CC BY
0
9. Коновалов, В. В. Определение давления сухого корма на дно бункера / В. В. Коновалов, К. М. Мишин, А. А. Власов II Механизация и электрификация с/х. - 2000. - №11. - С. 30-31.
10. Терюшков, В. П. К вопросу влияния высоты слоя корма и диаметра лопасти на перемещение материала / В. П. Те-рюшков, А. В. Чупшев, В. В. Коновалов II Повышение эффективности использования ресурсов при производстве с/х продукции - новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства : сб. науч. докл. XVI Международной науч.-практ. конф. - Тамбов: Изд-во Першина Р. В., 2011. - С. 64-67.
УДК 631.363.7
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ-КОНВЕЙЕРА
Коновалов Владимир Викторович, д-р техн. наук, проф. кафедры «Теоретическая и прикладная механика», ФГБОУ ВПО Пензенский ГТУ.
440014, Пензенская область, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30.
E-mail: [email protected]
Фомин Артем Сергеевич, аспирант кафедры «Механизация технологических процессов в АПК», ФГБОУ ВПО Пензенская ГСХА.
440014, Пензенская область, г. Пенза, ул. Кордон Студеный, д. 25.
E-mail: as [email protected]
Терюшков Вячеслав Петрович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка», ФГБОУ ВПО Пензенская ГСХА.
440014, Пензенская область, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30.
E-mail: [email protected]
Чупшев Алексей Владимирович, канд. техн. наук, ст. преподаватель кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка», ФГБОУ ВПО Пензенская ГСХА.
440014, Пензенская область, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30.
E-mail: [email protected]
Ключевые слова: смешивание, коэффициент, вариация, неравномерность, смесь, спираль, конвейер.
Цель исследования - снижение энергоемкости приготовления смеси концентрированных кормов (комбикормов-концентратов) при соблюдении зоотехнических требований на качество смеси за счет применения смесителей-конвейеров. Задачи исследований - установить функциональную зависимость между конструктивными и технологическими параметрами смесителя, и показателями технологического процесса; выявить оптимальные либо рациональные значения параметров смесителя, обеспечивающих требуемое качество смеси и минимальную энергоемкость смесеобразования. Дается описание, конструктивная схема и фотография смесителя-конвейера непрерывного действия со спиральным рабочим органом. Описаны методика и результаты экспериментальных исследований непрерывного смесителя-конвейера. Представлены выражения, описывающие неравномерность смеси и энергоемкость перемешивания в зависимости от длины зоны смешения, производительности устройства и доли контрольного компонента. Построены двумерные сечения поверхностей отклика второго порядка. На основе анализа графиков неравномерности смеси и энергоемкости обоснованы параметры смесителя: оптимальна производительность устройства около 3,6 т/ч; смеситель-конвейер работоспособен для приготовления сухой смеси при доле меньшего компонента смеси - не менее 13% и длине зоны смешивания - не менее 1 м.
Повысить продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы можно за счет выдачи в достаточном количестве качественных комбикормов, как полнорационных для свиней и птицы, так и концентратов для КРС. С целью повышения экономической эффективности использования комбикормов и снижения их стоимости, хозяйства стремятся использовать собственный фураж и покупные БВД, обладающие в составе комбикорма 10-20% массы. К сожалению, далеко не все смесители способны приготавливать смеси надлежащего качества [1]. Существует большое разнообразие указанных устройств, но далеко не все из них способны приготавливать качественную смесь в конкретных технологических условиях и определенного рецепта [2-10]. Другим недостатком существующего процесса смешивания является потребность в последующем транспортировании приготавливаемых смесей, осуществляемая конвейерами. Устранить данные недостатки можно за счет применения смесителей-конвейеров.
Цель исследования - снижение энергоемкости приготовления смеси концентрированных кормов (комбикормов-концентратов) при соблюдении зоотехнических требований на качество смеси за счет применения смесителей-конвейеров.
Задачи исследований:
1) установить функциональную зависимость между конструктивными и технологическими параметрами смесителя, и показателями технологического процесса;
2) выявить оптимальные либо рациональные значения параметров смесителя, обеспечивающих надлежащее качество смеси и минимальную энергоемкость смесеобразования.
Авторами был разработан смеситель-конвейер сухих концентрированных кормов непрерывного действия (рис. 1), осуществляющий как приготовление смеси в непрерывном режиме, так и одновременную транспортировку к следующим технологическим машинам (рис. 1).
