Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Polskie Towarzystwo ......Marek Hryniewicz Nadwyzka slomy...
Transcript of Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Polskie Towarzystwo ......Marek Hryniewicz Nadwyzka slomy...
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Polskie Towarzystwo Inzynierii Rolniczej
ISSN 1231-0093
P r o b l e m y I n z y n i e r i i
R o l n i c z e j
3 (97 ) l i p i e c - w r z e s i e n
Czasopismo bdquoProblemy Inzynierii Rolniczej
jest kwartalnikiem (do 2009 r wydawanym przez Instytut Budownictwa Mecha-nizacji i Elektryfikacji Rolnictwa - IBMER) ktoremu patronuje Polskiego Towashyrzystwo Inzynierii Rolniczej
Czasopismo poswi^cone jest organizacyjno-technicznym i spoteczno-gospodar-czym aspektom przemian zachodz^cych w rolnictwie i technice rolniczej pod wpfywem post^pu technologicznego globalizacji i konkurencji na rynkach zyw-nosciowych
Publikowane sg oryginalne prace naukowe i naukowo-techniczne przyczynia-jgce si do wzrostu wiedzy naukowej z dziedziny techniki (inzynierii) rolniczej a wic
bull eksperymentalne prace badawcze w ktorych wnioski wynikajg z przeprowa-dzonych doswiadczeh
bull teoretyczne prace badawcze w ktorych wnioski wynikaj^ logicznie z prezen-towanej teorii oraz sg potwierdzone przez doswiadczenia empiryczne
bull prace przeglqdowe o ile wnioski sg wartosciowymi uogolnieniami przepro-wadzonej dyskusji
bull mogg bye rowniez publikowane artykuly o charakterze kroniki dyskusji oraz recenzje publikacji o tresci dotyczqcej techniki rolniczej
Dystrybucja
bdquoProblemy sq do nabycia i mozna zamawiac w Instytucie Technologiczno--Przyrodniczym w Falentach al Hrabska 3 05-090 Raszyn Dzial Wydawnictw wwwitpedupl
Wersja elektroniczna czasopisma (streszczenieabstract + petny tekst) jest do-stpna na stronie Instytutu wwwitpeduplwydawnictwopir
Tel 22 720 05 98 22 735 75 95 fax 22 628 37 63 e-mail wydawnictwoitpedupl
Czasopismo jest indeksowane przez AGRO Arianta BazTech EPNP Index Copernicus
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Polskie Towarzystwo Inzynierii Rolniczej
PROBLEMY INZYNIERII ROLNICZEJ
PROBLEMS OF AGRICULTURAL ENGINEERING
^ 3(97) RokXXV
Falenty2017
R A D A N A U K O W A
Czl rzecz P A N prof dr hab J a n u s z H a m a n (Po lska) - p r z e w o d n i c z ^ c y Cz rzecz P A N prof dr hab Rudo l f Michatek (Po lska) - w j c e p r z e w o d n j c z ^ c y Prof dr hab Matgorza ta Bzowska -Baka la r z (Po lska) Prof dr hab Bron is taw Daw idowsk i (Po lska) Prof dr hab Joze f Sz lach ta (Po lska) Prof dr hab Jerzy W e r e s (Po lska) Prof dr hab Zdz is taw Wojc ick i (Po lska) Prof Radomi r A d a m o v s k y (Rep Czeska ) Prof S te fan Cenkowsk i (Kanada ) Doc ing Jan Francak CSc (Stowacja) Prof Ju rgen Hahn (N iemcy ) Prof Doro ta H a m a n ( U S A ) Doc ing Z u z a n a HIavacova CSc (Stowacja) Prof Gera rd Wi l i am Isaacs (USA) - cz tonek zagr P A N Prof V lad imi r K o s d a p o v (Ros ja) Prof Piotr Sav inyh (Ros ja) Prof O leg S idorczuk (Ukra ina)
K O M I T E T R E D A K C Y J N Y
R e d a k t o r
Prof dr hab Jan Paw lak Dr inz Andrze j Se l iga
Dr hab inz Marek Gaworsk i prof nadzw S G G W Dr hab inz Hal ina Jankowska-Huf le j t
prof nadzw ITP
Prof dr hab Rudo l f M icha lek
Prof dr hab Joze f Sz lach ta
Prof dr hab Zdz is taw Wojc ick i
Z a k r e s t e m a t y c z n y
- redaktor nacze lny - sekre tarz - t ranspor t innowac je patenty wyna lazczosc - mechan izac ja produkc j i pasz ob j ^ tosc lowych
- agro inzyn ier ia techn ika w ro ln ic twie
- mechan izac ja produkc j i zw ie rz^ce j
- organizacja i ekonomika mechanizac j i rolnictwa
- g o s p o d a r o w a n i e na uzy tkach z ie lonych
R e d a k t o r j ^ z y k o w y - Grazyna Pucek
R e d a k t o r s t a t y s t y c z n y - dr Stanislawa Roczkowska-Chmaj
copy Copy r i gh t by Instytut T e c h n o l o g i c z n o - P r z y r o d n i c z y w Fa len tach ( ITP) 2 0 1 7
W e r s j ^ p i e rwo tnq c z a s o p i s m a jes t we rs j a p a p i e r o w a
Instytut T e c h n o l o g i c z n o - P r z y r o d n i c z y Fa lenty a l H r a b s k a 3 0 5 - 0 9 0 R a s z y n te l fax 22 6 2 8 37 63 w w w i t p e d u p l
Dyrektor Instytutu - dr Waclaw Roman Strobel
Dziat W y d a w n i c t w tel 2 2 720 05 98 e -ma i l w y d a w n i c t w o i t p e d u p l Kierownik Dzialu Wydawnictw - dr hab inz Halina Jankowska-Huflejt prof nadzw ITP
O p r a c o w a n i e r e d a k c y j n e - Grazyna Pucek Barbara Wcislihska
S W a d k o m p u t e r o w y i p r z y g o t o w a n i e d o d r u k u - Anna Wysocka
Realizacja wydania Agencja Wydawniczo-Pol igraf iczna bdquoGimpo 02-778 Warszawa ul M Grzegorzewskiej 8 Ark wyd 60 NaMad 110 egz
TrescContents
Andrzej Borusiewicz Programy komputerewe stosowane w zarzqdzaniu Paulina Drozyner-Starowicz gospodarstwem rolnym w powiecie lomzyhskim
Computer programs used in farm management in Lomza County
Marek Hryniewicz Nadwyzka slomy dost^pnej do wykorzystania na potrzeby Anna Grzybek energetyczne w2016 r
Available straw surplus for use for energy purposes in 2016
Jan R Kamihski Wyposazenie krajowego rolnictwa w ciqgniki w latach Ewa Tulska 2005-2015
Equipment of domestic agriculture in tractors in the years 2005-2015
Weronika Kruszelnicka Analiza wplywu modyfikacji konstrukcji zespolu roboczego Adam Mrozihski mfyna walcowego na wybrane parametry procesu
rozdrabniania Analysis of the impact of the roller mill working assembly design modifications on selected grinding process parameters
Jan Pawlak Wyposazenie w ciqgniki a wartosc produkcji rolniczej Equipment with tractors and the value of the agricultural output
Jozef Szlachta Analiza porownawcza opiacalnosci budowy i uzytkowania Kamil Dworaczyk mikrobiogazowni rolniczej w odniesieniu do gospodarstwa
oobsadzie 100 DJP t Comparative analysis of the profitability of construction and use mikrobiogas plants for the agricultural farm of the holder 100 LU
PROBLEMY INŻYNIERII ROLNICZEJ 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) PROBLEMS OF AGRICULTURAL ENGINEERING s 49ndash71
Wersja pdf wwwitpeduplwydawnictwopir ISSN 1231-0093
copy Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach 2017
Wpłynęło 28072017 r Zrecenzowano 18092017 r Zaakceptowano 25092017 r A ndash koncepcja B ndash zestawienie danych C ndash analizy statystyczne D ndash interpretacja wynikoacutew E ndash przygotowanie maszynopisu F ndash przegląd literatury
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego na wybrane parametry procesu rozdrabniania Weronika KRUSZELNICKA ABCDEF Adam MROZIŃSKI ABCDEF
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgosz-czy Zakład Systemoacutew Technicznych Wydział Inżynierii Mechanicznej
Do cytowania For citation Kruszelnicka W Mroziński A 2017 Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego na wybrane parametry procesu rozdrabniania Problemy Inżynierii Rolniczej Z 3 (97) s 49ndash71
Streszczenie W pracy analizowano wzajemne relacje ruchu stanu cząstek rozdrabnianych ziaren ryżu przemieszczenia i rozdrabniania w młynie walcowo-płytowym Za cel pracy posta-wiono analizę i ocenę warunkoacutew technicznych procesu użytkowania młyna walcowego o nowej konstrukcji (nWk) zespołu roboczego walcoacutew stosowanego w przemyśle che-micznym i spożywczym za pomocą użytkowych granulometrycznych wskaźnikoacutew jakości produktu Zbadano jaki wpływ na wskaźniki efektywności tj stopień rozdrobnienia energochłonność i wydajność ma modyfikacja zespołu roboczego polegająca na wpro-wadzeniu płyty pionowej między wspoacutełpracujące walce Wykazano że wzajemne relacje ruchu i stanu cząstek oraz wartości wskaźnikoacutew rozdrabniania zależą min od warunkoacutew tarcia zderzeń cięcia i nowych cech konstrukcyjnych młyna Słowa kluczowe rozdrabnianie ryżu młyn walcowy wskaźniki efektywności modyfika-cja zespołu walcowego Wstęp Proces rozdrabniania dezintegracji struktury przestrzennej materiałoacutew w celu pozy-skania produktoacutew o zmniejszonych ujednoliconych wymiarach uważany jest za jed-no z podstawowych działań przetwoacuterczych materiałoacutew do ich dalszego wykorzysta-nia na cele energetyczne żywieniowe czy farmaceutyczne W wielu przypadkach rozdrabnianie stanowi pierwszy podstawowy niezbędny etap przygotowania mate-riału np dla poprawy jego jakości [KRUSZELNICKA i in 2016 KRUSZELNICKA MADEJ 2016 PATEL i in 2008]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
50 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powszechność procesoacutew rozdrabniania materiałoacutew ziarnistych oraz związana z tym innowacyjność rozwiązań konstrukcyjnych młynoacutew skutkują ciągłymi poszukiwaniami doskonalszych sposoboacutew i modeli rozdrabniania zwłaszcza opracowywaniem opty-malnych najbardziej efektywnych warunkoacutew technicznych [CHŁOPEK i in 2014 FLI-
ZIKOWSKI 2002 FLIZIKOWSKI BIELIŃSKI 2013 FLIZIKOWSKI i in 2015 KOWALCZYK- -JUŚKO i in 2015 KOWALIK i in 2013 MACKO 2013 TOMPOROWSKI 2011 2012 TOM-
POROWSKI FLIZIKOWSKI 2013 TOMPOROWSKI OPIELAK 2012] W tradycyjnych rozdrabniaczach walcowych zespoacuteł roboczy składa się ze wspoacutełpra-cujących walcoacutew rozdrabniających (rys 1) [KRUSZELNICKA i in 2016] W nowej kon-cepcji rozdrabniacza walcowego między wspoacutełpracujące walce o gładkiej lub profi-lowanej powierzchni (np rowki) wprowadzono płytę o odpowiedniej powierzchni ndash gładkiej lub profilowanej (rys 2) Takie rozwiązanie umożliwia rozdrabnianie mate-riałoacutew uziarnionych pochodzenia organicznego (ziarno zboacuteż) lub mineralnego (kru-szywo)
Rys 1 Schemat podstawowej konstruk-cji rozdrabniacza walcowego z dwoma obracającymi się przeciwbieżnie wal-cami (przekroacutej)
Fig 1 Scheme of the basic structure of a roller mill with two rotating counter-rota-ting rolls (cross-section)
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Celem badań była analiza i ocena warunkoacutew technicznych nowego sposobu mie-lenia materiałoacutew uziarnionych między obracającymi się walcami i płytą nieruchomą wprowadzoną w szczelinę międzywalcową zespołu roboczego walcoacutew za pomocą użytkowych granulometrycznych wskaźnikoacutew jakości produktu rozdrabniania Do osiągnięcia celu sformułowano niżej wymienione problemy badawcze 1 Czy zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta spo-
woduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii oraz zwiększenie wydajności ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym
2 Jakie wartości cech geometrycznych walcoacutew i płyty w warunkach zadanej ich odległości od obwiedni walcoacutew i powierzchni płyty zapewniają najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii oraz największą wydajność procesu rozdrabniania
3 Jakie wartości parametroacutew pracy młyna walcowo-płytowego zapewniają naj-mniejsze jednostkowe zużycie energii na rozdrabnianie oraz największą wydaj-ność procesu
4 Czy zastosowanie nowej konstrukcji zespołu walec obrotowy ndash płyta stała wpły-nie na granulometrie produktu mielenia w poroacutewnaniu z rozwiązaniem dwuwal-cowym
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 51
A A
PRZEKROacuteJ A-ACROSS-SECTION A-A
1
2
3
4
a)
b)
Rys 2 Zespoacuteł roboczy młyna walco-wego z płytą pionową a) przekroacutej pionowy b) rzut z goacutery 1 = obudowa 2 = walce mielące obrotowe 3 = wlot wsadu zasilającego 4 = płyta piono-wa (przegroda) nieruchoma
Fig 2 Roller mill working unit with vertical plate a) vertical section b) top view 1 = housing 2 = rotary grinding rolls 3 = feed inlet 4 = verti-cal plate
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Nowa idea i konstrukcja młyna Wprowadzona między walce robocze płyta może być ustawiona skośnie do pionu odchylając się o kąt β Schemat położenia płyty odchylonej o kąt β przedstawiono na rysunku 3 a schemat zespołu roboczego z płytą w pozycji pionowej na rysunku 4 Umieszczona płyta może mieć możliwość regulacji szczeliny przez przesuwne lub wahliwe zamocowanie W obu przypadkach materiał wsadowy doprowadzany jest od goacutery do przestrzeni roboczej Aby uzyskać produkt lepszej jakości (stopniu rozdrobnienia) można wykorzystać układy rozdrabniania kilkustopniowego kilkuetapowego [ARMSTRONG i in 2007 BO-
CHAT i in 2015 FLIZIKOWSKI i in 2016 HOFFMAN i in 2010 POPIEL 2011] Wspoacutełpra-cujące walce mogą wspoacutełpracować we wzajemnym skośnym lub pionowym położe-niu a płyty robocze sprzęgnięte są obrotowo aby umożliwić regulację szczeliny Kinematyka i dynamika nowej konstrukcji rozdrabniającej W opisie dynamiki ruchu cząstek i walcoacutew w przestrzeni roboczej konieczne jest uwzględnienie kinematyki ruchu elementoacutew i nadawy oraz występujących między nimi sił tarcia występujących na odpowiednich powierzchniach W zależności od spo-sobu zasilania nadawą zespołu rozdrabniającego można wyroacuteżnić dwa przypadki ruchu cząstek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej
b)
a)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
52 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 3 Rozwiązanie konstrukcyjne zespołu roz-drabniacza walcowo-płytowego z płytą skośną odchyloną o kąt β 1 = walec rozdrabniający 2 = skośna płyta 3 = materiał mielony 4 = mechanizmregulacji odchylenia płyty D = średnica walcaα = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szcze-lina między płytą a walcem
Fig 3 Structural design of a roller-plate mill unit with an inclined plate inclined by an angle β 1 = shredding roller 2 = sloping plate 3 = milled material 4 = plate deflection mechanism D = rollerdiameter α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
y
x
3
2
4
Rys 4 Zespoacuteł rozdrabniający z płytą pionową1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 =materiał mielony 4 = mechanizm regulacji odchy-lenia płyty α = kąt między tworzącą walca a płytąδ = szczelina między płytą a walcem
Fig 4 Grinding unit with vertical plate 1 = shred-ding roller 2 = sloping plate 3 = milled material4 = plate deflection mechanism α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration W obu przypadkach zasilania przestrzeni roboczej rozdrabniacza (I i II) występuje jednakowa relacja między wartością wspoacutełczynnika tarcia a ruchem powierzchni roboczej polegająca na tym że gdy na jednej powierzchni roboczej (walca lub płyty) występuje tarcie spoczynkowe to na drugiej powierzchni roboczej występuje tarcie ruchowe Roacuteżna prędkość każdej powierzchni roboczej względem cząstek nadawy oraz od-powiednio zmienny wspoacutełczynnik tarcia zwiększają stopień i efektywność rozdrab-niania Wspoacutełczynnik μ tarcia powierzchni o siebie (np cząstki nadawy i walca) wyraża ogoacutelna zależność
μ = tg ρ (1)
gdzie μ = wspoacutełczynnik tarcia [ndash] ρ = tzw kąt tarcia [rad]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 53
Wspoacutełczynnik tarcia swą maksymalną wartość przyjmuje w przypadku tarcia spo-czynkowego kiedy kąt tarcia ρ osiąga wartość odpowiadającą tzw kątowi samoha-mowności Relację między wartością wspoacutełczynnikoacutew tarcia ruchowego μk i tarcia spoczynkowego μs opisuje przybliżona zależność (2)
μk = aμs (2)
gdzie a = parametr określający stosunek wspoacutełczynnikoacutew tarcia kinetycznego i statycz-
nego na ogoacuteł a = 03ndash08 μk = wspoacutełczynnik tarcia kinetycznego [ndash] μs = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] W przestrzeni roboczej rozdrabniacza z płytą pionową działają siły (zgodnie z rys 5)
P = siła zgniatania (reakcji) nadawy [N] odpowiednio Pp = siła reakcji zgniatania nadawy na powierzchni płyty [N] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy na po-wierzchni walca w postaci wektorowej określana zależnością (3) w postaci ska-larnej zależnością (4)
wywxw PPP (3)
22
wywxw PPP (4)
gdzie Pwx = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi x [N] Pwy = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi y [N] T = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą [N] odpowiednio Tp = siła tar-
cia nadawy o powierzchnię płyty [N] Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię walca [N] opisana roacutewnaniem
22
wywxwww TTPμT (5)
