vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2020-14-4-71-77vimjour-407Research ArticleНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕNEW TECHNICS AND TECHNOLOGOESИмитационное моделирование параметров шнека экструдераSimulation of the Extruder Screw ParametersЗагоруйкоМ. Г.ZagoruikoM. G.

Михаил Геннадьевич Загоруйко , кандидат технических наук, старший научный сотрудник

г. Москва

Mikhail G. Zagoruiko, Ph.D.(Eng.), senior researcher

Moscow

zagorujko.misha2013@yandex.ruВасильчиковВ. В.VasilchikovV. V.

Валентин Владимирович Васильчиков, кандидат технических наук, доцент

г. Саратов

Valentin V. Vasilchikov , Ph.D.(Eng.), associate professor

Saratov

vasilchikovvv@sgau.ruМамахайА. К.MamakhaiA. K.

Анжела Канвековна Мамахай, специалист, магистрант

г. Москва

Angela K. Mamakhai , specialist, master's student

Moscow

mamakhaeva@mail.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian FederationСаратовский государственный аграрный университет имени Н.И. ВавиловаРоссияSaratov State Vavilov Agrarian University,Russian FederationФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIM,Russian Federation2020171220201447177Copyright © Загоруйко М.Г., Васильчиков В.В., Мамахай А.К., 20202020Загоруйко М.Г., Васильчиков В.В., Мамахай А.К.Zagoruiko M.G., Vasilchikov V.V., Mamakhai A.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/407

Экструдирование кормов обеспечивает высокое качество готового продукта.

(Цель исследования) Повысить долговечность элементов конструкции пресс-экструдера путем оптимизации их прочностных характеристик.

(Материалы и методы) Исследовали технологический принцип экструзии. Применили метод планирования эксперимента. Рассмотрели процесс работы пресс-экструдера со шнеком переменного шага при переработке чечевицы. Прочностные характеристики элементов пресс-экструдера проверяли в ходе проектировочного расчета или расчета на прочность.

(Результаты и обсуждение) Показали роль основных геометрических параметров шнека экструдера – наклона витка и шага нарезки – в приготовлении качественных зерновых кормов. Выявили, что шаг витка следует рассчитывать в зависимости от коэффициента трения исходного материала о корпус пресс-экструдера, вида и свойств подаваемого материала. Определили усталостные напряжения шнека как результат знакопостоянной нагрузки сдвига и температурных воздействий. Рассчитали мощность привода, производительность экструдера для уточнения характеристик шнека, а также гидравлическое сопротивление матричной выходной головки, расстояние технологических зон. Подтвердили, что сборная конструкция шнека, состоящая из участков с разным шагом витка, придает пресс-экструдеру универсальность.

(Выводы) Установили, что шпонка – один из наиболее нагруженных элементов конструкции шнека пресс-экструдера. Рассчитали максимальное расчетное напряжение от постоянной нагрузки – 26,98 мегапаскаля. Определили , что напряжение в поперечном сечении шпонки при температурном воздействии составило 591 мегапаскаль, что превысило предел текучести для выбранного материала, равный 360 мегапаскалям для стали 45. В ходе экспериментальных исследований получили значение ударной вязкости, которое соответствует стандартному показателю выбранной изначально марки стали (38 килоджоулей на кубометр), но не отвечает требованиям, предъявляемым к данному элементу конструкции (не менее 50 килоджоулей на кубометр).

Extrusion of feed ensures a high quality of the fi nished product.

(Research purpose) To increase structural elements durability of the press extruder by optimizing their strength characteristics.

(Materials and methods) The authors studied the technological principle of extrusion. The experiment planning method was applied. They examined the process of press extruder operation with a variable pitch screw during the lentils processing. The strength characteristics of the press-extruder elements were checked during design or strength calculations.

(Results and discussion) The authors showed the role of the main geometrical parameters of the extruder screw – the slope of the turn and the cutting step – in the preparation of high-quality grain feed. It was found that the turn pitch should be calculated depending on the friction coeffi cient of the starting material against the press-extruder body, the type and properties of the supplied material. The auger fatigue stresses were determined as a result of constant sign shear load and temperature eff ects. The drive power, the extruder productivity were calculated to clarify the screw characteristics, as well as the hydraulic resistance of the matrix output head, the distance of the technological zones. It was confi rmed that the prefabricated screw structure, consisting of sections with diff erent pitch, gave the press extruder versatility.

