CC BY
25
References:
1. Mikhlin, V. M. Management of reliability of agricultural machinery / V. M. Mikhlin. - M.: Kolos, 1984. - 335 p.
2. Artobolevsky, I. I. Introduction to the acoustic dynamics of machines / I. I. Artobolevsky, Y. I. Bobrovnitsky, M. D. Genkin. - M.: Nauka, 1979. - 292 p.
3. Yakhin, S. M. The calculation of the bearing ability of vertical shaft of variable rigidity / S. M. Yakhin // Vestnik of Kazan SAU. - 2012. - № 3(25). - P. 96-100.
4. Komarov, V. A. Forecasting of durability of knots of repairing and technological equipment of the agrarian and industrial complexes / V. A. Komarov, A. V. Grigoryev // Materials of GOSNiTi. - 2012. -Volume 110, № 1. - P. 48-49.
5. Machnev, A. V. The influence of kinematics of grain drills drive on the sowing quality / А. V. Machnev // Tekhnika v selskom khozyaistve. - 2010. -№ 4. - P. 41-42.
6. lorish, Yu. I. Vibrometry / Yu. I. lorish. - М.: Nauka, 1963. - 771 p.
7. Vibration processes during the work of transmissions of tractors / А. V. Machnev, V. А. Machnev, V. А. KoMarov, I. М. Zyabirov // Niva Povolzhya. - 2014. -№ 4(33). - P. 91-94.
8. Mikhlin, V. M. The system of maintenance and repairing of agricultural machinery according to the results of diagnosing / V. M. Mikhlin. - M.: Informagrotech, 1995. - 63 p.
9. Machnev, V. A. Fluctuations of cardan transmission / VA. Machnev // Niva Povolzhya. - 2009. -№ 4. - P. 79-81.
10. Machnev, V. A. Parameter for an assessment of the condition of rolling bearings / V. A. Machnev, V. I. Shishkin // Tractors and agricultural machines. - 2001. - № 7. - P. 43.
11. Machnev, V. A. Forecasting of a residual resource according to the results of vibration diagnosing / V. A. Machnev // Niva Povolzhya. - 2012. - № 1. - P. 83-87.
12. Senin, P. V. Increase of reliability of mobile agricultural machinery at its not depersonalized repairing / P. V. Senin. - Saransk: Publishing house of the Mordovian university, 2000. - 124 p.
13. Machnev, V. A. Examining the operation of rolling bearings of transmissions of tractors / V. A. Machnev // Niva Povolzhya. - 2008. - № 4. - P. 53-57.
14. Machnev, A. V. Kinematics of seeds at subsurface broadcast sowing / A. V. Machnev // Agrarian scientific magazine. - 2010. - № 8. - P. 47-48.
15. Machnev, V. A. Substantiation of parameters for the assessment of bearings technical state / V. A. Machnev, A. V. Machnev, V. I. Shishkin // Tekhnika v selskom khozyaistve . - 2004. - № 3. P. 28.
16. Machnev, V. A. The influence of vibrations on wear of bearings / V. A. Machnev // Tractors and agricultural machines. - 2004. - № 3. - 48 p.
УДК 664.732.7
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА
ДИСКОВОЙ ПЛЮЩИЛКИ
М. А. Терёхин, аспирант; В. П. Терюшков, канд. техн. наук, доцент; В. В. Коновалов* доктор техн. наук, профессор; А. В. Чупшев, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», Россия; ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Россия,
e-mail: konovalov-penza@rambler.ru
С целью повышения молочной и мясной продуктивности крупного рогатого скота необходимо изыскивать пути повышения качества кормов, чтобы обеспечить скот высококачественным фуражом. Эффективность применения плющенного зерна на протяжении многих лет является приоритетным направлением кормопроизводства. Поэтому в настоящее время возникает острая необходимость разработки наиболее эффективных технологий подготовки зерновых кормов к скармливанию. В большинстве случаев многие хозяйства, базируясь на опыте зарубежных хозяйств, переходят на производство плющеного зерна, в связи с тем что оно хорошо поедается и усваивается, положительно влияет на продуктивность и здоровье, снижает себестоимость приготовления рациона кормов и продукции животноводства в целом. Авторами предлагается новая технологическая схема конструкции дисковой плющилки кормов с описанием принципа ее работы.
Дается описание конструкции измельчающего устройства дисковой плющилки. Получены аналитические формулы для расчета основных параметров конструкции. Указаны результаты экспериментальных исследований, которые проведены согласно методике и требованиям руководящих документов.