gdzie μw = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą walca [ndash] Twx = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi x [N] Twy = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi y [N]
G = siła ciężkości cząstki nadawy [N]
C = siła parcia cząstek nadawy na płytę [N] zgodnie z roacutewnaniem
ppfC (6) gdzie p = ciśnienie statyczne powstałe w wyniku spiętrzenia strugi cząstek nadawy [Pa] fp = powierzchnia jednostkowa płyty [m2] Z zależności dotyczących ogoacutelnej roacutewnowagi sił dla przypadku z rysunku 5 z uwzględnieniem siły parcia wynika zależność (7) Nie biorąc jej pod uwagę otrzymuje się zależność (8)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
54 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
Pp
Tp
Pw
Tw
G
C
Pwy
Pwx
Twy
Twx
1
2
3
Pc
Tc
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 5 Rozkład sił w zespole rozdrabniającym z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem Pw = siła reakcji nadawy na powierzchnię walca Pp = siła reakcji nadawy na płytę roboczą Pwx Pwy = składowe siły reakcji na po-wierzchnię walca G = siła ciężkości cząstki nadawy Tp = siła tarcia nadawy o po-wierzchnię płyty Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca Twx Twy = składowe siły tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca
Fig 5 Distribution of forces in the comminution unit with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = vertical plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller Pw = reaction force of the feed to the surface of the roller Pp = force of the feed reaction on the working plate Pwx Pwy = forces of reaction on the surface of the roller G = gravitation force of feed grains Tp = force of rolling friction on the working surface of the plate Tw = force of rolling friction on the working surface of the roller Twx Twy = components of the friction force of the feed on the working surface of the roller
0 CGTP (7)
0 GTP (8)
Uwzględniając działanie sił na oba elementy robocze (walec i płytę) można wyzna-czyć zależności dla sił działających na płytę z uwzględnieniem siły parcia
0 GTTPP cwcw (9)
gdzie Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Czasopismo bdquoProblemy Inzynierii Rolniczej
jest kwartalnikiem (do 2009 r wydawanym przez Instytut Budownictwa Mecha-nizacji i Elektryfikacji Rolnictwa - IBMER) ktoremu patronuje Polskiego Towashyrzystwo Inzynierii Rolniczej
Czasopismo poswi^cone jest organizacyjno-technicznym i spoteczno-gospodar-czym aspektom przemian zachodz^cych w rolnictwie i technice rolniczej pod wpfywem post^pu technologicznego globalizacji i konkurencji na rynkach zyw-nosciowych
Publikowane sg oryginalne prace naukowe i naukowo-techniczne przyczynia-jgce si do wzrostu wiedzy naukowej z dziedziny techniki (inzynierii) rolniczej a wic
bull eksperymentalne prace badawcze w ktorych wnioski wynikajg z przeprowa-dzonych doswiadczeh
bull teoretyczne prace badawcze w ktorych wnioski wynikaj^ logicznie z prezen-towanej teorii oraz sg potwierdzone przez doswiadczenia empiryczne
bull prace przeglqdowe o ile wnioski sg wartosciowymi uogolnieniami przepro-wadzonej dyskusji
bull mogg bye rowniez publikowane artykuly o charakterze kroniki dyskusji oraz recenzje publikacji o tresci dotyczqcej techniki rolniczej
Dystrybucja
bdquoProblemy sq do nabycia i mozna zamawiac w Instytucie Technologiczno--Przyrodniczym w Falentach al Hrabska 3 05-090 Raszyn Dzial Wydawnictw wwwitpedupl
Wersja elektroniczna czasopisma (streszczenieabstract + petny tekst) jest do-stpna na stronie Instytutu wwwitpeduplwydawnictwopir
Tel 22 720 05 98 22 735 75 95 fax 22 628 37 63 e-mail wydawnictwoitpedupl
Czasopismo jest indeksowane przez AGRO Arianta BazTech EPNP Index Copernicus
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Polskie Towarzystwo Inzynierii Rolniczej
PROBLEMY INZYNIERII ROLNICZEJ
PROBLEMS OF AGRICULTURAL ENGINEERING
^ 3(97) RokXXV
Falenty2017
R A D A N A U K O W A
Czl rzecz P A N prof dr hab J a n u s z H a m a n (Po lska) - p r z e w o d n i c z ^ c y Cz rzecz P A N prof dr hab Rudo l f Michatek (Po lska) - w j c e p r z e w o d n j c z ^ c y Prof dr hab Matgorza ta Bzowska -Baka la r z (Po lska) Prof dr hab Bron is taw Daw idowsk i (Po lska) Prof dr hab Joze f Sz lach ta (Po lska) Prof dr hab Jerzy W e r e s (Po lska) Prof dr hab Zdz is taw Wojc ick i (Po lska) Prof Radomi r A d a m o v s k y (Rep Czeska ) Prof S te fan Cenkowsk i (Kanada ) Doc ing Jan Francak CSc (Stowacja) Prof Ju rgen Hahn (N iemcy ) Prof Doro ta H a m a n ( U S A ) Doc ing Z u z a n a HIavacova CSc (Stowacja) Prof Gera rd Wi l i am Isaacs (USA) - cz tonek zagr P A N Prof V lad imi r K o s d a p o v (Ros ja) Prof Piotr Sav inyh (Ros ja) Prof O leg S idorczuk (Ukra ina)
K O M I T E T R E D A K C Y J N Y
R e d a k t o r
Prof dr hab Jan Paw lak Dr inz Andrze j Se l iga
Dr hab inz Marek Gaworsk i prof nadzw S G G W Dr hab inz Hal ina Jankowska-Huf le j t
prof nadzw ITP
Prof dr hab Rudo l f M icha lek
Prof dr hab Joze f Sz lach ta
Prof dr hab Zdz is taw Wojc ick i
Z a k r e s t e m a t y c z n y
- redaktor nacze lny - sekre tarz - t ranspor t innowac je patenty wyna lazczosc - mechan izac ja produkc j i pasz ob j ^ tosc lowych
- agro inzyn ier ia techn ika w ro ln ic twie
- mechan izac ja produkc j i zw ie rz^ce j
- organizacja i ekonomika mechanizac j i rolnictwa
- g o s p o d a r o w a n i e na uzy tkach z ie lonych
R e d a k t o r j ^ z y k o w y - Grazyna Pucek
R e d a k t o r s t a t y s t y c z n y - dr Stanislawa Roczkowska-Chmaj
copy Copy r i gh t by Instytut T e c h n o l o g i c z n o - P r z y r o d n i c z y w Fa len tach ( ITP) 2 0 1 7
W e r s j ^ p i e rwo tnq c z a s o p i s m a jes t we rs j a p a p i e r o w a
Instytut T e c h n o l o g i c z n o - P r z y r o d n i c z y Fa lenty a l H r a b s k a 3 0 5 - 0 9 0 R a s z y n te l fax 22 6 2 8 37 63 w w w i t p e d u p l
Dyrektor Instytutu - dr Waclaw Roman Strobel
Dziat W y d a w n i c t w tel 2 2 720 05 98 e -ma i l w y d a w n i c t w o i t p e d u p l Kierownik Dzialu Wydawnictw - dr hab inz Halina Jankowska-Huflejt prof nadzw ITP
O p r a c o w a n i e r e d a k c y j n e - Grazyna Pucek Barbara Wcislihska
S W a d k o m p u t e r o w y i p r z y g o t o w a n i e d o d r u k u - Anna Wysocka
Realizacja wydania Agencja Wydawniczo-Pol igraf iczna bdquoGimpo 02-778 Warszawa ul M Grzegorzewskiej 8 Ark wyd 60 NaMad 110 egz
TrescContents
Andrzej Borusiewicz Programy komputerewe stosowane w zarzqdzaniu Paulina Drozyner-Starowicz gospodarstwem rolnym w powiecie lomzyhskim
Computer programs used in farm management in Lomza County
Marek Hryniewicz Nadwyzka slomy dost^pnej do wykorzystania na potrzeby Anna Grzybek energetyczne w2016 r
Available straw surplus for use for energy purposes in 2016
Jan R Kamihski Wyposazenie krajowego rolnictwa w ciqgniki w latach Ewa Tulska 2005-2015
Equipment of domestic agriculture in tractors in the years 2005-2015
Weronika Kruszelnicka Analiza wplywu modyfikacji konstrukcji zespolu roboczego Adam Mrozihski mfyna walcowego na wybrane parametry procesu
rozdrabniania Analysis of the impact of the roller mill working assembly design modifications on selected grinding process parameters
Jan Pawlak Wyposazenie w ciqgniki a wartosc produkcji rolniczej Equipment with tractors and the value of the agricultural output
Jozef Szlachta Analiza porownawcza opiacalnosci budowy i uzytkowania Kamil Dworaczyk mikrobiogazowni rolniczej w odniesieniu do gospodarstwa
oobsadzie 100 DJP t Comparative analysis of the profitability of construction and use mikrobiogas plants for the agricultural farm of the holder 100 LU
PROBLEMY INŻYNIERII ROLNICZEJ 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) PROBLEMS OF AGRICULTURAL ENGINEERING s 49ndash71
Wersja pdf wwwitpeduplwydawnictwopir ISSN 1231-0093
copy Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach 2017
Wpłynęło 28072017 r Zrecenzowano 18092017 r Zaakceptowano 25092017 r A ndash koncepcja B ndash zestawienie danych C ndash analizy statystyczne D ndash interpretacja wynikoacutew E ndash przygotowanie maszynopisu F ndash przegląd literatury
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego na wybrane parametry procesu rozdrabniania Weronika KRUSZELNICKA ABCDEF Adam MROZIŃSKI ABCDEF
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgosz-czy Zakład Systemoacutew Technicznych Wydział Inżynierii Mechanicznej
Do cytowania For citation Kruszelnicka W Mroziński A 2017 Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego na wybrane parametry procesu rozdrabniania Problemy Inżynierii Rolniczej Z 3 (97) s 49ndash71
Streszczenie W pracy analizowano wzajemne relacje ruchu stanu cząstek rozdrabnianych ziaren ryżu przemieszczenia i rozdrabniania w młynie walcowo-płytowym Za cel pracy posta-wiono analizę i ocenę warunkoacutew technicznych procesu użytkowania młyna walcowego o nowej konstrukcji (nWk) zespołu roboczego walcoacutew stosowanego w przemyśle che-micznym i spożywczym za pomocą użytkowych granulometrycznych wskaźnikoacutew jakości produktu Zbadano jaki wpływ na wskaźniki efektywności tj stopień rozdrobnienia energochłonność i wydajność ma modyfikacja zespołu roboczego polegająca na wpro-wadzeniu płyty pionowej między wspoacutełpracujące walce Wykazano że wzajemne relacje ruchu i stanu cząstek oraz wartości wskaźnikoacutew rozdrabniania zależą min od warunkoacutew tarcia zderzeń cięcia i nowych cech konstrukcyjnych młyna Słowa kluczowe rozdrabnianie ryżu młyn walcowy wskaźniki efektywności modyfika-cja zespołu walcowego Wstęp Proces rozdrabniania dezintegracji struktury przestrzennej materiałoacutew w celu pozy-skania produktoacutew o zmniejszonych ujednoliconych wymiarach uważany jest za jed-no z podstawowych działań przetwoacuterczych materiałoacutew do ich dalszego wykorzysta-nia na cele energetyczne żywieniowe czy farmaceutyczne W wielu przypadkach rozdrabnianie stanowi pierwszy podstawowy niezbędny etap przygotowania mate-riału np dla poprawy jego jakości [KRUSZELNICKA i in 2016 KRUSZELNICKA MADEJ 2016 PATEL i in 2008]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
50 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powszechność procesoacutew rozdrabniania materiałoacutew ziarnistych oraz związana z tym innowacyjność rozwiązań konstrukcyjnych młynoacutew skutkują ciągłymi poszukiwaniami doskonalszych sposoboacutew i modeli rozdrabniania zwłaszcza opracowywaniem opty-malnych najbardziej efektywnych warunkoacutew technicznych [CHŁOPEK i in 2014 FLI-
ZIKOWSKI 2002 FLIZIKOWSKI BIELIŃSKI 2013 FLIZIKOWSKI i in 2015 KOWALCZYK- -JUŚKO i in 2015 KOWALIK i in 2013 MACKO 2013 TOMPOROWSKI 2011 2012 TOM-
POROWSKI FLIZIKOWSKI 2013 TOMPOROWSKI OPIELAK 2012] W tradycyjnych rozdrabniaczach walcowych zespoacuteł roboczy składa się ze wspoacutełpra-cujących walcoacutew rozdrabniających (rys 1) [KRUSZELNICKA i in 2016] W nowej kon-cepcji rozdrabniacza walcowego między wspoacutełpracujące walce o gładkiej lub profi-lowanej powierzchni (np rowki) wprowadzono płytę o odpowiedniej powierzchni ndash gładkiej lub profilowanej (rys 2) Takie rozwiązanie umożliwia rozdrabnianie mate-riałoacutew uziarnionych pochodzenia organicznego (ziarno zboacuteż) lub mineralnego (kru-szywo)
Rys 1 Schemat podstawowej konstruk-cji rozdrabniacza walcowego z dwoma obracającymi się przeciwbieżnie wal-cami (przekroacutej)
Fig 1 Scheme of the basic structure of a roller mill with two rotating counter-rota-ting rolls (cross-section)
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Celem badań była analiza i ocena warunkoacutew technicznych nowego sposobu mie-lenia materiałoacutew uziarnionych między obracającymi się walcami i płytą nieruchomą wprowadzoną w szczelinę międzywalcową zespołu roboczego walcoacutew za pomocą użytkowych granulometrycznych wskaźnikoacutew jakości produktu rozdrabniania Do osiągnięcia celu sformułowano niżej wymienione problemy badawcze 1 Czy zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta spo-
woduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii oraz zwiększenie wydajności ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym
2 Jakie wartości cech geometrycznych walcoacutew i płyty w warunkach zadanej ich odległości od obwiedni walcoacutew i powierzchni płyty zapewniają najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii oraz największą wydajność procesu rozdrabniania
3 Jakie wartości parametroacutew pracy młyna walcowo-płytowego zapewniają naj-mniejsze jednostkowe zużycie energii na rozdrabnianie oraz największą wydaj-ność procesu
4 Czy zastosowanie nowej konstrukcji zespołu walec obrotowy ndash płyta stała wpły-nie na granulometrie produktu mielenia w poroacutewnaniu z rozwiązaniem dwuwal-cowym
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 51
A A
PRZEKROacuteJ A-ACROSS-SECTION A-A
1
2
3
4
a)
b)
Rys 2 Zespoacuteł roboczy młyna walco-wego z płytą pionową a) przekroacutej pionowy b) rzut z goacutery 1 = obudowa 2 = walce mielące obrotowe 3 = wlot wsadu zasilającego 4 = płyta piono-wa (przegroda) nieruchoma
Fig 2 Roller mill working unit with vertical plate a) vertical section b) top view 1 = housing 2 = rotary grinding rolls 3 = feed inlet 4 = verti-cal plate
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Nowa idea i konstrukcja młyna Wprowadzona między walce robocze płyta może być ustawiona skośnie do pionu odchylając się o kąt β Schemat położenia płyty odchylonej o kąt β przedstawiono na rysunku 3 a schemat zespołu roboczego z płytą w pozycji pionowej na rysunku 4 Umieszczona płyta może mieć możliwość regulacji szczeliny przez przesuwne lub wahliwe zamocowanie W obu przypadkach materiał wsadowy doprowadzany jest od goacutery do przestrzeni roboczej Aby uzyskać produkt lepszej jakości (stopniu rozdrobnienia) można wykorzystać układy rozdrabniania kilkustopniowego kilkuetapowego [ARMSTRONG i in 2007 BO-
CHAT i in 2015 FLIZIKOWSKI i in 2016 HOFFMAN i in 2010 POPIEL 2011] Wspoacutełpra-cujące walce mogą wspoacutełpracować we wzajemnym skośnym lub pionowym położe-niu a płyty robocze sprzęgnięte są obrotowo aby umożliwić regulację szczeliny Kinematyka i dynamika nowej konstrukcji rozdrabniającej W opisie dynamiki ruchu cząstek i walcoacutew w przestrzeni roboczej konieczne jest uwzględnienie kinematyki ruchu elementoacutew i nadawy oraz występujących między nimi sił tarcia występujących na odpowiednich powierzchniach W zależności od spo-sobu zasilania nadawą zespołu rozdrabniającego można wyroacuteżnić dwa przypadki ruchu cząstek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej
b)
a)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
52 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 3 Rozwiązanie konstrukcyjne zespołu roz-drabniacza walcowo-płytowego z płytą skośną odchyloną o kąt β 1 = walec rozdrabniający 2 = skośna płyta 3 = materiał mielony 4 = mechanizmregulacji odchylenia płyty D = średnica walcaα = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szcze-lina między płytą a walcem
Fig 3 Structural design of a roller-plate mill unit with an inclined plate inclined by an angle β 1 = shredding roller 2 = sloping plate 3 = milled material 4 = plate deflection mechanism D = rollerdiameter α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
y
x
3
2
4
Rys 4 Zespoacuteł rozdrabniający z płytą pionową1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 =materiał mielony 4 = mechanizm regulacji odchy-lenia płyty α = kąt między tworzącą walca a płytąδ = szczelina między płytą a walcem
Fig 4 Grinding unit with vertical plate 1 = shred-ding roller 2 = sloping plate 3 = milled material4 = plate deflection mechanism α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration W obu przypadkach zasilania przestrzeni roboczej rozdrabniacza (I i II) występuje jednakowa relacja między wartością wspoacutełczynnika tarcia a ruchem powierzchni roboczej polegająca na tym że gdy na jednej powierzchni roboczej (walca lub płyty) występuje tarcie spoczynkowe to na drugiej powierzchni roboczej występuje tarcie ruchowe Roacuteżna prędkość każdej powierzchni roboczej względem cząstek nadawy oraz od-powiednio zmienny wspoacutełczynnik tarcia zwiększają stopień i efektywność rozdrab-niania Wspoacutełczynnik μ tarcia powierzchni o siebie (np cząstki nadawy i walca) wyraża ogoacutelna zależność
