УДК 681.5
DOI 10.57112/E251-119
Новиков Максим Валерьевич
Аннотация:
В статье представлена информация, связанная с разработкой системы автоматического управления электропривода ударно-центробежного измельчителя. Также, исследованы вопросы, касающиеся влияния частоты электрической сети на размер выходной фракции. Основной целью работы является разработка нового метода изменения размера выходной фракции с помощью частотного управления электроприводом при измельчении на ударно-центробежном измельчителе. Актуальность исследования обусловлена тем, что важную роль на сельскохозяйственных фермах является обеспечение сбалансированного рациона животных и подбор оптимальных значений размера скармливаемой фракции, что позволяет увеличить производительность и сократить затраты. Проблемная ситуация заключается в том, что у фермеров отсутствует выгодный, автоматизированный способ для приготовления корма определённой фракции, чтобы обеспечить оптимальное питание животных без ущерба экономической ситуации компании.
Ключевые слова: электропривод, автоматизация, ударно-центробежный измельчитель, частотное регулирование, размер фракции.
В России животноводство традиционно является одним из ключевых секторов сельского хозяйства. Оно включает в себя разведение крупного и мелкого рогатого скота, свиней, птицы и других видов животных. По данным до конца 2021 года, доля животноводства в структуре сельскохозяйственного производства России составляла около 40-45% [2]. Это включает производство мяса, молока, яиц и другой продукции животного происхождения. Поэтому, важную роль на сельскохозяйственных фермах является обеспечение сбалансированного рациона животных и подбор оптимальных значений размера скармливаемой фракции, что позволяет увеличить производительность и сократить затраты. Согласно исследованиям В. В. Щеглова и Л. Г. Боярского при скармливании свиньям целых зёрен ячменя на образование 1 кг живой массы требуется 10 кг зерна, а при его измельчении до 1 мм – только 4 – 5 кг [1]. Также автоматизация технологического процесса позволит сократить затраты на рабочую силу и уменьшить влияние человеческого фактора.
Для разработки системы автоматического управления электроприводом был выбран ударно-центробежный измельчитель (рисунок 1) с двумя электродвигателями общей мощностью 11 кВт. Где 1 – Электродвигатель привода нижнего диска, 2 – рабочая камера, 3 – электродвигатель привода верхнего диска, 4 – рама, 5 – ремённая передача, 6 – загрузочный бункер, 7 – выгрузной дефлектор. 
Рисунок 1 – Ударно-центробежный измельчитель
Суть работы измельчителя заключается в следующем. В основе её работы лежит принцип разгона зерна под действием центробежных сил с последующим ударом о движущуюся преграду (деку или отбойную плиту). То есть измельчаемый продукт поступает в центр ротора, захватывается лопастями и под действием центробежных сил инерции разгоняется и выбрасывается на движущиеся отбойные плиты, где в соответствии с силой удара разрушается на более мелкую фракцию (измельчается).
Поэтому, выдвигается гипотеза, что если изменить разгон зерна, то изменится не только сила удара, но и размер измельчаемой фракции соответственно. Для изменения разгона зерна будет использоваться частотное регулирование электроприводом, при котором будет возможность изменять скорость вращения на валу и соответственно будет изменяться скорость вращения лопастей, то центробежная сила инерции тоже измениться из-за чего появится возможность контролировать размер выходной фракции. Также предполагается, что каждый размер выходной фракции (очень крупная, крупная, средняя, мелкая) будет соответствовать своя скорость разгона зерна или значение частоты, заданное с помощью частотного преобразователя.
Для подтверждения гипотезы и проведения опытов разработана блок-схема частотного управления электропривода на базе двухчастотных преобразователей М552T4VB, 380V AC, 5.5kW (рисунок 2). Главной целью данной схемы является гибкая задача определённой частоты.
Рисунок 2 – Блок-схема частотного управления электропривода
Суть работы разработанной схемы заключается в следующем. Частотные преобразователи ПЧ1 и ПЧ2 запитаны от сети переменного тока 380 вольт. От них питаются пульты управления ПУ1 и ПУ2 каждого электродвигателя АД1 и АД2. Если поступает питание на ПЧ1, ПЧ2 и в пульте управления задана определенная частота, то асинхронные двигатели запускаются на определённой частоте.
На базе схемы собран щит автоматического управления электроприводом ударно-центробежного измельчителя (рисунок 3) в рамках грантовой поддержки от Фонда содействия инновациям. 
Рисунок 3 - Щит автоматического управления электроприводом ударно-центробежного измельчителя
Используя измельчитель ДРЦ – 5 с двумя электродвигателями АИР100l2, система автоматизированного управления работой измельчителя проведем опыты целью которых является испытание автоматизированного измельчителя и подтверждение теории, что при изменении скорости вращения двигателя выходной помол фракции тоже изменяется.
