CC BY
4
тггндт/лпгс млгтыгс л ып r/iFiFDn^rAiT'^^^WWWWW jpfyify^^^p^^ lelnwuluuizb, тльтмсь equirmeni
F/ll? THF IMTWIGTBIAI mMDI ry'^^^WWWWW
run 1 nc aUr°-indus irial ьитгьсл
Научная статья УДК 631.171
Б01: 10.24412/2227-9407-2023-8-18-32
Исследование дозирующего устройства и оптимизация работы установки для приготовления жидких кормовых смесей
Павел Николаевич Солонщиков
Вятский ГАТУ, г. Киров, Российская Федерация, solon-pavel@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0003-4695-7126
Аннотация
Введение. Рассматривая вопрос о приготовлении и последующей раздаче жидких кормовых смесей для молодняка животных (крупный рогатый скот, свиньи, овцы и др.), следует отметить, что существует определенная рецептура для конечной смеси. Для поддержания необходимой рецептуры того или иного состава или соотношения необходимо выдерживать зоотехнические требования, которые являются определяющими. Таким образом, необходимо проектировать и разрабатывать такие машины и установки, которые бы могли выполнять данные требования, но при этом они должны быть универсальными с учетом современных требований и тенденций развития техники.
Материалы и методы. В общем случае процесс непрерывного поточного дозирования кормов заключается в обеспечении выдачи через отверстия непрерывным потоком с определенной скоростью некоторого количества материала так необходимо, чтобы надо было контролировать и регистрировать текущие значения расхода (подачи), а также интегрируются значения по времени с целью учета количества выданного материала. Результаты и обсуждение. Предложенную конструкцию втулки со спиральной навивкой и покрывающего диска можно рассматривать как питающее устройство, осуществляющее дозированную подачу сыпучих компонентов в рабочую камеру. Опыты проводили на специальной установке. Массовая подача сыпучих компонентов Qс определялась по времени загрузки определённой массы навески. В качестве материала для оценки подачи использовали мел, пшено и пищевую соль. Анализируя двумерное сечение в координатах угла наклона загрузочной камеры а° и частоты вращения рабочего колеса п, мин-1, выясняется, что при увеличении угла наклона а от 67,5 до 70° и при частоте вращения п от 850 до 1500 мин-1 достигается максимальная величина вероятности пребывания в поле допуска АР = 96 %, и подача Q при этом будет в интервале от 540 до 660 кг/ч (0,54.. .0,66 т/ч).
Заключение. Разработана конструктивно-технологическая схема установки для приготовления жидких кормовых смесей (УПЖКС), совмещающая в себе функции дозатора, насоса и смесителя. Экспериментальными исследованиями подтверждена эффективность питающего устройства, работающего вместе с основными рабочими органами. Оптимальными значениями питающего устройства будут следующие: подача будет составлять Q = 540.660 кг/ч, угол наклона загрузочной камеры а = 67,5 до 70°, при этом вероятность пребывания в поле допуска составит АР =96 %, что соответствует требованиям к дозированию.
Ключевые слова: жидкий корм, компонент, коэффициент вариации, питающее устройство, подача, смесь, угол наклона, частота вращения, эффективность
Для цитирования: Солонщиков П. Н. Исследование дозирующего устройства и оптимизация работы установки для приготовления жидких кормовых смесей // Вестник НГИЭИ. 2023. № 8 (147). С. 18-32. Б01: 10.24412/2227-9407-2023-8-18-32
Солонщиков П. Н., 2023
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ
ППЯ ЛГРППРПМЫШПРННПГП КПМППРКГА
Introduction. Considering the issue of preparation and subsequent distribution of liquid feed mixtures for young animals (cattle, pigs, sheep, etc.), it should be noted that there is a certain recipe for the final mixture. To maintain the required formulation of a particular composition or ratio, it is necessary to comply with zootechnical requirements, which are decisive. Thus, it is necessary to design and develop such machines and installations that could meet these requirements, but at the same time they must be universal, taking into account modern requirements and technological development trends.
Materials and methods. In the general case, the process of continuous in-line feed dosing consists in ensuring the issuance of a certain amount of material through the holes with a continuous flow at a certain speed, so it is necessary to control and record the current values of the flow (feed), and also integrate the values over time in order to accounting for the amount of material issued.
Results and discussion. Analyzing the two-dimensional section in the coordinates of the loading chamber inclination angle a0, and the impeller rotation frequency n, min-1 shows that with an increase in the inclination angle a from 67,5 to 70° and with an rotation frequency n from 850 to 1500 min-1, the maximum value of the probability of staying in the tolerance field AP = 96 % is achieved, and the supply Q will be in the range from 540 to 660 kg/h (0,54...0,66 t/h). Conclusion. A constructive-technological scheme of the installation for the preparation of liquid feed mixtures (UPZhKS) has been developed, which combines the functions of a dispenser, pump and mixer. Experimental studies have confirmed the efficiency of the feeding device, working together with the main working bodies. The optimal values of the feeding device will be as follows: the feed will be Q = 540.660 kg/h, the angle of inclination of the loading chamber a = 67,5 to 70°, while the probability of staying in the tolerance field will be AP = 96 %, which meets the requirements for dosing.
