CC BY
41
102-110.
10. Ivaschenko N. L. Dvigateli vnutrennego sgoraniya, perspektivi silovih ustanovok (Internal combustion engines, power plants perspectives), Materiali IX Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konfer-entsii, g. Vladimir, 2003, pp. 15-17.
11. Il'gamov M. A., Gil'manov A. N. Neotra-zhayuschie usloviya n granitsah raschetnoy oblasti (Nonreflecting conditions n boundaries of the region), M. : Fizmatlit, 2003, 285 p.
12. Kalugin S. P., Balabin V. N. Matematich-eskoe modelirovanie protsessov gazoobmena dvigatelya vnutrennego sgoraniya (Mathematical modeling of the gas exchange of the combustion engine), Prikladnaya nauka, 2007, No. 1, pp. 20-27.
13. Kulikovskiy A. G., Pogorelov N. V., Se-menov A. YU. Matematicheskie voprosi chislennogo resheniya giperbolicheskih sistem uravneniy (Mathematical problems in the numerical solution of hyper-parabolic uravneniy), M. : Fizmatlit, 2001, 318 p.
14. Lihanov V. A., Lopatin O. P. modelirovanie rabochego protsessa gazodizelya pri rabote s retsirkul-yatsiey OG (Modeling of gas diesel engine working process when working with EGR), Materiali X Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, g. Vladimir, 2005, pp. 31-33.
15. Lobov N. V. Raschet po trehmernoy modeli protsessa gazoobmenya dvuhtaktnogo odnotsilindro-vannogo benzinovogo dvigatelya s krivoshipno-kamernoy produvkoy (Calculation of the three-dimensional model of a two-stroke gas exchange process odnotsilindrovannogo ben Zinoviev engine crank-chamber scavenging), Materiali IX Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, g. Vladimir, 2003, pp.261-263.
16. Maliovanov M. V., Hmelev R. N. K voprosu razrabotki matematicheskogo i programmnogo
obespecheniya rascheta gazodinamicheskih protsessov v DVS (On the question of the development of mathematical and software calculation of dynamic processes in internal combustion engines), Materiali IX Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, g. Vladimir, 2003, pp. 213-216.
17. Mironichev M. A., Pavel'ev V. N., Nizov-tsev V. A., Orlov S. A., Hrunkov S. N. Ratsional'naya organizatsiya rabochih protsessov porshnevih dvigate-ley s tsel'yu povisheniya ih tehniko-ekonomicheskih pokazateley (The rational organization of working processes of piston engines in order to increase their technical and economic exponents-lei), Materiali X Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, g. Vladimir, 2005, pp. 65-67.
18. Himich V. L., Makarov A. R., Zaharov I. L. Razrabotka trehzonnoy matematicheskoy modeli uchastkov smeseobrazovaniya i sgoraniya rabochego protsessa benzinovogo porshnevogo DVS (Development of a three-zone mathematical model plots mixture formation and combustion-working process piston petrol DVS), Materiali X Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, g. Vladimir, 2005, pp.71-81.
19. Efros V. V., Golev B. YU. CHislennoe mod-elirovanie vpusknih kanalov (Numerical simulation of engine intake channels), Dvigatelestroenie, 2007, No. 4, pp.24-27.
20. YAnovich YU. V. Vliyanie zakrutki potoka vo vpusknom kanale na strukturu dvizheniya zaryada v tsilindre dvigatelya (Influence of spin flow in the inlet channel to the motion of the charge in the cylinder structure), Materiali VIII nauchno-prakticheskoy kon-ferentsii, g. Vladimir, 2001, pp. 268-271.
Дата поступления статьи в редакцию, принята к публикации.
05.20.01
УДК 622.928; 631.363
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА КОРМОПРИГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН ПУТЕМ ОБОСНОВАНИЯ ИХ КОНСТРУКЦИОННЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ
© 2017
Булатов Сергей Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технический сервис» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение. Состояние отрасли животноводства и растениеводства во многом определяют продовольственную безопасность страны. Развитие этих отраслей невозможно без внедрения современных технологий, высокоэффективных машин и комплексов. Нами разработан, испытан и внедрен в хозяйства и производство комплекс машин для приготовления как традиционных (полнорационных, сыпучих сухих, влажных рассыпных), так и современных синтезированных кормов.
Материалы и методы. При исследовании рабочих процессов отдельных элементов и кормопригото-вительного агрегата в целом применялись общепринятые методики, а также разработанные авторами. В статье представлены результаты по исследованию рабочего процесса отдельно взятых элементов в лабораторных условиях и в составе кормоприготовительного агрегата при производственных испытаниях.
Результаты. При изучении рабочего процесса кормоприготовительного агрегата получены аналитические зависимости, позволяющие определить влияние отдельных параметров элементов комплекса на его рабочие характеристики: производительность, энергоемкость, качество корма. Проведенные экспериментальные исследования позволили подтвердить правильность теоретических исследований и определить оптимальные значения исследуемых параметров.
Обсуждение. Используя выведенные теоретические и экспериментальные зависимости, методами теории подобия можно рассчитать отдельные машины предлагаемого комбикормового агрегата различных габаритов и производительности. Научная и практическая значимость результатов исследований заключается в получении аналитических зависимостей, которые применимы при создании новых конструктивно-технологических схем элементов комбикормовых агрегатов (дробилок зерна, эжекторов и пневмосепарато-ров, смесителей) и могут быть использованы в проектно-конструкторских, научно-исследовательских и учебных заведениях. Результаты исследований переданы в ЗАО «Доза-Агро», ООО «ВМТЕХ», внедрены в хозяйствах Кировской и Нижегородской областей, используются в учебном процессе на инженерных факультетах Нижегородского государственного инженерно-экономического университета и Вятской государственной сельскохозяйственной академии при подготовке специалистов высшего и среднего звена. Новизна технических решений подтверждена 10 патентами РФ на изобретения и полезные модели.
