Проблема снижения энергоемкости процесса измельчения является одной из приоритетных решаемых задач в технологическом цикле производства сельскохозяйственной продукции.Основная техническая проблема при измельчении зерна до определенных значений модуля помола М=0,2-1 мм (для тонкого помола) и М=1-1,8 мм  (для среднего помола)  заключается в применении многостадийного процесса измельчения с поэтапным использованием различных типов измельчителей, что ведет к повышению материало- и энергоемкости, а также повышению издержек производства. Дополнительной проблемой при применении стадийной схемы технологического процесса измельчения сырья является неоднородность гранулометрического состава при использовании в качестве промежуточных звеньев роторных и молотковых дробилок. В качестве технического решения указанных проблем может выступать применение одновальцово-дековых измельчителей, сочетающих в себе преимущества вальцовых и ударных измельчителей [3, 4, 5]. Для более подробного анализа эффективности работы одновальцово-дековых измельчителей следует провести исследование зависимости производительности и энергоемкости процесса измельчения зерна от конструктивных и кинематических параметров.Цель исследований – обеспечить наименьшие энергозатараты одновальцово-декового измельчителя. Задачи исследований – разработать методику проведения экспериментальных исследований по установлению  зависимости производительности и энергозатрат одновальцово-декового измельчителя от его конструктивных и кинематических параметров; установить зависимость производительности и удельных энергозатарат одновальцово-декового измельчителя от его конструктивных и кинематических параметров.Материалы и методы исследований. Объект исследования – технологический процесс измельчения  зерновых  материалов в одновальцово-дековом измельчителе. Предмет исследования – закономерности изменения производительности и удельных энергозатрат от конструктивных и кинематических параметров измельчителя. Одновальцово-дековый измельчитель зерна (рис. 1) представляет собой раму, установленную на фундаменте на регулировочных винтах 10. На раме крепится питающий бункер 4 и выгрузной лоток 8, а также привод рабочих органов.    Рис. 1. Принципиальная схема одновальцово-декового измельчителя:1 – валец, 2 – дека, 3 – измельчаемый материал, 4 – питающий бункер, 5 – корпус деки, 6 – эксцентриковый валпривода деки, 7 – опорные пружины, 8 – выгрузной лоток, 9, 10 – регулировочные винтыОсновным рабочим органом является активно вращающийся валец 1. Поверхность вальца шероховатая, получаемая электродуговой наплавкой, с величиной неровностей до 0,5 мм. Вторым рабочим органом является вибрирующая дека. Корпус деки 5 установлен на опорных пружинах 7 и имеет эксцентриковый вал 6 привода деки с амплитудой колебаний 3 мм. Зерновка из питающего бункера 4 поступает в зону верхнего контакта вращающегося вальца 1 и корпуса вибрирующей деки 7. Происходит первичное измельчение зерновок. Некачественно измельченные зерновки повторно измельчаются в зоне бокового контакта 1 и корпуса вибрирующей деки 7, выгружаясь по выгрузному лотку 8. Рабочие параметры машины: ω1 – угловая скорость вращения валка и ω2 – угловая скорость вращения эксцентрикового вала, определяющие производительность измельчителя, регулировались при помощи частотно-регулируемых приводов электродвигателей; Δ1 и Δ2 – технологические зазоры, характеризующие качество измельчения, изменялись  при помощи системы винтовых опор 9 деки. Амплитуда деки выбиралась из условия плосконапряженного состояния измельчаемого материала [3] и отсутствия беспрепятственного поступления зерновок в первую зону измельчения. Ввиду того, что средний эквивалентный диаметр зерновок составлял 4,2 мм, а наименьшее значение зазора Δ1 по зоотребованиям соответствует 0,8 мм, максимальное расстояние между декой и вальцом в верхнем положении равно 3,8<4,2 мм. При увеличении значений амплитуды происходит проскальзывание неизмельченного материала во вторую зону измельчения. Таким образом, для обеих зон измельчения существует свое значение производительности Q. При условии Q1≤Q2  происходит плющение зерновок без забивания материала меж зон измельчения. При нарушении указанного условия данное пространство забивается материалом, и прекращается поступление зерновок на измельчение. Указанное условие повлияло на методику исследований: отдельными сериями экспериментов изучались обе зоны для последующей возможности соблюдения баланса расходов. В качестве исследуемого при измельчении материала было