CC BY
15
УДК 553.937:628.336.4
В.Г. Игнатенков, К.А. Богданов, Е.А Иванов, А.И. Иванов, Д.А. Александров
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ БАРАБАННОГО ЯЧЕИСТОГО ДОЗАТОРА УНИВЕРСАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ-ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ВИТАМИННО-КОРМОВОЙ ДОБАВКИ НА ОСНОВЕ САПРОПЕЛЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВЕЛИКОЛУКСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ», ВЕЛИКИЕ ЛУКИ, РОССИЯ
V.G. Ignatenkov, K.A. Bogdanov, E.A. Ivanov, A.I. Ivanov, D.A. Aleksandrov RESEARCH OF THE DRUM CELLULAR PERCENTAGE FEEDER WORKING OF A VITAMIN-FODDER ADDITIVE of MULTI-PURPOSE GRINDING AND MIXING MACHINE BASED ON A SAPROPEL FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «VELIKIE LUKI STATE AGRICULTURAL ACADEMY», VELIKIYE LUKI, RUSSIA
Валерий Геннадьевич Игнатенков Кирилл Андреевич Богданов Евгений Александрович Иванов
Valery Gennadevich Ignatenkov Kirill Andreevich Bogdanov Evgeny Aleksandrovich Ivanov
кандидат технических наук [email protected] [email protected]. [email protected]
Александр Игоревич Иванов
Aleksandr ^^^ Ivanov [email protected]
Аннотация. Для повышения продуктивности и устойчивости к заболеваниям сельскохозяйственных животных предлагается использовать сапропель в качестве основного компонента кормовых добавок. Использование витаминно-кормовой добавки, получаемой путем проращивания на сапропеле зеленой растительной массы зерновых культур, позволяет приблизить зимний рацион животного к летнему. Авторы предлагают использовать для производства витаминной добавки многофункциональный смеситель-измельчитель, разработанный и изготовленный на базе ФГБОУ ВО Великолукская ГСХА. Предложенное устройство способно выполнять широкий диапазон операций, необходимых для создания витаминно-кормовой добавки: перемешивание зерна и сапропеля перед проращиванием зеленой массы; выращивание побегов зерновых культур, перемешивание и измельчение компонентов данного продукта, согласно зоотехническим нормам для определенного типа животных. При производстве добавки большое внимание стоит уделить равномерности высева зерна. Для обеспечения поточности и равномерности высева семян зерновых на пласт сапропеля в конструкции смесителя-измельчителя предлагается применять ячеистый дозатор. Применение данного типа дозатора в рассматриваемой конструкции обусловлено следующими преимуществами по отношению к весовым дозаторам: высокая точность дозирования; простота конструкции; возможность работы в порционном или непрерывном режимах; возможность дозирования различных по составу и консистенции материалов. Авторами произведена оценка конструктивных параметров ячеистого дозатора, определены его производительность, объемная скорость подачи сапропеля, угловая скорость дозатора, затраты мощности на работу установки. Теоретическое исследование работы ячеистого дозатора показало, что применение в конструкции универсального смесителя-измельчителя ячеистого дозатора обусловлено незначительными энергозатратами на технологический процесс.
Ключевые слова: сапропель, зерно, витаминно-кормовая добавка, шнек, лопатки, сапропелезерновая смесь, многофункциональный смеситель-измельчитель, ячеистый дозатор, бункер.
