CC BY
125
4. Пат. №139850 Российская Федерация, МПК7 А23К1/00. Устройство для измельчения и отжима влаги / В.В. Новиков, И.Л. Орсик, А.Л. Мишанин, А.С. Грецов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА. - № 2013152052/13; заявл. 21.11.13; опубл. 27.04.14, Бюл. № 12.
5. Гурский, Д.А. Вычисления в MathCAD / Д.А. Гурский. - Мн.: Новое знание, 2003. - 814 с.
6. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р.Алешкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.
7. Боровиков, В.П. STATISTICA: статистический анализ и обработка данных в среде Windows / В.П. Боровиков, И.П. Боровиков. -М.: ИИД Филинъ, 1997. - 608 с.
8. Коновалов, В.В. Практикум по обработке результатов научных исследований с помощью ПЭВМ / В.В. Коновалов. - Пенза: ПГСХА, 2003. - 176 с.
9. Новик, Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов / Ф.С. Новик, Я.Б. Ар-сов. - М.: Машиностроение; София: Техника, 1980. - 304 с.
УДК 631.363, УДК 621.646.7
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОЗАТОРА-СМЕСИТЕЛЯ СЫПУЧИХ КОРМОВ
Фролов Николай Владимирович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства»
Чилингарян Нарек Овикович, аспирант кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства»
Мосина Нина Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Математические методы и информационные технологии»
446442, Самарская обл., п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Спортивная, д.10; тел.: 8(84663) 46-3-46. Email: [email protected].
Работа выполнена в рамках гранта «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К»)
Ключевые слова: дозирование, смешивание, производительность, энергоемкость, точность, однородность.
Разработан дозатор-смеситель сыпучих кормов, способный готовить кормосме-си как из целых зерен, так и из дробленых компонентов непосредственно в хозяйстве из собственных зерновых культур. По результатам экспериментальных исследований были определены оптимальные конструктивно-режимные параметры дозатора-смесителя сыпучих кормов.
Введение
В современных условиях при росте численности крестьянских (фермерских) хозяйств появляется необходимость в маломощном оборудовании для механизации производственных процессов животноводства. Больше половины затрат энергии в животноводстве приходится на корма. Перед использованием корма его необходимо из-
мельчать или проводить термообработку [1], а для удовлетворения потребностей животных в питательных веществах нужны комбинированные корма, для приготовления которых используют дозаторы и смесители.
Цель исследования - экспериментальное обоснование конструктивно-режимных параметров дозатора-смесителя сыпучих кормов.
1!
SE IS ESS »1
Si
р и ш IS ;ii H ■ i
са s!
Объекты и методы исследований
В Самарской ГСХА изготовлен экспериментальный образец дозатора-смесителя сыпучих кормов (рис. 1). Дозатор-смеситель состоит из бункера 6 [2], разделенного на секции с помощью одной неподвижной 8 и нескольких (количество зависит от рецептуры корма) подвижных 5 перегородок. Ниже бункера закреплен диск 10. В зазоре между бункером 6 и диском 10 находятся скребки 4, приводимые во вращательное движение
—г "
мотором-редуктором 7 через приводной вал 3. Для изменения зазора между диском 10 и бункером 6 предусмотрена манжета 9.
п « "
В нижней части устройства находятся первая воронка с вырезами 11 и вторая воронка 1, между воронками с помощью растяжек закреплен разбрасыватель 2. В горловине второй воронки в шахматном порядке закреплены пластины 12 для более интенсивного
смешивания.
Готовят дозатор-смеситель к работе следующим образом. В соответствии с рецептурой кормосмеси подвижными перегородками 5 настраивают размеры секции. Манжетой 9 регулируют зазор между диском 10 и бункером 6. В соответствующие секции бункера засыпают корма. В условиях производства для обеспечения непрерывной работы дозатора-смесителя, необходимы накопительные емкости, связанные с секциями бункера с помощью спускных труб [3].