использовано зерно яровой пшеницы урожая 2018 г. сорта «Селенга» влажностью 15,4%. При исследовании качественных показателей зерна пшеницы, физико-механических характеристик, геометрических размеров применялись методики в соответствии с действующими стандартами на зерно. Исследования проводились в соответствии с 3-факторным ортогональным планом с трехкратной повторностью. В качестве контрольных критериев исследуемого процесса были выбраны производительность Q и удельные энергозатраты процесса измельчения Э, в качестве независимых факторов выступали: n1 – частота вращения вальца, n2 – частота вращения эксцентрикового вала привода деки; зазор между вальцом и декой. Отдельно рассматривался зазор D1 между вальцом и декой в 1-й зоне измельчения, и отдельным планом – зазор D2 между вальцом и декой во 2-й зоне измельчения.Вначале проводилось интерполяционное исследование 1-й зоны измельчения с целью поиска функции влияния на производительность Q зазора D1 и частот n1, n2  и установление их рациональных значений, т.к. наибольшее разрушающее воздействие происходит именно на первом этапе. При этом зазор D2 был увеличен до максимального размера, при котором не оказывается разрушающее воздействие во 2-й зоне на предварительно измельченный материал (табл. 1). Таблица 1Факторы и интервалы их варьирования при исследовании 1-й зоны измельчения Нижнийуровень (-1)Основнойуровень (0)Верхнийуровень (+1)ИнтервалварьированияНезависимый фактори его размерностьx1:0,811,20,2D1, ммx2:10015020050n1, мин-1x3:150350550200n2, мин-1 После определения рациональных значений фактора D1 проводилось исследование второй зоны измельчения при постоянном выбранном зазоре D1 на зависимость производительности и удельных энергозатрат от данных факторов (табл. 2).Обработка результатов эксперимента производилась с помощью программного обеспечения  PlanExp«B-D13» v.1.0.Результаты исследований. По результатам обработки и анализа данных зависимости производительности первой зоны измельчения от ряда факторов (табл. 3) была получена целевая функция отклика Q=Y11(x1, x2, x3) (1) и установлено, что её экстремум находится в пределах варьирования переменных факторов (рис. 2). Таблица 2Факторы и интервалы их варьирования при исследовании 2-й зоны измельчения Нижнийуровень (-1)Основнойуровень (0)Верхнийуровень (+1)ИнтервалварьированияНезависимый фактор и его размерностьx1:0,60,810,2D2, ммx2:10015020050n1, мин-1x3:150350550200n2, мин-1 Таблица 3План эксперимента и значения критерия оптимизации при определении оптимальнойпроизводительности 1-й зоны измельчителяНомер опыта (u)Матрица планированияНатуральные значения переменныхКритерий оптимизации (Q=Y11(x1, x2, x3), кг/ч)x1x2x3D1, ммn1, об/минn2, об/минY11 (u, 1)Y11 (u, 2)Y11 (u, 3)1-1-1-10,81001505553612+1-1-11,21001501501491513-1+1-10,82001504305005024-1-1+10,81005506926907055-1000,8159,5388910900102060-101,038100388285022902284700-11,038159,515059258060080+1+10,9422005503010302028929+10+11,2135,555020042010200010+1+101,2200292184018301832   аб Рис. 2. График зависимости производительности в первой зоне измельчения от частоты вращения вальца x2, частоты вращения эксцентрикового вала привода деки x3 при величине зазора x1=0 (1 мм) (а)и двумерное сечение полученной поверхности (б) Уравнение регрессии производительности измельчителя по первой зоне измельчения, кг/с:Y11=2026,275+347,855∙x1+286,893∙x2+826,036∙x3-895,068∙x12+ + 564,952∙x22-618,245∙x32-66,084∙x1∙x2+364,281∙x1∙x3+140,949∙x2∙x3.  (1) Значение экстремума составляет Y11_opt=2238,84 кг/ч. Экстремуму функции отклика соответствуют значения факторов: x2= -0,333 (133,4 мин-1) и x3=0,63 (476 мин-1) при x1=0 (1 мм).В качестве дополнительного критерия, оценивающего качественные характеристики измельченного материала, был выбран модуль помола М, мм. При анализе зависимости производительности 2-й зоны от ряда факторов (табл. 4),являющейся общей для всего измельчителя, выяснилось, что целевая функция зависимости Q=Y21(x1, x2, x3) имеет 3 экстремума (табл. 5), удельные энергозатраты имеют 1 экстремум, а модуль помола не имеет явных экстремумов.