CC BY
20
УДК 631.16:631.223.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ФРОНТАЛЬНОГО ДОЗАТОРА КОРМОВ
РОТОРНОГО ТИПА
B.П. Карпов, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
C.А. Жуков, инженер-исследователь
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: [email protected]
Аннотация. Приведен анализ существующих в мировой практике типов дозаторов для раздатчиков основных кормов и технологической схемы и принципа работы многоцелевого измельчителя-раздатчика МИР-10, особенностью которого является дозатор стебельных кормов в виде фронтального ротора диаметром 1 м, заключенного в корпус с выгрузными окнами. Установлено, что при выборе скорости ротора необходимо выполнить противоречивые требования: с одной стороны - для повышения производительности необходимо скорость повышать, с другой стороны - для улучшения заполняемости межлопастного пространства ротора скорость необходимо снижать. В результате анализа работы ротора установлено, что допустимая скорость его вращения, при которой происходит наилучшее заполнение межлопастного пространства кормом, ограничена, и значение ее находится в обратной зависимости от числа лопастей и, в меньшей степени, от диаметра ротора. Число лопастей ротора должно быть минимально необходимым для работы, в простейших раздатчиках - порядка двух, а в раздатчиках с самозагрузкой - больше, чтобы ротор мог выполнять функцию вентилятора. Оптимизация параметров ротора требует дополнительных исследований.
Ключевые слова: многофункциональный смеситель-раздатчик, фронтальный ротор, дозатор корма, скорость вращения, производительность.
Введение. Для раздачи кормов крупному рогатому скоту в мировой практике применяются различные типы кормораздатчиков, технологическая схема работы каждого предусматривает наличие дозирующих устройств (рис. 1). Битерная схема обеспечивает хорошее дозирование, но не производит смешивания; дисковые - это большой класс так называемых миксеров: хорошо смешивают, но очень энерго- и металлоемки при посредственном дозировании; шнековые -громоздки, но дозируют удовлетворительно.
Битерные
Рис. 1. Типы дозаторов
В разработке находится схема с дозатором в виде фронтального ротора, которая объединяет положительные качества предыдущих и множество дополнительных функций [1].
Предварительные исследования показали, что при выборе конструктивных параметров ротора необходимо выполнить несколько противоположных требований: с одной стороны обеспечить высокую пропускную способность дозатора, которая напрямую зависит от его рабочей скорости, с другой стороны необходимо повышать заполняемость ротора кормом, которая улучшается на низких оборотах.
Результаты исследований. При анализе работы ротора рассматривается кинематика движения частицы А корма, заполняющего пространство между лопастями ротора (рисунок 2). Межлопастное пространство заполняется частицами, движущимися под действием силы тяжести в течение времени поворота ротора на угол, соответствующий одной ячейке.
Механизация, автоматизация и машинные технологии в животноводстве
Рис. 2. Анализ движения частиц: ф - угол между лопастями, рад., Я - радиус ротора, м
Из уравнения свободного падения тела следует с определенными допущениями, что высота падения, в данном случае максимально равная радиусу ротора, составит:
= Д , (1)
где И - высота падения частицы, м; g -ускорение свободного падения тела; ^ - время падения частицы от края лопасти до ее основания, с; Я - радиус ротора, м.
Учитывая, что при вращательном движе-
где ш - угловая скорость
0
нии ротора ш = -
ротора; 0 = — , где К - число лопастей рок
тора; а ф - угол между лопастями, рад., можно принять:
t = ф =
2п Кш
Из формулы (1) следует: t = \—
(2) (3)
Из последних двух выражений получаем формулу для расчета скорости вращения ротора:
_ 2п __1
(4)
, рад/с. \ £
После подстановки постоянных величин:
13 91
ш = -гт=- , рад/с или в более удобных
133
к^й единицах: ш
об/мин.
Таким образом, скорость вращения ротора, при которой обеспечивается его наибольшее заполнение, находится в обратной зависимости от числа лопастей и, в меньшей степени, от радиуса ротора. Более наглядное представление дает представленный на рис. 3 график, полученный расчетным путем, но включающий данные опытного образца кормораздатчика МИР-10 [1]. Согласно предыдущим исследованиям, производительность ротора прямо пропорциональна его размерам
и скорости вращения. Приведенные данные накладывают на эти выводы определенные ограничения, связанные с заполняемостью ротора кормом, в частности, по скорости вращения. По количеству лопастей вывод однозначный - чем их меньше, тем выше допустимая скорость и, соответственно, производительность. Поэтому для раздатчиков простейшего типа, без системы самозагрузки и функции разбрасывания подстилки, оптимальным будет 1-2 лопасти. Самозагрузка в раздатчике типа МИР пневматическая, а здесь требуется, чтобы ротор выполнял функции вентилятора, способного обеспечить параметры воздушного потока для пневмотранспорта.