Введение. Использование в сельском хозяйстве в качестве кормовой добавки природного минерального ресурса озерного сапропеля обусловлено наличием в составе богатого спектра минеральных веществ, необходимых для роста и здоровья поголовья сельскохозяйственных животных.Сапропелевые кормовые добавки способствуют профилактическому лечению ряда заболеваний. Для улучшения рациона животных наиболее перспективна технология
Дмитрий Александрович Александров
Dmitry Aleksandrovich Aleksandrov [email protected]
Abstract. In order to increase productivity and disease resistance of farm livestock, it is proposed to use sapropel as the main ingredient of feed supplements. Using of vitamin feed supplements produced by having the grain crop green plant mass to sprout on sapropel allows to bring the livestock ration during winter season more in line with summer season ration. The author propose to produce the vitamin feed supplement using the multi-purpose mixing and grinding machine designed and manufactured by the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education VelikieLuki State Agricultural Academy. The proposed device is capable of performing a wide range of operations required in order to produce the vitamin feed supplement, and namely: mixing of grain and sapropel before green plant mass sprouting, growing of grain crop sprouts, mixing and grinding of product ingredients in compliance with the zootechnical standards applicable to a given livestock type. During the feed supplement production, attention should be paid to the uniform grain seeding. In order to ensure continuity and uniformity of grain crop seeding on the sapropel bed, the mixing and grinding machine design uses the cellular dispenser. A decision to use this type of dispenser in the studied machinery design is conditional to the following advantages of the cellular dispenser type as compared to the weighing dispenser: high dispensing precision, easy design, ability to operate both in batch and continuous mode, ability to dispense materials with various composition and consistency. The authors performed assessment of the cellular dispenser design parameters, determined its throughput performance, volumetric velocity of sapropel infeed, dispenser angular velocity and power consumption of the machine. Theoretical study of the cellular dispenser operation showed that use of cellular dispenser as part of the multi-purpose grinding and mixing machine design is associated with low power consumption during processing.
Keywords: Sapropel, grain, vitamin feed supplement, auger, sapropel grain mixture, multi-purpose grinding and mixing machine, cellular dispenser, bunker.
проращивания зерна на сапропеле и последующее скармливание данной добавки. Получаемая витамин-но-кормовая добавка наилучшим образом дополняет питание животного весной в конце стойлового содержания, когда наблюдается особенно острая недостаточность в минерально-витаминном питании [1-3].
Методика. Для производства витаминной добавки (пророщенной на сапропеле и связанной с ним корневой структурой зеленой растительной массы
Вестник Курганской ГСХА № 1, 2020 Таашческие науш 63
зерновых культур) сельскохозяйственным животным в зимнее время необходимо предусмотреть пошаговые технические и технологические операции: перемешивание зерна и сапропеля перед проращиванием зеленой массы; выращивание побегов зерновых культур 6-7 дней до 10-12 см (период выращивания определяется максимальным содержанием в зеленой массе аскорбиновой кислоты и каротина); перемешивание и измельчение компонентов данного продукта, согласно зоотехническим нормам для определенного типа животных.
Для решения вышеперечисленных задач нами предлагается использовать универсальный смеси-
тель-измельчитель [3-6] с широким набором функций. Предложенное устройство разработано и изготовлено на базе ФГБОУ ВО Великолукская ГСХА.
Схема универсального смесителя-измельчителя представлена на рисунке 1. Данный агрегат работает в двух режимах (циклично), в зависимости от поставленных задач: смешивание зерна и сапропеля перед проращиванием зеленой растительной массы, перемешивание и измельчение витаминно-кормовой добавки (пророщенной зеленой массы зерновых на сапропеле, связанных между собой корневой растительной составляющей).
Рисунок 1 - Схема универсального смесителя-измельчителя.
1 - бункер; 2 - корпус; 3 - шнек; 4 - выгрузная горловина; 5 - нож; 6 - решетка;7 - ленточный конвейер; 8 - электродвигатель для привода высевающего дозирующего органа; 9 - поддоны; 10 - электродвигатель для привода вала смесителя-измельчителя; 11 -муфта; 12 - червячный редуктор; 13 - поддоны для приготовленной витаминно-кормовой добавки; 14 - втулочно-пальцевая муфта; 15 - ячеистый высевающий дозатор; 16 - ременная передача; 17 - лопатки; 18 - направляющие ребра; 19 - выгрузная заслонка; 20 - электродвигатель ленточного транспортера.
Результаты. При производстве витаминно-кор-мовой добавки на основе сапропеля большое внимание стоит уделить равномерности высева зерна. На основании полученных экспериментальных данных сделан вывод о целесообразности применения в конструкции многофункционального смесителя-измельчителя ячеистого дозатора [3,7]. В этом случае будет обеспечена поточность и равномерность высева семян зерновых на пласт сапропеля. Преимущества таких дозаторов по отношению к весовым следующие: высокая точность дозирования; простота конструкции; возможность работы в порционном или непрерывном режимах; возможность дозирования различных по составу и консистенции материалов.
Предложенный смеситель-измельчитель включает в себя бункер для зерна с окном выхода внизу, которое перекрывается ячеистым барабанным дозатором [4,5,8]. Количество ячеек в загрузочном окне К0 = 4. Общее число ячеек барабана К = 12. К месту выхода зерна из дозатора подается лентой транспортера слой сапропеля.