Keywords: supply, component, efficiency, liquid feed, feeding device, mixture, coefficient of variation, rotation frequency, angle of inclination
For citation: Solonshchikov P. N. Study of the dosing device and optimization of the installation for the preparation of liquid feed mixtures // Bulletin NGIEI. 2023. № 8 (147). C. 18-32. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-8-18-32
Study of the dosing device and optimization of the installation for the preparation of liquid feed mixtures
Pavel N. Solonshchikov
Vyatka State Agrotechnological University, Kirov, Russian Federation, solon-pavel@yandex.ru, https://orcid. org/0000-0003-4695- 7126
Abstract
Рассматривая вопрос о приготовлении и последующей раздаче жидких кормовых смесей для молодняка животных (крупный рогатый скот, свиньи, овцы и др.), следует отметить, что существует определенная рецептура для конечной смеси. Для поддержания необходимой рецептуры того или иного состава или соотношения необходимо выдерживать зоотехнические требования, которые являются определяющими. Таким образом, необходимо проектировать и разрабатывать такие машины и установки, которые бы могли выполнять данные требования, но при этом они должны быть универсальными, с учетом современных требований и тенденций развития техники [1, с. 18; 2, с. 12; 3, с. 230; 4, с. 120; 5, с. 125].
Введение
Наиболее распространенная структура любых жидких кормовых смесей - это наличие двух компонентов: твердого и жидкого, при этом соотношение каждого из них должно быть различно в зависимости от рецептуры. Затем компоненты должны быть перемешены. Если же жидкий компонент имеет такие свойства, которые позволяют легко регулировать объем за счет полного заполнения пространства, то, в свою очередь, твердый компонент ввиду многих свойств (плотность, влажность, сыпучесть, слежива-емость и т. д.) не всегда может быть точно подан в зону смешивания. Поэтому от точности его подачи будет зависеть, в конечном счете, качество смеси в целом [6, с. 18; 7, с. 12; 8, с. 55].
Равномерность загрузки рабочей камеры (узла смешивания) оказывает немаловажное влияние на
technologies, machines and equipment
' for the agro-industrial complex
показатели процесса последующего смешивания. Поэтому большого внимания заслуживает вопрос дозированной подачи порошкообразного материала в рабочую камеру [9, с. 25; 10, с. 22; 11, с. 25; 12, с. 85; 13, с. 125; 14, с. 55; 15, с. 18; 16, с. 12; 17, с. 65].
Дозирующие устройства для сыпучих материалов по принципу дозирования подразделяются на весовые и объемные. По параметрам выдаваемого потока кормов имеются дозаторы непрерывного (ленточные, пластинчатые, щелевые, вибрационные, тарельчатые), пульсирующего (шнековые, барабанные, скребковые, цепочно-шайбовые, лопастные) и периодического (плунжерные, маятниковые, ковшовые и др.) действия. По способу перемещения материала в дозаторе их можно разделить на гравитационные (щелевые, вибрационные, ковшовые, маятниковые и мерники) и принудительные (все остальные, кроме вышеназванных пяти) [18, с. 18; 19, с. 12; 20, с. 811; 21, с. 125].
Регулирование производительности дозатора осуществляется тремя способами: скоростью, сечением потока и частотой выдачи порций.
Материалы и методы В общем случае процесс непрерывного поточного дозирования кормов заключается в обеспечении выдачи через отверстия непрерывным потоком с определенной скоростью некоторого количества материала, так необходимо, чтобы надо было контролировать и регистрировать текущие значения расхода (подачи), а также интегрируются значения по времени с целью учета количества выданного материала. Так для прогнозирования точности рецепта жидкой кормовой смеси необходимо допустить следующие соотношения:
а* ^ (1)
а < адоп; (2)
Ëq = â>>
(3)
1=1
где а* - прогнозируемое среднее значение контролируемого показателя Qi в смеси; а*р - фактическое
среднее значение контролируемого показателя Qi в смеси; А - допустимое отклонение контролируемого показателя Qi в смеси; д7 - расход 7-го корма; п -количество корма в рационе.
Содержание контролируемого показателя Qi в смеси можно определить:
Ë Q
qQ = '=1
■ q,
Qo
(4)
где а* - прогнозируемое содержание, контролируемое показателем в объёме д7; Q0 - прогнозируемый объём кормосмеси.
Оптимальный рецептурный состав смеси должен обеспечивать максимум или минимум некоторой целевой функции или коэффициента:
/ (Ян, Чк, Чч,-Чгп ) ^ ^шт(шах) . (5)
В рецептуре приготовления жидких кормовых смесей приняты следующие соотношения твердого (порошкообразного) компонента и жидкого, а именно 1:8.1:9, что можно записать следующим образом, выразив через коэффициент, полученный в формуле (5):
k =^т =
min(max)
Qm
Q.ж
1
10
(6)
где Qт и Qж - соответственно количество твердого (порошкообразного) и жидкого компонента.
Таким образом получается, что для кормления присущи изменения данного коэффициента в зависимости от соотношений или же значение составляет 0,1.0,125.
Рис. 1. Блок-схема установки для приготовления жидких кормовых смесей (УПЖКС) Fig. 1. Block diagram of the installation for the preparation of liquid feed mixtures (UPZhKS) Источник: составлено автором на основе собственных исследований
технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
С учетом ранее высказанных предположений необходимо разработать такую установку, которая могла бы совместить в себе функции дозатора с последующим смешиванием компонентов.