Заключение. Решение научной проблемы, озвученной в работе, имеет важное народнохозяйственное значение, внедрение которой вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса и развития экономики страны.
Ключевые слова: дробилка зерна, животноводство, измельчение, корнеклубнеплоды, конструктивно -технологическая схема, кормление, кормоприготовительные машины, научная ценность, патент, пневмосепа-ратор, практическая значимость, сельскохозяйственное производство, смеситель, теория подобия, эжектор, энергоемкость.
Для цитирования: Булатов С. Ю. Совершенствование рабочего процесса кормоприготовительных машин путем обоснования их конструкционных и режимных параметров // Вестник НГИЭИ. 2017. № 2 (69). С.45-53.
IMPROVING WORKFLOW OF THE FEED PREPARING MACHINES BY STUDY OF THEIR CONSTRUCTIONAL AND REGIME PARAMETERS
© 2017
Bulatov Sergey Yurievich, the candidate of technical sciences, the associate professor of the chair «Technical service» Nizhniy Novgorod state engineering-economic university, Knyaginino (Russia)
Annotation
Introduction. The state of the livestock industry and crop production largely determines the country's food security. The development of these industries is impossible without implementation of modern technologies, highperformance machines and systems. We have developed, tested and implemented in the agriculture and manufacturing complex machines for the preparation of both traditional (full, dry loose, moist loose), and modern synthe-sized feed.
Materials and methods. In the study of the workflows of the individual elements and kormoprigotuvannya unit generally used conventional techniques and was developed by the authors. The article presents the results of the study on the workflow of individual elements in the laboratory and in the composition of preparing feed the unit during manufacturing test.
Results. When studying the workflow of preparing feed unit analytical dependences, allowing determining the influence of individual parameters of the elements of the complex on its performance: productivity, energy in-tensity, the quality of food. Experimental studies allowed confirming the correctness of the theoretical research and determining the optimal values of these parameters.
Discussion. Using derived theoretical and experimental dependences, methods of similarity theory to calcu-late the individual machines offer feed Assembly of the various dimensions and performance. Scientific and practi-cal significance of research results is to obtain analytical dependencies, which are applicable when creating new structurally-technological schemes of elements of feed components (grain crushers, ejectors and pneumo separa-tion, faucets) and can be used in the design, research and educational institutions. The research results are trans-ferred to ZAO «Dose-agro», LLC «VMTECH», introduced at farms of Kirov and Nizhny Novgorod regions, are used in the educational process in engineering faculties of Nizhny Novgorod state engineering-economic University and Vyatka state agricultural Academy in the training of specialists of higher and middle managers. The novelty of technical solutions is confirmed by 10 patents of the Russian Federation for inventions and useful models.
Conclusion. The solution of scientific problems announced in the work, has important economic value, the implementation of which makes a significant contribution to the acceleration of scientific and technological progress and economic development of the country.
Keywords: crusher grain, livestock, milling, root crops, constructive-technological scheme, feeding, preparing feed machines, scientific value, patent, pneumo separation, the practical significance of agricultural production, mixer, theory of similarity, the ejector, the energy intensity.
Введение
Главная задача, стоящая перед отечественными производителями сельхозпродукции, заключается в стабильном обеспечении продовольственной безопасности страны. В сельскохозяйственном производстве Нижегородской области более 60 % удельного веса в общем объеме всей реализованной продукции приходится на отрасль животноводства, а особое место уделяется малым формам хозяйствования [1]. Этот сектор получает государственную поддержку как на федеральном, так и областном уровне. При этом, как отмечает министерство, повышение производительности труда невозможно без применения современных достижений науки и внедрения передовых технологий и высокоэффективных комплексов машин и оборудования с научно обоснованными конструкционными и технологическими параметрами.
Научно обосновано, что главными факторами, влияющими на продуктивный потенциал животных, являются: структура кормовой базы хозяйства, качество кормов и способы их скармливания [2, с. 22; 3, с. 18], а также механизация всех производственных процессов. Главное место при этом отводится процессам кормоприготовления и кормления животных. Доказано, что приготовление комбикормов в условиях хозяйства снижает себестоимость кормов, а также позволяет сбалансировать их по питательной ценности с учетом кормовой базы. А так как потенциал кормовой базы малых фермерских хозяйств относительно невысок [4, с. 46], то некоторые сельхозпроизводители, стремясь снизить затраты на производство продукции, применяют ферментированные корма, используя бактериальные концентраты и заквасочные культуры [5, с. 209; 6, с. 48; 7, с. 14; 8, с. 32; 9, с. 208; 10, с. 25;11, с. 140; 12, с. 2108; 13, с. 15]. Но на сегодняшний день отсутствуют универсальные комплексы машин (особенно малой и средней производительности), предназначенные для одновременного приготовления различных видов кормов. Поэтому создание универсального оборудования, предназначенного для приготовления как традиционных сухих сыпучих, влажных рассыпных, полнорационных, так и получения современных синтезированных кормов, является на сегодняшний день актуальной задачей.