μ = tg ρ (1)
gdzie μ = wspoacutełczynnik tarcia [ndash] ρ = tzw kąt tarcia [rad]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 53
Wspoacutełczynnik tarcia swą maksymalną wartość przyjmuje w przypadku tarcia spo-czynkowego kiedy kąt tarcia ρ osiąga wartość odpowiadającą tzw kątowi samoha-mowności Relację między wartością wspoacutełczynnikoacutew tarcia ruchowego μk i tarcia spoczynkowego μs opisuje przybliżona zależność (2)
μk = aμs (2)
gdzie a = parametr określający stosunek wspoacutełczynnikoacutew tarcia kinetycznego i statycz-
nego na ogoacuteł a = 03ndash08 μk = wspoacutełczynnik tarcia kinetycznego [ndash] μs = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] W przestrzeni roboczej rozdrabniacza z płytą pionową działają siły (zgodnie z rys 5)
P = siła zgniatania (reakcji) nadawy [N] odpowiednio Pp = siła reakcji zgniatania nadawy na powierzchni płyty [N] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy na po-wierzchni walca w postaci wektorowej określana zależnością (3) w postaci ska-larnej zależnością (4)
wywxw PPP (3)
22
wywxw PPP (4)
gdzie Pwx = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi x [N] Pwy = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi y [N] T = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą [N] odpowiednio Tp = siła tar-
cia nadawy o powierzchnię płyty [N] Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię walca [N] opisana roacutewnaniem
22
wywxwww TTPμT (5)
gdzie μw = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą walca [ndash] Twx = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi x [N] Twy = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi y [N]
G = siła ciężkości cząstki nadawy [N]
C = siła parcia cząstek nadawy na płytę [N] zgodnie z roacutewnaniem
ppfC (6) gdzie p = ciśnienie statyczne powstałe w wyniku spiętrzenia strugi cząstek nadawy [Pa] fp = powierzchnia jednostkowa płyty [m2] Z zależności dotyczących ogoacutelnej roacutewnowagi sił dla przypadku z rysunku 5 z uwzględnieniem siły parcia wynika zależność (7) Nie biorąc jej pod uwagę otrzymuje się zależność (8)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
54 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
Pp
Tp
Pw
Tw
G
C
Pwy
Pwx
Twy
Twx
1
2
3
Pc
Tc
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 5 Rozkład sił w zespole rozdrabniającym z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem Pw = siła reakcji nadawy na powierzchnię walca Pp = siła reakcji nadawy na płytę roboczą Pwx Pwy = składowe siły reakcji na po-wierzchnię walca G = siła ciężkości cząstki nadawy Tp = siła tarcia nadawy o po-wierzchnię płyty Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca Twx Twy = składowe siły tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca
Fig 5 Distribution of forces in the comminution unit with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = vertical plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller Pw = reaction force of the feed to the surface of the roller Pp = force of the feed reaction on the working plate Pwx Pwy = forces of reaction on the surface of the roller G = gravitation force of feed grains Tp = force of rolling friction on the working surface of the plate Tw = force of rolling friction on the working surface of the roller Twx Twy = components of the friction force of the feed on the working surface of the roller
0 CGTP (7)
0 GTP (8)
Uwzględniając działanie sił na oba elementy robocze (walec i płytę) można wyzna-czyć zależności dla sił działających na płytę z uwzględnieniem siły parcia
0 GTTPP cwcw (9)
gdzie Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
R A D A N A U K O W A
Czl rzecz P A N prof dr hab J a n u s z H a m a n (Po lska) - p r z e w o d n i c z ^ c y Cz rzecz P A N prof dr hab Rudo l f Michatek (Po lska) - w j c e p r z e w o d n j c z ^ c y Prof dr hab Matgorza ta Bzowska -Baka la r z (Po lska) Prof dr hab Bron is taw Daw idowsk i (Po lska) Prof dr hab Joze f Sz lach ta (Po lska) Prof dr hab Jerzy W e r e s (Po lska) Prof dr hab Zdz is taw Wojc ick i (Po lska) Prof Radomi r A d a m o v s k y (Rep Czeska ) Prof S te fan Cenkowsk i (Kanada ) Doc ing Jan Francak CSc (Stowacja) Prof Ju rgen Hahn (N iemcy ) Prof Doro ta H a m a n ( U S A ) Doc ing Z u z a n a HIavacova CSc (Stowacja) Prof Gera rd Wi l i am Isaacs (USA) - cz tonek zagr P A N Prof V lad imi r K o s d a p o v (Ros ja) Prof Piotr Sav inyh (Ros ja) Prof O leg S idorczuk (Ukra ina)
K O M I T E T R E D A K C Y J N Y
R e d a k t o r
Prof dr hab Jan Paw lak Dr inz Andrze j Se l iga
Dr hab inz Marek Gaworsk i prof nadzw S G G W Dr hab inz Hal ina Jankowska-Huf le j t
prof nadzw ITP
Prof dr hab Rudo l f M icha lek
Prof dr hab Joze f Sz lach ta
Prof dr hab Zdz is taw Wojc ick i
Z a k r e s t e m a t y c z n y
- redaktor nacze lny - sekre tarz - t ranspor t innowac je patenty wyna lazczosc - mechan izac ja produkc j i pasz ob j ^ tosc lowych
- agro inzyn ier ia techn ika w ro ln ic twie
- mechan izac ja produkc j i zw ie rz^ce j
- organizacja i ekonomika mechanizac j i rolnictwa
- g o s p o d a r o w a n i e na uzy tkach z ie lonych
R e d a k t o r j ^ z y k o w y - Grazyna Pucek
R e d a k t o r s t a t y s t y c z n y - dr Stanislawa Roczkowska-Chmaj
copy Copy r i gh t by Instytut T e c h n o l o g i c z n o - P r z y r o d n i c z y w Fa len tach ( ITP) 2 0 1 7
W e r s j ^ p i e rwo tnq c z a s o p i s m a jes t we rs j a p a p i e r o w a
Instytut T e c h n o l o g i c z n o - P r z y r o d n i c z y Fa lenty a l H r a b s k a 3 0 5 - 0 9 0 R a s z y n te l fax 22 6 2 8 37 63 w w w i t p e d u p l
Dyrektor Instytutu - dr Waclaw Roman Strobel
Dziat W y d a w n i c t w tel 2 2 720 05 98 e -ma i l w y d a w n i c t w o i t p e d u p l Kierownik Dzialu Wydawnictw - dr hab inz Halina Jankowska-Huflejt prof nadzw ITP
O p r a c o w a n i e r e d a k c y j n e - Grazyna Pucek Barbara Wcislihska
S W a d k o m p u t e r o w y i p r z y g o t o w a n i e d o d r u k u - Anna Wysocka
Realizacja wydania Agencja Wydawniczo-Pol igraf iczna bdquoGimpo 02-778 Warszawa ul M Grzegorzewskiej 8 Ark wyd 60 NaMad 110 egz
TrescContents
Andrzej Borusiewicz Programy komputerewe stosowane w zarzqdzaniu Paulina Drozyner-Starowicz gospodarstwem rolnym w powiecie lomzyhskim
Computer programs used in farm management in Lomza County
Marek Hryniewicz Nadwyzka slomy dost^pnej do wykorzystania na potrzeby Anna Grzybek energetyczne w2016 r
Available straw surplus for use for energy purposes in 2016
Jan R Kamihski Wyposazenie krajowego rolnictwa w ciqgniki w latach Ewa Tulska 2005-2015
Equipment of domestic agriculture in tractors in the years 2005-2015
Weronika Kruszelnicka Analiza wplywu modyfikacji konstrukcji zespolu roboczego Adam Mrozihski mfyna walcowego na wybrane parametry procesu
rozdrabniania Analysis of the impact of the roller mill working assembly design modifications on selected grinding process parameters
Jan Pawlak Wyposazenie w ciqgniki a wartosc produkcji rolniczej Equipment with tractors and the value of the agricultural output
Jozef Szlachta Analiza porownawcza opiacalnosci budowy i uzytkowania Kamil Dworaczyk mikrobiogazowni rolniczej w odniesieniu do gospodarstwa
oobsadzie 100 DJP t Comparative analysis of the profitability of construction and use mikrobiogas plants for the agricultural farm of the holder 100 LU
PROBLEMY INŻYNIERII ROLNICZEJ 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) PROBLEMS OF AGRICULTURAL ENGINEERING s 49ndash71
Wersja pdf wwwitpeduplwydawnictwopir ISSN 1231-0093
copy Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach 2017
Wpłynęło 28072017 r Zrecenzowano 18092017 r Zaakceptowano 25092017 r A ndash koncepcja B ndash zestawienie danych C ndash analizy statystyczne D ndash interpretacja wynikoacutew E ndash przygotowanie maszynopisu F ndash przegląd literatury
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego na wybrane parametry procesu rozdrabniania Weronika KRUSZELNICKA ABCDEF Adam MROZIŃSKI ABCDEF
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgosz-czy Zakład Systemoacutew Technicznych Wydział Inżynierii Mechanicznej
Do cytowania For citation Kruszelnicka W Mroziński A 2017 Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego na wybrane parametry procesu rozdrabniania Problemy Inżynierii Rolniczej Z 3 (97) s 49ndash71
Streszczenie W pracy analizowano wzajemne relacje ruchu stanu cząstek rozdrabnianych ziaren ryżu przemieszczenia i rozdrabniania w młynie walcowo-płytowym Za cel pracy posta-wiono analizę i ocenę warunkoacutew technicznych procesu użytkowania młyna walcowego o nowej konstrukcji (nWk) zespołu roboczego walcoacutew stosowanego w przemyśle che-micznym i spożywczym za pomocą użytkowych granulometrycznych wskaźnikoacutew jakości produktu Zbadano jaki wpływ na wskaźniki efektywności tj stopień rozdrobnienia energochłonność i wydajność ma modyfikacja zespołu roboczego polegająca na wpro-wadzeniu płyty pionowej między wspoacutełpracujące walce Wykazano że wzajemne relacje ruchu i stanu cząstek oraz wartości wskaźnikoacutew rozdrabniania zależą min od warunkoacutew tarcia zderzeń cięcia i nowych cech konstrukcyjnych młyna Słowa kluczowe rozdrabnianie ryżu młyn walcowy wskaźniki efektywności modyfika-cja zespołu walcowego Wstęp Proces rozdrabniania dezintegracji struktury przestrzennej materiałoacutew w celu pozy-skania produktoacutew o zmniejszonych ujednoliconych wymiarach uważany jest za jed-no z podstawowych działań przetwoacuterczych materiałoacutew do ich dalszego wykorzysta-nia na cele energetyczne żywieniowe czy farmaceutyczne W wielu przypadkach rozdrabnianie stanowi pierwszy podstawowy niezbędny etap przygotowania mate-riału np dla poprawy jego jakości [KRUSZELNICKA i in 2016 KRUSZELNICKA MADEJ 2016 PATEL i in 2008]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
50 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powszechność procesoacutew rozdrabniania materiałoacutew ziarnistych oraz związana z tym innowacyjność rozwiązań konstrukcyjnych młynoacutew skutkują ciągłymi poszukiwaniami doskonalszych sposoboacutew i modeli rozdrabniania zwłaszcza opracowywaniem opty-malnych najbardziej efektywnych warunkoacutew technicznych [CHŁOPEK i in 2014 FLI-
ZIKOWSKI 2002 FLIZIKOWSKI BIELIŃSKI 2013 FLIZIKOWSKI i in 2015 KOWALCZYK- -JUŚKO i in 2015 KOWALIK i in 2013 MACKO 2013 TOMPOROWSKI 2011 2012 TOM-
POROWSKI FLIZIKOWSKI 2013 TOMPOROWSKI OPIELAK 2012] W tradycyjnych rozdrabniaczach walcowych zespoacuteł roboczy składa się ze wspoacutełpra-cujących walcoacutew rozdrabniających (rys 1) [KRUSZELNICKA i in 2016] W nowej kon-cepcji rozdrabniacza walcowego między wspoacutełpracujące walce o gładkiej lub profi-lowanej powierzchni (np rowki) wprowadzono płytę o odpowiedniej powierzchni ndash gładkiej lub profilowanej (rys 2) Takie rozwiązanie umożliwia rozdrabnianie mate-riałoacutew uziarnionych pochodzenia organicznego (ziarno zboacuteż) lub mineralnego (kru-szywo)
Rys 1 Schemat podstawowej konstruk-cji rozdrabniacza walcowego z dwoma obracającymi się przeciwbieżnie wal-cami (przekroacutej)
Fig 1 Scheme of the basic structure of a roller mill with two rotating counter-rota-ting rolls (cross-section)
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Celem badań była analiza i ocena warunkoacutew technicznych nowego sposobu mie-lenia materiałoacutew uziarnionych między obracającymi się walcami i płytą nieruchomą wprowadzoną w szczelinę międzywalcową zespołu roboczego walcoacutew za pomocą użytkowych granulometrycznych wskaźnikoacutew jakości produktu rozdrabniania Do osiągnięcia celu sformułowano niżej wymienione problemy badawcze 1 Czy zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta spo-
woduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii oraz zwiększenie wydajności ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym
2 Jakie wartości cech geometrycznych walcoacutew i płyty w warunkach zadanej ich odległości od obwiedni walcoacutew i powierzchni płyty zapewniają najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii oraz największą wydajność procesu rozdrabniania
3 Jakie wartości parametroacutew pracy młyna walcowo-płytowego zapewniają naj-mniejsze jednostkowe zużycie energii na rozdrabnianie oraz największą wydaj-ność procesu
4 Czy zastosowanie nowej konstrukcji zespołu walec obrotowy ndash płyta stała wpły-nie na granulometrie produktu mielenia w poroacutewnaniu z rozwiązaniem dwuwal-cowym
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 51
A A
PRZEKROacuteJ A-ACROSS-SECTION A-A
1
2
3
4
a)
b)
Rys 2 Zespoacuteł roboczy młyna walco-wego z płytą pionową a) przekroacutej pionowy b) rzut z goacutery 1 = obudowa 2 = walce mielące obrotowe 3 = wlot wsadu zasilającego 4 = płyta piono-wa (przegroda) nieruchoma
Fig 2 Roller mill working unit with vertical plate a) vertical section b) top view 1 = housing 2 = rotary grinding rolls 3 = feed inlet 4 = verti-cal plate
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Nowa idea i konstrukcja młyna Wprowadzona między walce robocze płyta może być ustawiona skośnie do pionu odchylając się o kąt β Schemat położenia płyty odchylonej o kąt β przedstawiono na rysunku 3 a schemat zespołu roboczego z płytą w pozycji pionowej na rysunku 4 Umieszczona płyta może mieć możliwość regulacji szczeliny przez przesuwne lub wahliwe zamocowanie W obu przypadkach materiał wsadowy doprowadzany jest od goacutery do przestrzeni roboczej Aby uzyskać produkt lepszej jakości (stopniu rozdrobnienia) można wykorzystać układy rozdrabniania kilkustopniowego kilkuetapowego [ARMSTRONG i in 2007 BO-
CHAT i in 2015 FLIZIKOWSKI i in 2016 HOFFMAN i in 2010 POPIEL 2011] Wspoacutełpra-cujące walce mogą wspoacutełpracować we wzajemnym skośnym lub pionowym położe-niu a płyty robocze sprzęgnięte są obrotowo aby umożliwić regulację szczeliny Kinematyka i dynamika nowej konstrukcji rozdrabniającej W opisie dynamiki ruchu cząstek i walcoacutew w przestrzeni roboczej konieczne jest uwzględnienie kinematyki ruchu elementoacutew i nadawy oraz występujących między nimi sił tarcia występujących na odpowiednich powierzchniach W zależności od spo-sobu zasilania nadawą zespołu rozdrabniającego można wyroacuteżnić dwa przypadki ruchu cząstek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej
b)
a)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
52 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 3 Rozwiązanie konstrukcyjne zespołu roz-drabniacza walcowo-płytowego z płytą skośną odchyloną o kąt β 1 = walec rozdrabniający 2 = skośna płyta 3 = materiał mielony 4 = mechanizmregulacji odchylenia płyty D = średnica walcaα = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szcze-lina między płytą a walcem
Fig 3 Structural design of a roller-plate mill unit with an inclined plate inclined by an angle β 1 = shredding roller 2 = sloping plate 3 = milled material 4 = plate deflection mechanism D = rollerdiameter α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
y
x
3
2
4
Rys 4 Zespoacuteł rozdrabniający z płytą pionową1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 =materiał mielony 4 = mechanizm regulacji odchy-lenia płyty α = kąt między tworzącą walca a płytąδ = szczelina między płytą a walcem
Fig 4 Grinding unit with vertical plate 1 = shred-ding roller 2 = sloping plate 3 = milled material4 = plate deflection mechanism α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration W obu przypadkach zasilania przestrzeni roboczej rozdrabniacza (I i II) występuje jednakowa relacja między wartością wspoacutełczynnika tarcia a ruchem powierzchni roboczej polegająca na tym że gdy na jednej powierzchni roboczej (walca lub płyty) występuje tarcie spoczynkowe to na drugiej powierzchni roboczej występuje tarcie ruchowe Roacuteżna prędkość każdej powierzchni roboczej względem cząstek nadawy oraz od-powiednio zmienny wspoacutełczynnik tarcia zwiększają stopień i efektywność rozdrab-niania Wspoacutełczynnik μ tarcia powierzchni o siebie (np cząstki nadawy i walca) wyraża ogoacutelna zależność