Нива Поволжья № 1 (34) февраль 2015 55
Определены аналитические выражения, позволяющие определить мощность, затрачиваемую на рабочий процесс плющилки. Произведено сравнение опытных и расчетных данных, на основании которого сделаны соответствующие выводы.
Ключевые слова: измельчитель, плющилка, хлопья зерна, производительность плющилки, мощность привода плющилки, параметры плющилки.
Введение.
В пищевой промышленности и сельском хозяйстве широко используется измельченное зерно, в том числе его хлопья. Приготовление хлопьев позволяет улучшить усвояемость питательных веществ, а при термической обработке - ускорить приготовление продукта. В настоящее время в сельском хозяйстве существует большое разнообразие конструкций измельчителей зерна, однако одним из перспективных направлений устройств данного типа является применение плющилок, обеспечивающих почти полное отсутствие образования пылевидной фракции [1-4].
Описание конструкции.
Для измельчения зерна предлагается использовать дисковую плющилку (рис. 1), которая при небольших габаритах рабочего органа позволяет измельчать все основные виды фуражного зерна. Плющилка (рис. 2) состоит из конического 4 и плоского 1 дисков, прижатых пружиной друг к другу. Над горизонтальной линией контакта дисков располагается загрузная воронка 2. Зерна, поступающие из воронки 2, захватываются дисками, раздавливаются и, выходя из междискового пространства, образуют хлопья. Наличие зерновых хлопьев
между дисками образует междисковый зазор 3. Толщина хлопьев, а равно и междисковый зазор регулируются сжатием пружины с помощью регулировочной гайки. Привод обоих дисков осуществляется от одного электродвигателя посредством передач.
Результаты теоретических исследований.
В результате теоретического анализа определены выражения основных конструктивных параметров плющилки и показателей рабочего процесса.
Исходя из условия защемления частицы (0<ф1 [4]; 8 - центральный угол координаты частицы относительно оси вращения, град.; ф1 - угол трения частицы о конус, град.) и начального диаметра частицы сС0 (м), можем выразить минимальный радиус зоны захвата дисков, м:
2- 1-с«'^:: , (1)
где Д - зазор между вальцами, м.
Наибольший центральный угол контакта частицы диаметром ^ с конусом составит при координате точки защемления
вд i = arccos
(2)
Рис. 1. Дисковая плющилка зерна: 1 - ваттметр (в комплекте КИ-505); 2 - частотный преобразователь АВВ; 3 - дисковая плющилка
где ^ - расстояние середины 1-го участка длиной Ц от оси вращения по линии защемления материала, м; у - угол при вершине конического диска, град.
Текущая толщина частицы, м,
й =
1+со
где 8о - наибольший центральный угол координаты частицы с конусом относительно оси вращения, град.; иГ- угловая скорость движения зерновки, рад./с; 1 - текущее время движения зерновки, с.
При этом угловая скорость движения зерновки, рад/с,
(3)
(¿) =
■(4)
Угловая координата частицы относительно линии контакта, град.,
.в = • (5)
Производительность плющилки с гладкими дисковыми рабочими органами определяется, кг/с:
д = (О.р. «#*"■ Д ■ (1 — 51п(р/2)) 1
х 1
■С
~1>
загр,
(6)
где Озагр - производительность устройства загрузки, кг/с; ю - угловая скорость вращения дисков плющилки, рад./с; р - объемная плотность материала (зерновки), кг/м3; Т -коэффициент, учитывающий степень заполнения зоны измельчения; у - угол при вершине конического диска, град.; Рр - наружный рабочий радиус диска плющилки, м.
Коэффициент степени заполнения зоны измельчения Т определялся на основании экспериментальных данных с учетом увеличения толщины хлопьев относительно междискового зазора на 20 % [5-8]:
Т=-0,0000094-п-у+1000-(0,2816-Дх+ +0,00062-п-Дх -0,00059-Дх -Р)+0,000866-п--0,01245-у+0,0000625-у2+0,001529-Р--0,00000016771 -Дх2 -0,00000058-Р2, (7)
где п - частота вращения дисков, мин-1; Дх -толщина хлопьев, мм; Р - усилие сжатия дисков.
Мощность, затрачиваемая на работу плющилки, кроме трения в опорах расходуется на разгон зерна Рр при захвате его дисками, на сжатие между вальцами Рс, трение дисков о частицы материала Рт, преодоление возможных инерционных сил Ри в момент плющения, а также на очистку плющильных дисков Р0 [9-12].