На основе проведенного анализа и уровня техники предложена схема установки для приготовления жидких кормовых смесей (рис. 1).
По данной схеме выделяем и расшифровываем все переменные, которые входят в установку: свойства обеих сред Р^) и подача компонен-
тов Ж^) и конструктивные и технологи-
ческие параметры, соответственно выходными параметрами системы будут Q(t) подача компонента или эксплуатационные характеристики и качество смеси Р({) или параметры эффективности (коэффициент вариации V и вероятность нахождения в поле допуска АР).
Если же рассматривать установку поэлементно, то видим следующее (рис. 2).
<7.(0
Рис. 2. Блок-схема функционирования УПЖКС: ЗК - загрузочная камера; ПУ - питающее устройство; РК - рабочая камера; РЖ - резервуар с жидкостью; ВП - всасывающий патрубок; НП - напорный патрубок Fig. 2. Block diagram of the functioning of the UPZhKS: ZK - loading chamber; PU - power supply; RK - working chamber; RL - reservoir with liquid; VP - suction pipe; NP - pressure pipe Источник: составлено автором на основе собственных исследований
Как видно из схемы, каждый компонент рас- сам изначально, с учетом объёма загрузочной ка-положен в своей накопительной ёмкости. Поток меры, а жидкость q2(t), находящаяся в резервуаре, q1(t) - твердый компонент можно замерить по ве- должна иметь такую подачу, чтобы сохранить ре-
technologies, machines and equipment for the agro-industrial complex
цептуру, но ввиду необходимости подача должна быть в целом большая для условий кормления, так как есть необходимость транспортировки или же большие объёмы обработки. Поэтому поток жидкости иногда лучше не регулировать, а оставлять такой, какой он есть, для последующего использования установки как насоса, но при этом лучше иметь такие размеры всасывающего и напорного патрубка, которые распространены на фермах, иногда лучше использовать диаметр 32 мм, как наиболее универсальный.
Далее компоненты раздельно подаются в рабочую камеру, где перемешиваются, и на выходе должно быть соотношение ^ф/^О затем далее смесь выводятся через напорный патрубок. Как видно, питающее устройство - ПУ, может быть активным или пассивным, но ввиду многих факторов лучше использовать активный элемент, так как он имеет преимущество. Но активное питающее устройство лучше спроектировать, так, чтобы не было отдельного привода для него, поэтому предложена следующая схема установки (рис. 3).
а/а б/b
Рис. 3. УПЖКС конструкционная схема (а) и рабочий процесс (б) Fig. 3. UPZhKS structural diagram (a) and workflow (b) Источник: составлено автором на основе собственных исследований
В состав установки входят окна 1, напорный патрубок 2, рабочая камера 3, в которой расположены неподвижные лопатки 8 и рабочее колесо, состоящее из основного 9 и покрывного 7 диска. При этом рабочее колесо и неподвижные лопатки при взаимодействии смешивают компоненты. На покрывном диске расположена втулка 6, выполняющая функцию питающего устройства, которая перемещает материал из загрузочной камеры 5 в межлопастные каналы рабочего колеса, таким образом
частота вращения рабочего колеса и питающего устройства совпадают, и привод у них будет один.
Поэтому необходимо обосновать параметры питающего устройства с конструктивными параметрами загрузочной камеры (угол наклона а, град), которая должна быть в пределах габаритов установки. Для исследования процесса дозирования был разработан стенд (рис. 4), который позволял изменять частоту вращения (п) за счет смены шкивов, а также меняли угол наклона загрузочной камеры.
технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
а/а б/b
Рис. 4. Схема (а) и общий вид (б) стенда для определения подачи питающего устройства: 1 - электронные весы; 2 - ёмкость для отбора; 3 - питающее устройство; 4 - приводной вал;
5 - загрузочная камера; 6 - электродвигатель Fig. 4. Scheme (a) and general view (b) of the stand for determining the supply of the power supply: 1 - electronic scales; 2 - container for selection; 3 - power supply; 4 - drive shaft; 5 - loading chamber; 6 - electric motor Источник: составлено автором на основе собственных исследований
Результаты и обсуждение
Предложенную конструкцию втулки (рис. 5) со спиральной навивкой и покрывающего диска можно рассматривать как питающее устройство, осуществляющее дозированную подачу сыпучих компонентов в рабочую камеру.
Опыты проводили на специальной установке (рис. 4). Массовая подача сыпучих компонентов Qс определялась по времени загрузки определённой массы навески. В качестве материала для оценки подачи использовали мел, пшено и пищевую соль.
Результаты экспериментальных исследований по определению подачи представлены на рисунке 6.
Анализ полученных данных показывает, что величина массовой подачи сыпучего материала значительно зависит от его физико-механических свойств, при этом прослеживается прямая зависимость между частотой вращения и величиной подачи.