Оценим производительность дозатора, которая согласована с подачей сапропеля.
V
Объём всех ячеек барабана находим из выражения:
тт с£2
,
(1)
где V - объём, м3; D - диаметр барабана, м; d - диаметр ступицы, м; б - толщина перегородки, м; L - ширина барабана, м.
Объём заполняемых зерном ячеек в загрузочном окне:
.
(2)
Заполненные ячейки полностью освободятся от зерна при их последовательном опрокидывании внизу у вертикальной плоскости. При этом барабан дозатора повернется на угол высева:
<рв =п + 3(р0/2, (3)
где фв - угол высева, рад; ф0-угловой размер загру-
зочного окна, рад. Время высева:
где ы - угловая скорость барабана, рад/с. Угловой размер загрузочной зоны:
(4)
<р0 = 2пК0/К. (5)
Подставим (5) в (4) и согласно (3) получим:
- ик1.
(8)
0 =
(9)
Получим:
= прсгт(14ь/32, (12)
где рст = 7800 кг/м3 - плотность стали.
(14)
(6)
Разделим (2) на (6).
С учётом (1) для производительности дозатора получим:
где Q - объёмная производительность дозатора, м3/с.
Согласуем (7) с объёмной скоростью подачи слоя сапропеля транспортером:
d0 = 0,016 м - диаметр оси, Ц0 = 0,584 м - длина оси. В результате вычислений по формулам (12) -(14) получим:
При вычислении момента инерции зерна 1з следует учесть, что масса единицы объёма рабочей части дозатора из-за наличия перегородок меньше плотности насыпного зерна и связи с его плотностью соотношением:
,
(15)
где и - скорость движения ленты транспортера, м/с; h - высота подъема планки над лентой транспортера, м; Ц, - ширина слоя сапропеля, м. Учитываем, что:
где q<1 - коэффициент посева.
Из (7) - (9) для угловой скорости барабана следует выражение:
(10)
При q = 1/4, К = 12, К0 = 4, h = 0,02 м, Цс = Ц = 0,194 м, D = 0,05 м, d = 0,0405 м, б = 0,0029 м.
Согласно (10) получим ы = 18,5 рад/с, п = 180 мин-1. При включении за время высева барабанное устройство приобретает кинетическую энергию:
где рр - рабочая плотность зерна, кг/м3; рз - насыпная плотность зерна, кг/м3 , равная 760 кг/м3. Вычислим по формуле (15) рр.
Получим: р
где рз = 760 кг/м3.
При выходе ячейки из загрузочного окна плотность зерна в ней в результате высыпания уменьшается и становится равной нулю при повороте барабана на угол ф > п.
Убыль плотности в интервале углов поворота (ф0/2,п) аппроксимируем линейной функцией:
(17)
Углы отсчитываются от вертикальной плоскости, проходящей через геометрическую ось барабана по направлению вращения.
Вычислим момент инерции зерна:
(11)
где I - момент инерции устройства высева.
Момент инерции I состоит из момента инерции 1к стальной конструкции и момента инерции зерна в заполненных ячейках I . Чтобы вычислить I необхо-
зк
димо к моменту инерции ступицы !ст прибавить момент инерции перегородок !п и момент инерции оставшейся части оси I.
где Гсгг = — - радиус ступицы;
й = — радиус барабана.
Вычислим интеграл (18). Используем (16) и (17).
Получим:
=
Вестник Курганской ГСХА № 1, 2020 Таашческие науш 65
ления.
Учтем, что:—|--= jr и проведем вычис-
2 4
Получим: 1з = 0,1946 • 10-4 кг • м2. Следовательно:
Считаем пуск равноускоренным. Тогда:
,
2 К
где т - время пуска. Из (19) следует:
(19)
Т = Au/tdK. (20)
Поделим (11) на (20).
Получим для мощности пуска формулу:
N = KIù)2/Sn.
(21)
Из (21) находим N = 2,284 кВт. Оценим мощность подачи сапропеля со скоростью и = 0,1 м/с. Имеем:
(22)
где рс - плотность сапропеля.