Мощность, затрачиваемая на рабочий процесс плющилки, Вт,
Р=Рр + (Рс + Рт) + Ри + Ра. (8)
Мощность на разгон зерна перед сжатием составит, Вт:
в-в
А-А
13 2 4
Рис■ 2■ Схема загрузки дисковой плющилки зерновым материалом: 1 - плоский диск; 2 - загрузная воронка; 3 - требуемый зазор между дисками; 4 - конусный диск
X
Нива Поволжья № 1 (34) февраль 2015 57
D - rRk(ti,yZt2 - V
^Pi - 2 - £ £
где q¡ - текущее значение производительности плющилки на ¡-м участке длиной Ц при расстоянии ^ от середины ¡-го участка до оси вращения, кг/с;
УЗ - средняя скорость зерна между дисками на ¡-м участке, м/с:
% = Rt ■ « ■ (1 - sm(^/2))
1!
(10)
Мощность, затрачиваемая на сжатие, составит, Вт,
В - Г _ ^ (а(-¿У
где
= 2.(^11 Ъ%(Яг ■ ■ ■ Щ),
при этом
где а, Ь, с - эмпирические коэффициенты напряжений сжатия материала.
Мощность, затрачиваемая на трение частиц о вальцы, Вт, определится как
ûi '
(12)
Дополнительные затраты мощности на разгон частицы между дисками
= ■ оов1 ■ Л; ■ атО/2) ■ й/, (13)
где С1^и£ - ускорение на ¡-м участке:
fliKi =
■ -H ûj'
t) [J?| Sm(tf2)
t)
m"
+
1 -H CDsÇ-S^ + fti' ■ t)
+
fît ■ sinO/2) ■ sm(-Éfût + fci' ■ f)2' ■ fti2
+ (H-cosC-fffft-h«"-E))s +
g, ■ sin(çtr/2) ■ (2 ~ cos(-ggt + &Г ■ Щ + A a-t-cosC-^ + fti'-t))»
■ -t- ы* ■ t)2 ■ w2 +
Rt ■ smQ/2) ■ (2 - cos(-ggt + a£■ Q) + A (1 -H cas{—(?et -t- fti" ■ O)2
Представленные выражения позволяют определить основные показатели работы дисковой плющилки, а их реализация в виде компьютерной модели процесса на основе программы MathCAD дает возможность численного моделирования процесса измельчения зерна. При этом ряд показателей рассчитывается, а для ряда показателей дополнительно строятся графики, позволяющие устанавливать изменение числовых значений данных показателей [12-14].
Результаты экспериментальных исследований.
В процессе численного моделирования плющения зерновки толщиной 3,0 мм минимальный рабочий радиус R дисковой плющилки составил 0,03 м, а угловая координата точки начала контакта частицы с конусами pOi (рис. 3, 4) изменяется от 20° до 12° в зависимости от текущей координаты радиуса места контакта R (i - номер текущего участка) при наружном рабочем радиусе Rp = 0,095 м. При этом характер изменения величины близок к гиперболе [9].
Центральный угол точки начала контакта частицы с конусами 9Oi (рис. 4) также изменяется в интервале значений 12°...20° в зависимости от текущей координаты радиуса места кон-
jSo1.
20
15
10
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Е.. 1
Рис. 3. Зависимость угловой координаты
начала точки контакта р0Л (град.) частицы толщиной 3,0 мм от линейной координаты - радиуса расположения частицы на конусном диске (м)
\ ч
\
Рис. 4. Зависимость угловой координаты точки контакта - центрального угла 80 (град.) от радиуса расположения частицы на конусном диске (м)
Рис. 5. Зависимость интервала изменения текущей толщины частицы Ц (м) от угловой координаты точки контакта - центрального угла вщ (град.) с учетом ¡-го радиуса расположения частицы на конусном диске
Рис. 6. Зависимость угловой скорости движения частицы по конусу (рад/с) в зоне плющения от линейной координаты - радиуса расположения частицы на конусном диске ^ (м)
такта Характер зависимости также близок к гиперболе.
При этом текущая толщина частиц ^ будет зависеть от центрального угла расположения частицы 9щ. При толщине частицы 0,03 м центральный угол изменяется (рис. 4, 5) от 12 до 20°, при толщине частицы 0,02 м - от 8 до 14° (рис. 5); при толщине частицы 0,015 м - от 7 до 11° с учетом радиуса При толщине частицы, равной зазору, угол составит 0°.