Таблица 4План эксперимента и значения критериев оптимизации при определении производительностии энергозатрат 2-й зоны измельчителяНомеропыта (u)Матрица планированияКритерий оптимизации (Q=Y21(x1, x2, x3), кг/ч)Критерий оптимизации (Э=Y22(x1, x2, x3), (Вт∙ч)/кг)Критерий оптимизации (М=Y23(x1, x2, x3), мм)x1x2x3Y21 срY22 срY23 ср1-1-1-11446,781,812+1-1-11456,562,93-1+1-16791,741,974-1-1+15651,930,525-100864,671,380,9160-10281,753,871,45700-12239,871,922,4480+1+12577,600,510,399+10+11483,530,771,3210+1+101668,251,161,96 Таблица 5Оптимальные значения критериев оптимизации и соответствующих факторовпри исследовании 2-й зоны измельчения Q= Y21_opt(x1,x2,x3), кг/чx1 (Δ2, мм)x2 (n1, мин-1)x3 (n2, мин-1)1851,9020 (0,8)0,591 (179,55)-0,219 (306,2)1658,7050,173 (0,835)0 (150)-0,144 (321,2)1957,3330,337 (0,867)0,711 (185,55)0 (350)Э = Y22_opt(x1,x2,x3), (Вт∙ч)/кгx1x2x31,0170 (0,8)0,948 (197,4)-0,614 (227,2) В результате обработки данных по второй зоне были получены уравнения зависимости производительностиY21=f(x1, x2, x3) (2), удельных энергозатрат Y22=f(x1, x2, x3) (3) и модуля помола Y23=f(x1, x2, x3) (4) от конструктивных и кинематических параметров измельчителя (x1, x2, x3). Коэффициенты корреляции расчетных и экспериментальных значений для приведенных функций равны соответственно: для Y11=fx1,x2,x3  – R11=0,988; для Y21=fx1,x2,x3  – R21=0,985; для Y22=fx1,x2,x3  – R22=0,992; для Y23=fx1,x2,x3  – R23 =0,971. Каждое из уравнений (1-4) прошло проверку по F-критерию Фишера и является адекватным.Уравнение регрессии производительности измельчителя по второй зоне измельчения, кг/с: Y21=1653,92+226,208∙x1+746,017∙x2+205,488∙x3-709,023∙x12--608,14∙x22+637,375∙x32+353,551∙x1∙x2-130,276∙x1∙x3+124,161∙x2∙x3.     (2) Уравнение регрессии энергозатрат измельчения, Вт×ч/кг: Y22=1,42-0,068∙x1-1,66∙x2-1,248∙x3+0,384∙x12+1,198∙x22- -0,248∙x32-0,131∙x1∙x2+0,182∙x1∙x3+0,995∙x2∙x3 .                                                          (3) Уравнение регрессии модуля помола зерна после второй зоны измельчения, мм: Y23=1,533+0,441∙x1-0,197∙x2-0,737∙x3-0,062∙x12-0,116∙x22++ 0,142∙x32-0,057∙x1∙x2-0,073∙x1∙x3-0,075∙x2∙x3.                                                 (4) Для поиска оптимального значения производительности (Q) и удельных энергозатрат (Э) при измельчении зерна во второй зоне, на основании данных (табл. 4) была построена поверхность отклика, показывающая корреляционную зависимость между модулем помола М и оставшимися двумя критериями оценки процесса (рис. 3). В результате графического анализа удалось установить, что при увеличении требуемого получаемого значения модуля помола согласно зоотехническим требованиям от 1 до 2,6 мм наблюдается сближение оптимальных значений производительности Q=1658,705 кг/ч и удельных энергозатрат процесса измельчения Э=1,017 (кВт×ч)/кг, при соблюдении баланса производительностей на этапах измельчения (рис. 4).     Рис. 3. График корреляционной зависимости модуля помола М от производительности  Q и удельных энергозатрат Э  abc def Рис. 4. График влияния частот вращения вальца х2 и эксцентрикового вала привода деки х3 на производительность Q, кг/ч: а – после первого зазора D1=1 мм, по формуле (1); b, c, d, e, f – после второго зазора D2, по формуле (2),при зазорах D2, соответствующих х1= -1; -0,5; 0; +0,5; +1,соответственно;при наложении значений производительности после первого зазора D1=1 мм Для проверки соответствия производительностей измельчителя по ступеням измельчения произведено моделирование производительностей по выражениям (1) и (2). На рисунке 4, а представлена производительность после первого этапа измельчения по выражению (1) (серия экспериментов по таблице 1) на выходе из рекомендуемого зазора D1=1 мм. На последующих графиках рисунка 4 указанная производительность дана для контроля красными линиями. Так же даны производительности (серия экспериментов по таблице 2) по выражению (2) при зазорах D2, соответствующих х1= -1; -0,5; 0; +0,5; +1, соответственно. Рекомендуемая зона совпадает по производительности в обоих зазорах и выделена на рисунке 4, d   зеленой штриховкой.Заключение. В результате проведенных исследований процесса измельчения зерна в одновальцово-дековом измельчителе разработана методика, позволяющая оценить процесс получения дробленого материала с позиции удельного расхода энергии, производительности и модуля помола. На основании графического анализа зависимости значений установленных функций модуля помола от производительности и энергозарат обнаружены оптимальные значения конструкции измельчителя, при которых возможно одновременное сочетание высокой производительности, соответствующей Q=1658,7 кг/ч и низких удельных энергозатрат процесса измельченияЭ=1,017 (кВт×ч)/кг, что соответствует модулю помола зерна для крупного рогатого скота М=2,6 мм, при конструктивных и кинематических параметрах зазоров дробилки: D1=1 мм, D2=0,8-0,84 мм, при частоте вращения вальца n1=150-197 мин-1, и вала привода эксцентриковой деки n2=227-321 мин-1.