Материалы и методы
Исследования рабочего процесса как кормо-приготовительного комплекса в целом, так и от-
дельных машин, входящих в его состав, проводили в лабораториях Вятской ГСХА и Нижегородского государственного инженерно-экономического университета в период с 2007 по 2016 гг. При проведении исследований применялось современное измерительное и аналитическое оборудование, использовались разработанные основоположниками теорий и расчета сельскохозяйственных машин [14, с. 182; 15, с. 11] научные методы и частные методики, разработанные сотрудниками учебных заведений [16, с. 78; 17, с. 68; 18, с. 71; 19, с. 64]. При определении оптимальных режимов и параметров работы агрегата и его отдельных элементов применялись методы активного эксперимента [20, с. 103; 21, с. 317; 22, с. 32; 23, с. 75], а компромиссную задачу решали с помощью наложения двумерных сечений поверхностей откликов, построенных на основании полученных в результате обработки экспериментальных данных моделей регрессий.
Результаты
Одним из основных компонентов полнорационных кормов являются концкорма. В процессе анализа рынка кормоприготовительных машин и научных разработок был рассмотрен ряд технических решений, заложенных в основу конструкционно-технологической схемы комбикормового агрегата [16, с. 73]. Подача и перемещение материала в предлагаемом изобретении осуществляется за счет разряжения воздуха, создаваемого ротором-вентилятором дробилки зерна. Непосредственная подача материала осуществляется через подающее устройство - эжектор. Далее зерно подается по всасывающему пневмопроводу в дробилку, где происходит его измельчение, и измельченный продукт подается в смеситель через нагнетательный пневмопровод.
Эжектор является частью всей пневмотранс-портной сети, по которой движется воздушно-продуктовый поток, и его конструкция существенно влияет на гидравлические сопротивления. Поэтому с целью повышения производительности кормопри-готовительной установки за счет снижения общего сопротивления пневмосистемы движению воздушно-продуктового потока проведено его усовершенствование, изучение конструкции и рабочего процесса. В результате проведенного анализа работы загрузочного устройства обоснованы его парамет-
ры, влияющие на производительность кормоприго-товительной установки:
(
Qs ^
р • к-ж-
М
Л
(2r + H • sin \ • cos \) •
• к • H • sin \ +
AP2
#2
(1)
где - потери давления, зависящие от конструкции эжекторов; Лр2 - потери давления, зависящие от сопротивления зернового слоя; £] - коэффициент сопротивления, зависящий от конструкции эжекторов; £2 - коэффициент сопротивления зернового слоя; р - плотность рабочего газа; к - коэффициент концентрации зерна; г - радиус внутреннего патрубка эжектора; Н - расстояние от кромки внутреннего патрубка до кромки диффузора; у - угол диффузора; г; - радиус диффузора.
В результате проведения экспериментов получена модель регрессии, которая подтверждает правильность теоретических расчетов и характеризует влияние параметров эжектора на производительность комбикормового агрегата: й = 1540 + 639,5х1х2 -196,9x2 + 304,4х3 - 265,1х32 + 190,4х22. (2)
где х; - площадь кольцевого зазора, обусловленная размерами г и Н; х2 - угол диффузора; х3 - диаметр диффузора.
Проанализировав полученные аналитические и опытные данные, получили оптимальные значения параметров эжектора: диаметр входного отверстия диффузора 100 мм, угол диффузора 30° и площадь кольцевого зазора 56 см2. Проведенные в СХПК «им. Кирова» Оричевского района Кировской области производственные испытания показали, что при использовании предложенного эжектора с установ-леннымиоптимальными значениями его параметров производительность агрегата выросла на 15 %.
Разряжение воздуха, посредством которого зерновой материал подается эжектором в дробилку, создается входящим в состав МКА вентилятором. С целью снижения энергопотребления и повышения ресурса с сохранением требуемого качества готового продукта была разработана дробилка зерна с совмещенными в один узел ротором и вентилятором [17, с. 60]. Объединение в одном узле этих двух элементов позволило уменьшить габариты и металлоемкость дробилки. Для создания наилучших условий прохождения измельченного продукта через решето, повышения ресурса лопаток ротора-вентилятора найдена их оптимальная форма. При этом усилие давления зерновки на лопатку, а также ее скоростные характеристики определяли по выведенному уравнению:
<Р =
— [ - g-cos (W+ £>)- — / +
Рк
G3 ГА COS р I ,
гДе— = — ф1 р + g sin (cot + q>) + 1 фрт —а>2гл sinq> — a>2p. m
Исследования рабочего процесса разработанной дробилки зерна с ротором-вентилятором позволили получить математические зависимости: ^ = 1,94 + 0,79 • х4 + 0,96 • х +1,24 • х2 -1,22 • х • X; (4) Л = 3,058 + 0,463• х -0,311 х6 + 0,3^х4 • X -0,406• х52; (5) dcp = 1,37 + 0,097 • х + 0,41 • х6 + 0,14 • х4 • х + 0,41 • х|; (6) m = 0,198 - 0,149 • х + 0,27 • х6 - 0,083^ х4 • X + 0,094 • х52 + 0,157 • х\\(7) m = 0,51 + 0,40• х -0,27• х + 0,365• х2 + 0,221 х52; (8) m = 4,578-3,74^ х + 7,84• х -4,13^х • х + 4,13х • х + 6,38^х2. (9)
(3)
где х4 - частота вращения ротора-вентилятора; Х5 -радиус кривизны лопаток; х6 - диаметр отверстий решета; - удельные энергозатраты; X - степень измельчения; ёср - средний размер измельченных частиц; т; — количество целых зёрен; т2 — количество пылевидной фракции; т3 — остаток на сите с отверстиями диаметром 3 мм.
