ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Жерновые мельницы занимают особое место среди измельчающего оборудования пищевой промышленности, поскольку обеспечивают получение муки с высоким содержанием биологически ценных компонентов зерна за счёт многократного воздействия рабочих поверхностей на перерабатываемый материал. Вместе с тем существующие промышленные конструкции жерновых установок характеризуются значительным энергопотреблением, обусловленным высокими моментами инерции подвижных жерновов. В условиях курса на импортозамещение и модернизацию предприятий по переработке зерна возникает потребность в создании нового энергоэффективного оборудования, отвечающего современным требованиям к производительности и удельному потреблению энергии. Несмотря на многолетнюю историю применения жерновых мельниц, вопросы выбора рациональных инерционно-массовых и конструктивных характеристик подвижного жернова и их влияния на динамические параметры привода и реакции в опорах остаются малоисследованными. Цель работы: снижение потребляемой мощности жерновой мельницы на основе разработки динамической модели механизма и определения рациональных конструктивно-кинематических параметров установки. Методы исследования. На основе принципа Даламбера сформирована система дифференциальных уравнений движения вала с диском (жерновом), учитывающая эксцентриситет оси вращения относительно геометрической оси жернова. Закон движения определён численным интегрированием методом Рунге – Кутта четвёртого порядка при варьировании моментов инерции подвижного жернова (25,185…40,388 кг·м²) и движущих моментов (250…500 Н·м). Реакции в опорах вычислены путём решения матричных уравнений статического равновесия с привлечением ранее найденных кинематических характеристик. Проведён параметрический анализ влияния межопорных расстояний и точности изготовления на величину опорных реакций. Результаты и обсуждение. Установлено, что уменьшение момента инерции подвижного жернова с 40,388 до 25,185 кг·м² приводит к сокращению времени разгона вала до установившейся частоты вращения с 12,2…15,7 до 7,2…10,0 секунды и к снижению максимальных реакций в наиболее нагруженной опоре с 1000…1700 до 600…1000 Н в диапазоне движущих моментов 300…500 Н·м. Показано, что рациональное межопорное расстояние составляет 0,58 м, а допустимое смещение оси вращения относительно геометрической оси жернова не должно превышать 0,5…1,0 мм, при котором реакция в опоре не превышает 360…700 Н. Для предлагаемой конструкции с моментом инерции жернова 25,185 кг·м² и движущим моментом 280…300 Н·м потребляемая мощность на приводном валу составила 10,5 кВт, что на 50 % ниже по сравнению с промышленной мельницей АВР 6-890 (21 кВт) при аналогичной производительности 490 кг/ч. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности конструктивного облегчения подвижного жернова как эффективного пути повышения энергоэффективности жерновых мельниц.

1. Оборудование для производства муки и крупы: справочник / А.Б. Демский, М.А. Борискин, Т.В. Тамаров, А.С. Чернолихов. – М.: Агропромиздат, 1990. – 352 с.

2. Мерко И.Т. Технология мукомольного и крупяного производства. – М.: Агропромиздат, 1985. – 288 с.

3. Бутковский В.А., Птушкина Г.Е. Технологическое оборудование мукомольного производства. – М.: Хлебопродукты, 1999. – 208 с.

4. Егоров Г.А. Технология переработки зерна. – М.: Колос, 1977. – 376 с.

5. Темиров М.М. Импортозамещение и пути развития машиностроения для его решения // Хлебопродукты. – 2015. – № 7. – С. 12–13.

6. Темиров М.М. Современное российское оборудование для предприятий хранения и переработки зерна // Хлебопродукты. – 2016. – № 7. – С. 10–11.

7. Dresig H., Holzweißig F. Dynamics of machinery: Theory and applications. – 2nd ed. – Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. – 554 p. – ISBN 978-3-540-89939-6. – DOI: 10.1007/978-3-540-89940-2.

8. Uicker J.J., Pennock G.R., Shigley J.E. Theory of machines and mechanisms. – 5th ed. – New York: Oxford University Press, 2017. – 960 p. – ISBN 978-0-19-060415-3.

9. Numerical investigation of particle segregation in millstone systems: An enhanced quantification approach / Y. Zhu, Z. Luo, H. Wang, Z. Zhang // Chemical Engineering Research and Design. – 2025. – Vol. 223. – P. 238–252. – DOI: 10.1016/j.cherd.2025.08.021.

10. Air-induced segregation of micron-scale particles in a vertical roller mill / Y. Zhu, Z. Luo, H. Wang, Q. Zhou, Z. Zhang // Minerals Engineering. – 2026. – Vol. 239. – P. 110114. – DOI: 10.1016/j.mineng.2026.110114.

11. Моделирование несущих систем технологических машин / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, А.В. Кириллов, В.Н. Пушнин, И.А. Ерохин, Д.Ю. Корнев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 2 (63). – С. 91–99. – EDN SMYRYJ.

12. Исследование и выбор параметров при проектировании технологических машин / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, Т.Г. Мартынова, О.В. Максимчук. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2020. – 260 с. – (Монографии НГТУ). – ISBN 978-5-7782-4177-0. – EDN VZWWWY.