Рис. 5. Загрузка порошкообразного компонента в загрузочную камеру установки для приготовления жидких кормовых смесей Fig. 5. Loading the powdered component into the loading chamber of the installation for the preparation of liquid feed mixtures Источник: составлено автором на основе собственных исследований
technologies, machines and equipment
' for the agro-industrial complex
Q„ кг/ч/ в., kg/h
1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100
Гппк
/ So — t ^ с J )
/ /
f
Пит
11111 Mil CHO et \
\ 1
[ -"""I ]___-3
1—1
LJ \ Mp П
Chalk
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 n, мин'/min Рис. 6. Зависимость подачи сыпучих компонентов от частоты вращения рабочего колеса Fig. 6. Dependence of the supply of bulk components on the rotational speed impeller Источник: составлено автором на основе собственных исследований
Для определения эффективности функционирования питающего устройства были проведены опыты по определению коэффициента вариации V и вероятности пребывания в поле допуска АР. В качестве материала для определения подачи порошкообразного компонента использовали пшено.
V, % 8 6 4 2
При определении зависимости показателя относительной погрешности дозирующего устройства (коэффициент вариации) получили следующую зависимость (рис. 7).
-
\
\ v=f in)
v j v /
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 п, мин '/min-1
Рис. 7. Зависимость коэффициента вариации порошкообразных компонентов от частоты вращения рабочего колеса Fig. 7. Dependence of the coefficient of variation of powdered components on the speed of the impeller Источник: составлено автором на основе собственных исследований
технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
Изменение коэффициента вариации с увеличением частоты вращения не ухудшает процесс дозирования, так как по требованиям [4, с. 97] ошибка не должна превышать 20 %. Значит, независимо от величины подачи качество дозирования будет находиться в пределах технологического допуска.
Зависимость вероятности пребывания технологического процесса дозирования в установленном поле допуска от частоты вращения втулки со спиральной навивкой приведены на рисунке 8.
АР, % 90 80 70 60
\ \ D -ft »-«Л
\ L у -д
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 п, мин'/min1
Рис. 8. Зависимость вероятности пребывания технологического процесса дозирования в установленном поле допуска от частоты вращения рабочего колеса Fig. 8. Dependence of the probability of the dosing process staying in the established tolerance field on the rotational speed of the impeller Источник: составлено автором на основе собственных исследований
По графику, представленному на рисунке 8, видно, что в области малых подач, то есть при малой частоте вращения, процесс дозирования протекает с большей равномерностью, чем в области высоких подач. Данное обстоятельство связано с некоторой несовершенностью питающего устройства, так как часть сыпучего компонента при вращении отбрасывается на периферию винтового канала за счет растущей центробежной силы.
Для приготовления смесей для молодняка согласно зоотехническим требованиям рекомендуют брать соотношения сухого компонента к жидкости: 1:9.1:10. При исследовании питающего устройства необходимо проверить отношение подачи сухого компонента Qc и жидкости Qж при различной частоте вращения рабочего колеса.
При загрузке сухих компонентов необходимо чтобы соблюдалось соотношение (6).
Построим зависимость сухого компонента Qc и жидкости Qж при различной частоте вращения рабочего колеса (рис. 9), учитывая, что подача жидкости получена при открытом и закрытом контуре.
Как видно из графика (рис. 9), заштрихованная зона характеризует интервал соотношения по-
дачи сухого и жидкого компонентов, откуда видно, что при частоте вращения рабочего колеса п = 1050.1500 мин"1 соотношение удовлетворяет условию (6).
Таким образом, за счёт изменения частоты вращения рабочего колеса п появляется возможность регулировать величину подачи как сыпучих компонентов, так и жидкости. Изменяя подачу жидкости в питающем трубопроводе на входе в установку, возможно регулировать соотношение сыпучих компонентов и жидкости.
Факторами для оптимизации явились частота вращения п и угол наклона загрузочной камеры а. Углы наклона были взяты 60, 65 и 70° из соображений, что верхняя часть загрузочной камеры должна иметь габариты, равные диаметру фланца электродвигателя, и, соответственно, далее выбирается высота.
На рисунке 10 показана зависимость подачи сыпучих компонентов от частоты вращения втулки со спиральной навивкой и угла наклона загрузочной камеры, по которому четко видно, что при увеличении угла наклона загрузочной камеры и частоты вращения подача увеличивается прямо пропорционально.
technologies, machines and equipment
' for the agro-industrial complex
QJQ,
0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02
г^т- крый к
ит онтур >
Open circuit
--
V// //Л •У Л/ У// //Л У//
»»
Закр 4- ытый к - онтур
Closed circuit 1 1
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 и, мин Vmin
Рис. 9. Зависимость отношения подачи сухого и жидкого компонента (QJQx)
при различной частоте вращения рабочего колеса (n) Fig. 9. Dependence of the ratio of the supply of dry and liquid components (Qc/Qi) at different speeds of the impeller (n) Источник: составлено автором на основе собственных исследований
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 и,мин7тт Рис. 10. Зависимость подачи сыпучих компонентов от частоты вращения рабочего колеса и угла наклона загрузочной камеры Fig. 10. Dependence of the supply of bulk components on the speed of the impeller and the angle of inclination of the loading chamber Источник: составлено автором на основе собственных исследований
При определении зависимости показателя относительной погрешности дозирующего устройства (коэффициент вариации) имеем следующую зависимость (рис. 11).
Анализируя данную зависимость, можно сказать, что при увеличении угла наклона погрешность дозирования будет меньше.
