CC BY
89
ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
УДК 636.085.55
А.С. Алферов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ СУХИХ И ЖИДКИХ КОМПОНЕНТОВ КОМБИКОРМОВ
Ключевые слова: расходная емкость, смеситель, форсунки, процесс смешивания, сухие добавки, жидкие добавки, эмульсия, доза внесения, неоднородность смешивания, энергоемкость.
Введение
С увеличением продуктивности животных повышается требование к однородности кормов. Комбикорм с однородностью смешивания 95% считается отличным, 90%
— хорошим, менее 90% — неприемлемым. Однако далеко не все смесители способны приготовить качественные смеси из сухих и жидких компонентов. Смесители периодического действия имеют преимущество по сравнению непрерывно действующими по качественным показателям готовой смеси, но они более металлоемки и энергоемки. В связи с этим возникла необходимость разработки и обоснования параметров установок непрерывного действия, способных обеспечивать высокое качество смешивания сухих и жидких компонентов комбикормов.
Методика экспериментальных исследований
Для изучения процесса смешивания сухих и жидких компонентов комбикормов была изготовлена лабораторная установка (рис. 1). ^
Из емкости 1, оборудованной датчиками верхнего 2 и нижнего 3 уровней, жидкие компоненты насосом 6 подаются через фильтр 5 и форсунки 13 в смеситель, где они разбрызгиваются и смешиваются с комбикормом. Излишняя жидкость через редукционный клапан 8 направляется обратно в расходную емкость. Сухие компоненты подаются вибрационным дозатором в загрузочное окно смесителя.
Смеситель кормов для смешивания сухих и жидких компонентов включает корпус 14 с крышкой 11, загрузочным окном для сухих компонентов 21 и разгрузочным окном 17. Внутри корпуса 14 смонтированы валы 15 с установленными на них по винтовой линии перемешивающими органами 16. В конце валов и по ходу движения у торцевых стенок смонтированы витки шнека обратной навивки 18.
Форсунки 13 для подачи жидких добавок располагаются вдоль всего вала 15 со стороны загрузочного окна для сухих компонентов и монтируются в крышке 11 смесителя. Перед форсунками на трубопроводе установлены дроссели 12 для выравнивания давления и регулировки производительности форсунок. Трубопроводы для подачи жидкости к форсункам располагаются над крышкой смесителя. Смеситель имеет привод, включающий электродвигатель, ременную передачу, редуктор и шестеренчатую передачу 20.
Исследования выполняли при следующих постоянных факторах: размеры рабочей
камеры; направление вращения валов смесителя; угол установки вильчатых лопастей смешивающих валов составил 45°; температура жидких добавок — 55С°; форсунки — центробежные, рабочее давление в трубопроводе — 0,3 МПа. Исследования проводились в горизонтальном двухвальном смесителе при непрерывном режиме работы.
В рецептуре полнорационных комбикормов основную долю занимают измельченные зерновые компоненты, поэтому в качестве основного компонента (наполнителя) в экспериментах использовали измельченную пшеницу с объемной массой 750 кг/м.
к, Г
Рис. 1. Схема смесителя кормов для смешивания сухих и жидких компонентов:
1 — расходная емкость; 2 — датчик контроля верхнего уровня жидкости;
3 — датчик контроля нижнего уровня жидкости; 4 — вентиль; 5 — фильтр; 6 — насос;
7 — трубопровод; 8 — редукционный клапан; 9 — расходомер; 10 — манометр;
11 — крышка смесителя; 12 — дроссели; 13 — форсунки; 14 — корпус смесителя; 15 — вал; 16 — перемешивающие органы; 17 — разгрузочное окно; 18 — витки шнека обратной навивки; 19 — привод; 20 — шестеренчатая передача; 21 — загрузочное окно
В качестве сухой добавки в основной компонент использовалась предварительно измельченная поваренная соль №С1, которая выбрана потому, что по своим свойствам она отличается от основных компонентов, относящихся к трудносмешивае-мым, а в качестве жидкой добавки использовалась масловодная (подсолнечное масло и вода) эмульсия в соотношении 5:1. И, если контрольные компоненты, как правило, входящие в рецептуру комбикормов в малых количествах, распределены равномерно, то и остальные, находящиеся в гораздо больших количествах и по свойствам, близким к наполнителю, распределены также равномерно.
Неоднородность смешивания основного компонента и жидких добавок определяли по методу Стокслета [1], а неоднородность смешивания основного компонента с поваренной солью — по ГОСТ 13496.1-98 [2].
Результаты экспериментальных исследований
Для получения математической модели эксперимента был реализован трехуровневый план Бокса второго порядка. Опыты при реализации плана проводилось в трехкратной повторности [3-5]. В результате опытов
определены диапазоны варьирования основных независимых факторов процесса смешивания сухих и жидких компонентов. Частоту вращения валов смесителя x1 изменяли от 200 до 400 об/мин. с интервалом 100 об/мин., величину подачи x2 основного компонента от 3 до 5 т/ч с интервалом 1 т/ч, шаг Xз расстановки форсунок от 0,3 до 0,5 м с интервалом 0,1 м, доза x4 внесения жидких добавок от 2 до 6% с интервалом 2%. В качестве критериев оптимизации выбраны следующие показатели: у, — неоднородность смешивания основного компонента с жидкими добавками; у2 — неоднородность смешивания основного компонента с сухими добавками; у2 — энергоемкость процесса смешивания.