μ = tg ρ (1)
gdzie μ = wspoacutełczynnik tarcia [ndash] ρ = tzw kąt tarcia [rad]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 53
Wspoacutełczynnik tarcia swą maksymalną wartość przyjmuje w przypadku tarcia spo-czynkowego kiedy kąt tarcia ρ osiąga wartość odpowiadającą tzw kątowi samoha-mowności Relację między wartością wspoacutełczynnikoacutew tarcia ruchowego μk i tarcia spoczynkowego μs opisuje przybliżona zależność (2)
μk = aμs (2)
gdzie a = parametr określający stosunek wspoacutełczynnikoacutew tarcia kinetycznego i statycz-
nego na ogoacuteł a = 03ndash08 μk = wspoacutełczynnik tarcia kinetycznego [ndash] μs = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] W przestrzeni roboczej rozdrabniacza z płytą pionową działają siły (zgodnie z rys 5)
P = siła zgniatania (reakcji) nadawy [N] odpowiednio Pp = siła reakcji zgniatania nadawy na powierzchni płyty [N] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy na po-wierzchni walca w postaci wektorowej określana zależnością (3) w postaci ska-larnej zależnością (4)
wywxw PPP (3)
22
wywxw PPP (4)
gdzie Pwx = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi x [N] Pwy = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi y [N] T = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą [N] odpowiednio Tp = siła tar-
cia nadawy o powierzchnię płyty [N] Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię walca [N] opisana roacutewnaniem
22
wywxwww TTPμT (5)
gdzie μw = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą walca [ndash] Twx = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi x [N] Twy = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi y [N]
G = siła ciężkości cząstki nadawy [N]
C = siła parcia cząstek nadawy na płytę [N] zgodnie z roacutewnaniem
ppfC (6) gdzie p = ciśnienie statyczne powstałe w wyniku spiętrzenia strugi cząstek nadawy [Pa] fp = powierzchnia jednostkowa płyty [m2] Z zależności dotyczących ogoacutelnej roacutewnowagi sił dla przypadku z rysunku 5 z uwzględnieniem siły parcia wynika zależność (7) Nie biorąc jej pod uwagę otrzymuje się zależność (8)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
54 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
Pp
Tp
Pw
Tw
G
C
Pwy
Pwx
Twy
Twx
1
2
3
Pc
Tc
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 5 Rozkład sił w zespole rozdrabniającym z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem Pw = siła reakcji nadawy na powierzchnię walca Pp = siła reakcji nadawy na płytę roboczą Pwx Pwy = składowe siły reakcji na po-wierzchnię walca G = siła ciężkości cząstki nadawy Tp = siła tarcia nadawy o po-wierzchnię płyty Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca Twx Twy = składowe siły tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca
Fig 5 Distribution of forces in the comminution unit with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = vertical plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller Pw = reaction force of the feed to the surface of the roller Pp = force of the feed reaction on the working plate Pwx Pwy = forces of reaction on the surface of the roller G = gravitation force of feed grains Tp = force of rolling friction on the working surface of the plate Tw = force of rolling friction on the working surface of the roller Twx Twy = components of the friction force of the feed on the working surface of the roller
0 CGTP (7)
0 GTP (8)
Uwzględniając działanie sił na oba elementy robocze (walec i płytę) można wyzna-czyć zależności dla sił działających na płytę z uwzględnieniem siły parcia
0 GTTPP cwcw (9)
gdzie Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
PROBLEMY INŻYNIERII ROLNICZEJ 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) PROBLEMS OF AGRICULTURAL ENGINEERING s 49ndash71
Wersja pdf wwwitpeduplwydawnictwopir ISSN 1231-0093
copy Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach 2017
Wpłynęło 28072017 r Zrecenzowano 18092017 r Zaakceptowano 25092017 r A ndash koncepcja B ndash zestawienie danych C ndash analizy statystyczne D ndash interpretacja wynikoacutew E ndash przygotowanie maszynopisu F ndash przegląd literatury
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego na wybrane parametry procesu rozdrabniania Weronika KRUSZELNICKA ABCDEF Adam MROZIŃSKI ABCDEF
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgosz-czy Zakład Systemoacutew Technicznych Wydział Inżynierii Mechanicznej
Do cytowania For citation Kruszelnicka W Mroziński A 2017 Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego na wybrane parametry procesu rozdrabniania Problemy Inżynierii Rolniczej Z 3 (97) s 49ndash71
Streszczenie W pracy analizowano wzajemne relacje ruchu stanu cząstek rozdrabnianych ziaren ryżu przemieszczenia i rozdrabniania w młynie walcowo-płytowym Za cel pracy posta-wiono analizę i ocenę warunkoacutew technicznych procesu użytkowania młyna walcowego o nowej konstrukcji (nWk) zespołu roboczego walcoacutew stosowanego w przemyśle che-micznym i spożywczym za pomocą użytkowych granulometrycznych wskaźnikoacutew jakości produktu Zbadano jaki wpływ na wskaźniki efektywności tj stopień rozdrobnienia energochłonność i wydajność ma modyfikacja zespołu roboczego polegająca na wpro-wadzeniu płyty pionowej między wspoacutełpracujące walce Wykazano że wzajemne relacje ruchu i stanu cząstek oraz wartości wskaźnikoacutew rozdrabniania zależą min od warunkoacutew tarcia zderzeń cięcia i nowych cech konstrukcyjnych młyna Słowa kluczowe rozdrabnianie ryżu młyn walcowy wskaźniki efektywności modyfika-cja zespołu walcowego Wstęp Proces rozdrabniania dezintegracji struktury przestrzennej materiałoacutew w celu pozy-skania produktoacutew o zmniejszonych ujednoliconych wymiarach uważany jest za jed-no z podstawowych działań przetwoacuterczych materiałoacutew do ich dalszego wykorzysta-nia na cele energetyczne żywieniowe czy farmaceutyczne W wielu przypadkach rozdrabnianie stanowi pierwszy podstawowy niezbędny etap przygotowania mate-riału np dla poprawy jego jakości [KRUSZELNICKA i in 2016 KRUSZELNICKA MADEJ 2016 PATEL i in 2008]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
50 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powszechność procesoacutew rozdrabniania materiałoacutew ziarnistych oraz związana z tym innowacyjność rozwiązań konstrukcyjnych młynoacutew skutkują ciągłymi poszukiwaniami doskonalszych sposoboacutew i modeli rozdrabniania zwłaszcza opracowywaniem opty-malnych najbardziej efektywnych warunkoacutew technicznych [CHŁOPEK i in 2014 FLI-
ZIKOWSKI 2002 FLIZIKOWSKI BIELIŃSKI 2013 FLIZIKOWSKI i in 2015 KOWALCZYK- -JUŚKO i in 2015 KOWALIK i in 2013 MACKO 2013 TOMPOROWSKI 2011 2012 TOM-
POROWSKI FLIZIKOWSKI 2013 TOMPOROWSKI OPIELAK 2012] W tradycyjnych rozdrabniaczach walcowych zespoacuteł roboczy składa się ze wspoacutełpra-cujących walcoacutew rozdrabniających (rys 1) [KRUSZELNICKA i in 2016] W nowej kon-cepcji rozdrabniacza walcowego między wspoacutełpracujące walce o gładkiej lub profi-lowanej powierzchni (np rowki) wprowadzono płytę o odpowiedniej powierzchni ndash gładkiej lub profilowanej (rys 2) Takie rozwiązanie umożliwia rozdrabnianie mate-riałoacutew uziarnionych pochodzenia organicznego (ziarno zboacuteż) lub mineralnego (kru-szywo)
Rys 1 Schemat podstawowej konstruk-cji rozdrabniacza walcowego z dwoma obracającymi się przeciwbieżnie wal-cami (przekroacutej)
Fig 1 Scheme of the basic structure of a roller mill with two rotating counter-rota-ting rolls (cross-section)
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Celem badań była analiza i ocena warunkoacutew technicznych nowego sposobu mie-lenia materiałoacutew uziarnionych między obracającymi się walcami i płytą nieruchomą wprowadzoną w szczelinę międzywalcową zespołu roboczego walcoacutew za pomocą użytkowych granulometrycznych wskaźnikoacutew jakości produktu rozdrabniania Do osiągnięcia celu sformułowano niżej wymienione problemy badawcze 1 Czy zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta spo-
woduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii oraz zwiększenie wydajności ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym
2 Jakie wartości cech geometrycznych walcoacutew i płyty w warunkach zadanej ich odległości od obwiedni walcoacutew i powierzchni płyty zapewniają najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii oraz największą wydajność procesu rozdrabniania
3 Jakie wartości parametroacutew pracy młyna walcowo-płytowego zapewniają naj-mniejsze jednostkowe zużycie energii na rozdrabnianie oraz największą wydaj-ność procesu
4 Czy zastosowanie nowej konstrukcji zespołu walec obrotowy ndash płyta stała wpły-nie na granulometrie produktu mielenia w poroacutewnaniu z rozwiązaniem dwuwal-cowym
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 51
A A
PRZEKROacuteJ A-ACROSS-SECTION A-A
1
2
3
4
a)
b)
Rys 2 Zespoacuteł roboczy młyna walco-wego z płytą pionową a) przekroacutej pionowy b) rzut z goacutery 1 = obudowa 2 = walce mielące obrotowe 3 = wlot wsadu zasilającego 4 = płyta piono-wa (przegroda) nieruchoma
Fig 2 Roller mill working unit with vertical plate a) vertical section b) top view 1 = housing 2 = rotary grinding rolls 3 = feed inlet 4 = verti-cal plate
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Nowa idea i konstrukcja młyna Wprowadzona między walce robocze płyta może być ustawiona skośnie do pionu odchylając się o kąt β Schemat położenia płyty odchylonej o kąt β przedstawiono na rysunku 3 a schemat zespołu roboczego z płytą w pozycji pionowej na rysunku 4 Umieszczona płyta może mieć możliwość regulacji szczeliny przez przesuwne lub wahliwe zamocowanie W obu przypadkach materiał wsadowy doprowadzany jest od goacutery do przestrzeni roboczej Aby uzyskać produkt lepszej jakości (stopniu rozdrobnienia) można wykorzystać układy rozdrabniania kilkustopniowego kilkuetapowego [ARMSTRONG i in 2007 BO-
CHAT i in 2015 FLIZIKOWSKI i in 2016 HOFFMAN i in 2010 POPIEL 2011] Wspoacutełpra-cujące walce mogą wspoacutełpracować we wzajemnym skośnym lub pionowym położe-niu a płyty robocze sprzęgnięte są obrotowo aby umożliwić regulację szczeliny Kinematyka i dynamika nowej konstrukcji rozdrabniającej W opisie dynamiki ruchu cząstek i walcoacutew w przestrzeni roboczej konieczne jest uwzględnienie kinematyki ruchu elementoacutew i nadawy oraz występujących między nimi sił tarcia występujących na odpowiednich powierzchniach W zależności od spo-sobu zasilania nadawą zespołu rozdrabniającego można wyroacuteżnić dwa przypadki ruchu cząstek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej
b)
a)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
52 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 3 Rozwiązanie konstrukcyjne zespołu roz-drabniacza walcowo-płytowego z płytą skośną odchyloną o kąt β 1 = walec rozdrabniający 2 = skośna płyta 3 = materiał mielony 4 = mechanizmregulacji odchylenia płyty D = średnica walcaα = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szcze-lina między płytą a walcem
Fig 3 Structural design of a roller-plate mill unit with an inclined plate inclined by an angle β 1 = shredding roller 2 = sloping plate 3 = milled material 4 = plate deflection mechanism D = rollerdiameter α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
y
x
3
2
4
Rys 4 Zespoacuteł rozdrabniający z płytą pionową1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 =materiał mielony 4 = mechanizm regulacji odchy-lenia płyty α = kąt między tworzącą walca a płytąδ = szczelina między płytą a walcem
Fig 4 Grinding unit with vertical plate 1 = shred-ding roller 2 = sloping plate 3 = milled material4 = plate deflection mechanism α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration W obu przypadkach zasilania przestrzeni roboczej rozdrabniacza (I i II) występuje jednakowa relacja między wartością wspoacutełczynnika tarcia a ruchem powierzchni roboczej polegająca na tym że gdy na jednej powierzchni roboczej (walca lub płyty) występuje tarcie spoczynkowe to na drugiej powierzchni roboczej występuje tarcie ruchowe Roacuteżna prędkość każdej powierzchni roboczej względem cząstek nadawy oraz od-powiednio zmienny wspoacutełczynnik tarcia zwiększają stopień i efektywność rozdrab-niania Wspoacutełczynnik μ tarcia powierzchni o siebie (np cząstki nadawy i walca) wyraża ogoacutelna zależność
μ = tg ρ (1)
gdzie μ = wspoacutełczynnik tarcia [ndash] ρ = tzw kąt tarcia [rad]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 53
Wspoacutełczynnik tarcia swą maksymalną wartość przyjmuje w przypadku tarcia spo-czynkowego kiedy kąt tarcia ρ osiąga wartość odpowiadającą tzw kątowi samoha-mowności Relację między wartością wspoacutełczynnikoacutew tarcia ruchowego μk i tarcia spoczynkowego μs opisuje przybliżona zależność (2)
μk = aμs (2)
gdzie a = parametr określający stosunek wspoacutełczynnikoacutew tarcia kinetycznego i statycz-
nego na ogoacuteł a = 03ndash08 μk = wspoacutełczynnik tarcia kinetycznego [ndash] μs = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] W przestrzeni roboczej rozdrabniacza z płytą pionową działają siły (zgodnie z rys 5)
P = siła zgniatania (reakcji) nadawy [N] odpowiednio Pp = siła reakcji zgniatania nadawy na powierzchni płyty [N] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy na po-wierzchni walca w postaci wektorowej określana zależnością (3) w postaci ska-larnej zależnością (4)
wywxw PPP (3)
22
wywxw PPP (4)
gdzie Pwx = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi x [N] Pwy = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi y [N] T = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą [N] odpowiednio Tp = siła tar-
cia nadawy o powierzchnię płyty [N] Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię walca [N] opisana roacutewnaniem
22
wywxwww TTPμT (5)
gdzie μw = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą walca [ndash] Twx = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi x [N] Twy = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi y [N]
G = siła ciężkości cząstki nadawy [N]
C = siła parcia cząstek nadawy na płytę [N] zgodnie z roacutewnaniem
ppfC (6) gdzie p = ciśnienie statyczne powstałe w wyniku spiętrzenia strugi cząstek nadawy [Pa] fp = powierzchnia jednostkowa płyty [m2] Z zależności dotyczących ogoacutelnej roacutewnowagi sił dla przypadku z rysunku 5 z uwzględnieniem siły parcia wynika zależność (7) Nie biorąc jej pod uwagę otrzymuje się zależność (8)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
54 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
Pp
Tp
Pw
Tw
G
C
Pwy
Pwx
Twy
Twx
1
2
3
Pc
Tc
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 5 Rozkład sił w zespole rozdrabniającym z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem Pw = siła reakcji nadawy na powierzchnię walca Pp = siła reakcji nadawy na płytę roboczą Pwx Pwy = składowe siły reakcji na po-wierzchnię walca G = siła ciężkości cząstki nadawy Tp = siła tarcia nadawy o po-wierzchnię płyty Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca Twx Twy = składowe siły tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca
Fig 5 Distribution of forces in the comminution unit with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = vertical plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller Pw = reaction force of the feed to the surface of the roller Pp = force of the feed reaction on the working plate Pwx Pwy = forces of reaction on the surface of the roller G = gravitation force of feed grains Tp = force of rolling friction on the working surface of the plate Tw = force of rolling friction on the working surface of the roller Twx Twy = components of the friction force of the feed on the working surface of the roller
0 CGTP (7)
0 GTP (8)