В результате анализа моделей (3-9) определены оптимальные конструкционные и технологические параметры разработанной дробилки: частота вращения ротора-вентилятора 3 000 мин-1; радиус закругления лопатки 45 мм; диаметр отверстий решета 3 мм. По результатам производственной проверки, которая проходила в ЗАО «Покровская слобода» Нижегородской области, выявлено, что качество измельченного зерна соответствовало зоотехническим требованиям для всех групп сельскохозяйственных животных: остаток на сите диаметром 3 мм не превышал 5 %, количество целых зерен менее 0,5 %, содержание пылевидной фракции не более 0,54 %. Удельные энергозатраты составили
, - кВт • ч г г
1,3 -, а пропускная способность дробил-
т • ед.стизм.
ки - 250...300 кг/ч при установленной мощности 1,5 кВт.
На качество концентрированных кормов влияет состояние фуражного зерна, его засоренность. Как показала практика, при подаче зернового материала посредством разрежения в камеру дробилки наряду с зерном воздушным потоком увлекаются и примеси. Наличие посторонних включений в зернофураже отрицательно сказывается не только на качестве готового корма, но и на ресурсе рабочих органов дробилки. Поэтому, основываясь на анализе конструкций машин для очистки зерна, был разработан пневмосепаратор, обусловливающий очистку зернового материала с выделением из него крупных, мелких и металломагнитных включений [16, с. 72]. В результате анализа его рабочего процесса получена теоретическая зависимость для определения необходимой длины ячейки, через которую проходили бы мелкие примеси:
2
1 = 2
где vx - скорость частицы вдоль оси x; ax, ay - ускорение частицы вдоль осей x и у соответственно; d -диаметр частицы; h - толщина сепарирующей решетки.
С помощью зависимости (10), задаваясь длиной ячейки, можно определить процент проходящих сквозь ячейки сепарирующей решетки мелких сорных примесей.
В результате анализа экспериментальных данных получены модели регрессии, позволяющие оценить качество работы сепаратора при очистке фуражного зерна от мелких и крупных примесей: у = 49,07 + 4,8х7 + 8,53^ -5,6х72 - 1,1х7х -5,2x2. (П)
у2 = 83,75-4,375х9 + 5,0х10 + 9,375хп.
(12)
где x7 - радиус сепарирующей решетки; x8 - длина отверстия сепарирующей решетки; x9 - площадь перфорации днища осадительной камеры крупных примесей; x10 - средняя масса крупных минеральных примесей; x11 - глубина осадительной камеры для крупных примесей; у1 - среднее количество выделенных мелких примесей; у2 - среднее количество выделенных крупных примесей.
Методами анализа регрессионных моделей определены оптимальные значения параметров пнев-мосепаратора, при которых наблюдается наибольшая эффективность его работы: площадь перфорации днища камеры крупных примесей 570 мм2, глубина камеры крупных примесей 140 мм, радиус сепарирующей решетки 190 мм, длина отверстий сепарирующей решетки 26 мм. При данных значениях параметров эффективность выделения крупных минеральных примесей составляла 100 %, мелких минеральных - 56 %.
Необходимым компонентом полнорационных кормов являются корнеклубнеплоды, обладающие по сравнению с другими кормами не только высокой урожайностью и высокой удельной объемной энергией, но и хорошей усваиваемостью и способностью повышать поедаемость животными всей смеси. Перед скармливанием животным корнеплоды предварительно подготавливают: очищают, измельчают, запаривают. Процесс измельчения является наиболее сложным и энергозатратным. А как показал анализ существующих измельчителей корнеплодов, они отличаются большой энергоемкостью, сложностью конструкции, относительно низкой производительностью, неспособностью разрезать корнеплоды на ломтики, несвоевременным выводом измельченного продукта, что приводит к переизмельчению плодов. В зависимости от обрабатываемых кормов, их назначения, технологии приготовления, вида сельскохо-
зяйственных животных применяют разные способы измельчения [24, с. 30; 25, с. 31]. На основании анализа конструкций измельчителей корнеклубнеплодов, научно-технической литературы, посвященной их измельчению, разработан измельчитель, режущий корнеплоды ломтиками с минимальными энергозатратами и соковыделением. Конструктивные параметры предложенной установки рассчитывались на основании выражения:
-( ^Ао А- 2 А», 2ЙА
х т ч—у- + 2тсо —х — а> тх = —mg —— — тд +та> -, (13)
\ г ) г г г \ ;
где m - масса клубня; Jzc - момент инерции клубня относительно вертикальной оси; г - радиус лезвия; ш - угловая скорость ножа; g - ускорение свободного падения; А - коэффициент сопротивления качения клубня по лезвию; R - расстояние от оси вращения до оси X; Авер - коэффициент трения верчения о поверхность диска.
На основании выражения (13) определялись приблизительные значения основных конструкционных и технологических характеристик измельчителя, а методами планирования эксперимента проводилось их уточнение на основании полученных регрессионных моделей:
Q = -2211,9 + 1625,6-N + 165,7-V -196,5-N -61,2-Ы-Ур; (14)
Э = 1358 - 619,1-N - 74,7 V - 6,7-у + 43,6-N + 26,9-Ы-Ур + 3,3-Ы- у; (15)
0 = 217,8 - 39,8-N - 25-V - 2,4-у + 9,95-N + 0,9-V -у-0,08-у2. (16)
,
где N - количество горизонтальных ножей; Vр -скорость резания; у - угол резания горизонтальных ножей.
В результате исследования рабочего процесса измельчителя корнеклубнеплодов получены оптимальные значения его параметров (таблица 1).