(Conclusions) The authors found that the key was one of the most loaded structural elements of the press-extruder screw. The maximum calculated voltage from a constant load was calculated – 26.98 megapascals. It was determined that the stress in the cross-section of the key under temperature action was 591 megapascals, which exceeded the yield stress for the selected material, equal to 360 megapascals for steel 45. In the course of experimental studies, a value of impact strength was obtained that corresponded to the standard value of the initially selected steel grade (38 kilojoules per cubic meter), but didn’t meet the requirements for this structural element (at least 50 kilojoules per cubic meter).

пресс-экструдерэкструдирование кормовшнек переменного шагаплотность чечевицымногофакторный экспериментоптимизацияимитационное моделированиеpress extruderfeed extrusionvariable pitch screwlentil densitymultifactorial experimentoptimizationsimulationReferencesКудрявцева З.А., Ермолаева Е.В. Проектирование производств по переработке пластмасс методом экструзии: учебное пособие к выполнению курсового и дипломного проектов. Владимир: Владимирский государственный университет. 2003. 96 c.Kudryavtseva Z.A., Ermolaeva E.V. Proektirovanie proizvodstv po pererabotke plastmass metodom ekstruzii: uchebnoe posobie k vypolneniyu kursovogo i diplomnogo proektov [Design of production facilities for the processing of plastics by extrusion: a tutorial for the implementation of course and diploma projects]. Vladimir: Vladimirskiy gosudarstvennyy universitet. 2003. 96 (In Russian).Новиков В.В., Коновалов Л.В., Иноземцева Д.В., Беляев В.В. Экспериментальное обоснование рациональных параметров модернизированного экструдера КМЗ-2,0У // Нива Поволжья. 2010. N4. С. 48-51.Novikov V.V., Konovalov L.V., Inozemtseva D.V., Belyaev V.V. Eksperimental'noe obosnovanie ratsional'nykh parametrov modernizirovannogo ekstrudera KMZ-2,0U [Experimental substantiation of rational parameters of the modernized extruder KMZ-2.0U]. Niva Povolzh'ya. 2010. N4. 48-51 (In Russian).Chen C., Kuang F., Tor O., Xiong Z., Zhang J. Static Lateral Load Capacity of Extruded Wood-plastic Composite-to-metal Single-bolt Connections, Considering. Failure at the Ends. Bioresources. 2019. Vol. 14. 8987-9000.Chen C., Kuang F., Tor O., Xiong Z., Zhang J. Static Lateral Load Capacity of Extruded Wood-plastic Composite-to-metal Single-bolt Connections, Considering. Failure at the Ends. Bioresources. 2019. Vol. 14. 8987-9000 (In English).Фролов В.Ю. Теоретические и экспериментальные аспекты разработки технологий и технических средств, приготовления коцентрированных кормов на основе соевого белка // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2010. 140 с.Frolov V.Yu. Teoreticheskie i eksperimental'nye aspekty razrabotki tekhnologiy i tekhnicheskikh sredstv, prigotovleniya kotsentrirovannykh kormov na osnove soevogo belka [Theoretical and experimental aspects of the development of technologies and technical means, preparation of concentrated feed based on soy protein]. Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2010. 140 (In Russian).Souto N., Thuillier S., Andrade-Campos A. Design of an indicator to characterize and classify mechanical tests for sheet metals. International Journal of Mechanical Sciences. 2015. Vol. 101. 252-271.Souto N., Thuillier S., Andrade-Campos A. Design of an indicator to characterize and classify mechanical tests for sheet metals. International Journal of Mechanical Sciences. 2015. Vol. 101. 252-271 (In English).Firestein К.L., von Treifeldt J.E., Kvashnin D.G., Fernando J.F.S., Zhang C., Kvashnin A.G., Podryabinkin E.V., Shapeev A.V., Siriwardena D.P., Sorokin P.B., Golberg D. Young's Modulus and Tensile Strength of Ti3C2 MXene Nanosheets As Revealed by In Situ TEM Probing, AFM Nanomechanical Mapping, and Theoretical Calculations. Nano Letters. 2020. Vol. 20. 5900-5908.Firestein K.L., von Treifeldt J.E., Kvashnin D.G., Fernando J.F.S., Zhang C., Kvashnin A.G., Podryabinkin E.V., Shape- ev A.V., Siriwardena D.P., Sorokin P.B., Golberg D. Young's Modulus and Tensile Strength of Ti3C2 MXene Nanosheets As Revealed by In Situ TEM Probing, AFM Nanomechanical Mapping, and Theoretical Calculations. Nano Letters. 