Uwzględniając działanie sił na oba elementy robocze (walec i płytę) można wyzna-czyć zależności dla sił działających na płytę z uwzględnieniem siły parcia
0 GTTPP cwcw (9)
gdzie Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
50 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powszechność procesoacutew rozdrabniania materiałoacutew ziarnistych oraz związana z tym innowacyjność rozwiązań konstrukcyjnych młynoacutew skutkują ciągłymi poszukiwaniami doskonalszych sposoboacutew i modeli rozdrabniania zwłaszcza opracowywaniem opty-malnych najbardziej efektywnych warunkoacutew technicznych [CHŁOPEK i in 2014 FLI-
ZIKOWSKI 2002 FLIZIKOWSKI BIELIŃSKI 2013 FLIZIKOWSKI i in 2015 KOWALCZYK- -JUŚKO i in 2015 KOWALIK i in 2013 MACKO 2013 TOMPOROWSKI 2011 2012 TOM-
POROWSKI FLIZIKOWSKI 2013 TOMPOROWSKI OPIELAK 2012] W tradycyjnych rozdrabniaczach walcowych zespoacuteł roboczy składa się ze wspoacutełpra-cujących walcoacutew rozdrabniających (rys 1) [KRUSZELNICKA i in 2016] W nowej kon-cepcji rozdrabniacza walcowego między wspoacutełpracujące walce o gładkiej lub profi-lowanej powierzchni (np rowki) wprowadzono płytę o odpowiedniej powierzchni ndash gładkiej lub profilowanej (rys 2) Takie rozwiązanie umożliwia rozdrabnianie mate-riałoacutew uziarnionych pochodzenia organicznego (ziarno zboacuteż) lub mineralnego (kru-szywo)
Rys 1 Schemat podstawowej konstruk-cji rozdrabniacza walcowego z dwoma obracającymi się przeciwbieżnie wal-cami (przekroacutej)
Fig 1 Scheme of the basic structure of a roller mill with two rotating counter-rota-ting rolls (cross-section)
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Celem badań była analiza i ocena warunkoacutew technicznych nowego sposobu mie-lenia materiałoacutew uziarnionych między obracającymi się walcami i płytą nieruchomą wprowadzoną w szczelinę międzywalcową zespołu roboczego walcoacutew za pomocą użytkowych granulometrycznych wskaźnikoacutew jakości produktu rozdrabniania Do osiągnięcia celu sformułowano niżej wymienione problemy badawcze 1 Czy zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta spo-
woduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii oraz zwiększenie wydajności ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym
2 Jakie wartości cech geometrycznych walcoacutew i płyty w warunkach zadanej ich odległości od obwiedni walcoacutew i powierzchni płyty zapewniają najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii oraz największą wydajność procesu rozdrabniania
3 Jakie wartości parametroacutew pracy młyna walcowo-płytowego zapewniają naj-mniejsze jednostkowe zużycie energii na rozdrabnianie oraz największą wydaj-ność procesu
4 Czy zastosowanie nowej konstrukcji zespołu walec obrotowy ndash płyta stała wpły-nie na granulometrie produktu mielenia w poroacutewnaniu z rozwiązaniem dwuwal-cowym
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 51
A A
PRZEKROacuteJ A-ACROSS-SECTION A-A
1
2
3
4
a)
b)
Rys 2 Zespoacuteł roboczy młyna walco-wego z płytą pionową a) przekroacutej pionowy b) rzut z goacutery 1 = obudowa 2 = walce mielące obrotowe 3 = wlot wsadu zasilającego 4 = płyta piono-wa (przegroda) nieruchoma
Fig 2 Roller mill working unit with vertical plate a) vertical section b) top view 1 = housing 2 = rotary grinding rolls 3 = feed inlet 4 = verti-cal plate
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Nowa idea i konstrukcja młyna Wprowadzona między walce robocze płyta może być ustawiona skośnie do pionu odchylając się o kąt β Schemat położenia płyty odchylonej o kąt β przedstawiono na rysunku 3 a schemat zespołu roboczego z płytą w pozycji pionowej na rysunku 4 Umieszczona płyta może mieć możliwość regulacji szczeliny przez przesuwne lub wahliwe zamocowanie W obu przypadkach materiał wsadowy doprowadzany jest od goacutery do przestrzeni roboczej Aby uzyskać produkt lepszej jakości (stopniu rozdrobnienia) można wykorzystać układy rozdrabniania kilkustopniowego kilkuetapowego [ARMSTRONG i in 2007 BO-
CHAT i in 2015 FLIZIKOWSKI i in 2016 HOFFMAN i in 2010 POPIEL 2011] Wspoacutełpra-cujące walce mogą wspoacutełpracować we wzajemnym skośnym lub pionowym położe-niu a płyty robocze sprzęgnięte są obrotowo aby umożliwić regulację szczeliny Kinematyka i dynamika nowej konstrukcji rozdrabniającej W opisie dynamiki ruchu cząstek i walcoacutew w przestrzeni roboczej konieczne jest uwzględnienie kinematyki ruchu elementoacutew i nadawy oraz występujących między nimi sił tarcia występujących na odpowiednich powierzchniach W zależności od spo-sobu zasilania nadawą zespołu rozdrabniającego można wyroacuteżnić dwa przypadki ruchu cząstek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej
b)
a)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
52 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 3 Rozwiązanie konstrukcyjne zespołu roz-drabniacza walcowo-płytowego z płytą skośną odchyloną o kąt β 1 = walec rozdrabniający 2 = skośna płyta 3 = materiał mielony 4 = mechanizmregulacji odchylenia płyty D = średnica walcaα = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szcze-lina między płytą a walcem
Fig 3 Structural design of a roller-plate mill unit with an inclined plate inclined by an angle β 1 = shredding roller 2 = sloping plate 3 = milled material 4 = plate deflection mechanism D = rollerdiameter α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
y
x
3
2
4
Rys 4 Zespoacuteł rozdrabniający z płytą pionową1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 =materiał mielony 4 = mechanizm regulacji odchy-lenia płyty α = kąt między tworzącą walca a płytąδ = szczelina między płytą a walcem
Fig 4 Grinding unit with vertical plate 1 = shred-ding roller 2 = sloping plate 3 = milled material4 = plate deflection mechanism α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration W obu przypadkach zasilania przestrzeni roboczej rozdrabniacza (I i II) występuje jednakowa relacja między wartością wspoacutełczynnika tarcia a ruchem powierzchni roboczej polegająca na tym że gdy na jednej powierzchni roboczej (walca lub płyty) występuje tarcie spoczynkowe to na drugiej powierzchni roboczej występuje tarcie ruchowe Roacuteżna prędkość każdej powierzchni roboczej względem cząstek nadawy oraz od-powiednio zmienny wspoacutełczynnik tarcia zwiększają stopień i efektywność rozdrab-niania Wspoacutełczynnik μ tarcia powierzchni o siebie (np cząstki nadawy i walca) wyraża ogoacutelna zależność
μ = tg ρ (1)
gdzie μ = wspoacutełczynnik tarcia [ndash] ρ = tzw kąt tarcia [rad]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 53
Wspoacutełczynnik tarcia swą maksymalną wartość przyjmuje w przypadku tarcia spo-czynkowego kiedy kąt tarcia ρ osiąga wartość odpowiadającą tzw kątowi samoha-mowności Relację między wartością wspoacutełczynnikoacutew tarcia ruchowego μk i tarcia spoczynkowego μs opisuje przybliżona zależność (2)
μk = aμs (2)
gdzie a = parametr określający stosunek wspoacutełczynnikoacutew tarcia kinetycznego i statycz-
nego na ogoacuteł a = 03ndash08 μk = wspoacutełczynnik tarcia kinetycznego [ndash] μs = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] W przestrzeni roboczej rozdrabniacza z płytą pionową działają siły (zgodnie z rys 5)
P = siła zgniatania (reakcji) nadawy [N] odpowiednio Pp = siła reakcji zgniatania nadawy na powierzchni płyty [N] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy na po-wierzchni walca w postaci wektorowej określana zależnością (3) w postaci ska-larnej zależnością (4)
wywxw PPP (3)
22
wywxw PPP (4)
gdzie Pwx = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi x [N] Pwy = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi y [N] T = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą [N] odpowiednio Tp = siła tar-
cia nadawy o powierzchnię płyty [N] Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię walca [N] opisana roacutewnaniem
22
wywxwww TTPμT (5)
gdzie μw = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą walca [ndash] Twx = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi x [N] Twy = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi y [N]
G = siła ciężkości cząstki nadawy [N]
C = siła parcia cząstek nadawy na płytę [N] zgodnie z roacutewnaniem
ppfC (6) gdzie p = ciśnienie statyczne powstałe w wyniku spiętrzenia strugi cząstek nadawy [Pa] fp = powierzchnia jednostkowa płyty [m2] Z zależności dotyczących ogoacutelnej roacutewnowagi sił dla przypadku z rysunku 5 z uwzględnieniem siły parcia wynika zależność (7) Nie biorąc jej pod uwagę otrzymuje się zależność (8)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
54 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
Pp
Tp
Pw
Tw
G
C
Pwy
Pwx
Twy
Twx
1
2
3
Pc
Tc
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 5 Rozkład sił w zespole rozdrabniającym z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem Pw = siła reakcji nadawy na powierzchnię walca Pp = siła reakcji nadawy na płytę roboczą Pwx Pwy = składowe siły reakcji na po-wierzchnię walca G = siła ciężkości cząstki nadawy Tp = siła tarcia nadawy o po-wierzchnię płyty Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca Twx Twy = składowe siły tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca
Fig 5 Distribution of forces in the comminution unit with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = vertical plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller Pw = reaction force of the feed to the surface of the roller Pp = force of the feed reaction on the working plate Pwx Pwy = forces of reaction on the surface of the roller G = gravitation force of feed grains Tp = force of rolling friction on the working surface of the plate Tw = force of rolling friction on the working surface of the roller Twx Twy = components of the friction force of the feed on the working surface of the roller
0 CGTP (7)
0 GTP (8)
Uwzględniając działanie sił na oba elementy robocze (walec i płytę) można wyzna-czyć zależności dla sił działających na płytę z uwzględnieniem siły parcia
0 GTTPP cwcw (9)
gdzie Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 51
A A
PRZEKROacuteJ A-ACROSS-SECTION A-A
1
2
3
4
a)
b)
Rys 2 Zespoacuteł roboczy młyna walco-wego z płytą pionową a) przekroacutej pionowy b) rzut z goacutery 1 = obudowa 2 = walce mielące obrotowe 3 = wlot wsadu zasilającego 4 = płyta piono-wa (przegroda) nieruchoma
Fig 2 Roller mill working unit with vertical plate a) vertical section b) top view 1 = housing 2 = rotary grinding rolls 3 = feed inlet 4 = verti-cal plate
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Nowa idea i konstrukcja młyna Wprowadzona między walce robocze płyta może być ustawiona skośnie do pionu odchylając się o kąt β Schemat położenia płyty odchylonej o kąt β przedstawiono na rysunku 3 a schemat zespołu roboczego z płytą w pozycji pionowej na rysunku 4 Umieszczona płyta może mieć możliwość regulacji szczeliny przez przesuwne lub wahliwe zamocowanie W obu przypadkach materiał wsadowy doprowadzany jest od goacutery do przestrzeni roboczej Aby uzyskać produkt lepszej jakości (stopniu rozdrobnienia) można wykorzystać układy rozdrabniania kilkustopniowego kilkuetapowego [ARMSTRONG i in 2007 BO-
CHAT i in 2015 FLIZIKOWSKI i in 2016 HOFFMAN i in 2010 POPIEL 2011] Wspoacutełpra-cujące walce mogą wspoacutełpracować we wzajemnym skośnym lub pionowym położe-niu a płyty robocze sprzęgnięte są obrotowo aby umożliwić regulację szczeliny Kinematyka i dynamika nowej konstrukcji rozdrabniającej W opisie dynamiki ruchu cząstek i walcoacutew w przestrzeni roboczej konieczne jest uwzględnienie kinematyki ruchu elementoacutew i nadawy oraz występujących między nimi sił tarcia występujących na odpowiednich powierzchniach W zależności od spo-sobu zasilania nadawą zespołu rozdrabniającego można wyroacuteżnić dwa przypadki ruchu cząstek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej
b)
a)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
52 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 3 Rozwiązanie konstrukcyjne zespołu roz-drabniacza walcowo-płytowego z płytą skośną odchyloną o kąt β 1 = walec rozdrabniający 2 = skośna płyta 3 = materiał mielony 4 = mechanizmregulacji odchylenia płyty D = średnica walcaα = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szcze-lina między płytą a walcem
Fig 3 Structural design of a roller-plate mill unit with an inclined plate inclined by an angle β 1 = shredding roller 2 = sloping plate 3 = milled material 4 = plate deflection mechanism D = rollerdiameter α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
y
x
3
2
4
Rys 4 Zespoacuteł rozdrabniający z płytą pionową1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 =materiał mielony 4 = mechanizm regulacji odchy-lenia płyty α = kąt między tworzącą walca a płytąδ = szczelina między płytą a walcem
Fig 4 Grinding unit with vertical plate 1 = shred-ding roller 2 = sloping plate 3 = milled material4 = plate deflection mechanism α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration W obu przypadkach zasilania przestrzeni roboczej rozdrabniacza (I i II) występuje jednakowa relacja między wartością wspoacutełczynnika tarcia a ruchem powierzchni roboczej polegająca na tym że gdy na jednej powierzchni roboczej (walca lub płyty) występuje tarcie spoczynkowe to na drugiej powierzchni roboczej występuje tarcie ruchowe Roacuteżna prędkość każdej powierzchni roboczej względem cząstek nadawy oraz od-powiednio zmienny wspoacutełczynnik tarcia zwiększają stopień i efektywność rozdrab-niania Wspoacutełczynnik μ tarcia powierzchni o siebie (np cząstki nadawy i walca) wyraża ogoacutelna zależność
μ = tg ρ (1)
gdzie μ = wspoacutełczynnik tarcia [ndash] ρ = tzw kąt tarcia [rad]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 53
Wspoacutełczynnik tarcia swą maksymalną wartość przyjmuje w przypadku tarcia spo-czynkowego kiedy kąt tarcia ρ osiąga wartość odpowiadającą tzw kątowi samoha-mowności Relację między wartością wspoacutełczynnikoacutew tarcia ruchowego μk i tarcia spoczynkowego μs opisuje przybliżona zależność (2)
μk = aμs (2)
gdzie a = parametr określający stosunek wspoacutełczynnikoacutew tarcia kinetycznego i statycz-
nego na ogoacuteł a = 03ndash08 μk = wspoacutełczynnik tarcia kinetycznego [ndash] μs = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] W przestrzeni roboczej rozdrabniacza z płytą pionową działają siły (zgodnie z rys 5)
P = siła zgniatania (reakcji) nadawy [N] odpowiednio Pp = siła reakcji zgniatania nadawy na powierzchni płyty [N] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy na po-wierzchni walca w postaci wektorowej określana zależnością (3) w postaci ska-larnej zależnością (4)
wywxw PPP (3)
22
wywxw PPP (4)
gdzie Pwx = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi x [N] Pwy = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi y [N] T = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą [N] odpowiednio Tp = siła tar-
cia nadawy o powierzchnię płyty [N] Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię walca [N] opisana roacutewnaniem
22
wywxwww TTPμT (5)
gdzie μw = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą walca [ndash] Twx = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi x [N] Twy = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi y [N]
G = siła ciężkości cząstki nadawy [N]
C = siła parcia cząstek nadawy na płytę [N] zgodnie z roacutewnaniem
ppfC (6) gdzie p = ciśnienie statyczne powstałe w wyniku spiętrzenia strugi cząstek nadawy [Pa] fp = powierzchnia jednostkowa płyty [m2] Z zależności dotyczących ogoacutelnej roacutewnowagi sił dla przypadku z rysunku 5 z uwzględnieniem siły parcia wynika zależność (7) Nie biorąc jej pod uwagę otrzymuje się zależność (8)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
54 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
Pp
Tp
Pw
Tw
G
C
Pwy
Pwx
Twy
Twx
1
2
3
Pc
Tc