Таблица 1 - Оптимальные значения параметров измельчителя корнеклубнеплодов
Вид животных Оптимальное значение параметра измельчителя
количество горизонтальных ножей, шт. скорость резания, м/с угол резания горизонтальных ножей, град
Свиньи 2 12 25
КРС 2 11 31
Завершающей стадией приготовления кормов является смешивание всех компонентов [26, с. 36; 27, с. 22]. При этом важно их равномерное распределение по всему объему смеси с целью обеспечения одинаковой питательности. Однако выдержать необходимые требования при создании полнорационных кормов довольно сложно. Опираясь на результаты анализа патентной литературы, конструкций смесителей отечественного и зарубежного производства, результатов научных исследований был разработан смеситель-ферментатор с комбинированным смешивающим узлом, позволяющий сме-
шивать компоненты корма с меньшими, чем у прототипа, энергозатратами. Эффективность его работы можно рассчитать по полученным экспериментальным путем моделям регрессии: у3 = 3,2 + 4,56х13 + 1,16х14 - 6х12 + 16,564 + 3,38х13х14 (17) -2,2х12х13 - 7,14x2 +1,15^2^4 + 13,09x2, у = 0,37 + 0,02х13 + 0,09х14 + 0,12х12 -0,01x2 - (18)
-0,0003х13х14 + + 0,01х12х13 -0,06x2 + 0,04х12х14 + 0,01x2, где у3 и у4 - соответственно неоднородность качества смеси и удельные энергозатраты; x12 - время смешивания; x13 - длина лопаток смешивающего узла; x14 - частота вращения смешивающего узла.
Эксперименты по смешиванию различных видов кормов на лабораторном образце смесителя позволили определить его оптимальные параметры: угол геликоида шнеков 50°, высота витков внешнего и внутреннего шнеков 50 мм и 75 мм соответственно, шаг витков внешнего и внутреннего шнеков - 105 и 135 мм, длина лопаток 32 мм. В случае с перемешиванием сыпучих кормов требуемая частота вращения смешивающего узла должна составлять 45 мин-1, время смешивания \ = 70...100 с, влажных - п = 30 мин-1 и 1 = 110 с.
Разработанный смеситель-ферментатор может готовить не только традиционные корма, но и богатые белком ферментированные.Для этого в его конструкции предусмотрена система поддержания заданной температуры питательной среды, изменение
которой описывается зависимостью:
Т = Т 2
у/г- с
(19)
где:
У0 = +
(к + к
к Р 180кг2 1(360-Р)лЬ
360 -Р (360 -Р) Ь ^ с,
к^.т-р + р+ ^1+
(к + ) 180
к2 (к + к)
180 Ь ] с.
кр 180к„ г 2
Рк,
360 -Р (360 -Р)Ь J 180т„„ с
(к +к) I -с (360 -Р)л Ь
к^к,
360-Р , Р к,-г2 --— + к, - —4—-
лЬ
Рк,
ч(к+к2 ) 1 80 3 1 80 ь ^^с 3 i. (.к +к))т*.■ с где k2 , ^ , k4 - коэффициенты теплопередачи,
Вт гт! Тг
——; Т 3 - температура окружающего воздуха, К;
м -К
Т2нач - начальная температура питательной среды, К; г - время нагрева, ч; Р - мощность нагревательного элемента, Вт; mnс.- масса корма, кг; сп.с- теп-Дж ,
лоемкость корма,
кг-К
360 - в - угол обхвата бун-
кера смесителя-ферментатора нагревательным элементом, град; гь L - соответственно диаметр и длина бункера смесителя-ферментатора, м.
Экспериментальную проверку правильности проведенных вычислений проводили на лабораторном образце смесителя-ферментатора. В итоге выявлено, что наиболее интенсивный рост темпера-
турного напора наблюдается при 50 % заполнении бункера и угле обхвата тепловым элементом 90°. С увеличением угла обхвата время роста температурного напора увеличивается. При 50 и 100 % заполнении бункера характер поведения температурного напора не меняется для случаев, соответствующих углам обхвата бункера тепловой лентой 90 и 180°. Однако с увеличением угла обхвата до 360° время нагрева увеличивается в 1,4 раза. Увеличение угла обхвата бункера тепловой лентой приводило к увеличению времени нагрева. Это объясняется тем, что, во-первых, при снижении угла обхвата теплота, создаваемая лентой, тратится на нагрев стенки меньшей площади в то время как при максимальном угле обхвата бункера необходимо прогреть большую площадь стенки и лишь после этого теплота передается питательной среде. Во-вторых, как известно, вещество с более высокой температурой имеет меньшую плотность. Поэтому со снижением угла обхвата бункера тепловой лентой вся теплота концентрируется в нижней части емкости, что улучшает условия теплообмена в кормовой смеси. В-третьих, если снижать уровень заполнения бункера, то в нём будет увеличиваться количество воздуха, что совместно с увеличением угла обхвата бункера приведет к ухудшению теплообмена, поскольку воздух имеет низкие показатели теплопередачи.
Наибольшее энергопотребление наблюдалось в первые полчаса работы установки. Это связано с установлением рабочего режима нагревательной ленты. Наибольшие удельные энергозатраты наблюдались при 50 % заполнении емкости. Выявлено, что минимальные удельные энергозатраты, затрачиваемые на нагрев питательной среды, наблюдаются в случае 100 % заполнения бункера при угле обхвата тепловым элементом 90 или 180 °.