Выводы. Изменение геометрических характеристик повлияет и на окружную скорость
движения частицы вокруг конуса в зоне плющения. Так, с ростом радиуса увеличивается и угловая скорость, прирост которой постепенно замедляется.
Числовые расчетные значения производительности плющилки отличаются от опытных значений не более 5 %, значения мощности -не более 8 %.
Таким образом, полученные аналитические выражения позволяют с достаточной точностью производить расчет основных показателей рабочего процесса дисковой плющилки.
Литература
1. Абдюкаева, А. Ф. Оптимизация энергозатрат процесса измельчения зернового сырья /
A. Ф. Абдюкаева, П. И. Огородников // Современные проблемы науки и образования. - 2007. -№ 1. - С. 30-36
2. Коновалов, В. В. Механизация технологических процессов животноводства: учебное пособие / В. В. Коновалов, С. И. Щербаков, В. Ф. Дмитриев. - Пенза: РИО ПГСХА, 2006. - 275 с.
3. Овчинников, А. А. Исследование влияния конструктивно-режимных параметров смесителя на качество кормосмеси / А. А. Овчинников, А. В. Чупшев // Вестник Саратовского госагроунивер-ситета им. Н. И. Вавилова. - 2010. - № 6. - С. 21-23
4. Сыроватка, В. И. Использование высоковлажного зерна в животноводстве / В. И. Сыроват-ка // Труды ГОСНИТИ. - 2007. - Т. 100. - С. 127-131.
5. Сысуев, В. А. Технология двухступенчатого плющения фуражного зерна / В. А. Сысуев, П. А. Савиных, В. А. Казаков // Достижения науки и техники АПК. - 2012. - № 6. - С. 70-72.
6. Дисковая плющилка зерна / В. Ф. Некрашевич, И. В. Воробьева, И. А. Иванова, А. Ф. Сла-биков, Д. А. Епифанцев // Сельский механизатор. - 2009. - № 9. - С. 23.
7. Мухин, В. А. Механизация приготовления кормов./ В. А. Мухин - Саратов: СГСХА, 1994. -186 с.
8. Использование центробежно-ударной мельницы для измельчения зерна / М. Ю. Колобов,
B. Б. Лапшин, А. М. Абалихин, А. М. Баусов // Техника в сельском хозяйстве. - 2008. - № 4. - С. 52-53.
9. Анализ лабораторных исследований дисковой плющилки зерна / М. А. Терехин, В. В. Коновалов, В. П. Терюшков, А. В. Чупшев // Нива Поволжья. - 2014. - № 4 (33). - С.46-50.
10. Руководящий документ. Испытания сельскохозяйственной техники: Машины и оборудование для приготовления кормов: Методы испытаний (РД. 10.19.2.-90) - М., 1990. - 20 с.
11. Гумаров, Г. С. Основы научного исследования и обработки опытных данных на компьютере / Г. С. Гумаров, В. В. Коновалов. - Уральск: Типография ТОО «Полиграфсервис», 2008. - 242 с.
12. Обоснование угла установки емкости и длительности перемешивания сухих смесей барабанным смесителем / В. В. Коновалов, Н. В. Димитриев, С. А. Кшникаткин, А. В. Чупшев // Нива Поволжья. - 2013. - № 1(26). - С. 46-50.
13. Новиков, В. В. Обоснование параметров лопастной мешалки / В. В. Новиков, С. П. Сим-ченкова, В. И. Курдюмов // Вестник Ульяновской ГСХА, - 2011. - № 2(14). - С. 104-108.
14. Нуруллин, Э. Г. Некоторые результаты исследований по определению параметров централизованного дозирования аппаратов / Э. Г. Нуруллин, И. М. Сапахов, И. З. Исламов // Вестник Казанского ГАУ. - 2009. - № 3(13). - С. 147-149.