Работает дозатор-смеситель следующим образом. Включают привод скребков 4 и привод разбрасывателя 2. Скребки 4 сбрасывают с диска 10 компоненты кормов, которые, попадая на первую воронку 11, разделяются на два потока: один из которых ссыпается через вырезы в первой воронке,
а
б
Рис. 1 - Дозатор-смеситель сыпучих кормов:
а - конструктивно-технологическая схема: 1 - вторая воронка; 2 - разбрасыватель; 3 - приводной вал; 4 - скребок; 5 - подвижная перегородка; 6 - бункер; 7 - мотор-редуктор; 8 - неподвижная перегородка; 9 - манжета; 10 - диск; 11 - первая воронка; 12 - пластины; б - общий вид
а второй через горловину первой воронки попадает на разбрасыватель 2. За счет центробежной силы эти два потока смешиваются. Смесь попадает на вторую воронку 1, и далее в ее горловину, где окончательно смешивается и выгружается.
Программа экспериментальных исследований предусматривала определение зависимости производительности, энергоемкости, точности дозирования и однородности смешивания от конструктивно-режимных параметров дозатора-смесителя сыпучих кормов.
При определении производительности и энергоемкости дозатора-смесителя в качестве плана проведения эксперимента был выбран некомпозиционный план второго порядка Бокса-Бенкина. В соответствии с планом, три фактора варьировали на трех уровнях: высота скребков h = 20, 30 и 40 мм; частота вращения скребков п = 0,1, 0,35 и 0,6 с-1; ширина зоны действия скребков I = 40, 60 и 80 мм.
При определении точности дозирования в качестве плана проведения эксперимента также был выбран план Бокса-Бенкина. По результатам поисковых исследований были определены факторы, оказывающие существенное влияние на точность дозирования. Факторы варьировали на трех уровнях: частота вращения скребков п = 0,1, 0,35 и 0,6 с-1; доля контрольного компонента с = 0,1, 0,2 и 0,3; зазор между скребком и манжетой h = 1, 7 и 13 мм.
з '
При определении однородности смешивания использовали ортогональный центрально-композиционный план второго порядка. Были выбраны уровни варьирования факторов: производительность О = 0,25, 1,25 и 2,25 кг/с; доля контрольного компонента с = 0,1, 0,2 и 0,3.
Экспериментальные исследования проводили в соответствии с общепринятыми и частными методиками [4, 5, 6]. В качестве контрольного компонента использовали зерна ячменя, в качестве наполнителя - просо. Отбор проб осуществляли с транспортера (рис. 2).
Результаты исследований
Обработав результаты эксперимента
Рис. 2 - Транспортер с готовой смесью
методами математической статистики, получили зависимости производительности Q, кг/с, и энергоемкости E, Дж/кг, дозатора-смесителя от его конструктивно-режимных параметров:
Q = 0,3591h - 2,7256и + 0,0059/ + 0,1488/ш + -0,0002/ 2 - 0,6077,
Е = 450,34 - 5,05h - 213,43« - 3,52/ + 0,06h2 + ] + 170,56п 2 + 0 /2./ 2 , (2)
где h - высота скребков, мм; n - частота вращения скребков, с-1; l - ширина зоны действия скребков, мм.
После статической обработки двух-факторных выборок по полученным уравнениям были построены соответствующие поверхности отклика (рис. 3).
Анализ графических зависимостей показал, что с увеличением частоты вращения, высоты и ширины зоны действия скребков производительность дозатора-смесителя увеличивается, вместе с тем наблюдается уменьшение энергоемкости и последующая ее стабилизация.
После обработки результаты эксперимента по определению точности дозирования методами математической статистики было получено уравнение регрессии второго порядка:
а б
Рис. 3 - Поверхности отклика, характеризующие производительность О (а) и энергоемкость дозатора-смесителя Е (б) в зависимости от частоты вращения скребков п, с-1, и ширины зоны действия скребков I, мм:
1 - при высоте скребков h = 20 мм; 2 - при высоте скребков h = 30 мм; 3 - при высоте скребков h = 40 мм
б
Рис. 4 - Зависимость точности дозирования кд от частоты вращения скребков п, с-1, и зазора между скребком и манжетой ^, мм:
з'
а - при доле контрольного компонента с = 0,1; б - при доле контрольного компонента с = 0,2; в - при доле контрольного компонента с = 0,3
а
в
кл = 0,9073 + 0,07127? + 0,3853с +0,0088/?,
-0,2562т?2 - 0,6005с2 -0,0008/г2.
(3)
где с - доля контрольного компонента; hз - зазор между скребком и манжетой, мм.