Суть испытания заключается в следующем. В измельчитель загружается каждая из четырёх разновидностей сельскохозяйственных культур (пшеница, овёс, кукуруза, ячмень), которые используются в комбинированных кормах и измельчаются на определённых частотах (20 Гц, 25 Гц, 30 Гц, 35 Гц, 40 Гц, 45 Гц, 50 Гц). После измельчения необходимо вычислить показатель, с помощью которого можно оценить тонкость помола в соответствии с ГОСТом 8770-58, является средневзвешенный диаметр частиц (модуль), определяемый по формуле:
где: G0 – остаток на сборном дне, г; G1, G2, G3 – остатки на ситах с отверстиями диаметром соответственно 1, 2, 3 мм, г; M – модуль, мм.
На примере кукурузы рассмотрим шаги, выполненные в рамках опытов. В измельчитель загружается 1 кг фракции и измельчается. Выходная фракция собирается в отдельную тару. Такое действие повторяется на каждой частоте (20 Гц, 25 Гц, 30 Гц, 35 Гц, 40 Гц, 45 Гц, 50 Гц). На рисунке 4 показаны результаты измельчения.
Рисунок 4 – результаты измельчения кукурузы
После этого выполняется ситовый анализ и рассчитывается модуль помола по формуле 1. В таблице 1 представлены результаты.
Таблица 1 – Результаты ситового анализа
Для наглядности на рисунке 5 представлена фракция каждого из остатков после просеивания.
Рисунок 5 – Кукуруза после просеивания
Аналогично проводится ситовый анализ для пшеницы, овса и ячменя. Исходя из полученных данных испытания системы автоматизации измельчителя можно сделать вывод о том, что при изменении скорости вращения роторов посредством частотного регулирования асинхронных двигателей на измельчителе ДРЦ-5 можно изменять размер помола от «очень крупного» до «мелкого». Испытания проводились на сельскохозяйственных культурах, которые в процентном соотношении занимают большую часть в рецептах комбинированных кормов разного вида скота и птицы. Необходимо отметить, что зависимость модуля помола от частоты для всех использованных культур одинакова и представлена в таблице 2.
Таблица 2 - Зависимость модуля помола от частоты 
В ходе исследования была разработана и успешно апробирована система автоматического управления электропривода, предназначенная для ударно-центробежного измельчителя. Основной целью системы было обеспечение контроля за размером выходной фракции, что является критическим параметром в процессе измельчения сельскохозяйственных культур. Экспериментальная проверка системы проводилась на четырёх различных типах сельскохозяйственных культур, что позволило оценить универсальность и адаптивность разработанного устройства.
Результаты эксперимента, отражённые в таблице 2, подтвердили гипотезу о том, что внедрение системы автоматического управления позволяет точно и стабильно контролировать размер выходной фракции, независимо от типа обрабатываемой культуры. Это обеспечивает не только повышение качества конечного продукта, но и способствует оптимизации процесса измельчения, снижая затраты.
Таким образом, разработанная система автоматического управления электропривода демонстрирует значительные перспективы для применения в агропромышленном комплексе, обеспечивая повышение эффективности и экономичности процессов переработки сельскохозяйственной продукции. Дальнейшие исследования могут быть направлены на оптимизацию алгоритмов управления и расширение функциональных возможностей системы.
Список используемой литературы
1. Смышляев Андрей Алексеевич. Совершенствование рабочего процесса центробежного измельчителя фуражного зерна: диссертация кандидата технических наук: 05.20.01.- Барнаул, 2002.- 281 с.
2. Сельское хозяйство Алтайского края / [Электронный ресурс] // Официальный сайт Алтайского края: [сайт]. — URL: https://www.altairegion22.ru/territory/agriculture/shAk/
3. Стальная М. И. Автоматизированный электропривод [Текст]: учебное пособие/ М. И. Стальная, А. М. Головачев, С. Ю. Еремочкин, А. В. Ведманкин. - Барнаул: АлтГТУ, 2016. – 91 с. 4. Правила устройства электроустановок ПУЭ. – 7-е изд. –М.: НЦ ЭНАС, 2007. - 174 c.
Информация об авторах
Новиков М. В. - студент группы 8Э-33, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.
Научный руководитель
Халин М. В. – д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.
Ссылка для цитирования
Новиков, М. В. Разработка системы автоматического управления электропривода ударно-центробежного измельчителя для изменения размеров выходной фракции / М. В. Новиков // Энерджинет. 2025. № 1. URL: http://nopak.ru/251-119 (дата обращения: 23.06.2025).
