Результати експериментальних досліджень дискового подрібнювача макухи нішевих олійних культур

Abstract

У статті представлено результати дослідження процесу подрібнення макухи соняшника, гірчиці та льону олійного із використанням удосконаленого дискового подрібнювача. Основною метою роботи було підвищення ефективності подрібнення шляхом модернізації робочих органів дискової дробарки через впровадження дисків з ударними накладками, що реалізують імпульсно-ударний принцип руйнування частинок. Експериментальні дослідження виконувалися з використанням спеціально розробленого апаратно-програмного комплексу, який забезпечує моніторинг і фіксацію ключових параметрів процесу у реальному часі: крутного моменту, частоти обертання, маси продукту та його фракційного складу. Застосування методів планування багатофакторного експерименту дозволило побудувати регресійні моделі, що описують залежності питомої енергоємності, частки пилоподібної фракції та ступеня подрібнення від основних технологічних факторів – подачі макухи, частоти обертання диска та модульного зазору між дисками. Встановлено, що найбільший вплив на ефективність подрібнення має величина зазору, тоді як подача макухи справляє мінімальний вплив. У результаті чисельної оптимізації визначено раціональні параметри подрібнення для кожної культури: G = 1089–1184 кг/год, δ = 1,15–1,31 мм, n = 1625–1654 об/хв. Відповідні значення питомої енергоємності становлять q = 3,96–4,66 кВт•год/т, частки пилоподібної фракції – a = 3,05–4,69%, ступеня подрібнення – λ = 1,83–1,96. Отримані результати підтверджують доцільність використання удосконаленого робочого органу для ефективного подрібнення макухи нішевих олійних культур. The article presents the results of experimental research on the grinding process of oilseed cakes obtained from niche crops – sunflower, mustard, and linseed – using a modernized disc-type crusher. The study aims to enhance the energy and technological efficiency of the crushing process by replacing the standard working elements of the Potok RP-1 grinder with specially designed steel discs equipped with tungsten carbide (VK8) impact inserts. This modernization introduces an impulse-impact mechanism of action, which significantly improves the disintegration of the oil cake by concentrating energy in the contact zones and enhancing deformation energy transfer. To ensure accurate measurement and analysis, a specialized hardware-software experimental setup was developed. It includes a torque measurement system, high-precision weighing units (including a real-time continuous weighing system), a frequency converter-based drive controller, and a laboratory sieve shaker for granulometric analysis. This setup allowed for real-time data acquisition of torque, energy consumption, material throughput, and particle size distribution during the grinding process. Experimental investigations were carried out following the methodology of a Box–Behnken design of experiments. The influence of key adjustable parameters – rotor speed (1500, 2250, and 3000 rpm), inter-disc gap (0.6, 1.1, and 1.6 mm), and material feed rate (450, 900, and 1350 kg/h) – was studied in terms of specific energy consumption (kWh/t), dust fraction content (particles <0.2 mm), and degree of size reduction. Data were processed using the Wolfram Cloud environment to build regression models and perform numerical optimization. The results revealed that the inter-disc gap had the most significant influence on both energy consumption and grinding quality. A smaller gap intensified the crushing action and increased the dust fraction, while a wider gap reduced energy demand but also led to lower size reduction. Rotor speed had a moderate effect, primarily due to increased collision energy at higher speeds, while the feed rate showed minimal influence within the studied range. Numerical optimization determined rational grinding parameters for each crop: feed rate G = 1089–1184 kg/h, inter-disc gap δ = 1.15–1.31 mm, and rotor speed n = 1625–1654 rpm. Under these conditions, specific energy consumption ranged from 3.96 to 4.66 kWh/t, dust content was reduced to 3.05–4.69%, and the degree of grinding ranged from 1.83 to 1.96. These findings confirm the viability of the proposed design solution and its suitability for processing oilseed cake from niche crops, ensuring high grinding efficiency while minimizing energy losses and the formation of undesirable fine fractions.