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 5 Rozkład sił w zespole rozdrabniającym z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem Pw = siła reakcji nadawy na powierzchnię walca Pp = siła reakcji nadawy na płytę roboczą Pwx Pwy = składowe siły reakcji na po-wierzchnię walca G = siła ciężkości cząstki nadawy Tp = siła tarcia nadawy o po-wierzchnię płyty Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca Twx Twy = składowe siły tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca
Fig 5 Distribution of forces in the comminution unit with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = vertical plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller Pw = reaction force of the feed to the surface of the roller Pp = force of the feed reaction on the working plate Pwx Pwy = forces of reaction on the surface of the roller G = gravitation force of feed grains Tp = force of rolling friction on the working surface of the plate Tw = force of rolling friction on the working surface of the roller Twx Twy = components of the friction force of the feed on the working surface of the roller
0 CGTP (7)
0 GTP (8)
Uwzględniając działanie sił na oba elementy robocze (walec i płytę) można wyzna-czyć zależności dla sił działających na płytę z uwzględnieniem siły parcia
0 GTTPP cwcw (9)
gdzie Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
52 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 3 Rozwiązanie konstrukcyjne zespołu roz-drabniacza walcowo-płytowego z płytą skośną odchyloną o kąt β 1 = walec rozdrabniający 2 = skośna płyta 3 = materiał mielony 4 = mechanizmregulacji odchylenia płyty D = średnica walcaα = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szcze-lina między płytą a walcem
Fig 3 Structural design of a roller-plate mill unit with an inclined plate inclined by an angle β 1 = shredding roller 2 = sloping plate 3 = milled material 4 = plate deflection mechanism D = rollerdiameter α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
y
x
3
2
4
Rys 4 Zespoacuteł rozdrabniający z płytą pionową1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 =materiał mielony 4 = mechanizm regulacji odchy-lenia płyty α = kąt między tworzącą walca a płytąδ = szczelina między płytą a walcem
Fig 4 Grinding unit with vertical plate 1 = shred-ding roller 2 = sloping plate 3 = milled material4 = plate deflection mechanism α = the angle between the roller and the plate δ = the gap between the plate and the roller
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration W obu przypadkach zasilania przestrzeni roboczej rozdrabniacza (I i II) występuje jednakowa relacja między wartością wspoacutełczynnika tarcia a ruchem powierzchni roboczej polegająca na tym że gdy na jednej powierzchni roboczej (walca lub płyty) występuje tarcie spoczynkowe to na drugiej powierzchni roboczej występuje tarcie ruchowe Roacuteżna prędkość każdej powierzchni roboczej względem cząstek nadawy oraz od-powiednio zmienny wspoacutełczynnik tarcia zwiększają stopień i efektywność rozdrab-niania Wspoacutełczynnik μ tarcia powierzchni o siebie (np cząstki nadawy i walca) wyraża ogoacutelna zależność
μ = tg ρ (1)
gdzie μ = wspoacutełczynnik tarcia [ndash] ρ = tzw kąt tarcia [rad]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 53
Wspoacutełczynnik tarcia swą maksymalną wartość przyjmuje w przypadku tarcia spo-czynkowego kiedy kąt tarcia ρ osiąga wartość odpowiadającą tzw kątowi samoha-mowności Relację między wartością wspoacutełczynnikoacutew tarcia ruchowego μk i tarcia spoczynkowego μs opisuje przybliżona zależność (2)
μk = aμs (2)
gdzie a = parametr określający stosunek wspoacutełczynnikoacutew tarcia kinetycznego i statycz-
nego na ogoacuteł a = 03ndash08 μk = wspoacutełczynnik tarcia kinetycznego [ndash] μs = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] W przestrzeni roboczej rozdrabniacza z płytą pionową działają siły (zgodnie z rys 5)
P = siła zgniatania (reakcji) nadawy [N] odpowiednio Pp = siła reakcji zgniatania nadawy na powierzchni płyty [N] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy na po-wierzchni walca w postaci wektorowej określana zależnością (3) w postaci ska-larnej zależnością (4)
wywxw PPP (3)
22
wywxw PPP (4)
gdzie Pwx = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi x [N] Pwy = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi y [N] T = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą [N] odpowiednio Tp = siła tar-
cia nadawy o powierzchnię płyty [N] Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię walca [N] opisana roacutewnaniem
22
wywxwww TTPμT (5)
gdzie μw = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą walca [ndash] Twx = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi x [N] Twy = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi y [N]
G = siła ciężkości cząstki nadawy [N]
C = siła parcia cząstek nadawy na płytę [N] zgodnie z roacutewnaniem
ppfC (6) gdzie p = ciśnienie statyczne powstałe w wyniku spiętrzenia strugi cząstek nadawy [Pa] fp = powierzchnia jednostkowa płyty [m2] Z zależności dotyczących ogoacutelnej roacutewnowagi sił dla przypadku z rysunku 5 z uwzględnieniem siły parcia wynika zależność (7) Nie biorąc jej pod uwagę otrzymuje się zależność (8)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
54 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
Pp
Tp
Pw
Tw
G
C
Pwy
Pwx
Twy
Twx
1
2
3
Pc
Tc
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 5 Rozkład sił w zespole rozdrabniającym z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem Pw = siła reakcji nadawy na powierzchnię walca Pp = siła reakcji nadawy na płytę roboczą Pwx Pwy = składowe siły reakcji na po-wierzchnię walca G = siła ciężkości cząstki nadawy Tp = siła tarcia nadawy o po-wierzchnię płyty Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca Twx Twy = składowe siły tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca
Fig 5 Distribution of forces in the comminution unit with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = vertical plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller Pw = reaction force of the feed to the surface of the roller Pp = force of the feed reaction on the working plate Pwx Pwy = forces of reaction on the surface of the roller G = gravitation force of feed grains Tp = force of rolling friction on the working surface of the plate Tw = force of rolling friction on the working surface of the roller Twx Twy = components of the friction force of the feed on the working surface of the roller
0 CGTP (7)
0 GTP (8)
Uwzględniając działanie sił na oba elementy robocze (walec i płytę) można wyzna-czyć zależności dla sił działających na płytę z uwzględnieniem siły parcia
0 GTTPP cwcw (9)
gdzie Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 53
Wspoacutełczynnik tarcia swą maksymalną wartość przyjmuje w przypadku tarcia spo-czynkowego kiedy kąt tarcia ρ osiąga wartość odpowiadającą tzw kątowi samoha-mowności Relację między wartością wspoacutełczynnikoacutew tarcia ruchowego μk i tarcia spoczynkowego μs opisuje przybliżona zależność (2)
μk = aμs (2)
gdzie a = parametr określający stosunek wspoacutełczynnikoacutew tarcia kinetycznego i statycz-
nego na ogoacuteł a = 03ndash08 μk = wspoacutełczynnik tarcia kinetycznego [ndash] μs = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] W przestrzeni roboczej rozdrabniacza z płytą pionową działają siły (zgodnie z rys 5)
P = siła zgniatania (reakcji) nadawy [N] odpowiednio Pp = siła reakcji zgniatania nadawy na powierzchni płyty [N] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy na po-wierzchni walca w postaci wektorowej określana zależnością (3) w postaci ska-larnej zależnością (4)
wywxw PPP (3)
22
wywxw PPP (4)
gdzie Pwx = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi x [N] Pwy = składowa siły reakcji Pw wzdłuż osi y [N] T = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą [N] odpowiednio Tp = siła tar-
cia nadawy o powierzchnię płyty [N] Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię walca [N] opisana roacutewnaniem
22
wywxwww TTPμT (5)
gdzie μw = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą walca [ndash] Twx = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi x [N] Twy = składowa siły tarcia Tw wzdłuż osi y [N]
G = siła ciężkości cząstki nadawy [N]
C = siła parcia cząstek nadawy na płytę [N] zgodnie z roacutewnaniem
ppfC (6) gdzie p = ciśnienie statyczne powstałe w wyniku spiętrzenia strugi cząstek nadawy [Pa] fp = powierzchnia jednostkowa płyty [m2] Z zależności dotyczących ogoacutelnej roacutewnowagi sił dla przypadku z rysunku 5 z uwzględnieniem siły parcia wynika zależność (7) Nie biorąc jej pod uwagę otrzymuje się zależność (8)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
54 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
Pp
Tp
Pw
Tw
G
C
Pwy
Pwx
Twy
Twx
1
2
3
Pc
Tc
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 5 Rozkład sił w zespole rozdrabniającym z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem Pw = siła reakcji nadawy na powierzchnię walca Pp = siła reakcji nadawy na płytę roboczą Pwx Pwy = składowe siły reakcji na po-wierzchnię walca G = siła ciężkości cząstki nadawy Tp = siła tarcia nadawy o po-wierzchnię płyty Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca Twx Twy = składowe siły tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca
Fig 5 Distribution of forces in the comminution unit with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = vertical plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller Pw = reaction force of the feed to the surface of the roller Pp = force of the feed reaction on the working plate Pwx Pwy = forces of reaction on the surface of the roller G = gravitation force of feed grains Tp = force of rolling friction on the working surface of the plate Tw = force of rolling friction on the working surface of the roller Twx Twy = components of the friction force of the feed on the working surface of the roller
0 CGTP (7)
0 GTP (8)
Uwzględniając działanie sił na oba elementy robocze (walec i płytę) można wyzna-czyć zależności dla sił działających na płytę z uwzględnieniem siły parcia
0 GTTPP cwcw (9)
gdzie Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
54 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
Pp
Tp
Pw
Tw
G
C
Pwy
Pwx
Twy
Twx
1
2
3
Pc
Tc
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 5 Rozkład sił w zespole rozdrabniającym z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = pionowa płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem Pw = siła reakcji nadawy na powierzchnię walca Pp = siła reakcji nadawy na płytę roboczą Pwx Pwy = składowe siły reakcji na po-wierzchnię walca G = siła ciężkości cząstki nadawy Tp = siła tarcia nadawy o po-wierzchnię płyty Tw = siła tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca Twx Twy = składowe siły tarcia nadawy o powierzchnię roboczą walca
Fig 5 Distribution of forces in the comminution unit with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = vertical plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller Pw = reaction force of the feed to the surface of the roller Pp = force of the feed reaction on the working plate Pwx Pwy = forces of reaction on the surface of the roller G = gravitation force of feed grains Tp = force of rolling friction on the working surface of the plate Tw = force of rolling friction on the working surface of the roller Twx Twy = components of the friction force of the feed on the working surface of the roller
0 CGTP (7)
0 GTP (8)
Uwzględniając działanie sił na oba elementy robocze (walec i płytę) można wyzna-czyć zależności dla sił działających na płytę z uwzględnieniem siły parcia
0 GTTPP cwcw (9)
gdzie Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 55
CPP pc (10) gdzie Tc = siła tarcia wywołana wypadkową siłą Pc [N]
cpc PμT (11) gdzie μp = wspoacutełczynnik tarcia cząstek nadawy o powierzchnię roboczą płyty [ndash]
dla sił działających na płytę bez uwzględnienia siły parcia
0 GTTPP pwpw (12) Szczegoacutełową analizę ruchu przeprowadzono w odniesieniu do pionowego położenia płyty względem walcoacutew rozdrabniających Przypadek I ndash zasilanie wsadem z zadaną prędkością początkową Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z wydajnością odpo-wiadającą wydajności rozdrabniania oraz z prędkością wstępną cząstek roacutewną pręd-kości obwodowej walca roboczego Odpowiednią prędkość rozdrabnianym cząstkom można nadać np przez grawitacyjny spadek z określonej wysokości W takim przy-padku cząstki nie przemieszczają się względem powierzchni walca ndash są w spo-czynku Między powierzchnią walca a cząstkami nadawy zachodzi zatem tarcie spo-czynkowe (statyczne) ze stosowną wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Cząstki nadawy przemieszczają się względem powierzchni roboczej płyty z zadaną (spadkiem) prędkością Między powierzchnią płyty a cząstkami nadawy zachodzi za-tem tarcie ruchowe (kinematyczne) z odpowiednią wartością wspoacutełczynnika tarcia kinematycznego (microk)
Rozdrabniacz jest zasilany nadawą z zadaną jej spadkiem grawitacyjnym prędko-ścią wstępną vn Prędkość nadawy w przypadku ogoacutelnym ustawienia skośnego płyty (rys 6a) można wyrazić przez składowe (dalej dolne indeksy oznaczają bdquowrdquo dotyczy walca zaś bdquoprdquo dotyczy płyty) jako
pnpsn ννν (13) gdzie νn = prędkość wstępna nadawy [m∙sndash1] νps = prędkość wzdłuż powierzchni płyty (prędkość styczna) [m∙sndash1] νpn = prędkość prostopadła do powierzchni płyty (prędkość normalna) [m∙sndash1] Prędkość nadawy a ściślej jej składowa styczna jest zsynchronizowana z prędko-ścią obwodową walca vw według zależności
pnps νν (14)
Składowa styczna prędkości nadawy jest określona zależnością
vps = vn ctgβ (15)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
56 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
y
x
vps = vnvn
vpn = 0
vw
y
x
vpsvn
vw
a) b)
vn
vpn
1
2
3 1
2
3
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 6 Rozkład prędkości w zespole rozdrabniającym a) z płytą zamocowaną ukośnie b) z płytą pionową 1 = walec rozdrabniający 2 = płyta 3 = materiał mielony α = kąt między tworzącą walca a płytą δ = szczelina między płytą a walcem β = kąt pochyle-nia płyty vw = prędkość obwodowa walca vn = prędkość nadawy vpn = prędkość pro-stopadła do powierzchni płyty vps = prędkość styczna do powierzchni płyty
Fig 6 Speed distribution in the grinding unit a) with the plate fixed diagonally b) with the vertical plate 1 = grinding roller 2 = plate 3 = milled material α = angle between the forming roller and the plate δ = gap between the plate and the roller β = tilt angle of the plate vw = peripheral speed of the roller vn = feed speed vpn = velocity perpen-dicular to the surface of the plate vps = velocity tangent to the plate surface
Ze względu na występowanie tarcia rzeczywista prędkość vp cząstek nadawy bę-dzie
vp lt vps lub vp asymp vps (16)
Składowa normalna prędkości nadawy określona jest zależnością
vpn = vn tgβ (17)
Składowa normalna powoduje powstanie ciśnienia (parcia) na powierzchni płyty na skutek spiętrzenia strumienia nadawy (wyhamowanie prędkości) Ciśnienie to można wyznaczyć w funkcji ciśnienia kinematycznego strumienia nadawy w formie
2
2pnν
g
γp (18)
gdzie γ = ciężar właściwy cząstek nadawy [N∙mndash3] g = przyspieszenie ziemskie [msndash2] p = ciśnienie statyczne [Pa] W przypadku konfiguracji rozdrabniacza z płytą pionową tj β = 0 (rys 6b) zachodzą zależności vn = vps = vw vpn = 0 i p = 0 W dalszej części przedstawiono zależności opisujące dynamikę i wciąganie cząstek w przestrzeń roboczą rozdrabniacza z płytą pionową (rys 5)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 57
Z ogoacutelnego warunku roacutewnowagi sił względem osi x dla konfiguracji geometrycznej pionowego położenia płyty (rys 5) wynika
Pp = Pwx + Twx (19)
Po podstawieniu do roacutewnania (19) zależności (20) i (21)
Pwx = Pw cosα (20)
Twx = Tw sinα = μwPw sinα (21)
otrzymuje się formułę (26) Wykorzystując zależność (22)
μwPw cosα + μpPp + G Pw sinα + Pp (22)
oraz uwzględniając w niej zależność (26) można określić warunek (27)
μws = μps = μs (23)
cw
cws
aPαP
GPαPρμ
cos
sintg (24)