Зависимости вероятности пребывания технологического процесса дозирования в установленном поле допуска угла наклона и частоты вращения втулки со спиральной навивкой приведены на рисунке 12.
технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
V, %
^ i-0 \ a=60°
а-оэ \_l
a= =70°
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 и, мин'/min'
Рис. 11. Зависимость коэффициента вариации сыпучих компонентов от частоты вращения рабочего колеса и угла наклона загрузочной камеры
Fig. 11. Dependence of the coefficient of variation of bulk components on the speed of the impeller and the angle of inclination of the loading chamber Источник: составлено автором на основе собственных исследований
АР, % 90 80 70 60
G— 3-
С Э--—
\ a=6( 3° a =65° / a =70" / )
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 п, мин '/min '
Рис. 12. Зависимость вероятности пребывания технологического процесса дозирования в установленном поле допуска от частоты вращения рабочего колеса и угла наклона загрузочной камеры Fig. 12. Dependence of the probability of the dosing process staying in the established tolerance field on the impeller speed and the loading chamber inclination angle Источник: составлено автором на основе собственных исследований
АР, % 90 80 70 60
--i 750 mi ш Vmir
\ л=100( ) мин"1/ mm1
500 m ин '/mi I1
60 65 70 а, град/hail
Рис. 13. Зависимость вероятности пребывания технологического процесса дозирования в установленном поле допуска от частоты вращения рабочего колеса и угла наклона загрузочной камеры Fig. 13. Dependence of the probability of the dosing process staying in the established tolerance field on the rotational speed of the impeller and the angle of inclination of the loading chamber Источник: составлено автором на основе собственных исследований
ТРГНМП! nfllFS МЛГШМРЯ Л МП FrtfffPMFIVT¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥
F/ll? THF IMTWIGTBIAI mMDI ry'^^^WWWWW
run 1 agru-u\uus lnirtl,
/7-1 500 мин '/min
nin 1
и=1000 мин '/г
/ л=15С . 1 мин '/min
60 65 70 a, град/hail
Рис. 14. Зависимость вероятности пребывания технологического процесса дозирования в установленном поле допуска от частоты вращения рабочего колеса и угла наклона загрузочной камеры Fig. 14. Dependence of the probability of the dosing process staying in the established tolerance field on the impeller speed and the loading chamber inclination angle Источник: составлено автором на основе собственных исследований
Исследования показали, что в интервале частоты от 1000 до 1300 мин"1 при углах наклона загрузочной камеры 65 и 70° вероятность АР находится в пределах 95 %. Если увеличивать частоту, то только при угле 700 будет оставаться наибольшее значение АР.
Таким образом проведя однофакторные эксперименты по определению эффективности функционирования дозирующего устройства, можно выделить главный фактор, который влияет на процесс дозирования - угол наклона загрузочной камеры а.
Таблица 1. Влияние угла наклона загрузочной камеры (а) и частоты вращения вала (n) на подачу (Q), коэффициент вариации (v) и вероятности пребывания в поле допуска (AP)
Table 1. Influence of the angle of inclination of the loading chamber (a) and the shaft speed (n) on the feed (Q), coefficient of variation (v) and the probability of staying in the tolerance field (AP)
Фактор / Factor Критерии оптимизации / Optimization criteria
Уровень варьирования факторов / Level of factor variation Угол наклона загрузочной камеры а, град / Tilt angle boot camera a, deg Частота вращения вала n, мин"1/ Frequency rotation shaft n, min"1 Подача, Q, кг/ч / Innings, Q, kg/h Коэффициент вариации v, % / Coefficient of variation v, % Пребывание в поле допуска, АР, % / Stay in the tolerance field, АР, %
X1 У1 У2 J3
Верхний уровень (+) / Upper level (+) 70 1500 - - -
Основной уровень (0) / 65
Main level (0)
Нижний уровень (-) / 60 750
Lower level (-)
Опыты/ Experiences
1 -1 -1 296,0 2,35 91,4
2 -1 +1 629,1 6,54 80,0
3 0 -1 441,1 3,51 91,0
4 0 +1 634,6 4,68 92,1
5 +1 -1 512,8 0,14 95,3
6 +1 +1 675,0 0,28 95,0
Источник: составлено автором на основе собственных исследований
технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
Для исследования взаимного влияния угла наклона загрузочной камеры и частоты вращения втулки со спиральной навивкой п на три критерия оптимизации: подача Q, кг/ч; коэффициент вариации V, %; вероятность пребывания в поле допуска АР, %. Для решения этой задачи реализована матрица 3^2 (табл. 1). Данный план применяется, если необходимо исследовать факторы на разных уровнях.
После реализации опытов, расчета коэффициентов регрессии получили следующие математические модели рабочего процесса дозирующего устройства:
у1 = 537,89 + 65,65-Х] + 114,79х -
- 9,63- х?-42,75 •х^, (7) у2 = 4,09 -2,Пх + 0,91х2 - 1,76^ х? - 1,0Ьхгх2, (8)
у3 = 91,59 + 25,29х + 11,93-х2 -
- 21,73- х\ - 17,79-хгХ2. (9) Анализ математической модели для у1 (7) показал, что в данной серии опытов преобладающее влия-
ние на величину подачи оказывает частота вращения рабочего колеса (Ь2 = 114,79), несколько меньше -угол наклона загрузочной камеры (Ь1 = 65,65).