Обсуждение
Используя полученные зависимости, методами теории подобия можно рассчитать отдельные машины предлагаемого комбикормового агрегата. Так, например, смеситель емкостью 3 м3 будет иметь следующие характеристики: длина смесителя 2 м; внешний диаметр лопаток смешивающего узла 1 480 мм; диаметр внешнего шнека 962 мм; диаметр внутреннего шнека 555 мм; высота лопаток 111 мм; высота витков спиралей внешнего шнека 285 мм; высота витков спиралей внутреннего шнека 278 мм; длина лопаток 119 мм; угол конуса косого геликоида спиралей шнека 50°; шаг витков соответственно внешнего и внутреннего шнеков 389 мм и 500 мм; частота вращения смешивающего органа при смешивании влажных кормов 63 мин-1, сухих сыпучих - 55 мин-1; мощность двигателя 8,7 кВт.
Научная и практическая значимость результатов исследований заключается в том, что:
Ь
ь
1
- полученные аналитические зависимости применимы при создании новых конструктивно-технологических схем элементов комбикормовых агрегатов (дробилок зерна, эжекторов и пневмосе-параторов, смесителей) и могут быть использованы в проектно-конструкторских, научно-исследовательских и учебных заведениях;
- результаты исследований переданы в ЗАО «Доза-Агро», ООО «ВМТЕХ», внедрены в хозяйствах Кировской и Нижегородской областей, используются в учебном процессе на инженерных факультетах Нижегородского государственного инженерно-экономического университета и Вятской государственной сельскохозяйственной академии при подготовке специалистов высшего и среднего звена;
- новизна технических решений подтверждена 10 патентами РФ на изобретения и полезные модели.
Заключение
Таким образом, решение научной проблемы, озвученной в работе, имеет важное народнохозяйственное значение, внедрение которой вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса и развития экономики страны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Министерство сельского хозяйства Нижегородской области [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mcx-nnov.ru/mal_form_hoz (дата обращения: 12.11.2016).
2. Мошкина С. В., Козлов А. С. Научное обоснование кормления высокопродуктивного молочного скота // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2010. Т. 23. № 2. С. 22-24.
3. Козлов А. С., Мошкина С. В., Дедко-ва А. А., Козлов И. А. Оптимизация структуры кормовой базы и организация полноценного кормления выскопродуктивных животных в молочном скотоводстве // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2009. Т. 17. № 2. С. 18.
4. Бец А. К. Механизация приготовления кормов на малых фермах // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2003. № 1 (9). С. 46-48.
5. Захарова Д. Г., Зотеев В. С. Эффективность введения сухой пивной дробины в комбикорма для молодняка коз // Вклад молодых ученых в аграрную науку. Материалы международной научно-практической конференции. Самарская государственная сельскохозяйственная академия. 2016. С. 209-210.
6. Захарова А. С., Козубаева Л. А., Колесни-ченко М. Н., Покрышкина Е. А. Приготовление ржаных заквасок с соком жимолости // Хлебопродукты. 2014. № 10. С. 48-49.
7. Косолапов В. М., Бондарев В. А., Клименко В. П. Применение биологических препаратов для
приготовления объемистых кормов из высокопротеиновых бобовых трав // Аграрная наука. 2009. № 6. С. 14-17.
8. Петров С. М., Филатов С. Л., Пивнова Е. П., Шибанов В. М. К вопросу о способах утилизации пивной дробины // Пиво и напитки. 2014. № 6. С.32-37.
9. Ромалийский В. С. Приготовление углеводно-белковых кормов посредством биоферментации вторичных растительных отходов АПК // Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 4 (19). С. 208-217.
10. Свириденко Г. М. Бактериальные концентраты: способы применения при производстве ферментированных молочных продуктов // Молочная промышленность. 2015. № 6. С. 25-28.
11. Коновалов В. В., Чупшев А. В., Терюш-ков В. П., Чириков А. П. Обоснование рациональных параметров устройства измельчения кормов скалывающего типа // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015. № 2 (24). С. 140-145.
12. Фролов В. Ю., Сысоев Д. П., Сергун-цов А. С. К анализу технологических и технических средств процесса приготовления высококачественных кормов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 101. С. 2108-2120.
13. Фролов В. Ю., Сысоев Д. П., Сарбато-ва Н. Ю., Марченко А. Ю. Ресурсосберегающие технологии приготовления и раздачи кормов на животноводческих фермах малых форм хозяйствования // Техника и оборудование для села. 2013. № 3 (189). С. 15-19.
14. Сыроватка В. И. Научные достижения по механизации приготовления кормов // Вестник ВИЭСХ. 2005. № 1. С. 182-191.
15. Сысуев В. А., Алешкин А. В., Савиных П. А. Кормоприготовительные машины. Теория, разработка, эксперимент. В 2-х томах. Киров : Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2008. Т. 1. 640 с.
16. Булатов С. Ю. Повышение эффективности рабочего процесса малогабаритного комбикормового агрегата путём совершенствования системы загрузки и очистки фуражного зерна. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого. Киров. 2011.
17. Нечаев В. Н. Повышение эффективности рабочего процесса ротора-вентилятора молотковой дробилки зерна закрытого типа. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук // Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого. Киров. 2013.
18. Солонщиков П. Н. Совершенствование конструкции и оптимизация параметров установки для приготовления жидких кормовых смесей на базе лопастного насоса. Диссертация ... кандидата технических наук: 05.20.01 / Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого. Киров. 2013.
19. Фуфачев В. С. Повышение эффективности функционирования комбикормового агрегата путем совершенствования технологического процесса и рабочих органов дозатора. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого. Киров. 2009.