Материалы и методы исследований. Смеситель представляет собой спирально-винтовой шнек (конвейер), состоящий из кожуха 2, загрузочной воронки 1, выгрузного лотка 6, электродвигателя 7, прутковой спирали 4 рабочего органа. Внутри кожуха на подшипниках установлен рабочий орган, представляющий собой вал 3 с крепящейся к нему на радиальных поддерживающих лопастях 5 винтовой спиралью 4 из металлического прутка. Диаметр прутка спирали соответствует 5,0; 6,5 и 8,0 мм при шаге спирали 50; 120 и 175 мм. Диаметр кожуха 100 мм. Частота вращения рабочего органа изменяется от 190 до 440 мин1. Длина кожуха лабораторного смесителя-конвейера составляет 2,3 м.
Компоненты смеси поступают в загрузочную воронку 1 смесителя-конвейера непрерывного действия. Поступающий материал (компоненты смеси) захватывается прутковой спиралью 4 однозаходного шнека и разгоняется в направлении выгрузного лотка 6 В процессе транспортировки материала перемешиваются компоненты смеси за счет воздействия на них прутковой спирали 4. При поступлении смеси в зону выгрузного лотка б осуществляется ее самопроизвольная выгрузка под действием гравитации.
План проведения экспериментов предусматривал варьирование тремя факторами. Уровни варьирования факторов: производительность смесителя Q=3; 4; 6 кг/с; доля контрольного компонента dk= 110; 230; 350%; длина зоны смешивания Lk=0,5, 1,1 и 1,7 м. Методика опытов предусматривала подачу контрольного компонента (зерна ячменя) в наполнитель, состоящий из дерти ячменной и пшеничной в пропорции (1:1), насыпной плотностью 710 кг/м3. Количество проб для определения качества смеси - 20 шт. Масса каждой пробы -100 г.
Рис. 1. Винтовой смеситель-конвейер концентрированных кормов: а) общий вид; б) схема;
1 - загрузочная воронка; 2 - кожух; 3 - вал; 4 - прутковая спираль; 5 - радиальная поддерживающая лопасть; 6 - выгрузной лоток;
7 - электродвигатель
Результаты исследований. В результате обработки результатов экспериментов получено выражение неравномерности смеси (коэффициента вариации содержания контрольного компонента в пробах), %:
v= 63,2567-89,9991-Q + 45,6026-Q2-0,7119-dk+ 2,539/dk+0,7262/Lk.
(1)
Коэффициент корреляции Я=0,96896. Р-тест=0,9565.
Наиболее интенсивно улучшается качество на первом метре длины зоны смешивания (рис. 2), а затем неравномерность смеси практически не изменяется. Наименьшая неравномерность смешивания
обеспечивается при производительности около 1 кг/с (3,6 т/ч). Увеличение доли контрольного компонента улучшает качество смеси. Зоотехнические требования (менее 10%) обеспечиваются при доле контрольного компонента не менее 13%.
В результате проведения эксперимента получено уравнение регрессии энергоемкости и определены коэффициент корреляции и данные Р-теста. Уравнение регрессии энергоемкости (Дж/кг) запишется как
У= 236,5577+ 166,444/и+ 177,6712-и-558,636-0 + 3,740061* *бк-45,8538-{ИЦ2- 40,6377-(Ц2 + 277,251Ш+ 0,126055-(бк)2- 7,41507-0-бк.
Коэффициент корреляции Я=0,98993. Р-тест=0,973831.
ак &
1_=0,4
о'б 08
1=1.7
сЗк %
1_=3.4
Не м
(2)
Ц=1 КГ/С
Рис. 2. Двумерные поверхности отклика неравномерности смешивания (%); а, б) от производительности 0 (кг/с) и доли контрольного компонента 4 (%); в) от длины зоны смешивания 1_к (м) и доли контрольного компонента 4 (%); г) от производительности 0 (т/ч) и длины зоны смешивания 1_к (м)
Графический анализ полученного выражения показал (рис. 3), что доля контрольного компонента практически не влияет (в пределах ошибки опыта) на значения энергоемкости. Видимо влияет изменение физико-механических свойств смеси (цельные зерна ячменя обладают большей текучестью, чем дерть).
Увеличение производительности снижает энергоемкость. Минимум энергоемкости соответствует около 1 кг/с (3,5 т/ч) и соответствует 180-220 Дж/кг в зависимости от доли контрольного компонента.
Учитывая, что в экспериментах изменялась не длина конвейера, а расположение выгрузного отверстия по длине кожуха конвейера, влияние длины конвейера на энергоемкость существенного влияния не имеет.