Математическая модель у2 (8) показывает, что в данной серии опытов преобладающее влияние на величину коэффициента вариации оказывает угол наклона загрузочной камеры (Ь1 = -2,11).
Увеличению значения вероятности пребывания АР, описанное уравнением у3 (9), показывает, что в данной серии опытов преобладающее влияние оказывает угол наклона загрузочной камеры (Ь1 = 25,29).
Двумерное сечение (рис. 15, а) в координатах угла наклона загрузочной камеры а0 и частоты вращения рабочего колеса п, мин-1 показывает, что увеличением угла наклона а от 67 до 70° и частоты вращения рабочего колеса п от 1350 до 1500 мин-1 достигается максимальная величина подачи Q = 660 кг/ч. При этом коэффициент вариации V будет уменьшаться в пределах от 3,2 до 0,8 %.
- б
— v
■ -AP
Рис. 15. Двумерные сечения поверхностей отклика для оценки влияния угла наклона загрузочной камеры (а) и частоты вращения вала (n): а - для критериев у1 иу2; б - для критериев yi иу3 Fig. 15. Two-dimensional sections of the response surfaces to assess the influence of the angle of inclination of the loading chamber (a) and the shaft speed (n): a - for criteriay1 and y2; b - for criteriay1 andy3 Источник: составлено автором на основе собственных исследований
Анализируя двумерное сечение (рис. 15, б) в координатах угла наклона загрузочной камеры а° и частоты вращения рабочего колеса п, мин-1 делаем вывод, что при увеличении угла наклона а от 67,5 до 70° и при частоте вращения п от 850 до 1500 мин-1 достигается максимальная величина вероятности пребывания в поле допуска АР = 96 %, и подача Q при этом будет в интервале от 540 до 660 кг/ч (0,54.0,66 т/ч).
Заключение
Разработана конструктивно-технологическая схема установки для приготовления жидких кормовых смесей (УПЖКС), совмещающая в себе функции дозатора, насоса и смесителя. Экспериментальными исследованиями подтверждена эффективность питающего устройства, работающего вместе с основными рабочими органами.
Вестник НГИЭИ. 2023. № 8 (147). C. 18-32. ISSN2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2023. № 8 (147). P. 18-32. ISSN2227-9407 (Print)
ТРГНМП1 nniFS МЛГШМРЯ Л МП FrtfffPMFIVT¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥
F/II? THF imtwiçtbiai глмш rv
run 1 agru-u\uus lnirtl,
Оптимальными значениями питающего камеры - а = 67,5 до 70°, при этом вероятность пре-устройства будут следующие: подача будет состав- бывания в поле допуска составит АР = 96 %, что лять Q = 540.660 кг/ч, угол наклона загрузочной соответствует требованиям к дозированию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коба В. Г., Брагинец Н. В., Мурусидзе Д. Н., Некрашевич В. Ф. Механизация и технология производства продукции животноводства : учебник для вузов по агроинж. специальностям. М. : Колос, 2000. 528 с.
2. Сысуев В. А. Энергосберегающие машины и оборудование для кормоприготовления: исследования методами планирования эксперимента. Киров : НИИСХ Северо-Востока, 1999. 294 с.
3. Передня В. И. Механизация приготовления полноценных кормосмесей на поточных линиях для эффективного использования кормов на скотоводческих фермах : дис. ... д-pa техн. наук: 05.20.01. Минск, 1984. 373 с.
4. Савиных П. А. Повышение эффективности функционирования технологических линий приготовления и раздачи кормов путем совершенствования процессов и средств механизации : дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.01. Киров, 1999. 567 с.
5. Кормановский Л. П., Цой Ю. А., Зеленцов А. И., Седов А. М., Челноков В. В., Любимов В. Е., Баише-ва Р. А., Танифа В. В., Мишуров Н. П., Фокин А. И., Козлов В. В., Перов Н. П. Технологическое и техническое переоснащение молочных ферм. Москва : Росинформагротех, 2014. 266 с.
6. Чупшев А. В. Повышение качества смешивания сухих микродобавок с обоснованием конструктивных и технологических параметров смесителя : дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. Пенза, 2009. 219 с.
7. Пахомов В. И., Рудой Д. В., Брагинец С. В., Бахчевников О. Н., Ольшевская А. В. Технологии и оборудование для производства комбикормов и премиксов : учебное пособие. Ростов-на Дону : Донской гос. техн. ун-т, 2019. 228 с.
8. Булатов С. Ю. Повышение эффективности приготовления кормов путем совершенствования конструкции и технологического процесса кормоприготовительных машин // Пермский аграрный вестник. 2017. № 1 (17). С. 55-64.
9. Шаршунов В. А., Червяков А. В., Бортник С. А. и др. Машины и оборудование для производства комбикормов : справочное пособие. Минск : Экоперспектива, 2005. 487 с.
10. Шаршунов В. А., Рукшан Л. В., Пономаренко Ю. А. Технология и оборудование для производства комбикормов: в 2-х ч. Ч. I. Технология комбикормов. Минск : Мисанта, 2014. 978 с.