Согласно (8) и (9) перепишем (22) в виде:
Nc = pcÇW(4«)2. (23)
Из (23) при рс = 1070 кг/м3 следует:
N = 0,69 кВт
С '
Из приведенных выше вычислений видно, что универсальный смеситель-измельчитель, оснащенный ячеистым дозатором для поточной подачи зерна, при производстве витаминно-кормовой добавки на основе сапропеля рационально использовать из-за незначительных энергозатрат на технологический процесс.
Выводы. Описанная конструкция позволит создать равномерный и беспрерывный поток семян, обеспечит устойчивость их высева внезависимости от скорости движения сапропеля на ленте транспортера.
В работе представлены аналитические зависимости для расчета: производительности ячеистого барабанного дозатора, объёмной скорости подачи сапропеля, угловой скорости дозатора при известном коэффициенте посева. Определены затраты мощности на работу установки.
Список литературы
1 Морозов В.В., Игнатенков В.Г. Технология получения и использования витаминно-кормовой добавки на основе сапропеля // XXIII Российская школа по проблемам науки и технологий. Екатеринбург: УрОРАН, 2003. С. 319-321.
2 Verstraeten L. New fertilizer materials / L. Verstraeten, J. Livens // Soil Org. Matter Stud. 1977. Vol.1. P.66-78.
3 Смеситель-измельчитель для приготовления кормов: пат. 2277836 Рос. Федерация / Игнатенков В.Г., Морозов В.В., Волошин Ю.И., Игнатенков Г.И.; заявл. 23.04.2004; опубл. 20.06.2006.
4 Многофункциональный смеситель-измельчитель: пат. 2685201 Рос. Федерация / Морозов В.В., Игнатенков В.Г., Игнатенков Г.И., Лаппо Е.Л., Бычен-ков Д.М.; заявл. 30.10.2017; опубл. 16.04.2019.
5 Морозов В.В., Игнатенков В.Г., Зимин И.Б., Быченков Д.М. Разработка объёмного дозатора зерна универсального смесителя-измельчителя // Известия Великолукской ГСХА. 2017. № 3. С.28-33.
6 Волошин Ю.И., Игнатенков В.Г., Морозов В.В., Игнатенков Г.И. Расчет параметров аппарата для приготовления сапропелевой смеси // Техника в сельском хозяйстве. 2005. № 5. С.8-9.
7 Морозов В.В., Игнатенков В.Г., Волошин Ю.И., Мясников Л.Н., Лаппо Е.Л., Быченков Д.М. Теоретическое исследование многофункционального шнекового смесителя-измельчителя витаминно-кормовой добавки на основе сапропеля // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2018. № 4. С. 172-177.
List of References
1 Morozov V.V., Ignatenkov V.G. Technology of obtaining and using vita-mine-feed additive based on sapropel // XXIII Russian School of Science and Technology Problems. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2003. Pp. 319-321.
2 Verstraeten L. New fertilizer materials / L. Verstraeten, J. Livens // Soil Org. Matter Stud. 1977. Vol.1. Pp.66-78.
3 Mixer-grinder for fodder preparation: pat. 2277836 Grew. Federation / Ignatenkov V.G., Morozov V.V., Voloshin Yu.I., Ignatenkov G.I.; it is stated 23.04.2004; it is published 20.06.2006.
4 Multifunctional mixer-grinder: 2685201 Grew. Federa / Morozov V.V., Ignatenkov V.G., Ignatenkov G.I., Lappo E.L., Bychenkov D.M.; it is stated 30.10.2017; it is published 16.04.2019.
5 Morozov V.V., Ignatenkov V.G., Zymin I.B., Bychenkov D.M. Development of a volume grain dispenser of a universal mixer-grinder // News of Velikoluk SAA. 2017. № 3. Pp. 28-33.
6 Voloshin Yu.I., Ignatenkov V.G., Morozov V.V., Ignatenkov G.I. Calculation of parameters of apparatus for preparation of sapropel mixture // Technician in sebaceous farm. 2005. № 5. Pp. 8-9.
7 Morozov V.V., Ignatenkov V.G., Voloshin Yu.I., Myasnikov L.N., Lappo E.L., Bychenkov D.M. Theoretical study of multifunctional cord mixer-grinder of vitamin-fodder additive based on sapro-saw // Journal of the Altay State Agricultural University 2018. № 4. Pp. 172-177.