cw
cw
aPαP
GPαPρ
cos
sinarctg (25)
Pp = Pw cosα + μwPw sinα (26)
μwPw cosα + μp (Pw cosα + μwPw sinα) + G Pw sinα (27)
wp
wpw
μμ
αP
Gμμ
α
1
cos
1
tg (28)
wp
wpw
μμP
Gμμ
α
1tg (29)
wp
pw
μμ
μμα
1
tg (30)
21
)1(tg
s
s
aμ
aμα
(31)
gdzie microws = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni walca [ndash] microps = wspoacutełczynnik tarcia statycznego na powierzchni płyty [ndash] micros = wspoacutełczynnik tarcia statycznego [ndash] ρ = kąt tarcia [rad] Pw = siła reakcji zgniatania nadawy walca [N] α = kąt między tworzącą walca a płytą [rad] Pc = siła wypadkowa siły parcia C i siły reakcji zgniatania nadawy Pp na po-
wierzchni płyty [N]
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
58 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Pp = siła reakcji zgniatania nadawy dla płyty [N] G = ciężar cząstek nadawy [N] microps = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni płyty [ndash] microws = wspoacutełczynnik tarcia na powierzchni walca [ndash] Po odpowiednich przekształceniach otrzymuje się zależność (28) Przyjmując że dla małych wartości kąta α (zwykle lt15) cos α 1 otrzymuje się z zależności (28) for-mułę (29) Innym szczegoacutelnym przypadkiem jest pominięcie w zależności (29) cię-żaru cząstki nadawy co jest uzasadnione jej niewielkimi wymiarami w warunkach dużego stopnia rozdrobnienia zatem kąt ten można obliczyć z zależności (30) Po uwzględnieniu założeń dla zależności (23) oraz przyjęciu zależności (2) otrzymu-je się (31) Wyrażenia (30) i (31) można otrzymać bezpośrednio z zależności (24) po uwzględnieniu formuły (26) Graniczną wartość kąta α określającego możliwość uchwytu cząstki nadawy w przestrzeń roboczą oblicza się następująco ndash dla zależności (28)
21arctg
s
pw
aμ
μμα (32)
ndash dla zależności (31)
2a1
)1(arctg
s
s
μ
μaα (33)
Przypadek II ndash zasilanie wsadem bez prędkości początkowej Nadawa podawana jest w przestrzeń roboczą rozdrabniacza bez zadanej prędkości wstępnej cząstki nadawy względem powierzchni roboczej płyty są w spoczynku natomiast powierzchnia robocza walca porusza się względem cząstek nadawy z określoną obrotami prędkością obwodową Między powierzchnią roboczą płyty a cząstkami nadawy zachodzi tarcie spoczynkowe z wartością wspoacutełczynnika tarcia statycznego (micros) Między powierzchnią roboczą walca a cząstkami nadawy zachodzi tarcie ruchowe z wartością wspoacutełczynnika kinematycznego (microk) Dla konfiguracji geometrycznej gdy nadawie nie zadano prędkości wstępnej zasi-lania
νn = 0 (34)
na powierzchni płyty roboczej nie występują składowe prędkości
νps = 0 oraz νpn = 0 (35)
Na powierzchni roboczej walca występuje tylko jego prędkość obwodowa νw
νw ndash νps 0 lub νw ndash νn 0 (36)
W tym przypadku z zależności (22) po uwzględnieniu (26) otrzymuje się takie same zależności jak dla przypadku I tj (30) (31) (32) (33)
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 59
Metody badań Analizę procesu rozdrabniania przeprowadzono dla ziaren ryżu o znanym rozkładzie granulometrycznym (rys 7) dla ktoacuterych D80 = 220 mm Ryż jako roślina o najwięk-szej powierzchni uprawowej jest wykorzystywany i przetwarzany w przemyśle spo-żywczym Ziarna ryżu rozdrabnia się w celu uzyskania produktoacutew ryżowych takich jak płatki ryżowe mąka ryżowa itp Z uwagi na powszechność rozdrabniania ziaren ryżu badania przeprowadzono właśnie dla tych ziaren Ponadto ziarna ryżu dostępne w sprzedaży charakteryzują się małą wilgotnością pozbawione są okrywy nasiennej i podczas ich rozdrabniania nie zachodzą czynniki zakłoacutecające proces np aglome-racja cząstek adhezja cząstek rozdrobnionych do powierzchni roboczych walca i płyty co zapewnia powtarzalność proacuteb
Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
Rys 7 Dystrybuanta rozkładu wielkości ziaren ryżu (nadawy) Q3 = skumulowana zawartość cząstek [] xc_min = wymiar cząstek [mm]
Fig 7 Rice grain size distribution (feed) Q3 = cumulated share of particle [] xc_min = parti-cle size [mm]
Widok zespołu rozdrabniającego wraz z oznaczeniami komoacuter rozdrabniania przed-stawiono na rysunku 8 Rozdrabnianie odbywało się w warunkach zmiennej szczeli-ny komora lewa (L) komora prawa (P) obie komory (L + P) między płytą a walcami oraz zmienną prędkością obrotową walcoacutew n i zmienną prędkością liniową obwiedni walca v (tab 1) Badania obejmowały wyznaczenie następujących wskaźnikoacutew oceny efektywności procesu rozdrabniania wydajność masowa rozdrabniania W [gꞏsndash1]
W = f (n s l t) (37)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
60 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
L P
025
05
Rys 8 Walcowy zespoacuteł rozdrabniający (widokz goacutery) wraz z oznaczeniami wydzielonych komoacuter L = lewa komora P = prawa komora
Fig 8 Grinding roller unit (top view) togetherwith the markings of the separated chambersL = left chamber P = right chamber Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration
jednostkowe zużycie energii Ej [Jꞏgndash1]
tlsnfW
tsnrPfP
W
PE srsr
jΦ
Φ
(38)
zapotrzebowanie na moc Psr [W]
Psr = f (P r n s t) (39)
energochłonność procesu E [kWh] oraz charakterystyki oceny jakości rozdrobnienia tj 80-procentowy stopień rozdrob-nienia
80
8080
d
Di (40)
gdzie D80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren nadawy [mm] d80 = wymiar otworu sita przez ktoacutere przechodzi 80 ziaren produktu rozdrabnia-
nia [mm] n = prędkość obrotowa walcoacutew [obr∙minndash1] r = średnica walca [mm] s = szczelina między walcem a płytą [mm] = obszar dopuszczalny cech konstrukcyjnych młyna [ndash] l = długość walca [mm] t = czas mielenia [s] P = moc chwilowa [W] Stopień rozdrobnienia i80 wyznaczono na podstawie analizy granulometrycznej i uzyskanych krzywych składu ziarnowego nadawy i produktu odczytując 80-pro-centowy udział ziaren Analizę składu ziarnowego przeprowadzono w Laboratorium Badań Rozdrabniania ndash WIM UTP w Bydgoszczy na urządzeniu CAMSIZER firmy Retsch z wykorzystaniem metody cyfrowego przetwarzania obrazu
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
61
Tab
ela
1 W
arun
ki p
roce
su r
ozdr
abni
ania
T
able
1 G
rindi
ng p
roce
ss c
ondi
tions
Par
amet
r P
aram
eter
s Je
dn
ost
ka
Un
it
Lew
a st
ron
a (L
) L
eft
sid
e (L
) P
raw
a st
ron
a (P
) R
igh
t si
de
(R)
L +
P
Wym
iar
szcz
elin
y a
G
ap d
imen
sion
a
mm
0
25
050
0
75
Pow
ierz
chni
a pr
zekr
oju
A
Cro
ss-s
ectio
nal a
rea
A
mm
2 30
60
90
Mas
a w
sadu
m
Bat
ch m
ass
m
g 10
0 10
0 10
0
Śre
dnic
a w
alcoacute
w d
R
olle
r di
amet
er d
m
m
100
100
100
Śre
dnic
a za
stęp
cza
nada
wy
D80
F
eed
diam
eter
D80
m
m
22
22
22
Prę
dkoś
ć ob
roto
wa
wal
coacutew
n
Rol
lers
rot
atio
nal s
peed
n
obr
min
ndash1
rpm
min
ndash1
1 80
0 2
200
2 60
0 1
800
2 20
0 2
600
1 80
0 2
200
2 60
0
Prę
dkoś
ć ką
tow
a w
alcoacute
w ω
R
olle
rs a
ngul
ar v
eloc
ity ω
ra
dsndash1
18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1 18
849
6 23
038
3 27
227
1
Prę
dkoś
ć lin
iow
a ob
wie
dni w
alca
v
Rol
ler
enve
lope
line
ar v
eloc
ity v
m
sndash1
9
425
115
19
136
14
942
5 11
519
13
614
9
425
115
19
136
14
Źroacute
dło
opr
acow
anie
wła
sne
Sou
rce
ow
n el
abor
atio
n
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIndashIX) z 3 (97)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
62 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Powyższe charakterystyki są podstawą analizy oceny i inteligentnego rozwoju kon-strukcji oraz procesu mielenia według nowej koncepcji młyna walcowo-płytowego Wyznaczone charakterystyki opisano zależnościami funkcyjnymi w zależności od powierzchni przekroju szczeliny dla ktoacuterych otrzymano duże wartości wspoacutełczynnika determinacji R2 Wyniki i ich dyskusja Badania obejmowały wyznaczenie wskaźnikoacutew oceny rozdrabniania ryżu na młynie walcowym o nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego Uzyskane wskaźniki po-roacutewnano ze wskaźnikami procesu rozdrabniania z użyciem zespołu rozdrabniające-go o tradycyjnej konstrukcji (bez pionowej płyty) Granulometryczną analizę produktu rozdrabniania w zespole rozdrabniającym o tradycyjnej konstrukcji dla n = 1800 obrꞏminndash1 przedstawiono na rysunkach 9 i 10
Rys 9 Dystrybuanta rozkładu wiel-kości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 9 Distribution of particle size of rice after grinding in a roller grinding unit without partition Q3 xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 10 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniają-cym bez przegrody p3 = zawartość cząstek [] xc_min jak na rys 7
Fig 10 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition p3 = share of particle [] xc_min as in Fig 7
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 63
W odniesieniu do rozdrabniania za pomocą zespołu rozdrabniającego w postaci walec ndash płyta zaobserwowano tendencje wzrostu wydajności i energochłonności oraz zmniejszania się stopnia rozdrobnienia wraz ze wzrostem prędkości obrotowej walcoacutew podobnie jak w przypadku pras ciśnieniowych i młynoacutew walcowych bez płyty w szczelinie międzywalcowej wspominanych w literaturze [FLIZIKOWSKI i in 2015 SARAMAK 2011] Zasadniczo potwierdzono obserwowane w procesach rozdrabniania ruchomy walec ndash ze stałą płytą wszystkie prawidłowości występujące w warunkach ruchomych wal-coacutew wzrost wydajności w funkcji rosnących prędkości (obrotowej kątowej i liniowej) ndash rysunek 11 Dynamika wzrostu wydajności okazała się natomiast większa od przy-rostoacutew zapotrzebowania na moc dlatego jednostkowe zużycie energii przejawia tendencje spadkowe w funkcji rosnących prędkości np obrotowej (rys 12)
Rys 11 Wydajność jednostko-wa masowa [gꞏsndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny ro-boczej [mm2] w warunkach roacuteż-nej prędkości obrotowej n R2 =wspoacutełczynnik determinacji
Fig 11 Mass production capa-city [gꞏsndash1] as a function of thecross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various ro-tational speeds n R2 = determi-nation coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 12 Jednostkowe zużycie energii [Jꞏgndash1] w funkcji po-wierzchni przekroju szczeliny roboczej w warunkach roacuteżnej prędkości obrotowej n R2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 12 Unit energy consump-tion [Jꞏgndash1] as a function of the cross-sectional area of the work-ing gap [mm2] under various rotational speeds n R2 = deter-mination coefficient
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
64 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki umożliwiają sformułowanie twierdzącej odpowiedzi na postawiony pierwszy problem badawczy tj że zastosowanie nowej konstrukcji zespołu rozdrabniającego w postaci walcoacutew i umieszczonej między nimi płyty powoduje wzrost wydajności i zmniejszanie się jednostkowego zużycia ener-gii Stopień rozdrobnienia (80-procentowy) wykazuje istotne zmniejszenie wartości w funkcji rosnącej szczeliny między walcem a płytą stałą Zaobserwowane zmniej-szanie się stopnia rozdrobnienia (uzyskiwane większe wymiary produktu) wraz ze zwiększaniem się szczeliny między powierzchnią walca i płyty jest zgodne z wyni-kami badań wpływu szczeliny międzywalcowej na wymiary produktu rozdrabniania za pomocą pras walcowych przedstawionych w pracy SARAMAKA i NAZIEMCA [2011] Najkorzystniejszą dynamikę przyrostu stopnia rozdrobnienia uzyskiwano w warun-kach najmniejszej szczeliny (025 mm) i powierzchni przekroju zasilania przestrzeni roboczej (30 mm2) ndash rysunek 13
Rys 13 Stopień rozdrobnienia i80
w funkcji powierzchni przekrojuszczeliny roboczej w warunkachroacuteżnej prędkości obrotowej nR2 = wspoacutełczynnik determinacji
Fig 13 Fragmentation degree i80
as a function of the cross-sectio-nal area of the working gap [mm2]under various rotational speedsn R2 = determination coefficient Źroacutedło wyniki własne Source own study
Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmniejszenie jednostkowego zużycia energii do Ej = 611700 Jꞏgndash1 (rozdrabnianie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1) oraz zwiększenie wydajności do W = 0595 gꞏsndash1 (rozdrabnia-nie przez dwa walce po obu stronach nieruchomej płyty obracające się z prędko-ścią n = 2200 obrꞏminndash1) ndash w poroacutewnaniu z rozwiązaniem tradycyjnym (dwa walce bez płyty) odpowiednio Ej = 884325 Jꞏgndash1 W = 0423 gꞏsndash1 (tab 2) Odległości sumaryczne między walcami i płytą (L + P) = 075 mm jako wartości cech geome-trycznych relacji walcoacutew i płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 oraz największą wydajność procesu rozdrabniania W = 0595 gꞏsndash1 co jest odpowiedzią na drugi sformułowany problem badawczy W celu rozwiązania czwartego problemu badawczego wykonano analizę granulo-metryczną produktoacutew rozdrabniania dla każdego z przypadkoacutew wymiaru szczeliny i prędkości obrotowej walcoacutew Poroacutewnując granulometryczne wskaźniki jakości produktu rozdrabniania rozwiązania z pionową płytą i rozwiązania tradycyjnego bez płyty stwierdzono ndash rozwiązując tym samym postawiony problem badawczy ndash że rozwiązanie z płytą pionową umożliwia uzyskanie produktu o większym stopniu roz-
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 65
Tabela 2 Charakterystyki efektywności procesu rozdrabniania z przegrodą w roacuteżnych kombi-nacjach i zmiennymi prędkościami (obrotową kątową i liniową)
Table 2 Efficiency characteristics of the grinding process with a partition in various combina-tions and variable speeds (rotational angular and linear)
Wskaźnik Indicator
Jednostka Measure-ment unit
Rozdrabnianie Grinding komora prawa (P) right chamber (P)
komora lewa (L) left chamber (L)
obie komory (L + P) both chambers (L+P)
n obrminndash1 rpmminndash1
1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600 1 800 2 200 2 600
t s 242 171 187 288 237 282 189 168 185
W gꞏsndash1 0413 0585 0535 0347 0422 0355 0529 0595 0541
Pśr W 0323 0408 0545 0303 0399 0501 0324 0412 0522
E kWh 0022 0019 0028 0024 0026 0039 0017 0019 0027
Ej Jꞏgndash1 7745 6981 1 0193 8740 9462 1 4121 6117 6928 9665
d80 mm 170 165 170 090 095 095 172 175 168
i80 1294 1333 1294 2444 2316 2316 1279 1257 1310
Objaśnienia n = prędkość obrotowa walcoacutew t = czas mielenia W = wydajność Pśr = średnie zapotrzebo-wanie na moc E = energochłonność Ej = jednostkowe zapotrzebowanie na energię d80 = średnica za-stępcza produktu rozdrabniania i80 = 80-procentowy stopień rozdrobnienia Explanations n = rollers rotational speed t = grinding time W = productivity Pśr = average power demand E = energy consumption Ej = unit energy demand d80 = diameter of grinding product i80 = 80 fragmenta-tion degree Źroacutedło wyniki własne Source own study drobnienia niż rozwiązanie tradycyjne z zachowaniem takich samych parametroacutew rozdrabniania tj prędkości obrotowej walcoacutew rozdrabniających (rys 14 15) W przy-padku rozdrabniania w komorze lewej (L) prawej (P) oraz obu (L + P) z prędkością walcoacutew roacutewną 1800 obrꞏminndash1 uzyskano mniejsze wymiary ziaren niż podczas roz-drabniania zespołem rozdrabniającym bez przegrody W celu rozwiązania trzeciego problemu poroacutewnano wyniki jednostkowego zużycia energii i wydajności w odniesieniu do każdego z przypadkoacutew prędkości obrotowej i wielkości szczeliny między walcami a płytą Odpowiadając na postawiony problem stwierdzono że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do rozdrabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) oraz dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydaj-ność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walecndashpłyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z zawierającego się w przedziale stopnia rozdrobnienia 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalco-wym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędko-ścią (1800 lt n gt 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Poroacutewnując rozdrobnienie wsadu przez komorę lewą (L) prawą (P) i obie (L + P) zaobserwo-wano że produkt o najlepszej jakości ndash największym 80 stopniu rozdrobnienia i80 ndash uzyskano w przypadku rozdrabniania przez komorę lewą (L) tj w warunkach naj-mniejszego przekroju szczeliny (rys 16ndash21)