20. Губин В. И., Осташков В. Н. Статистические методы обработки экспериментальных данных : Учеб. пособие для студентов технических вузов. Тюмень : Изд-во «ТюмГНГУ». 2007. 202 с.
21. Наследов А. Д. Профессиональный статистический анализ данных. СПб. : Питер, 2008. 416 с.
22. Семин В. А., Семина С. М. Основы получения и обработки экспериментальных данных : учебно-методическое пособие. Тула : Изд-во ТулГУ, 2013. 68 с.
23. Федоров В. Г., Плесконис А. К. Планирование и реализация эксперимента в пищевой промышленности. М. : Пищевая промышленность. 1980. 240 с.
24. Шуханов С. Н., Болоев П А., Ковалив-нич В. Д., Доржиев А. С. Модернизация технических средств для измельчения корнеклубнеплодов // Аграрная наука, 2015. № 5. С. 30-31.
25. Шуханов С. Н., Коваливнич В. Д., Доржи-ев А. С. Обзор современных конструкций измельчителей корнеклубнеплодов как основа для создания более совершенных машин // Аграрная наука. 2016. № 1. С. 31-32.
26. Мохнаткин В. Г., Филинков А. С., Солон-щиков П. Н. Параметрические испытания устройства ввода и смешивания сыпучих компонентов с жидкостью // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2013. № 9. С. 36-37.
27. Мохнаткин В. Г., Шулятьев В. Н., Филин-ков А. С., Солонщиков П. Н., Обласов А. Н., Юдни-ков Н. Н. Совершенствование устройства смешивания сыпучих компонентов с жидкостью // Пермский аграрный вестник. 2013. № 1. С. 22-28.
REFERENCES
1. Ministerstvo selskogo hozyaistva Nizhego-rodskoi oblasti (The Ministry of agriculture of the Nizhny Novgorod region) [Electronic resourse]. Rezhim dostupa: http://www.mcx-
nnov.ru/mal_form_hoz (date of access: 12.11.2016).
2. Moshkina S. V., Kozlov A. S. Nauchnoe obos-novanie kormleiya vysokoproduktivnogo molochnogo skota (Scientific research of feeding of cattle), Vestik Orlovskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2010, Vol. 23, No. 2, pp. 22-24.
3. Kozlov A. S., Moshkina S. V., Dedkova A. A., Kozlov I. A. Optomizatsiya struktury kormovoi bazy i organizatsiya polnotsennogo kormleniya vysokop-roduktivnah zhivotnyh v molochnom ckotovodstve (Optimization of feeding base structure and organization of the good feeding of the high productive animals in the diary), Vestik Orlovskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2009, Vol. 17, No. 2, pp. 18.
4. Bets A. K. Mehanizatsiya prigotovleniya kormov na malyh fermah (The mechanization of feed preparation on small farms), Vestnik Altaskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2003, No. 1 (9). pp.46-48.
5. Zaharova D. G., Zoteev V. S. Effektivnost vvedeniya suhoi pivnoi drobiny v kombikorma dlya molodnyaka koz (The effectiveness of the introduction of dry beer pellet in the feed for young goats), Vklad molodyh uchenyh v agrarnuu nauku. Materialy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. Samarskaya gosudarstvennaya selskohozyaistvennaya akademiya, 2016, pp. 209-210.
6. Zaharova A. S., Kozubaeva L. A., Kole-snichenko V. N., Pokryshkina E. A. Prigotovlenie rzhanyh zakvasok s sokom zhimolosti (The preparation of rye sourdough with the juice of honeysuckle), Hleboprodukty, 2014, No.10, pp. 48-49.
7. Kosolapov V. M., Bondarev V. A., Klimen-ko V. P. Primenenie biologicheskih preperatov dlya prigotovleniya obemistyh kormov iz vysokoproteino-vyh bobovyh trav (The application of biological products for the preparation of forage of high protein legumes), Agrarnaya nauka, 2009, No. 6, pp. 14-17.
8. Petrov S. M., Filatov S. L., Pivnova E. P., Shi-banov V. M. K voprosy o sposobah utilizatsii pivnoi drobiny (To the question about recycling spent grain), Pivo I napitki, 2014, No. 6, pp. 32-37.
9. Romaliiskii V. S. Prigotovlenie uglevodno-belkovyh kormov posredstvom biofermentatsii vto-rychnyh rastitelnyh othodov APK (Preparation of carbohydrate-protein feed by bio fermentation, secondary plant agricultural waste), Innovacii v sel'skom hozjajst-ve, 2016, No. 4 (19), pp. 208-217.
10. Sviridenko G. M. Bakterialnye kontsentraty: sposoby primeneniya pri proizvodstve fermentirovann-yh molochnyh produktov (Bacterial concentrates: methods of application in the production of fermented dairy products). Molochnaya promyshlennost\ 2015, No. 6, pp. 25-28.
11. Konovalov V. V., Chupshev A. V., Terushkov V. P., Chirikov A. P. Obosnovanie ratsion-
alnyh parametrov ustroistva izmelcheniya kormov skla-dyvaushchego tipa (Substantiation of rational parameters of the device grinding feed shear type). XXI vek: itogi proshlogo i problem nastoyashcego plus, 2015, No. 2 (24), pp. 140-145.
12. Frolov V. Yu., Sysoev D. P., Sergunt-sov A. S. K analizu tehnologicheskih i techicheskih sredstv protsessa prigotvleniya vysokokachestvennyh kormov (The analysis of the technological and technical means of the process of preparation of high-quality feed). Polimaticheskiy setevoi elektronyi nauchnyi zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo uni-versiteta, 2014, No. 101, pp. 2108-2120.
