Поэтому проблемы снижения энергоёмкости и сведения к минимуму потерь питательной ценности кормов в процессе их измельчения являются весьма актуальными. Решение их позволит повысить эффективность животноводческого производства.

Преднамеренное разделение тела на более мелкие куски под действием подводимой к нему механической (или другой энергии) называется измельчением.

Процесс измельчения любого твердого и твердообразного тела осуществляется путем взаимодействия рабочего органа и измельчаемого сырья. При этом измельчение идет в несколько этапов. Вначале измельчаемый материал в месте контакта деформируется, а затем разрушается по ослабленным дефектами плоскостями либо по направлению наибольшей концентрации напряжений.

Таким образом, измельчение является процессом, в результате которого уменьшаются геометрические размеры измельчаемого материала и увеличиваются поверхности измельченных частей.

Основными факторами, от которых зависит энергоёмкость процесса измельчения кормов, являются: скорость резания, вид режущего инструмента и его расположение, геометрические параметры режущего инструмента, температура измельчаемого материала [3­–8].

1. Скорость резания.

Влияние скорости резания на энергоёмкость процесса – одна из основных закономерностей процесса измельчения кормов, причём под скоростью резания подразумевается скорость кромки лезвия ножа в данной точке в направлении резания.

По влиянию этого фактора на процесс резания кормов до настоящего времени нет единого мнения. Результаты исследований, приведённые в различных литературных источниках [1, 4, 9], очень противоречивые и часто не совпадают по своим значениям.

Так, ряд авторов считают и экспериментально доказывают, что с увеличением скорости резания удельная работа резания снижается. Другой ряд авторов придерживается противоположной точки зрения и считает, что при увеличении скорости резания удельная работа резания увеличивается и при скорости 27…28 м/с достигает максимума, а затем снижается.

2. Вид режущего инструмента.

В соответствии с характерными особенностями взаимодействия между режущим инструментом и материалом в теории резания выделяют – резание пуансоном, резцом и лезвием [2, 5].

Основным различием между видами резания является то, что при резании резцом разделение происходит впереди кромки, образованной гранями резца, в зоне опережающей трещины, тогда как при резании лезвием опережающая трещина может иметь место только в особых случаях, а новая поверхность образуется в зоне непосредственного контакта режущей кромки с материалом. Образование новой поверхности материала в случае воздействия пуансона и резца происходит вследствие возникновения внутренних касательных напряжений, тогда как в процессе резания лезвием указанная поверхность образуется под непосредственным давлением кромки лезвия.

Каждый из перечисленных видов резания наиболее эффективен для определенных групп материалов.

Значительно влияют на энергоёмкость процесса резания геометрические параметры режущего инструмента, такие как: угол заточки, угол скольжения, толщина режущего инструмента, зазор между кромками лезвий режущей пары.

3. Угол заточки.

Под углом заточки подразумевается угол, образованный фасками лезвия у его режущей кромки, измеряемый в плоскости, перпендикулярной к кромке. Основой для выбора угла заточки ножей являются опытные данные. Установлено, что с увеличением угла заточки ножа удельная работа резания возрастает, а значит и энергоемкость процесса измельчения тоже возрастает [3, 7].

Таким образом, угол заточки ножа должен быть минимально возможным для конкретного вида измельчаемого сырья. Но при этом следует учитывать, что чем меньше угол заточки ножа, тем меньшую прочность и износостойкость он имеет. Поэтому оптимальный угол заточки ножа следует выбирать с учётом прочности и износостойкости лезвия. В современных режущих аппаратах угол заточки находится в пределах 12…22 º.

4. Угол скольжения.

Важным классификационным признаком процесса резания является угол скольжения ножей. Основоположник теории резания академик В. П. Горячкин выделил две разновидности резания лезвием: при помощи нормального перемещения режущего инструмента и при помощи перемещения его по двум взаимно перпендикулярным направлениям нормальному и касательному, которые в литературе отмечаются как статическое или нормальное резание (рубка) и скользящее резание (резка).

О влиянии угла скольжения на энергоемкость процесса измельчения имеются различные точки зрения. Некоторые авторы экспериментально доказывают, что с увеличением угла скольжения энергоемкость процесса измельчения возрастает, другие же опровергают это и экспериментально доказывают что понижается [10].

5. Толщина режущего инструмента.

Толщина ножа при тонкослойном резании, когда разрезанные части материала отделяются друг от друга без значительного углубления в него фасок лезвия, не имеет значения, так как основное разрушающее воздействие на материал оказывает кромка лезвия. При толстослойном же резании, когда отделение материала происходит вслед за полным углублением в него хотя бы фасок и, тем более, части граней ножа, толщина последнего приобретает существенное значение для процесса резания и, в частности, для его энергетики. Экспериментально установлено, что с увеличением толщины ножа увеличиваются усилие и работа резания [5, 6].

6. Зазор между кромками лезвий режущей пары.

В работах [7, 8] экспериментально установлено большое влияние зазора в режущей паре на энергетику процесса резания и его качество. При увеличении зазора в режущей паре удельная работа резания резко возрастает.

Таким образом, можно сделать вывод, что процесс измельчения кормов изучен недостаточно. Особенно остро стоит вопрос о влиянии на процесс резания лезвием ряда факторов, по которым до настоящего времени нет единого мнения – скорость резания, вид режущего инструмента, угол скольжения и температура измельчаемого материала.

а

б

Рисунок 1 – Стенд для исследования параметров процесса резания лезвием

С целью выявления влияния угла заточки лезвия ножа на энергозатраты операции измельчение листостебельных кормов во время проведения опытов на стенд устанавливали ножи с разными углами заточки лезвия в пределах от 20 ° до 60 ° с шагом 10 °.
Методика проведения исследования была следующей. На стенд крепили ножи, в тиски устанавливали листостебельную массу и запускали электродвигатель стенда. Плавно опуская рукоятку с нажимным переключателем стойки стенда, на которой крепится диск с ножами, вниз, производили перерезание листостебельной массы. Энергозатраты (мощность N) фиксировали посредством счетчика электрической энергии.
В ходе исследования осуществлялась пятикратная повторность опытов.
По окончании исследований была получена выборка данных мощности, затраченной на процесс измельчения. Статистическая обработка полученных данных произведена общепринятыми методами математической статистики [10–12] для 5%-го уровня значимости (табл. 1).

Для наглядности полученные результаты представлены в виде графика (рис. 2).

Рисунок 2 – График изменения мощности от угла заточки лезвия ножа

Анализ табл. 1 и рис. 2 позволил установить следующее: между мощности, затрачиваемой на измельчение листостебельной массы, и углом заточки лезвия ножа существует сложная зависимость. Наиболее близко (R² = 0,998) описывает полученную на рис. 2 кривую уравнение

Результаты исследования влияния угла заточки лезвия ножа на энергозатраты операции измельчение листостебельных кормов позволяют сделать вывод, что для снижения энергозатрат операции измельчения листостебельных кормов необходимо, чтобы величина угла заточки лезвия ножа находилась в интервале 20…30 °.