11. Шаршунов В. А., Рукшан Л. В., Пономаренко Ю. А. Технология и оборудование для производства комбикормов: в 2-х ч. Ч. II. Технология комбикормов. Минск : Мисанта, 2014. 815 с.
12. Анохина А. З., Баранов Н. Ф., Батманов В. Н. и др. Инновационное развитие агропромышленного комплекса как фактор конкурентоспособности: проблемы, тенденции, перспективы : Коллективная монография. Киров : Вятская государственная сельскохозяйственная академия, 2020. 414 с.
13. Булатов С. Ю. Разработка и совершенствование технологических линий и технических средств приготовления кормов в условиях малых форм хозяйствования. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.20.01. Княгинино, 2018. 412 с.
14. Кормановский Л. П., Морозов Н. М., Цой Л. М. Обоснование системы технологий и машин для животноводства. М. : ИК «Родник». 1999. 228 с.
15. Завражнов А. И. Проектирование производственных процессов в животноводстве. М. : Колос, 1994.
301 с.
16. Тюльнев А. В. Повышение эффективности функционирования технологических систем заготовки кормов на основе энергоресурсосбережения : дис. ... к-та техн. наук. Нижний Новгород, 2021. 255 с.
17. Иванов Ю. А., Морозов Н. М., Сыроватка В. И., Скоркин В. К., Резник Е. И., Аксенова В. П., Теку-чев И. К., Текучева М. С., Гриднев П. И., Гриднева Т. Т., Колесникова Т. Н., Новиков Н. Н., Хусаинов И. И., Уткин А. А., Степанов В. П., Ожерельева Н. А., Ревякин Е. Л. Технологические требования к новым техническим средствам в животноводстве. М. : Росинформагротех, 2010. 108 с.
18. Афанасьев В. А. Руководство по технологии комбикормов, белково-витаминно-минеральных концентратов и премиксов. Воронеж : Элист, 2008. Т. 1. 196 с.
30
ХХХХХХХХХХХ технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ
VWWVWVW ППЯ ЛГРППРПМЫШ ПРННПГП КПМППРКГА
19. Афанасьев В. А. Руководство по технологии комбикормов, белково-витаминно-минеральных концентратов и премиксов. Воронеж : Элист, 2008. Т. 2. 295 с.
20. Афанасьев В. А. Руководство по технологии комбикормовой продукции с основами кормления животных. Воронеж, 2007. 389 с.
21. Афанасьев В. А., Орлов А. И. Система технологических процессов комбикормового производства. Воронеж, 2002. 113 с.
Информация об авторах:
П. Н. Солонщиков - исполняющий обязанности заведующего кафедры «Технологическое и энергетическое оборудование», кандидат технических наук, доцент, Spin-код: 2559-6921.
REFERENCES
1. Koba V. G., Braginec N. V., Murusidze D. N., Nekrashevich V. F. Mekhanizaciya i tekhnologiya proizvod-stva produkcii zhivotnovodstva [Mechanization and technology of livestock production], textbook, Moscow: Kolos, 2000. 528 p.
2. Sysuev V. A. Energosberegayushchie mashiny i oborudovanie dlya kormoprigotovleniya: issledovaniya metodami planirovaniya eksperimenta [Energy-saving machines and equipment for feed preparation: research by methods of experiment planning], Kirov: NIISKH Severo-Vostoka, 1999. 294 p.
3. Perednya V. I. Mekhanizaciya prigotovleniya polnocennyh kormosmesej na potochnyh liniyah dlya effek-tivnogo ispol'zovaniya kormov na skotovodcheskih fermah [Mechanization of the preparation of full-fledged feed mixtures on production lines for the effective use of feed on cattle farms. Dr. Sci. (Engineering) diss.], Minsk, 1984, 373 p.
4. Savinyh P. A. Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya tekhnologicheskih linij prigotovleniya i razdachi kormov putem sovershenstvovaniya processov i sredstv mekhanizacii [Improving the efficiency of technological lines for the preparation and distribution of feed by improving processes and means of mechanization. Dr. Sci. (Engineering) diss.], Kirov, 1999, 567 p.
5. Kormanovskij L. P., Coj Yu. A., Zelencov A. I., Sedov A. M., Chelnokov V. V., Lyubimov V. E., Bai-sheva R. A., Tanifa V. V., Mishurov N. P., Fokin A. I., Kozlov V. V., Perov N. P. Tekhnologicheskoe i tekhnicheskoe pereosnashchenie molochnyh ferm [Technological and technical re-equipment of dairy farms], Moscow: Rosinforma-grotech, 2014, 266 p.
6. Chupshev A. V. Povyshenie kachestva smeshivaniya suhih mikrodobavok s obosnovaniem konstruktivnyh i tekhnologicheskih parametrov smesitelya [Improving the quality of mixing dry microadditives with justification of the design and technological parameters of the mixer. Ph. D. (Engineering) diss.], Penza, 2009, 219 p.
7. Pahomov V. I., Rudoj D. V., Braginec S. V., Bahchevnikov O. N., Ol'shevskaya A. V. Tekhnologii i oborudovanie dlya proizvodstva kombikormov i premiksov: uchebnoe posobie [Technologies and equipment for the production of compound feeds and premixes], a textbook, Rostov-on-Don: Don State Technical University, 2019, 228 p.