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
66 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 14 Dystrybuanty rozkładu wielkości cząstek ryżu po rozdrobnieniu w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = rozdrabnianie przez zespoacuteł walcowy bez przegrody KP 1800 = rozdrabnianie przez komorę z prawej strony (P) z n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = rozdrabnianie przez ko-morę z prawej strony (P) z n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = rozdrabnianie przez komo-rę z prawej strony (P) z n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = rozdrabnianie przez komorę z le-wej strony (L) z n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = rozdrabnianie przez komorę z lewej strony (L) z n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = rozdrabnianie przez obie komo-ry (L + P) z n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = rozdrabnianie przez obie komory (L + P) z n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min jak na rys 7
Fig 14 Distributions of particle size of rice after grinding in a roller mill without partition and with partition when n = 1800 obrꞏminndash1 BP 1800 = grinding in roller unit without partition KP 1800 = grinding in right chamber (P) with n = 1800 obrꞏminndash1 KP 2200 = grinding in right chamber (P) with n = 2200 obrꞏminndash1 KP 2600 = grinding in right chamber (P) with n = 2600 obrꞏminndash1 KL 1800 = grinding in left chamber (L) with n = 1800 obrꞏminndash1 KL 2200 = grinding in left chamber (L) with n = 2200 obrꞏminndash1 KL 2600 = grinding in left chamber (L) with n = 2600 obrꞏminndash1 L + P 1800 = grind-ing in both chambers (L + P) with n = 1800 obrꞏminndash1 L + P 2200 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2200 obrꞏminndash1 L + P 2600 = grinding in both chambers (L + P) with n = 2600 obrꞏminndash1 Q3 xc_min as in Fig 7
Rys 15 Udział procentowy poszcze-goacutelnych frakcji ryżu rozdrobnionego w walcowym zespole rozdrabniającym bez przegrody oraz z przegrodą gdy n = 1800 obrꞏminndash1 p3 jak na rys 10 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 15 Percentage share of individ-ual fractions of grinded rice in a roll-ing mill without partition and with par-tition when n = 1800 obrꞏminndash1 p3 = as in Fig 10 other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
BP1800rdfKP1800001rdfL+P 1800001rdfKL1800001rdf
Q3
[]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
BP1800rdfKP1800001rdf L+P 1800001rdfKL1800001rdf
p3 [
]
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 67
Największą zgodność wynikoacutew pomiaroacutew z modelem wydajności jednostkowej (R2 = 9388) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 1800 obrꞏminndash1 (tab 3) Z kolei największą zgodność wynikoacutew po-miaroacutew z modelem jednostkowego zużycia energii (R2 = 9418) uzyskano w przy-padku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2600 obrꞏminndash1 W ocenie zgodności wynikoacutew pomiaroacutew z modelem 80-procentowego stopnia rozdrobnienia najlepsze dopasowanie (R2 = 9203) uzyskano w przypadku funkcji potęgowej opisującej związek z prędkością obrotową walcoacutew 2200 obrꞏminndash1
Rys 16 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) oraz prawej (P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 16 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 17 Rozkłady wymiaroacutew produktu
rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) oraz prawej (P) q3 = względna częstotliwość występowania cząstek o danym wymiarze [∙mmndash1] pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 17 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and right chamber (P) q3 = relative fre-quency [ꞏmmndash1] other explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 18 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze lewej (L) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 18 Size distribution of the rice grind-ing product under the conditions of rotat-ing rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) explanations as in Fig 14 Źroacutedło wyniki własne Source own study
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfKL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Q3
[]
KL1800001rdfKL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
68 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Rys 19 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze lewej (L) i obu komorach (L + P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnienia jak na rys 14
Fig 19 Distribution of rice grinding pro-duct dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the left (L) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 20 Dystrybuanty wymiaroacutew pro-duktu rozdrabniania ryżu w warunkach obracających się walcoacutew i stałej płyty w komorze prawej (P) i obu komorach (L + P) objaśnienia jak na rys 14
Fig 20 Size distribution of the rice grinding product under the conditions of rotating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) explana-tions as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Rys 21 Rozkłady wymiaroacutew produktu rozdrabniania ryżu w warunkach obra-cających się walcoacutew i stałej płyty w ko-morze prawej (P) i obu komorach (L+P) q3 jak na rys 17 pozostałe objaśnieniajak na rys 14
Fig 21 Distribution of rice grinding product dimensions under conditions of ro-tating rolls and solid plate in the right (P) and both chambers (L + P) q3 as in Fig 17 other explanations as in Fig 14
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych można wnioskować że postać konstrukcyjna zespołu analizowanego młyna walcowo-płytowego prędkość obwodowa punktoacutew skrawających na obwiedni walcoacutew oraz szczelina między wal-cami i płytą gładką (o małej chropowatości) mają istotny wpływ na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania wydajność jednostkowe zużycie energii i zawartość frakcji drobnej w produktach rozdrabniania
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
q3 [
m
m-1] KL1800001rdf
KL2200002rdfKL2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
xc_min [mm]05 10 15 20 250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdfL+P 2200001rdfL+P 2600001rdf
Q3 [
]
xc_min [mm]05 10 15 20 250
20
40
60
80
100
q3 [
m
m-1]
KP1800001rdfKP2200001rdfKP2600001rdfL+P 1800001rdf L+P 2200001rdf L+P 2600001rdf
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 69
Tabela 3 Zależności funkcyjne wskaźnikoacutew oceny z największą zgodnością z wynikami po-miaroacutew
Table 3 Functional dependencies of the assessment indicators with the highest consistency with the measurement results
Parametr Parameter
Roacutewnanie Equation
Wspoacutełczynnik determinacji R2 Determination coefficient R2
Wydajność jednostkowa (1800 obrꞏminndash1) Unit productivity (1800 rpmꞏminndash1)
y = 00969x03692 09388
Jednostkowe zużycie energii (2600 obrꞏminndash1) Unit energy consumption (2600 rpmꞏminndash1)
y = 46826xndash0359 09418
80 stopień rozdrobnienia (2200 obrꞏminndash1) 80 fragmentation degree (2200 rpmꞏminndash1)
y = 16103xndash0582 09203
Źroacutedło wyniki własne Source own study
Cechy geometryczne zespołu walcowego ze stałą płytą pionową szczegoacutelnie roz-miar szczeliny wpływają na wskaźniki oceny procesu rozdrabniania Najmniejszą wydajność w przypadku każdej z prędkości obrotowych uzyskano gdy wymiar szczeliny a = 025 mm W przypadku prędkości obrotowej n = 1800 obrꞏminndash1 największą wydajność zaobserwowano gdy a = 075 mm prędkości obrotowej n = 2200 obrꞏminndash1 i n = 2600 obrꞏminndash1 największą wydajność uzyskano gdy a = 05 mm Największe jednostkowe zużycie energii odnotowano dla a = 025 mm w odniesieniu do każdej prędkości obrotowej rozdrabniania Dla tego wymiaru szcze-liny między walcem i stałą płytą stopień rozdrobnienia ryżu był największy w każdym przypadku prędkości obrotowej Zastosowanie w analizowanym młynie walcowym nowej postaci konstrukcyjnej ze-społu roboczego złożonego z dwoacutech walcoacutew i płyty między nimi spowodowało zwiększenie wydajności mielenia od 13 do 32 oraz zmniejszenie zużycia jednost-kowej energii do rozdrabniania od 18 do 36 w poroacutewnaniu z tradycyjnym rozwiąza-niem konstrukcyjnym zespołu dwuwalcowego ndash bez płyty Wyniki badań eksperymentalnych wykazały że największą wydajność W = 0595 gꞏsndash1 uzyskano w przypadku rozdrabniania przez dwa walce obracające się z pręd-kością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty a najmniejsze jed-nostkowe zużycie energii Ej = 611700 Jꞏgndash1 wystąpiło w warunkach rozdrabniania przez dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty Z przeprowadzonej analizy statystycznej wynikoacutew badań eksperymentalnych wyni-ka że dwa walce obracające się z prędkością n = 1800 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają najmniejsze jednostkowe zużycie energii do roz-drabniania (Ej = 611700 Jꞏgndash1) a dwa walce obracające się z prędkością n = 2200 obrꞏminndash1 po obu stronach nieruchomej płyty zapewniają największą wydajność procesu (W = 0595 gꞏsndash1) gdy stopień rozdrobnienia zawiera się w przedziale 1257 lt i80 lt 1310 Zastosowanie nowej konstrukcji elementoacutew roboczych walec ndash płyta powoduje zmia-nę składu granulometrycznego produktu mielenia z 1342 lt i80 lt 1531 w przypadku z rozwiązaniem dwuwalcowym na 2316 lt i80 lt 2444 w przypadku dwoacutech walcoacutew obracających się z prędkością (1800 lt n = 2600) obrꞏminndash1 po obu stronach nieru-chomej płyty
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
70 copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97)
Bibliografia
ARMSTRONG JE LINGENFELSER L MCKINNEY L 2007 The effect of moisture content on deter-mining corn hardness from grinding time grinding energy and near-infrared spectroscopy Applied Engineering in Agriculture Vol 23 No 6 s 793ndash799
BOCHAT A WESOŁOWSKI L ZASTEMPOWSKI M 2015 A comparative study of new and tradition-al designs of a hammer mill Transaction of the ASABE Vol 58 No 3 s 585ndash596
CHŁOPEK M DZIK T HRYNIEWICZ M 2014 Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 16 No 2 s 337ndash340
FLIZIKOWSKI J 2002 Mechanical engineering of grain milling Acta Agrophysica No 63 s 25ndash37
FLIZIKOWSKI J BIELINSKI K 2013 Technology and energy sources monitoring Control effi-ciency and optimization Hershey PA USA IGI Global ISBN 9781466626645 ss 260
FLIZIKOWSKI J SADKIEWICZ J TOMPOROWSKI A 2015 Charakterystyki użytkowe sześcio-walcowego mielenia uziarnionych surowcoacutew dla przemysłu chemicznego i spożywczego [Functional characteristics of a six-roller mill for grainy or particle materials used in chemical and food industries] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 1 s 498ndash503
FLIZIKOWSKI J SZALA G SADKIEWICZ J KRUSZELNICKA W 2016 Innovation and wheat corn mill process control Part I Theoretical basis knowledge W Modeling of elements of machinery driving units Red A Idzikowski P Sokolski Częstochowa Wydaw Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej s 150ndash161
HOFFMAN PC NGONYAMO-MAJEE D SHAVER RD 2010 Technical note Determination of can hardness in diverse corn gin diverse corn germplasm using near ndash infrared reflectance baseline shift as a measure of grinding resistance Journal of Dairy Science Vol 93 Iss 4 s 1685ndash1689
KOWALCZYK-JUŚKO A KOŚCIK B JOacuteŹWIAKOWSKI K MARCZUK A ZARAJCZYK J KOWALCZUK J SZMIGIELSKI M SAGAN A 2015 Efekty biochemicznej i termochemicznej konwersji biomasy sorga (Sorghum bicolor Moench) na energię użytkową [Effects of biochemical and thermo-chemical conversion of sorghum biomass to usable energy] Przemysł Chemiczny T 94 Nr 10 s 1838ndash1840
KOWALIK K SYKUT B MARCZAK H OPIELAK M 2013 A method of evaluating energy con-sumption of the cutting process based on the example of hard cheese Eksploatacja i Nieza-wodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 15 No 3 s 241ndash244
KRUSZELNICKA W MADEJ O 2016 Analysis the size and shape of biomass particles after grinding with using digital image processing Herald of Khmelnytskyi National University No 3 s 107ndash114
KRUSZELNICKA W MADEJ O TOMPOROWSKI A PIASECKA I 2016 Badanie wielowalcowego rozdrabniania minerałoacutew [Survey of multi-roller grinding of minerals] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 4 s 142ndash143
MACKO M 2013 Economic-energetic analysis of multi edge comminution of polymer recy-clates Przemysł Chemiczny T 92 Nr 8 s 1499ndash1502
PATEL R BARIA A PATEL NA 2008 An overview of size reduction technologies in the field of pharmaceutical manufacturing Asian Journal of Pharmaceutics Vol 2 No 4 s 216ndash220
POPIEL P 2011 Wpływ wspoacutełspalania biomasy z pyłem węglowym na stratę niedopału [Influ-ence of biomass-coal co-combustion on ignition losses] Prace Instytutu Elektrotechniki Z 249 s 69ndash80
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom
Analiza wpływu modyfikacji konstrukcji zespołu roboczego młyna walcowego
copy ITP w Falentach PIR 2017 (VIIndashIX) z 3 (97) 71
SARAMAK D 2011 Uwarunkowania produkcji drobnych frakcji ziarnowych w procesach roz-drabniania w wysokociśnieniowych prasach walcowych [Determinant factors of fine particle fractions generation in high-pressure grinding rolls crushing processes] Goacuternictwo i Geoinży-nieria R 35 Z 4 s 143ndash151
SARAMAK D NAZIEMIEC Z 2011 Efekty rozdrabniania w kruszarkach i prasach walcowych [Comminution effects in roller crushers and high-pressure grinding rolls] Prace Naukowe Insty-tutu Goacuternictwa Politechniki Wrocławskiej Studia i Materiały Vol 132 Nr 39 s 249ndash258
TOMPOROWSKI A 2011 Rozwoacutej konstrukcji rozdrabniaczy biomateriałoacutew Cz I Model obiektu badań [Structure development of biological material shredders Part I Modeling] Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr 3 s 75ndash76
TOMPOROWSKI A 2012 Strumień wydajności wielotarczowego rozdrabniania ziaren ryżu [Stre-am of efficiency of rice grains multi-disc grinding] Eksploatacja i Niezawodność ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 2 s 150ndash153
TOMPOROWSKI A FLIZIKOWSKI J 2013 Charakterystyki ruchowe wielotarczowego rozdrabnia-cza ziaren zboacuteż [Motion characteristics of a multi-disc grinder of biomass grain] Przemysł Chemiczny T 92 Nr 4 s 498ndash503
TOMPOROWSKI A OPIELAK M 2012 Konstrukcyjne kształtowanie wydajności rozdrabniania wielootworowego [Structural features versus multi-hole grinding efficiency] Eksploatacja i Niezawodnosc ndash Maintenance and Reliability Vol 14 Nr 3 s 222ndash227
Weronika Kruszelnicka Adam Mroziński
ANALYSIS OF THE IMPACT OF THE ROLLER MILL WORKING ASSEMBLY
DESIGN MODIFICATIONS ON SELECTED GRINDING PROCESS PARAMETERS
Summary The paper analyzes the interrelationship of motion particle size of grinded rice grains displacement grinding in a roller-plate mill The purpose of the work was to analyze and evaluate the technical conditions of the use of a roller mill with a new construction (nWk) of the roller working unit used in the chemical and food industry by means of useful granulometric product quality indicators Investigated what influence on efficiency indica-tors the degree of fragmentation energy consumption and efficiency has a modification of the work unit by inserting a vertical plate between the cooperating rollers It has been shown that interrelation of motion particle state and the values of grinding indicators depend among others from friction conditions collision cutting new mill construction features Key words rice grinding multi-roller mill efficiency indicators roller unit with vertical plate Adres do korespondencji mgr inż Weronika Kruszelnicka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im J i J Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej al S Kaliskiego 7 85ndash796 Bydgoszcz tel 510 450 879 e-mail weronikakruszelnickagmailcom