2020. Vol. 20. 5900-5908 (In English).Степин П.А. Сопротивление материалов. СПб.: Лань. 2014. 320 с.Stepin P.A. Soprotivlenie materialov [Strength of materials]. Saint-Petersburg: Lan'. 2014. 320 (In Russian).Припоров И.Е. Обоснование винтовой поверхности шнека переменного шага пресс-экструдера // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. N1(63). C. 67-70.Priporov I.E. Obosnovanie vintovoy poverkhnosti shneka peremennogo shaga press-ekstrudera [Substantiation of the screw surface of the variable pitch screw of the press extruder]ю Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2017. N1(63). 67-70 (In Russian).Орсик О.Л. О влиянии конусности направителя на продвижение смеси в пресс-экструдере // Нива Поволжья. 2014. N3(32). С. 73-78.Orsik O.L. O vliyanii konusnosti napravitelya na prodvizhenie smesi v press-ekstrudere [On the influence of the taper of the guide on the movement of the mixture in the press-extruder]. Niva Povolzh'ya. 2014. N3(32). 73-78 (In Russian).Соколов М.В., Клинков А.С., Ефремов О.В., Беляев П.С., Однолько В.Г. Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин. М.: Машиностроение-1. 2004. 248 с.Sokolov M.V., Klinkov A.S., Efremov O.V., Belyaev P.S., Odnol'ko V.G. Avtomatizirovannoe proektirovanie i raschet shnekovykh mashin [Computer aided design and calculation of screw machines].Moscow: Mashinostroenie-1. 2004. 248 (In Russian).Тимофеева Д.В., Попов В.П., Антимонов С.В., Зинюхина А.Г. Разработка конструкции шнека типового пресс экструдера // Вестник Оренбургского государственного университета. 2014. N9. С. 220-225.Timofeeva D.V., Popov V.P., Antimonov S.V., Zinyukhina A.G. Razrabotka konstruktsii shneka tipovogo press ekstrudera [Development of a screw design for a typical extruder press]. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta. 2014. N9. 220-225 (In Russian).Davaze V., Vallino N., Feld-Payet S., Langrand B., Besson J. Mechanical reliability characterization of low carbon steel brazed joints with copper filler metal. Plastic and fracture behavior of a dual phase steel sheet under quasi-static and dynamic loadings. Engineering Fracture Mechanics. 2020. Article number 107165.Davaze V., Vallino N., Feld-Payet S., Langrand B., Besson J. Mechanical reliability characterization of low carbon steel brazed joints with copper filler metal. Plastic and fracture behavior of a dual phase steel sheet under quasi-static and dynamic loadings. Engineering Fracture Mechanics. 2020. Article number 107165 (In English).Goger А. Modelling of counter rotating twin screw extrusion. A Thesis Submitted to the School of Graduate Studies in Partial Fulfilment of the Requirements for the Degree Master of Applied Science. Ontario: McMaster University. 2013. 124.Goger A. Modelling of counter rotating twin screw extrusion. A Thesis Submitted to the School of Graduate Studies in Partial Fulfilment of the Requirements for the Degree Master of Applied Science. Ontario: McMaster University. 2013. 124.Дорохов А.С. Бесконтактный контроль качества запасных частей сельскохозяйственной техники // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина». 2010. N2(41). С. 73-75Dorokhov A.S. Beskontaktnyy kontrol' kachestva zapasnykh chastey sel'skokhozyaystvennoy tekhniki [Non-contact quality control of spare parts for agricultural machinery].Vestnik FGOU VPO «Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzhenernyy universitet im. V.P. Goryachkina». 2010. N2(41). 73-75 (In Russian).Семейкин В.А., Дорохов А.С. Методика моделирования оценки эффективности входного контроля качества техники. Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина». 2009. N8-1(39). С.30-33.Semeykin V.A., Dorokhov A.S. Metodika modelirova niya otsenki effektivnosti vkhodnogo kontrolya kachestva tekhniki [Modeling technique for evaluating the effectiveness of incoming quality control of equipment]. Vestnik FGOU VPO «Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzhenernyy universitet im. V.P. Goryachkina». 2009. N8-1(39). 30-33 (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.