у Ь = 0.55 У Ь - 1.7
Рис. 3. Двумерные поверхности отклика энергоемкости У (Дж/кг) в зависимости от производительности устройства О (кг/с) и доли контрольного компонента с1к (%) при длине зоны смешивания 1=0,55 и 1,7 м
В результате проведения эксперимента рассчитаны значения корректированной энергоемкости,
Дж/кг:
5'
¥к = (100-у)- ^
После статистической обработке полученных данных определено уравнение корректированной энергоемкости:
Ук= 348,1739 + 253,0372/и+ 263,287-и- 893,059-0- 0,80497* *бк-39,0627-{ИЦ2-45,376Ш + 340,2805-02 + 0,032935-с1к2 - 4,90645-(М. (4)
Коэффициент корреляции Я = 0,98150. Г-тест = 0,951731.
¿к ак ¿к
Ук |.к = 0,5 Л ис=1Д ™ 1к = 1,7
Рис. 4. Двумерные поверхности отклика корректированной энергоемкости Ук (Дж/кг) в зависимости от производительности О (кг/с) и доли контрольного компонента с1к (%)
Наиболее значимо влияние производительности, снижающей скорректированную энергоемкость процесса. Увеличение длины конвейера повышает корректированную энергоемкость незначительно. Доля контрольного компонента влияет несущественно.
Заключение. Таким образом, оптимальна производительность смесителя-конвейера около 1 кг/с (3,6 т/ч) при энергоемкости смесеобразования порядка 200 Дж/кг. Смеситель-конвейер обеспечивает соблюдение зоотехнических требований на качество смеси при доле контрольного компонента не менее 13%. Длина зоны смешивания смесителя-конвейера должна быть не менее 1 м, а мощность привода составлять около 200 Вт,
Библиографический список
1. Сыроватка, В. И. Новые технические решения приготовления комбикормов в хозяйствах / В. И. Сыроватка, Н. В. Обухова, А. С. Комарчук II Кормопроизводство. - 2010. - №7. - С. 42-45.
2. Коновалов, В. В. Устройство для внесения жира в концентрированные корма / В. В. Коновалов, А. А. Курочкин, К. М. Мишин II Механизация и электрификация с/х. - 2002. - №5. - С. 12-13.
3. Кухарев, О. Н. Результаты исследований барабанного дражиратора / О. Н. Кухарев, И. Н. Сёмов, А. М. Чирков II Нива Поволжья. - 2010. - №1 - С. 54-57.
4. Терюшков, В. П. К вопросу влияния высоты слоя корма и диаметра лопасти на перемещение материала /
B. П. Терюшков, А. В. Чупшев, В. В. Коновалов// Повышение эффективности использования ресурсов при производстве с/х продукции - новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства : сб. науч. докл. XVI Международной науч.-практ. конф. - Тамбов : Изд-во Першина Р. В., 2011. - С. 64-67.
5. Коновалов, В. В. Мобильный раздатчик для сухих и жидких кормов / В. В. Коновалов, С. И. Щербаков, С. В. Гусев II Молочное и мясное скотоводство. - 2003. - №1. - С. 23-24.
6. Новиков, В. В. Обоснование параметров лопастной мешалки / В. В. Новиков, С. П. Симченкова, В. И. Курдюмов II Вестник Ульяновской ГСХА. -2011. - №2. - С. 104-108.
7. Коновалов, В. В. Теоретическое обоснование основных конструктивных и режимных параметров смесителя кормов периодического действия I В. В. Коновалов, А. В. Чупшев II Научно технический прогресс в сельскохозяйственном производстве : мат. Международной науч.-практ. конф. - Минск: НПЦ НАН Беларуси по механизации с/х, 2011. - Т. 2. -
C. 148-153
8. Терюшков, В. П. Определение рациональных параметров смесителя концкормов / В. П. Терюшков, В. В. Коновалов II Повышение эффективности использования ресурсов при производстве с/х продукции - новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства : сб. науч. докл. XVII Международной науч.-практ. конф. -Тамбов : Изд-во Першина Р. В., 2013. - С. 71-77.
9. Коновалов, В. В. Оптимизация параметров смесителя по минимуму энергоемкости перемешивания / В. В. Коновалов, А. В. Чупшев, С. С. Петрова. II Известия Самарской ГСХА. - 2009. - №3. - С.72-76.
10. Коновалов, В. В. Смеситель сухих кормов / В. В. Коновалов, В. П. Терюшков, И. А. Боровиков, С. В. Гусев II Сельский механизатор. - 2006. - №7. - С. 32.
