм.

При закрытой задвижке 2 (рис.1) в бункер 1 загрузить взвешенную порцию (М=5кг) очищенного зерна пшеницы влажностью 14.. .16%.
Включить лабораторную установку.

После выхода на режим (1.. .2 мин) открыть задвижку 2 и с помощью секундомера определить время t выработки порции. Опыт повторить пять раз на одном и том же материале, каждый раз фиксируя массу порции М и время выработки t.

Рис. 1.2 Параметры рельефа вальца.

Производительность рассчитать по формуле:
, (кг/с)
где М_ср - среднеарифметическая масса порции, кг;
t_cp- среднее время выработки, с.

Измерив рабочую длину вальцов, рассчитать среднюю удельную нагрузку q_yд.
Средняя удельная нагрузка - это количество продукта (кг) поступающего в сутки на единицу длины (м) парно работающих вальцов системы в схеме размола.
В практике мукомольного производства степень измельчения зерна или его частиц (промежуточных продуктов) принято оценивать извлечением И, т.е. количеством продукта (% по массе), просеивающегося через сито определённого номера.
Часть продуктов размола (0,3...0,5 кг) просеять через сито №12, отделив отруби. Остаток (муку) использовать для оценки измельчения по извлечению И.
Для этого на весах ВЛК-500 взять навеску муки в количестве т =100 гр. Навеску поместить на блок из двух сит с поддоном: верхнее сито №27, нижнее - №43. На лабораторном классификаторе провести рассев в течение 5 мин. Остатки и проходы муки взвесить на весах ВЛК-500. По полученным данным оценить качество измельчения (например, для муки сорта «Подольский» остаток на сите №27 должен быть не более 2%, а проход через сито№43 - не менее 60%).

5. Анализ результатов и выводы.

По результатам замеров и расчётов, нужно отразить письменно следующие вопросы методики:

• Количественная характеристика рифлёного рельефа вальцов (высота, шаг, уклон
  рифлей, число на 10 мм длины окружности бочки вальца, принятые углы острия и
  спинки).
• Нанести на функциональной схеме в масштабе векторы окружных скоростей вальцов, с указанием из значений и значений отношений окружных скоростей парно работающих вальцов, результаты проанализировать.
• На вальцах функциональной схемы, по данным испытаний, нанести эскизно (не
  соблюдая масштаба) рифли с учётом направлений острия и спинки и определить характер работы каждой пары вальцов, проанализировать измельчающую способность вальцов.
• Рассчитать пропускную способность каждой пары вальцов по формуле:

QT=p*d*l*V_cp*j
где р - объёмная масса (плотность) измельчаемого продукта, кг/м3;
d - зазор между вальцами, м;
l - рабочая длина вальцов, м;
V_cp - условная средняя скорость продукта в зоне измельчения, м/с;
j - коэффициент объёмного заполнение зоны измельчения.

Сравнить результаты расчётов с производительностью, полученной по фактическим измерениям, сделать вывод. Оценить степень измельчения по извлечению.

6.    Содержание отчёта.

6.1 Цель работы.

• Схема установки и её описание.
• Содержание и последовательность выполнения работы с результатами измерений и расчётов.
• Анализ результатов и выводы.