После статистической обработки двух-факторных выборок построили двухмерные сечения зависимости точности дозирования от конструктивно-режимных параметров дозатора-смесителя (рис. 4).
Из рисунка 4 следует, что:
- при доле контрольного компонента 0,1 наибольшая точность дозирования, равная 98 %, достигается при частоте вращения скребков 0,1...0,2 с-1 и зазоре между скребком и манжетой 5...6 мм;
- при доле контрольного компонента 0,2 наибольшая точность дозирования (98 %) достигается при частоте вращения скребков 0,10...0,33 с-1 и зазоре между скребком и манжетой 2...8 мм;
- при доле контрольного компонента 0,3 наибольшая точность дозирования (99 %) достигается при частоте вращения скребков 0,10...0,32 с-1 и зазоре между скребком и манжетой 2...8 мм.
Следует отметить, что во всех трех случаях при частоте вращения скребков 0,1...0,3 и зазорах между скребком и манжетой 5...6 мм точность дозирования находится выше 97 %, что удовлетворяет зоотехническим требованиям [4].
После обработки данных и раскодирования факторов получено выражение, описывающее зависимость однородности смешивания от производительности и доли контрольного компонента:
ксм = 0,8857 +0,07710 + 0,0948с- 0,0408£2 -
0,0824с'
(4)
где О - производительность, кг/с; с -доля контрольного компонента.
По полученному уравнению была построена поверхность отклика, характеризующая зависимость однородности смешивания от производительности дозатора-смесителя и доли контрольного компонента (рис. 5).
Рис. 5 - Зависимость однородности смешивания ксм от производительности О, кг/с, и доли контрольного компонента с
Из рисунка 5 следует, что однородность смеси повышается с увеличением производительности дозатора-смесителя от 0,25 кг/с до 1 кг/с, дальнейшее увеличение последнего негативно влияет на однородность смеси. С увеличением доли контрольного компонента однородность смеси улучшается.
Для получения кормосмеси, соответствующей зоотехническим требованием, рациональная производительность должна находиться в пределах 0,4...1,5 кг/с.
Выводы
В результате проведенных экспериментальных исследований определены оптимальные конструктивно-режимные параметры дозатора-смесителя сыпучих кормов: частота вращения скребков 25 с-1, высота скребков 30 мм, ширина зоны действия скребков 60 мм, зазор между скребком и манжетой 5 мм. При этом производительность устройства составляет 2...3,5 т/ч и зависит от плотностей компонентов кормов, а энергоемкость смесеобразования составляет 135.160 Дж/кг. Точность дозирования и однородность смешивания находятся на уровне зоотехнических требований (97 % и 93 % соответственно) как при доле контрольного компонента как 0,3, так и 0,1.
Библиографический список
1. Мишанин, А.Л. Повышение эффективности приготовления экструдированно-
го корма с обоснованием параметров матрицы пресс-экструдера : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / А.Л. Мишанин. - Пенза, 2010. - 158 с.
2. Пат. 2490601 Российская Федерация, МПК6 В G 01 F 11/00. Дозатор-смеситель / Н.В. Фролов, Г.С. Мальцев, В.С Мальцев, Н.Н. Мосина, Н.О. Чилингарян; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА. - № 2012100602/28; заявл. 10.01.2012; опубл. 20.08.2013, Бюл. № 23. - 10 с.
3. Чилингарян, Н.О. Загрузка компонентов корма в дозатор-смеситель / Н.О. Чилингарян // Вклад молодых учёных в аграрную науку Самарской области : сборник научных трудов. - Самара : РИЦ СГСХА, 2012. - С. 213 - 216.
4. СТО АИСТ 19.2-2008. Сельскохозяйственная техника. Машины и оборудование для приготовления кормов. Порядок определения функциональных показателей.
- Минск: Минсельхозпрод, 2010. - Введ. 10.12.2010г. - 48 с.
5. НТП-АПК 1.10.16.001-02. Нормы технологического проектирования кормоцехов для животноводческих ферм и комплексов.
- М.: Изд-во стандартов, 2002. - 170 с.
6. НТП-АПК 1.10.16.002-03. Нормы технологического проектирования сельскохозяйственных предприятий по производству комбикормов. - М.: Изд-во стандартов, 2004. - 82 с.