8. Bulatov S. Yu. Povyshenie effektivnosti prigotovleniya kormov putem sovershenstvovaniya kon-strukcii i tekhnologicheskogo processa kormoprigotovitel'nyh mashin [Improving the efficiency of feed preparation by improving the structure and technological process of feed preparation machines], Permskij agrarnyj vestnik [Perm Agrarian Bulletin], 2017, No. 1 (17), pp. 55-64.
9. Sharshunov V. A., Chervyakov A. V., Bortnik S. A. i dr. Mashiny i oborudovanie dlya proizvodstva kombikormov [Machines and equipment for the production of compound feeds], a reference guide, Minsk: Ekoperspektiva, 2005, 487 p.
10. Sharshunov V. A., Rukshan L. V., Ponomarenko Yu. A. Tekhnologiya i oborudovanie dlya proizvodstva kombikormov: v 2 ch. Ch. I. Tekhnologiya kombikormov [Technology and equipment for the production of compound feeds: in 2 part, P. I. Technology of compound feeds], Minsk: Misanta, 2014, 978 p.
11. Sharshunov V. A., Rukshan L. V., Ponomarenko Yu. A. Tekhnologiya i oborudovanie dlya proizvodstva kombikormov: v 2 ch. Ch. II. Tekhnologiya kombikormov [Technology and equipment for the production of compound feeds: in 2 part. P. II. Technology of compound feeds], Minsk: Misanta, 2014, 815 p.
Вестник НГИЭИ. 2023. № 8 (147). C. 18-32. ISSN2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2023. № 8 (147). P. 18-32. ISSN2227-9407 (Print)
ТРГНМП1ПП1РЯ МЛГШМРЯ Л МП FrtfffPMFIVT¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥
F/II? thf iMmiGTDiAi rrtMDi ry'^^^WWWWW
run 1 agru-u\uus lnirtl,
12. Anohina A. Z., Baranov N. F., Batmanov V. N. i dr. Innovacionnoe razvitie agropromyshlennogo kom-pleksa kak faktor konkurentosposobnosti: problemy, tendencii, perspektivy [Innovative development of the agroindus-trial complex as a factor of competitiveness: problems, trends, prospects], A collective monograph, Kirov: Vyatka State Agricultural Academy, 2020, 414 p.
13. Bulatov S. Yu. Razrabotka i sovershenstvovanie tekhnologicheskih linij i tekhnicheskih sredstv prigotovleniya kormov v usloviyah malyh form hozyajstvovaniya [Development and improvement of technological lines and technical means of feed preparation in conditions of small forms of management. Dr. Sci. (Engineering) diss.], Knyaginino, 2018, 412 p.
14. Kormanovskij L. P., Morozov N. M., Coj L. M. Obosnovanie sistemy tekhnologij i mashin dlya zhivotnovodstva [Substantiation of the system of technologies and machines for animal husbandr], Moscow: Publ. «Rodnik», 1999. 228 p.
15. Zavrazhnov A. I. Proektirovanie proizvodstvennyh processov v zhivotnovodstve [Design of production processes in animal husbandry], Moscow: Kolos, 1994, 301 p.
16. Tyul'nev A. V. Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya tekhnologicheskih sistem zagotovki kormov na osnove energoresursosberezheniya [Improving the efficiency of technological systems of forage harvesting based on energy conservation. Dr. Sci. (Engineering) diss.], Nizhny Novgorod, 2021, 255 p.
17. Ivanov Yu. A., Morozov N. M., Syrovatka V. I., Skorkin V. K., Reznik E. I., Aksenova V. P., Teku-chev I. K., Tekucheva M. S., Gridnev P. I., Gridneva T. T., Kolesnikova T. N., Novikov N. N., Husainov I. I., Utkin A. A., Stepanov V. P., Ozherel'eva N. A., Revyakin E. L.Tekhnologicheskie trebovaniya k novym tekhniches-kim sredstvam v zhivotnovodstve [Technological requirements for new technical means in animal husbandry], Moscow: Rosinformagrotech, 2010, 107 p.
18. Afanas'ev V. A. Rukovodstvo po tekhnologii kombikormov, belkovo-vitaminno-mineral'nyh koncentratov i premiksov [Guidelines for the technology of compound feeds, protein-vitamin-mineral concentrates and premixes]. Voronezh: Elista, 2008, Vol. 1, 196 p.
19. Afanas'ev V. A. Rukovodstvo po tekhnologii kombikormov, belkovo-vitaminno-mineral'nyh koncentratov i premiksov [Guidelines for the technology of compound feeds, protein-vitamin-mineral concentrates and premixes]. Voronezh: Elista, 2008, Vol. 2, 295 p.
20. Afanas'ev V. A. Rukovodstvo po tekhnologii kombikormovoj produkcii s osnovami kormleniya zhivotnyh [Guidance on the technology of feed products with the basics of animal feeding], Voronezh, 2007, 389 p.
21. Afanas'ev V. A., Orlov A. I. Sistema tekhnologicheskih processov kombikormovogo proizvodstva [System of technological processes of feed production], Voronezh, 2002, 113 p.
Information about the author: P. N. Solonshchikov - acting Head of the Department of Technological and Power Equipment, Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Spin-code: 2559-6921.