Как правило, вентиляторы для пневмотранспорта имеют большое число лопастей. Вопрос выбора оптимальных параметров ротора для кормораздатчика МИР с самозагрузкой требует дополнительных исследований. То же самое касается и выбора оптимальных размеров ротора. Согласно графику (рис. 3) и выражению (4) ротор с меньшим радиусом может иметь большую скорость. Однако в предыдущих исследованиях показано, что пропускная способность ротора пропорциональна его объему, т.е. квадрату радиуса, поэтому этот параметр также требует оптимизации.
Угловая скорость ротора, об/мин. 160 140 120 100 80 60 40 20 0
2 3 4
Диаметр ротора
-1,2 м — • • 1,0 м
--0,6 м -----0,4 м
Рис. 3. Зависимость скорости вращения ротора от его размеров и числа лопастей
ш
Лоигпа! оГ УШТ^Н №4(28)-2017
167
В таблице представлены некоторые экспериментальные данные по дозированию кормов, полученные при испытаниях кормораздатчика МИР-10, имеющего в качестве дозатора фронтальный ротор диаметром 1 м.
Таблица. Дозирование кормов кормораздатчиком
МИР-10
№ эксперимента Скорость ротора, об/мин Производительность Геометрическая производительность, м3/мин Коэффициент заполнения ротора, %
весовая, кг/мин объемная, м3 /мин
1 120 45 0,85 18 4,7
2 132 39 0,73 20 3,7
3 135 40 0,75 20,4 3,67
4 140 47 0,89 21 4,23
Несмотря на то, что не имелось возможности работать в зоне оптимально низких оборотов, экспериментальные данные согласуются с расчетными, определенными по формуле (4), не противоречат установленным закономерностям, но требуют дополнительных исследований.
Выводы.
1. Дозатор кормов в виде фронтального ротора обладает необходимой универсальностью для применения в многофункциональном кормораздатчике типа МИР-10.
2. Анализ работы ротора позволяет рассчитывать некоторые конструктивные параметры и скоростные режимы.
3. Оптимизация ротора для раздатчика с самозагрузкой требует дополнительных исследований.
Литература:
1. Создание многофункционального измельчителя-смесителя кормов роторного типа / Карпов В.П. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2016. №4. С. 27-31.
2. Расчет процесса раздачи кормов КРС / Карпов В.П. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №1. С. 51-55.
3. Справочник по транспортирующим машинам. М., 1983. 136 с.
4. Методические рекомендации по реконструкции и техническому переоснащению животноводческих ферм / Морозов Н.М., и др. М., 2000.
Literatura:
1. Sozdanie mnogofunkcional'nogo izmel'chitelya-smesi-telya kormov rotornogo tipa / Karpov V.P. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2016. №4. S. 27-31.
2. Raschet processa razdachi kormov KRS / Karpov V.P. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2013. №1. S. 51-55.
3. Spravochnik po transportiruyushchim mashinam. M., 1983. 136 s.
4. Metodicheskie rekomendacii po rekonstrukcii i tekhni-cheskomu pereosnashcheniyu zhivotnovodcheskih ferm / Morozov N.M., i dr. M., 2000.
THE STUDY OF THE ROTARY TYPE'S FEED FRONT DOSER V.P. Karpov, candidate of technical sciences, leading research worker S.A. Zhukov, engineer-researcher
All-Russian scientific research institute of livestock mechanization
Abstract. The analysis of existing in world practice types of dosers for main feed distributors and technological scheme and principle of operation of multipurpose MIR-10 grinder-distributer, the main feature of it is the stem forages' doser, in as front rotor's form with a diameter of 1 m, enclosed in a casing with discharge window is done. It was found that the at rotor speed's choosing it must be fulfilled conflicting requirements: on the one hand, to improve performance, it need the speed to increase, on the other hand, for better filling of the rotor's space between blades it need the speed to reduce. In the result of analysis of the rotor working it is established that the permissible speed of its rotation at that there is a better feed filling of the rotor's space between blades is limited, and its value is in inverse proportion of the number of blades and, in a lesser extent, the rotor's diameter. The number of rotor's blades should be minimum necessary for work, in the simplest distributors - about two and in distributors with self-load - more so that the rotor can perform the fan's function. The rotor's parameters optimization requires additional research.
Keywords: multifunctional mixer-distributor, front rotor, feed doser, rotation speed, performance.