13. Frolov V. Yu., Sysoev D. P., Sarbato-va N. Yu., Marchenko A. Yu. Resursosberegaushchie tehnologii prigotovleniya i razdachi kormov na zhivotnovodcheskih fermah malyh form hozyaistvo-vaniya (Resource-saving technologies of preparation and distribution of forages on livestock farms small farms), Tehnika i oborudovanie dlya sela, 2013, No. 3 (189), pp. 15-19.
14. Syrovatka V. I. Nauchnye dostizheniya po mehanizatsii prigotovleniya kormov (Scientific advances in the mechanization of feed preparation), Vestnik VIESH, 2005, No. 1. pp. 182-191.
15. Sysuev V. A., Alyoshkin A. V., Savi-nyh P. A. Kormoprigotovitelnye machiny (Food prep machines), Teoriya, razrabotka, eksperiment, V 2 tomah. Kirov, Zonalnyi NIISH Severo-Vostoka, 2008, V. 1, 640 p.
16. Bulatov S. Yu. Povysheie effektivosti rabochego protsessa malogabaritnogo kombikor-movogo agrega-ta putem sovershenstovaniya sistemy zagruzki i ochistki furazhnogo zerna (Increase workflow efficiency small feed mill unit by improving the system load and cleaning of fodder grain), Dissertatsiya na soiskanie uchenoi stepeni kandidata tehnicheskih nauk, Zonalnyi NIISH Severo-Vostoka imeni N. V. Rudnitskogo, Kirov, 2011.
17. Nechaev V. N. Povyshenie effektivnnovti rabochego protsessa rotora-ventilyatora molotkovoi drobilki zerna zakrytogo tipa (Improving the effi-ciency of the working process of the rotor-fan hammer mill grain closed), Dissertatsiya na soiskanie uchenoi stepeni kandidata tehnicheskih nauk, Zonalnyi NIISH Severo-Vostoka imeni N. V. Rudnitskogo, Kirov, 2013.
18. Solonshchikov P. N. Sovershenstvovanie kon-struktsii i optimizatsii parametrov ustanovki dlya prigotovleiya zhidkih kormovyh smesei na base lopast-nogo nasosa (Improving the design and optimisation of the installation parameters for the preparation of liquid feed mixtures on the basis of vane pump). Dissertatsiya kandidata nauk: 05.20.01, Zonalnyi NIISH Severo-Vostoka imeni N. V. Rudnitskogo, Kirov, 2013.
19. Fufachev V. S. Povyshenie effektivnosti funktsionirovaniya kombikormovogo agregata putem sovershenstvovaniya tehnologicheskogo protsessa i rabochih organov dozatora (The efficiency of a feed Assembly by improving the process and working bod-i e s of the dispenser). Dissertatsiya na soiskanie uchenoi stepeni kandidata tehnicheskih nauk, Zonalnyi NIISH Severo-Vostoka imeni N. V. Rudnitskogo, Kirov, 2013.
20. Gubin V. I., Ostashkov V. N. Statisticheskie metody obrabotki eksperimentalnyh dannyh (Statistical methods of experimental data processing), Uchebnoe posobie dlya studentov technicheskih vuzov, Tumen, Izd-vo «TumGNGU», 2007, 202 p.
21. Nasledov A. D. Professionalnyi statistich-eskiy analiz (Professional statistical analysis), SPb, Piter, 2008,416 p.
22. Semin V. A., Semina S. M. Osnovy polu-cheniya i obrabotki eksperimentalnyh dannyh (The basics of obtaining and processing experimental data), Uchebno-metodicheskoe posobie, Izd-vo TulGU, 2013. 68 p.
23. Fedorov V. G., Pleskonis A. K. Planirovanie i realizatsiya eksperimenta v pishchevoi promyshlen-nosti (Planning and implementation of the experiment in the food industry), M, Pishchevaya promyshlennost, 1980, 240 p.
24. Shuhanov S. N., Boloev P. A., Dorzhiev A. S. Modernizatsiya tehnicheskih sredstv dlya izmelcheniya korneklubnneplodov (Modernization of technical equipment for grinding root crops), Agrarnaya nauka, 2015, No. 5, pp. 30-31.
25. Shuhanov S. N., Kovalivnich V. D., Dorzhi-ev A. S. Obzor sovremennyh konstruktsyi izmelchitelei korneklubnneplodov kak osnova dlya sozdaniya bole sovershennyh mashin (Overview of modern design of crushers, root crops as a basis for creating more advanced machines), Agrarnaya nauka, 2016, No. 1, pp.31-32.
26. Mohnatkin V. G., Filinkov A. S., Solon-shchikov P. N. Parametricheskie ispytaniya ustroistva vvoda i smeshivaniya sypuchih komponentov s zhidkostyu (Parametric tests of input devices and mixing bulk compo-nents with liquid), Traktory i selsko-hozyaistvennye mashiny, 2013, No. 9, pp. 36-37.
27. Mohnatkin V. G., Shulyafev V. N., Fil-inkov A. S., Solonshchikov P. N., Oblasov A. N., Yudnikov N. N. Sovershenstvovanie ustroistva smeshi-vaniya sypuchih komponentov s zhidkostyu (Improving device mixing bulk components with liquid), Permskiy agrarnyi vestnik, 2013, No. 1, pp. 22-28.
Дата поступления статьи в редакцию 17.11.2016, принята к публикации 10.01.2017.