Нива Поволжья № 1 (34) февраль 2015 59
UDK 664.732.7
ANALYTICAL SUBSTANTIATION OF THE PARAMETERS OF WORKING PROCESS
OF DISK FODDER CONDITIONER
M.A. Teryokhin, postgraduate; VP. Terushkov, candidate of technical sciences, assistant professor;
V.V. Konovalov', doctor of technical sciences, professor;
A.V. Chupshev, candidate of technical sciences, assistant professor;
FSBEE HPT «Penza SAA», Russia;
*FSBEE HPT «Penza state technological university», Russia, e-mail: konovalov-penza@rambler.ru
In order to raise dairy and meat productivity it is necessary to seek the ways of improving the quality of fodder for feeding cattle with high-quality feedstuffs. The effectiveness of disk grain conditioner has been a priority direction in fodder production for many years. Therefore, at present there is an urgent need to develop the most effective technologies of preparation of feed grains for feeding animals. In most cases, many farms, based on the experience of foreign households, move to the production of rolled grain, due to the fact that it is well digested and absorbed, has a positive effect on productivity and health, reduces the cost of preparation of feed and animal products in general. The authors offer a new technological scheme of the construction of the disk grain conditioner for fodder with a description of how it works. The description of the design of flattening device in the disk conditioner is given in the article. The analytical formulae for calculation of the main parameters of the construction have been obtained. The results of experimental studies that are conducted in accordance with the requirements of the legal documents are given in the article. The analytical expressions which help to determine power on the working process of the conditioner were determined. The comparison of experimental and calculation data was made and the conclusions on their basis were made.
Keywords: chopper, conditioner, cereal flakes of grain, productivity of the conditioner, the power of the conditioner drive, parameters of the conditioner.
References:
1. Abdukayeva, A. F. Optimization of energy consumption of the grinding process of grain raw materials / A. F. Abdukayeva, P. I. Ogorodnikov // Modern problems of science and education. - 2007. -No. 1. - P. 30-36
2. Konovalov, V.V. Mechanization of technological processes of livestock: textbook / V. A. Konovalov, S. I. Shcherbakov, V. F. Dmitriyev. - Penza: EPD PSAA, 2006. - 275 p.
3. Ovchinnikov, A. A. Examining the influence of constructive and regime parameters of the mixer on the quality of fodder mixture / A. A. Ovchinnikov, A.V. Chupshev // Vestnik of Saratov SAU in the name of N. I. Vavilov. - 2010. No. 6. - P. 21-23.
4. Syrovatka, V. I. Using highly-wet grain in livestock / V. I. Syrovatka // Papers of the technological research Institute. - 2007. - Volume 100. - P. 127-131.
5. Sysoyev, V. A. Technology two-stage crushing of forage grains / V.A. Sysoyev, P. A. Savinykh, V. A. Kazakov // Achievements of science and technology of agriculture. - 2012. No. 6. - P. 70-72.
6. Disk conditioner of grain / V. F. Nekrashevich, I.V. Vorobyova, I. A. Ivanova, A. F. Slabikov, D. A. Yepifantsev // Selsky mekhanizator. - 2009. No. 9. - 23 p.
7. Mukhin, V. A. Mechanization of fodder preparation./ V. A. Mukhin. - Saratov: SSAA, 1994. - 186 p.
8. The use of a centrifugal impact mill for grinding grain / M. Yu. Kolobov, V. B. Lapshin, A. M. Aba-likhin, A. M. Bausov // Tekhnika v selskom khozyaistve. - 2008. No. 4. - P. 52-53.
9. Analysis of laboratory studies of disk grain conditioner / M. A. Terekhin, V.V. Konovalov, V. P. Terushkov, A. V. Chupshev // Niva Povolzhya. - 2014. - № 4 (33). - P. 46-50.
10. Guidance document. Testing of agricultural machinery: Machines and equipment for fodder preparation: Test methods (EP. 10.19.2.-90) - M., 1990. - 20 p.
11. Gumarov, G. S. Fundamentals of scientific research and processing of experimental data on the computer / G.S. Gumarov, V.V. Konovalov. - Uralsk: Typography LLP "Poligraphservis", 2008. -242 p.
12. Rationale angle, capacity and duration of mixing dry mixes with drum mixer / V.V. Konovalov, N.V. Dmitriyev, S. A. Kshnikatkin, A. V. Chupshev // Niva Povolzhya. - 2013. - № 1(26). - P. 46-50.
13. Novikov, V. V. Substantiation of the parameters of blade mixer / V.V. Novikov, S. P. Simchenk-ova, V. I. Kurdyumov // Vestnik of the Ulyanovsk state agricultural academy. - 2011. -№ 2(14). - P. 104-108.
14. Nurullin, E.G. Some results of studies on the determination of the parameters of centralized rationing devices, E. G. Nurullin, I. M. Sapakhov, I.Z. Islamov // Vestnik of Kazan HAU. - 2009. -№ 3(13). - P. 147-149.