При обработке результатов эксперимента были применены следующие статистические критерии: проверка однородности дисперсий — критерий Кохрена, значимость коэффициентов уравнений регрессии — критерий Стьюдента, адекватность уравнений — критерий Фишера. В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие данный процесс под влиянием исследуемых факторов:
у1 = 9,73 + 0,17х1 - 0,11х2 - 0,25х3 -1,14х4 + 0,03х1 х2 - 0,28х1 х3 - 0,22х1 х4 -0,03х2 х3 + 0,03х2 х4 + 0,28 х3 х4 + 4,85 х2 + 4,85 х2 + 4,29 х2 +1,75 х2; у2 = 8,23 + 0,25х1 - 0,11х2 + 0,28х3 + 0,28х4 + 0,06х1 х2 - 0,06х1 х3 - 0,06х1 х
0,03х2х3 - 0,09х2х4 + 0,12х3х4 + 3,68х^ + 3,51x2 + 3,51х32 + 3,60х4; у3 = 1,750 + 0,083х1 + 0,369х2 + 0,007х4 - 0,019х1 х2 - 0,002х1 х
— 0,002 х2 х4 + 0,140 х1 + 0,084 х^ + 0,140 х 4.
(1)
(2)
(3)
Анализ уравнений регрессии позволяет выделить факторы, наиболее влияющие на рассматриваемый процесс. Полученные уравнения нелинейны. Таким образом, в результате выполнения двадцати четырех опытов в трех повторностях получена информация о влиянии факторов и построена математическая модель процесса, позволяющая рассчитать коэффициент вариации внутри выбранных интервалов варьирования входных факторов. Из уравнения (3) был исключен фактор х3, т.к. шаг расстановки форсунок практически не влияет на энергоемкость процесса.
Рис. 2. Двумерные сечения, характеризующие неоднородность смешивания жидких добавок (у1) с наполнителем, неоднородность смешивания сухих добавок (у2) с наполнителем от шага расстановки форсунок в рабочей камере смесителя а и дозы внесения жидких добавок I
Так как представить исследуемый параметр оптимизации (функцию отклика) в четырехмерном пространстве практически невозможно, анализ его проводили с помощью двумерных сечений поверхности,
заключающиися в следующем: анализу подвергались математические модели с закодированными факторами. В уравнении второго порядка подставляются кодированные значения факторов на нулевом уровне, кроме двух изучаемых. В результате получаем выражения, содержащие лишь изучаемые два фактора. Дифференцируя их поочерёдно по каждому фактору, получаем два дифуравнения, решая которые, находим координаты центра поверхности отклика, описываемой данными выражениями. Подставляем их в уравнение двумерного сечения и определяем оптимальные значения параметра в центре сечения поверхности отклика.
На рисунках 2-5 показаны некоторые кривые равных значений выходных параметров, влияющие на процесс смешивания.
Рис. 3. Двумерные сечения, характеризующие неоднородность смешивания жидких добавок (у1) с наполнителем неоднородность смешивания сухих добавок (у2) с наполнителем и энергоемкость (у) от частоты вращения лопастных валов смесителя п и величины подачи сухого корма в смеситель О
і
характеризующие неоднородность смешивания жидких добавок (у1) с наполнителем, неоднородность смешивания сухих добавок (у2) с наполнителем и энергоемкость (у) от частоты вращения лопастных валов смесителя п и дозы внесения жидких добавок I
Заключение
Анализ зависимостей показывает, что оптимальными значениями по неоднородности смешивания сухих и жидких компонентов с наполнителем являются: частота вращения лопастных валов от 290 до 315 об/мин, величина подачи сухих компонентов — от 3,8 до 4,05 т/ч, шаг расстановки форсунок — от 0,385 до 0,405 м, а доза внесения жидких добавок — от 4,7 до 4,8% (рис. 2-5). Оптимальное значение энергоемкости процесса смешивания сухих и жидких компонентов комбикормов — 1,86 кВт/ч.
Таким образом, нами определены оптимальные значения параметров и режимов работы смесителя, отвечающие зоотехническим требованиям при минимальной энергоемкости процесса смешивания.
+
Рис. 5. Двумерные сечения, характеризующие неоднородность смешивания жидких добавок (у1)
с наполнителем неоднородность смешивания сухих добавок (у2) с наполнителем
и энергоемкость (у3) от величины подачи сухого корма в смеситель О и дозы внесения жидких добавок I
Библиографический список
1. Максаков В.Я. и др. Оценка качества комбикормов. — М.: Колос, 1977. — 240 с.
2. ГОСТ 13496.1-98 Комбикорма. Комбикормовое сырье. Методы определения содержания натрия и хлорида натрия. — М.: Изд-во стандартов, 1998.
3. Мельников С.В. и др. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. — Л.: Колос, 1980.
— 165 с.
4. Грачев Ю.П., Плаксин Ю.М. Математические методы планирования эксперимента. — М.: ДеЛи Принт, 2005. — 296 с.
5. Газалов В.С. и др. Использование статистических методов при решении прикладных задач в сельскохозяйственном производстве. — Зерноград: СКНИИМЭСХ, 2011.
— 74 с.
+ +
УДК 631.173.2
Е.О. Князева
РАЗВИТИЕ СЕТИ МАШИННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ В ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ
Ключевые слова: машинно-техноло-
гическая станция, сельское хозяйство, машинно-тракторный парк, обеспеченность сельскохозяйственной техникой, источники финансирования, эффект.
Введение
Эффективное развитие сельского хозяйства во многом определяется состоянием его материально-технической базы, в первую очередь обеспеченностью сельскохо-