13. Подгорный Ю.И., Мартынова Т.Г., Скиба В.Ю. Синтез технологических машин. Расчет и конструирование. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2023. – 240 с. – (Монографии НГТУ). – ISBN 978-5-7782-4912-7. – DOI: 10.17212/978-5-7782-4912-7. – EDN TVPPKR.

14. Flores P., Souto A. P., Marques F. The first fifty years of the Mechanism and Machine Theory: Standing back and looking forward // Mechanism and Machine Theory. – 2018 – Vol. 125. – P. 8–20. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2017.11.017.

15. Eckhardt H.D. Kinematic design of machines and mechanisms. – 1st еd. – New York: McGraw-Hill, 1998. – 620 p. – ISBN 0070189536. – ISBN 978-0070189539.

16. Erdman A.G., Sandor G.N. Mechanism design: analysis and synthesis. – 4th ed. – Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2001. – 688 p. – ISBN 0130408727. – ISBN 978-0130408723.

17. Design of compliant mechanisms using continuum topology optimization: a review / B. Zhu, X. Zhang, H. Zhang, J. Liang, H. Zang, H. Li, R. Wang // Mechanism and Machine Theory. – 2012. – Vol. 143. – P. 103622. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2019.103622.

18. Vulfson I. Dynamics of cyclic machines. – Cham: Springer International Publ., 2015. – 390 p. – ISBN 978-3-319-12633-3. – DOI: 10.1007/978-3-319-12634-0.

19. Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г. Технологическое оборудование: расчет и проектирование. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2024. – 107 с. – ISBN 978-5-7782-5308-7. – EDN DEIRZT.

20. Антипов С.Т., Кретов И.Т., Остриков А.Н. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 1 / под ред. В.А. Панфилова. – М.: Высшая школа, 2001. – 703 с.

21. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: учебник для втузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1988. – 640 с. – ISBN 5-02-013810-X.

22. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин: учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1990. – 592 с. – ISBN 5-02-014188-7.

23. Фролов К.В. Теория механизмов и машин. – М.: Высшая школа, 1987. – 496 с.

24. Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон А.С. Теоретическая механика в примерах и задачах. Т. 1: учебное пособие для втузов. – М.: Наука, 1990. – 672 с. – ISBN 5-02-014450-9.

25. Вульфсон И.И. Динамика цикловых машин. – СПб.: Политехника, 2013. – 425 с. – ISBN 978-5-7325-1024-9.

26. Dresig H., Vul'fson I.I. Dynamik der Mechanismen. – Wien: Springer-Verlag, 1989. – 328 p. – ISBN 978-3-7091-9036-4. – DOI: 10.1007/978-3-7091-9035-7.

27 Kinematic analysis of crank-cam mechanism of process equipment / Y.I. Podgornyj, V.Yu. Skeeba, T.G. Martynova, N.S. Pechorkina, P.Yu. Skeeba // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 327. – P. 042080. – DOI: 10.1088/1757-899X/327/4/042080.

28. Motion laws synthesis for cam mechanisms with multiple follower displacement / Y.I. Podgornyj, V.Yu. Skeeba, A.V. Kirillov, T.G. Martynova, P.Yu. Skeeba // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 327. – P. 042079. – DOI: 10.1088/1757-899X/327/4/042079.

29. Fomin A., Paramonov M. Synthesis of the four-bar double-constraint mechanisms by the application of the Grubler's method // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 150. – P. 871–877. – DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.034.

30. Кулак В.Г., Максимчук Б.М., Чакар А.П. Мукомольные заводы на комплектном оборудовании. – М.: Колос, 1984. – 263 с.

31. Кацнельсон М.У., Демский А.Б., Дуб М.Д. Техническое диагностирование оборудования мукомольных заводов. – М.: Колос, 1984. – 220 с.

32. Маевская С.Л., Лабутина О.А. Количественно-качественный учет зерна и зернопродуктов. – М.: ДеЛи принт, 2003. – 296 с.

33. Берестнев Е.В., Петриченко В.Е., Петриченко В.В. Рекомендации по организации и ведению технологического процесса на мукомольных предприятиях. – 2-е изд., доп. – М.: ДеЛи, 2020. – 368 с.

34. Егоров Г.А. Переработка зерна в муку // Справочник по торговле зерном. Ч. 2 / под общ. ред. В.Е. Петриченко. – М.: Спецтехника, 1999. – 320 с.

35. To the theory of mechanisms subfamilies / A. Fomin, L. Dvornikov, M. Paramonov, A. Jahr // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 124. – P. 012055. – DOI: 10.1088/1757-899X/124/1/012055.

36. Макаров Е. Инженерные расчеты в Mathcad 14. – СПб.: БХВ-Петербург, 2007. – 592 с.

37. Seal C.J., Brownlee I.A. Whole grains and health, evidence from observational and intervention studies // Cereal Chemistry. – 2010. – Vol. 87 (2). – P. 167–174.

38. Phytic acid level in wheat flours / C.I. Febles, A. Arias, A. Hardisson, C. Rodríguez-Alvarez, A. Sierra // Journal of Cereal Science. – 2002. – Vol. 36 (1). – P. 19–23.